汽车系统

汽车系统如今是世界各地生活中不可或缺的一部分，无论是通过帮助生产、收获和将食物运送到配送中心，还是将工人运送到经济机器中，或者只是通过扩展人群的活动范围来提高生活质量。为了更好地理解汽车系统，尤其是常见的汽车，我们可以更好地理解物理学、力学、化学以及它们在生活中的应用。

将汽车视为一个完整的系统

汽车。本身就是一个完整的系统。汽车的多种用途催生了许多形式。众多汽车制造商都为这些形式增添了他们自己的风格。甚至车主也做了很多努力，创造了更多变种。形式追随功能，而汽车所需的功能决定了汽车整体的设计参数和约束条件，以及其构造的每一个部分。虽然许多不同的汽车被创造出来做许多不同的事情，有些汽车也被创造出来做许多事情，但纵观汽车使用的广泛多样性，形状和尺寸，大多数汽车已经发展成为具有非常相似的系统，构成它们的结构。想象一辆一级方程式赛车停在一辆新的运动型多用途车旁边。差异是立即的，而且非常明显。在表皮之下，在互连部件的排列深处，这两辆车仍然有很多共同点。即使是悬架这样的特定系统，其外观和结构也截然不同，但它们在两辆车上都执行相同的功能。两辆车都使用往复式内燃机。它们都配备了液压操作的制动系统。

本书旨在解释最常见的系统，并希望探索一些罕见甚至奇怪的系统，以及深入研究现在正在出现和正在路上的新系统。本书的目的是展示系统各个部分设计和功能背后的力量和考虑因素，以及每个系统与其他系统的相互作用。通常会发现，一个系统的某个部分将在另一个系统中发挥同等作用。

发动机

发动机简介

发动机是任何车辆最重要的部分。

现代汽车发动机本身就是一个相当复杂的系统。它本身相当复杂，也可以分解成一组子系统。

在开始讨论发动机子系统之前，必须了解发动机作为一个整体。按照我们的传统意义，汽车发动机将汽油中的化学能转化为将车辆沿街道移动的机械能。汽油在发动机中燃烧。在一个被称为燃烧的过程，汽油分子中的原子与空气分子中的原子结合，结果是新的化合物和额外的能量。额外的能量用于推动汽车。

这是一个重要的考虑因素，因为许多涉及的因素都基于燃料和空气的化学反应。

此时，重要的是指出电机和发动机之间的区别。

电机使用能量。发动机转换能量。作为这种差异的一个主要例子，让我们考虑一下蒸汽。蒸汽机车将是一个蒸汽发动机。机车燃烧煤炭或木材，从而将燃料的化学能转化为热能。热能将水转化为蒸汽，蒸汽的压力推动驱动轮。然而，蒸汽轮机将是一个蒸汽电机。蒸汽压力是在外部过程中产生的。高压蒸汽流入涡轮机，产生机械能。

这带我们进入了内燃机。在蒸汽机车的情况下，燃烧发生在燃烧器中，燃烧器的热量被应用到锅炉中。蒸汽从锅炉中出来，进入使车轮转动的机构，无论是涡轮机还是往复式组件。这可以称为外部燃烧发动机，因为燃料和空气的反应发生在燃烧器中，而向机械能的转化发生在驱动机构中。在内燃机中，燃烧本身产生的压力驱动产生运动的机械部件。

在内燃机中，有几种类型。不同类型的燃料已成功使用。大多数现代汽车燃烧柴油或汽油。还有一些不同的方法可以从燃烧过程中产生运动。燃气涡轮机和转子发动机已用于汽车，以及普遍存在的往复式发动机。往复式发动机目前存在两种形式；2冲程（或2循环）和4冲程（或4循环）。这些名称指的是燃烧室内的燃烧循环的长度。在2冲程发动机中，活塞在动力/进气冲程中向下移动（1），然后在排气/压缩冲程中向上移动（2）。当发动机运转时，这个2冲程循环不断重复。

在4冲程发动机中，活塞在进气冲程中向下移动（1），然后在压缩冲程中向上移动（2）。然后，活塞在动力冲程中再次向下移动（3），由燃烧的动力推动。最后，活塞在排气冲程中向上移动（4）。此时，当发动机运转时，4冲程循环不断重复。

这里有一些历史可能有助于我们理解我们今天所知的ICE，然而。第一个已知的“大气发动机”（这个词将在后面解释）是由克里斯蒂安·惠更斯在1670年代为路易十四国王制造的。这种“外部燃烧发动机”的目的是将水从塞纳河抬升到一定高度，送到法国凡尔赛宫中央池塘。虽然它实际上从未工作过，但这个原型对ICE的发展至关重要。

定义他发明的两个词是“外部燃烧”和“大气”；外部燃烧意味着燃料能的转换发生在工作产生的腔室外部，而大气则意味着该发动机中的活塞暴露在大气压力下。为了将这些内容置于上下文中，想象一个带有垂直活塞和 3 个主要端口的巨大气缸；其中 2 个端口是水平延伸穿过腔室壁的，它们之间有一定的垂直距离，第三个端口位于腔室底部。活塞本身通过一个滑轮连接到腔室顶部，滑轮连接到任意设置的装置，活塞背面暴露在大气压力下。

在这个系统中，一部分水在主腔室外部被煮沸（外部燃烧），蒸汽通过较低的水平端口进入主腔室，这将建立气缸压力，并迫使活塞垂直向上，直到到达较高的水平端口。然后，蒸汽压力会排放到开放的大气中，活塞背面的大气压力会迫使它向下，冷却和冷凝产生的多余水会从底部的垂直端口排出，滑轮连接的装置会有一些可用的工作冲程（例如，从塞纳河向上到凡尔赛宫的送水器）。

在接下来的大约 90 年中，发生了一些重要的小事件。惠更斯的合伙人丹尼斯·帕潘实际上让大气发动机工作起来。英国人托马斯·塞弗里为使用大气式发动机从煤矿中抽水申请了专利。托马斯·纽科门在 1712 年左右开发了一种带阀门的系统，提高了系统效率。最终，这种阀门系统实现了自动化。然而，在 1760 年代，发生了非常重要的转折点——詹姆斯·瓦特通过在蒸汽进/出端口安装冷凝器核心，使蒸汽发动机成为封闭系统，从而循环利用相同的水，将燃料消耗减少了 75%。

第一辆真正的汽车是由法国人尼古拉斯·居纽特在 1760 年代后期制造的三轮蒸汽机驱动马车。在接下来的一个世纪里，这种类型的自推进车辆几乎不存在。

四冲程发动机的运行

由于四冲程发动机在现代汽车中应用最广泛，因此这里的大多数信息都来自它，也适用于它。二冲程发动机根据不同的原理工作。

构成一个循环的四个冲程是：（1）进气，空气/燃料混合物进入气缸（2）压缩，混合物被压缩（3）点火，混合物被点燃（4）排气，燃烧气体被排出

传动系统

传动系统将发动机动力传递到地面。

制动系统

与启动一样重要，有时甚至更重要；那就是停止。所有现代汽车都使用液压制动系统。通过制动踏板，操作员对主缸中的制动液加压。加压的液体作用于活塞。这些活塞对蹄或衬垫施加压力。蹄的摩擦面作用于鼓的摩擦面。衬垫的摩擦面作用于盘的摩擦面。摩擦将运动部件的动能转化为热量。

制动系统

其他系统