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发帖数: 361 | 1 在外行人眼里，汽车就是两排座椅+四个轮子，然而在内行人眼里，汽车是由上万个零
件组成的，需要同时考虑美感、性能、操控、舒适等因素的工业设计结晶。它是无数机
械/电气/电子工程师的智慧总和，随便挑出一个零部件，分析一下其工作原理都能令人
叹为观止。本期就为大家挑出几样简单介绍一下其结构及原理，也带外行人欣赏欣赏什
么叫“机械美感”。
在外行人眼里，汽车就是两排座椅+四个轮子，然而在内行人眼里，汽车是由上万个零
件组成的，需要同时考虑美感、性能、操控、舒适等因素的工业设计结晶。它是无数机
械/电气/电子工程师的智慧总和，随便挑出一个零部件，分析一下其工作原理都能令人
叹为观止。本期就为大家挑出几样简单介绍一下其结构及原理，也带外行人欣赏欣赏什
么叫“机械美感”。
万向节在汽车上的应用非常广泛，例如前横置发动机的四驱车，发动机输出轴是与半轴
平行的，需要将动力通过中央传动轴（平面上与车轴垂直）传输到后车轮且与半轴平行
，万向节就是必不可少的一个部件。另外，万向节也能满足车辆在动力传递、适应转向
和汽车运行时所产生的上下跳动所造成的角度变化，并且对减震/噪音抑制大有裨益。
●差速器/差速锁
万向节存在的意义很容易理解，想要解释差速器，我们首先得了解为什么汽车需要这个
部件。汽车在转弯的时候，内外两侧车轮角速度相等，但转弯半径不同，线速度并不相
等，也就是说，转弯时，内侧和外侧车轮走的长度并不相等，这就意味这两个车轮并不
能刚性连接，得允许速度差的存在。这就是差速器存在的价值。
差速器虽然解决了转弯时速度差的问题，但这个结构存在一个BUG。在极限越野环境下
，如果左右两侧车轮有一个悬空失去附着力，那么动力就会全部集中到这个车轮上，而
其他有附着力的车轮则完全得不到扭矩输出，这时候就需要一个差速锁，将差速器锁死
，不允许两侧车轮存在速度差，保证车辆能顺利脱困。
●涡轮增压器
涡轮增压器实质上是一个空气压缩机，在汽车发动机上使用能够加大空气进气量，相比
不带增压器的自吸发动机，同等转速下涡轮增压发动机能输出更强大的功率。
涡轮增压器利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的涡轮(位于排气道内)，涡
轮又带动同轴的叶轮（位于进气道内），叶轮就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气
，再送入气缸。当发动机转速加快，废气排出速度与涡轮转速也同步加快，空气压缩程
度就得以加大，发动机的进气量就相应地得到增加。这是个正反馈，发动机转速越高，
排气量越大、涡轮叶轮转速越高、压缩能力越强、进气量越大，动力越强，所以涡轮增
压器都有泄压阀，限制高转速下涡轮增压器的压强，防止因为转速过高导致机器损坏。
我们也能看到，从转速升高到动力增强要经过很长一段过程，这就是涡轮迟滞的来源，
让人有一种踩了油门，车子要反应一段时间才往前冲的感觉。为了缓解这种现象，工程
师也是绞尽脑汁，现在最普遍的做法是使用低惯量的轻质叶轮，它对排气量变化更加敏
感，能提高响应速度，或者使用可变截面的叶轮，通过调整叶扇角度满足不同发动机转
速下的增压强度和效果。部分高端车型使用机械+涡轮双增压器，机械增压器因为与发
动机输出轴直接相连，所以在发动机低转速时也能起到非常好的增益效果，弥补低转速
迟滞的问题。
●转子引擎
转子发动机在内燃机领域的一朵奇葩，结构和原理与传统的往复式发动机完全不同。这
种发动机由德国人菲加士˙汪克尔发明，曾在马自达手中大放异彩，但因为气缸密闭和
排放的问题悬而未决，现在已经停产。因为转子的重心并不围绕其轴心运动，其边缘与
汽缸壁的接触时的应力会有大幅度变化，长时间高速运转会在汽缸壁上留下“刮痕”，
导致气缸密闭性下降，严重时会大量漏气，不仅油耗会升高，还会影响动力输出。
与一般的四冲程发动机每旋转两圈才作功一次相比，转子发动机有高功率容积比（发动
机容积较小就能输出较多动力）的优点。另外，由于转子发动机的轴向运转特性，它不
需要精密的曲轴平衡就能达到较高的运转转速。整个发动机只有两个转动部件，与一般
的四冲程发动机具有进、排气活门等二十多个活动部件相比结构大大简化，故障的可能
性也大大减小。
另外，相比传统的往复式内燃机，转子发动机也更适合高转速稳定动力输出，传闻马自
达新一代RX-8将使用一套混动系统，其中的内燃机部分就将使用转子发动机，这样做或
许可以规避转子引擎的弊病，让其充分发挥优势，具体情况怎样我们拭目以待吧。
●自动变速箱
全球的汽车零件供应商中，能够做出传动效率高、逻辑清晰、可靠耐用自动变速箱的，
一双手都数的过来。至于自主车企，除了结构最简单的CVT无级变速箱能勉强捯饬出来
，传统的行星齿轮式、高效的DCT双离合都够呛，高端的纵置或多档位变速箱更是想都
不敢想。毫不夸张的说，能不能造出自己的自动变速箱，是体现一个车企工业水平的重
要标准。
为大家展示一下行星齿轮变速机构，其因类似于太阳系而得名。中央是太阳轮，太阳轮
的周围有几个围绕它旋转的行星轮，行星轮之间，有一个共用的行星架，行星轮的外面
，有一个大齿圈。根据不同的档位需求，各个齿轮会分别锁死或放开，实现传动比的变
化。行星齿轮机构是传统自动变速箱的精华所在，因为在档位切换时，不存在齿轮分离
/结合的情况，所以换挡冲击很小，平顺性极佳。
另外，这种结构也不单单应用在自动变速箱上，闻名遐迩的丰田混动系统也是使用行星
齿轮结构来实现不同动力来源的相互耦合。同样的，使用这种结构的混动车，不同动力
来源切换非常平缓，我们很难感受到冲击，且对噪音和震动抑制也大有裨益。为什么说
比亚迪的新能源车离丰田还有很长的路要走，这就是关键所在。 |
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