刹车的原理

大家都知道踩刹车可以让车停住,但究竟刹车系统是如何工作的呢? 怎样用脚踩刹车踏板发出的并不大的力,去停止汽车的运动?

其实刹车系统涉及到了杠杆、液压和摩擦力三种物理原理。 具体的物理理论这里就不再细说了,只看一个原理图:

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最右侧是刹车踏板。刹车踏板的力臂长度是液压缸的力臂的四倍, 所以踩刹车的力将被放大4倍。而液压系统中,输出缸的直径是输入缸的三倍, 就是说,输入的力会被放大为原来的9倍。这样,踩刹车的力量总共放大 36倍之后,作用在刹车盘上。

如果漏油了怎么办?漏油就会导致液压系统无法正常工作,导致刹车效果减弱。 如果漏得厉害,刹车就完全失灵了。



机油的基本知识 - 基础油

基础油可分为四种:

  • 植物油
  • 矿物油
  • 合成油
  • 上述三种的混合油

植物油现在主要是一部分赛车在使用。它的摩擦损失较小,油膜强度比合成油好, 润滑性能高,但很容易氧化,一般不适合长期使用。 因此,一般都用从原油中提炼出的矿物油作为基础油来使用。

作为机油,原油要比植物油稳定得多。但原油中含有离子(ion)、石蜡等有害成分, 而且不同产地的原油的品质相去甚远。化学合成油的性能比矿物油要好, 所以高性能的机油基本上都是合成油。但合成油的成本很高, 所以一般都使用矿物油与合成油混合而成的半合成油。

合成油主要有PAO(poly alpha olefin,聚α烯烃)、 氢化油VHVI(Very High Viscosity Index)、酯类油(ester)三种,现在以PAO为主。

从摩擦系数来看,在不含任何添加剂的情况下,100%的PAO合成油的摩擦系数 要比正常的含离子矿物油要高,即PAO > 中性矿物油 > 酯类油。

原油提炼后,根据蒸馏温度的不同,可以分离成重油、轻油、煤油、汽油、石脑油(naphtha)等。 机油属于重油类(所以废机油经过提炼后可以制成舰船燃料),由真空蒸馏塔制成。

合成油是由乙烯(ethylene)聚合而成。



氮氧增压是怎么回事?

玩过NFS和山脊赛车的人都应该知道神奇的氮氧增压,它能在短时间内迅速提高发动机功率。 那么它是什么原理呢?

其实很简单:氧化二氮(N2O)在300℃左右会分解成氮气和氧气,所以只要将N2O注入发动机, 就可以在燃烧过程中提供更多的氧气。氧气多了,就能喷入更多的汽油,这样同样的发动机就能产生更大的功率。

氧化二氮还有另外一个作用:它在汽化时会吸收大量的热,从而降低吸入的空气的温度,使空气体积收缩, 这样相同的体积内就能容纳更多的氧气,更能提高发动机功率。

氮氧增压的缺点就是它的体积过于庞大。4000转下的5升发动机每分钟要消耗10000升空气(而汽油只需要0.2升), 因此就算将氧化二氮压缩成液体,要想持续使用氧化二氮也是不可能的。因此汽车一般只携带几分钟的氧化二氮, 并只在必要的时候通过按钮来打开。



福克斯发动机组装动画及工作原理

这两个视频极其精彩,对发动机有兴趣的同学千万千万不能错过!看完之后不禁感叹,人的智慧真是太伟大了。这么复杂的机械,什么时候我能造一个出来?

福克斯Duratec直列四缸发动机装配动画

Duratec就是国产福克斯用的那款发动机,看完后可以打开发动机舱去对比一下,几乎是一模一样的——至少,那个机油尺跟我的一模一样,哈哈。现在基本上能认出大的部件来,其他小部件就看不懂了。

福克斯Zetec直列四缸发动机装配动画

这个Zetec大概是欧洲的车型,基本原理跟Duratec一样(废话),不过似乎是单凸轮轴,是不是不如Duratec的好啊?不过这个动画的好处是,它不仅展示了活塞和气缸的工作过程,而且演示了冷却系统、润滑系统的工作原理。


发动机的工作原理(8)-提高发动机动力

原文:http://auto.howstuffworks.com/engine7.htm

使用前面介绍的信息,现在可以来看看如何让发动机工作得更好。 汽车制造商始终在调整下面的各个因素,使发动机更强劲,或者更省油。

增大排量(displacement) - 更大排量等于更为强劲的动力, 因为发动机每次旋转都能燃烧更多的汽油。可以通过增大气缸, 或添加更多气缸来增大排量。实践上的上限大概是12个气缸。

提高压缩比(compression ratio) - 高压缩比在一定程度上产生更多的动力。 但是,对油气混合物压缩得越厉害,就越可能造成它自发燃烧(在火花塞点燃它之前燃烧)。 高辛烷值(higher-octane)汽油能防止这种提前燃烧。 这就是为什么高性能汽车通常需要高辛烷值汽油, 因为它们的发动机通过更高的压缩比来获得更强的动力。

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发动机的工作原理(7)-润滑、燃油、排气和电气系统

原文:http://auto.howstuffworks.com/engine6.htm

一提到日常汽车保养,你首先想到的很可能是汽车里的汽油量。 加入的汽油是如何推动气缸的?发动机的燃油系统从油箱中将汽油抽出来, 并与空气混合,以提供气缸所需的正确的油气混合物。 燃油通常有三种提供方式:化油(carburetion),进气口燃油喷射(port fuel injection) 和直接燃油喷射(direct fuel injection)。

  • 使用化油方式的发动机中,名为化油器(carburetor)的装置在空气进入发动机时,向其中混入汽油。
  • 燃油喷射发动机中,适量的燃油独立地喷射到各个气缸的进气门上方(进气口燃油喷射)或直接喷射到气缸中(直接燃油喷射)。
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发动机的工作原理(6)-冷却、进气和点火系

原文:http://auto.howstuffworks.com/engine5.htm

绝大部分汽车的冷却系统(cooling system)由散热器(radiator)和水泵(water pump)组成。 水在气缸周围的通道中循环,然后通过散热器进行冷却。少数汽车(最显著的例子是大众甲壳虫), 以及大多数摩托车和割草机中,发动机使用空气冷却(通过气缸外面带有帮助散热的散热片(fin)即可判断出是空冷发动机)。 空冷能减小发动机重量,但会使发动机更热,通常会缩短发动机寿命,降低整体性能。

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发动机的工作原理(5)-气门系和点火系

原文:http://auto.howstuffworks.com/engine4.htm

大部分发动机子系统都能用不同的技术实现,好的技术能提高发动机性能。 下面来看看现代发动机中使用的各个子系统,首先从气门系(valve train)开始。

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发动机的工作原理(4)-发动机故障

原文:http://auto.howstuffworks.com/engine3.htm

一天早上你试着启动发动机,但点火失败……可能是什么故障? 现在你已经知道了发动机的工作原理,就能理解让发动机正常工作的基本要素。 可能有三个基本的问题:油气混合比不正确,压缩不足,火花不足。 除此之外,造成故障的次要问题成千上万,但这些是“最大”的三个。 基于前面讨论过的简单的发动机原理,下面快速分析一下这些问题是如何影响发动机的:

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发动机的工作原理(3)-发动机的基本部件

原文:http://auto.howstuffworks.com/engine2.htm

发动机的核心是气缸(cylinder),气缸内的活塞(piston)上下运动。 前面描述的发动机只有一个气缸。大部分割草机都是单缸的,但汽车则有不止一个气缸(通常有四个、六个或八个)。 在多缸发动机中,气缸排列方式通常有三种:直列(inline), V型水平对置(flat,或horizontally opposed),如图所示。

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