发动机的组成

发动机是汽车的重要组成部分，它为汽车提供行驶的动力，对汽车而言它就像心脏对人一样重要。现今所有的汽车发动机都是内燃机（ICEs），这种发动机的燃料在气缸内燃烧，燃烧产生的能量直接提供给发动机。

内燃机是将燃料在发动机气缸里面燃烧的热机。在内燃机运转过程中，储存在燃料中的化学能通过燃烧转变为热能。内燃机的活塞通过连杆连接在可以旋转的曲轴上，热能使气体膨胀推动活塞转变为机械能。燃烧汽油的发动机叫汽油机。其它形式的内燃机燃烧重油，其中以柴油机的应用最为广泛。

柴油机与汽油机具有相似的构造，其区别在于柴油机比较笨重。这两种发动机都是内燃机，但是两者具有不同的燃烧系统，并且使用不同的燃料。对于柴油机，在进气行程中只有空气进入气缸。而对于汽油机，在进气行程中是吸入空气和燃料的混合物。通常，柴油机和汽油机具有以下区别：

在柴油机中，燃料是在压缩行程末期以很好的雾状形态喷入气缸。而在汽油机中，燃料在进气行程初期被吸入到排气孔附近。

在柴油机中，燃料是被高压空气的高温点燃的。而在汽油机中，燃料需要火花才能点燃。

柴油机正常运转时的转速通常比汽油机的低。

柴油机一般使用比汽油挥发性小的蒸馏物作为燃料。

柴油机的构造使其噪声比汽油机大，并且会产生特有的爆震。

小型柴油机和汽油机一样，都被应用于乘用车和轻型商用车上。大型柴油机被应用于所有的重型商用车、工程用车以及农用机械。

１. 发动机的类型

发动机的类型是指发动机气缸的排列形式。气缸可以排列在一条直线上，可以对置排列，还可以呈一定角度排列（V型）。以这三种排列形式为基础，又发展了多种排列形式。

直列式发动机

顾名思义，直列式发动机中各气缸排成一直列，一个紧邻一个，在一条直线上。大多数直列式发动机其气缸都是垂直的，但也有一些是倾斜的。气缸倾斜设置可以降低发动机的整体高度，这类发动机有时叫做倾斜发动机。

有些直列式发动机的气缸是水平放置的，这类发动机的横向尺寸会比较大，不过这样可以降低发动机整高。这类发动机主要用于大型商用车上，其发动机架位于驾驶室底部。如图1-9显示的是轿车用直列四缸发动机的构造。图1-10是侧面剖视图，可以看到更多零部件，便于分别。

水平对置式发动机

这种排列方式将气缸布置在曲轴两侧的平面上，曲轴是刚性较大的短轴，其上有五个轴承。水平对置式发动机有相当好的输出脉冲和平稳性。活塞的运动方向与对面的活塞运动方向相反。

由于水平对置式发动机的平面布置，大大降低了发动机的高度，有利于降低

<插图位置>

汽车的重心，这样可以使汽车更稳定。

V型发动机

在V型发动机中，气缸被布置在两个成一定角度的平面上。这样减小了发动机的长度，使其更紧凑。同时也减小了曲轴的长度，使之刚性增强。

２. 发动机的构造及其零部件

发动机总成由许多构成它本身的零部件和相关系统组成。这些系统是发动机起动和维持运转所必需的。组成发动机的各个零部件可以分成一系列分总成或者相关的组件，通常也叫它们总成，例如缸盖总成、活塞总成。有些零部件在发动机里面，有些在外面，本文的插图展示了一些发动机外面的零部件。

发动机各种各样的零部件通过螺栓、螺母和其它的紧固件装配在一起。有些零部件安装在发动机里面，还有些固定在外面。

机体是发动机中最大的零件。其它零部件都是安装或连接在机体上的。顾名思义，机体是一块金属铸体，通常是铸铁，但也可以是铸铝合金或者铸钢。

机体中精确加工了气缸，可以使活塞在里面运动。机体的下部是曲轴箱，里面有安装曲轴的轴承。在气缸周围的水套里充满了冷却液。

机体顶部是一个机械加工面，用来装配气缸盖，底部装配油底壳或机油箱。

在机体中气缸可以布置成一列直线，也可以成一定角度布置（V型发动机）。

曲轴安装在机体下部的轴承上（曲轴箱里面）。活塞和曲轴之间用连杆连接，发动机运转时曲轴靠活塞的做功行程旋转。活塞的往复运动通过连杆和曲轴上曲柄的共同作用转变为旋转运动。

曲轴这个词源于英文单词“cranked”，它是转动曲柄的意思，包含有弯曲的意思，通俗地讲，曲轴是一根包含若干曲柄的轴。在直列式发动机中，每个气缸对应一个曲柄，但是在某些V型发动机中，一对气缸会共用一个曲柄。

飞轮是一个笨重的盘形铸铁件，它安装在曲轴后端。它通可以使活塞输出的动力脉冲更平滑，从而减少发动机的振动。它在做功行程吸收能量，在其它行程释放能量，这样可以保持发动机平稳地运转。飞轮的边缘装有一圈齿圈，在发动机起动时，起动机上的小齿轮通过齿圈带动飞轮旋转。对于自动变速器，在发动机起动时，是用传动盘和变矩器代替飞轮实现发动机的起动。

活塞和气缸壁之间靠活塞环来密封，活塞环装在活塞上的凹槽中。气环用来密封气体，油环用来阻止多余的机油从活塞上进入燃烧室。

连杆上有一个可以拆掉的连杆盖，其下端通过一个剖分的连杆轴承与曲轴连接。连杆上端通过与活塞销组成转动副而与活塞相连。因为可以转动，所以有时候也称活塞销为肘节销。

气缸盖通常是铝合金铸件，通过螺栓将它固定在缸体顶部并且与气缸相吻合。在气缸的上部是燃烧空气与燃料混合物的燃烧室。气缸盖也可以是铸铁，这样具有更强的抗腐蚀性，但是由于铝合金有较好的热传导性和较轻的重量，因而用于汽油机上。气缸盖上有进气孔和排气孔。在进气行程，进气门打开，燃料从进气孔进入气缸。在排气行程，排气门打开，燃烧后的废气从排气孔排出。

凸轮轴和配气机构使气门在正确的时刻打开和关闭。凸轮轴由来自曲轴的动力驱动，其转速是曲轴的一半。

气缸盖罩装在气缸盖的上面，将配气机构封在里面，并且为发动机顶部的点火线圈提供额外的保护。

四气缸发动机的气缸盖包含两根凸轮轴和十六个气门。在另一种四气门发动机上，含有两根凸轮轴和十二个气门。还有一种发动机只有一根凸轮轴和八个气门。

皮带轮通过正时皮带以一半的曲轴转速（曲轴转速即发动机转速）驱动凸轮轴。常常将有齿轮的皮带用在这里，但是齿轮和链条也会用于某些发动机，甚至同时使用皮带和链条。

在某些发动机上，会用正时链条来驱动油泵。在柴油机中，喷油泵和凸轮轴都是用正时链条或正时齿轮来驱动。

油底壳或者机油箱用来盛放发动机润滑系统的机油。油底壳用薄钢板压制成型，有些油底壳用铝合金精密铸造成型。

油底壳用螺栓固定在发动机下面以便使曲轴箱密封，我们只能看到延伸至曲轴箱外面的曲轴末端。

用螺栓连接的零件贴合表面常常要用到各种各样的垫圈或密封条。有些地方是为了防止泄漏机油，有些地方是为了防止泄漏冷却液，还有些地方是为了绝热和保持压力。有些密封条用于平整表面，还有些用于转轴上。

发动机除了这些大部件，还有许许多多小零件。包括螺栓、垫圈、止动垫圈、弹簧，还有组成发动机部件的支架。

３. 发动机的组成系统

以下是发动机起动和保持运转需要的系统：

（１） 起动系统；

（２） 燃油系统；

（３） 点火系统；

（４） 冷却系统；

（５） 润滑系统；

（６） 进气系统；

（７） 排气系统；

（８） 供电系统；

（９） 电控系统。

这是汽油机的组成系统。除了燃油系统和点火系统，柴油机与汽油机具有相似的系统。这些系统中，有些部件是和发动机一体的，有些是附加上去的，还有些是安装在发动机舱里的。

启动系统

在发动机起动时需要用起动机带动。起动机由电动机和驱动器组成。在起动时，驱动器上的小齿轮与飞轮上的齿圈相啮合。蓄电池给起动机供电带动发动机转动，当发动机着火并自行运转时就算起动成功。

燃油系统

燃油系统有四种类型：汽油机的化油器式系统，汽油机的燃油喷射系统，气体燃料系统（液化石油气和天然气），柴油机燃油喷射系统。所有这些系统的工作方式都不同，但都有储存燃料的容器（燃油箱或气罐）和向发动机供燃料的输油管。它们都能将空气和燃料按合适的比例提供给发动机，使之可以在燃烧室里高效地燃烧。

点火系统

汽油机和气体发动机都需要点火系统，因为需要提供火花才能将燃烧室里的燃料引燃，所以，有时也把汽油机叫做点燃式发动机。这个特性使汽油机与柴油机有明显区别，柴油机不是靠火花点火而是靠压缩点火。

在柴油机中，燃料一喷入燃烧室就立即着火。气缸里的空气由于压缩而产生高温，使从喷嘴里喷出来的燃料达到足够着火的温度。

冷却系统

发动机里的空气燃料混合物燃烧时会产生大量热量。部分热量用来做有用功，部分热量会转移到发动机的零部件上去，还有部分热量会随废气排出。无论怎样，如果不及时带走发动机零部件上的热量，就会对发动机造成损害。冷却系统有带走有害热量的功能，它能带走发动机三分之一的热量。

冷却系统不仅仅是带走热量，它还能将发动机的工作温度维持在合适的范围内。水冷发动机中，由循环在水套中的冷却液来冷却。风冷发动机中，靠吹过散热片的空气来冷却。

润滑系统

发动机润滑系统由机油泵、限压阀、滤清器组成，还有输油管、回油管以及流动在机油里的发动机零件碎屑。油底壳中储存有大量机油，机油泵把机油从油底壳输送到发动机各个地方，然后返回油底壳。用机油润滑发动机所有活动部件，不仅仅是为了减小摩擦力，还可以减少零部件的损耗。机油泵由曲轴直接驱动。该系统在滤清器附近还安装有一个机油冷却器。

进气系统

在电子控制燃油喷射系统汽油机中，进气系统包含了空气滤清器、节气门总成和进气歧管。进气系统通过进歧管向发动机提洁净空气。燃油喷射器将燃料喷射在进气歧管或进气道内。

对于化油器式燃油系统，空气和燃料混合物从化油器出来，经过进气歧管然后从进气道进入发动机。

在直喷式汽油机和柴油机中，进气系统只向发动机提供洁净空气。

排气系统

排气系统将燃烧后的废气从发动机中排出去，并且还能减小噪声。排气系统由排气歧管、排气管、催化转化器和消声器组成。不同的发动机有不同的配置，有的发动机不只一个消声器和催化转化器。使用含铅汽油的发动机和柴油机都没有催化转化器。

供电系统

发电机由发动机驱动，它将机械能转化为电能。

起动机、点火系统和汽油机起动时的电动燃油泵都是使用蓄电池的电能，但是发动机起动以后，就由发电机提供所有的电能了。同时发电机也会向蓄电池充电以补充在起动时消耗的电能。

电控系统

发动机的电控系统由传感器、控制单元和执行器组成。控制单元接收从传感器来的信号后，就会向不同的执行器发出相应的信号。

发动机的进气系统和排气系统中都有传感器。喷油嘴是喷射燃油的执行器，在点火系统中有提前和推迟点火的执行器。以上仅仅是例举了两个用到电子控制的地方。

４. 发动机的工作原理

在活塞向下移动时，化油器中的空气燃料混合物被吸入气缸。气缸里的混合物在活塞上移时被压缩，并由电火花点燃。混合物燃烧时会产生大量热量，使气体膨胀产生高压，并作用于气缸壁和活塞上。活塞在高压的作用下会向下移动一个行程。

作用于活塞上的压力通过连杆传给曲轴，并使曲轴旋转。活塞向下移动一个行程，曲轴便旋转半周，同时安装在曲轴上的飞轮储存能量。在下一个做功行程开始前，飞轮的转动惯量会带动活塞越过它的运动平衡点。不断地重复这个过程，曲轴便会不断地旋转，发动机也就运转了。

重复以上相同的运动就形成了发动机工作循环。对于不同类型的发动机，一个循环所需的活塞行程数不同。在现代交通工具中，活塞运动四个行程即曲轴转两周才构成一个循环，这就是四冲程发动机。在二冲程发动机中，一个循环是由两个活塞行程即曲轴转一周构成。

在四冲程发动机中，这四个冲程分别是：吸气、压缩、做功和排气。这四个冲程依次出现每个工作循环中。

吸气冲程：在吸气冲程中，活塞由曲轴带动向下运动，曲轴由飞轮或起动机驱动。吸气时，进气门打开，排气门关闭。活塞向下运动时，进气门保持打开，从化油器来的空气燃料混合物被吸入气缸。这里用汽油作为燃料，汽油会被分散为雾状油滴，也有一部分汽油会在化油器中蒸发。

压缩行程：在压缩行程中，活塞向上运动，压缩气缸里的混合物。大部分压缩过程和点火都是发生在这个行程。压缩产生高温，使气缸里的空气和汽油混合更均匀。高温使汽油更易着火，高压使汽油分子和空气分子靠得更近。处于压缩状态的混合物由火花塞产生的电火花点燃。当活塞移动到上止点（TDC）时，燃烧完成一半。在该行程中，进气门和排气门都处于关闭状态。

做功或膨胀行程：燃烧产生的高温使气体膨胀，然后对气缸和活塞产生作用。在膨胀作用下，活塞向下移动做有用功。该行程中，进气门和排气门都处于关闭状态。

排气行程：在排气行程中，进气门关闭，排气门打开。大部分燃烧后的废气在自身的膨胀作用下排出气缸。活塞向上移动将剩余的废气经排气道排出。少部分废气会留在余隙空间，将与进入气缸的新鲜空气混合。

因此，在这类发动机中，一个完整的工作循环由活塞的四个行程组成，并且这四个行程使曲轴转两周。发动机运转时，就是重复着这个循环。