汽车发动机的基本组成部分

汽车发动机主要由两大机构和五大系统组成。

一、曲柄连杆机构 

这是发动机实现能量转换和完成工作循环的主要运动机构，由缸体、缸盖、活塞、连杆、曲轴和飞轮等部件组成。例如，活塞在气缸内做往复运动，通过连杆推动曲轴转动，将活塞的直线往复运动变为曲轴的旋转运动并输出动力。其中，活塞是发动机气缸内承受燃烧压力，并通过活塞销和连杆将力传给曲轴的部件；曲轴则将活塞的往复运动转化为旋转运动，对外输出动力，像在四冲程发动机中，曲轴每转两圈，活塞完成四个冲程的循环。

二、配气机构 

它包括进气门、排气门、摇臂、气门间隙调节器、凸轮轴以及凸轮轴定时带轮（由曲轴定时带轮驱动）等部件。其功能是按照发动机的工作顺序和各缸工作循环的要求，及时地开启和关闭进、排气门，使可燃混合气（汽油发动机）或新鲜空气（柴油发动机）进入气缸，并将废气排入大气。例如，在进气行程时，进气门打开，排气门关闭，让新鲜混合气或空气进入气缸；排气行程时，排气门打开，进气门关闭，排出燃烧后的废气。

三、冷却系统 

主要包含水泵、散热器、风扇、分水管以及气缸体和气缸盖里铸出的空腔——水套等。其功用是把受热机件的热量散到大气中去，以保证发动机正常工作。汽车发动机采用两种冷却方式，即空气冷却和水冷却，目前我国汽车主流市场的发动机多采用水冷却。水冷系统中，冷却液在水泵的作用下在发动机内部的水套和散热器等部件间循环，带走热量，风扇则辅助加快散热器的散热速度。

四、润滑系统 

由机油泵、集滤器、机油滤清器、油道、限压阀、机油表、感压塞及油尺等组成。其作用是将润滑油供给作相对运动的零件，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。机油泵将机油从油底壳抽出，经过滤清器过滤后，通过油道输送到各个需要润滑的部位，如曲轴与轴瓦、活塞与气缸壁等之间的接触面。

五、燃料供给系统

• 汽油机燃料供给系统：由汽油箱、汽油表、汽油管、汽油滤清器、汽油泵、化油器（老车型）、空气滤清器、进排气歧管等组成。其功能是控制每循环投入气缸燃油的数量，以调节发动机的输出功率和转速。现代汽油机多采用喷射式燃料供给方式，包括电喷和缸内直喷，将汽油和空气混合为成分合适的可燃混合气供入气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。

• 柴油机燃料供给系统：与汽油机有所不同，它需要将柴油以高压喷射到气缸内与高温高压的空气混合燃烧。其包括柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油嘴等部件，通过喷油泵将柴油加压，再由喷油嘴在合适的时刻将柴油喷入气缸内燃烧。

六、点火系统（汽油发动机特有） 

包括火花塞、高压线、高压线圈、分电器等。其作用是适时地向汽油发动机提供电火花，点燃被压缩的可燃混合气。在发动机的工作过程中，点火系统按照一定的顺序在活塞接近上止点时，使火花塞产生电火花，点燃混合气，使混合气燃烧膨胀推动活塞做功。柴油发动机采用压燃式，无需点火系统。

七、起动系统 

包括起动机及其附属装置，用以使静止的发动机起动并转入自行运转。起动机在点火开关启动时，由蓄电池提供电能，带动发动机曲轴旋转，使发动机开始工作，一旦发动机启动后，起动机便停止工作。



汽车发动机的工作原理

汽车发动机（以四冲程汽油发动机为例）的基本工作原理是将化学能转化为机械能。

一、进气行程 进气门打开，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积增大，从而气缸内的压力降低到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸力。空气和汽油按一定比例混合形成的可燃混合气被吸入气缸。在化油器式汽油机中，空气与燃料先在气缸外部的化油器中进行混合，然后再吸入气缸；而现代电喷发动机则是通过喷油嘴直接将汽油喷入进气道或气缸内与空气混合。

二、压缩行程 进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程。这个过程中，可燃混合气被压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高。压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比，以ε表示。压缩比愈大，在压缩终了时混合气的压力和温度便愈高，燃烧速度也愈快，因而发动机发出的功率愈大，经济性愈好。但压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。

三、燃烧做功行程（膨胀行程） 当活塞接近上止点时，装在气缸盖上的火花塞即发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气被燃烧后，放出大量的热能，燃气的压力和温度迅速增加，所能达到的最高压力约为3 - 5Mpa，相应的温度则为2200 - 2800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，除了用于维持发动机本身继续运转而外，其余即用于对外作功。

四、排气行程 可燃混合气燃烧后生成的废气，必须从气缸中排除，以便进行下一个进气行程。当膨胀接近终了时，排气门开启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，继续将废气强制排到大气中。活塞到上止点附近时，排气行程结束。排气终了时，废气温度约为900 - 1200K。由于燃烧室占有一定容积，因此在排气终了时，不可能将废气排尽，留下的这一部分废气称为残余废气。

综上所述，四冲程汽油发动机经过进气、压缩、燃烧做功、排气四个行程，完成一个工作循环。这期间活塞在上、下止点间往复移动了四个行程，相应地曲轴旋转了两周。柴油发动机的工作原理与汽油发动机类似，也是四个冲程的循环，但柴油发动机是在压缩行程结束时，通过压燃的方式使柴油混合气自行燃烧，因为柴油的自燃温度较低，不需要火花塞点火。

常见汽车发动机的类型及特点

一、按燃料类型分类

• 汽油发动机

• 结构轻巧：相对于柴油发动机，汽油发动机的结构较为轻巧，重量较轻，这使得汽车整体重量分布更加合理，操控性较好。例如在一些小型轿车上，较轻的发动机重量有助于提高车辆的灵活性和加速性能。

• 转速高：汽油发动机能够达到较高的转速，最大功率时的转速比柴油发动机高。这使得汽油发动机在高速行驶时能够提供较为充沛的动力，适合在城市道路和高速公路等多种路况下行驶。

• 起动性好：汽油发动机起动容易，在低温环境下也能相对较快地启动。这是因为汽油的挥发性较好，容易形成可燃混合气，而且汽油发动机的点火系统能够在启动时及时提供电火花点燃混合气。

• 噪音小：工作过程中的振动及噪声相对较小，为车内营造了较为安静的驾驶环境。这得益于汽油发动机的燃烧过程相对较为平稳，以及发动机内部结构的设计。

• 需要点火系统：汽油发动机有点火系统，通过火花塞在合适的时刻点燃混合气，点火系统的精确控制对发动机的正常工作至关重要，也是汽油机上发生故障比例较高的部位之一。

• 热效率和经济性相对较差：由于汽油的燃点较低，汽油机的压缩比就不能太高，以免油气自燃，因此其热效率和经济性较柴油机为差，油耗相对较高。

• 特点：

• 应用范围：广泛应用于小型汽车、轿车以及一些对舒适性和机动性要求较高的车辆。

• 柴油发动机

• 热效率和经济性较好：柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃燃点，这时再喷入柴油，柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高，热效率和经济性都要好于汽油机。在相同功率的情况下，柴油发动机的扭矩大，更适合载货、牵引等需要较大动力输出的工作。

• 可靠性高：柴油发动机无需点火系，同时，柴油机的供油系统也相对简单，因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。

• 结构强度要求高：由于工作压力大，要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比较笨重，体积较大。

• 供油系统精度要求高：柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高。

• 工作粗暴，振动噪声大：柴油发动机的燃烧过程相对粗暴，导致振动和噪声较大。

• 冬季冷车起动困难：柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。

• 特点：

• 应用范围：广泛应用于货车、客车、工程机械以及一些大型运输车辆。

• 气体燃料发动机（如天然气发动机）

• 经济环保：使用天然气等气体燃料，燃烧后的污染物排放相对较少，如一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等的排放量比汽油发动机低，对环境较为友好。而且天然气的价格通常比汽油和柴油低，使用成本相对较低。

• 动力相对较小：与汽油发动机和柴油发动机相比，气体燃料发动机的动力输出相对较小，不太适合对动力要求较高的大型车辆或高性能车辆。

• 特点：

• 应用范围：常用于城市公交车、出租车等对成本较为敏感且对环保有一定要求的车辆。

二、按进气方式分类

• 自然吸气发动机

• 性能稳定：自然吸气发动机的结构相对简单，没有复杂的增压装置，因此性能比较稳定，可靠性较高。

• 质量较好：由于部件较少，减少了可能出现故障的环节，其质量较好，维修成本相对较低。

• 加速线性：配备自然吸气型发动机的车型加速很线性，动力输出平顺，驾驶体验舒适。

• 同排量下马力相对较小：一般情况下自然吸气的发动机同排量下没有涡轮增压发动机马力来的大。

• 特点：

• 应用范围：在一些对动力要求不是特别高，追求稳定性和舒适性的车型上广泛应用，如部分家用轿车、小型客车等。

• 涡轮增压发动机

• 提升动力：通过涡轮增压器增加进气量，在不增加发动机排量的情况下，可以显著提高发动机的功率和扭矩输出。例如，一些1.5T涡轮增压发动机比2.0L自然吸气的发动机马力都要来的大。

• 提高燃油经济性：在提高动力的同时，由于能够更充分地燃烧燃料，一定程度上可以提高燃油经济性。

• 结构复杂：涡轮增压发动机相比自然吸气发动机结构更为复杂，因为增加了涡轮增压器及其相关的冷却系统、控制系统等部件。这也导致其维修成本相对较高，并且在使用过程中需要更多的维护。

• 存在涡轮迟滞现象：涡轮增压器依靠发动机排出的废气驱动，在发动机低转速时，废气流量不足，涡轮增压器无法及时介入工作，会出现涡轮迟滞现象，影响驾驶的平顺性。

• 特点：

• 应用范围：在现代汽车中应用广泛，尤其是一些追求高性能和小排量高效能的车型，如运动型轿车、高性能跑车等，同时也被大量应用于小排量汽车以满足动力需求和节能减排的要求。

三、按气缸排列方式分类

1. 直列发动机

• 结构简单：直列发动机的各个气缸排成一列，结构简单，制造成本较低。

• 技术成熟：是一种非常成熟的发动机气缸排列形式，可靠性高，维修保养相对容易。

• 占用空间小（纵向）：在发动机舱内纵向占用空间较小，适合前置发动机前轮驱动的车辆布局。

• 振动相对较大：由于气缸排列成直线，工作时产生的振动相对较大，但通过一些平衡措施可以得到一定改善。

• 特点：

• 应用范围：广泛应用于家用小轿车，例如直列4缸发动机是家用小轿车常见的发动机形式。

2. V型发动机

• 结构紧凑：将气缸排成两列，两列之间有一定夹角（一般为90°），使得发动机结构更加紧凑，能够在较小的空间内布置更多的气缸，从而提高发动机的功率和扭矩输出。

• 性能稳定：V型发动机造价昂贵但性能稳定，技术成熟。

• 运转平顺性好：由于两列气缸的布局，使得发动机在运转时的平衡性较好，振动和噪声相对较小。

• 特点：

• 应用范围：常用于高端轿车、豪华汽车以及一些高性能车型上。

3. 水平对置发动机

• 减少震动：这种发动机能够有效地减少发动机所造成的震动，因为活塞水平对置运动时，其产生的震动可以相互抵消一部分。

• 车辆重量分布均匀：使车辆重量分布更加均匀，有利于提高车辆的操控性能，特别是在弯道行驶时。

• 活塞与气缸壁摩擦量增大：由于活塞横置，导致气缸壁与活塞摩擦量增大，使其寿命没有直列式和V型的寿命来的长。

• 特点：

• 应用范围：一般运用于跑车上，如部分斯巴鲁和保时捷车型采用水平对置发动机。

四、按气缸数目分类

1. 单缸发动机

• 结构简单：结构最简单的发动机形式，由一个气缸组成，部件数量少，制造成本极低。

• 动力输出有限：由于只有一个气缸，动力输出有限，难以满足大型车辆或对动力要求较高的车辆需求。

• 振动大：工作时振动较大，需要通过一些特殊的平衡措施来减小振动对车辆的影响。

• 特点：

• 应用范围：在现代汽车中几乎已经灭绝，多数应用于拖拉机、摩托车等小型机械设备。

2. 多缸发动机

• 动力输出强劲：多个气缸协同工作，能够提供更强劲的动力输出，可以满足各种不同类型车辆的动力需求，从家用轿车到大型货车、客车等。

• 运转平稳：通过合理的气缸排列和工作顺序设计，多缸发动机能够有效地减少振动，实现平稳的运转。

• 特点：

• 应用范围：主宰汽车市场，广泛应用于各种汽车类型。

五、按冷却方式分类

1. 水冷发动机

• 冷却均匀：利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却，冷却液能够均匀地带走发动机各部位的热量，使发动机工作温度保持在较为合适的范围内，避免局部过热现象。

• 工作可靠：冷却效果好，能够有效保护发动机部件，提高发动机的可靠性和使用寿命。

• 特点：

• 应用范围：被广泛地应用于车用发动机，几乎成为现代汽车发动机冷却方式的主流。

2. 风冷发动机

• 结构简单：风冷发动机不需要复杂的水冷系统，结构相对简单，减少了发动机的重量和体积，同时也降低了制造成本。

• 维护方便：没有冷却液相关的管路、水箱等部件，维护起来相对方便，不需要定期检查和更换冷却液。

• 冷却效果受环境影响大：依靠流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却，其冷却效果容易受到环境温度、车辆行驶速度等因素的影响。在高温环境或车辆低速行驶时，冷却效果可能不理想。

• 特点：

• 应用范围：现在已经基本被淘汰，仅在一些特殊用途的车辆或小型机械设备上还有少量应用。