汽車發動機的總體構造

蓋彥青

吉林市公交技校，吉林 吉林 132013

汽車是指以可燃氣或者汽油作動力的交通運輸工具，也是指有自身裝備動力系統驅動的車輛。多數車是由4個或4個以上車輪，并依靠這些車輪在陸地行駛的車輛。汽車通常是用來運輸乘客、貨物和牽引客車轎廂、貨用掛斗和其他特殊用途的專用車輛。自汽車于19世紀誕生至今100多年的期間，汽車工業從最初的小規模生產到現在大規模生產，一直以一種驚人的速度迅速發展，走進家庭。陸地上的交通工具就是汽車，是普及最廣、數量最多、應用范圍最大、運輸量最高的現代化陸地交通工具。截止到目前為止，還沒有哪種產品可以像汽車這樣對人類社會產生如此廣泛深遠的影響，全球汽車的增長速度以每年幾千萬輛的速度增長，累計至今有幾億輛汽車。

1 發動機的分類

發動機可以將自然界中的能量轉化為機械能并推動機械進行工作的裝備。其中熱力發動機可以將熱能轉化為機械能，熱力發動機中有一種被稱作內燃機，內燃機的特點是它的機械能來源于液體燃料或氣體燃料和空氣混合后直接輸入機器內部燃燒而產生熱能。大家熟知的飛機、汽車、船舶、坦克、拖拉機等各種交通運輸工具均使用內燃機。但內燃機也有不利的一面，其使用以汽油、柴油等能源的內燃機所排出的氣體含有很高的有害成分。目前全世界都在致力于汽車尾氣凈化以及其它新型能源為動力的發動機開展研究，以緩解能源危機和環境的污染。

1）根據使用不同的燃料分類：可分為柴油機、汽油機、天然氣機、煤氣機、酒精機等多種燃料發動機；

2）根據發動機的著火類型分類：可分為和點燃式發動機兩種類型。壓縮氣缸內的空氣或可燃氣體，利用壓縮時產生的高溫，引起燃料著火的內燃機被稱為壓燃式發動機；壓縮氣缸內的燃料和空氣的混合氣，并用點火器將混合氣體點燃的內燃機是點燃式發動機；

3）根據進氣的不同類型分類：可分為增壓和非增壓發動機兩種。在氣體進入氣缸前的空氣或可燃混合氣未經壓氣機壓縮的發動機是非增壓發動機；在氣體進人氣缸前的空氣或可燃混合氣已經在壓氣機內進行壓縮，以增大氣體密度的發動機是增壓發動機；

4）根據冷卻方式不同分類：可分為風冷式、水冷式發動機。水冷式發動機是用水或冷卻液在發動機內循環散熱的發動機；風冷式發動機是利用空氣流動進行散熱的的發動機；

5）根據氣缸數量和分布位置分類：僅有一個氣缸的稱為單缸發動機，有兩個氣缸的稱為雙缸發動機，兩個氣缸以上的稱為多缸發動機；根據氣缸排列方式不同可分為對置式、贏列式、V形發動機等；氣缸中心線與水平面垂直的是立式發動機、氣缸有一定角度的發動機是斜置式發動機，氣缸平行的發動機是臥式發動機；

6）根據沖程數量多少分類：可分為二沖程和四沖程發動機兩種。在內燃機內，凡活塞往復兩個單程（曲軸旋轉一轉）完成一個工作循環的稱為二沖程發動機；活塞往復四個單程（曲軸旋轉兩轉）完成一個工作循環的稱為四沖程發動機。

2 四沖程汽油機工作原理

汽油機是吸氣沖程將空氣與汽油按著一定的比例混合成良好的混合氣吸入汽缸，混合氣經壓縮點火燃燒后產生大量熱能，由高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動活塞作往復運動，通過曲軸飛輪、連桿向外輸出機械能。四沖程汽油機的一個工作循環分為吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程四步。

2.1 吸氣沖程(intake stroke)

曲軸帶動活塞由上止點移至下止點。這時進氣門打開，排氣門關閉，曲軸轉動180°。移動過程中活塞使汽缸容積漸漸增大，汽缸內氣體壓力從pr逐漸降低到pa，使汽缸內形成真空，空氣和汽油的混合氣體經進氣門進入汽缸內部，這時在汽缸內進行混合，混合成可燃混合氣體。由于汽缸內氣體壓力小于大氣壓力0 ，即pa= （0.80～0.90）0p，所以進氣系統存在阻力 。進入汽缸內的可燃混合氣的溫度上升到350～410K。

2.2 壓縮沖程(compression stroke)

進氣門和排氣門同時關閉。活塞由下止點向上止點運動，曲軸轉動180°。活塞上移時，氣缸容積逐漸變小，缸內空氣和汽油的混合氣體經壓縮后壓力和溫度不斷提高，活塞運動到上止點時，其壓力pc可達810kPa～2010kPa，溫度可達610K～760K。

2.3 做功沖程(power stroke)

在活塞接近上止點時，可燃混合氣由火花塞點燃，由于混合氣進行燃燒釋放出大量的熱量，汽缸內正在燃燒的混合氣體的壓力和溫度急速上升。使燃燒最高壓力pZ達3100kPa～6100kPa，溫度TZ達2300K～2900K。燃燒的混合氣體的高壓迫使活塞從上止點向下止點運動，產生的機械能通過曲柄連桿機構對外進行輸出。隨著活塞向下止點移動，汽缸內的容積不斷增加，溫度和壓力逐漸降低，溫度降至1100K～1400K，其壓力降至290kPa～490kPa。完成做功沖程

2.4 排氣沖程(exhaust stroke)

排氣沖程時，排氣門開啟，進氣門依然關閉，活塞從下止點向上止點運動，活塞運動到上止點時，曲軸完全轉動180°。排氣門開啟時，燃燒后的廢氣一邊在汽缸利用內外壓差向缸外排出，一邊通過活塞的運動排擠缸內的廢氣向缸外排氣。由于排氣系統的存在阻力，排氣終點的壓力稍高于大氣壓力，即pr=（1.04～1.10）p0。排氣終點溫度Tr=890K～1000K。廢氣在燃燒室中仍留有殘留，這部分廢氣叫殘余廢氣。

3 發動機的總體構造

發動機是一部由多種構件和系統組裝而成的精密機械。現代發動機的結構形式很多，即使同一類型的汽車發動機也是多種多樣的。由于工作原理相似，發動機的基本結構也就大同小異。汽油發動機通常是五大系統兩大機構組成，柴油發動機通常是由四大系統兩大機構組成（無點火系），下面以汽油發動機為例說明。

3.1 機體組

多數發動機由氣缸體、氣缸蓋和油底殼機體組成。有將氣缸體分鑄為上下兩部分的發動機，上部分是氣缸體，下部分時曲軸箱。由發動機各構件、各系統構成機體組，機體組是曲柄連桿機構、供給系統、配氣機構、潤滑系統、冷卻系統組成部分。，因為混合氣要在機體組內燃燒，所以機體組必須能承受高溫高壓。

3.2 曲柄連桿機構

它是活塞做直線往復運動并將熱能轉換為機械能的輸出動力機構。由連桿、活塞和帶有飛輪的曲軸等組成的曲柄連桿機構。

3.3 配氣機構

配氣機構由進氣門、氣門間隙調節器、凸輪軸、排氣門、搖臂以和凸輪軸定時帶輪等組成。它的作用是將可燃混合氣吸入氣缸并及時從氣缸中排出廢氣的裝置。

3.4 供給系統

供給系統由汽油泵、汽油箱、汽油過濾器、化油器、進氣管、空氣濾清器、排氣消聲器、排氣管等組成。其主要是把汽油與空氣按比例混合并為供入氣缸，以便進行能量的轉換，并將廢氣排到發動機外。

3.5 點火系統

其中有供給低壓電流的蓄電池、發動機、分電器、點火線圈、火花塞等。點火系統是保證在規定時間內點燃氣缸內被壓縮的汽油和空氣的混合氣。

3.6 冷卻系統

由水泵、水套、風扇、散熱片、分水管、等組成的冷卻系統。主要作用就是把氣缸內的熱量散到空氣中去，以保證發動機正常而穩定的工作狀態。

3.7 潤滑系統

由機油泵、潤滑油道、機油過濾器、限壓閥、機油濾清器等組成的潤滑系統，主要功能是使潤滑油潤滑做相對運動的零件，減少機件之間的摩擦，降低機件之間的相互磨損，并清洗摩擦表面，同時也可以降低機件部分溫度。

3.8 起動系統

啟動系統由起動機及其附屬裝置組成，把靜止的發動機啟動并轉入運行狀態。發動機是一個精密和復雜的機器。發動機性能直接影響著整個車輛的運行，要想對汽車進行維修、故障分析與排除就必須了解發動機的工作原理和結構。

汽車的心臟是發動機，發動機決定了速度、加速性、爬坡性、牽引力；發動機故障時汽車維修中常見的故障；汽車的發動機的設計決定了燃料經濟性和經常費用，由此可見發動機在汽車中的重要性。發動機的設計是汽車設計的基礎，這就要求我們從事發動機設計工作的工作人員要在在發動機設計中對每個環節都要進行仔細考慮，對每個部件都要精益求精，因為發動機的好壞都對汽車的后期設計都起到決定性作用。

[1]魏永廣，劉存.現代傳感技術[M].哈爾濱：東北大學出版社，2001.

[2]韋巍.智能控制技術[M].北京：機械工業出版社，2006.

[3]孟慶嘉.汽車發動機原理[J].汽車探索，2009(10).

[4]柴亮.淺析不同構造的汽車發動機性能特點[J].甘肅科技縱橫，2010(5).