汽车发动机的工作原理和各部件作用
汽车, 原理, 发动机
发动机，又称为引擎，是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器，通常是把化学能转化为机械能。（把电能转化为机器能的称谓电动机）有时它既适用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器.比如汽油发动机,航空发动机.
; @2 u7 \9 x% J" Z* W7 [; L
. l+ i4 t4 d( l" _( y0 O: b  t$ F+ V基本理论 5 W  [0 _8 p  y) I) z
汽油发动机将汽油的能量转化为动能来驱动汽车，最简单的办法是通过在发动机内部燃烧汽油来获得动能。因此，汽车发动机是内燃机----燃烧在发动机内部发生。 8 ]' w' W, {  [. y
有两点需注意： 8 H' H1 E1 R! n* _
1． 内燃机也有其他种类，比如柴油机，燃气轮机，各有各的优点和缺点。 " t1 Q0 D# R5 F- @1 {' I( H+ U
2． 同样也有外燃机。在早期的火车和轮船上用的蒸汽机就是典型的外燃机。燃料（煤、木头、油）在发动机外部燃烧产生蒸气，然后蒸气进入发动机内部来产生动力。内燃机的效率比外燃机高不少，也比相同动力的外燃机小很多。所以，现代汽车不用蒸汽机。 + {6 ]7 m- h4 V* b
相比之下，内燃机比外燃机的效率高，比燃气轮机的价格便宜，比电动汽车容易添加燃料。这些优点使得大部分现代汽车都使用往复式的内燃机。
4 A# Z7 P4 Q9 _* c# s: B2 ?
' J2 D$ g( I" h: v+ T! i; o. ^7 m; v4 P0 U5 I% k
结构 4 ?/ |* n2 [2 j$ q
机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。
& {7 r6 @3 @5 H
, X% E0 @1 t. D" q3 g一. 气缸体 - F4 Z3 T5 @+ G& I/ E7 F
8 W: L: r( \& V* x# C: u& }, Z水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体——曲轴箱，也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。 ; u# n) s+ I1 }' a5 a( A0 ?
6 W' J  L4 \2 G  [% [4 _) h7 y
气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。
$ K1 W; c2 x  [' q* s' D. V0 L+ w) z$ E
(1) 一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差
7 }2 w* b, E: t) W- Q  @% Q! H3 B% s8 [# {; Q+ A* j
(2) 龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。 8 s  e1 L; K9 n4 T, y
) b) ^2 B" h" S: p(3) 隧道式气缸体这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。
9 x/ A) ~3 l  {' V# c2 A* i( T6 H( P
为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作用。 & w* k  y8 O3 H
  o' ]- c2 V: c  m
现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机，对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成单列式，V型和对置式三种。
$ t( ~' f- L" p3 |7 q7 [, W/ f, y' {
(1) 直列式 5 m3 _5 v- e1 q( b
( p0 W- b* z# t
发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的。单列式气缸体结构简单，加工容易，但发动机长度和高度较大。一般六缸以下发动机多采用单列式。例如捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使用的发动机均采用这种直列式气缸体。有的汽车为了降低发动机的高度，把发动机倾斜一个角度。 1 A7 F; z4 b$ x* |& l5 Y: Z
7 o) o2 M+ D. h5 ]$ z! w* N
(2) V型
5 W; w! F( M# G4 W3 G, G; r* I) c# c/ y- k2 Q1 [/ p' T5 l, B
气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角γ＜180°，称为V型发动机，V型发动机与直列发动机相比，缩短了机体长度和高度，增加了气缸体的刚度，减轻了发动机的重量，但加大了发动机的宽度，且形状较复杂，加工困难，一般用于8缸以上的发动机，6缸发动机也有采用这种形式的气缸体。 9 T- g: J. @  V( G2 l
* _4 W& |; i8 w9 O
(3) 对置式
7 |0 D. t+ k' |; j/ Z+ F
3 Q* K4 W& B9 ^气缸排成两列，左右两列气缸在同一水平面上，即左右两列气缸中心线的夹角 γ＝180°，称为对置式。它的特点是高度小，总体布置方便，有利于风冷。这种气缸应用较少。
4 V7 t1 [5 w6 m+ C$ P; }9 S7 @: G& \9 _- x. \' p
气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸，整体式气缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，这种气缸对材料要求高，成本高。如果将气缸制造成单独的圆筒形零件(即气缸套)，然后再装到气缸体内。这样，气缸套采用耐磨的优质材料制成，气缸体可用价格较低的一般材料制造，从而降低了制造成本。同时，气缸套可以从气缸体中取出，因而便于修理和更换，并可大大延长气缸体的使用寿命。气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种。
! v8 r6 \  V6 \' y9 @4 g5 @7 U' V; @7 R' t
干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为1～3mm。它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。 3 u; n, q; i9 n4 z- l
8 K4 U1 h, [: s湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为5～9mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。
; m' p9 v4 ?! F
; X. g8 j% Y+ K! g; k' b二.曲轴箱 : d% }0 i0 j$ Z* o4 T2 }' v3 p& H
' S' D, L" [. `* N气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳图（图2-6）。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。
. D# H4 l( `. @" y: B- a" I/ C
4 K! {/ W- c" _- W3 N三. 气缸盖 6 C0 k0 R! ~- @4 x
4 [1 \! k. f4 H( p2 A) @* z) [
气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。 5 \  b+ Y) D$ g( U9 R
* |/ f" L" v- H7 i+ _
缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。 - F% w; q) b8 U
9 E. G9 j1 L9 p8 c1 }; O
气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。 ! I( z/ v8 s1 m# V
发动机凸轮轴4 a- @' C: f! m1 g. v. x气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。这里只介绍汽油机的燃烧室，而柴油机的燃烧室放在柴油供给系里介绍。
2 @7 A- ^% K( _* J& Y8 \2 b5 ]8 z& A! Y; {* N' r+ i9 g
汽油机燃烧室常见的三种形式。 9 L5 L1 [; }( G$ n2 K0 I, P
! W; d7 N  I2 |( _+ F
(1) 半球形燃烧室
. Z) n: o# y$ l$ K  c* c# }! {% m( N2 F$ Q
半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上被广泛地应用。 : ]3 R5 s' _/ J" F3 \( m
& ^. y- Z6 `. i- N
(2) 楔形燃烧室 ' H. Q( [& u6 a% A5 e: X3 \
6 n+ L$ b( Z2 F- M7 j, {- T7 V楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提高了充气效率。气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离长些，切诺基轿车发动机采用这种形式的燃烧室。 1 x+ e6 n* @/ p* J' F- L5 ]. r
4 i9 F- F! m# |6 |
(3) 盆形燃烧室
; |& G! D& l) j6 i* W+ r
% W' A$ K* v3 V; j; Q5 O4 m/ k盆形燃烧室，气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。