汽车发动机工作原理

路边

汽车发动机工作原理发动机结构原理

一、基本理论

　　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。

有两点需注意：
　　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。
　　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。
　　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。

二、燃烧是关键

　　汽车的发动机一般都采用4冲程。（马自达的转子发动机在此不讨论，汽车画报曾做过介绍）

　　4冲程分别是：进气、压缩、燃烧、排气。完成这4个过程，发动机完成一个周期(2圈)。

理解4冲程

　　活塞，它由一个活塞杆和曲轴相联，过程如下：

　　1．活塞在顶部开始，进气阀打开，活塞往下运动，吸入油气混合气
　　2．活塞往顶部运动来压缩油气混合气，使得爆炸更有威力。
　　3．当活塞到达顶部时，火花塞放出火花来点燃油气混合气，爆炸使得活塞再次向下运动。
　　4．活塞到达底部，排气阀打开，活塞往上运动，尾气从汽缸由排气管排出。
　　注意：内燃机最终产生的运动是转动的，活塞的直线往复运动最终由曲轴转化为转动，这样才能驱动汽车轮胎。

三、汽缸数

　　发动机的核心部件是汽缸，活塞在汽缸内进行往复运动，上面所描述的是单汽缸的运动过程，而实际应用中的发动机都是有多个汽缸的（4缸、6缸、8缸比较常见）。我们通常通过汽缸的排列方式对发动机分类：直列、V或水平对置（当然现在还有大众集团的W型，实际上是两个V组成）。

　　不同的排列方式使得发动机在顺滑性、制造费用和外型上有着各自的优点和缺点，配备在相应的汽车上。

四、排量

　　混合气的压缩和燃烧在燃烧室里进行，活塞往复运动，你可以看到燃烧室容积的变化，最大值和最小值的差值就是排量，用升（L）或毫升（CC）来度量。汽车的排量一般在1.5L~4.0L之间。每缸排量0.5L，4缸的排量为2.0L，如果V型排列的6汽缸，那就是V6 3.0升。一般来说，排量表示发动机动力的大小。

　　所以增加汽缸数量或增加每个汽缸燃烧室的容积可以获得更多的动力。

五、发动机的其他部分

　　凸轮轴 控制进气阀和排气阀的开闭
　　火花塞 火花塞放出火花点燃油气混合气，使得爆炸发生。火花必须在适当的时候放出。
　　阀门 进气、出气阀分别在适当的时候打开来吸入油气混合气和排出尾气。在压缩和
　　燃烧时，这两个阀都是关闭的，来保证燃烧室的密封。
　　活塞环 在气缸壁和活塞中提出密封：
　　1．防止在压缩和燃烧时油气混合气和尾气泄漏进润滑油箱。
　　2．防止润滑油进入汽缸内燃烧。
　　大多“烧机油”的汽车就是因为发动机太旧：活塞环不再密封引起的（尾气管冒青烟）
　　活塞杆 连接活塞环和曲轴，使得活塞和曲轴维持各自的运动。
　　润滑油槽 包围着曲轴，里面有相当数量的油.

一、二冲程汽油发动机的工作原理

曲轴旋转一圈，活塞上下各一次，完成一个工作循环的发动机，称二冲程发动机。二冲程发动机的气缸上，设有进气孔、排气孔和换气（扫气）孔，这些孔通过活塞在气缸中上下运动时实现开与闭。

1、 辅助行程（吸气、压缩过程）

曲轴旋转，活塞从下止点向上止点运动，当活塞上行，把扫气孔和排气孔关闭时，使已从扫气孔进入气缸的新鲜可燃混合气被压缩；由于活塞的上行，使活塞的下方的曲轴箱容积增大，产生真空吸力，把进气口的舌簧阀吸开，燃油与空气经化油器混合的可燃混合气被吸入曲轴箱，当活塞到上止点时，这一行程结束。

2、 作功行程（爆燃、排气、扫气）

当活塞上行，将要接近上止点时，火花塞产生电火花，把已被压缩的可燃混合气点燃，燃烧的气体迅速膨胀，使气缸内的压力和温度急剧升高，在高压气体的推动下，迫使活塞从上止点向下止点运动，活塞通过连杆，将高压气体的推力传给曲轴使之旋转作功，使热能转变成机械能；由于活塞的下行，使曲轴箱的容积减小，压力增高，进气口的舌簧阀被关闭，进入曲轴箱的可燃混合气被预压缩；活塞继续下行时，排气孔打开，燃烧后的废气从排气孔排出；随着排气孔打开，扫气孔被打开，曲轴箱中被预压缩的可燃混合气经扫气孔进入气缸，并将废气进一步驱逐出气缸，这一过程称换气过程。

作功行程结束时，一个工作循环便完成了。从上述过程中可知，在辅助行程中，活塞上方在压缩，活塞下方在进气；在作功行程中，活塞上方在作功、排气和扫气，而活塞下方对进入曲轴箱的可燃混合气进行预压缩。只要曲轴连续旋转，工作循环便能连续不断地进行。

二、四冲程汽油发动机的工作原理

曲轴旋转两圈，活塞上下各两次，完成一个工作循环的发动机称四冲程发动机。四冲程发动机的气缸体上，设有进、排气门，由曲轴旋转来驱动凸轮准时地打开和关闭，使可燃混合气及时进入气缸，并使燃烧后的废气及时排出气缸。

1、 进气过程

曲轴旋转，活塞从上止点向下止点移动，此时进气门已打开。由于活塞的下行，活塞上方容积增大，产生真空吸力，燃油和空气经化油器雾化混合成可燃混合气，经进气门被吸入气缸。活塞到下止点后，进气门关闭，进气行程结束。

2、 压缩行程

进气行程终了时，进排气门均关闭。活塞从下止点向上止点移动，使进入气缸的可燃混合气被压缩，活塞将到上止点时，混合气的压力可达1470kPa以上，温度可达250℃-300℃，为混合气体的燃烧作功创造了良好的条件。这一行程在活塞到上止点时结束。

3、 作功行程

当压缩行程活塞接近上止点时，火花塞电极间产生电火花，将被压缩的可燃混合气点燃，燃烧的气体迅速膨胀，使气缸内的瞬时压力达2940kPa-4410kPa，温度达1800℃-2000℃，在高压气体的作用下，活塞被迫从上止点向下止点运动，通过连杆，将高压气体的推力传给曲轴使之旋转作功，实现热能转变为机械能。

4、 排气行程

在作功行程末，活塞被推到接近下止点时，排气门打开，活塞由下止点向上止点运动，气缸内燃烧后的废气在活塞的推动下，经排气门排出气缸，活塞到上止点后，排气门关闭，这一行程结束。

排气行程结束时，一个工作循环完成。只要曲轴连续转动，进气、压缩、作功、排气就能周而复始地循环进行。


现代的汽车越来越注重乘坐的舒适性，以致消费者往往将车的舒适性列为购买的一个重要衡量标准。事实上，汽车乘坐的舒适性除了座椅的柔软程度、支撑力等因素外，关系最大的就是汽车的悬挂系统它还是车架与车轴之间连接的传力机件，对其他性能诸如行驶的安全性、通过性、稳定性以及附着性能都有重大影响。

悬挂系统的基本构成

简单说来，汽车悬挂包括弹性元件、减振器和传力装置等三部分，分别起缓冲、减振和受力传递的作用。

从轿车上来讲，弹性元件多指螺旋弹簧，它只承受垂直载荷，缓和及抑制不平路面对车体的冲击，具有占用空间小、质量小、无需润滑的优点，但由于本身没有摩擦而没有减振作用。减振器又指液力减振器，其功能是为加速衰减车身的振动，它也是悬挂系统中最精密和复杂的机械件。传力装置则是指车架的上下摆臂等叉形钢架、转向节等元件，用来传递纵向力、侧向力及力矩，并保证车轮相对于车架有确定的相对运动规律。

在实际中，只要具备上述三种作用也一样可行。

轿车配独立悬挂成趋势 悬挂系统的两种分类：

(l)非独立式悬挂：将非独立悬挂的车轮装在一根整体车轴的两端，这样当一边车轮运转跳动时，就会影响另一侧车轮也作出相应的跳动，使整个车身振动或倾斜。采取这种悬挂系统的汽车一般平稳性和舒适性较差，但由于其构造较简单，承载力大，该悬挂多用于载重汽车、普通客车和一些其他特种车辆上。

(2)独立式悬挂：独立悬挂的车轴分成两段，每只车轮用螺旋弹簧独立地安装在车架下面，这样当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受波及，车身的震动大为减少，汽车舒适性也得以很大的提升，尤其在高速路面行驶时，它还可提高汽车的行驶稳定性。不过，这种悬挂构造较复杂，承载力小，还会连带使汽车的驱动系统、转向系统变得复杂起来。目前大多数轿车的前后悬挂都采用了独立悬挂的形式，并已成为一种发展趋势。

独立悬挂的结构分有烛式、麦弗逊式、连杆式等多种，其中烛式和麦弗逊式形状相似，两者都是将螺旋弹簧与减振器组合在一起，但因结构不同又有重大区别。烛式采用车轮沿主销轴方向移动的悬挂形式，形状似烛形而得名，特点是主销位置和前轮定位角不随车轮的上下跳动而变化，有利于汽车的C控和稳定性。麦弗逊式是绞结式滑柱与下横臂组成的悬挂形式，减振器可兼做转向主销，转向节可以绕着它转动，特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化，与烛式悬架正好相反。这种悬架构造简单、布置紧凑、前轮定位变化小，具有良好的行驶稳定性。所以，目前轿车使用最多的独立悬挂是麦弗逊式悬挂。

弹性元件优劣各异

(1)钢板弹簧：由多片不等长和不等曲率的钢板叠合而成。安装好后两端自然向上弯曲。钢板弹簧除具有缓冲作用外，还有一定的减振作用，纵向布置时还具有导向传力的作用。非独立悬挂大多采用钢板弹簧做弹性元件，可省去导向装置和减振器，结构简单。

(2)螺旋弹簧：只具备缓冲作用，多用于轿车独立悬挂装置。由于没有减振和传力的功能，还必须设有专门的减振器和导向装置。

(3)油气弹簧：以气体作为弹性介质，液体作为传力介质，它不但具有良好的缓冲能力，还具有减振作用，同时还可调节车架的高度，适用于重型车辆和大客车使用。

(4)扭杆弹簧：将用弹簧杆做成的扭杆一端固定于车架，另一端通过摆臂与车轮相连，利用车轮跳动时扭杆的扭转变形起到缓冲作用，适合于独立悬挂使用。

筒式减振器更受欢迎

减振器上端与车身或者车架相连，下端与车桥相连。当轿车在不平坦路上行驶，车身会发生振动，减振器能迅速衰减车身振动，利用本身油液流动的阻力来消耗振动的能量。

现代轿车大多都是采用筒式减振器，当车架与车轴相对运动时，减振器内的油液与孔壁间的摩擦形成了对车身振动的阻力，这种阻力工程上称为阻尼力。阻尼力会将车身的振动能转化为热能，被油液和壳体所吸收。人们为了更好地实现轿车的行驶平稳性和安全性，将阻尼系数不固定在某一数值上，而是随轿车运行的状态而变化，使悬挂性能总是处在最优的状态附近。因此，有些轿车的减振器是可调式的可根据传感器信号自动选择。

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