發(fā)動(dòng)機(jī)基本構(gòu)造

    發(fā)動(dòng)機(jī)是將某一種型式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)器，其作用是將液體或氣體燃燒的化學(xué)能通過(guò)燃燒后轉(zhuǎn)化為熱能，再把熱能通過(guò)膨脹轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并對(duì)外輸出動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)是一部由許多結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機(jī)器，其結(jié)構(gòu)型式多種多樣，但由于基本工作原理相同，所以其基本結(jié)構(gòu)也就大同小異，發(fā)動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)圖如下所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　汽油發(fā)動(dòng)機(jī)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　柴油發(fā)動(dòng)機(jī)

 汽油機(jī)通常由曲柄連桿、配氣兩大機(jī)構(gòu)和燃料供給、潤(rùn)滑、冷卻、點(diǎn)火、起動(dòng)五大系統(tǒng)組成。柴油機(jī)通常由兩大機(jī)構(gòu)和四大系統(tǒng)組成（無(wú)點(diǎn)火系）。

 1．曲柄連桿機(jī)構(gòu)

    曲柄連桿機(jī)構(gòu)是由氣缸體、氣缸蓋、活塞、連桿、曲軸和飛輪等組成。這是發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，并將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而對(duì)外輸出動(dòng)力。

 2．配氣機(jī)構(gòu)

    配氣機(jī)構(gòu)是由進(jìn)氣門、排氣門、氣門彈簧、挺桿、凸輪軸和正時(shí)齒輪等組成。其作用是將新鮮氣體及時(shí)充入氣缸，并將燃燒產(chǎn)生的廢氣及時(shí)排出氣缸。 

3．燃料供給系

    由于使用的燃料不同，可分為汽油機(jī)燃料供給系和柴油機(jī)燃料供給系。

    汽油燃料供給系又分化油器式和燃油直接噴射式兩種，通常所用的化油器式燃料供給系由燃油箱、汽油泵、汽油濾清器、化油器、空氣濾清器、進(jìn)排氣歧管和排氣消聲器等組成，其作用是向氣缸內(nèi)供給已配好的可燃混合氣，并控制進(jìn)入氣缸內(nèi)可燃混合氣數(shù)量，以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率和轉(zhuǎn)速，最后，將燃燒后廢氣排出氣缸。

    柴油機(jī)燃料供給系由燃油箱、輸油泵、噴油泵、柴油濾清器、進(jìn)排氣管和排氣消聲器等組成，其作用是向氣缸內(nèi)供給純空氣并在規(guī)定時(shí)刻向缸內(nèi)噴入定量柴油，以調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和轉(zhuǎn)速，最后，將燃燒后廢氣排出氣缸。 

4．冷卻系

    機(jī)動(dòng)車一般采用水冷卻式。水冷式由水泵、散熱器、風(fēng)扇、節(jié)溫器和水套（在機(jī)體內(nèi)）等組成，其作用是利用冷卻水的循環(huán)將高溫零件的熱量通過(guò)散熱器散發(fā)到大氣中，從而維持發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)正常工作溫度。 

5．潤(rùn)滑系

    潤(rùn)滑系由機(jī)油泵、濾清器、油道、油底殼等組成。其作用是將潤(rùn)滑油分送至各個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件的摩擦面，以減小摩擦力，減緩機(jī)件磨損，并清洗、冷卻摩擦表面。 

6．點(diǎn)火系

    汽油機(jī)點(diǎn)火系由電源（蓄電池和發(fā)電機(jī)）、點(diǎn)火線圈、分電器和火花塞等組成，其作用是按規(guī)定時(shí)刻及時(shí)點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)被壓縮的可燃混合氣。 

7．起動(dòng)系

    起動(dòng)系由起動(dòng)機(jī)和起動(dòng)繼電器等組成，用以使靜止的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)并轉(zhuǎn)入自行運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

    發(fā)動(dòng)機(jī)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過(guò)程，是經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)連續(xù)的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，每進(jìn)行一次這樣的過(guò)程就叫一個(gè)工作循環(huán)。凡是曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈，活塞往復(fù)四個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的，稱為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。曲軸旋轉(zhuǎn)一圈，即活塞往復(fù)兩個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的，稱為兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。 

1. 四沖程汽油機(jī)的工作原理： 

(1) 進(jìn)氣行程。曲軸帶動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉?；钊苿?dòng)過(guò)程中，氣缸內(nèi)容積逐漸增大，形成真空度，于是可燃混合氣通過(guò)進(jìn)氣門被吸入氣缸，直至活塞到達(dá)下止點(diǎn)，進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)結(jié)束。

    由于進(jìn)氣系統(tǒng)存在進(jìn)氣阻力，進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)氣體的壓力低于大氣壓力，約為0.075MPa～0.09MPa。由于氣缸壁、活塞等高溫件及上一循環(huán)留下的高溫殘余廢氣的加熱，氣體溫度升高到370K～440K。

(2) 壓縮行程。進(jìn)氣行程結(jié)束時(shí)，活塞在曲軸的帶動(dòng)下，從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)容積逐漸減小。此時(shí)進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，可燃混合氣被壓縮，至活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)壓縮結(jié)束。壓縮過(guò)程中，氣體壓力和溫度同時(shí)升高，并使混合氣進(jìn)一步均勻混合，壓縮終了時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力約為0.6MPa～1.2MPa，溫度約為600K～800K。 

(3) 作功行程。在壓縮行程末，火花塞產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃混合氣，并迅速燃燒，使氣體的溫度、壓力迅速升高，從而推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)作功，至活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)作功結(jié)束。

    作功開始時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力、溫度急劇上升，瞬間壓力可達(dá)3MPa～5MPa，瞬時(shí)溫度可達(dá)2200K～2800K。 

(4) 排氣行程。在作功行程接近終了時(shí)，排氣門打開，進(jìn)氣門關(guān)閉，曲軸通過(guò)連桿推動(dòng)活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。廢氣在自身剩余壓力和在活塞推動(dòng)下，被排出氣缸，至活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，排氣門關(guān)閉，排氣結(jié)束。因排氣系統(tǒng)存在排氣阻力，排氣沖程終了時(shí)，氣缸內(nèi)壓力略高于大氣壓力，約為0.105MPa～0.115MPa，溫度約為900K～1200K。 
2．四沖程柴油機(jī)的工作原理：

    由于使用燃料的性質(zhì)不同，四沖程柴油機(jī)的可燃混合氣的形成和著火方式與汽油機(jī)有很大區(qū)別。下面主要敘述柴油機(jī)與汽油機(jī)工作循環(huán)的不同之處。

(1) 進(jìn)氣行程。進(jìn)氣行程中進(jìn)入氣缸的不是可燃混合氣，而是純空氣。 

(2) 壓縮行程。壓縮行程中將進(jìn)入氣缸的純空氣壓縮，由于柴油的壓縮比大，約為15～22，壓縮終了的溫度和壓力都比汽油機(jī)高，壓力可達(dá)3MPa～5MPa，溫度可達(dá)800K～1000K。 

(3)作功行程。在壓縮行程終了時(shí)，噴油泵將高壓柴油經(jīng)噴油器呈霧狀噴入氣缸內(nèi)的高溫高壓空氣中，被迅速汽化并與空氣形成混合氣。由于氣缸內(nèi)的溫度高于柴油的自燃溫度（約500K左右），柴油混合氣便立即自行著火燃燒，且此后一段時(shí)間內(nèi)邊噴油邊燃燒，氣缸內(nèi)壓力和溫度急劇升高，推動(dòng)活塞下行作功。

    作功行程中，瞬時(shí)壓力可達(dá)5MPa～10MPa，瞬時(shí)溫度可達(dá)1800K～2200K。 

(4)排氣行程。此行程與汽油機(jī)基本相同。

    由上述四行程汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作循環(huán)可知，兩種發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的基本內(nèi)容相似。四個(gè)行程中只有作功行程產(chǎn)生動(dòng)力，其他三個(gè)行程是為作功行程做準(zhǔn)備工作的輔助行程，都要消耗一部分能量。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的第一個(gè)循環(huán)，必須有外力將曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以完成進(jìn)氣和壓縮行程。當(dāng)作功行程開始后，作功能量便通過(guò)曲軸儲(chǔ)存在飛輪內(nèi)，以維持以后的循環(huán)得以繼續(xù)進(jìn)行。 

3．二沖程汽油機(jī)的工作原理：

    二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)也包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)過(guò)程，但它是在活塞往復(fù)兩個(gè)行程內(nèi)完成的。

(1)第一行程?；钊麖南轮裹c(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)活塞上行至關(guān)閉換氣孔和排氣孔時(shí)，已進(jìn)入氣缸的可燃混合氣被壓縮，活塞繼續(xù)上移至上止點(diǎn)時(shí)，壓縮結(jié)束。與此同時(shí)，活塞上行時(shí)，其下方曲軸箱內(nèi)形成一定真空度。當(dāng)活塞上行至進(jìn)氣孔開啟時(shí)，新鮮的可燃混合氣被吸入曲軸箱，至此，第一行程結(jié)束。 

(2)第二行程?；钊咏现裹c(diǎn)時(shí)，火花塞產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃被壓縮的可燃混合氣。燃燒形成的高溫、高壓氣體推動(dòng)活塞下行作功。當(dāng)活塞下行到關(guān)閉進(jìn)氣孔后，曲軸箱內(nèi)的混合氣被預(yù)壓縮；活塞繼續(xù)下行至排氣孔開啟時(shí)，燃燒后廢氣靠自身壓力經(jīng)排氣孔排出；緊接著，換氣孔開啟，曲軸箱內(nèi)經(jīng)預(yù)壓的混合氣進(jìn)入氣缸，并排除氣缸內(nèi)殘余廢氣。這一過(guò)程稱換氣過(guò)程，它將一直延續(xù)到下一行程活塞再上行關(guān)閉換氣孔和排氣孔為止?；钊滦械较轮裹c(diǎn)時(shí)，第二行程結(jié)束。

    由上兩個(gè)行程可知：第一行程時(shí)，活塞上方進(jìn)行換氣、壓縮，活塞下方進(jìn)行進(jìn)氣；第二行程時(shí)，活塞上方進(jìn)行作功、換氣，活塞下方預(yù)壓混合氣。換氣過(guò)程跨越二個(gè)行程。

發(fā)動(dòng)機(jī)活塞

    活塞的主要作用是承受氣缸中氣體壓力并通過(guò)活塞銷和連桿傳給曲軸。此外，活塞還與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室，

  由于活塞頂部直接與高溫燃?xì)饨佑|，承受很高的熱負(fù)荷；活塞還承受周期性變化的的氣體壓力和慣性力的作用， 因此要求活塞應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，質(zhì)量盡可能小，導(dǎo)熱性能要好，要有良好的耐熱性、耐磨性，溫度變化時(shí)，尺寸及形狀的變化要小。

    汽車發(fā)動(dòng)機(jī)目前廣泛采用的活塞材料是鋁合金，有的柴油機(jī)上也采用合金鑄鐵或耐熱鋼制造活塞。

    活塞的基本結(jié)構(gòu)可分為頂部、頭部和裙部三個(gè)部分。 

1.活塞頂部?；钊敳渴侨紵业慕M成部分，用來(lái)承受氣體壓力。根據(jù)不同的目的和要求，活塞頂部制成各種不同的形狀：常見(jiàn)的有平頂活塞、、凸頂活塞、凹頂活塞及成型頂活塞。 

(2)活塞頭部。活塞頭部是活塞環(huán)槽以上的部分。其主要作用是承受氣體壓力，并傳給連桿；與活塞環(huán)一起實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸的密封；將活塞頂所吸收的熱量通過(guò)活塞環(huán)傳給氣缸壁。

    活塞頭部切有若干道用以安裝活塞環(huán)的環(huán)槽。汽油機(jī)活塞一般有3～4道環(huán)槽，上面2～3道用以安裝氣環(huán)，下面一道用以安裝油環(huán)。在油環(huán)槽底面上鉆有若干徑向小孔，以使被油環(huán)從氣缸壁上刮下來(lái)的多余機(jī)油經(jīng)過(guò)這些小孔流回油底殼。 

(3)活塞裙部?；钊h(huán)槽以下的部分稱為活塞裙部。其作用是引導(dǎo)活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并承受側(cè)壓力。

直列式氣缸體

    氣缸體與上曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體－曲軸箱，簡(jiǎn)稱氣缸體。氣缸體上部有一個(gè)或數(shù)個(gè)為活塞在其中運(yùn)動(dòng)作導(dǎo)向的圓柱形空腔，稱為氣缸；下部為支撐曲軸的曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運(yùn)動(dòng)的空間。

    氣缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，并由它來(lái)保持發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)件相互之間的準(zhǔn)確位置關(guān)系。

    為了使氣缸散熱，在氣缸外部制有水套（水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)）或散熱片（風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)）。

    在上曲軸箱有前后壁和中間隔板，其上制有主軸承座孔，有的發(fā)動(dòng)機(jī)還制有凸輪軸軸承座孔。為了這些軸承的潤(rùn)滑，在側(cè)壁上鉆有主油道，前后壁和中間隔板上鉆有分油道。 

    發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排列常見(jiàn)的有單列式和雙列式兩種形式：?jiǎn)瘟惺剑ㄖ绷惺剑?/FONT>發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)氣缸排成一列，一般是垂直布置。但為了降低發(fā)動(dòng)機(jī)的高度，有時(shí)也把氣缸布置成傾斜甚至水平的。雙列式發(fā)動(dòng)機(jī)左、右兩列氣缸中心線的夾角γ＜180°者稱為V型發(fā)動(dòng)機(jī)。