第2单元发动机机械
课文A 发动机工作原理、主要部件及分类
汽车发动机基本上都是热机。

汽车上所用的热机都是内燃机。

1.发动机工作原理
点燃式发动机是一种采用外部点火的内燃机。

汽油机是一种点燃式发动机。

四冲程循环汽油机工作循环包含四个活塞冲程。

这四个冲程有（图2-1）：
发动机的第一个冲程被称为进气冲程。

在活塞下行之后，进气门不只是打开，而且会随活塞的下行，开度还在进一步增大。

这样，可使空气在整个活塞下行期间能将燃料吸出来。

记住，进气行程在活塞位于气缸顶部（进气门开启，排气门关闭）时开始，在活塞到达气缸的底部时结束。

这个行程需要曲轴转半圈。

随着活塞继续运动，活塞在气缸中向上运动。

如果两个气门都保持关闭，当活塞到达顶部时，含有燃油的混合气就会受到挤压，即压缩。

这个过程被称为压缩行程。

这个行程也需要曲轴转半圈。

压缩行程用来将燃油粉碎成较小的颗粒。

这是混合气受到压缩时，突然出现涡流运动和受到搅动的结果。

当混合气突然受到急剧增长的压缩压力时，其温度就会上升。

这种温度的增长使混合气更容易点火，爆发力更大。

当活塞到达其压缩行程的顶点时，它就回到了将要受到爆发力而被向下推动的适当位置。

记住，压缩行程在活塞位于气缸底部（两个气门均关闭）时开始，在活塞到气缸的顶部时结束。

这个行程需要曲轴再转半圈。

当活塞到达压缩行程顶部时，混合气被粉碎成许多微小颗粒，温度升高。

当点火时，混合气就会爆炸，产生极大的爆发力。

这个时刻就是混合气爆炸性燃烧的最佳时机。

火花塞能在燃烧室内产生火花。

靠点火系统火花塞才能产生火花。

这个系统将在第6单元讨论。

设想一下，在燃油空气混合气中有一个灼热的火花的情形。

混合气将会爆炸，并将推动活塞沿气缸下行。

这将对曲轴产生一个快速而有力的推动作用。

这就是作功行程。

在作功行程期间，两个气门必须保持关闭，否则，燃料燃烧的压力就会通过气门口产生泄漏。

记住，作功行程在活塞位于气缸顶部（两个气门都关闭）时开始，在活塞到达气缸的底部时结束。

这个行程需要曲轴再转半圈。

当活塞到达作功行程的底部时，排气门开启，旋转的曲轴迫使活塞向上运动，将燃烧废气驱赶出去。

这个行程叫做排气行程。

记住，排气行程在活塞位于气缸底部（排气门开启，进气门关闭）时开始，在活塞到达气缸的顶部时结束。

这个行程又需要曲轴转半圈。

如果你数着进气、压缩、作功和排气行程所经历的半圈的个数，你就会知道总共有4个半圈。

也就是，曲轴正好转两圈。

尽管曲轴转过两圈，但是只有半圈，即四分之一的时间，曲轴能够得到动力。

一旦活塞到达排气行程的顶部，它就会另一个进气、压缩、作功、排气循环。

这个循环反复进行。

每个完整的循环都是由四个活塞行程所组成，因而得名四冲程循环。

2.发动机主要部件
1）气缸体
气缸体是安装发动机所有部件的一个刚性金属基础件。

它内含气缸，支承曲轴和凸轮轴。

在老式发动机上，气门座、气道、气门导管均在气缸体上直接制成。

一些附件总成和离合器壳用螺栓固定在气缸体上。

气缸体或由铸铁制成，或由铝制成。

气缸体越轻（倘若具有足够的强度）越好。

现代薄壁铸造工艺的型心尺寸精度和位置精度要比老式铸造工艺高得多，从而能够铸造出更薄的气缸体间隔层，降低了气缸体的重量。

由于气缸体间隔层更均匀，维修期间的气缸体变形将会减轻。

2）气缸
气缸是在气缸体上加工形成的圆孔，它对活塞起导向作用的，同时用作一个容器，来实现空气-燃油混合气的吸入、压缩、点火和排气。

气缸既可以用钢也可以用铸铁来制造，到目前止，使用铸铁的最多。

在铝气缸体内希望采用钢质气缸时，这些气缸就会以气缸套（圆管形）的形式安装在铝气缸体上。

这些气缸套或者铸入或者压入气缸体。

有些发动机采用可更换式气缸套。

当气缸磨损时，可将旧气缸套拉出来，再压入新气缸套。

这些气缸套要压入到加大尺寸的气缸孔中。

气缸套广泛用于重型货车发动机和工业发动机。

铸铁气缸体中的一个气缸磨损或者开裂，也可用气缸套进行修复。

3）活塞
活塞必须在气缸内向下运动，从而产生真空，将含燃油的混合气吸入气缸。

然后再向上运动，压缩混合气。

当混合气点火之后，膨胀气体的压力就作用于活塞顶上，在这个强大的压力下活塞向下运动，从而将膨胀气体的能量传递给曲轴。

然后，活塞再在气缸内向上运动，是燃烧废气排出去。

通常，活塞由铝制成。

铝活塞的表面常常镀锡，以便在发动机开始运转阶段能进行适当的磨合。

铝活塞可以用锻造的方法制成，但常用的制造方法是铸造。

铸铁活塞是制造低速发动机活塞的好材料。

它具有优异的耐磨性，因而具有良好的可靠性。

4）连杆
顾名思义，连杆用于连接活塞与曲轴。

连杆的上端来回运动（上下来回摆动），而下端（即大端）轴承转动。

上端轴承运动量小，因此轴承表面积可以适当减小。

下端转动非常快，并且曲轴轴颈在连杆内转动。

这种转动的速度往往会产生热量和磨损。

为了使连杆磨损不能过大，需要较大的轴承表面积。

连杆的上端有一个孔，用于安装活塞销。

必须将连杆大端的底部移走，才能使连杆安装到曲轴轴颈上。

被移走的部分叫做连杆盖。

通常，连杆是由合金钢制成。

制造时，先将连杆进行锤锻成型，然后再进行机加工。

5）曲轴
发动机的曲轴连续不断地为车轮提供旋转力。

曲轴上有用于连接连杆的曲柄。

曲轴的作用是将活塞的往复运动转变成驱动车轮的旋转运动。

曲轴用合金钢或铸铁制成。

曲轴的位置通过一系列的主轴承来保持。

曲轴主轴承的最大数目要比气缸数目多一个。

曲轴主轴承数可以比气缸数少。

大多数发动机使用精密的轴瓦，其结构与连杆轴承一样，只是更大些。

除了制成曲轴外，主轴承中有一个必须能够控制曲轴的前后运动。

6）飞轮
曲轴的后端用螺栓固定一个重重的飞轮。

飞轮的作用是使发动机转速均匀并在做功行程之间维持曲轴转动，在有些发动机上，飞轮还用作离合器的安装表面。

飞轮的外缘装有一个上面制有齿轮牙齿的大圈。

起动机的牙齿与这些齿啮合，因而带动飞轮旋转，使发动机起动。

当采用自动变速器时，液力变矩器总成与飞轮一起工作。

7）凸轮轴
凸轮轴用于打开和关闭气门。

在发动机上每个气门对应着凸轮轴的一个凸轮。

大多数发动机一般只有一根凸轮轴。

新型发动机越来越多地采用两根甚至更多的凸轮轴（见图2-2）。

8）气门
一般，发动机的每个气缸具有两个气门。

然而，现代发动机常常采用每缸四气门（两个进气门，两个排气门）。

有些小型汽车采用的发动机采用每缸三个或五个气门：两个进气门和一个排气门，或者三个进气门和二个排气门。

由于排气门的头部的工作温度高达1300℉（704℃），因此排气门由耐热钢制成。

为了防止烧蚀，气门必须将热量传给气门座和气门导管。

气门与气门座之间必须接触良好，与导管之间具有最小间隙。

9）气门挺杆
机械式气门挺杆通常由铸铁制成，并且与凸轮轴接触的底部经过淬火而变硬。

有些挺杆制成空心结构，以便降低重量。

大多数采用机械式挺杆的配气机构都设有调节气门间隙的某种机构。

机械式气门挺杆用于老式发动机上。

液力式气门挺杆的作用于机械式气门挺杆相同。

然而，液力式气门挺杆能够自行调节功能，工作时挺杆与摇臂之间无间隙，并且利用发动机润滑油压力来工作。

液力挺杆工作时噪声小。

3. 发动机分类
1）按照工作循环进行分类
发动机常常按照工作循环予以分类。

大多数活塞式内燃机采用二冲程循环或四冲程循环。

所有现代汽车发动机均采用四冲程循环发动机。

二冲程循环发动机在曲轴旋转一圈内即可完成进气、压缩、作功和排气过程。

2）按照气缸布置进行分类
直列式发动机的各个气缸排成一条直线。

这些气缸处于垂直位置或接近垂直位置。

大多数现代直列式发动机都是四缸发动机。

V型发动机将两列气缸布制成具有相互之间具有一定的夹角（一般为60°或90°）。

V 型发动机具有若干优点：长度缩短，气缸体刚度增大，曲轴短而重，发动机外廓尺寸小，有助于降低发动机罩轮廓线。

气缸体长度缩短有助于缩短汽车长度，而不损害乘客舱空间。

水平对置式发动机与V型发动机是一样的，只不过是两列气缸在同一个水平面内。

这样，水平对置式发动机的优点是发动机总高度特别小，因而非常适合于空间受到限制的场合。

3）按照冷却方式进行分类
正如你所学过的那样，发动机或采用水冷，或采用风冷。

大多数车辆采用水冷式发动机。

在现代汽车上，风冷式发动机只获得了有限的应用。