【車訊網(wǎng) 報道】發(fā)動機是汽車的心臟，為汽車的行走提供動力，汽車的動力性、經(jīng)濟性、環(huán)保性。簡單講發(fā)動機就是一個能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)，即將汽油(柴油)或天然氣的熱能，通過在密封汽缸內(nèi)燃燒氣體膨脹時，推動活塞作功，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，這是發(fā)動機最基本原理。發(fā)動機所有結(jié)構(gòu)都是為能量轉(zhuǎn)換服務(wù)的，發(fā)動機伴隨著汽車走過了100多年的歷史，無論是在設(shè)計上、制造上、工藝上還是在性能上、控制上都有很大的提高，但其基本原理仍然未變，這是一個富于創(chuàng)造的時代，那些發(fā)動機設(shè)計者們，不斷地將最新科技與發(fā)動機融為一體，把發(fā)動機變成一個復(fù)雜的機電一體化產(chǎn)品，使發(fā)動機性能達到近乎完善的程度，各世界著名汽車廠商也將發(fā)動機的性能作為競爭亮點，現(xiàn)在的汽車發(fā)動機不僅注重汽車動力的體現(xiàn)，更加注重能源消耗、尾氣排放等與環(huán)境保護相關(guān)的方面。使得人們在悠閑的享受汽車文化的同時，也能保護環(huán)境，節(jié)約資源。

　　歷史

　　發(fā)動機是汽車的動力源。汽車發(fā)動機大多是熱能動力裝置，簡稱熱力機。熱力機是借助工質(zhì)的狀態(tài)變化將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。 往復(fù)活塞式四沖程汽油機是德國人奧托(Nicolaus A.Otto)在大氣壓力式發(fā)動機基礎(chǔ)上，于1876 年發(fā)明并投入使用的。由于采用了進氣、壓縮、做功和排氣四個沖程，發(fā)動機的熱效率從大氣壓力式發(fā)動機的11%提高到14%，而發(fā)動機的質(zhì)量卻降低了70%。

　　1892 年德國工程師狄塞爾(Rudolf Diesel)發(fā)明了壓燃式發(fā)動機(即柴油機)，實現(xiàn)了內(nèi)燃機歷史上的第二次重大突破。由于采用高壓縮比和膨脹比，熱效率比當(dāng)時其他發(fā)動機又提高了1 倍。1956年，德國人汪克爾(F.ankel)發(fā)明了轉(zhuǎn)子式發(fā)動機，使發(fā)動機轉(zhuǎn)速有較大幅度的提高。1964年，德國NSU公司首次將轉(zhuǎn)子式發(fā)動機安裝在轎車上。

　　1926 年，瑞士人布希(A.Buchi)提出了廢氣渦輪增壓理論，利用發(fā)動機排出的廢氣能量來驅(qū)動壓氣機，給發(fā)動機增壓。50 年代后，廢氣渦輪增壓技術(shù)開始在車用內(nèi)燃機上逐漸得到應(yīng)用，使發(fā)動機性能有很大提高，成為內(nèi)燃機發(fā)展史上的第三次重大突破。

　　1967 年德國博世(Bosch)公司首次推出由電子計算機控制的汽油噴射系統(tǒng)(ElectronicFuel Injection，EFI)，開創(chuàng)了電控技術(shù)在汽車發(fā)動機上應(yīng)用的歷史。經(jīng)過30年的發(fā)展，以電子計算機為核心的發(fā)動機管理系統(tǒng)(Engine Management System，EMS)已逐漸成為汽車、特別是轎車發(fā)動機上的標(biāo)準(zhǔn)配置。由于電控技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)動機的污染物排放、噪聲和燃油消耗大幅度地降低，改善了動力性能，成為內(nèi)燃機發(fā)展史上第四次重大突破。

　　1971年，第一臺熱氣發(fā)動機——斯特林機(Strling)的公共汽車已開始運行。1972年，日本本田技研工業(yè)在市場售出裝有復(fù)合渦流控制燃燒的發(fā)動機[CVCC(Compound Vertex Controlled Combustion)engine)]的西維克(Civic)牌轎車，打響了稀薄氣體燃燒發(fā)動機的第一炮。這種發(fā)動機是在普通發(fā)動機燃燒室的頂部加上一個槌狀體的副燃燒室，先將這處副燃燒室中較濃的混合氣體點燃，然后其火焰延燃到主燃燒室的稀薄混合氣中，使之全部燃燒做功，廢氣中的CO和HC很少，減少了有害氣體的排放。

　　1967年，美國進行了一次氫氣汽車行駛的公開表演，那輛氫氣汽車在80公里時速下，每次充氫10分鐘可運行121公里。該車有19個座位，由美國比林斯公司制造。 1977年，在美國芝加哥召開了第一次國際電動汽車會議。會議期間，展出了各種電動汽車一百多輛。

　　1978年，日本研究成功復(fù)合動力汽車，即內(nèi)燃機——電力汽車。

　　1979年8月，巴西制造出以酒精為燃料的汽車——菲亞特147型和帕薩特型轎車，及“小甲蟲”汽車。巴西是現(xiàn)在世界上使用酒精汽車最多的國家。

　　1980年，日本研制成功液態(tài)氫氣車。在后部裝有保持液態(tài)氫低溫和一定壓力的特制貯存罐。該車用85公升的液氫，行駛了400公里，時速達135公里。但目前在使用上還有困難，費用也比油高。

　　1980年，美國試制成功了一種鋅氯電池電動汽車。

　　1980年，西班牙試研制成功一種太陽能汽車。

　　1980年，西德漢堡市西北伊策霍的一位工程師，發(fā)明了一種利用電石氣(乙炔氣)作動力的汽車。先將電石變成氣體，然后用這種氣體燃燒推動噴氣式發(fā)動機來驅(qū)動汽車，其速度和安全性均不亞于汽油車，20公斤電石塊可以使汽車至少行駛300公里。

　　1980年，美國開始研究“燒鋁”的汽車，這是由加州大學(xué)國立羅倫茲研究室的約翰.庫伯和埃爾文.貝倫提出的。他們設(shè)計出一種新型的電池作為汽車動力;在氫氧化鈉的參與下，使鋁與水和空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電流。經(jīng)實驗證明，電動汽車重量為1300公斤，載上司機和4名乘客，每更換一次鋁板，可行駛約5000公里，以每小時90公里的速度行駛時，每行駛20公里消耗1公斤鋁。而在相同的條件下，1公斤汽油卻只能走14.18公里。

　　1981年，美國研制出的一種新的節(jié)約能源的風(fēng)能汽車，這輛汽車現(xiàn)在還不能全部使用風(fēng)能，而是與燃料交替使用。它是在一輛普通的轎車車頂上，裝有一臺帶有風(fēng)動螺旋槳的空氣透平機，用以隨時為車內(nèi)裝有12V60A電池組充電。汽車行駛時，現(xiàn)以燃料發(fā)動，當(dāng)車速達到每小時55公里時，透平機才開始工作。

　　1982年，日本東京大學(xué)一色尚次教授，經(jīng)過多年的研究，終于成功地研制出世界上第一輛鹽水發(fā)動機汽車。該車可乘兩人，其發(fā)動機以蒸汽為動力，而蒸汽是通過向硫酸或蘇打等鹽類溶液里加水，發(fā)生化學(xué)加熱反應(yīng)，利用釋放出來的化學(xué)熱能燒沸鍋爐里的水而產(chǎn)生的。

　　1983年，世界上第一輛裝備柴油陶瓷發(fā)動機的汽車運行試驗成功。所裝發(fā)動機是日本京都陶瓷公司研制的，其主要零部件由陶瓷制成，省去了冷卻系統(tǒng)，重量輕，節(jié)能效果顯著，在同樣條件下可比常規(guī)發(fā)動機多走30%的路程。

　　1984年，前蘇聯(lián)研制出一種雙重燃料汽車。當(dāng)汽車發(fā)動時，首先使用汽油，然后專用天然氣。試驗證明，這種車排污少，燃料價格便宜，每輛車每年可節(jié)省燃料費500盧布。 1984年，美國美孚石油公司的阿莫柯比化學(xué)公司，研制出了一種叫杜隆塑料的合成材料，該公司采用這一塑料成功地制造出了世界上第一臺全塑料汽車發(fā)動機，其重量只有84公斤。目前，美國的洛拉T-616GT型汽車用的就是這種全塑發(fā)動機。

　　1984年，澳大利亞工程師沙里許經(jīng)10年研究，花費了1300萬美元后，研制成功了一種在功率、燃燒效率和降低污染多方面優(yōu)于四沖程內(nèi)燃機的OCP發(fā)動機。它采用壓縮空氣形成超細油滴和空氣的混合物進入燃燒室，燃燒更為充分，從而改善了總的效果。實驗表明，OCP發(fā)動機的功率較等重量的四沖程發(fā)動機大二倍，并且除節(jié)油25%外，廢棄污染也大大降低。

　　1985年，澳大利亞一位叫彼蘭丁的發(fā)明家，經(jīng)過多年努力，研制出一種安全可靠、啟動靈活、高速而又不冒煙的蒸汽機汽車。車上的鍋爐采用封閉回路式，蒸汽不向外排除，而是聚集在散熱器里，然后重新回到下一個工作循環(huán)去。這種車時速可達130公里，是防止環(huán)境污染的一種理想車型。

　　1986年，日本的三洋電氣公司研制成功首輛由太陽能電池帶動的汽車，這是全世界第一輛太陽能運輸車。該車有3個小輪子，全長2.1米，寬0.9米，凈載重量為110公斤，時速可達24公里。 1994年，澳大利亞研制出用柴油機改裝的燃燒椰子油的汽車。試驗表明，12個椰子榨出的椰子油可達1升。

　　1994年，英國的戴維.伯恩發(fā)明了另一種風(fēng)力汽車，并已投入批量生產(chǎn)。這種被稱為風(fēng)力汽車的新設(shè)計構(gòu)思很巧妙。其驅(qū)動裝置是兩個電動馬達，分別安裝在兩個前輪上。底盤上裝有一個“風(fēng)圓錐”，看上去活像個巨大的蛋卷冰淇淋。在普通汽車安裝散熱護柵處則裝著一根進風(fēng)管，直徑為1.37米，長度與車身相等，并與“風(fēng)圓錐”連接。當(dāng)汽車行駛時，空氣通過進風(fēng)管進入“風(fēng)圓錐”連接。當(dāng)汽車行駛時，空氣通過進風(fēng)管進入“風(fēng)圓錐”，驅(qū)動安裝在那里的扇形渦輪機，接著再通過內(nèi)置式發(fā)動機講風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，貯存在蓄電池中，用來驅(qū)動位于前輪的兩個馬達，使汽車得以行駛。

　　目前汽車用的發(fā)動機都是內(nèi)燃機，內(nèi)燃機是通過燃料的燃燒，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化為機械能的熱動力機械。內(nèi)燃機是熱效率最高的熱力機械，但仍存在著巨大的節(jié)能及降低尾氣污染的潛力。對于量調(diào)節(jié)式的汽油機而言，在部分負荷時，會因節(jié)氣門開度小而造成發(fā)動機的泵氣損失大，從而降低發(fā)動機的機械效率，影響到經(jīng)濟性。取消節(jié)氣門就是提高汽油機經(jīng)濟性的最根本措施。但由于目前的汽油機是用節(jié)氣門來調(diào)節(jié)混合氣量的，取消節(jié)氣門，發(fā)動機的動力輸出無法控制，因此必須探索新的途徑。汽油直接噴射技術(shù)就是基于這一思路。將汽油機的節(jié)氣門調(diào)節(jié)動力輸出，改為用噴油量控制動力輸出。這樣一來，采用汽油直接噴射的汽油機與目前的電控噴射發(fā)動機相比，燃油消耗量可以減少15%左右。但汽油機采用直接噴射技術(shù)后，現(xiàn)有的三效催化系統(tǒng)難以發(fā)揮作用，使發(fā)動機的廢氣排放品質(zhì)下降，因此還需要重新探索新的途徑。目前的混合氣均質(zhì)壓燃理論為解決這一問題提供了很好的思路。該理論是在汽油機上取消節(jié)氣門，用噴油量調(diào)節(jié)動力輸出，采用大量的高溫廢氣混合到適當(dāng)比例的燃料和空氣混合氣中，用發(fā)動機的壓縮行程用活塞壓縮使混合氣自己著火，從而解決汽油機無節(jié)氣門下的動力輸出與同時采用三效催化轉(zhuǎn)化器的矛盾。同樣這一理論也可以應(yīng)用到柴油機上，使柴油機在均質(zhì)混合氣時壓燃著火，而不是現(xiàn)在的邊噴油、邊著火的擴散燃燒模式，從而使柴油機的廢氣排放達到最低，特別是煙度排放和NOX排放。目前均質(zhì)混合氣壓燃著火的理論正在付諸實施之中。一旦這一新理論在實踐得到應(yīng)用，可以預(yù)見，今后的發(fā)動機會更加高效、更加清潔，汽車的使用將更加安全且有利于環(huán)保。

　　分類

　　按活塞運動方式分類：活塞式內(nèi)燃機可分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。前者活塞在汽缸內(nèi)作往復(fù)直線運動，后者活塞在汽缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動。

　　按照進氣系統(tǒng)分類：內(nèi)燃機按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)式發(fā)動機和強制進氣(增壓式)發(fā)動機。若進氣是在接近大氣狀態(tài)下進行的，則為非增壓內(nèi)燃機或自然吸氣式內(nèi)燃機;若利用增壓器將進氣壓力增高，進氣密度增大，則為增壓內(nèi)燃機。增壓可以提高內(nèi)燃機功率。

　　按照氣缸排列方式分類：內(nèi)燃機按照氣缸排列方式不同可以分為單列式、雙列式和三列式。單列式發(fā)動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的。雙列式發(fā)動機把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角小于180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動機，若兩列之間的夾角=180°稱為對置式發(fā)動機。三列式把氣缸排成三列，成為W型發(fā)動機。

　　按照氣缸數(shù)目分類：內(nèi)燃機按照氣缸數(shù)目不同可以分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機。僅有一個氣缸的發(fā)動機稱為單缸發(fā)動機;有兩個以上氣缸的發(fā)動機稱為多缸發(fā)動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸、十六缸等都是多缸發(fā)動機?，F(xiàn)代車用發(fā)動機多采用三缸，四缸、六缸、八缸發(fā)動機。

　　按照冷卻方式分類：內(nèi)燃機按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動機和風(fēng)冷發(fā)動機。水冷發(fā)動機是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進行循環(huán)的冷卻液作為冷卻介質(zhì)進行冷卻的;而風(fēng)冷發(fā)動機是利用流動于氣缸體與氣缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介質(zhì)進行冷卻的。水冷發(fā)動機冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代車用發(fā)動機。

　　按照行程分類：內(nèi)燃機按照完成一個工作循環(huán)所需的沖程數(shù)可分為四沖程內(nèi)燃機和二沖程內(nèi)燃機。把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運動四個沖程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機稱為四沖程內(nèi)燃機;而把曲軸轉(zhuǎn)一圈(360°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運動兩個沖程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機稱為二沖程內(nèi)燃機。汽車發(fā)動機廣泛使用四沖程內(nèi)燃機。

　　按氣門機構(gòu)種分類：側(cè)置氣門(SV)發(fā)動機、側(cè)置凸輪軸(OHV)發(fā)動機、頂置凸輪軸(OHC)發(fā)動機、可變氣門(VTEC)發(fā)動機 和Desmo氣門機構(gòu)發(fā)動機。

　　按燃油供應(yīng)方式分類：化油器發(fā)動機和電噴發(fā)動機。

　　按照所用燃料分類：內(nèi)燃機按照所使用燃料的不同可以分為汽油機和柴油機。使用汽油為燃料的內(nèi)燃機稱為汽油機;使用柴油為燃料的內(nèi)燃機稱為柴油機。汽油機與柴油機比較各有特點;汽油機轉(zhuǎn)速高，質(zhì)量小，噪音小，起動容易，制造成本低;柴油機壓縮比大，熱效率高，經(jīng)濟性能和排放性能都比汽油機好。

　　原理

　　四沖程汽油機

　　往復(fù)活塞式內(nèi)燃機所用的燃料主要是汽油(gasoline)或柴油(diesel)。由于汽油和柴油具有不同的性質(zhì)，因而在發(fā)動機的工作原理和結(jié)構(gòu)上有差異。

　　一. 四沖程汽油機工作原理

　　汽油機是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在吸氣沖程被吸入汽缸，混合氣經(jīng)壓縮點火燃燒而產(chǎn)生熱能，高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動活塞作往復(fù)直線運動，通過連桿、曲軸飛輪機構(gòu)對外輸出機械能。四沖程汽油機在進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程內(nèi)完成一個工作循環(huán)。

　　(1) 吸氣沖程(intake stroke)

　　活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時進氣門開啟，排氣門關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動180°。在活塞移動過程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內(nèi)氣體壓力從pr逐漸降低到pa，汽缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進氣門被吸入汽缸，并在汽缸內(nèi)進一步混合形成可燃混合氣。由于進氣系統(tǒng)存在阻力，進氣終點 (圖中a 點)汽缸內(nèi)氣體壓力小于大氣壓力0 p ，即pa= (0.80～0.90) 0 p 。進入汽缸內(nèi)的可燃混合氣的溫度，由于進氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340～400K。

　　(2) 壓縮沖程(compression stroke)

　　壓縮沖程時，進、排氣門同時關(guān)閉?；钊麖南轮裹c向上止點運動，曲軸轉(zhuǎn)動180°?；钊弦茣r，工作容積逐漸縮小，缸內(nèi)混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達壓縮終點時，其壓力pc可達800～2 000kPa，溫度達600～750K。在示功圖上，壓縮行程為曲線a～c。

　　(3) 做功沖程(power stroke)

　　當(dāng)活塞接近上止點時，由火花塞點燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內(nèi)氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力pZ達3 000～6 000kPa，溫度TZ達2 200～2 800K。高溫高壓的燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，并通過曲柄連桿機構(gòu)對外輸出機械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，到達 b 點時，其壓力降至300～500kPa，溫度降至1 200～1 500K。在做功沖程，進氣門、排氣門均關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動180°。在示功圖上，做功行程為曲線c-Z-b。

　　(4) 排氣沖程(exhaust stroke)

　　排氣沖程時，排氣門開啟，進氣門仍然關(guān)閉，活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉(zhuǎn)動180°。排氣門開啟時，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內(nèi)外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統(tǒng)的阻力作用，排氣終點r 點的壓力稍高于大氣壓力，即pr=(1.05～1.20)p0。排氣終點溫度Tr=900～1100K?；钊\動到上止點時，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。

　　四沖程柴油機

　　二. 四沖程柴油機工作原理

　　四沖程柴油機和汽油機一樣，每個工作循環(huán)也是由進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程組成。由于柴油機以柴油作燃料，與汽油相比，柴油自燃溫度低、黏度大不易蒸發(fā)，因而柴油機采用壓縮終點壓燃著火，也叫壓燃式點火，其工作過程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與汽油機有所不同.

　　(1) 進氣沖程

　　進入汽缸的工質(zhì)是純空氣。由于柴油機進氣系統(tǒng)阻力較小，進氣終點壓力pa= (0.85～0.95)p0，比汽油機高。進氣終點溫度Ta=300～340K，比汽油機低。

　　(2) 壓縮沖程

　　由于壓縮的工質(zhì)是純空氣，因此柴油機的壓縮比比汽油機高(一般為ε=16～22)。壓縮終點的壓力為3 000～5 000kPa，壓縮終點的溫度為750～1 000K，大大超過柴油的自燃溫度(約520K)。

　　(3) 做功沖程

　　當(dāng)壓縮沖程接近終了時，在高壓油泵作用下，將柴油以10MPa左右的高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中，在很短的時間內(nèi)與空氣混合后立即自行發(fā)火燃燒。汽缸內(nèi)氣體的壓力急速上升，最高達5 000～9 000kPa，最高溫度達1 800～2 000K。由于柴油機是靠壓縮自行著火燃燒，故稱柴油機為壓燃式發(fā)動機。

　　(4) 排氣沖程

　　柴油機的排氣與汽油機基本相同，只是排氣溫度比汽油機低。一般Tr=700～900K。對于單缸發(fā)動機來說，其轉(zhuǎn)速不均勻，發(fā)動機工作不平穩(wěn)，振動大。這是因為四個沖程中只有一個沖程是做功的，其他三個沖程是消耗動力為做功做準(zhǔn)備的沖程。為了解決這個問題，飛輪必須具有足夠大的轉(zhuǎn)動慣量，這樣又會導(dǎo)致整個發(fā)動機質(zhì)量和尺寸增加。采用多缸發(fā)動機可以彌補上述不足?，F(xiàn)代汽車用多采用四缸、六缸和八缸發(fā)動機。

　　指標(biāo)

　　發(fā)動機的性能指標(biāo)用來表征發(fā)動機的性能特點，并作為評價各類發(fā)動機性能優(yōu)劣的依據(jù)。發(fā)動機的性能指標(biāo)主要有：動力性指標(biāo)、經(jīng)濟性指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)、可靠性指標(biāo)和耐久性指標(biāo)。

　　1. 動力性指標(biāo)

　　動力性指標(biāo)是表征發(fā)動機做功能力大小的指標(biāo)，一般用發(fā)動機的有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等作為評價指標(biāo)。

　　(1) 有效轉(zhuǎn)矩

　　發(fā)動機對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩

　　(2) 有效功率

　　發(fā)動機在單位時間對外輸出的有效功稱為有效功率,

　　(3) 發(fā)動機轉(zhuǎn)速

　　發(fā)動機曲軸每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)稱為發(fā)動機轉(zhuǎn)速

　　2. 經(jīng)濟性指標(biāo)

　　發(fā)動機經(jīng)濟性指標(biāo)一般用有效燃油消耗率表示。發(fā)動機每輸出1kW·h的有效功所消耗的燃油量(以g為單位)稱為有效燃油消耗率.

　　3. 環(huán)境指標(biāo)

　　環(huán)境指標(biāo)主要指發(fā)動機排氣品質(zhì)和噪聲水平。由于它關(guān)系到人類的健康及其賴以生存的環(huán)境，因此各國政府都制定出嚴格的控制法規(guī)，以期削減發(fā)動機排氣和噪聲對環(huán)境的污染。當(dāng)前，排放指標(biāo)和噪聲水平已成為發(fā)動機的重要性能指標(biāo)。

　　排放指標(biāo)主要是指從發(fā)動機油箱、曲軸箱排出的氣體和從汽缸排出的廢氣中所含的有害排放物的量。對汽油機來說主要是廢氣中的一氧化碳(CO)和碳氫化合物(HC)含量;對柴油機來說主要是廢氣中的氮氧化物(NOx)和顆粒(PM)含量。

　　噪聲是指對人的健康造成不良影響及對學(xué)習(xí)、工作和休息等正常活動發(fā)生干擾的聲音。由于汽車是城市中的主要噪聲源之一，而發(fā)動機又是汽車的主要噪聲源，因此控制發(fā)動機的噪聲就顯得十分重要。如我國的噪聲標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18697—2002)中規(guī)定，轎車的噪聲不得大于79dB(A)。

　　4. 可靠性指標(biāo)和耐久性指標(biāo)

　　可靠性指標(biāo)是表征發(fā)動機在規(guī)定的使用條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，正常持續(xù)工作能力的指標(biāo)?？煽啃杂卸喾N評價方法，如首次故障行駛里程、平均故障間隔里程等。耐久性指標(biāo)是指發(fā)動機主要零件磨損到不能繼續(xù)正常工作的極限時間。

　　5. 發(fā)動機萬有特性

　　汽車發(fā)動機的工況能在很廣泛的范圍內(nèi)變化。當(dāng)發(fā)動機的工況(即功率和轉(zhuǎn)速)發(fā)生變化時，其性能(包括動力性、經(jīng)濟性、排放性和噪聲等)也隨之改變。發(fā)動機性能指標(biāo)隨運行工況而變化的關(guān)系稱為發(fā)動機萬有特性。

　　組成

　　總體構(gòu)造

　　由于發(fā)動機的工作原理相似，基本結(jié)構(gòu)也就大同小異。汽油發(fā)動機通常是兩大機構(gòu)五大系統(tǒng)組成，柴油發(fā)動機通常是由兩大機構(gòu)四大系統(tǒng)組成(無點火系)。

　　發(fā)動機總成

　　曲柄連桿機構(gòu)——實現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)換的核心，也是發(fā)動機的裝配基礎(chǔ)。

　　配氣機構(gòu)——保證氣缸適時換氣。

　　燃料系——控制每循環(huán)投入氣缸燃油的數(shù)量，以調(diào)節(jié)發(fā)動機的輸出功率和轉(zhuǎn)速。

　　冷卻系——控制發(fā)動機的正常工作溫度。

　　潤滑系——減少摩擦力，延長發(fā)動機的使用壽命。

　　點火系——適時地向汽油發(fā)動機提供電火花(柴油發(fā)動機無點火系)。

　　起動系——使曲軸旋轉(zhuǎn)完成發(fā)動機起動過程。

　　曲柄連桿機構(gòu)

　　曲柄兩桿機構(gòu)在做功行程時，將燃料燃燒以后產(chǎn)生的氣體壓力，經(jīng)過活塞、連桿轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩;然后，利用飛輪的慣性完成進氣、壓縮、排氣3個輔助行程。曲柄連桿機構(gòu)氣缸曲軸箱組、活塞連桿組和曲軸飛輪組3部分組成。

　　一、氣缸體曲軸箱組

　　1、氣缸體和曲軸箱

　　氣缸體和曲軸箱通常鑄成一體，統(tǒng)稱為氣缸體，它是發(fā)動機的外殼及裝配基礎(chǔ)，一般采用優(yōu)質(zhì)合金鑄鐵或鋁合金制成，其結(jié)構(gòu)形式有直列型、V型、對置型3種。直列六缸發(fā)動機的氣缸體。該發(fā)動機為直列六缸水冷式汽油發(fā)動機。氣缸體內(nèi)呈圓柱形的空間稱為氣缸，氣缸表面稱為氣缸壁。氣缸是氣體交換、燃燒的場所，也是活塞運動的軌道。為保證活塞與氣缸的密封及減少磨損，氣缸壁應(yīng)具有有效較高的加工精度和較低的表面粗糙度。為了使氣缸在工作時的熱量得到散發(fā)，在氣缸體、氣缸套機體之間制有能夠容納冷卻液的夾層空腔，稱為水套。

　　在氣缸體的下部有7道主軸承座，用于安裝曲軸飛輪組。氣缸體的側(cè)面設(shè)有挺桿室，用于安裝氣門傳動機件。氣缸體的上平面安裝氣缸蓋，下平面安裝機油盤，前端面安裝正時齒輪蓋，均加有襯墊并用螺栓緊固密封。氣缸體的后端面安裝飛輪殼。

　　為了增強缸體的耐磨性，延長氣缸體的使用壽命，氣缸體內(nèi)大都鑲有氣缸套。氣缸套分為干式和濕示兩種。干式氣缸套不與冷卻液接觸，為防止缸套向下竄動，可在上(下)止口限位。濕式缸套外表面直接與冷卻液接觸，為防止漏冷卻液，缸套下止口處裝有1～3個橡膠密封圈。

　　2、機油盤

　　機油盤的作用是儲存潤滑油，故俗稱油底殼。它一般采用薄壁鋼板沖壓而成，內(nèi)部設(shè)有穩(wěn)油擋板以防止?jié)櫥瓦^分激蕩，底部設(shè)有放油塞以便更換潤滑油。

　　3、氣缸蓋

　　氣缸蓋的主要作用是封閉氣缸上部，并與活塞頂構(gòu)成燃燒室。氣缸蓋上有燃燒室、水套、火花塞座孔(柴油發(fā)動機有噴油器安裝孔)、進排氣道、氣門座、氣門導(dǎo)管座孔等。上部裝有搖臂軸總成，用氣缸蓋罩封閉，結(jié)合面間裝有密封點墊。汽油發(fā)動機氣缸蓋一般是整體的，但也有例外，如EQ6100—1型發(fā)動機就是兩個氣缸蓋。氣缸直徑較大的柴油發(fā)動機采用一缸一蓋或二缸一蓋，最多不超過三缸一蓋，以防止氣缸蓋變形。

　　4、氣缸墊

　　氣缸墊俗稱氣缸床，安裝在氣缸蓋與氣缸體之間，其作用是密封氣缸體與氣缸蓋的結(jié)合平面，以防止漏氣、漏冷卻液及漏油。氣缸墊多采用石棉板材料制成，有些用石棉板兩面包銅皮或鐵皮制成，有些用中間鋼片兩面貼適合應(yīng)性好的乳膠石棉板制成。燃燒室孔采用雙層或單層金屬包邊，以防燃燒氣體沖壞石棉層。

　　配氣機構(gòu)

　　配氣機構(gòu)的作用是根據(jù)發(fā)動機的工作順序和各缸工作循環(huán)的要求，及時地開啟和關(guān)閉進、排氣門，使可燃混合氣(汽油發(fā)動機)或新鮮空氣(柴油發(fā)動機)進入氣缸，并將廢氣排入大氣。

　　一、類型及工作原理

　　四沖程發(fā)動機廣泛采用氣門凸輪式配氣機構(gòu)，它由氣門組和氣門傳動組兩部分組成。按其傳動方式不同，可分為正時齒輪傳動式和鏈條傳動式兩種;按凸輪軸的位置不同，可分為下置不同，可分為下置凸輪軸式、中置凸輪軸式和上置凸輪軸式。下置凸輪軸式配氣機構(gòu)，它的工作過程是：發(fā)動機工作時，曲軸通過一對互相嚙合的正時齒輪帶動凸輪軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)凸輪的凸尖上升到最高位置時氣門開度最大。當(dāng)凸輪的凸尖向下運動時，由于氣門彈簧的彈力作用，氣門及其傳動機件恢復(fù)原位，將氣道關(guān)閉。與下置凸輪軸式配氣機構(gòu)相比，中置和上置凸輪軸式配氣機構(gòu)因曲軸與凸輪軸距離較大，故多為正時鏈條或正時帶傳動。中置凸輪軸式省去了推桿;上置凸輪軸式省去了挺桿及推桿。

　　主要機件

　　1、氣門組

　　氣門組一般由氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門油封、氣門彈簧和氣門鎖片等組成。

　　(1)氣門氣門分為進氣門和排氣門兩種，其作用是分別用來關(guān)閉進、排氣道。氣門由頭部和桿部組成，頭部制成錐形，與氣門座的錐面配合。頭部錐角，一般為45°。同一臺發(fā)動機的進氣門頭部直徑大于排氣門頭部直徑，以提高發(fā)動機的充氣量。氣門桿部為圓柱形，與氣門導(dǎo)管內(nèi)孔配合，桿的端部制有環(huán)槽，用來安裝氣門彈簧座鎖片。

　　(2)氣門座 氣門座用來保證氣門密封，并將氣門頭部的熱量傳給氣缸蓋。氣門座一般用特種合金制成環(huán)狀，緊密地鑲在氣缸蓋上。

　　(3)氣門導(dǎo)管 氣門導(dǎo)管用來引導(dǎo)氣門作往復(fù)直線運動，保證氣門與氣門座閉合位置正確。為防止氣缸蓋上潤滑油從氣門與氣門導(dǎo)管之間的間隙進入燃燒室，氣門導(dǎo)管上端裝有氣門油封。 (4)氣門彈簧 氣門彈簧是圓柱形螺旋彈簧，它可使氣門迅速關(guān)閉，并使氣門頭部與氣門座相互壓緊，保證密封。

　　2、氣門傳動組

　　氣門傳動組的作用是按照發(fā)動機的工作順序，適時地開啟和關(guān)閉氣門，并保證氣門有足夠的開度。

　　(1)凸輪軸凸輪軸用于控制氣門開閉，并驅(qū)動汽油泵、機油泵和分電器等機件工作。凸輪軸上制有進氣凸輪、排氣凸輪、軸頸、驅(qū)動機油泵及分電器的齒輪、推動汽油泵搖臂的偏心輪等，進氣和排氣凸輪是凸輪軸的重要組成部分，它們在凸輪軸上的排列順序由進、排氣道的布置來決定。

　　(2)正時齒輪及正時鏈條或正時帶輪 曲軸與凸輪軸的傳動通常是由正時齒輪、正時鏈條或正時傳動帶來完成的，如CA6102、BJ492Q型發(fā)動機為正時齒輪傳動;北京切諾基汽車發(fā)動機為正時鏈條傳動;上海桑塔納汽車發(fā)動機為正時帶傳動。四沖程發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，凸輪軸應(yīng)旋轉(zhuǎn)應(yīng)一周，使進、排氣門各開、閉一次，并且氣門開閉時機須與各缸工作循環(huán)的需要相適應(yīng)。因此，無論是齒輪傳動還是鏈條傳動，都必須按照規(guī)定的記號裝配，其記號一般為輪齒部位的凹坑。

　　(3)氣門挺桿 挺桿的作用是將凸輪的推力傳給推桿或氣門。挺桿的類型有菌型、筒形非液壓式、筒形液壓式等，筒形液壓式等，筒形液壓式挺桿無氣門間隙，可以減少發(fā)動機的噪聲，但精度要求嚴、成本高，多應(yīng)用于高級轎車發(fā)動機。

　　(4)氣門推桿 其作用是將挺桿的推力傳給搖臂，驅(qū)動氣門開啟。推桿的上、下端頭經(jīng)熱處理并拋磨，以提高耐磨性;桿身有實心和空心兩種。

　　(5)搖臂及搖臂軸總成 其作用是改變推桿(下置凸輪軸式)、挺桿(中置凸輪軸式)或凸輪(上置凸輪軸式)的推力方向，使氣門開啟。搖臂軸總成固定在氣缸蓋上部，主要由搖臂、搖臂軸支座等組成，搖臂制成兩臂不等長，這樣使挺桿、推桿以較小的升程就能獲得氣門較大的開度。搖臂長臂一端與氣門桿相對應(yīng)，短臂一端裝有調(diào)整螺釘及螺母，用來調(diào)整氣門腳間隙。搖臂軸為空心軸，與搖臂軸支座、搖臂有貫通的潤滑油道，以潤滑配氣機構(gòu)部分的摩擦表面。

　　燃料供給系統(tǒng)

　　一、作用

　　汽油發(fā)動機燃料系的作用是根據(jù)發(fā)動機不同工作情況的需要，將純凈的空氣和汽油配制成適當(dāng)比例的可燃混合氣，送入各個氣缸進行燃燒后所產(chǎn)生的廢氣排入大氣中。

　　二、類別及性能對比

　　汽油機燃料系，按照可燃混合氣形成方式的不同，可分為化油器式燃料系和汽油噴射式燃料系兩種。兩種型式的燃料的燃料系，在汽車上都有應(yīng)用，汽油噴射式燃料系在汽車上得到了更快的推廣。化油器式燃料系曾經(jīng)在汽車上有著廣泛的應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)的汽油機燃料系，具有工作可靠、結(jié)夠簡單、使用方便和成本較低的特點。但是，化油器不能滿足現(xiàn)代汽車進一部降低排污和提高動力性、經(jīng)濟性的迫切要求，而逐漸喪失昔日的主流地位。為了克服化油器式燃料系的上述缺點，人們在發(fā)展化油器式燃料系的同時，一直在尋求別的更好的混合氣形成方法。在20世紀(jì)50年代，對汽油噴射技術(shù)的研究還只是一個序幕。當(dāng)時的研究重點是如何提高發(fā)動機的輸出功率和瞬間反應(yīng)性能，而對燃油經(jīng)濟性考慮少，對排放污染則尚未觸及，對于電子控制系統(tǒng)的優(yōu)點也認識不足。1967年，Bosch公司推出了D-Jetronic電子控制汽油噴射系統(tǒng)，迎來了發(fā)動機電控技術(shù)百花竟開的春天。排放法規(guī)出臺和汽油危機這兩個方面的壓力，加上電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使此后的電噴技術(shù)發(fā)展駛上了快車道。1981年，熱線式空氣質(zhì)量流量計的推出，提高了對空燃比的控制誤差。尤其是微機的加入以及微機速度、容量的提高，使控制功能越來越完善。進氣道汽油噴射由簡單的多點噴射技術(shù)發(fā)展到順序噴射，進一步改善了排放和瞬態(tài)性能。多種傳感器的應(yīng)用，控制器能了解整個發(fā)動機的運行條件和環(huán)境條件，進而針對不同工作模式進行智能化控制。隨車故障診斷系統(tǒng)能對噴射系統(tǒng)以致控制器本身進行檢測，提高了使用的可靠性和維修的便利。由于這些原因，電控汽油噴射系統(tǒng)得到了迅速的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。相比而言，汽油噴射式燃料系具有以下優(yōu)點：① 進氣管道中沒有狹窄的喉管，空氣流動阻力小，充氣性能好，有利于提高發(fā)動機的輸出功率。② 混合氣的各缸分配均勻性能好。③ 可以隨著汽車運行工礦的變化而相應(yīng)地配置最佳的可燃混合氣濃度，確保發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性，特別時降低排氣污染的要求。④ 具有良好的加速等過度性能。 汽油噴射式燃料系在發(fā)展過程中尚需解決的主要的問題是系統(tǒng)的布置復(fù)雜和制造成本較高。

　　基本組成

　　化油器式燃料系的基本組成，它可分為汽油供給裝置(包括汽油箱、汽油濾清器、汽油泵)、空氣供給裝置(包括空氣濾清器、進氣消聲器、冷暖風(fēng)轉(zhuǎn)換機構(gòu)等)、混合氣形成裝置(化油器)、進氣和排氣裝置(包括進氣支管、排氣支管和消聲器)。

　　點火系統(tǒng)

　　組成：傳統(tǒng)式由蓄電池、發(fā)電機、點火線圈、斷電器、火花塞等組成。普通式和傳統(tǒng)式點火系統(tǒng)類似，只是用電子元件取代了斷電器。電子點火式全部是全電子點火系統(tǒng)，完全取消了機械裝置，由電子系統(tǒng)控制點火時刻，包括蓄電池、發(fā)電機、點火線圈、火花塞和電子控制系統(tǒng)等。

　　功能：在汽油機中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。能夠按時在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備稱為點火系。

　　冷卻系統(tǒng)

　　組成：水冷式由水套、水泵、散熱器、風(fēng)扇、節(jié)溫器等組成。風(fēng)冷式由風(fēng)扇和散熱片等組成。

　　功能：冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。

　　潤滑系統(tǒng)

　　組成：由機油泵、集濾器、限壓閥、油道、機油濾清器等組成。

　　功能：潤滑系的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。

　　起動系統(tǒng)

　　組成：由起動機及其附屬裝置組成。

　　功能：要使發(fā)動機由靜止?fàn)顟B(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機的曲軸，使活塞作往復(fù)運動，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機才能自行運轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機開始自動地怠速運轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機的起動系。 下面以單缸發(fā)動機為例,介紹發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)，它由汽缸10、活塞8、連桿7、曲軸3、汽缸蓋11、機體、凸輪軸16、進氣門25、排氣門15、氣門彈簧、曲軸齒形帶輪等組成。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的工作腔稱作汽缸，汽缸內(nèi)表面為圓柱形。在汽缸內(nèi)作往復(fù)運動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸相連，構(gòu)成曲柄連桿機構(gòu)。活塞在汽缸內(nèi)作往復(fù)運動時，連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)，或者相反。同時，汽缸的容積在不斷的由小變大，再由大變小，如此循環(huán)不已。汽缸的頂端用汽缸蓋封閉。汽缸蓋上裝有進氣門和排氣門。通過進、排氣門的開閉實現(xiàn)向汽缸內(nèi)充氣和向汽缸外排氣。進、排氣門的開閉由凸輪軸驅(qū)動。凸輪軸由曲軸通過齒形帶或齒輪驅(qū)動。構(gòu)成汽缸的零件稱作汽缸體，曲軸在曲軸箱內(nèi)轉(zhuǎn)動。