汽车发动机和你需要知道的基础知识

发动机是汽车的重要组成部分。

引擎是什么？

发动机是一种将汽油或机油等能量转化为动能的装置。基本上，我们可以将热机分为两大类：内燃机和外燃机。

每种类型又分为许多子类型，各有优缺点。内燃机包括汽油发动机、柴油发动机、燃气涡轮发动机、转子发动机、二冲程发动机等。外燃机包括蒸汽机和斯特林发动机两种代表。

内燃机由于比外燃机效率更高、体积更紧凑，如今被广泛应用于多种车辆，汽车和摩托车就是最典型的代表。

车辆发动机结构

按发动机分类汽车或按动力源分类汽车是根据运行结构、各动力源使用的燃料类型来划分的，目前流行的结构有：

• 汽油发动机

• 柴油/燃油发动机

• 电动机

• 混合动力发动机

本文将介绍目前市面上车辆普遍使用的使用汽油或柴油的内燃机。后续文章将介绍电动机和混合动力电动机。

发动机的主要部件是气缸，活塞在气缸内上下运动。大多数汽车发动机拥有多个气缸，通常为 4、6 或 8 缸，跑车则有 12 或 16 缸。多缸发动机的气缸排列方式如下：排成一排（直列式气缸）、V 形（V 型气缸）或两个气缸水平相对（对置式气缸）。

火花塞

汽车发动机中的火花塞负责产生电火花，点燃气缸内的空气和燃料混合物。火花必须在压缩冲程结束时的正确时间产生，才能实现最高效率。

阀门

排气门和进气门会在正确的时间开启和关闭，以供给燃料并排出废气。在压缩冲程和燃烧冲程期间，这些阀门处于关闭状态。这些阀门由凸轮轴系统操作，如下图所示。

凸轮轴

凸轮轴上有凸轮凸角，旋转时这些凸轮凸角会将气门向下推，从而帮助气门打开。凸轮轴有两种类型：单凸轮轴和双凸轮轴。单凸轮轴控制进气门和排气门的开启和关闭。双凸轮轴有两个凸轮轴，分别控制进气门和排气门。

曲轴

曲轴用于将活塞的往复运动转换为类似蜗轮蜗杆中的轴的旋转运动。

发动机如何工作？

其工作原理是：在狭小的密闭空间内，使用少量汽油（或柴油）等高能燃料燃烧时，通过膨胀空气的压力，产生巨大的能量，可以将一颗土豆炸飞到150米外。

内燃机采用闭式循环原理，发动机气缸内每分钟发生数百次爆炸。空气和燃料的混合物（称为空气-燃料混合物）在内燃机气缸内燃烧。燃烧时，温度升高，导致气体膨胀，对活塞产生压力，推动活塞移动。

如今，几乎所有汽车都采用四冲程发动机，将汽油转化为动能，也称为四冲程发动机。四冲程循环包括：进气、压缩、燃烧和排气。

- 在第一冲程（进气 - 进气门打开，排气门关闭）期间，当活塞从上止点（TDC）移动到下止点（BDC）时，空气和燃料混合物被“充入”气缸。

- 在第二冲程（压缩——两个气门均关闭）期间，活塞从下止点移动到上止点，压缩气缸内的空气和燃料混合物。在第二冲程结束时（活塞位于上止点），汽油发动机中的空气和燃料混合物通过火花塞点火装置点燃，柴油发动机中的空气和燃料混合物则通过自燃点燃。

- 在第三冲程（动力冲程 - 气门持续关闭）中，空气和燃料的混合气燃烧。由于温度升高，混合气的压力也随之增加，使活塞从上止点移动到下止点。活塞的往复运动通过连杆（也称为连杆）传递到曲轴，并转化为旋转运动。

- 在第四冲程（排气 - 进气门关闭，排气门打开）中，活塞从 BDC 移动到 TDC，将气体从气缸通过排气管（通常称为消声器）推入环境中。

活塞在第一、二和四冲程的运动是由于安装在曲轴上的飞轮在第三冲程（工作冲程）储存的能量。因此，四冲程发动机的点火角为720度，以曲轴旋转角度计算，这意味着曲轴每旋转两圈，只有一次点火。气缸数越多，点火角就越小，曲轴旋转两圈时燃烧的能量就越多，发动机运转就越平稳。

新鲜空气混合物取代废气的过程由凸轮轴控制。凸轮轴连接在曲轴上，通过1:2的减速齿轮旋转，控制发动机气缸盖上的气门的开关。曲轴控制气门开关的正时经过调整，使得进气门和排气门在从排气冲程切换到进气冲程时，在短时间内同时打开。废气高速排出，将新鲜空气吸入燃烧室，从而更好地填充气缸并提高燃烧压力。