汽车发动机构造课件-汽车发动机构造与原理讲解

1.汽车知识大全系列之发动机

2.关于汽车发动机的基本知识储备

3.哪位专家能给我介绍一下汽车的构造

汽车知识大全系列之发动机

汽车知识大全系列之发动机

一、发动机结构种类解析

发动机作为汽车的动力源泉，就像人的心脏一样。不过不同人的心脏大小和构造差别不大，但是不同汽车的发动机的内部结构就有着千差万别，那不同的发动机的构造都有哪些不同？下面我们一起了解一下。

汽车的动力源泉就是发动机，而发动机的动力则来源于气缸内部。发动机气缸就是一个把燃料的内能转化为动能的场所，可以简单理解为，燃料在气缸内燃烧，产生巨大压力推动活塞上下运动，通过连杆把力传给曲轴，最终转化为旋转运动，再通过变速器和传动轴，把动力传递到驱动车轮上，从而推动汽车前进。

一般的汽车都是以四缸和六缸发动机居多，既然发动机的动力主要是来源于气缸，那是不是气缸越多就越好呢?其实不然，随着气缸数的增加，发动机的零部件也相应的增加，发动机的结构会更为复杂，这也降低发动机的可靠性，另外也会提高发动机制造成本和后期的维护费用。所以，汽车发动机的气缸数都是根据发动机的用途和性能要求进行综合权衡后做出的选择。像V12型发动机、W12型发动机和W16型发动机只运用于少数的高性能汽车上。

其实V型发动机，简单理解就是将相邻气缸以一定的角度组合在一起，从侧面看像V字型，就是V型发动机。V型发动机相对于直列发动机而言，它的高度和长度有所减少，这样可以使得发动机盖更低一些，满足空气动力学的要求。而V型发动机的气缸是成一个角度对向布置的，可以抵消一部分的震动，但是不好的是必须要使用两个气缸盖，结构相对复杂。虽然发动机的高度减低了，但是它的宽度也相应增加，这样对于固定空间的发动机舱，安装其他装置就不容易了。

将V型发动机两侧的气缸，再进行小角度的错开，就是W型发动机了。W型发动机相对于V型发动机，优点是曲轴可更短一些，重量也可轻化些，但是宽度也相应增大，发动机舱也会被塞得更满。缺点是W型发动机结构上被分割成两个部分，结构更为复杂，在运作时会产生很大的震动，所以只有在少数的车上应用。

水平对置发动机的相邻气缸相互对立布置（活塞的底部向外侧），两气缸的夹角为180°，不过它与180°V型发动机还是有本质的区别的。水平对置发动机与直列发动机类似，是不共用曲柄销的（也就是说一个活塞只连一个曲柄销），而且对向活塞的运动方向是相反的，但是180°V型发动机则刚好相反。水平对置发动机的优点是可以很好的抵消振动，使发动机运转更为平稳；重心低，车头可以设计得更低，满足空气动力学的要求；动力输出轴方向与传动轴方向一致，动力传递效率较高。缺点：结构复杂，维修不方便；生产工艺要求苛刻，生产成本高，在知名品牌的轿车中只有保时捷和斯巴鲁还在坚持使用水平对置发动机。

发动机之所以能源源不断的提供动力，得益于气缸内的进气、压缩、做功、排气这四个行程的有条不紊地循环运作。

进气行程，活塞从气缸内上止点移动至下止点时，进气门打开，排气门关闭，新鲜的空气和汽油混合气被吸入气缸内。

压缩行程，进排气门关闭，活塞从下止点移动至上止点，将混合气体压缩至气缸顶部，以提高混合气的温度，为做功行程做准备。

做功行程，火花塞将压缩的气体点燃混合气体在气缸内发生“爆炸”产生巨大压力，将活塞从上止点推至下止点，通过连杆推动曲轴旋转。

排气行程，活塞从下止点移至上止点，此时进气门关闭，排气门打开，将燃烧后的废气通过排气歧管排出气缸外。

发动机能产生动力其实是源于气缸内的“爆炸力”。在密封气缸燃烧室内，火花塞将一定比例汽油和空气的混合气体在合适的时刻里瞬间点燃，就会产生一个巨大的爆炸力，而燃烧室是顶部是固定的，巨大的压力迫使活塞向下运动，通过连杆推动曲轴，在通过一系列机构把动力传到驱动轮上，最终推动汽车。

要想气缸内的“爆炸”威力更大，适时的点火就非常重要了，而气缸内的火花塞就是扮演“引爆”的角色。其实火花塞点火的原理有点类似雷电，火花塞头部有中心电极和侧电极(相于两朵带相反极性离子的云)，两个电极之间有个很小的间隙(称为点火间隙)，当通电时能产生高达1万多伏的电火花，可以瞬间“引爆”气缸内的混合气体。

要想气缸内不断的发生“爆炸”，必须不断的输入新的燃料和及时排出废气，进、排气门在这过程中就扮演了重要角色。进、排气门是由凸轮控制的，适时的执行“开门”和“关门”这两个动作。为什么看到的进气门都会比排气门大一些呢？因为一般进气是靠真空吸进去的，排气是挤压将废气推出，所以排气相对比进气容易。为了获得更多的新鲜空气参与燃烧，因而进气门需要弄大点以获得更多的进气。

如果发动机有多个气门的话，高转速时进气量大、排气干净，发动机的性能也比较好（类似一个**院，门口多的话进进出出就方便多了）但是多气门设计较复杂尤其是气门的驱动方式、燃烧室构造和火花塞位置，都需要进行精密的布置，这样生产工艺要求高，制造成本自然也高，后期的维修也困难。所以气门数不宜过多，常见的发动机每个气缸有4个气门(2进2出)。

二、发动机可变气门原理解析

前面已经了解过发动机的基本构造和动力来源。其实发动机的实际运转速度并不是一成不变的，而是像人跑步一样，时而急促，时而平缓，那么调节好自己的呼吸节奏尤其重要，下面我们就来了解一下发动机是怎样“呼吸”的。

简单来说，凸轮轴是一根有多个圆盘形凸轮的金属杆。这根金属杆在发动机工作中起到什么作用？它主要负责进、排气门的开启和关闭。凸轮轴在曲轴的带动下不断旋转，凸轮便不断地下压气门（摇臂或顶杆），从而实现控制进气门和排气门开启和关闭的功能。

在发动机外壳上经常会看到SOHC、DOHC这些字母，这些字母到底表示的是什么意思？OHV是指顶置气门底置凸轮轴，就是凸轮轴布置在气缸底部，气门布置气缸顶部。OHC是指顶置凸轮轴，也就是凸轮轴布置在气缸的顶部。

如果气缸顶部只有一根凸轮轴同时负责进、排气门的开、关称为单顶置凸轮轴（SOHC）。气缸顶部如果有两根凸轮轴分别负责进、排气门的开关，则称为双顶置凸轮轴（DOHC）。

底置凸轮轴的凸轮与气门摇臂间需要用一根金属连杆连接，凸轮顶起连杆从而推动摇臂来实现气门的开合。但过高的转速容易导致顶杆折断，因此这种设计多应用于大排量、低转速、追求大扭矩输出的发动机。而凸轮轴顶置可省略顶杆简化了凸轮轴到气门的传动机构，更适合发动机高速时的动力表现顶置凸轮轴应用比较广泛。

配气机构主要包括正时齿轮系、凸轮轴、气门传动组件（气门、推杆、摇臂等），主要的作用是根据发动机的工作情况，适时的开启和关闭各气缸的进、排气门，以使得新鲜混合气体及时充满气缸，废气得以及时排出气缸外。

所谓气门正时，可以简单理解为气门开启和关闭的时刻。理论上在进气行程中，活塞由上止点移至下止点时，进气门打开、排气门关闭；在排气行程中，活塞由下止点移至上止点时，进气门关闭、排气门打开。

那为什么要正时呢？其实在实际的发动机工作中，为了增大气缸内的进气量，进气门需要提前开启、延迟关闭；同样地，为了使气缸内的废气排的更干净，排气门也需要提前开启、延迟关闭，这样才能保证发动机有效的运作。

发动机在高转速时，每个气缸在一个工作循环内，吸气和排气的时间是非常短的，要想达到高的充气效率，就必须延长气缸的吸气和排气时间，也就是要求增大气门的重叠角；而发动机在低转速时，过大的气门重叠角则容易使得废气倒灌，吸气量反而会下降，从而导致发动机怠速不稳，低速扭矩偏低。

固定的气门正时很难同时满足发动机高转速和低转速两种工况的需求，所以可变气门正时应运而生。可变气门正时可以根据发动机转速和工况的不同而进行调节，使得发动机在高低速下都能获得理想的进、排气效率。

影响发动机动力的实质其实与单位时间内进入到气缸内的氧气量有关，而可变气门正时系统只能改变气门的开启和关闭的时间，却不能改变单位时间内的进气量，变气门升程就能满足这个需求。如果把发动机的气门看作是房子的一扇“门”的话，气门正时可以理解为“门”打开的时间，气门升程则相当于“门”打开的大小。

丰田的可变气门正时系统已广泛应用，主要的原理是在凸轮轴上加装一套液力机构，通过ECU的控制，在一定角度范围内对气门的开启、关闭的时间进行调节，或提前、或延迟、或保持不变。凸轮轴的正时齿轮的外转子与正时链条(皮带)相连，内转子与凸轮轴相连。外转子可以通过液压油间接带动内转子，从而实现一定范围内的角度提前或延迟。

本田的i-VTEC可变气门升程系统的结构和工作原理并不复杂，可以看做在原来的基础上加了第三根摇臂和第三个凸轮轴。它是怎样实现改变气门升程的呢?可以简单的理解为，通过三根摇臂的分离与结合一体，来实现高低角度凸轮轴的切换，从而改变气门的升程。

当发动机处于低负荷时，三根摇臂处于分离状态，低角度凸轮两边的摇臂来控制气门的开闭气门升程量小;当发动机处于高负荷时，三根摇臂结合为一体，由高角度凸轮驱动中间摇臂，气门升程量大。

宝马的Valvetronic可变气门升程系统，主要是通过在其配气机构上增加偏心轴、伺服电机和中间推杆等部件来改变气门升程。当电动机工作时，蜗轮蜗杆机构会驱动偏心轴发生旋转，再通过中间推杆和摇臂推动气门。偏心轮旋转的角度不同，凸轮轴通过中间推杆和摇臂推动气门产生的升程也不同，从而实现对气门升程的控制。

奥迪的AVS可变气门升程系统，主要通过切换凸轮轴上两组高度不同的凸轮，来实现改变气门的升程，其原理与本田的i-VTEC非常相似，只是AVS系统是通过安装在凸轮轴上的螺旋沟槽套筒，来实现凸轮轴的左右移动，进而切换凸轮轴上的高低凸轮。

发动机处于高负荷时，电磁驱动器使凸轮轴向右移动，切换到高角度凸轮，从而增大气门的升程;当发动机处于低负荷时，电磁驱动器使凸轮轴向左移动，切换到低角度凸轮，以减少气门的升程。

轻混合动力车的主要驱动力是燃油发动机，而电动机只是作为作用不能单独驱动汽车。但能在车辆减速、制动时进行能量回收，实现混合动力的最大效率。

关于汽车发动机的基本知识储备

关于汽车发动机的基本知识储备

发动机的结构形式多种多样，具体构造千差万别，而目前汽车上使用的发动机大多数是往复活塞式内燃机。现代汽车发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器。因为基本工作原理相同，所以，其基本结构也就大同小异。如今，最广泛使用的是用汽油和柴油作为燃料的往复活塞式发动机，即汽油机与柴油机两类。

汽油机通常由曲柄连杆机构、配气两大机构和燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系、启动系五大系统组成；柴油机通常由曲柄连杆机构、配气机构和燃料供给系、润滑系、冷却系四大系统组成。汽油机和柴油机的结构如图1．

图1．1．1　汽车发动机

1．1．1　发动机的基本构造

（1）曲柄连杆机构

曲柄连杆机构是由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成，其作用是将燃料燃烧所产生的热能，经由活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动通过飞轮对外输出动力。发动机机体组是发动机各个机构、各个系统和一些其他部件的安装基础，并且还是曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、冷却系和润滑系的装配基体。

（2）配气机构

配气机构由气门组与气门传动组构成。其主要零件有进气门、排气门、气门弹簧挺杆、凸轮轴和正时齿轮等。其作用是按照发动机的工作循环和点火顺序，定时打开与关闭各个汽缸的进、排气门，将新鲜气体及时充入汽缸，并使燃烧产生的废气及时排出。

哪位专家能给我介绍一下汽车的构造

汽车一般由发动机、底盘、车身和电气设备等四个基本部分组成。

汽车发动机：发动机是汽车的动力装置。由机体，曲柄连杆机构，配气机构，冷却系，润滑系，燃料系和点火系(柴油机没有点火系)等组成。按燃料分发动机有汽油和柴油发动机两 种；按工作方式分有二冲程和四冲程两种，一般发动机为四冲程发动机。

四冲程发动机的工作过程： 四冲程发动机是活塞往复四个行程完成一个工作循环，包括进气、压缩、作功、排气四个过程。四行程柴油机和汽油机一样经历进气、压缩、作功、排气的过程。但与汽油机的不同之处在于：汽油机是点燃，柴油机是压燃。

冷却系：一般由水箱、水泵、散热器、风扇、节温器、水温表和放水开关组成。汽车发动机用两种冷却方式，即空气冷却和水冷却。一般汽车发动机多用水冷却。

润滑系：发动机润滑系由机油泵、集滤器、机油滤清器、油道、限压阀、机油表、感压塞及油尺等组成。

燃料系：汽油机燃料系由汽油箱、汽油表、汽油管、汽油滤清器、汽油泵、化油器、空气滤清器、进排气歧管等组成。

化油器：是将汽油与空气以一定的比例混合为一种雾化气体的装置，这种雾化气体叫可燃混合气，及时适量供入气缸。

汽车的底盘：

传动系：主要是由离合器、变速器、万向节、传动轴和驱动桥等组成。

离合器：其作用是使发动机的动力与传动装置平稳地接合或暂时地分离，以便于驾驶员进行汽车的起步、停车、换档等操作。

变速器：由变速器壳、变速器盖、第一轴、第二轴、中间轴、倒档轴、齿轮、轴承、操纵机构等机件构成，用于汽车变速、变输出扭矩。

行驶系：由车架、车桥、悬架和车轮等部分组成。它的基本功用是支持全车质量并保证汽车的行驶。

钢板弹簧与减震器：钢板弹簧的作用是使车架和车身与车轮或车桥之间保持弹性联系。减震器的作用是当汽车受到震动冲击时使震动得到缓和。减震器与钢板弹簧并联使用。?

转向系：由方向盘、转向器、转向节、转向节臂、横拉杆、直拉杆等组成，作用是转向。

前轮定位：为了使汽车保持稳定直线行驶，转向轻便，减少汽车在行驶中轮胎和转向机件的磨损，前轮、转向主销、前轴三者之间的安装具有一定的相对位置，这就叫“前轮定位”。 它包括主销后倾、产销内倾、前轮前束。前束值是指两前轮的前边缘距离小于后边缘距离的差值。?制动系：机动车的制动性能是指车辆在最短的时间内强制停车的效能。?

手制动器的作用：手制动器是一种使汽车停放时不致溜滑，在特殊情况下，配合脚制动的装置。

液压制动构造：液压制动装置由制动踏板、制动总泵、分泵、鼓式(车轮)制动器和油管等机件组成。

气压制动装置：由制动踏板、空气压缩机、气压表、制动阀、制动气室、鼓式(车轮)制动 器和气管等机件组成。

电气设备：

汽车电气设备主要由蓄电池、发电机、调节器、起动机、点火系、仪表、照明装置、音响装置、雨刷器等组成。

蓄电池：蓄电池的作用是供给起动机用电，在发动机起动或低速运转时向发动机点火系及其他用电设备供电。当发动机高速运转时发电机发电充足，蓄电池可以储存多余的电能。蓄电池上每个单电池都有正、负极柱。其识别方法为：正极柱上刻有“+”号，呈深褐色；负极 柱上刻有“-”号，呈淡灰色。

起动机： 其作用是将电能转变成机械能，带动曲轴旋转，起动发动机。起动机使用时，应注意每次起动时间不得超过5秒，每次使用间隔不小于10-15秒，连续使用不得超过3次。若连续起动时间过长，将造成蓄电池大量放电和起动机线圈过热冒烟，极易损坏机件。

点型轿车构造示意图

汽车驾驶部份

当以三档上微斜路时应加大油门还是应减低一档增速？

这是一个很复杂也很有趣的问题，如果你开的车辆，配用的发动机最大扭力在很低转速出现，同时没个波档比例相距很远的话，便不应随便转落低档，这种设计通常会在商用车或一些柴油发动机上出现．这些汽车转低一档会令发动机转速大幅攀升，结果离开Power Band更远，虽然得到排档比例的增进，令车轮输出扭力大一点，但耗油量会大增．相反保持档位及转速在峰值扭力点，加点油便足可以应付上斜了．

但对于大部分使用汽油发动机的私家车或跑车，其最大扭力都在中高速之上，在中低速时感到乏力，加大油门的作用是不大的，因为汽油发动机的Air Fuel Ratio是有限制的，由低负荷的15:1至高负荷及高输出的12：1．超过这比例无论是过多或过少汽油，都会令发动机更为乏力．所以当你感到乏力时再加油，行车电脑感应到发动机要输出多点扭力，便会将Air Fuel Ratio调浓一点，及将点火时间延后一点以应付负荷．这其实可分为三方面来决定应不应换档的： 一，若这增加了的扭力仍不足以应付斜路，发动机转速会继续往下跌，这便必须要转档了，否则就会死火了．

二，若增加了的扭力足以应付上斜，车速和发动机转速会逐渐上升，于是扭力输出会进一步增强，这时电脑便将供油和点火时间恢复至较低负荷的水平．

三，若踏下油门，发动机增加了的扭力仍刚好抵抗上斜力度，这时便应考虑转落低档，虽然保持波档的做法最终会比较省油，但那是对发动机没有好处的，引起的问题包括水温上升，积碳甚至内部零件损蚀等等．

1．怎样做Double Declutching和Heel and Toe的动作？

因为太过于专业，以及无图难以讲解，故不在此详细说明．

2．侧滑过弯会影响入弯速度，为何拉力赛车手仍要这样做？

侧滑过弯车胎和地面之间的摩擦是动摩擦，抓着力一定不及车轮True Roll的Static Friction好，这是无论干路，湿路或雪地都对的道理，但要在不同路面找出最理想的Grip,对拉力比赛来说是十分困难的，同时若将车速降低维持车轮不打滑，对于使用Turbo发动机的拉力赛车更为不利，再加上在陡峭的山岭比赛，用尾横扫入弯即使有意外都只是会撞山，所以这种甩尾横扫入弯差不多成了拉力赛的标准入弯方式．

3．为何要使用Double Declutch的技术？

Double Declutch的用意是令手动排档箱的输入和输出轴转速吻合，输出轴是直接连接着主传动轴和车轮，而输入轴是经由离合器连接曲轴，若踏下离合器并转入空档，输入轴便脱离发动机的带动和输出轴的齿合而失去所有动力来转动，因此在转下低档的时候，若要输入轴的转速吻合输出轴便要在空档放开离合器和加一点油，让发动机的动力提升输入轴的转速．

4.当驾驶手波车时，若想获得最佳的动力输出和达至顺畅的效果，应补油至什么转速才适当？

要达到顺畅有力的转档，当中的原则十分简单，就是尽量将离合器两边（发动机和排档）的转速调整至一样，然后才接合，而这个衔接应该是清脆快速的接合，无须靠”吊”离合器来达到平滑的目的．这个原则说起来简单，但做起来是要下点功夫才会成功的．以下是一些速成的窍门，首先你要知道自己部车每个波段的比例，在你买车的说明书上就可以找到，一般五速的手波车，每个档是相差约1．5倍左右，即转低一个档，发动机转速会升高50％左右，反过来说转高一档，转速便应下跌到原来转速的70％左右，这是设转档时车速保持不变，事实上转档不过是数秒之间的事，速度应不会大幅下跌的．

有了这个概念，转档时便可尝试将转速调至合适才松离合器，例如一档加速到两千转，转上二档时应以约二千转的转速来接合离合器，但其实转上高档是不必刻意加油来调整转速的，因为当收油及踏下离合器转档时，发动机回因为Throttle本身的延滞及飞轮的惯性，不会立即跌到怠速，它需要两三秒才会跌到怠速，当你转入高档后，若掌握的好，无须补油便可以接合离合器，这时候发动机转速刚好跌到理想的约两千转，这样便得到一个完美的转档．若开的是六前速，例如IS200的六前速，三档以后是极密的比例，转档以后要保持原来转速的85％以上，便需要补一点油才可松离合器，但注意转上高挡补油幅度肯定比转档前的油门深度少，因为速度必须会较低，同时空档下恐没有负荷，油门反应会较强烈．

至于从高档转落低档，便必须补油，目前转档后发动机转速应该是高一点的，至于高多少可应用上列的方法计算．有一点非常重要的是转低档通常是上落斜才会做的事，上斜问题不大，但落斜时便要注意不要只顾着左脚踏下离合器，右脚补油，这样一来部车就会在没有制动的情况下向前滑，这是十分危险的，所以我们不应在落斜时补油，那么落斜松离合器的一刹那凸兀感是否无法解决？方法是有的，就是我们常说的Heel&Toe

5.有些开自动波的人为了使停车停的顺畅，会在快要停车之际转入空档；也有些人常不使用制动减速，只靠拖波来减速，这些方法适当吗？

以空档滑行的方式制停是不对的，原因是若路上突然发生危险，驾驶员无法及时给予汽车动力驶离险境，停车后才入空档的原因亦在此．此外籍所谓拖波来减速，也不恰当，排档使用的一大原则是配合车速，汽车慢下来自然要降低档位，所以应制动至一定车速，才可降档．

6．有云开自动波车不应只用D档，但亦有云开自动波不应常常人手转档，哪个说法才对？

在普通平坦路面上开自动波，的确可用D波应付，那是舒适可靠兼有效的方法，但崎岖及会有交通突变的路面情况下，驾驶员若懂得主动地控制档位，是会较顺畅地让车辆行驶的做法．问题是必须懂得控制之道，否则还是交回D波让它自动操作．