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發(fā)動機基本構(gòu)造
發(fā)動機是將某一種型式的能量轉(zhuǎn)換為機械能的機器，其作用是將液體或氣體燃燒的化學(xué)能通過燃燒后轉(zhuǎn)化為熱能，再把熱能通過膨脹轉(zhuǎn)化為機械能并對外輸出動力。發(fā)動機是一部由許多結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機器，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)動機的總體結(jié)構(gòu)圖如下所示。
汽油機通常由曲柄連桿、配氣兩大機構(gòu)和燃料供給、潤滑、冷卻、點火、起動五大系統(tǒng)組成。柴油機通常由兩大機構(gòu)和四大系統(tǒng)組成（無點火系）。
1．曲柄連桿機構(gòu)
曲柄連桿機構(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)動機產(chǎn)生動力，并將活塞的直線往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)運動而對外輸出動力。
2．配氣機構(gòu)
配氣機構(gòu)是由進氣門、排氣門、氣門彈簧、挺桿、凸輪軸和正時齒輪等組成。其作用是將新鮮氣體及時充入氣缸，并將燃燒產(chǎn)生的廢氣及時排出氣缸。
3．燃料供給系
由于使用的燃料不同，可分為汽油機燃料供給系和柴油機燃料供給系。
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，并控制進入氣缸內(nèi)可燃混合氣數(shù)量，以調(diào)節(jié)發(fā)動機輸出的功率和轉(zhuǎn)速，最后，將燃燒后廢氣排出氣缸。
柴油機燃料供給系由燃油箱、輸油泵、噴油泵、柴油濾清器、進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)定時刻向缸內(nèi)噴入定量柴油，以調(diào)節(jié)發(fā)動機輸出功率和轉(zhuǎn)速，最后，將燃燒后廢氣排出氣缸。
4．冷卻系
機動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散熱器散發(fā)到大氣中，從而維持發(fā)動機電動正常工作溫度。
5．潤滑系
潤滑系由機油泵、濾清器、油道、油底殼等組成。其作用是將潤滑油分送至各個相對運動零件的摩擦面，以減小摩擦力，減緩機件磨損，并清洗、冷卻摩擦表面。
6．點火系
汽油機點火系由電源（蓄電池和發(fā)電機）、點火線圈、分電器和火花塞等組成，其作用是按規(guī)定時刻及時點燃氣缸內(nèi)被壓縮的可燃混合氣。
7．起動系
起動系由起動機和起動繼電器等組成，用以使靜止的發(fā)動機起動并轉(zhuǎn)入自行運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
發(fā)動機工作原理
發(fā)動機將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的過程，是經(jīng)過進氣、壓縮、作功和排氣四個連續(xù)的過程來實現(xiàn)的，每進行一次這樣的過程就叫一個工作循環(huán)。凡是曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈，活塞往復(fù)四個行程完成一個工作循環(huán)的，稱為四沖程發(fā)動機。曲軸旋轉(zhuǎn)一圈，即活塞往復(fù)兩個行程完成一個工作循環(huán)的，稱為兩沖程發(fā)動機。
1. 四沖程汽油機的工作原理：
(1) 進氣行程。曲軸帶動活塞從上止點向下止點運動，此時，進氣門開啟，排氣門關(guān)閉?；钊苿舆^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進氣門被吸入氣缸，直至活塞到達下止點，進氣門關(guān)閉時結(jié)束。
由于進氣系統(tǒng)存在進氣阻力，進氣終了時氣缸內(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。進氣行程結(jié)束時，活塞在曲軸的帶動下，從下止點向上止點運動，氣缸內(nèi)容積逐漸減小。此時進、排氣門均關(guān)閉，可燃混合氣被壓縮，至活塞到達上止點時壓縮結(jié)束。壓縮過程中，氣體壓力和溫度同時升高，并使混合氣進一步均勻混合，壓縮終了時，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，從而推動活塞從上止點向下止點運動，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)作功，至活塞到達下止點時作功結(jié)束。
作功開始時氣缸內(nèi)氣體壓力、溫度急劇上升，瞬間壓力可達3MPa～5MPa，瞬時溫度可達2200K～2800K。
(4) 排氣行程。在作功行程接近終了時，排氣門打開，進氣門關(guān)閉，曲軸通過連桿推動活塞從下止點向上止點運動。廢氣在自身剩余壓力和在活塞推動下，被排出氣缸，至活塞到達上止點時，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，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。
2．四沖程柴油機的工作原理：
由于使用燃料的性質(zhì)不同，四沖程柴油機的可燃混合氣的形成和著火方式與汽油機有很大區(qū)別。下面主要敘述柴油機與汽油機工作循環(huán)的不同之處。
(1) 進氣行程。進氣行程中進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高，壓力可達3MPa～5MPa，溫度可達800K～1000K。
(3)作功行程。在壓縮行程終了時，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，且此后一段時間內(nèi)邊噴油邊燃燒，氣缸內(nèi)壓力和溫度急劇升高，推動活塞下行作功。
作功行程中，瞬時壓力可達5MPa～10MPa，瞬時溫度可達1800K～2200K。
(4)排氣行程。此行程與汽油機基本相同。
由上述四行程汽油機和柴油機的工作循環(huán)可知，兩種發(fā)動機工作循環(huán)的基本內(nèi)容相似。四個行程中只有作功行程產(chǎn)生動力，其他三個行程是為作功行程做準備工作的輔助行程，都要消耗一部分能量。發(fā)動機起動時的第一個循環(huán)，必須有外力將曲軸轉(zhuǎn)動，以完成進氣和壓縮行程。當作功行程開始后，作功能量便通過曲軸儲存在飛輪內(nèi)，以維持以后的循環(huán)得以繼續(xù)進行。
3．二沖程汽油機的工作原理：
二沖程發(fā)動機工作循環(huán)也包括進氣、壓縮、作功和排氣四個過程，但它是在活塞往復(fù)兩個行程內(nèi)完成的。
(1)第一行程。活塞從下止點向上止點移動，當活塞上行至關(guān)閉換氣孔和排氣孔時，已進入氣缸的可燃混合氣被壓縮，活塞繼續(xù)上移至上止點時，壓縮結(jié)束。與此同時，活塞上行時，其下方曲軸箱內(nèi)形成一定真空度。當活塞上行至進氣孔開啟時，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。活塞接近上止點時，火花塞產(chǎn)生電火花點燃被壓縮的可燃混合氣。燃燒形成的高溫、高壓氣體推動活塞下行作功。當活塞下行到關(guān)閉進氣孔后，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，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)壓的混合氣進入氣缸，并排除氣缸內(nèi)殘余廢氣。這一過程稱換氣過程，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時，第二行程結(jié)束。
由上兩個行程可知：第一行程時，活塞上方進行換氣、壓縮，活塞下方進行進氣；第二行程時，活塞上方進行作功、換氣，活塞下方預(yù)壓混合氣。換氣過程跨越二個行程。
發(fā)動機活塞
活塞的主要作用是承受氣缸中氣體壓力并通過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氣接觸，承受很高的熱負荷；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，尺寸及形狀的變化要小。
汽車發(fā)動機目前廣泛采用的活塞材料是鋁合金，有的柴油機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、頭部和裙部三個部分。
1.活塞頂部。活塞頂部是燃燒室的組成部分，用來承受氣體壓力。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?；钊^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)一起實現(xiàn)對氣缸的密封；將活塞頂所吸收的熱量通過活塞環(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)從氣缸壁上刮下來的多余機油經(jīng)過這些小孔流回油底殼。
(3)活塞裙部。活塞環(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)運動，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，簡稱氣缸體。氣缸體上部有一個或數(shù)個為活塞在其中運動作導(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)腔為曲軸運動的空間。
氣缸體是發(fā)動機各個機構(gòu)和系統(tǒng)的裝配基體，并由它來保持發(fā)動機各運動件相互之間的準確位置關(guān)系。
為了使氣缸散熱，在氣缸外部制有水套（水冷式發(fā)動機）或散熱片（風(fēng)冷式發(fā)動機）。
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)動機還制有凸輪軸軸承座孔。為了這些軸承的潤滑，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)動機氣缸排列常見的有單列式和雙列式兩種形式：單列式（直列式）發(fā)動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置。但為了降低發(fā)動機的高度，有時也把氣缸布置成傾斜甚至水平的。雙列式發(fā)動機左、右兩列氣缸中心線的夾角γ＜180°者稱為V型發(fā)動機。
發(fā)動機相關(guān)術(shù)語
(1)上止點－－活塞離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠處，通常即活塞的最高位置。
(2)下止點－－活塞離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近處，通常即活塞的最低位置。
(3)活塞行程－－上、下兩止點間的距離。
(4)沖程－－活塞由一個止點到另一個止點運動一次的過程。
(5)曲軸半徑－－曲軸與連桿大端連接的中心到曲軸旋轉(zhuǎn)中心的距離。
(6)氣缸工作容積－－活塞從上止點到下止點所讓出的空間的容積。
(7)發(fā)動機工作容積－－發(fā)動機所有氣缸工作容積之和，也稱發(fā)動機的排量。
(8)燃燒室容積－－活塞在上止點時，活塞頂上面的空間叫燃燒室，它的容積稱燃燒室容積。
(9)氣缸總?cè)莘e－－活塞在下止點時，活塞頂上面整個空間的容積，它等于氣缸工作容積與燃燒室容積之和。
(10)壓縮比－－氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值。
