发动机作为汽车的核心动力部件,其结构精密且复杂,由多个机构和系统协同工作,将燃料的化学能转化为机械能,要全面了解发动机,首先需熟悉其关键结构名称及功能,这些结构大致可分为曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统和启动系统七大类,每一类均包含若干核心部件,共同保障发动机高效稳定运行。
曲柄连杆机构是发动机实现动力输出的核心,主要由缸体、缸盖、活塞、连杆、曲轴和飞轮等组成,缸体是发动机的骨架,内部铸有气缸和冷却水道,上部与缸盖共同形成密闭的燃烧室,下部为曲轴箱,用于支撑曲轴并储存机油,缸盖安装在缸体顶部,内部设有气门座、气门导管和火花塞安装孔(汽油机)或喷油器安装孔(柴油机),其作用是密封燃烧室并配气,活塞是顶部承受燃烧压力的部件,通过活塞环(气环和油环)实现与气缸壁的密封,防止燃气泄漏和机油窜入燃烧室,裙部则起导向作用,连杆连接活塞与曲轴,将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动,杆身多为“工”字形结构以减轻重量,曲轴是发动机的“旋转中枢”,通过主轴承支撑在曲轴箱内,其连杆轴颈与连杆大头相连,配重块用于平衡旋转惯性力,飞轮则安装在曲轴后端,储存和释放能量,使曲轴旋转更平稳。
配气机构负责控制发动机的进排气过程,确保可燃混合气(汽油机)或纯净空气(柴油机)及时进入气缸,废气及时排出,主要由凸轮轴、气门、气门弹簧、液压挺柱、正时皮带/链条等组成,凸轮轴是配气机构的“指挥官”,通过凸轮驱动气门开闭,其转速为曲轴的1/2(四冲程发动机),正时皮带或链条用于与曲轴保持精确的配时关系,气门包括进气门和排气门,头部呈锥形与气门座密封,杆部由气门导管引导运动,气门弹簧则确保气门关闭时与气门座紧密贴合,液压挺柱可自动调整气门间隙,减少噪音和磨损,现代发动机多采用此设计。
燃料供给系统的功能是根据发动机工况,供给适量清洁的燃料,汽油机与柴油机结构差异较大:汽油机多采用电子控制燃油喷射(EFI)系统,主要由燃油箱、电动燃油泵、燃油滤清器、燃油轨、喷油器和电子控制单元(ECU)组成,ECU根据传感器信号精确控制喷油量和喷油时刻;柴油机则采用高压共轨系统,由高压油泵、共轨管、喷油器等组成,燃油压力可达200MPa以上,实现更高效的雾化和燃烧,进气歧管负责将混合气或空气分配至各气缸,节气门(汽油机)通过开度调节进气量,控制发动机功率输出。
点火系统是汽油机特有的结构,用于在压缩行程末期点燃可燃混合气,主要由点火线圈、火花塞、ECU和相关传感器组成,ECU根据曲轴位置、转速等信号计算最佳点火提前角,控制点火线圈产生高压电(通常为2-3万伏),通过高压线传递至火花塞,火花塞电极间产生电火花点燃混合气,点火线圈可将蓄电池电压(12V)升压至高压电,火花塞则需具备良好的绝缘性和耐高温性,中心电极与侧电极间隙通常为0.8-1.2mm。
冷却系统的作用是维持发动机在适宜温度(80-95℃)下工作,避免过热导致部件变形或润滑不良,主要由水泵、节温器、散热器、冷却风扇、冷却液和水道组成,水泵由曲轴皮带驱动,强制冷却液在发动机水套和散热器间循环;节温器根据冷却液温度自动调节循环路径(小循环或大循环),低温时冷却液不流经散热器,快速升温;散热器通过风冷和水冷结合散发热量,冷却风扇增强空气流动;冷却液多为乙二醇与水的混合物,具有防沸、防冻和防腐功能。
润滑系统通过向运动部件表面输送机油,减少摩擦、磨损,并起到冷却、清洁和密封作用,主要由机油泵、机油滤清器、主油道、限压阀和油底壳组成,机油泵通常为齿轮式或转子式,将机油从油底壳吸出并建立油压,经滤清器过滤杂质后送至各润滑部位(如曲轴轴瓦、凸轮轴、活塞等);限压阀防止油压过高,油底壳则储存机油并沉淀杂质,现代发动机多采用压力润滑与飞溅润滑相结合的方式,关键部位如曲轴轴瓦采用压力润滑,活塞与气缸壁则通过飞溅润滑。
启动系统用于在发动机静止时驱动曲轴旋转,使气缸内完成进气、压缩、做功、排气过程,主要由蓄电池、起动机、启动继电器和点火开关组成,起动机是直流电动机,通过驱动齿轮与飞轮齿圈啮合,带动曲轴旋转;蓄电池提供大电流(通常为200-600A)供电,启动继电器控制起动机电路的通断,避免点火开关直接承受大电流。
为更直观理解,以下为发动机主要结构名称及功能概览:
结构名称 | 所属系统/机构 | 核心功能 |
---|---|---|
缸体 | 曲柄连杆机构 | 支撑主体,形成气缸和冷却水道 |
活塞 | 曲柄连杆机构 | 承受燃烧压力,传递运动至连杆 |
曲轴 | 曲柄连杆机构 | 将往复运动转为旋转运动,输出动力 |
凸轮轴 | 配气机构 | 控制气门开闭时机 |
气门 | 配气机构 | 密封燃烧室,控制进排气 |
喷油器 | 燃料供给系统 | 雾化燃油,精确控制喷油量 |
点火线圈 | 点火系统 | 将低压电升压至高压电,驱动火花塞 |
水泵 | 冷却系统 | 驱动冷却液循环,带走热量 |
机油泵 | 润滑系统 | 建立油压,向各部件输送机油 |
起动机 | 启动系统 | 带动曲轴旋转,启动发动机 |
相关问答FAQs
Q1:发动机气门间隙过大或过小有什么影响?
A:气门间隙是指气门杆端与液压挺柱(或摇臂)之间的间隙,间隙过小时,发动机热态下气门可能关闭不严,导致高温燃气泄漏,引发燃烧室密封不良、动力下降、气门烧蚀等问题;间隙过大时,气门开度不足,进气/排气效率降低,同时会产生“哒哒”的异响,加速气门和凸轮磨损,需定期检查并调整气门间隙(或使用液压挺柱自动调整),确保其符合标准值。
Q2:为什么发动机需要润滑系统?
A:发动机内部运动部件(如曲轴与轴瓦、活塞与气缸壁)间高速相对运动,若直接接触会产生巨大摩擦,导致功率损失、部件过热和快速磨损,润滑系统通过机油在摩擦表面形成油膜,减少金属直接接触,降低摩擦系数;机油可将摩擦产生的热量带走,起到冷却作用;机油还能清洁金属屑、密封活塞环与气缸壁间隙、防止部件生锈,从而延长发动机使用寿命,保障其可靠运行。
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