发动机作为汽车的心脏,其核心功能是将燃料的化学能通过燃烧转化为机械能,驱动车辆行驶,而实现这一能量转换的基础,便是发动机的“基本组”——由两大机构和五大系统协同构成,各部分精密配合,确保发动机高效稳定运行。
发动机的基本组首先包括两大机构,它们是完成“热能→机械能”转化的核心骨架,直接决定了发动机的动力输出特性。
曲柄连杆机构是发动机实现往复运动与旋转运动转换的关键,主要由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成。
配气机构负责根据发动机工作顺序,定时开启和关闭进排气门,确保可燃混合气(汽油机)或纯净空气(柴油机)及时进入气缸,燃烧后的废气及时排出,其核心是“定时换气”。
除了两大机构,发动机还需五大系统协同工作,为燃烧、润滑、冷却等提供保障,确保各部件在适宜环境下高效运转。
供给系根据发动机工况,按比例供给燃油和空气,并形成可燃混合气(汽油机)或将柴油喷入高温高压气缸(柴油机)。
汽油机采用点燃式,需点火系提供高压电火花点燃混合气,主要由蓄电池、点火线圈、火花塞、电子控制单元(ECU)等组成,ECU根据传感器信号(如曲轴位置、转速、水温等)计算最佳点火提前角,控制点火线圈产生高压电(1-2万伏),击穿火花塞电极间隙,点燃混合气。
发动机工作时,燃烧温度可达2000℃以上,冷却系通过强制循环(或自然循环)带走多余热量,使发动机保持在80-95℃的最佳工作温度,主要包括水泵、节温器、散热器、冷却风扇、气缸体水套等,水泵驱动冷却液在气缸体水套、散热器间循环;节温器根据水温自动调节冷却液流量,低温时小循环(快速升温),高温时大循环(加强散热)。
润滑系通过机油在运动部件表面形成油膜,减少摩擦、磨损,同时起到冷却、清洁、密封和防锈作用,主要由机油泵、机油滤清器、限压阀、油道等组成,机油泵将油底壳的机油加压后,经滤清器过滤,通过主油道输送至曲轴轴承、连杆轴承、凸轮轴等部位,最后流回油底壳循环使用。
起动系用于在外力带动下曲轴转动,实现气缸内混合气着火燃烧,主要由蓄电池、起动机、点火开关等组成,启动时,点火开关接通,起动机驱动齿轮与飞轮齿圈啮合,带动曲轴旋转(通常需200-300r/min),直至发动机自行运转后,起动机自动脱开。
机构/系统 | 主要组成部件 | 核心功能 |
---|---|---|
曲柄连杆机构 | 机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组 | 将活塞往复运动转化为曲轴旋转运动,输出动力 |
配气机构 | 气门组、气门传动组 | 定时开启/关闭气门,实现换气 |
供给系 | 油箱、汽油泵/高压油泵、喷油器、进排气歧管 | 供给燃油与空气,形成可燃混合气(汽油机)或喷入柴油(柴油机) |
点火系(汽油机) | 蓄电池、点火线圈、火花塞、ECU | 产生高压电火花,点燃混合气 |
冷却系 | 水泵、节温器、散热器、冷却风扇 | 降低发动机温度,维持最佳工作温度 |
润滑系 | 机油泵、机油滤清器、油道、限压阀 | 减少摩擦、磨损,冷却、清洁部件 |
起动系 | 蓄电池、起动机、点火开关 | 带动曲轴转动,实现发动机启动 |
Q1:发动机的曲柄连杆机构中,活塞为什么需要安装活塞环?其作用是什么?
A:活塞环是活塞连杆组的关键部件,分为气环和油环,气环的主要作用是密封气缸,防止高温高压燃气从活塞与气缸壁之间的间隙泄漏,同时将活塞顶部吸收的热量传递给气缸壁散出;油环则用于刮除气缸壁上多余的机油,避免机油窜入燃烧室造成积碳和烧机油,同时在气缸壁表面形成一层薄油膜,减少活塞运动时的摩擦,若无活塞环,发动机将因漏气、动力不足、机油消耗异常等问题无法正常工作。
Q2:为什么柴油发动机没有点火系,而汽油发动机需要?
A:柴油发动机与汽油发动机的着火方式不同,这是两者结构差异的核心原因,柴油机采用“压燃式”工作原理:在压缩行程中,活塞将气缸内的空气压缩至体积的1/16-1/22,温度升高至500-700℃,此时高压柴油喷油器将柴油喷入高温空气中,柴油遇高温后自行着火燃烧,而汽油发动机采用“点燃式”,汽油的自燃温度较高(约427℃),在压缩行程中无法通过压缩达到自燃温度,需依靠火花塞产生高压电火花点燃混合气,柴油机无需点火系,而汽油发动机必须配备点火系。
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