汽车发动机作为车辆的核心动力部件,其精密的构造决定了车辆的动力性、经济性与可靠性,现代汽车多采用往复活塞式内燃机,主要由两大机构(曲柄连杆机构、配气机构)和五大系统(燃料供给系、点火系、润滑系、冷却系、起动系)组成,各部分协同工作实现能量转换。
曲柄连杆机构是发动机实现“热能-机械能”转换的关键,由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组构成,机体组包括气缸体、气缸盖、气缸垫和油底壳,其中气缸体是发动机的“骨架”,内部铸有冷却水套和润滑油道,为活塞运动提供支撑;气缸盖封闭气缸顶部,与活塞共同形成燃烧空间,内部布置进排气门、火花塞(汽油机)或喷油器(柴油机),活塞连杆组中,活塞通过活塞环(气环和油环)与气缸壁密封,承受燃烧压力并传递给连杆;连杆将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动,曲轴则通过飞轮输出动力,同时驱动其他辅助部件(如水泵、发电机)。
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,确保新鲜可燃混合气(汽油机)或纯空气(柴油机)进入气缸,并将废气排出,它由气门组(气门、气门弹簧、气门座圈、气门导管)和气门传动组(凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、正时齿轮)组成,凸轮轴是配气机构的“大脑”,其凸轮轮廓线决定气门的升程和开启时长;正时齿轮(或链条、皮带)确保凸轮轴与曲轴的精确配合,实现“进排气时机与活塞运动同步”,四冲程发动机中,曲轴转两圈,凸轮轴转一圈,完成一次进排气过程。
燃料供给系的作用是向气缸供给清洁、适量的燃料,汽油机采用电喷系统,包括油箱、电动汽油泵、燃油滤清器、喷油器、进气歧管等,通过ECU控制喷油量与喷油时刻;柴油机则依靠高压共轨系统,将燃油压力提升至200MPa以上,通过喷油器精准雾化喷入气缸。
点火系(仅汽油机)负责在压缩上止点点燃混合气,由蓄电池、点火线圈、火花塞、ECU等组成,ECU根据传感器信号(如曲轴位置、爆震)控制点火提前角,确保燃烧高效。
润滑系通过机油泵将机油输至各运动部件(如曲轴轴颈、凸轮轴、活塞),减少摩擦、散热、清洁并防锈,主要由机油泵、机油滤清器、限压阀、油道构成。
冷却系维持发动机在80-95℃最佳工作温度,避免过热或过冷,包括水泵、散热器(水箱)、节温器、冷却风扇、气缸体水套等,冷却液在水套与散热器间循环,带走多余热量。
起动系是发动机的“启动钥匙”,由蓄电池、起动机、起动继电器组成,接通电路后,起动机驱动曲轴旋转,使发动机达到自行运转所需的最低转速(通常为100-300r/min)。
系统名称 | 核心部件 | 主要功能 |
---|---|---|
曲柄连杆机构 | 气缸体、活塞、连杆、曲轴 | 将热能转化为机械能,输出动力 |
配气机构 | 凸轮轴、气门、正时齿轮 | 定时控制进排气,换气效率最大化 |
燃料供给系 | 油箱、喷油器、燃油泵 | 供给适量燃料,形成可燃混合气 |
点火系(汽油机) | 点火线圈、火花塞、ECU | 点燃混合气,确保燃烧及时 |
润滑系 | 机油泵、机油滤清器、油道 | 减少摩擦、散热、清洁部件 |
冷却系 | 水泵、散热器、节温器 | 维持正常工作温度,防止过热/过冷 |
起动系 | 蓄电池、起动机 | 驱动曲轴旋转,启动发动机 |
Q1:发动机气缸排列方式有哪些?各自有什么特点?
A:气缸排列方式主要影响发动机的平顺性、紧凑度和成本,常见类型包括:①直列式(L型):所有气缸排成一列,结构简单、成本低,但振动较大,多用于1.6L以下排量车型(如丰田卡罗拉1.2T);②V型:气缸分两组呈V形排列(如V6、V8),结构紧凑、运转平顺,多用于中高端车型(如宝马5系V8);③水平对置式(H型):气缸左右对称平放,重心低、震动小,但成本高,主要应用于斯巴鲁、保时捷等品牌;④W型:由两个V型发动机组成,结构更紧凑,但工艺复杂,仅见于大众辉腾W12等旗舰车型。
Q2:如何通过发动机构造图区分汽油机和柴油机?
A:主要通过以下三点区分:①点火方式:汽油机有点火系,构造图中可见火花塞;柴油机无点火系,靠压燃,喷油嘴位置更靠近气缸中心;②燃烧室形状:汽油机多为盆形、楔形燃烧室(如丰田卡罗拉),柴油机多为ω形、球形燃烧室(如大众柴油发动机);③燃油供给系统:汽油机进气管较粗(输送混合气),油路压力低(0.2-0.4MPa);柴油机进气管细(输送纯空气),油路压力极高(共轨系统可达180-200MPa),高压油泵和喷油器结构更复杂。
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