发动机机构与系统的组成、原理及维护要点有哪些？

发动机作为汽车的核心动力部件，其性能优劣直接决定车辆的动力性、经济性与可靠性，发动机的运转依赖于精密的机构与系统协同工作，各部分通过机械联动与电子控制实现燃料化学能向机械能的高效转化，以下从核心机构与辅助系统两大维度,详细解析发动机的组成与功能。

发动机核心机构：能量转换的基石

发动机的核心机构是实现热能-机械能转换的关键，主要包括曲柄连杆机构与配气机构，二者共同完成“进气-压缩-做功-排气”的工作循环。

曲柄连杆机构：动力输出的“主力军”

曲柄连杆机构是发动机的“骨架”，负责将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动，最终输出扭矩，其由三部分组成：

• 机体组：包括气缸体、气缸盖、油底壳等，构成发动机的静止骨架，为活塞、曲轴等运动件提供支撑，并形成密闭的燃烧空间，气缸体内部铸有冷却水套和润滑油道，分别用于散热与润滑；气缸盖封闭气缸顶部，安装有喷油器（柴油机）或火花塞（汽油机）、进排气门等部件。
• 活塞连杆组：活塞顶部承受燃烧气体的高压（汽油机可达3-5MPa，柴油机可达6-9MPa），通过活塞环（气环与油环）实现气缸密封，并刮除多余机油；连杆连接活塞与曲轴，将活塞的推力传递给曲轴，同时将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。
• 曲轴飞轮组：曲轴是多拐的旋转轴，其连轴颈与连杆大头连接，将活塞的力转化为扭矩输出；飞轮安装在曲轴后端，利用转动惯性维持曲轴旋转的平稳性，并帮助启动发动机。

配气机构：进排气的“调度员”

配气机构根据发动机工作顺序，适时开启和关闭进排气门，确保可燃混合气（汽油机）或纯空气（柴油机）进入气缸，废气及时排出，其分为气门组与气门传动组：

• 气门组：包括气门、气门弹簧、气门导管、气门座等，气门头部呈锥形，与气门座紧密配合实现密封；气门弹簧保证气门关闭时的密封性，防止漏气。
• 气门传动组：包括凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂等，凸轮轴通过正时齿轮（或链条、皮带）由曲轴驱动，其凸轮轮廓控制气门的升程与开启时长；挺柱、推杆将凸轮的运动传递给摇臂，驱动气门开启。

配气相位（气门开启与关闭的时刻）对发动机性能至关重要，气门重叠角”（进排气门同时开启）可利用废气气流惯性帮助新鲜气体进入气缸，提高充气效率。

发动机辅助系统：稳定运行的“保障网”

除核心机构外，发动机需依赖多个辅助系统实现燃油供给、点火、润滑、冷却等功能，各系统协同确保发动机在最佳状态下工作。

燃油供给系统：燃料的“输送与调配”

燃油供给系统的任务是向气缸供给清洁、适量、雾化良好的燃油，形成可燃混合气，汽油机与柴油机因燃烧方式不同，系统结构差异显著：

• 汽油机：普遍采用电控燃油喷射系统（EFI），由油箱、电动汽油泵、燃油滤清器、燃油分配管、喷油器、燃油压力调节器及ECU（电子控制单元）组成，ECU根据传感器（空气流量计、氧传感器、节气门位置传感器等）信号，精确控制喷油器的喷油量与喷油时刻，实现空燃比（14.7:1）的精准调控。
• 柴油机：采用高压共轨系统，由高压油泵、共轨管、电控喷油器等组成，共轨管储存由高压油泵供给的高压燃油（压力可达160-200MPa），ECU控制喷油器在最佳时刻喷射燃油，实现喷油压力与喷油量的独立控制，燃烧更充分，经济性与排放性更优。

点火系统（汽油机特有）：混合气的“点燃者”

点火系统用于在压缩行程末期产生高压电，击穿火花塞间隙，点燃混合气，现代发动机普遍采用电子点火系统，包括电源（蓄电池/发电机）、点火线圈、分电器（部分车型取消）、火花塞及ECU，ECU根据曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器信号，计算最佳点火提前角，控制点火线圈初级电流的通断，产生20-30kV的高压电，通过分电器（或直接）输送至火花塞点火。

润滑系统：运动件的“保护伞”

润滑系统通过向摩擦表面输送机油，减少磨损、散热、清洁零件、密封间隙及防锈，主要由油底壳、机油泵、机油滤清器、主油道、限压阀等组成，机油泵（多为齿轮式或转子式）将油底壳的机油吸出，经滤清器过滤杂质后，通过主油道输送至曲轴轴承、连杆轴承、凸轮轴、活塞等部位，机油压力一般维持在0.2-0.4MPa（怠速时不低于0.1MPa），过高或过低均会导致润滑失效。

冷却系统：温度的“调节器”

冷却系统将发动机工作产生的多余热量散发出去，保持其在80-95℃的最佳工作温度（温度过高会导致爆震、早燃；温度过低则热效率低、磨损加剧），常见水冷系统由散热器、风扇、水泵、节温器、气缸体水套、冷却液等组成，水泵带动冷却液循环，经节温器控制流向：低温时节温器关闭，冷却液小循环（仅在水套内流动）；高温时节温器打开，冷却液大循环（经散热器散热），风扇（多为电动）在高温时运转，增强散热效果。

启动系统：发动机的“唤醒者”

启动系统用于在外力带动下使发动机从静止转入运转，主要由蓄电池、启动机、启动继电器、点火开关等组成，启动时，点火开关接通，蓄电池向启动机供电，启动机的驱动齿轮与发动机飞轮齿圈啮合，带动曲轴旋转（转速需达到50-100r/min），当发动机可自行运转后，启动机自动脱开。

电子控制系统：发动机的“大脑”

电子控制系统（EMS）是发动机的核心控制单元，通过传感器采集转速、负荷、温度、压力等信号，经ECU处理后，控制喷油量、点火提前角、怠速转速、可变气门正时等参数，实现动力性、经济性与排放性的平衡，主要传感器包括曲轴位置传感器、空气流量计、氧传感器、爆震传感器等；执行器包括喷油器、点火线圈、怠速控制阀、可变气门正时电磁阀等。

发动机机构与系统协同工作示例

以发动机“做功行程”为例：燃油供给系统向气缸喷入适量燃油，与空气形成混合气；活塞向上运动压缩混合气（压缩比汽油机8-12，柴油机16-22）；压缩行程末端，点火系统产生火花点燃混合气（汽油机）或高温高压柴油自燃（柴油机）；燃烧气体膨胀推动活塞下行，通过曲柄连杆机构带动曲轴旋转输出动力；配气机构开启排气门，废气经排气管排出；润滑系统为活塞、曲轴等部件提供机油，减少磨损；冷却系统带走多余热量，防止发动机过热，整个过程中，电子控制系统实时监测各参数，确保发动机高效稳定运行。

相关问答FAQs

问题1：发动机出现“拉缸”故障，可能的原因有哪些？
解答：“拉缸”是指活塞或活塞环与气缸壁表面出现划伤、熔粘的现象，主要原因包括：①润滑不良，如机油不足、机油泵故障、机油牌号不符等，导致摩擦表面无法形成油膜；②冷却系统故障，如冷却液泄漏、节温器卡滞导致过热，使活塞与气缸膨胀量差异过大；②装配不当，如活塞与气缸间隙过小、活塞环开口未错开等；③发动机爆震，导致局部压力温度过高，破坏油膜，解决需检查润滑系统、冷却系统，并规范装配工艺。

问题2：涡轮增压发动机为何需要配备“中冷器”？
解答：涡轮增压利用发动机排出的废气驱动涡轮，带动压气机将空气压缩后送入气缸，空气压缩后温度会显著升高（可升高100-200℃），高温空气密度降低，导致实际进气量减少，且容易引发爆震，中冷器（中冷系统）用于压缩后的空气进行冷却，降低其温度（可降至50-80℃），提高空气密度，增加进气量，从而提升发动机功率与扭矩（一般可提升20%-40%）,同时改善燃油经济性和排放性能。