发动机基本构造详解

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    汽车要在道路上行驶必须先有动力，而动力的来源就是发动机。发动机性能的好坏是决定汽车行驶性能的最大因素。目前汽车使用的发动机均属于内燃机，发动机的功能就是将燃料的化学能转成热能再转成机械能，而机械能也就是一般所谓的动力。发动机在将燃料转成动力的过程中会经过一定的工作程序，而且此程序是周而复始连续不断的循环。



　　　　常见的车用发动机依种类、大小及用途等等的不同而有许多的分类方式。

一、依工作循环方式：

　　1、奥图循环(Otto cycle)：使用在汽油发动机。

　　2、狄塞尔循环(Diesel cycle)：使用在柴油发动机。

二、依使用燃料的种类：

　　1、汽油发动机：主要使用在汽车、航空器。

　　2、柴油发动机：主要使用在汽车、船、发电机。

　　3、重油发动机：主要使用在船、发电机。

　　4、燃气发动机：主要使用在汽车。

三、依冷却方式分：

　　1、气冷式发动机

　　2、水冷式发动机

四、依工作循环冲程分：

　　1、二冲程发动机：二个冲程完成一个工作循环。

　　2、四冲程发动机：四个冲程完成一个工作循环。

五、依活塞运动的不同分：

　　1、往复式活塞发动机(reciprocating engine)

　　2、回转式活塞发动机(rotary engine)

六、依点火方式分：

　　1、压缩点火式发动机

　　2、火花塞点火式发动机

七、依气缸数量分：

　　1、单气缸发动机

　　2、多气缸发动机

八、依气缸排列方式分：

　　1、直列式发动机

　　2、V型发动机

　　3、W型发动机

　　4、水平对置发动机

　　现行汽车产品上所使用的发动机，主要为采用奥图循环、以汽油为燃料的往复式活塞四冲程多气缸自然进气发动机，依不同的排气量与工程需求，有直列四缸、V型六气缸等形式。各种型式的发动机所采用的零件，以及在发动机外部的次系统零组件，都非常的相似。接下来我们将为大家一一的介绍发动机的各项零件和次系统的原理及功能。

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● 发动机的基本构造——缸径、冲程、排气量与压缩比


    发动机是由凸轮轴、气门、气缸盖、气缸体、活塞、活塞连杆、曲轴、飞轮、油底壳等主要组件，以及进气、排气、点火、润滑、冷却等系统所组合而成。以下将分别介绍在汽车型录的“发动机规格表”中常见的缸径、冲程、排气量、压缩比、SOHC、DOHC等名词。

　　缸径：

　　气缸体上用来让活塞做运动的圆筒空间的直径。

　　冲程：

　　活塞在气缸体内运动时的起点与终点的距离。一般将活塞在最靠近气门时的位置定为起点，此点称为“上止点”；而将远离气门时的位置称为“下止点”。

　　排气量：

　　将气缸的面积乘以冲程，即可得到气缸排气量。将气缸排气量乘以气缸数量，即可得到发动机排气量。以丰田花冠1.8L车型的直列4气缸发动机为例：

　　缸径：79.0mm，冲程：91.5mm，气缸排气量：448.5cc；

　　发动机排气量＝气缸排气量×气缸数量＝448.5cc×4＝1794cc。

　　压缩比：

　　最大气缸容积与最小气缸容积的比率。最小气缸容积即活塞在上止点位置时的气缸容积，也称为燃烧室容积。最大气缸容积即燃烧室容积加上气缸排气量，也就是活塞位于下止点位置时的气缸容积。

　　丰田花冠1.8L发动机的压缩比为10：1，其计算方式如下：

　　气缸排气量：448.5cc，燃烧室容积：49.83cc；

　　压缩比＝(49.84＋448.5)：49.84＝9.998：1≈10：1。

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● 发动机的基本构造——凸轮轴与气门



　　凸轮轴：

　　在一支轴上有许多宛如“蛋形”凸轮，其被安装在气缸盖的顶部，用来驱动进气气门和排气气门做开启与关闭的动作。

　　在凸轮轴的一端会安装一个传动轮，以链条或皮带与位于曲轴上的传动轮连接。在以链条传动的系统中此传动轮为一齿轮；在以皮带传动的系统中此传动轮为一具齿槽的皮带轮。

　　一般双顶置凸轮轴(DOHC)设计的发动机，其进气和排气的凸轮轴均挂上一个传动轮，由链条或皮带直接带动凸轮轴转动。有些发动机为了减少气门夹角，而将凸轮轴的传动方式改变成以链条传动方式带动进气或排气的凸轮轴，再藉由安装在进气和排气的凸轮轴上的齿轮以链条带动另外一支凸轮轴。

　　丰田独特的“TWIN CAM”设计方式，则是以链条或皮带去带动位于进气或排气的凸轮轴上的传动轮，之后再以安装在进气和排气的凸轮轴上的无间隙齿轮机构带动另外一支凸轮轴。

　　气门：

　　控制空气进出气缸的阀门。让空气或混合气进入的称为“进气气门”。让燃烧后的废气排出的称为“排气气门”。

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● 发动机基本构造─SOHC单凸轮轴发动机



　　发动机的凸轮轴装置在气缸盖顶部，而且只有一支凸轮轴，一般简称为OHC (顶置凸轮轴，Over Head Cam Shaft)。凸轮轴透过摇臂驱动气门做开启和关闭的动作。

　　在每气缸二气门的发动机上还有一种无摇臂的设计方式，此方式是将进气门和排气门排在一直在线，让凸轮轴直接驱动气门做开闭的动作。有VVL装置的发动机则会透过一组摇臂机构去驱动气门做开闭的动作。

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● 发动机基本构造——DOHC双凸轮轴发动机



　　此种发动机在气缸盖顶部装置二支凸轮轴，由凸轮轴直接驱动气门做开启和关闭的动作。仅有少数发动机是设计成透过摇臂去驱动气门做开闭的动作。有VVL装置的发动机则会透过一组摇臂机构去驱动气门做开闭的动作。

　　DOHC较SOHC的设计来得优秀的主要原因有二：一是凸轮轴驱动气门的直接性，使气门有较佳的开闭过程，而提升气缸在进气和排气时的效率；另一则是火花塞可以装置在气缸盖中间的区域，使混合气在气缸内部可以获得更好、更平均的燃烧。

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● 直列发动机 VS V型发动机

　　◆ 直列发动机



    一如其名，直列发动机气缸排列成一条直线。  

　　发动机的所有气缸均排列在同一平面上，形成一直列的情形，称为直列发动机。以直列四气缸发动机为例，常见的标示方式有二种，一是取与排列外型相似的I做标示，就标示为“I4”。另外一种则是以英文Line做开头，而标示为“Line 4”或“L6”以代表直列4气缸或是直列6气缸发动机之意。

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　◆ V型发动机



    气缸数增加，采用V型排列的发动机可以有效减少发动机提及，增加车内空间。  

　　发动机的气缸分别排列在二个平面上，此二个平面相互产生一个夹角。气缸呈V型排列的发动机会因气缸数量的不同，而有60、90、120度三种常见的角度。发动机气缸排列在两个相交的V型平面上，则称为“W型发动机”，而夹角为180度的发动机则另外称为“水平对置式发动机”。

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● 可变气门正时&可变长度进气岐管

　　◆ 可变气门正时：

    曲轴经由齿状的传动装置带动凸轮轴转动，使气门在做开启与关闭的动作时会与曲轴的转动角度成一定的对应关系。

　　由于气体流动的性质会随着发动机运转速度的快慢而改变，如何使气缸在不同的转速下都能够获得良好的进气效率？为此必须改变气门在开启与关闭时间。经由安装在凸轮轴前端的油压装置使凸轮轴可以另外做一小角度转动，以使进气门在转速升高时得以提早开启。

　　◆ 可变长度进气岐管：

　　为了使发动机在高、低转速时能够维持平稳的进气效率，如何制造出长度适合的进气管路就成了一件重要的课题。藉由在进气管路中设置阀门来使进气管路改变成长、短二种路径。以满足发动机在高转速运转时需要流速快、动能大的气流；并且在低转速时供给发动机适当流量的空气。这样就能够使发动机在高转速时获得较大的马力，而在较低转速时有较佳的油耗表现。