3.1 发动机基础

3.1.1 发动机的分类和基本组成

目前，汽车发动机主要采用内燃机，因为内燃机具有热效率高、体积小、质量小、起动性能好等优点。发动机外观如图3-1-1所示。

奥迪2.0T发动机概述

图3-1-1 奥迪五缸发动机

1.发动机分类

车用内燃机大体分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类，活塞式内燃机按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两种。汽车上应用最广泛的是往复活塞式内燃机。

往复活塞式内燃机根据工作行程的不同，可分为二冲程和四冲程两类，如图3-1-2所示。汽车普遍采用四冲程往复活塞式内燃机（以下简称四冲程发动机）。

四冲程发动机根据燃料不同，可分为汽油发动机、柴油发动机以及生物燃料发动机等。目前在车用发动机中，最常见的是汽油发动机和柴油发动机。

2.发动机的组成

汽油发动机种类及型号众多，但其基本结构大体相同，一般由两大机构和五大系统组成，即曲柄连杆机构、配气机构，进、排气系统、燃油供给系统、冷却系统、润滑系统和点火系统。

图3-1-2 二冲程和四冲程往复活塞式内燃机

发动机的分类

转子发动机

（1）曲柄连杆机构

曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组组成，如图3-1-3所示。在做功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内做往复直线运动，通过连杆及曲柄转化成曲轴的旋转运动，并通过曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的往复直线运动。

图3-1-3 曲柄连杆机构

（2）配气机构

配气机构的作用是根据发动机的工作顺序和过程定时开启或关闭进气门和排气门，使可燃混合气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。这种按照发动机工作循环配置进、排气门开闭时刻的过程称为配气正时。目前，大多数发动机采用顶置式气门配气机构，主要包括气门组和气门传动组两部分，如图3-1-4所示。

图3-1-4 配气机构

（3）进、排气系统

发动机工作需要可燃混合气，可燃混合气是空气和燃油按照一定比例混合形成的能够燃烧的混合气。可燃混合气中的空气由进气系统提供。

普通发动机的进气系统一般由进气软管、空气流量计、空气滤清器、节气门体和进气歧管等组成，如图3-1-5所示。空气从进气口被吸入空气滤清器进行过滤，然后洁净的空气通过进气软管、节气门体和进气歧管进入气缸。为提高发动机的性能并降低排放污染，有些发动机在进气系统中采用了一些先进的进气控制技术，例如机械增压、涡轮增压、可变进气歧管等。

发动机排气系统的作用是将可燃混合气燃烧后产生的废气排出气缸，同时还具有净化和过滤废气的作用。其组成主要包括排气歧管、氧传感器、三元催化转化器、排气管及排气消声器等，如图3-1-5所示。

图3-1-5 进、排气系统

（4）燃油供给系统

燃油供给系统的作用是向发动机燃油喷射系统提供具有一定压力的燃油。目前，汽油发动机普遍采用电子燃油喷射技术，其燃油供给系统一般由燃油箱、燃油泵、燃油滤清器、燃油导轨、燃油压力调节器、喷油器及进油管和回油管等组成，如图3-1-6所示。

图3-1-6 燃油供给系统

（5）冷却系统

发动机工作过程中产生的热量会使机体温度越来越高，如果不及时散热，则可能导致发动机无法正常工作。冷却系统主要利用液体循环将发动机的热量散发掉，确保发动机的工作温度正常。

冷却系统主要由发动机气缸体水套、气缸盖水套、水泵、节温器、散热器、冷却风扇、膨胀水箱及水管等组成，如图3-1-7所示。

图3-1-7 冷却系统

（6）润滑系统

发动机曲柄连杆机构及配气机构的摩擦部件由于运行速度较快，需要良好的润滑，否则将导致发动机相关部件磨损过快，直至损坏。发动机润滑系统中有许多油道通向这些摩擦部件，并依靠机油泵向这些油道输送机油。

发动机润滑系统主要由机油泵、集滤器、油底壳、机油道、机油滤清器等组成，如图3-1-8所示。润滑系统的主要作用除对摩擦部件进行润滑外，还具有冷却、清洗、密封和防锈等功能。

图3-1-8 润滑系统

（7）点火系统

在汽油发动机中，气缸内的可燃混合气是由电火花点燃的，因此汽油发动机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内，火花塞电极间能够按时产生电火花。

电子控制点火系统一般由低压电源、发动机控制模块（或点火控制模块）、点火线圈、火花塞、高压线及曲轴传感器等部件组成，如图3-1-9所示。

图3-1-9 点火系统

3.1.2 发动机的工作原理

四冲程汽油发动机的工作过程依次为进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程，见表3-1-1。

表3-1-1 四冲程汽油发动机的工作过程

一般原理

（续）