簡(jiǎn)介
發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力源。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)大多是熱能動(dòng)力裝置，簡(jiǎn)稱熱力機(jī)。熱力機(jī)是借助工質(zhì)的狀態(tài)變化將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。
　　發(fā)動(dòng)機(jī)為汽車提供動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)還廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械和發(fā)電機(jī)組等各個(gè)方面。發(fā)動(dòng)機(jī)種類繁多,其中四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)是最常見的一種.分類
　　四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)屬于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī),根據(jù)所用燃料種類的不同，分為汽油機(jī)、柴油機(jī)和氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)三類。以汽油或柴油為燃料的活塞式內(nèi)燃機(jī)分別稱作汽油機(jī)或柴油機(jī)。使用天然氣、液化石油氣和其他氣體燃料的活塞式內(nèi)燃機(jī)稱作氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。汽油和柴油都是石油制品，是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)燃料。非石油燃料稱作代用燃料。燃用代用燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)稱作代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，如乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)、氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)、甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)等。
　　基本術(shù)語(yǔ)
　　(1)工作循環(huán)(cycle)--由進(jìn)氣(intake)、壓縮(compression)、做功(p四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)ower)和排氣(exhaust)等四個(gè)工作過程組成的封閉過程。
　　(2)上、下止點(diǎn)--活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處為上止點(diǎn)(TopDeadCenter，TDC)；活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處為下止點(diǎn)(BottomDeadCenter，BDC)。活塞從一個(gè)止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至另一個(gè)止點(diǎn)的過程稱為沖程(stroke)。
　　(3)活塞行程(pistonstroke)--上、下止點(diǎn)間的距離S稱為活塞行程。曲軸的回轉(zhuǎn)半徑R稱為曲柄半徑。顯然，曲軸每回轉(zhuǎn)1周，活塞移動(dòng)2個(gè)活塞行程。對(duì)于汽缸中心線通過曲軸回轉(zhuǎn)中心的內(nèi)燃機(jī)，有S=2R。
　　(4)汽缸工作容積--上、下止點(diǎn)間所包容的汽缸容積稱為汽缸工作容積(sweptvolume)，
　　(5)發(fā)動(dòng)機(jī)排量--發(fā)動(dòng)機(jī)所有汽缸工作容積的總和稱為發(fā)動(dòng)機(jī)排量(enginedisplacement)，
　　(6)燃燒室容積--活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂面以上汽缸蓋底面以下所形成的空間稱為燃燒室，其容積稱為燃燒室容積(clearancevolume)，也叫壓縮容積，
　　(7)汽缸總?cè)莘e--汽缸工作容積與燃燒室容積之和稱為汽缸總?cè)莘e，
　　(8)壓縮比--汽缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比(compressionratio)，壓縮比的大小表示活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，汽缸內(nèi)的氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮終了時(shí)汽缸內(nèi)的氣體壓力和溫度就越高。轎車用汽油機(jī)的壓縮比一般為8～11。
　　(9)工況--內(nèi)燃機(jī)在某一時(shí)刻的運(yùn)行狀況簡(jiǎn)稱工況，以該時(shí)刻內(nèi)燃機(jī)輸出的有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速表示。曲軸轉(zhuǎn)速即為內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速(speed)。
　　(10)負(fù)荷率內(nèi)燃機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值稱為負(fù)荷率，以百分?jǐn)?shù)表示。負(fù)荷率通常簡(jiǎn)稱負(fù)荷(load)。
　　歷史發(fā)展
　　發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力源。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)大多是熱能動(dòng)力裝置，簡(jiǎn)稱熱力機(jī)。熱力機(jī)是借助工質(zhì)的狀態(tài)變化將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。
　　往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)所用的燃料主要是汽油(gasoline)或柴油(diesel)。由于汽油和柴油具有不同的性質(zhì)，因而在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)上有差異。
　　往復(fù)活塞式四沖程汽油機(jī)是德國(guó)人奧托(NicolausA.Otto)在大氣壓力式發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，于1876年發(fā)明并投入使用的。由于采用了進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)沖程，發(fā)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)的熱效率從大氣壓力式發(fā)動(dòng)機(jī)的11%提高到14%，而發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量卻降低了70%。
　　1892年德國(guó)工程師狄塞爾(RudolfDiesel)發(fā)明了壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)(即柴油機(jī))，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)歷史上的第二次重大突破。由于采用高壓縮比和膨脹比，熱效率比當(dāng)時(shí)其他發(fā)動(dòng)機(jī)又提高了1倍。1956年，德國(guó)人汪克爾(F.ankel)發(fā)明了轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有較大幅度的提高。1964年，德國(guó)NSU公司首次將轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在轎車上。
　　1926年，瑞士人布希(A.Buchi)提出了廢氣渦輪增壓理論，利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣能量來(lái)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，給發(fā)動(dòng)機(jī)增壓。50年代后，廢氣渦輪增壓技術(shù)開始在車用內(nèi)燃機(jī)上逐漸得到應(yīng)用，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能有很大提高，成為內(nèi)燃機(jī)發(fā)展史上的第三次重大突破。
　　1967年德國(guó)博世(Bosch)公司首次推出由電子計(jì)算機(jī)控制的汽油噴射系統(tǒng)(ElectronicFuelInjection，EFI)，開創(chuàng)了電控技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的歷史。經(jīng)過30年的發(fā)展，以電子計(jì)算機(jī)為核心的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EngineManagementSystem，EMS)已逐漸成為汽車、特別是轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)配置。由于電控技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)的污染物排放、噪聲和燃油消耗大幅度地降低，改善了動(dòng)力性能，成為內(nèi)燃機(jī)發(fā)展史上第四次重大突破。
　　按發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)期間活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程數(shù)，分為四沖程和二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。在一個(gè)工作循環(huán)中活塞往復(fù)四個(gè)行程的內(nèi)燃機(jī)稱作四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，而活塞往復(fù)兩個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的則稱作二沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。
　　四沖程汽油機(jī)工作原理
　　汽油機(jī)是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在進(jìn)氣行程被吸入汽缸，混合氣經(jīng)壓縮點(diǎn)火燃燒而產(chǎn)生熱能，高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動(dòng)活塞作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，通過連桿、曲軸飛輪機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能。四沖程汽油機(jī)在進(jìn)氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)。
　　進(jìn)氣行程(intakestroke)
　　活塞在曲軸的帶動(dòng)下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。此時(shí)進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°。在活塞移動(dòng)過程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內(nèi)氣體壓力從pr逐漸降低到pa，汽缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進(jìn)氣門被吸入汽缸，并在汽缸內(nèi)進(jìn)一步混合形成可燃混合氣。由于進(jìn)氣系統(tǒng)存在阻力，進(jìn)氣終點(diǎn)(圖中a點(diǎn))汽缸內(nèi)氣體壓力小于大氣壓力0p，即pa=(0.80～0.90)0p。進(jìn)入汽缸內(nèi)的可燃混合氣的溫度，由于進(jìn)氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340～400K。
　　壓縮行程(compressionstroke)
　　壓縮行程時(shí)，進(jìn)、排氣門同時(shí)關(guān)閉。活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°?；钊弦茣r(shí)，工作容積逐漸縮小，缸內(nèi)混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達(dá)壓縮終點(diǎn)時(shí)，其壓力pc可達(dá)800～2000kPa，溫度達(dá)600～750K。在示功圖上，壓縮行程為曲線a～c。
　　做功行程(powerstroke)
　　當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，由火花塞點(diǎn)燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內(nèi)氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力pZ達(dá)3000～6000kPa，溫度TZ達(dá)2200～2800K。高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，到達(dá)b點(diǎn)時(shí)，其壓力降至300～500kPa，溫度降至1200～1500K。在做功行程，進(jìn)氣門、排氣門均關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°。在示功圖上，做功行程為曲線c-Z-b。
　　排氣行程(exhauststroke)
　　排氣行程時(shí)，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°。排氣門開啟時(shí)，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內(nèi)外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統(tǒng)的阻力作用，排氣終點(diǎn)r點(diǎn)的壓力稍高于大氣壓力，即pr=(1.05～1.20)p0。排氣終點(diǎn)溫度Tr=900～1100K?；钊\(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無(wú)法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。
　　四沖程柴油機(jī)工作原理
　　四沖程柴油機(jī)和汽油機(jī)一樣，每個(gè)工作循環(huán)也是由進(jìn)氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程組成。由于柴油機(jī)以柴油作燃料，與汽油相比，柴油自燃溫度低、黏度大不易蒸發(fā)，因而柴油機(jī)采用壓縮終點(diǎn)自燃著火，其工作過程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與汽油機(jī)有所不同.
　　進(jìn)氣行程
　　進(jìn)入汽缸的工質(zhì)是純空氣。由于柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)阻力較小，進(jìn)氣終點(diǎn)壓力pa=(0.85～0.95)p0，比汽油機(jī)高。進(jìn)氣終點(diǎn)溫度Ta=300～340K，比汽油機(jī)低。
　　壓縮行程
　　由于壓縮的工質(zhì)是純空氣，因此柴油機(jī)的壓縮比比汽油機(jī)高(一般為ε=16～22)。壓縮終點(diǎn)的壓力為3000～5000kPa，壓縮終點(diǎn)的溫度為750～1000K，大大超過柴油的自燃溫度(約520K)。
　　做功行程
　　當(dāng)壓縮行程接近終了時(shí)，在高壓油泵作用下，將柴油以10MPa左右的高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中，在很短的時(shí)間內(nèi)與空氣混合后立即自行發(fā)火燃燒。汽缸內(nèi)氣體的壓力急速上升，最高達(dá)5000～9000kPa，最高溫度達(dá)1800～2000K。由于柴油機(jī)是靠壓縮自行著火燃燒，故稱柴油機(jī)為壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。
　　排氣行程
　　柴油機(jī)的排氣與汽油機(jī)基本相同，只是排氣溫度比汽油機(jī)低。一般Tr=700～900K。對(duì)于單缸發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，其轉(zhuǎn)速不均勻，發(fā)動(dòng)機(jī)工作不平穩(wěn)，振動(dòng)大。這是因?yàn)樗膫€(gè)行程中只有一個(gè)行程是做功的，其他三個(gè)行程是消耗動(dòng)力為做功做準(zhǔn)備的行程。為了解決這個(gè)問題，飛輪必須具有足夠大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這樣又會(huì)導(dǎo)致整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和尺寸增加。采用多缸發(fā)動(dòng)機(jī)可以彌補(bǔ)上述不足?，F(xiàn)代汽車用多采用四缸、六缸和八缸發(fā)動(dòng)機(jī)。
　　基本結(jié)構(gòu)
　　如圖,所示為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，它由汽缸10、活塞8、連桿7、曲軸3、汽缸蓋11、機(jī)體、凸輪軸16、進(jìn)氣門25、排氣門15、氣門彈簧、曲軸齒形帶輪等組成。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的工作腔稱作汽缸，汽缸內(nèi)表面為圓柱形。在汽缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸相連，構(gòu)成曲柄連桿機(jī)構(gòu)?；钊谄變?nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，連桿推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，或者相反。同時(shí)，汽缸的容積在不斷的由小變大，再由大變小，如此循環(huán)不已。汽缸的頂端用汽缸蓋封閉。汽缸蓋上裝有進(jìn)氣門和排氣門。通過進(jìn)、排氣門的開閉實(shí)現(xiàn)向汽缸內(nèi)充氣和向汽缸外排氣。進(jìn)、排氣門的開閉由凸輪軸驅(qū)動(dòng)。凸輪軸由曲軸通過齒形帶或齒輪驅(qū)動(dòng)。構(gòu)成汽缸的零件稱作汽缸體，曲軸在曲軸箱內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
　　發(fā)動(dòng)機(jī)1—油底殼2—機(jī)油3—曲軸4—曲軸同步帶輪5—同步帶6—曲軸箱7—連桿8—活塞9—水套10—汽缸11—汽缸蓋
　　12—排氣管13—凸輪軸同步帶輪14—搖臂15—排氣門16—凸輪軸17—高壓線18—分電器19—空氣濾清器
　　20—化油器21—進(jìn)氣管22—點(diǎn)火開關(guān)23—點(diǎn)火線圈24—火花塞25—進(jìn)氣門26—蓄電池27—飛輪28—啟動(dòng)機(jī)
分類
四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)屬于往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī),根據(jù)所用燃料種類的不同，分為汽油機(jī)、柴油機(jī)和氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)三類。以汽油或柴油為燃料的活塞式內(nèi)燃機(jī)分別稱作汽油機(jī)或柴油機(jī)。使用天然氣、液化石油氣和其他氣體燃料的活塞式內(nèi)燃機(jī)稱作氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。汽油和柴油都是石油制品，是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)燃料。非石油燃料稱作代用燃料。燃用代用燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)稱作代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，如乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)、氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)、甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)等。
基本術(shù)語(yǔ)
(1)工作循環(huán)(cycle)--由進(jìn)氣(intake)、壓縮(compression)、做功(p四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)ower)和排氣(exhaust)等四個(gè)工作過程組成的封閉過程。
　　(2)上、下止點(diǎn)--活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處為上止點(diǎn)(TopDeadCenter，TDC)；活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處為下止點(diǎn)(BottomDeadCenter，BDC)?；钊麖囊粋€(gè)止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至另一個(gè)止點(diǎn)的過程稱為沖程(stroke)。
　　(3)活塞行程(pistonstroke)--上、下止點(diǎn)間的距離S稱為活塞行程。曲軸的回轉(zhuǎn)半徑R稱為曲柄半徑。顯然，曲軸每回轉(zhuǎn)1周，活塞移動(dòng)2個(gè)活塞行程。對(duì)于汽缸中心線通過曲軸回轉(zhuǎn)中心的內(nèi)燃機(jī)，有S=2R。
　　(4)汽缸工作容積--上、下止點(diǎn)間所包容的汽缸容積稱為汽缸工作容積(sweptvolume)，
　　(5)發(fā)動(dòng)機(jī)排量--發(fā)動(dòng)機(jī)所有汽缸工作容積的總和稱為發(fā)動(dòng)機(jī)排量(enginedisplacement)，
　　(6)燃燒室容積--活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂面以上汽缸蓋底面以下所形成的空間稱為燃燒室，其容積稱為燃燒室容積(clearancevolume)，也叫壓縮容積，
　　(7)汽缸總?cè)莘e--汽缸工作容積與燃燒室容積之和稱為汽缸總?cè)莘e，
　　(8)壓縮比--汽缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比(compressionratio)，壓縮比的大小表示活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，汽缸內(nèi)的氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮終了時(shí)汽缸內(nèi)的氣體壓力和溫度就越高。轎車用汽油機(jī)的壓縮比一般為8～11。
　　(9)工況--內(nèi)燃機(jī)在某一時(shí)刻的運(yùn)行狀況簡(jiǎn)稱工況，以該時(shí)刻內(nèi)燃機(jī)輸出的有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速表示。曲軸轉(zhuǎn)速即為內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速(speed)。
　　(10)負(fù)荷率內(nèi)燃機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值稱為負(fù)荷率，以百分?jǐn)?shù)表示。負(fù)荷率通常簡(jiǎn)稱負(fù)荷(load)。