汽车发动机研究

【摘要】发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。其功用是将液体或气体的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。汽车的动力来自发动机。发动机是汽车的心脏，为汽车的行走提供动力，汽车的动力性、经济性、环保性。汽车发动机作为汽车的核心部分，是一个汽车的灵魂，汽车发动机的好坏直接影响到汽车的价值与功能。

【关键词】汽车发动机 基本原理 性能指标 发展趋势

1、汽油发动机的基本原理和构造

发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。

1.1配气机构。配气机构的功用是根据发动机工作顺序和过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构。

1.2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等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。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直线运动。

1.3冷却系统。冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。

1.4燃料供给系统。汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。

1.5系统。系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁油，以实现液体摩擦，减小摩。

1.6点火系统。在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。

1.7起动系统。要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。

2、衡量发动机优劣的技术指标

从技术角度评判一台发动机技术的优劣对购车者的专业知识提出了较高的要求。

2.1汽缸排列方式。主要分为直列、V形、W形和水平对置四种方式。一般4缸以下的发动机多采用直列汽缸，直列发动机的汽缸一字排开，结构简单，制造成本低，低速扭矩特性好，但功率较低。6到8缸发动机大多采用V形排列，V形即汽缸分四列错开角度布置，形体紧凑，布置方便，值得一提的是大众曾推出过5缸的帕萨特V5.12缸发动机多采用V形或W形排列，W形即将两个V6机排列在一起。此外斯巴鲁和保时捷两个运动化品牌都推崇水平对置发动机型式，相邻两个汽缸水平对置，相互抵消振动，使发动机旋转更平稳；但这种机型成本较高，且不易修理。

2.2气门数。上世纪九十年代生产的国产轿车发动机大多采用每缸2气门，一进气一排气；目前世界主流轿车发动机多采用每缸4气门结构，即2个进气门，2个排气门，提高了进、排气的效率；已停产的捷达王采用每缸5气门结构，即3个进气门，2个排气门，主要作用是加大进气量，使燃烧更加彻底。5气门结构可以提高进气效率，但加工相对困难。

2.3最大功率。在我国一般用千瓦作单位。发动机的输出功率同转速关系很大，随着转速的增加，发动机的功率也相应提高，但是到了一定的转速以后，功率反而呈下降趋势。

2.4最大扭矩。发动机从曲轴端输出的力矩，与发动机提供的牵引力成正比，单位是牛・米（N・m）。扭矩大小直接反应车辆瞬时提速能力，最大扭矩一般出现在发动机的中、低转速的范围，车辆起步或低速状态下提速更加有力；最大扭矩出现在发动机高转速状态，高速行驶时油门也能保持良好响应。

2.5升功率。即每升汽缸工作容积所发出的功率，一般情况下发动机升功率越高，整体技术水平也越高。

3、提高汽车发动机性能的方法

3.1汽车发动机可采用新型燃烧室、多气门、燃油喷射与进排气可变控制技术、低释热技术、发动机整体综合控制技术等，提高发动机性能。

3.2采用汽油喷射替代化油器；采用缸内混合及汽油直接喷射以改变缸外混合及节流调节办法；采用高能点火及特种火花塞；采用稀混合气及快速燃烧；采用增压技术提高性能；采用可变气门定时及换气系统，以改善转矩特性等等。

3.3将分隔式燃烧室改为直喷燃烧室；采用新的供油技术及设备，如两阶段供油法及双弹簧喷油器；提高喷油压力及使用多孔，小孔径的喷油嘴；采用增压加中冷技术；采用电控供油等技术。

4、汽油发动机技术的发展趋势

4.1普及技术：多气门技术与顶置凸轮轴。多气门：老式发动机大多采用每缸2气门，一进气一排气；目前汽车发达国家最新推出的车型，发动机多采用单缸四气门和五气门，前者两进两排，后者三进两排。顶置凸轮轴：凸轮轴是属于发动机的配气机构，按安装位置分为下置、中置、顶置三种形式。轿车发动机由于转速可达5000rpm以上，为保证进排气效率，都采用了顶置式气门装置。

4.2领先技术：涡轮增压、可变气门正时与双火花塞。涡轮增压：在排量一定情况下，若想提高发动机功率，最有效的方法是增加燃料并提供足够支持燃烧的空气。可变气门正时：也称可变配气相位。

双火花塞：适用于排量较小的车型，国内典型的车型是飞度1.3的i―DSI智能双火花塞顺序点火系统，每个汽缸有两个火花塞对角布置，实现顺序相位点火控制。

4.3前沿技术：缸内直喷与可变进气歧管长度。缸内直喷：缸内直喷通过均匀燃烧和分层燃烧，实现燃油消耗降低，比常规发动机节油10%以上，动力性能同时大幅提升。

可变进气歧管长度：燃烧所必须的空气通过进气歧管进入汽缸。