1.发动机的类型

汽车发动机种类繁多，目前多数汽车采用水冷式汽油发动机。汽车发动机的主要类型如下：

2.发动机的基本组成

汽油发动机由曲轴连杆机构、配气机构、燃料供给系统、点火系统、冷却系统及润滑系统等主要部分组成，汽油机的结构如图3-5所示。

3.曲柄连杆机构

（1）功用 曲柄连杆机构的功用是将混合气燃烧产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动而对外输出做功。

（2）结构组成 曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组等三部分组成。

1）机体组。机体组主要包括气缸体、油底壳（下曲轴箱）、气缸盖、气缸盖罩和气缸垫等不动件，如图3-6所示。

图3-5 汽油机结构示意图

图3-6 机体组

气缸体是气缸的壳体，由气缸和上曲轴箱组成，上曲轴箱是支承曲轴完成旋转运动的壳体，二者组成了发动机的机体。其结构形式有整体式和分体式两种。

2）活塞连杆组。活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销和连杆等主要机件组成，如3-7所示。

活塞的功用是与气缸壁等共同构成燃烧室，承受气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。

活塞环可分为气环和油环两大类。

气环也叫压缩环，用来密封活塞与气缸壁之间的间隙，防止气缸内的气体窜入油底壳，以及将活塞头部的热量传给气缸壁，再由冷却液或空气带走。另外还起刮油和泵油的辅助作用。

一般发动机的每个活塞装有2～3道气环。

油环用来刮去气缸壁上多余的机油，并在气缸壁上涂上一层均匀的机油膜，这样可以防止油底壳的机油窜入燃烧室燃烧，又可以减小活塞、活塞环与气缸壁之间的磨损和摩擦阻力。此外，油环也起到密封的辅助作用。通常发动机有1～2道油环。

连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴，把活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。

3）曲轴飞轮组。曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮、扭转减振器、带轮、正时齿轮（或链轮）等组成，如图3-8所示。

曲轴是发动机中最重要的机件之一。其功用主要是把活塞连杆组传来的气体压力转变为转矩对外输出；另外，还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置（如发电机、风扇、水泵、转向泵、平衡轴机构等）。

扭转减振器的功用就是吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动。

飞轮的主要功用是储存做功行程的能量，用以在其他行程中克服阻力完成发动机的工作循环，使曲轴的转动角速度和输出转矩尽可能均匀，并改善发动机克服短暂超负荷的能力。同时将发动机的动力传给离合器。

4.配气机构

（1）功用 配气机构的功用是按照发动机各缸工作过程的需要，定时地开启和关闭进、排气门，使可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及时进入气缸，使废气及时排出气缸。

（2）类型

1）按凸轮轴的位置不同，分为下置式、中置式和上置式。

2）按气门布置的型式不同，分为侧置气门式和顶置气门式。

图3-7 活塞连杆组

图3-8 曲轴飞轮组

3）按发动机每缸气门数量不同，分为二气门、三气门、四气门、五气门式。

（3）组成 以顶置式气门为例，配气机构包括以下两部分组成（图3-9）：

图3-9 顶置凸轮轴4缸发动机的配气机构

1）气门传动组：由正时齿轮、凸轮轴、挺柱等组成。

2）气门组：由气门、气门导管、气门弹簧、气门锁片及弹簧等组成。

（4）气门组 气门组的主要机件有气门、气门弹簧、气门导管等（图3-10）。

图3-10 气门组

5.配气相位

用曲轴转角表示进、排气门的开闭时刻和持续开启的时间，称为配气相位。配气相位可用配气相位图来表示（图3-11）。

当活塞位于上止点位置附近时，也即在排气行程将要结束进气行程就要开始的时候，进、排气门同时开启。此时进气门提前开启的目的是，希望利用进气惯性把更多的混合气或空气吸进气缸内。

图3-11 配气相位图(www.daowen.com)

6.本田VTEC可变配气定时机构

由于发动机转速不同，对配气相位的要求亦不同。现代发动机的配气机构能适应任何转速，不论是高速或低速，都能得到最佳的配气相位。这种可以根据转速变化来改变配气相位的机构就叫做可变气门控制机构。

（1）结构 如图3-12和图3-13所示，装有VTEC（VariableValveTimingElectroric Control_- Sys-tem）机构的发动机，每个气缸和常规的高速发动机一样都配置有两个进气门和两个排气门。只不过，它的两个进气门有主次之分，即主进气门和次进气门。每个进气门均由单独的凸轮通过摇臂来驱动。与主、次进气门接触的摇臂分别叫主、次摇臂。主、次摇臂之间设有一个特殊的中间摇臂，它不与任何气门直接接触。三个摇臂并列在一起，均可在摇臂轴上转动。在主摇臂、次摇臂和中间摇臂相对应的凸轮轴上铸有三个不同升程的凸轮，分别称为主凸轮、次凸轮和中间凸轮。其中，中间凸轮的升程最大，它是按发动机双进双排气门工作最佳输出功率的要求而设计的；主凸轮升程小于中间凸轮，它是按发动机低速工作时单气门开闭要求设计的；次凸轮的升程最小，最高处只是稍微高于基圆，其作用只是在发动机怠速运行时，通过次摇臂稍微打开次进气门，以免燃油集聚在次进气门口。中间摇臂的一端和中间凸轮接触，另一端在低速时可自由活动。三个摇臂在靠近气门一端均有一个工作缸孔。工作缸孔中都安置有靠油压控制的活塞，它们依次为正时活塞、主同步活塞、中间同步活塞和次同步活塞。

图3-12 VTEC系统结构

1—正时板 2—中间摇臂 3—次摇臂 4—主同步活塞 5—中间同步活塞 6—正时活塞 7—进气门 8—主摇臂 9—凸轮轴

图3-13 VTEC摇臂结构

2—中间摇臂 3—次摇臂 4—主同步活塞 5—中间同步活塞 6—正时活塞 8—主摇臂 10—弹簧

（2）工作原理VTEC机构是采用一根凸轮轴上设计两种（高速型和低速型）不同配气正时和气门升程的凸轮，利用液压进行切换的装置。高低速的切换是根据发动机转速、负荷、冷却液温度及车速信号，由ECU进行计算处理后，信号输出给电磁阀来控制油压进行切换。VTEC不工作时，正时活塞和主同步活塞位于主摇臂工作缸内，与中间摇臂等宽的中间同步活塞位于中间摇臂工作缸内，次同步活塞和弹簧一起则位于次摇臂工作缸内。正时活塞的一端和液压油道相通，液压油来自机油泵，油道的开启由ECU通过VTEC电磁阀控制。

发动机低速运转时（图3-14），ECU无指令，油道内无油压，活塞位于各自的工作缸内，因此各个摇臂均独自上下运动。于是，主摇臂紧随主凸轮开闭主进气门，以供给低速运行时发动机所需混合气；次凸轮则迫使次摇臂微微起伏，微微开闭次进气门；中间摇臂虽然随着中间凸轮大幅度运动，但是它对于任何气门都不起作用。此时发动机处于单进气双排气工作状态，吸入的混合气不到高速时的一半。由于仍然是所有气缸参与工作，所以运转十分平顺均衡。

发动机高速运行时，即发动机转速在2300～3200r/min、车速在10km/h以上、冷却液温度在100℃以上、发动机负荷到达一定程度时，ECU就会向VTEC电磁阀供电以开启工作油道，于是工作油道中的压力油就推动活塞移动压缩弹簧。这样，主摇臂、中间摇臂和次摇臂就被主同步活塞、中间同步活塞和次同步活塞串联为一体，成为一个同步活动的组合摇臂。由于中间凸轮的升程大于另两个凸轮，而且凸轮角度提前，故组合摇臂随中间摇臂一起受中间凸轮驱动，主、次气门都大幅度地同步开闭，因此配气相位变化了，吸入混合气量增多了，满足了发动机全功率时的进气要求。

图3-14 VTEC机构低速工作时

7.燃料供给系统

电控发动机使用电动燃油泵给汽油加压，并把汽油输送到各喷油器处。燃料供给系统的功能是准备汽油供给喷油器喷射。此外，燃料供给系统还包括输送汽油的供油管、压力调节器和把多余的汽油返回汽油箱的回油管（图3-15）。

8.点火系统

（1）功能 点火系统的功能是用电火花方法点燃气缸内的可燃混合气并使其燃烧。

（2）组成 微机控制点火系统的主要装置如图3-16所示，主要包括电源、传感器、电控单元、点火控制器、点火线圈、火花塞等。

9.冷却系统

（1）冷却系统作用

发动机工作时，由于混合气的燃烧，气缸内气体温度高达1927～2527℃，使发动机零部件温度升高，特别是直接与高温气体接触的零件，若不及时冷却，则难以保证发动机正常工作。

图3-15 燃油供给系统

图3-16 微机控制点火系统的组成

冷却系统的作用就是保证发动机在最适宜的温度（80～90℃）范围内工作。

（2）冷却系统的组成 目前汽车发动机均采用强制循环式水冷却系统，它主要由风扇、水泵、水套、散热器、水管、冷却液温度表和冷却液温度传感器等组成，各零部件布置如图3-17所示。

图3-17 冷却系统的零件分布

1）冷却风扇。风扇旋转送风辅助散热器进行热交换。

2）散热器。俗称水箱，其作用是利用冷风冷却被加热的冷却液。散热器的芯管常用扁形直管，周围制有散热片，芯管有竖置和横置两种方式。

3）节温器。节温器是控制冷却液流路的开关阀，从而使冷却液保持适当的温度。

4）水泵。水泵的作用是使冷却液循环。

（3）冷却系统的工作过程

1）小循环。当冷却液温度低于85℃时，节温器体内的石蜡体积膨胀量尚小，节温器主阀门关闭，来自散热器的水道被关闭，冷却液不经过散热器，只在水泵与发动机水套之间进行小循环流动。因此，发动机开始工作时，冷却液快速升温，能很快暖机，在短时间内达到发动机正常工作温度。

2）大循环。当冷却液温度高于85℃时，石蜡体积膨胀，使节温器的主阀门逐渐开启，副阀门逐渐关闭，因而来自散热器的冷却水作大循环流动。当冷却液温度达到105℃时，主阀门完全开启，副阀门完全关闭，全部冷却液流经散热器作大循环流动。

10.润滑系统

（1）润滑系统的作用 在发动机运转时，必须向各润滑部位提供机油进行润滑。润滑系统的作用就是不断地使机油循环，从而润滑发动机的各个部位，使发动机的各个零件都能发挥出最大的性能。

（2）润滑系统的组成 润滑系统主要由油底壳、机油泵、滤清装置、限压阀、压力表、机油尺、油道等组成（图3-18）。

发动机工时，机油泵将机油从油底壳吸入，并压送到机油滤清器，经滤清器过滤后的机油流入主油道，然后分别流入各曲轴轴承、凸轮轴轴承、连杆轴承等处，最后又重新回到油底壳。

图3-18 汽油机润滑系统组成

由于轿车发动机转速高、功率大、凸轮轴多为顶置，机油泵一般由中间轴驱动：配气机构多采用液力挺柱，在主油道与机油泵之间多用单级全流式滤清器，以简化滤清系统。集滤器为固定淹没式，避免机油泵吸入表面泡沫，保证润滑系统工作可靠。

（3）机油冷却器 在高性能大功率的强化发动机上，由于热负荷大，必须装用机油冷却器。按冷却方法可将发动机机油冷却器分为两大类，即空冷式和水冷式冷却器。其中水冷式机油冷却器已经相当地小型化了，广泛地应用在轿车上。空冷式机油冷却器芯子由许多冷却管和冷却板组成。在汽车行驶时，利用汽车迎面风冷却热的机油冷却器芯子。一般轿车大都把机油冷却器布置在保险杆内侧或其他不显眼的部位。

（4）曲轴箱强制通风 为了延长机油的使用期限，减轻零件磨损和腐蚀，发动机曲轴箱都设有强制通风装置。

曲轴箱和进气管之间用抽气管连接。当发动机工作时，曲轴箱内的气体经挺杆室和抽气管被吸入进气管，而新鲜空气经气门室罩上的小空气滤清器进入曲轴箱。