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发动机构造图解及名称和工作原理

发动机是汽车的“心脏”,下面将以活塞往复式发动机为例进行详细说明。

发动机的结构图解

组成发动机的零部件

发动机由各式各样的零部件组成, 如下图所示。

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■ 发动机的剖面图


往复式发动机的工作原理是,向气缸中喷入燃油和空气的混合气体并点火,混合气体燃烧时体积膨胀,产生的能量推动活塞移动,再通过曲轴将活塞的上下移动转变为旋转运动,使发动机运转。几乎所有汽车都采用该类发动机。

发动机性能上的飞速发展比其机械零部件的进化更为显著。近年来,发动机大多采用电子控制单元(ECU,Electronic Control Unit)来控制燃油和空气的混合方法、混合气体喷入气缸的时间及喷入量,因此发动机的性能比之前有了很大的提高。

气缸

气缸指的是气缸体内的圆筒形部件,燃油和空气的混合气体是在气缸中进行燃烧的。因为混合气体在气缸内燃烧会导致压力和温度迅速上升,所以气缸需要有足够的强度来承受高压和高温。活塞要在气缸内上下移动,因此气缸是圆筒形的。混合气体燃烧时产生的热量和活塞移动时产生的热量都会转移到气缸体内。

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气缸盖
气缸盖安装在气缸体上方,其上装有进气门、排气门、控制气门开闭的凸轮以及凸轮轴。

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发动机的工作原理

混合气体燃烧所爆发出的能量使活塞上下移动,从而带动曲轴等部件进行旋转运动。

上下移动转换为旋转运动

空气由进气歧管供给,燃油从喷油器中喷出,将空气和燃油充分混合后通过进气门输送至气缸。混合气体在气缸内经火花塞点燃后燃烧,气体的体积急剧膨胀,压力和温度迅速升高。在气体压力的作用下,活塞迅速向下移动,随后因废气的排出又向上移动。与活塞相连接的连杆同时也固定在曲轴上,通过连杆可以将活塞的上下移动转换为曲轴的旋转运动。

活塞的上下移动分为进气、压缩、做功、排气四个冲程,拥有这四个冲程的发动机就称为四冲程发动机


■ 气缸周边的零部件图解

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■ 发动机的冲程
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发动机旋转的零部件图解

■ 活塞
活塞要承受气缸内混合气体燃烧所产生的高压和高温,因此对活塞的强度有特别的要求。活塞需要上下移动,为了提高其移动的效率,活塞应选用较轻的材料,且与气缸壁之间的移动阻力要尽量小。另外,为了保证气缸的套筒与活塞间存在一定的阻力,还需要在活塞上安装活塞环。
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■ 连杆
连杆是连接活塞和曲轴的棒状零部件。连杆的小端连接活塞,大端连接偏移曲轴的旋转部位,因此将活塞的上下移动传递到了曲轴上。同活塞一样,为了提高效率,要求连杆的材料也拥有轻量、高强度、低移动阻力的性能。www.qcwxjS.com

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■ 曲轴
曲轴通过连杆接受活塞传递来的上下移动,并将其转变为旋转运动。连杆将上下移动传递到曲轴上距离旋转中心偏移的部位,因此需要曲轴具有较大的刚性。曲轴将旋转运动传递到飞轮上,成为发动机的驱动力。曲轴运转的同时,气门也将随着正时皮带(正时链条)的联动而开启和关闭。
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■ 飞轮
气缸内混合气体燃烧后产生高压,施加在活塞上带动曲轴旋转,但曲轴旋转存在不均匀的现象,所以就需要飞轮作为维持惯性的工具,保证曲轴平顺的运转。飞轮越重,就越能使带惯性的发动机更加平滑地运转,但这样却不利于急剧的转速改变,因此选择飞轮时一定要考虑平滑旋转的扭矩和转速改变等性能上的平衡
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气缸的排列

往复式发动机的活塞和气缸相互配合,其数量和排列形式根据用途分为多个种类。小排量发动机多为2~3气缸,1~2L的发动机为4气缸,较大排量的发动机是6气缸。要想使活塞平滑移动,则需要更大的旋转扭矩,但由于直列型气缸的重量大且价格高,因此6缸发动机大多采用V型。水平对置型发动机的优点是振动少,中心高度低;缺点是加工工艺复杂。www.QcWxjS.coM

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