第1章　汽车发动机维修基础知识

1.1　汽车发动机认知

1.1.1　发动机的定义及分类

细节一：发动机的基本概念

通俗来说：发动机就是发出动力的机器，是汽车的心脏，是汽车动力的来源，是将一种能量（如热能、电能、太阳能等）转化为机械能的装置，如图1-1所示。

目前，大部分汽车使用的是内燃机。它将燃料燃烧产生的热能转化为机械能，通过飞轮向外输出动力，并通过底盘的传动系统与行驶系统驱动汽车行驶。

内燃机是热力发动机的一种，其特点为将液体或气体燃料在发动机气缸外部或内部混合均匀后，最终在气缸内部燃烧从而产生热能，然后再转变成机械能。

内燃机的优点是重量轻、体积小、热效率高、便于移动以及启动性能好等，故广泛应用于飞机、舰船以及汽车、拖拉机、坦克等各种车辆上。但是，内燃机通常要求使用石油燃料，并且排出的废气中所含有害气体成分较高。

内燃机根据其将热能转化为机械能的主要部件的结构形式不同，可分为活塞式内燃机与燃气轮机两大类。

活塞式内燃机又可根据活塞运动方式分为往复活塞式（图1-2）与旋转活塞式（图1-3）两种。目前，汽车上广泛应用的是往复活塞式内燃机。

细节二：发动机的分类

应用于汽车的发动机通常按燃料种类、行程、气缸排列方式以及冷却方式等的不同进行分类。

（1）按使用燃料分类　根据使用燃料的不同，汽车发动机可以分为汽油发动机、柴油发动机、CNG（压缩天然气）发动机、LPG（液化石油气）发动机及双燃料发动机。

①使用汽油作为燃料的内燃机称为汽油机。汽油机的特点是转速高，噪声小，启动容易，制造成本低。汽油发动机的结构如图1-4所示。

②使用柴油作为燃料的内燃机称为柴油机。柴油机的特点是压缩比大，热效率高，经济性能与排放性能都比汽油机好。柴油发动机的结构如图1-5所示。

③使用压缩天然气（CNG）作为燃料的内燃机称为CNG发动机。天然气主要成分是甲烷，燃烧后生成二氧化碳和水，是一种绿色能源。CNG发动机的结构如图1-6所示。

④使用液化石油气（LPG）作为燃料的内燃机称为LPG发动机，液化石油气的特点是热值高，燃烧充分，排气中一氧化碳、碳氢化合物和硫化物含量低等。LPG发动机的结构如图1-7所示。

⑤可同时使用两种燃料的内燃机称为双燃料发动机，如氢/汽油发动机、LPG/汽油发动机、CNG/汽油发动机等。双燃料发动机的结构如图1-8所示。

（2）按行程分类　根据发动机工作行程的不同，汽车发动机又可分为四冲程发动机与二冲程发动机。

①曲轴转两圈（720°），活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四冲程发动机。四冲程发动机在汽车中广泛使用，做功间隔时间长，但进排气过程分界显著，利于制成多缸，且运转平稳。四冲程发动机结构如图1-9所示。

②曲轴转一圈（360°），活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二冲程发动机。做功间隔时间短，无明显进排气过程分界，不利于制成多缸，且运转不够平稳。在摩托车上使用较多。二冲程发动机结构如图1-10所示。

（3）按冷却方式分类　根据发动机冷却方式的不同，汽车发动机还可分为水冷式发动机与风冷式发动机。

①水冷式发动机是利用在气缸体与气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的。水冷式发动机的特点是冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代汽车上。水冷式发动机结构如图1-11所示。

②风冷式发动机是利用流动于气缸体和气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。外界温度对风冷式发动机冷却效果影响较大，冷却不够均匀，且噪声大，大多应用于赛车或摩托车的发动机上。风冷式发动机结构如图1-12所示。

（4）按气缸数目分类　根据发动机气缸数目的不同，发动机又可分为单缸、双缸和多缸发动机。

（5）按气缸排列方式分类　根据气缸的布置（或排列）方式，汽车发动机有直列、斜置、V形、对置及W形五种常见形式。

①直列式发动机的优点是缸体和曲轴结构十分简单，结构比较紧凑，而且可以共用一个气缸盖，制造成本较低。直列发动机稳定性高，低速转矩特性好，而且燃料消耗也较少。但机体较高，纵向稳定性稍差。直列式发动机结构如图1-13所示。

②斜置式发动机的优点是机体较矮，纵向稳定性较好，检修方便。但设计制造比较繁琐，横向稳定性稍差，且容易出现偏磨现象。

③V形发动机的优点是机体高度小，曲轴长度短，刚性好，不易变形。气缸对向分布，还可抵消一部分振动，使发动机运转更平稳，且噪声低。但结构复杂，设计制造困难，维修成本高。V形发动机结构如图1-14所示。

④发动机活塞均匀分布在曲轴两侧在水平方向上左右运动。发动机的整体高度下降，长度缩短，整车的重心降低，使得车辆行驶平稳。发动机安装在整车的中心线上，两侧活塞产生的惯性力矩相互抵消，有效地降低车辆在行驶中的振动，使发动机转速得到很大提升，噪声较小。

⑤W形发动机的优点是可使发动机做得更短一些，曲轴也更短些，这样即可以节省发动机所占的空间，同时质量也可小些。但它的宽度更大，使得发动机室更满，且结构更复杂，设计制造更困难，维修成本较高。一般用于高档轿车、SUV、MPV和一些跑车上。W形发动机结构如图1-15所示。

（6）按照进气系统是否采用增压方式分类　根据进气系统有无增压装置，发动机可分为自然吸气（非增压）式发动机与强制进气增压式发动机分别如图1-16和图1-17所示。

（7）按照供油方式分类根据供油方式不同，汽油发动机还可分为化油器式和电喷式（又可分为缸外喷射和缸内直喷两种）等几种结构形式。

①化油器特点：具有凭借进气负压吸取燃油的结构，以及利用各种节流和泄压原理调节出油浓度的供油结构。机械结构比较简单，肉眼可见，方便户外维修。但工作灵敏度差，反应不及时，混合气浓度和数量不均匀。发动机加速性、经济性和环保性均较差。目前已经停止生产，只见于一些老式汽油发动机上。化油器式发动机结构如图1-18所示。

②电喷供油特点：应用多个传感器测量进气流量与温度、发动机转速与负荷，使用电脑来计算控制燃油输出量和点火角，利用电磁柱塞泵喷射燃油，实现发动机运转电脑化控制。能够做到很精细的控制效果，节油环保效果比较明显。缸外喷射式电喷发动机结构如图1-19所示。

③直喷发动机特点：燃油喷油器安装在气缸内，直接将燃油喷入气缸内与空气混合。喷射压力也进一步提升，使燃油雾化更加细致，真正实现了精准地按比例控制喷油并且与空气混合，同时消除了缸外喷射时造成燃油损失及产生进气阻力的缺点。缸内直喷式电喷发动机结构如图1-20所示。