第2节 发动机

一、发动机构造

（一）发动机分类

1.按燃料种类分类

1）汽油发动机。所用燃料为汽油，如图1-30所示。汽油机转速高、质量小、噪声小、起动容易、制造成本低。

2）柴油发动机。所用燃料为柴油，如图1-31所示。柴油机压缩比大、热效率高、经济性能和排放性能都比汽油机好。

2.按气缸排列方式分类

1）直列发动机。直列4缸发动机如图1-32所示，在发动机舱内可以纵置安装或横置安装。

2）V形发动机。就是将所有气缸分成两组，相邻气缸以一定夹角布置在一起，使两组气缸形成一个有夹角的平面，从侧面看气缸呈V字形。V形8缸发动机如图1-33所示。

3.按进气系统是否增压分类

1）自然进气发动机。利用进气行程活塞向下移动产生的真空吸力使空气进入气缸，如图1-34所示。

2）涡轮增压发动机。在进气总管上安装废气涡轮增压器，一般增压压力为150kPa，如图1-35所示。有的发动机也采用两级增压。

4.按喷油器安装位置分类

1）进气歧管喷射发动机。进气歧管喷射发动机就是把汽油直接喷射在进气歧管，如图1-36所示，与空气混合后进入气缸燃烧的发动机。

2）燃油直喷发动机。燃油直喷发动机就是让燃油直接喷射在气缸内，如图1-37所示，然后再与空气混合进行燃烧。采用燃油直喷的形式可以让混合气在很稀的条件下燃烧，这样能够节省更多的燃油。

（二）术语和工作原理

1.发动机术语

发动机是汽车的动力源，它是将化学能变为热能，热能转变为机械能的机器。

基本术语包括上下止点、活塞行程、气缸工作容积、发动机排量、燃烧室容积、气缸总容积、压缩比等。

1）上止点。活塞在气缸里做往复直线运动时，当活塞向上运动到最高位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置称为上止点。

2）下止点。活塞在气缸里做往复直线运动时，当活塞向下运动到最低位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置称为下止点。

3）活塞行程。活塞从一个止点运动到另一个止点的距离，即上止点、下止点之间的距离称为活塞行程，如图1-38所示。

4）气缸工作容积。活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积。

5）燃烧室容积。活塞位于上止点时，其顶部与气缸盖之间的容积。

6）气缸总容积。气缸工作容积和燃烧室容积之和，如图1-39所示。

7）发动机排量。多缸发动机的各气缸工作容积的总和。

8）压缩比。压缩比等于气缸总容积与燃烧室容积之比，如图1-40所示。

9）功率与转矩。功率是发动机单位时间内所做的功，单位为kW。转矩是活塞推动曲轴旋转输出的力矩，单位为N·m。发动机在不同转速时，功率和转矩是不同的，如图1-41所示。

2.汽油发动机工作原理

汽油和柴油具有不同的性质，因此在发动机工作原理和结构上有差异。四冲程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程的顺序往复循环的。

1）进气行程。活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点，此时进气门开启、排气门关闭，如图1-42所示。在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内形成一定的真空度，空气和汽油的混合物通过进气门被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。

2）压缩行程。进气行程结束后，曲轴继续带动活塞由下止点移至上止点。这时进、排气门均关闭，如图1-43所示。随着活塞移动，气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压缩，其压力和温度同时升高。

3）做功行程。压缩行程结束时，安装在气缸盖上的火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃，火焰迅速传遍整个燃烧室，同时放出大量的热能，如图1-44所示。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，活塞由上止点移至下止点，并通过连杆推动曲轴旋转做功。这时，进、排气门仍旧关闭。

4）排气行程。排气行程开始，进气门仍然关闭，排气门开启，曲轴通过连杆带动活塞由下止点移至上止点，如图1-45所示。此时燃烧后的气体在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸之外。当活塞到达上止点时，排气行程结束，排气门关闭。

3.柴油发动机工作原理

四冲程柴油机的工作循环同样包括进气、压缩、做功和排气四个过程。只是由于柴油和汽油的使用性能不同，柴油机和汽油机在混合气形成方法及着火方式上有着根本的差别。

1）进气行程。在柴油机进气行程中，此时进气门开启、排气门关闭，被吸入气缸的只是纯净的空气。

2）压缩行程。这时进、排气门均关闭，因为柴油机的压缩比大，所以压缩行程终了时气体压力高。

3）做功行程。在压缩行程结束时，喷油器将柴油喷入燃烧室，气缸内的温度远高于柴油自燃点，因此柴油随即自行着火燃烧。在气体压力的作用下，活塞推动连杆，连杆推动曲轴旋转做功。这时，进、排气门仍旧关闭。

4）排气行程。排气行程开始，进气门仍然关闭，排气门开启，燃烧后的废气排出气缸。

（三）曲柄连杆机构

1.功用与组成

曲柄连杆机构是使发动机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。曲柄连杆机构主要由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。

2.机体组

机体组是发动机的骨架，是发动机各个机构和各个系统的安装基础，其内、外安装有发动机的所有零件和附件，并且承受一定的载荷。机体组主要由气缸体、气缸盖、气缸衬垫、气门室罩以及油底壳等组成，如图1-46所示。

1）气缸体。气缸体是发动机的基本结构，是发动机机体组的重要组成部分，在气缸盖和油底壳之间。绝大多数发动机的气缸体与曲轴箱连铸在一起，如图1-47所示。该气缸体为铝合金铸造，有薄壁铸铁缸套。

2）气缸盖。气缸盖承受气体力和紧固气缸盖螺栓所形成的机械负荷，同时还由于与高温燃气接触而承受很高的热负荷，如图1-48所示。气缸盖主要由进排气门座孔、气门导管、火花塞安装孔、喷油器安装孔、气道和水道等组成。气缸盖一般由铝合金制造，每个燃烧室有2～4个气门，各个气缸内设有独立的点火线圈，燃油导轨位于气缸盖上，高压燃油泵位于气缸盖的终端，由排气凸轮轴来驱动。

3）气缸衬垫。气缸衬垫的功用是密封气缸，保证气缸内气体不被泄漏，如图1-49所示。气缸衬垫是机体顶面与气缸盖底面之间的密封件，为全金属材料。

4）油底壳。油底壳的主要功用是储存机油和封闭机体或曲轴箱，如图1-50所示。油底壳用薄钢板冲压或用铝铸制而成，有的油底壳内设有挡板，用以减轻汽车颠簸时油面的振荡。油底壳配备有油位传感器及量油尺。

3.活塞连杆组

活塞连杆组是发动机的传动件，它把燃烧气体的压力传给曲轴，使曲轴旋转并输出动力。活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆及连杆轴瓦等组成，如图1-51所示。

1）活塞。活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转，活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。如图1-52所示，活塞按表面位置不同可分为顶部、头部和裙部三部分。活塞顶部，其形状与燃烧室形状和压缩比大小有关。活塞头部，采用三环短活塞，三环指上气环、下气环和油环。活塞头部以下的部分为活塞裙部，裙部涂有石墨层，裙部应有足够的实际承压面积，以承受侧向力。

2）活塞环。活塞环的功用是保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸内的可燃混合气和高温燃气漏入曲轴箱，并将活塞顶部接受的热传给气缸壁，避免活塞过热，如图1-53所示。活塞环由气环和油环组成，气环主要功用是密封和传热，油环主要功用是刮除飞溅到气缸壁上多余的机油，并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜。

3）活塞销。活塞销用来连接活塞和连杆，并将活塞承受的力传给连杆，如图1-54所示。活塞销在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷，润滑条件较差。活塞销通常进行表面硬化，其内部形状为锥形。

4）连杆。连杆组的功用是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，如图1-55所示。连杆盖通过螺栓将连杆轴承与杆身固定在一起，连杆组由小头、杆身和大头构成，连杆小头与活塞销连接，同活塞一起做往复运动；连杆大头与曲柄销连接，同曲轴一起做旋转运动。

4.曲轴飞轮组

曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体压力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。曲轴飞轮组如图1-56所示，包括曲轴和飞轮等组件。

1）曲轴。如图1-57所示，曲轴用铸铁制造，由若干个曲拐构成。曲轴在五个轴承上承载，并且配备有平衡轴的驱动件。

2）减振器。当发动机工作时，曲轴在周期性变化的转矩作用下，各曲拐之间发生周期性相对扭转振动。为了消减曲轴的扭转振动，多在扭转振幅最大的曲轴前端装置减振器，如图1-58所示。减振器壳体与曲轴连接，在减振器上有一个齿环，该齿环有58个齿。减振器包括以下部件：拧紧在曲轴上的中心部件、橡胶减振器、带有带轮的外部部件。

3）飞轮。飞轮是摩擦式离合器的主动件，飞轮轮缘上镶嵌有供起动发动机用的飞轮齿圈，有的飞轮上还刻有上止点记号，用来校准点火正时或喷油正时。飞轮与曲轴之间应有严格不变的相对位置，运转时需保持平衡。飞轮的类型有实体飞轮和双质量飞轮。图1-59所示为实体飞轮。

4）曲轴主轴承。主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中，为了保证曲轴轴向的正确定位，曲轴轴承还需装配推力轴承，如图1-60所示。主轴承安装在轴承盖上，以保护曲轴轴颈并有良好的润滑。

5）平衡轴。平衡轴的功用是用来平衡和减少发动机的振动，从而降低发动机噪声、延长发动机使用寿命、提升驾驶的舒适性。平衡轴通过曲轴上的齿轮来驱动，如图1-61所示，两个对转的平衡轴安装在机油泵的壳体内。

（四）配气机构

1.功用与组成

配气机构的功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。

配气机构主要由气门组和气门传动组等组成，配气机构的结构因布置形式不同而有所差异。

2.配气机构布置及驱动

配气机构分布形式分为顶置式和非顶置式，目前汽车发动机均采用顶置式凸轮轴和顶置式气门。顶置式凸轮轴具备以下优点：减少了底置式凸轮轴由于凸轮轴和气门之间较大的距离而造成的往返动能的浪费；发动机由于气门开闭动作比较迅速，因而转速更高，运行的平稳度也比较好。

1）顶置式凸轮轴。顶置式双凸轮轴发动机如图1-62所示，双凸轮轴是指在缸盖上装有两根凸轮轴，一根用于驱动进气门，另一根用于驱动排气门。

2）正时链条传动。凸轮轴正时链条传动适用于凸轮轴上置的配气机构，如图1-63所示，链传动工作可靠，使用寿命长，但噪声较大。

3）正时带传动。发动机上的凸轮轴通过正时带进行驱动，传动带由弹簧张紧器自动张紧，如图1-64所示。正时带由一个塑料制成的正时带罩盖住。这种驱动方式传动噪声小，但需要定期检查及更换传动带。

3.气门组

气门组的功用是根据气门传动机构的控制，保证进排气道的密封，及时开启和关闭进排气道。

1）组成。气门组由气门、气门座圈、气门导管、气门油封、气门弹簧、气门锁片等组成，如图1-65所示。

2）气门。气门的功用是控制进、排气歧管的开闭。如图1-66所示，气门由头部、杆身和尾部组成。

3）多气门。发动机每个气缸一般有两个气门，即一个进气门和一个排气门。目前发动机多采用每缸三、四或五个气门，图1-67所示为四气门发动机，即每缸四个气门，两个进气门、两个排气门。

4）其他组件功能。其他组件如图1-68所示，各自功能：①气门座圈，位于气缸盖上，密封和散热。②气门导管，位于气缸盖上，导向和散热。③气门油封，密封机油。④气门弹簧，保证气门回位。⑤气门弹簧座圈，支承气门弹簧。⑥气门锁片，锁住气门和气门弹簧座圈。

4.气门传动组

气门传动组主要用于传递凸轮轴到气门之间的运动，它主要包括凸轮轴、气门挺杆等部件。

1）凸轮轴。凸轮轴控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。凸轮轴的主体是一根与气缸组长度相同的圆柱形棒体，上面具有若干个凸轮，用于驱动气门，有些车型两根凸轮轴之间用齿轮传动，如图1-69所示。

2）气门间隙。发动机在冷态下，当进排气门都处于关闭状态时，气门与凸轮之间的间隙称为气门间隙。气门间隙的作用是给热膨胀留有余地，保证气门密封，有些发动机用垫片调整气门间隙，如图1-70所示。

3）液压挺柱。有些发动机在凸轮轴和气门杆之间装有液压挺柱，液压挺柱的功用是将来自凸轮的运动和作用力传给气门杆，同时还承受凸轮所施加的侧向力，并将其传给挺住套筒，如图1-71所示。凸轮轴驱动液压挺柱，挺住高度靠机油压力调整，自行补偿气门间隙，以减少发动机工作时配气机构产生的撞击和噪声。

4）气门摇臂。有些发动机装有气门摇臂，气门摇臂利用杠杆力压动气门，以打开或关闭进、排气门，如图1-72所示。摇臂是一个双臂杠杆，以摇臂轴为支点，两臂不等长，连接液压挺柱和气门杆尾端。

5.配气相位

配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示配气相位图，如图1-73所示。发动机一个完整的工作行程包括进气、压缩、做功和排气。发动机的实际配气相位，需要气门早开晚关，主要是为了满足进气充足、排气干净的要求。

（五）润滑系统

1.作用与组成

润滑系统的作用是在发动机工作时连续不断地把数量足够、温度适当的洁净机油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表面之间形成油膜，实现液体摩擦，从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，以达到提高发动机工作可靠性和使用寿命的目的。

润滑系统以机油为润滑介质。润滑系统主要由机油泵、机油滤清器、机油冷却器、吸油管等组成，如图1-74所示。

2.机油

（1）机油的功用

1）润滑：机油在运动零件的所有摩擦表面之间形成连续的油膜，以减小零件之间的摩擦。

2）冷却：机油在循环过程中流过零件工作表面，可以带走零件的热量，降低零件的温度。

3）清洗：机油可以带走摩擦表面产生的金属碎末及冲洗掉沉积在气缸、活塞、活塞环及其他零件上的积炭。

4）密封：附着在气缸壁、活塞及活塞环上的油膜，可起到密封防漏的作用。

5）防锈：机油有防止零件发生锈蚀的作用。

（2）机油的分类

国际上广泛采用SAE黏度分类法和API品质分类法。

1）SAE即美国汽车工程师学会。SAE规定的机油黏度的标准，分为单级型和双级全天候型两种，现一般使用双极型。举例型号：SAE 5W-30，如图1-75所示，其中W表示冬季，5表示耐低温黏度，5W适用于环境温度-30℃；30表示耐高温指标，数值越大说明机油适用温度越高。

不同黏度的双级机油，0W30黏度最低，15W40黏度最高，如图1-76所示。

2）API代表美国石油学会。API划分的机油品质标准，采用代码描述机油的工作能力。“S”代表汽油机用油，“C”代表柴油机用油，S后面的字母，按照英文字母的顺序越靠后，表示机油等级越高，机油中含有更多的保护剂来保护发动机，如图1-77表示。

3.机油泵

机油泵的功用是保证机油在润滑系统内循环流动，并在发动机任何转速下都能以足够高的压力向润滑部位输送足够数量的机油。常使用的转子式机油泵如图1-78所示。机油泵由曲轴通过链条驱动，转子齿形齿廓设计得使转子转到任何角度时，内、外转子每个齿的齿形廓线上总能互相形成点接触。

工作过程：在进油道的一侧空腔，由于转子脱开啮合，容积逐渐增大，产生真空，机油被吸入；转子继续旋转，机油被带到出油道的一侧，使这一空腔容积减小，油压升高，机油从齿间挤出并通过出油道压送出去。

4.机油滤清器

机油滤清器的功用是滤除机油中的金属磨屑、机械杂质和机油氧化物。一种滤清器带有金属外壳，一种滤清器没有外壳而直接安装到发动机的滤清器壳体内，如图1-79所示。纸制滤清器具有质量小、体积小、结构简单、滤清效果好、过滤阻力小、成本低和保养方便等优点。

5.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，必须装设机油冷却器。机油冷却器布置在润滑油路中，其工作原理与散热器相同。如图1-80所示。机油冷却器置于冷却液管路中，利用冷却液的温度来控制润滑油的温度。当润滑油温度高时，靠冷却液降温，发动机起动时，则从冷却液吸收热量使润滑油迅速提高温度。

（六）冷却系统

1.作用与组成

当发动机冷起动之后，冷却系统要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度；当发动机温度过高时，发动机需要冷却装置进行散热；冷却系统的功用是使发动机在所有工况下都保持在适当的工作温度。近年来生产的乘用车，多采用封闭式冷却系统设计，正常冷却液温度范围一般为90～110℃。

冷却系统以冷却液为传热介质，主要由水泵、节温器、散热器、冷却液储液罐、带压力阀的储液罐盖、冷却风扇等组成。

2.冷却液

冷却液是水与防冻剂的混合物，为了适应冬季行车的需要，在水中加入防冻剂制成冷却液以防止冷却液的冻结。在水中加入防冻剂还同时提高了冷却液的沸点，冷却液中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。在防冻剂中一般还要加入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色以便识别，如图1-81所示。

3.水泵

水泵的功用是对冷却液加压，保证其在冷却系统中循环流动。水泵一般由曲轴通过V带驱动，如图1-82所示。水泵通过螺栓固定在发动机机体上，通过传动带驱动水泵产生冷却液压力。

4.节温器

节温器一般安装在气缸盖水道的出口与散热器进水管的入口处，它是控制冷却液流经散热器进行散热的装置。节温器罩壳用四个螺栓固定在发动机机体上，并用橡胶垫圈密封，如图1-83所示。节温器通过内置于节温器罩壳中的阀门实现冷却系统最佳的冷却效果。当发动机冷却液的温度较低时，节温器将冷却液流向散热器的通道关闭，使冷却液经水泵入口直接流入机体或气缸盖水套，以便使冷却液迅速升温。当冷却液达到一定温度后，节温器打开，冷却液通过散热器进行散热，以降低冷却液的温度。

5.散热器

散热器的功用是加速发动机冷却液的冷却。目前乘用车多采用横流式，散热器由进水室、散热器芯、出水室等组成，如图1-84所示。散热器的类型有管片式和管带式。

6.冷却风扇

冷却风扇的功用是提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速冷却液的冷却。冷却风扇由电动机和风扇叶组成，发动机温度越高、负载越大，风扇转速就越高，持续旋转的时间就会越长。冷却风扇有两种，一种是单风扇，另一种是双风扇，如图1-85所示。

二、发动机电控系统

（一）进气系统

1.作用与组成

进气系统的作用是将新鲜空气引入气缸，尽可能多、尽可能均匀地向各缸供给可燃混合气或纯空气。

进气系统主要由空气滤清器、进气总管、电子节气门、进气歧管、可变进气歧管装置等组成，如图1-86所示。

2.空气滤清器

空气滤清器的功用主要是滤除空气中的杂质或灰尘，让洁净的空气进入气缸。空气滤清器也有降低进气噪声的作用，它安装在进气总管的进口，如图1-87所示。

3.电子节气门

电子节气门的作用是驱动节气门动作，发动机控制单元根据加速踏板信号和行驶状况来控制节气门开度，电子节气门工作过程如图1-88所示。电子节气门可省去加速踏板与节气门之间的拉索，降低有害物排放，并可配合驱动防滑系统和巡航系统工作。

电子节气门由电动机、减速机构、节气门组成，如图1-89所示。

4.进气歧管

进气歧管的作用是供给各气缸空气，其安装在气缸盖进气道侧，如图1-90所示。

5.可变进气歧管

有些发动机，为了充分利用进气波动效应和尽量缩小发动机在高、低速运转时进气速度的差别，从而改善发动机的经济性及动力性，采用了可变进气歧管装置，如图1-91所示。可变进气歧管设有长、短通道和通道转换电磁阀，发动机转速低于4000r/min时，转换阀接通长通道，长通道横截面积小、路径长，空气流动具有较大惯性，起到惯性增压作用，可获得较大的转矩。发动机转速高于4000r/min时，转换阀接通短通道，短通道横截面积大、路径短，可降低进气阻力，使发动机高速时获得较大的功率。

（二）燃油系统

1.作用与组成

燃油供给系统的作用是储存、输送、清洁燃油，并且按发动机各种不同的工况，将适量的燃油与空气混合，供给气缸一定空燃比的可燃混合气。电控燃油系统比传统化油器式供给系统控制精确，提高了燃油经济性和尾气排放标准。

燃油系统主要由汽油箱、电动燃油泵、汽油滤清器、油管、燃油导轨（燃油分配管）、油压调节器、喷油器等组成，如图1-92所示。

目前燃油系统按喷射位置，分为直接燃油喷射和进气歧管燃油喷射，如图1-93所示。直接燃油喷射又可分为TSI（直接燃油喷射）和FSI（分层燃油喷射）。

2.进气歧管燃油喷射

1）燃油泵。燃油泵把燃油箱的燃油输送到燃油导轨里，为系统提供一定压力的燃油。如图1-94所示，燃油泵与油位传感器一起安装在汽油箱内，目前一些车辆汽油滤清器也安装在汽油箱内。汽油箱上面装有燃油泵控制单元，它接收发动机控制单元（ECU）发来的脉冲宽度调制（PWM）信号，放大后送给油泵电动机，改变电动机转速，以调整油泵的输出压力。

2）汽油滤清器。汽油滤清器的功用是去除汽油中的杂质和水分。滤清器采用金属外壳，滤芯多采用纸质，也有使用尼龙布、高分子材料，如图1-95所示。

3.直接燃油喷射

直接燃油喷射燃油供给系统分为低压系统和高压系统，低压燃油系统与其他燃油喷射系统的结构基本相同。汽油直接燃油喷射有以下优点：混合气的分配均匀性较好，可以随着发动机使用工况及使用场合的变化而配制一个最佳的空燃比，燃油经济性能较好，排放标准更高。

1）低压燃油系统。低压燃油系统的功用是把燃油从油箱输送到高压油泵，为高压油泵提供一定压力的油液。如图1-96所示，低压燃油系统主要由燃油泵控制单元、低压燃油泵、低压油管、低压燃油传感器等组成。

2）高压燃油系统。高压燃油由高压燃油泵产生。高压燃油泵是由发动机机械机构驱动的柱塞泵，它对低压燃油泵送来的燃油进行加压，通过燃油导轨（燃油分配管）输送到喷油器，喷油器直接将燃油喷入气缸内。

高压燃油系统在每种工况下都可向喷油器提供最佳燃油压力。低压燃油系统一般提供的压力为460～550kPa，经高压燃油系统可升高到15MPa左右。高压燃油系统的组成如图1-97所示。

3）FSI。有的发动机采用FSI（分层充气燃油直接喷射），发动机共有三种工作模式：均质混合气模式、均质稀混合气模式、分层充气模式。均质混合气模式属于一般发动机的供油方式。均质稀混合气模式是依靠气缸内的涡流效应使火花塞附近的混合气很浓，以实现更为经济的燃油消耗。分层充气模式是火花塞附近的浓混合气迅速燃烧，然后适中程度的混合气开始燃烧，最后是稀混合气燃烧。

4.汽油的标号

汽油标号是实际汽油抗爆性与标准汽油抗爆性的比值，汽油的标号越高，抗爆性能就越强。标准汽油由异辛烷和正庚烷组成，异辛烷的抗爆性好，其辛烷值定为100；正庚烷的抗爆性差，在汽油机上容易发生爆燃，其辛烷值定为0。如果汽油的标号为95，则表示该标号的汽油含异辛烷95%、正庚烷5%。目前常用汽油标号如图1-98所示，92号汽油代替以前的93号汽油，可满足更高排放标准。

选择汽油标号的首要标准就是发动机的压缩比，发动机的压缩比越高，选用的汽油标号越高，因此进行燃油添加时并不是汽油的标号越高越好。

（三）点火系统

1.作用与组成

点火系统的基本作用是在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，点燃可燃混合气，使发动机做功。发动机控制单元根据各有关传感器的信号，对点火线圈做出点火指令。

以前点火系统在点火线圈与火花塞之间装有高压线，目前多采用点火线圈装在火花塞之上的方式，省掉高压线，称作直接点火。点火系统主要由点火线圈、火花塞和点火控制装置等组成，如图1-99所示。

2.点火线圈

点火线圈的功用是放大发动机控制单元的点火指令，产生高压电直接传输给火花塞。点火线圈将12V蓄电池电压提高到点火所需要的10kV以上电压。点火线圈的初级绕组和次级绕组靠得很近，当在初级绕组上间断地施加电流时，就产生自感和互感现象，利用电磁感应原理，在次级绕组内产生高电压。点火线圈产生的高电压，取决于初、次级绕组的匝数比。点火线圈安装在火花塞上方的插槽中，如图1-100所示。

3.火花塞

火花塞的功用是产生电火花，点燃压缩的空气与燃油混合气。火花塞安装在缸盖上，电极伸入燃烧室。火花塞分为普通火花塞和长寿命火花塞，长寿命火花塞中心电极和侧电极使用特殊合金，如图1-101所示，不仅可以提高发动机的冷起动性能，还可以延长其使用寿命。

长寿命火花塞包括白（铂）金火花塞、铱金火花塞。

1）白金火花塞。这种火花塞用铂金属作为中心电极和接地电极，在耐用性和点火性能上表现优越。

2）铱金火花塞。这种火花塞用铱合金作为中心电极，用铂作为接地电极，具有耐用性和高性能的双重优点。

（四）电子控制系统

1.作用与组成

（1）作用

1）燃油喷射控制。采用顺序喷射，与点火顺序相同，在每一气缸的进气门打开之前，控制喷油器将燃油喷入进气歧管。

2）点火提前角控制。ECU根据发动机爆燃传感器信号，决定点火提前角。

3）怠速稳定控制。ECU通过调节点火提前角、节气门开度、喷油量，使怠速在任何条件及负荷情况下稳定运转。

4）其他控制功能。如控制起动机、散热器风扇继电器、压缩机电磁离合器、涡轮增压器、可变进气相位和气门升程、燃油蒸发排放净化（活性炭罐）、排气再循环（EGR）、二次空气喷射、发动机防盗、发动机起停、索引力、巡航等。

5）自诊断。ECU实时监控各传感器、执行器信号是否正常，如超过正常边界或信号中断便存储故障码，点亮故障警告灯，在维修时支持诊断仪进行发动机控制系统检测。

（2）组成

电子控制系统由发动机控制单元、传感器、执行器三大部分组成。按进气量检测方式分为L型和D型。

1）L型。采用空气流量传感器测量进入发动机的空气量，亦称直接检测型，如图1-102所示，左侧是传感器，右侧是执行器。L型因传感器测量精度高，目前新生产车基本采用这种方式。

2）D型。采用绝对压力传感器测量进气管负压的变化，从而检测进气量，亦称间接检测型。这种方式传感器结构简单，多用在早期电喷车辆上。D型电控系统除空气流量传感器外，其他组成与L型电控系统相同。

2.控制单元

控制单元如图1-103所示，它接收各传感器信号，经计算输出指令给各执行器。

3.传感器

传感器的功用是感知各种信号，将信号发送给发动机控制单元，各主要传感器如下。

1）空气流量传感器/绝对压力传感器。直接检测或间接检测发动机进气量，ECU以此信号和发动机转速信号计算基本喷油量。

2）曲轴位置传感器。检测活塞上止点、曲轴转角及发动机转速。

3）凸轮轴传感器。检测凸轮轴位置，与曲轴位置信号配合作为喷油、点火的时间基准。

4）加速踏板位置传感器。检测加速踏板位置，ECU作为执行节气门开度的依据。

5）节气门位置传感器。检测节气门开度，ECU作为判定发动机运转工况的依据。

6）冷却液温度传感器。检测冷却液温度，ECU进行空燃比修正。

7）进气温度传感器。检测进气温度，ECU进行空燃比修正。

8）前氧传感器。检测燃烧废气中的氧分子浓度，ECU进行空燃比修正。

9）后氧传感器。监测三元催化转换器的工作情况，工作不正常则记忆故障码和点亮发动机故障警告灯。

10）爆燃传感器。检测发动机爆燃情况，ECU以延迟点火提前角来消除爆燃。

4.执行器

执行器的功用是控制进气量、喷油量、点火提前角、怠速稳定、排放等。主要执行器有喷油器、点火线圈、节气门电动机、涡轮增压压力控制阀、活性炭罐控制阀、EGR阀、二次空气喷射泵继电器等。这些部件大多在其他章节介绍。

5.防盗系统

防盗系统亦称发动机停机系统，早期生产的车辆可以单独装有防盗器ECU，也可以集成在发动机ECU内部，如图1-104所示。

防盗系统的工作原理是，防盗器ECU检查钥匙的芯片识别码，如钥匙芯片未被授权，则发动机不能起动。在点火开关上装有读识线圈，当打开点火开关时，读识线圈发出电磁波，钥匙芯片接收后发射带有识别码的无线电信号，读识线圈接收后将此信号送至防盗器ECU，经确认识别码正确再通知发动机ECU得以继续运转。如是未授权芯片，对于汽油发动机将停止燃油喷射与点火，对于柴油发动机将停止燃油喷射。

目前生产的汽车，发动机防盗系统远比上述系统复杂。

6.起停系统

1）功用。节省能源，降低排放。车辆在红绿灯前停车时，发动机自行短时熄火，重新行驶时不需操作点火钥匙，发动机自行起动，一般可降低7%～10%的油耗，在堵车时可避免产生排气污染和噪声。

2）组成。以手动档车辆为例，如图1-105所示，主要由发动机控制单元、传感器、执行器、液晶显示器组成。传感器包括起停开关、空档开关、离合器踏板开关、制动踏板开关、车门开关等；执行器包括加强型起动机、稳压器。在起动时蓄电池电压下降，稳压器的功用是将稳定电压供给特选的用电器。

3）工作过程。以自动档车辆为例，工作过程如图1-106所示。

4）关闭条件。起停系统在工作前检查相关信号，如果不满足就会关闭起停功能，其关闭条件是：

①关闭了起停开关。

②蓄电池充电状态。

③除霜功能和前风窗玻璃加热开启。

④空调设置温度与实际温度之差大于8℃。

⑤发动机转速高于1200r/min。

⑥驾驶人离开座位30s以上。

⑦下坡坡度大于10%，上坡坡度大于12%。

（五）排气系统与净化装置

1.作用与组成

排气系统的作用是将发动机燃烧后的废气由排气管排出。排气系统主要由排气歧管、排气管、消声器等组成。

为了降低有害气体的排放，安装了排气净化装置，主要包括三元催化转换器、柴油机微粒过滤器、排气再循环系统、汽油蒸发控制系统、曲轴箱强制通风系统等。

2.排气歧管

如图1-107所示，排气歧管一般由铸铁或球墨铸铁制成，有些车型采用不锈钢排气歧管，原因是不锈钢排气歧管质量轻，耐久性好，同时内壁光滑，排气阻力小。

3.消声器

消声器的功用是降低排气噪声，如图1-108所示。消声器通过逐渐降低排气压力和衰减排气压力的脉动，使排气能量耗散殆尽。

4.排气净化装置

汽车排放的污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO_x）和微粒。为减少有害气体的排放，发动机广泛采用排气净化装置，常用的发动机净化装置有三元催化转换器、柴油机微粒过滤器、排气再循环系统等。

1）三元催化转换器。它是利用催化剂的作用将排气中的CO、HC和NO_x转换为对人体无害的H₂O、CO₂、N₂的一种排气净化装置。三元催化转换器安装在排气歧管后端，如图1-109所示。催化转换器的蜂窝状陶瓷载体中，涂有贵金属铂、铑、钯作为催化剂，最佳工作温度为400～800℃，能将有害气体转换成水和无害的气体。

2）柴油机微粒过滤器。微粒是柴油机排放的突出问题，对车用柴油机排气微粒的处理，主要采用过滤法。微粒过滤器如图1-110所示，滤芯由多孔陶瓷制造，它有较高的过滤效率，排气穿过多孔陶瓷滤芯进入排气管，而微粒则滞留在滤芯上。过滤器工作一段时间后，需及时清除积存在滤芯上的微粒，以恢复过滤器的工作能力和减小排气阻力。

5.其他净化装置

1）排气再循环。英文缩写为EGR，全称Exhaust Gas Recircula-tion，中文译成排气再循环。如图1-111所示，燃烧后的废气通过EGR阀进入进气歧管，再进入气缸进行燃烧。由于废气中含有大量的CO₂，而CO₂不能燃烧却吸收大量的热，使气缸中混合气的燃烧温度降低，从而减少了NO_x的生成量。

2）汽油蒸发控制系统。汽油箱里的燃油随时都在蒸发汽化，若不加以控制或回收，则当发动机停机时，汽油蒸气将逸入大气，造成对环境的污染。汽油蒸发控制系统的功用是将这些汽油蒸气收集和储存在活性炭罐内，在发动机工作时再将其送入气缸燃烧。如图1-112所示，该系统主要由活性炭罐、炭罐电磁阀等组成。

3）曲轴箱强制通风系统。英文缩写为PCV，全称Positive Crankcase Ventilation，中文译成曲轴箱强制通风系统，如图1-113所示。强制式曲轴箱通风系统是防止曲轴箱气体排放到大气中的净化装置，PCV系统主要由PCV阀及通气软管组成。

（六）柴油发动机燃油供给系统

1.作用与组成

柴油发动机燃油供给系统主要作用：在适当的时刻将一定数量的洁净柴油增压后以适当的规律喷入燃烧室；喷油正时和各缸喷油量相同且与柴油机运行工况相适应。喷油压力、雾化质量及其在燃烧室内的分布与燃烧室类型相适应；在每一个工作循环内，各气缸均喷油一次，喷油顺序与气缸工作顺序一致；根据柴油机负荷的变化自动调节循环供油量，以保证柴油机稳定运转，尤其要稳定怠速，限制超速；储存一定数量的柴油，保证汽车的最大续驶里程。

柴油机燃油供给系统主要由燃油箱、油水分离器、燃油精滤器、高压泵、共轨燃油导轨、喷油器、燃油控制单元等部件组成，如图1-114所示。

2.柴油的标号

选用柴油的标号如果不适合使用温度区间，燃油系统就可能结蜡，堵塞油路，影响发动机的正常工作。柴油标号的依据是柴油的凝固点，柴油的标号越低，结蜡的可能性就越小。目前国内应用的轻柴油按凝固点分为6个标号：5＃柴油、0＃柴油、-10＃柴油、-20＃柴油、-35＃柴油和-50＃柴油。选用不同标号的柴油应主要根据使用时的气温确定，见表1-1。

3.汽油机与柴油机的区别

汽油机与柴油机的区别，见表1-2。