汽車基礎知識第1頁，共24頁。一發動機將內能轉化成動能的機構稱之為發動機，汽車發動機的形式主要是以氣缸和活塞作為轉換機構的內燃機。根據燃料以及點火形式的不同可分為汽油機或柴油機，或有以氫氣、天然氣、石油氣為燃料的發動機，其燃燒形式與汽油機差異較小。根據工作循環與活塞沖程特性劃分，又可分為兩沖程與四沖程發動機，本網站涉及的汽車發動機主要是四沖程汽油機或四沖程柴油機。

四沖程汽車發動機主要有氣缸、活塞、活塞連桿、曲軸、配氣機構（氣門、凸輪軸等）、火花塞（汽油機）、缸內噴油嘴（柴油機，以及帶有缸內直噴技術的汽油機）、機油泵及機油循環、水泵及水循環，另有一系列傳感器以及ECU等眾多部件組成。汽油發動機

汽油發動機是以汽油作為燃料的發動機。由于汽油粘性小，蒸發快，可以用汽油噴射系統將汽油噴入氣缸，經過壓縮達到一定的溫度和壓力后，用火花塞點燃，使氣體膨脹做功。汽油機的特點是轉速高，結構簡單，質量輕，造價低廉，運轉平穩。『汽油發動機的工作原理』

與柴油發動機相比，汽油機具有噪聲低，運轉平順、冬季易于啟動、發動機有效轉速范圍大（1000-7000rpm）、響應速度快等特點。

汽油機的缺點是熱效率低于柴油機，油耗較高，點火系統比柴油機復雜，可靠性和維修的方便性也不如柴油機。第2頁，共24頁。

發動機結構簡圖第3頁，共24頁。發動機相關物理量及概念排量活塞從上止點移動到下止點所通過的空間容積稱為氣缸排量；如果發動機有若干個氣缸，所有氣缸工作容積之和稱為發動機排量。一般用升（L）來表示。發動機排量是最重要的結構參數之一，它比缸徑和缸數更能代表發動機的大小，發動機的許多指標都同排氣量密切相關。通常排量大，單位時間發動機所釋放的能量（即將燃料的化學能轉化為機械能）大，也就是“動力性”好第4頁，共24頁。發動機功率和扭矩功率是指物體在單位時間內所做的功。功率越大扭力越大，汽車的拉力也越高,常用最大功率來描述汽車的動力性能。最大功率一般用馬力(PS)或千瓦(kw)來表示，1馬力等于0.735千瓦。功率就是表示物體做功快慢的物理量，物理學里功率P=功W/時間t，單位是瓦w。扭矩是使物體發生轉動的力。發動機的扭矩就是指發動機從曲軸端輸出的力矩。在功率固定的條件下它與發動機轉速成反比關系，轉速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽車在一定范圍內的負載能力。第5頁，共24頁。發動機分類和原理分類汽油發動機和柴油發動機四沖程汽油機往復活塞式內燃機所用的燃料主要是汽油(gasoline)或柴油(diesel)。由于汽油和柴油具有不同的性質，因而在發動機的工作原理和結構上有差異。

一.四沖程汽油機工作原理

汽油機是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在吸氣沖程被吸入汽缸，混合氣第6頁，共24頁。經壓縮點火燃燒而產生熱能，高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動活塞作往復直線運動，通過連桿、曲軸飛輪機構對外輸出機械能。四沖程汽油機在進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程內完成一個工作循環。

(1)吸氣沖程(intakestroke)

活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時進氣門開啟，排氣門關閉，曲軸轉動180°。在活塞移動過程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內氣體壓力從pr逐漸降低到pa，汽缸內形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進氣門被吸入汽缸，并在汽缸內進一步混合形成可燃混合氣。由于進氣系統存在阻力，進氣終點(圖中a點)汽缸內氣體壓力小于大氣壓力0p，即pa=(0.80～0.90)0p。進入汽缸內的可燃混合氣的溫度，由于進氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340～400K。

(2)壓縮沖程(compressionstroke)

壓縮沖程時，進、排氣門同時關閉。活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉動180°。活塞上移時，工作容積逐漸縮小，缸內混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達壓縮終點時，其壓力pc可達800～2000kPa，溫度達600～750K。在示功圖上，壓縮行程為曲線a～c。

(3)做功沖程(powerstroke)

當活塞接近上止點時，由火花塞點燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力pZ達3000～6000kPa，溫度TZ達2200～2800K。高溫高壓的燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，并通過曲柄連桿機構對外輸出機械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，到達b點時，其壓力降至300～500kPa，溫度降至1200～1500K。在做功沖程，進氣門、排氣門均關閉，曲軸轉動180°。在示功圖上，做功行程為曲線c-Z-b。

(4)排氣沖程(exhauststroke)

排氣沖程時，排氣門開啟，進氣門仍然關閉，活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉動180°。排氣門開啟時，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統的阻力作用，排氣終點r點的壓力稍高于大氣壓力，即pr=(1.05～1.20)p0。排氣終點溫度Tr=900～1100K。活塞運動到上止點時，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。第7頁，共24頁。第8頁，共24頁。第9頁，共24頁。發動機布局發動機可以說是汽車上最重要的部分，而它的布置形式對于汽車的性能具有重大影響。對于轎車來說，發動機的布置位置可以簡單的分為前置、中置和后置三種。目前市面上大多數車型都是采用的前置發動機，中置和后置發動機只在少數的性能跑車上使用。

當然根據發動機放置形式，也可分為橫置、縱置發動機

前置發動機

前置發動機，即發動機位前輪軸之前。前置發動機的優點是簡化了車子變速器與驅動橋的結構，特別是對于目前占絕對主流的前輪驅動車型而言，發動機將動力直接輸送到前輪上，省略了長長的傳動軸，不但減少了功率傳遞損耗，也大大降低了動力傳動機構的復雜性和故障率。第10頁，共24頁。第11頁，共24頁。中置發動機中置發動機，即發動機位于車輛的前后軸之間，一般駕駛艙位于發動機之前或之后。可以這么說，中置發動機的汽車肯定是后輪驅動或者四輪驅動。

汽車在轉彎時，汽車各個部分因為慣性都會向彎外移動，引擎是質量最大的部分，所以引擎因慣性而對車體的作用力對汽車在彎中的轉向有至關重要的影響。發動機中置的特點就是將車輛中慣性最大的發動機置于車體的中央，這樣可以使車身重量分布接近理想平衡狀態。一般來說，只有那些超級跑車或者講究駕駛樂趣的跑車才采用中置發動機。當然中置發動機也有缺點，由于發動機中置，導致車廂狹窄，不能布置較多座位，另外，由于駕乘人員離發動機太近，因此噪聲較大。但是，只追求汽車駕馭性能的人們，是不會再乎這些的，甚至一些人更愿意聽到發動機咆哮的轟鳴聲。第12頁，共24頁。第13頁，共24頁。后置發動機一般來說，最純正的后置發動機就是將發動機布置在后軸之后，最有代表性的就是大客車，而后置發動機的乘用車屈指可數，最有代表性的就是保時捷911，當然smart也是后置發動機。第14頁，共24頁。第15頁，共24頁。橫置發動機橫置發動機是指發動機和汽車前橋平行。簡單的講就是你站在車頭前面向發動機，如果發動機橫著放在你眼前，就是橫置發動機。一般來說，前驅的緊湊型轎車、大多數的中級轎車和少數高級轎車都采用了橫置發動機的布置方式。優點：

橫置發動機的曲軸、變速器的輸入輸出軸以及車橋都是平行的，所以如果是前驅車的話，最適合的就是前橫置發動機，動力傳輸距離短，方向一致，因此傳動效率較高。

另一方面，由于橫置發動機占用的縱向空間小，可以極大限度縮短了發動機艙的縱向空間，換來的是寬敞的駕乘空間，尤其是前排乘客的腿部拓展的空間。這對于尺寸有限的緊湊型轎車來講尤為重要。缺點：

前后重量分布不平衡的問題則橫置發動機的最大缺陷，由于橫置發動機發動機曲軸變速箱輸入軸平行連接在一起的，使其可以布置在發動機前軸之前，但是這些重量最重的汽車部件全部集中在車頭前方就使得前軸負荷過大，從而容易出現轉向不足的情況，而頭重腳輕的前后軸配重也會在高速過彎時使車尾的后輪缺乏重壓，某些軸荷分配不合理的橫置發動機轎車甚至達到了前70%后30%，其性能可想而知。

另一方面，由于橫置發動機變速器安裝位置過于偏向一側的原因，其驅動軸是一長一短的，當巨大的驅動力作用在不等長的傳動軸上時，會使車兩個前輪有轉速差，從而導致急加速時車頭有左右擺動現象，也就是我們常說的扭力轉向，這一點在大排量前置前驅車型上尤為明顯。第16頁，共24頁。第17頁，共24頁。縱置發動機縱置發動機是指發動機與汽車的前橋垂直，簡單的講就是你站在車頭前面向發動機，如果發動機豎著放在你眼前，那就是縱置式發動機。一般來說后驅車都采用了縱置發動機，因為動力要傳遞到后橋上，在傳動距離無法縮短的情況下，就要盡可能減少動力的方向轉換。如果采用橫置的話，因為曲軸和傳動軸的方向垂直，所以先要轉換一次方向，以通過傳動軸傳輸動力，但是傳動軸的方向和后橋的方向也是垂直的，所以在后橋需要再將旋轉方向轉換過來，這無疑降低了傳動系統的效率。而使用縱置發動機就可以使得曲軸與傳動軸平行，減少了一次傳動方向的轉換，無疑是降低了能量的損失。

另一方面縱置發動機可以讓變速器的位置盡量向后伸，使動力總成的重心位于前橋之后，這樣可以讓車身前后重量更加平均。

在縱置發動機平臺上，還有一個比較特殊的例子，這就是使用縱置發動機前輪驅動的奧迪。雖然奧迪使用縱置發動機更多是為了照顧Quattro這個傳統，但是其縱置發動機前輪驅動發動機的布局同樣可以帶來不錯的前后配重比。這種布置可以將發動機縱向布置在汽車前軸之前，與發動機直接相連的變速箱就會受到發動機艙空間的限制，就要布置在前軸之后，變速箱的輸入軸與發動機曲軸圍繞同一軸線轉動，對于承受著發動機和變速箱重量的車前軸來說，他就像是天平的支點，發動機和變速箱分布在前軸的前后兩側，使得前軸承受的發動機和變速箱重量分布更加均勻，重心配比更為合理，雖然還是會有前驅車的推頭現象，但是其配重比要明顯優于普通橫置發動機車型，例如前驅的奧迪A4的前后配重比就達到了較完美的55：45。

不過縱置發動機也有缺點，由于縱置致使發動機占用發動機艙較長的空間，導致駕乘空間有所損失。

第18頁，共24頁。第19頁，共24頁。反置發動機“反置”是橫置發動機的一種特殊布置方式，通常的橫置發動機排氣歧管在前，進氣歧管在后的布置方式，簡單的說就是“前出后進”，如果將進排氣的位置調換，將進氣歧管置于前端，排氣歧管置于后部，變成“前進后出”，就是所謂的“反置”了。只有橫置發動機才有“正反置”之說，縱置發動機進排氣歧管在左右兩端，互換并沒有什么差別，所以是沒有這樣的說法的。在我們周圍采用反置發動機的車子有很多，福特福克斯、蒙迪歐致勝、馬自達睿翼、藍瑟翼神、以及新君威2.4等車型上使用的都是反置式發動機。第20頁，共24頁。第21頁，共24頁。

反置式發動機的優勢在于進氣歧管處在迎風面，能夠更好的降低進氣溫度，溫度的下降使空氣密度提高，單位體積內的氧含量也隨之提升，能夠使燃燒更加充分，提高效率，有效降低油耗。對于非缸內直噴的發動機而言，反置式的布置使得供油管路也隨進氣歧管的移到了前方，有更好的散熱效果。而排氣歧管后移的設計，使排氣管不再經過發動機下方，可以使發動機位置整體下移，有效降低重心提升操控表現，并且排氣管與發動機距離更遠，降低了散熱系統的熱負荷，也避免了高溫尾氣對油底殼的影響，不再“曲折”的管路使得排氣阻力大大降低，排氣更加順暢，效率更高，發動機在高轉速時能夠輸出更高的功率。第22頁，共24頁。

不過，反置發動機也并非完美，首先排氣管位置的后移使之更加靠近乘員艙，高溫和排氣噪音很容易滲透到乘員艙，所以為了減少高溫和噪聲的影響，就需要花更多的成本在防火墻等位置做隔熱隔音的處理。另一個缺點是，反置發動機順暢的排氣管路減小了排氣管內的回壓，使得發動機低轉速時的排氣效率降低，進而影響進氣的效率，進氣歧管內的混合氣常常不能被完全吸入氣缸內，也容易造成混合氣密度不均、燃油燃燒不夠充分等情況，而未進入氣缸而吸附在進氣管壁和氣門上的細小油滴也很容易在高溫環境下形成積碳。這就是反置式發動機通常在低轉速時的動力輸出較弱的原因，也是很多使用反置發動機的車型容易產生積碳的主要因素之一。

不過，隨著可變長度進氣歧管以及目前主流的可變正時氣門技術、正在逐漸興起的缸內直噴技術的應用，反置發動機的弱勢正在被逐漸改善。可變正時氣門技術使“氣流及氣門開關”對于傳統多點電噴發動機混合氣濃度的不利影響大大降低，而直噴技術的應用則進一步削弱了氣門開關和歧管