汽车引擎如何工作

任何往复式内燃机背后的原理是：如果你在一个小而封闭的空间里放入少量的高能量密度燃料（如汽油）并点燃它，就会以膨胀气体的形式释放出惊人的能量。

你可以将这种能量用于有趣的目的。举个例子，如果你能创造一个循环让你能像这样每分钟引爆数百次，如果你能以一种有用的方式利用这些能量，你就拥有了汽车引擎的核心。

几乎每一辆装有汽油发动机的汽车都使用四冲程燃烧循环把汽油转化为动力。四冲程法也称为四冲程法奥托循环奥托在1867年发明了它。这四笔画在动画．它们是:

活塞连接在曲轴由一个连杆. A.s the crankshaft revolves, it has the effect of "resetting the cannon." Here's what happens as the engine goes through its cycle:

现在引擎已经为下一个循环做好了准备，所以它会吸入另一股空气和汽油。

在发动机中，活塞的直线运动通过曲轴转化为旋转运动。这种旋转运动很好，因为我们打算用它来转动汽车的轮子。

现在，让我们看看所有一起工作以实现这一点的部件，从气缸开始。

发动机的核心是气缸，活塞在气缸内上下运动。单缸发动机是大多数割草机的典型，但通常汽车有一个以上的汽缸(四缸，六缸和八缸是常见的)。在多缸发动机中，气缸通常以三种方式之一布置:内联，V或平（也称为水平对置或拳击手），如左图所示。

我们一开始提到的直列四缸发动机是四个汽缸排成一列。不同的配置在光洁度、制造成本和形状特性方面有不同的优缺点。这些优点和缺点使它们更适合某些车辆。

让我们更详细地看看一些关键的引擎部件。

火花塞

的火花塞提供点燃空气/燃油混合物的火花，以便发生燃烧。火花必须发生在适当的时候，事情才能正常运转。

阀门

进气阀和排气阀在适当的时候打开，让空气和燃料进入，让废气排出。注意，在压缩和燃烧过程中，两个阀门都是关闭的，这样燃烧室是密封的。

活塞

活塞是一种圆柱形金属，在气缸内上下运动。

活塞环

活塞环在活塞外缘和气缸内缘之间提供滑动密封。戒指有两个用途:

大多数“燃烧机油”并且每1000英里必须添加一夸脱机油的汽车都在燃烧机油，因为发动机太旧，活塞环无法正确密封。许多现代车辆使用更先进的材料制造活塞环。这就是为什么发动机持续时间更长，并且可以在两种发动机之间运行更长时间的原因之一换油．

连杆

连杆将活塞连接到曲轴上。它可以在两端旋转，以便其角度可以随着活塞移动和曲轴旋转而变化。

曲轴

曲轴把活塞的上下运动变成圆周运动，就像玩偶盒上的曲柄一样。

油底壳

油底壳包围曲轴。它含有一定量的水油，聚集在油底壳(油底壳)的底部。

接下来，我们将了解引擎会出什么问题。

所以某天早上你出去，引擎会转动，但它发动不了。有什么问题吗?既然你已经知道了引擎是如何工作的，你就能理解让引擎停止运转的基本要素了。

有三件基本的事情可能发生:一件坏事燃料混合,缺乏压缩或缺乏火花. 除此之外，成千上万的小事情可能会产生问题，但这些都是“三大问题”。基于我们一直在讨论的简单引擎，下面简要介绍这些问题如何影响您的引擎：

燃料混合不良可以以几种方式发生:

缺乏压缩:如果充入的空气和燃料不能被适当压缩，燃烧过程就不会像它应该的那样工作。压缩不足可能会出现以下原因:

气缸中最常见的“孔”发生在气缸的顶部(夹住气门和火花塞又称气缸头)连接到气缸本身。一般情况下，气缸与气缸盖用薄螺栓连接在一起垫片压在它们之间以确保良好的密封。如果密封垫损坏，气缸和气缸盖之间会出现小孔，这些小孔会导致泄漏。

缺乏火花:火花可能不存在或微弱，原因有几个：

许多其他事情可能会出错。例如：

在一个正常运行的引擎中，所有这些因素都工作得很好。完美并不是引擎运转的必要条件，但你可能会注意到事情并不完美。

如你所见，发动机有许多系统来帮助它把燃料转化为动力。在接下来的几节中，我们将研究引擎中使用的不同子系统。

大多数发动机子系统可以使用不同的技术实现，更好的技术可以提高发动机的性能。让我们看看现代发动机中使用的所有不同的子系统，从气门机构开始。

气门机构由气门和一个开启和关闭气门的机构组成。这种启闭系统称为a凸轮轴. 凸轮轴上有凸轮，可上下移动气门，如中所示图5．

大多数现代发动机都有所谓的架空凸轮. 这意味着凸轮轴位于气门上方，如图5所示。轴上的凸轮直接或通过一个很短的连杆机构启动气门。旧发动机使用位于曲轴附近油底壳中的凸轮轴。

一个正时皮带或正时链条将曲轴连接到凸轮轴，使气门与活塞同步。凸轮轴以曲轴一半的速度转动。许多高性能发动机每个气缸有四个气门（两个用于进气，两个用于排气），这种布置要求每个气缸组有两个凸轮轴，因此称为“双顶置凸轮”

的点火系统(图6)产生高压电荷，并通过点火电线．电荷首先流向a经销商你可以在大多数汽车的引擎盖下很容易找到它。分配器有一根导线在中心，四根、六根或八根导线(取决于气缸的数量)从中间出来。这些点火电线给每个火花塞充电。发动机正时，以便一次只有一个气缸接收来自分配器的火花。这种方法提供了最大的平滑度。

在下一节中，我们将介绍您的汽车发动机如何启动、冷却和循环空气。

的冷却系统大多数汽车由散热器和水泵组成。水在圆柱体周围的通道中循环，然后通过散热器冷却。在一些车里(最明显的是1999年以前的大众甲壳虫)，以及大多数摩托车而割草机的发动机则采用了风冷发动机(你可以通过装饰在发动机气缸外侧的散热翼来判断是否是风冷发动机)。空气冷却使发动机更轻但更热，一般降低发动机寿命和整体性能。

现在，您知道了发动机保持冷却的方式和原因。但为什么空气循环如此重要？大多数汽车都是正常吸气，这意味着空气通过空气过滤器直接进入钢瓶。高性能和现代节能发动机涡轮增压或增压，这意味着首先对进入发动机的空气进行加压（以便将更多的空气/燃油混合气挤入每个气缸），以提高性能。增压量称为提高. A.涡轮增压器使用一个连接在排气管上的小涡轮在进气流中旋转压缩涡轮。增压器直接连接到发动机，以旋转压缩机。

由于涡轮增压器是重复利用热废气旋转涡轮和压缩空气，它增加了功率较小的发动机。因此，一个低油耗的四缸发动机可以看到马力，你可能会期待一个六缸发动机输出，同时获得10%到30%的燃油经济性。

提高引擎的性能是很棒的，但是当你转动钥匙启动引擎时，会发生什么呢?的起动系统由一个电动启动马达和一个起动机电磁．当你转动点火钥匙时，启动马达会使发动机旋转几圈，这样燃烧过程就可以开始了。要使一个冷引擎转动，需要一个强大的马达。启动电机必须克服:

因为需要如此多的能量，而且因为汽车使用12伏的电力系统，数百安培的电流电必须流入起动电机。启动螺线管本质上是一个大型电子开关，可以处理这么大的电流。当你转动点火钥匙时，它会激活螺线管，给电机供电。

接下来，我们将看一看发动机子系统，这些子系统维护输入（机油和燃油）和输出（排气和排放）。

当谈到日常的汽车保养时，你首先关心的可能是你车里的汽油量。你放在钢瓶里的气体是如何为钢瓶提供动力的？引擎坏了燃油系统从储气罐中泵出气体，并将其与空气混合，以便适当的空气/燃油混合物可以流入气缸。现代车辆的燃油输送有两种常见方式：端口燃油喷射和直接燃油喷射。

在一个燃油喷射在发动机中，将适量的燃油单独喷射到每个气缸中，即在进气阀正上方（端口燃油喷射）或直接喷射到气缸中（直接燃油喷射）。较旧的车辆是化油器，当空气流入发动机时，气体和空气通过化油器混合。

石油也扮演着重要的角色。的润滑系统确保发动机的每一个运动部件都有润滑油，使其运动自如。需要加油的两个主要部件是活塞(这样它们就可以很容易地在汽缸里滑动)和任何轴承，比如曲轴和轴承凸轮轴自由旋转。在大多数汽车中，油是由油泵从油底壳中吸出来的，通过滤油器除去任何粗砂，然后在高压下喷到轴承和汽缸壁上。然后油滴入油底壳，在那里再次被收集，循环往复。

现在你知道了你放的一些东西在里面你的车，让我们看看从车里出来的东西。的排气系统包括排气管和排气管消声器．如果没有消声器，你就会听到成千上万的小爆炸声从你的排气管中发出。消音器会减弱声音。

的排放控制系统在现代汽车中，汽车由两部分组成催化转化器一组传感器和执行器，以及一台监控和调整一切的电脑。例如，催化转换器使用催化剂和氧气来燃烧废气中未使用的燃料和某些其他化学物质。一个氧传感器在排气流中，确保有足够的氧气供催化剂工作，并在必要时进行调整。

除了汽油，你的车还有什么动力？电气系统由一个电池和交流发电机．交流发电机通过皮带与发动机相连，产生电力为电池充电。的电池使12伏的电力，在汽车上的一切需要电力(点火系统，收音机，前灯，挡风玻璃刮水器，电动窗和座位,电脑等)通过车辆的电线。

现在，您已经了解了所有关于主发动机子系统的信息，让我们看看提高发动机性能的方法。

使用所有这些信息，你就会发现有许多不同的方法可以让引擎运行得更好。汽车制造商经常玩弄以下所有变量，以使发动机更强大和/或更省油。

增加位移:更大的排量意味着更大的动力，因为你可以燃烧更多的汽油在每次旋转的引擎。你可以通过增大气缸或增加更多气缸来增加位移。十二个汽缸似乎是实际的极限。

增加压缩比：在一定程度上，更高的压缩比会产生更大的功率。然而，压缩空气/燃油混合物的次数越多，它就越有可能自发燃烧（在火花塞点燃之前）。高辛烷值汽油可以防止这种早期燃烧。这就是高性能汽车通常需要高辛烷值汽油的原因——它们的发动机使用更高的压缩比来获得更大的动力。

往每个圆柱体里塞更多的东西:如果你能在一个给定尺寸的汽缸中塞进更多的空气(也就是燃料)，你就能从汽缸中获得更多的动力(就像你增大汽缸的尺寸一样)，而不会增加燃烧所需的燃料。涡轮增压器增压器对进入的空气加压，有效地将更多的空气塞进气缸。

冷却进来的空气:压缩空气会提高它的温度。然而，你希望汽缸内的空气尽可能的凉爽，因为空气越热，当燃烧发生时，它的膨胀就越小。因此，许多涡轮增压和增压汽车都有中间冷却器. 中冷器是一种特殊的散热器，压缩空气通过它在进入气缸之前进行冷却。

让空气更容易进入：当活塞在进气冲程中向下运动时，空气阻力会夺走发动机的动力。在每个气缸里装两个进气阀可以大大减少空气阻力。一些较新的汽车也使用抛光进气歧管，以消除空气阻力。更大的空气过滤器也可以改善空气流量。

让排气更容易出口:如果空气阻力使它难以耗尽要退出气缸，它会剥夺发动机的动力。通过在每个气缸上增加第二个排气阀，可以减小空气阻力。有两个进气门和两个排气门的汽车每个气缸有四个气门，这提高了性能。当你听到一个汽车广告告诉你汽车有四个气缸和16个气门时，广告上说的是发动机每个气缸有四个气门。

如果排气管过小或消声器有很大的空气阻力，这就会造成背压，这也是同样的效果。高性能排气系统采用集管、大尾管和自由流动消声器来消除排气系统中的背压。当你听说一辆汽车有“双排气管”时，你的目标是通过有两个而不是一个排气管来改善排气流量。

让一切变得更轻：重量轻的部件有助于发动机性能更好。每当活塞改变方向时，它就会消耗能量停止一个方向的运动，并启动另一个方向的运动。活塞越轻，消耗的能量就越少。这导致更好的燃料效率和更好的性能。

注入燃料:燃油喷射允许对每个气缸的燃油进行非常精确的计量。这将提高性能和燃油经济性。

在下一节中，我们将回答读者提出的一些与引擎相关的常见问题。

以下是读者提出的一组与发动机相关的问题及其答案：

发动机的气缸数是影响发动机整体性能的重要因素。每个汽缸都有一个活塞，活塞在里面泵，这些活塞连接并转动曲轴。泵送的活塞越多，在任何给定时刻发生的燃烧事件就越多。这意味着可以在更短的时间内产生更多的电力。

四缸发动机通常采用“直”或“直列”配置，而六缸发动机通常采用更紧凑的“V”形状，因此被称为V6发动机。V6发动机是美国汽车制造商的首选，因为它们既强大又安静，但涡轮增压技术使四缸发动机更强大，对买家更具吸引力。

从历史上看，美国汽车消费者对四缸发动机嗤之以鼻，认为它们速度慢、性能弱、不平衡、加速能力差。然而，当本田（Honda）和丰田（Toyota）等日本汽车制造商在20世纪80年代和90年代开始在汽车上安装高效四缸发动机时，美国人对紧凑型发动机有了新的认识。丰田凯美瑞（Toyota Camry）等日本车型的销量开始迅速超过美国同类车型

现代四缸发动机使用更轻的材料和涡轮增压技术，如福特的EcoBoost发动机，以eke V-6性能从更高效的四缸发动机。先进的空气动力学和技术，如马自达在其SKYACTIV设计，降低了这些小型涡轮增压发动机的压力，进一步提高了它们的效率和性能。

至于V6发动机的未来，近年来四缸发动机和V6发动机之间的差距已大大缩小。但V-6发动机仍然有其用途，不仅在高性能汽车上。用于牵引拖车或拖运货物的卡车需要V-6的动力才能完成这些工作。在这些情况下，权力比效率更重要。

最初出版:2000年4月5日