汽车基础及机械构造.doc

1、汽车基础(1)汽车的基本结构现代汽车是由多个装置和机构组成的。不同型号、不同类型及不同厂家生产的汽车其基本构造都是由发动机、底盘、电器设备和车身四大部分组成。（一）发动机发动机是为汽车行使提供动力的装置。其作用是使燃料燃烧产生动力，然后通过底盘的传动系驱动车轮使汽车行驶。发动机主要有汽油机和柴油机两种。现代汽车广泛采用往复活塞式内燃发动机。它是通过可燃气体在汽缸内燃烧膨胀产生压力，推动活塞运动并通过连杆使曲轴旋转来对外输出功率的。主要包括两大机构和五大系统，它们是曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、点火系统（汽油发动机）、起动系统、冷却系统和润滑系统组成。柴油发动机的点火方式为压燃式，所以无点火系。1、曲柄连杆机构主要由缸体、活塞环、连杆、曲轴和飞轮等组成。缸体上部为汽缸、下部为曲轴箱。活塞位于汽缸内。活塞环用来填充汽缸与活塞之间的间隙，防止汽缸内的气体泄漏到曲轴箱内。曲轴安装于曲轴箱内。飞轮固定于曲轴后端，伸出到发动机缸体之外，负责对外输出动力。连杆用来连接活塞与曲轴，负责传递两者之间的动力与运动。汽车发动机是多缸发动机，活塞与连杆的数目与缸数相同，但曲轴只有一根。2、配气机构该机构主要由凸轮轴、气门及气门传动件组成。每一个汽缸都有一个进气门和排气门，分别位于进、排气道口，负责封闭和开放进、排气道。凸轮轴通过正时齿轮或者齿型皮带由曲轴驱动而转动，通过气门传动组件定时将气门打开，将新鲜液体充入汽缸或者将燃烧后的废气排除汽缸。3、汽油机燃料供给系统主要由空气滤清器、化油器（或者燃油喷射装置）、进气管、排气管、消声器、汽油泵和汽油箱组成。主要功用是将汽油雾化、蒸发后，与空气混合成不同浓度的可燃混合气充入汽缸，供燃烧使用。同时，将燃烧后的废气排除汽缸。进入汽缸内的混合气量由驾驶员通过加速踏板控制，以满足发动机不同负荷的需要。4、柴油机燃料供给系统主要由空气滤清器、进气管、排气管、消声器、柴油箱、输油泵、喷油器等组成。通过空气滤清器和进气管进入汽缸内部的是空气。柴油箱内的柴油被油泵抽出并进入喷油泵，经喷油泵加压后，通过喷油器直接以雾状喷入汽缸燃烧室内。柴油在燃烧室内完成蒸发、混合后自燃。燃烧后的废气则由排气管排出汽缸。驾驶员通过加速踏板根据发动机负荷的大小，控制每次喷入汽缸的柴油量。5、点火系统点火系统为汽油机独有，由蓄电池、点火开关、分电器总成、点火线圈、高压线和火花塞组成。火花塞位于汽缸燃烧室。该系统的主要作用是使火花塞按时产生电火花，将汽缸内的可燃混合气点燃而做功。柴油机的燃烧方式为自燃(压燃)，不设点火系。6、冷却与润滑系统冷却系与润滑系负责保护发动机正常工作，使发动机有一个较长的使用寿命。冷却系主要由水泵、散热器、风扇、水套和节温器等组成，负责使发动机有一个合适的工作温度。润滑系由机油泵、机油滤清器、主油道和油底壳组成，在发动机上起润滑、冷却、清洁和密封等作用。7、起动系统主要由蓄电池、起动控制与传动机构和起动机（马达）等组成，用来起动发动机，使其投入运转。（二）底盘底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证正常行驶。底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系组成。 1、传动系传动系由离合器、变速器、万向传动装置和驱动桥组成，用来将发动机输出的动力传给驱动轮，并使之适合与汽车行驶的需要。离合器固定于发动机飞轮后端面，并和变速器相连。离合器经常处于接合状态。当驾驶员踩下离合器踏板时，离合器分离，动力传递中断，以便进行起步、换档和制动等项作业。离合器还可通过打滑对传动系实行过载保护。 变速器上设有若干个前进挡和一个倒挡，各挡传动比都不相同，可以满足汽车在不同行驶阻力和不同车速下的需要。倒挡可以使汽车实现倒驶。“空挡”可以将动力传递中断。 万向传动装置位于变速器和驱动桥之间，将变速器输出的动力传至驱动桥。驱动桥由主减速器、差速器、半轴和桥壳组成，其中有一个桥（多半是后桥）是驱动桥，驱动汽车，而另一个桥（多半是前桥）为从动桥，不起驱动作用。但越野汽车所有的车桥都是驱动桥，因此在变速器后面设有分动器，负责向各桥分配动力。2、行驶系行驶系是汽车的基础，由车架、车桥、车轮与轮胎以及位于车桥和车架之间的悬挂装置组成。车架是汽车的装配基体，将整个汽车装成一体。车桥与车轮负责汽车的行驶，悬挂装置将车桥安装于车架，起到传力、导向和缓冲减震的作用。行驶系除影响汽车的操纵稳定性外，还对汽车的乘座舒适性起重要影响。3、转向系转向系用来改变或者恢复汽车的行驶方向。它是通过使前轮相对与汽车纵向平面偏转一定的角度来实现转向的。转向系主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机组成。4、制动系制动系的作用是使行进中的汽车迅速减速直至停车，是停放的汽车可靠地驻留原地不动。行车制动装置由设在每个车轮上的制动器和制动操纵机构组成，由驾驶员通过制动踏板来操纵。驻车制动装置的制动器有装在变速器第二轴上的，但大多数是与后桥制动器合一的，驻车制动器由手操纵杆来操纵。（三）车身车身容纳驾驶员、乘客和货物，并构成汽车的外壳。载重汽车车身由驾驶室和货厢组成，客车与轿车的车身由统一的外壳构成。其他专用车辆还包括其他特殊装备等。车身还包括车门、窗、车锁、内外饰件、附件、座椅及车前后钣金件等。（四）电器设备电器设备由电源和用电设备组成。电源包括发电机和蓄电池。用电设备的内容很多，不同车型不太一样，主要有点火系、起动系、照明、仪表信号系统、空调以及其他用电设备等。(2)轿车的结构特点1、发动机布置与驱动形式常见下面几种，驱动形式都为42。1) 发动机前置后桥驱动：大型和很多中型轿车都采用这种方式。重心位置合理，驱动与附着可靠，操纵机构简单，但由于传动轴的存在，又避免由于过于抬高地板的高度使重心高度增加，常将地板中央凸起，导致后排中间座位乘座不舒适。但这种方式仍然是一种很好的驱动方式。2) 发动机前置前桥驱动：很多中、小型轿车采用这种形式。一种是发动机横置，另一种则为发动机纵置。该形式结构简单、紧凑。不设传动轴可降低重心和车厢底板高度，有助于提高乘坐舒适性和行驶稳定性。前桥驱动的汽车上坡时前轮附着力减少，不能够获得足够的牵引力。3) 发动机后置后桥驱动：见于某些微型轿车。发动机位于后桥后部，除散热不良外，操纵机构也较复杂。应用不广泛。2、车身与外形大型轿车多采用非承载式车身。车身不承载发动机、底盘及各部件的重力。这种轿车设有车架，车身通过弹位装置安装于车架上。这种形式的轿车乘坐舒适，隔振性好。但结构复杂，重量增加，价格较贵。中、小型轿年多采用承载式车身结构，不设车架，发动机和底盘等部件直接安装于车身上。结构简单、重量轻、价格便宜、应用越来越广泛。轿车外形种类很多、但不论何种外展，都必须具有优良的行驶稳定性，以利轿车高速行驶。友好的外形还必须使轿车各部件布置合理，具有尽量大的乘坐空间和行李厢容积。除此之外，还应美观大方，色彩光亮，具有时代特点，符合人们的审美观念。1) 三厢式结构：是应用最为广泛的一种形式。前厢安置发动机，中厢为乘座空间，后厢是行李厢，可分成船型和楔型两种。船型为传统型，高雅、气派、大方，为高级轿车广泛采用，楔型具有优良的空气力学性能，外形具有时代感。2) 两厢式结构：没有专门的行李厢；只是在乘坐厢后排座位之后有一个安放行李的空间。车身短小、停车方便，机动灵活，非常适合于市内行驶。在交通拥挤的现在，有着很大的实用性。3) 斜背式结构：介于两厢与三厢结构之间，车身接近于流线型。4) 旅行轿车结构：在三厢基础上将行李厢向上扩大并和乘座厢打通成一个统一的空间。能容纳更多的行李，适合于远距离行驶。5) 客货两用车结构：在三厢式轿车基础上改装而成，主要用来载客，也可用来载少量货物。适合于私人家庭使用。6) 越野客车外形结构：为了缩小前、后悬和具有较大的接近角和离去角，都采用两厢式结构，第二排座位后面设有可折叠座椅，既可载人，又可载物。轿车的乘坐空间大小对乘客的安全性是很重要的。乘坐空间越大，发生事故时乘客受到的伤害就越小。3、发动机排量几乎所有轿车都采用汽油机。发动机排量越大，发动机功率越大，除了使轿车具有较高的行驶速度和良好的加速能力外，还可以装置更多的附属装置。轿车也可以做得更大更宽敞，使乘坐更舒适。但经济性较差，价格也高。微型轿车由于追求低成本低油耗，发动机排量较小。4、底盘中、小型轿车仍然大量采用机械式传动系。而很多大型轿车都采用了液力机械传动。轿车悬挂多为独立式悬挂、制动装置大多采用双管路液压制动装置或者真空助力液压制动装置。制动器大多采用前盘后鼓式、轮胎为超低压胎，具有优良的弹性。(3)发动机的结构特点发动机是汽车的动力装置，性能优劣直接影响汽车的使用性能，发动机类型很多，结构各异，以适应不同车型的需要。一、 按使用燃料不同分类按发动机使用燃料不同，发动机分成汽油发动机和柴油发动机两大类。1、汽油发动机体积小、重量轻、价格便宜；起动性好，最大功率时的转速高；工作中振动及噪声小；适合于中、小型汽车尤其是高速汽车的使用。汽油机由于受到爆燃的限制，压缩比不可能过高，热效率和经济性都不如柴油机。汽油机混合气主要是在过气管道内形成后进入汽缸，压缩接近终了时由火花塞点燃。驾驶员通过加速踏板控制进人汽缸内的混合气量来控制发动机的负荷、称之为量调节。汽油机的燃料供给系和点火系是汽油机上发生故障比例较高的部位。汽油机废气排放中的有害成分物一氧化碳、碳氯化合物和氮氧化物等要高于柴油机，但随着目前电子控制燃油喷射系统和其他废气净化装置的使用，这方面已大大改善。另外，汽油机的扭矩特性非常适合于汽车的使用，可明显减轻驾驶员的劳动强度。2、柴油机和汽油机相比，柴油机体积大，重量重，价格高，起动性差（尤其是低温时）；工作时振动与噪声较大；超负荷运转时容易冒黑烟。柴油机的特点是：1) 由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机。2) 在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低，适合于载货汽车的使用。3) 柴油机的混合气是汽缸内部形成的，进气道没有节气门，进气阻力小。驾驶员通过加速踏板控制喷油量，来改变发动机的负荷，称之为质调节，由于不存在缺氧问题，废气中一氧化碳和碳氢化合物的含量要小于汽油机。4) 由于不存在点火系以及燃油供给装置故障率低。因此柴油机故障要小于汽油机。5) 柴油机扭矩特性不适合于汽车行驶工况的需要，行驶中档位使用频繁，增加了驾驶员劳动强度。柴油机主要使用于中型和重型汽车上。二、发动机缸数及排列方式发动机排量等于各缸工作容积之和。增加缸数不仅可以增加发动机排量，提高发动机输出功率，还可使发动机运转平稳，减少振动与噪声。现代汽车都采用多缸发动机。微型汽车发动机多为3缸，小型载重汽车、客车和中型以下轿车发动机多为4缸；中型载重汽车、大型轿车及客车发动机多为6缸；重型汽车一般为68缸。6缸以下的发动机汽缸多为单排直列方式；8缸发动机则为V型排列；某些轿车为降低发动机高度，缩短长度，采用V6、V8型排列。微型汽车发动机大多采用3缸斜置的方式。直列式发动机结构简单，价格便宜。缺点是发动机高度较高，长度较长。是采用较多的一种方式。V型发动机高度低，长度短，但是结构复杂，价格较贵，适合于大型发动机。 水冷式发动机缸体均采用整体铸造而成。小型发动机采用铝合金材料，中、大型发动机多为铸铁。汽缸盖用螺栓固定于缸体上平面，除了封闭汽缸构成燃烧室外，还有进、排气道，安装有气门、火花塞和配气机构等。三、汽油机的燃料供给方式1、化油器式燃料供给系汽油机燃料供给系分成化油器式和燃油喷射式两大类 化油器主供油装置的工作原理是：发动机工作时，外界空气在汽缸吸力下经空气滤清器过滤后进入汽缸。空气流经喉管处时由于截面变小流速增加而导致压力下降，形成一定的真空度。浮子室内的汽油就在该真空度的作用下从主喷管喷入进气道内，喷出的汽油被高速气流吹散成雾状，称之为雾化。然后油量以空间蒸发和油膜蒸发的形式，与过气道内的空气混合成混合气进入汽缸。为了达到经济性，主供油装还采用了空气制动的方案。将主喷管置于空气室内，并沿四周开有几排通孔与空气室相通。当节气门开度逐渐增大时，空气孔逐渐与空气相通。不但降低了真空度，使混合气变稀，进入主喷管的空气还有利于汽油的雾化。2、电子控制燃油喷射式燃料供给系化油器式燃料供给装置结构简单、工作可靠、价格便宜、维修方便。但它的最大缺点是不能精确控制混合气的浓度，造成燃烧不完全，废气中有害成分增加，不符合当今环保的严格要求。另外，由于喉管的存在，使进气阻力增加。还存在着各缸分配汽油不均匀，易产生气阻和结冰等现象。为了解决上述这些问题，80年代以电子控制燃油喷射系统在轿车发动机上应用越来越广泛了。（l）电子控制燃油喷射系统的优点：电子控制燃油喷射系统（英文简称EFI）具有下列优点：1) 不论在任何环境条件和发动机处于何种工况下都能精确地控制混合气的浓度、使汽油得到完全充分的燃烧。这大大降低了废气中有害成分的含量，还使发动机具有优良的燃烧经济性。2) 可对供油、点火、温度等进行集中控制，使发动机工作性能提高，发动机输出功率增加，燃料消耗量降低。3) 可使发动机经常处于稳定运转状态，在各种工况下都使汽车根据驾驶员的要求正常行驶。4) 由于不存在喉管，进气阻力小。同时不易产生气阻，向各缸分配汽油均匀等。 燃油喷射系统的缺点是成本高、结构复杂、维修不易等。（2）电子控制燃油喷射系统的分类：1) 按空气量的检测方式分成质量流量方式和速度密度方式两大类。2) 按燃油的喷射方式，有下面两种分类。根据喷射位置，分成进气歧管结合部（SPI）喷射和各进气歧管处（MPI）喷射两种，分别又称为单点喷射和多点喷射。目前广泛采用MPI方式。汽油机点火系汽油点火系大致有三类：触点式点火系、电子点火系、计算机控制的点火系统(4)传动系结构特点传动系位于发动机与驱动轮之间，它可使发动机输出的动力特性适合于在各种工况下汽车行驶的需要，使汽车能正常行驶。最常见的是机械式传动系，液力机械传动系用于大型客车。高级轿车和各类工程车辆上。电力传动比较少见，只用于大型矿山车辆上。（）机械式传动系1、组成 主要由离合器、变速器、万向传动装置和驱动桥（包括主减速器、差速器、半轴和桥壳等）组成、在越野车辆上，还设有分动器。负责将变速器的功力分回给各驱动桥。2、各主要总成的结构特点（1） 离合器：离合器位于发动机飞轮与变速器之间。主动部分（压盘与离合器盖）固定于飞轮后端面，从动部分（摩擦片）位于飞轮与压盘之间，并通过中心的花键孔与变速器第一轴相连。压紧部分位于压盘与离合器盖之间，利用其弹力将摩擦片紧紧地夹在飞轮与压盘之间，主从动部分利用摩擦力矩来传递发动机输出的扭矩。分离机构由安装于离合器盖和压盘上的分离杠杆、套于变速器第一轴轴承盖套筒上的分离轴承以及安装于飞轮壳上的分离叉组成。分离叉通过机械装置或者液压机构与驾驶室内的离合器踏板相连。离合器是经常处于接合状态传递扭矩的，只有将离合器踏板踩了，分离机构将压盘后移与摩擦片分开而呈现分离状态。此时扭矩传递中断，可以进行诸如起步、换档、制动等项操作作业。当汽车传动系过载时，离合器会启动打滑，对传动系实现过载保护。中型以下及部分大型车辆，多采用只有一片摩擦片的单片式离合器，部分大型车辆则采用双片式离合器，离合器的摩擦片直径越大，数目越多，所能传递的扭矩就越大，但分离时需要加在踏板上的力就要大些在摩擦片上还设有扭矩减振器，以使传动系工作更加平稳。传统结构的离合器压紧部分多采用一圈沿四周均布的螺旋弹簧。数目多为816个不等。虽然压紧可靠，但操纵离合器时比较费力，弹力也不容易均匀。还存在轴向尺寸大、高速时压紧力下降等缺点，正逐步被膜片式离合器所取代。目前在中小型甚至在部分大型车辆上，都采用了膜片式离合器。它利用一个碟状的膜片弹簧取代了螺旋弹簧和分离杠杆，不但使轴向尺才减小，而且操纵轻便，不论在何种情况下都能可靠地压紧。离合器的操纵机构是指离合器踏板到分离叉之间的传动部分。大部分汽车采用机械式结构，通过拉杆或者钢丝绳将二者相连。也有一些车辆采用液压机构，通过液力传动来将二者联在一起。（2）变速器：在汽车行驶中，要求驱动力的变化范围是很大的，而发动机输出扭矩的变化范围有限。必须通过变速器来使发动机输出扭矩的变化范围能满足汽车行驶的需要。同时，变速器还应能实现汽车的倒驶和发动机的空转。目前汽车上多采用机械有级式变速器，由变速传动机构（传递和变换扭矩）和变速操纵机构（用来变换档位）组成。一般设有36个前进挡和1个倒档。每一个档位都有一个传动比，可以将发动机输出扭矩增大到和传动比相同的倍数。同时将发动机转速降低到和传动比相同的倍数。挡位越低，传动比越大。因此，当汽车低速行驶需要大扭矩时，可以将变速器挂入低挡，而汽车高速行驶需要小扭矩时，可将变速器挂入高档。在前进档中，有一个档的传动比为1。挂入该挡时变速器第一轴（输入轴）和第二轮（输出轴）初成一体同步转动，发出动力不经变化直接输出，称之为直接挡。直接挡传动效率最高，应经常使用。当变速器不挂入任何挡位，称之为空挡，动力传送中断，实现发动机怠速运转，满足汽车滑行和怠速时的需要。（3）万向传动装置：万向传动装置主要由万向节和传动轴组成，将变速器或者是分动器发出的动力输送给驱动桥。（4）驱动桥：主减速器：用来将变速器输出的扭矩进一步增加，转速进一步降低。对于纵置发动机来说，还将旋转平面旋转90度，变成与车轮平面平行。差速器：驱动桥上设置差速器，可以在必要时允许两侧驱动轮转速不同步，以满足汽车转向、路面不平时行驶的需要。半轴：半轴为两根，每根半轴内端通过花键与半轴齿轮相连，外端与车轮毂相连。桥壳与轮毂：桥壳构成驱动桥的外壳。轮毂是车轮的一部分，通过轮毂将车轮安装于驱动桥上。分动器：全轮驱动的越野汽车上设有分动器，将变速器输出的动力分配给各驱动桥。(5)汽车的悬挂系统悬挂系统是汽车上的一个非常重要的系统。它不但影响汽车的乘坐舒适性（平顺性）、还对其他性能诸如通过性、稳定性以及附着性能都有重大影响，每一个悬架都由弹性元件（起缓冲作用）、导向机构（起传力和稳定作用）以及减震器（起减震作用）组成。但并非所有的悬挂都必须有上述三种元件。只要能起到上述三种作用即可。 1、 悬挂的分类（l）非独立式悬挂：两侧车轮安装于一根整体式车桥上，车桥通过悬挂与车架相连。这种悬挂结构简单，传力可靠，但两轮受冲击震动时互相影响。而且由于非悬挂质量较重，悬挂的缓冲性能较差，行驶时汽车振动，冲击较大。该悬挂一般多用于载重汽车、普通客车和一些其他车辆上。（2）独立式悬挂：每个车轮单独通过一套悬挂安装于车身或者车桥上，车桥采用断开式，中间一段固定于车架或者车身上；此种悬挂两边车轮受冲击时互不影响，而且由于该悬挂质量较经；缓冲与减震能力很强，乘坐舒适。各项指标都优于非独立式悬挂，但该悬挂结构复杂，而且还会使驱动桥、转向系变得复杂起来。采用此种悬挂的有下面两大类车辆。轿车、客车及载人车辆。可明显提高乘坐舒适性，并且在高速行驶时提高汽车的行驶稳定性。越野车辆、军用车辆和矿山车辆。在坏路和无路的情说下，可保证全部车轮与地面的接触，提高汽车的行驶稳定性和附着性，发挥汽车的行驶速度。2弹性元作的种类（1）钢板弹簧：由多片不等长和不等曲率的钢板叠合而成。安装好后两端自然向上弯曲。钢板弹簧除具有缓冲作用外，还有一定的减震作用，纵向布置时还具有导向传力的作用，非独立悬挂大多采用钢板弹簧做弹性元件，可省去导向装置和减震器，结构简单。（2）螺旋弹簧：只具备缓冲作用，多用于轿车独立悬挂装置。由于没有减震和传力的功能，还必须设有专门的减震器和导向装置。（3）油气弹簧：以气体作为弹性介质，液体作为传力介质，它不但具有良好的缓冲能力，还具有减震作用，同时还可调节车架的高度，适用于重型车辆和大客车使用。（4）扭杆弹簧；将用弹簧杆做成的扭杆一端固定于车架，另一端通过摆臂与车轮相连，利用车轮跳动时扭杆的扭转变形起到缓冲作用，适合于独立悬挂使用。3、减震器多采用筒式减震器，利用油液在小孔内的节流作用来消耗振动能量。减震器的上端与车身或者车架相连，下端与车桥相连。多数为压缩和伸张行程都能起作用的双作用减震器，4、导向装置：独立悬挂上的弹性元件，大多只能传递垂直载荷而不能传递纵向力和横向力，必须另设导向装置。如上、下摆臂和纵向、横向稳定器等。5、非独立悬挂：载重汽车前后桥均为非独立悬挂，某些车辆如轿车及客车等，后桥也采用非独立悬挂。每一车轿的非独立悬挂由两组纵向布置的钢板弹簧组成。钢板弹簧的中部固定于车桥，前端与车架或者车身铰接，后端则与车架或者车身通过吊耳铰接或者采用滑板联接。减震器上端与车架较接，下端与车桥校接。载重汽车的后桥多不设减震器。6、独立悬挂类型很多，多采用螺旋弹簧作为弹性元件。扭杆弹簧也用于独立悬挂，分成纵向扭力杆和横向扭力杆两种。独立悬挂虽然优点很多，但会使汽车的转向系、行驶系和驱动桥结构变得复杂。2、汽车是怎样工作的一般人看汽车似乎它是个简单的机器。驾驶员往驾驶座上一坐，按按旋扭，扳扳按键，踩下踏板再松开，就像变魔术似的汽车开跑了。这一切看来如此简单易行，好像我们认为所有这些是理所当然的，根本不必花费脑筋去操心汽车是怎么工作和它怎么会跑的。有很多人买了车，可还不了解他自己的车是怎样工作的。倘若驾车人毫不困难地了解了是什么使车轮让车子在各处走动，那么驾起来就会感到非常有趣和惬意。此外，如果你了解该如何去维护保养它，那对你的车会带来极大的好处。要想让你的车耐用，少出故障，跑起来顺手，那就得注意和了解汽车上各个部分、系统的简单结构和功能；所有操纵件如踏板、按钮和开关等都是干什么用的。汽车的车轮是怎么会转动的？使它转动的力又是从哪儿来的？让我们把机器盖打开，首先映入眼睑的是汽车的心脏发动机。使车轮转动的力就从这里产生的。当然你不会为了了解究竟而将发动机拆开，那么就通过此图来看看发动机的内部，在发动机内部究竟发生了什么事情呢？发动机是将燃料燃烧产生的热能转变成机械能的机器。在每次转换过程中，必须经过进气、压缩、膨胀作功和排出废气四个行程，完成了它的一个工作循环。发动机内部主要运动部件是活塞，它的运动方式有绕自身转动的；也有往复运动的。凡活塞运动往复经过上述四个行程完成一个工作循环的，称之为四行程发动机。经过两个行程完成一个循环的称之为二行程发动机。燃料为汽油的发动机，凡是先使汽油和空气在化油器内混合成混合气再送处气缸，经过上述行程而产生动力的称之为化油器式汽油机；凡将汽油直接喷入气缸或进气管内再与空气混合成混合气，经过上述各行程的，称之为直接喷射汽油机。燃料为柴油的发动机，一般是利用喷油泵将柴油直接喷入气缸，经过与压缩空气相混合后，在高温高压下自动燃烧而产生动力称之为压燃式柴油机。在当今全世界能源短缺和环保的要求下，还有用其他清洁燃料如天然气、液化石油气等的发动机。但其工作原理是相似的。下面让我们具体地谈谈每个行程。混合气如遇到火星就很容易爆炸。在汽车发动机中正是利用这种爆炸所产生的力，将气缸内的活塞从最上的位置推到最下。活塞从最上到最下所走的距离称之为行程。上述的第一个行程收进气行程，活塞被曲轴通过连杆向下拉，混合气通过进气门进入气缸活塞的顶部。第二个行程叫压缩行程，此时进气门和排气门都关闭。活塞向上行，将吸入的混合气再次被曲轴下拉时为止。第三个行程叫作功行程。此时两个气门仍被关闭，由分电器供给的高压电使燃烧室内的火花塞打出火花，点燃混合气，产生爆炸力推动活塞下行，此时气缸内充满炽热的浓烟。待到活塞再次上行时，排气门打开。这些浓烟被活塞挤出气缸燃烧室，进入排气管。这就是最后一个行程称排气地程。之后，发动机又开始了下一个工作循环的第一个行程，如此循环不已地工作下去。为了更进一步了解发动机的工作状况，有必要将其各部件的功能介绍如下：(1)气缸体和气缸盖发动机部件中以气缸体最重，体积最大。它是将发动机各机构、各系统组装成一体的基本部件。气缸体内有几个圆柱形空筒，那是活塞运动的空间，称之为气缸。有几个空筒就叫有几缸。一般有四个的就叫4缸发动机。当然还有更多的，如6缸、8缸甚至12缸的。缸数愈多，发动机的劲头愈大。但是，让活塞在气缸内和缸筒全面接触，它的运动阻力还是不小的。为了减少相互接触的面积，于是在活塞上套上几道活塞环。让活塞环和缸筒壁接触，这就大大地减少了活塞运动的阻力。一般的活塞上有不止一道的活塞环，其中有气环和油环两类。由于缸筒表面经常和高温高压的燃烧气相接触，又有活塞在其上作高速往复运动，因此制造筒的材质必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。为了满足这些要求，一般采用加入少量镍、钼、铬、磷等合金元素的优质合金铸铁，并经珩磨加工，获得粗糙度、形状和尺寸精度很高的工作表面。然而，如果气缸体全部都采用上述优质材料来制造，未免过于浪费了。因为除了这些工作表面外，气缸体的其余部分并没有这样高的要求。所以发动机上都广泛采用活络可拆装的工作表面，即缸套。它本身可用优质材料制造，气缸体则可用普通铸铁或轻合金铸造。缸套以和冷却水接触与否而分干套和湿套两类。后者的优点是铸造方便，拆装容易，冷却效果好。缺点是刚性差，易漏水。在气缸体上部有一个将缸筒盖住的气缸盖。它的主要功用是封闭气缸体上部，并和活塞顶部及缸筒一起构成燃烧室。一般用灰铸铁或合金铸铁以及铝合金制成，内含水套。通过螺栓与气缸体拧在一起。为了密封，在它们之间通常还加一层气缸垫。在气缸盖上每个气缸都有自己的进气门、排气门、火花塞座孔或喷油器座孔以及气门导管孔等。缸盖数量大各种发动机上也不尽相同，有整个一块的，也有分成几个缸一块的。前者优点是能缩短发动机整体长度。缺点是刚性差、受热受力容易变形，影响密封，损坏后须整体更换。由缸盖部分构成的燃烧室，它的形状对发动机工作的影响很大。因而对它的基本要求有：结构紧凑，冷却表面小，让混合气在燃烧前产生涡流。其目的是为了减少热量损失，缩短火焰扩散的行程，提高燃烧速度，保证及时和充分地燃烧，以获得最大的动力和减少排出废气内含的有害物质。一般用水冷却的发动机，在气缸体下部有一个铸成一体的曲轴箱。它的内部是曲轴运动的空间。曲轴就吊挂在曲轴箱的下边。在曲轴箱的下部还有一个类似盘子的部件，叫作油底壳。主要用来贮存机油和封闭曲轴箱的。机油泵就设在油底壳内。油底壳还设有挡板，以防止机油晃动过甚。在底部装有磁性放油塞，以吸收机油中的金属屑。在油底壳的一侧，还有一把机油尺，用来检验油底壳的机油量。(2)曲轴活塞连杆组发动机内最主要的运动部件就是曲轴、活塞和连杆。它由曲轴、活塞、活塞环、活塞销、连杆及飞轮等部件组成。(1)曲轴 它是一根拐了几道弯的轴。曲拐数取决于发动机有几个气缸以及它的排列方式，一根连杆连一个曲拐的，其曲拐数等于气缸数；两根连杆连一个曲拐的，其曲拐数为气缸数的一半。曲轴要求耐冲击、耐磨，一般都用中碳钢或中碳合金钢锻造而成，也有用球墨铸铁铸造成的曲轴。带飞轮的曲轴。位于转动中心的主轴颈，它借助一坟轴瓦和曲轴箱相连。不在转动中心的轴颈叫连杆轴颈或曲柄销，它借助于连杆轴瓦和螺栓与连杆相连。由于曲轴要在高速下旋转，所以它需要不间断地用机油对磨擦表面加以润滑。因此在曲轴的主轴颈、连杆轴颈的曲轴本体内都钻有油道，以便机油能通过这些油道，润滑这些部位。由于曲轴的形状很不规则，转动起来就会晃动，行家称这种现象为不平衡。如果发动机工作时人造棉其发展，不但会产生极大的噪声，而且机件的寿命也大大地缩短。造成不平衡的主要原因是曲轴旋转时产生了不规则的离心力和离心力矩，另外还有活塞往复运动的惯性力。对于气缸数不同的发动机，这些力和力矩有的存在，有的不存在。因此需要根据具体的结构设置平衡块加以平衡。有的平衡块和曲轴制成一体，也有用螺栓固定在曲轴上的。我们知道，一个质量很大的轮子，一旦转起来，如果没有阻力，它就会一直不停地转动下去。因此在曲轴的后端装上一个用灰铸铁或球墨铸铁、铸钢制成的飞轮，这是一个转起来惯性很大的圆盘，其边缘既宽又厚。它的功能主要有贮存发动机给的动能、克服曲轴连杆组运动的阻力，克服短时间的过载，保证发动机输出的扭矩和转速均匀。此外它还是磨擦式离合器的驱动件，因此它也需要和曲轴一起进行平衡。(2)活塞 它像一个倒扣着的杯子，杯底朝上，构成燃烧室的一个部分，杯壁有圆孔，可穿入活塞销。从杯口穿入连杆，通过活塞销和活塞相连。它的主要作用是将混合气燃烧所产生的爆炸力通过活塞销传给连杆，来推动曲轴的曲柄，令曲轴旋转活塞的工作条件很苛刻，顶部和高温燃气接触，承受带冲击性的高压和因高速往复运动带来的惯性力，整个活塞各部分受到拉、压、弯的综合力和力矩，而受热也不均匀。因此要求活塞的质量要小，热膨胀量小，传热性好，耐磨。用铝合金制的活塞兼备以上性能，是当前的汽车活塞选用材料。活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部三个部分。活塞顶部有平顶、凹顶之分，表面力求光洁。活塞头部有几道矩形断面的环槽，用来安置各种活塞环，环槽底部钻有许多径向小孔，可使从缸壁上刮下的机油，通过这些孔流向油底壳。活塞头部承受并传递混合气燃烧后的爆发力；能传导混合气燃烧后产生的热量；与活塞环一道构成部分的燃烧室。活塞的裙部是指从活塞环槽到杯口的好个部分。它的主要功能是活塞在缸筒内往复运动中起着导向作用，以及承受缸壁给它的侧压力。活塞在气缸内工作时，受热受力是很不均匀的，因而会带来不均匀的变形，遂使活塞与气缸筒壁之间的缝隙有的很大，有的很小，也会出现漏气现象和擦伤缸壁表面的可能。严重时会卡死，将活塞损坏。为了使活塞在正常的工作温度下和气缸筒壁有较均匀的间隙，虽然气缸筒本身仍是圆柱形的，而活塞则制成椭圆形，令活塞在工作时能膨胀成类似的圆柱形。所以活塞在普通状态下为上端直径小，下端直径大的近似圆锥形或椭圆形。当然，你如果留心，还会发现有的活塞裙部开有纵向和横向的沟槽。开横向槽的目的主要是阻断从活塞顶部传向裙部的热量，迫使裙部的膨胀不致过大。如横向横位于油环槽内，尚可起到油孔的作用。开纵向槽的作用是在活塞冷状态下装配时获得尽可能小的与气缸筒壁间的间隙；在热状态下，活塞不致在气缸筒内卡死。纵向槽的方向与活塞运动方向不平行，斜槽可以防止活塞划伤缸壁。(3)活塞环 活塞必须与缸壁的配合很紧密，在活塞上嵌入活塞环正是针对这个问题所采取的措施。活塞环分气环和油环两种，前者防止燃烧混合气窜入曲轴箱；后者防止合金铸铁制成，开有斜口，富有弹怀，套在活塞上时，有向外张紧贴在气缸筒壁的特性。如果密封状态被破坏出现漏气现象，发动机就会丧失部分动力，燃料和机油损耗增加，活塞和燃烧室的表面出现严重积碳，并造成环境污染。一般活塞上装23道气环，12道油环，在保证密封的要求下，应尽量减少环的数量。气环虽有好几个，但对各个环的要求也不尽相同。离顶部最近的是第一道气环，由于它靠近燃烧室，在温度压力最高及润滑最难的环境下工作，所以在它的工作表面上一般都镀上多孔性铬，此举不但提高了表面硬度，尚能贮存少量机油改善润滑条件，提高使用寿命。其他各气环一般只镀锡或作磷化处理。由于第一道气环的工作温度高，它的切口间隙也较大。当将各道活塞环装在活塞上时，须将它们各自的切口相互错开，这对气缸的密封是有所裨益的。(4)活塞销 它是活塞与连杆小头的连接件，起着将活塞蝗受力传给连杆的作用。因为在高温条件下承受周期性的冲击力，而且润滑条件又差，所以要求它有足够的刚度、强度和耐磨性。为了减少惯性，一般将它制成空心圆柱体，以减小它的质量。活塞销一般用低碳钢制成，表面渗碳，再加以珩磨和抛光，以提高其表面的硬度和整体的韧性。活塞销装入活塞销孔和连杆小头孔内是浮动的，在发动机工作时，它可以在销座孔内绕自身主轴缓缓转动，以获得较为均匀的磨损。为了防止活塞销沿主轴方向窜动，在活塞销孔内淫卡环嵌在销座凹槽内予以限位。(5)连杆以上端的小头连接活塞销，以下端的大头连接曲轴，可将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。它正像你骑自行车时大腿的运动状态那样。连杆一般采用中碳钢或合金钢材料经锻造、机加工和热处理而成。因为连杆工作时受到压缩、拉伸和弯曲的周期性变化的力量，所以要求它质量尽可能小，而又足够的刚度和强度，如果刚度不够会造成大头孔失圆，轴瓦润滑不良而烧毁；杆身弯由会造成气缸漏气、窜油等现象。连杆大头一般都制两个半圆块，一块是连杆大头的下端，另一块叫连杆盖，用连杆螺栓将两者拧在一起。这两块是一起进行加工(镗孔)的，大头孔的表面为了和轴瓦紧密配合，它的光洁度很高，其表面还铣出定位轴瓦的凹槽和小的油孔。连杆螺栓的工作条件和连杆一样，一般采用优质合金钢或优质碳素钢材料，经煅造或冷镦而成。安装连杆大头时，必须按工厂规定的扭矩拧紧连杆螺栓，并采取措施防止自行松开。连杆轴瓦和连杆大头一样，也是制成两半的，轴瓦的基体是薄钢板，内表面浇铸上如巴氏合金等减磨合金层。减磨合金具有减少磨擦，加速磨合，保持油膜的作用。轴瓦与连杆大头和连杆盖相配合的表面要有极高的光洁度。轴瓦在未装入前，半个轴瓦并不半圆形的，当装入后，因有压量(过盈)，所以轴瓦能紧贴在大头孔壁上。为了防止轴瓦工作中转动或轴向位移，在轴瓦上冲压定位凸台分别嵌入大头和连杆盖的凹槽内。轴瓦内表面还有油槽，以保证良好的润滑。(3)配气机构我们知道，进入气缸燃烧室混合气量愈多，它燃烧时放出热量愈大，爆发力也愈强。对于某一具体的发动机而言，它的燃烧室总容积是一定的。要想往燃烧室内多充混合气，必须让混合气的压力要高，温度要低。但由于混合气必须通过进气管才能进入气缸，在流动过程中不免产生阻力使充气压力下降；此外由于上一循环终了后残留气缸内的高温废气以及相邻部件的高温，加热了刚刚进入气缸的混合气，所以要百分之百地达到这个要求是很困难的。发动机设计师们一般都从改进结构有利于降低进气和排气阻力、进气和排气门开启和持续时间着手，使进气和排气量尽可能地保持充分。气门在发动机上是个很重要的部件，它们必须按准确的时间开启或关闭。按气门布置形式可分顶置式和侧置式。按每个气缸气门数目可分有二气门式、四气门式甚至更多。最常见的气门布置形式是顶置式，它的进气门和排气门吊挂在缸盖上，大头在下，小头在上，由一套配气机构保证各气门适时开闭。如上所述，为了按准确的时间使气门开启和关闭，必须有一套配气机构。配气机构由凸轮轴、挺杆、推杆、摇臂、摇臂轴、气门弹簧及气门导管等一些相关部件组成。凸轮轴在发动机上的布置有下置，侧置和顶置。现代发动机上常采用顶置式，它位于气缸盖上。凸轮轴直接通过摇臂驱动气门，省去了一大套如挺杆、推杆等往复运动的部件，很适用于高转速发动机，但也带来传动轴的困难，由于凸轮轴在气缸盖上，气缸盖拆装较为麻烦，并且喷油器的布置也较困难。另有一种顶置式是凸轮轴的幅轮直接驱动气门。这种形式的优点不但机构简单、惯性小、对凸轮轴的要求不高，故在新式汽车应用广泛。那么凸轮轴是靠什么带动使它旋转的呢?最早形式的汽车多采用正时齿轮传动，曲轴转动时通过它前端的一对齿轮来带动凸轮轴，有时还增加一个中间齿轮(惰轮)。为了降低传动的噪声，使啮合平稳，正时齿轮多用夹布胶木制成，且为斜齿。在顶置气门传动机构上多采用链条传动或皮带传动。皮带的基体为氯丁橡胶，中间夹入玻璃纤维或尼龙织物，强度高，噪声小，质量小，价格低，近年来己广泛用。一般发动机每个气缸只有一个进气门和一个排气门。为了提高充气效率，现在多采用多气门技术，例如每个气缸有4个气门。这种多气门结构对燃油直接喷射的发动机特别有利，喷油器布置在燃烧室中央，点火燃烧途径均匀，各气门的开度也可适当减小。每缸采用4气门时，气门排列有两种：一是进气门和排气门混合排；另一种是进气门和排气门各自排成一列。前者的所有气门由一根凸轮轴通过T形杆驱动，但因气门在进气道中所处位置不同，而导致工作条件和效果不好，后者则无比缺点，但需配备两根凸轮轴，凡遇见DOHC字样，就是指顶置式双凸轮轴。近年来推出的发动机多采用这种形式，当然每个气缸气门数多于4个的也不鲜见，主要目的不外是为了提高充气效率罢了。(4)化油器要使汽车能持续不断地工作(行驶)，必须不间断地向发动机供油、送气，不仅供给，还要使它们恰当地混合，燃烧完了还要使废气能顺利地排出。为此，燃油需要储存在一个油箱内，将油箱中的燃油送入发动机，必须有油泵和管道。为了防止燃油遭受污染，需要滤清器加以过滤。外界空气含有沙尘，送入发动机的空气需要空气滤清器予以过滤。清洁的空气如何与燃油按需要配制，则需要一个不可缺省的部个，那就是化油器(图2)。化油器必须干两件事：一是它必须让燃油汽化；二是让汽化的燃油和一定比例的空气相混合形成混合气。来自外界的空气经过滤清后进入化油器，空气进量多少由阻风门位置的变化来控制。空气冲过化油器内的喉管产生吸力将燃油从浮子室通过喷管吸出，并将其雾化。雾化的燃油和空气混合后通过进气歧管被气缸吸入。混合气的进量由一个油门踏板操纵，它位于化油器内的油门(节气门)所控制。由汽油泵泵入浮子室的油量则由浮子室内的浮子控制。浮子在浮子室内随着油量多少而升降，当浮子室内充满汽油时，浮子上浮，用它的针阀将进油口堵住。驾车人通过控制油门开度大小来改变发动机的转速，这就是简单化油器的工作原理(图3)。其混合气的浓度是随着油门开大而逐渐变浓的。汽车发动机的工作状况要经常在很大范围内变化，如汽车起步前和在路口等待绿灯放行前，发动机作怠速运转，此时的负荷为零，油门开度最小，转速最低；汽车满载爬坡时，油门全开，但转速并不高；在平路上行驶，油门不必全开，发动机发出中等负荷，车速和转速中等；在高速公路上行驶，发动机可能是满负荷，转速达到最大。在如此众多复杂的工作状况下，对于混合气要求也不能千篇一律。例如在怠速和小负荷下，前者要求混合气必须很浓，后者则要求浓度逐渐变稀；在中等负荷下，为了节油，又要求化油器供给耗油率最小的混合气；在满负荷下，为了让发动机发出最大功率，要求化油器提供浓混合气。此外，如汽车冷起动时，要求有较浓的混合气；加速时要求化油器在油门突然大开时，额外供给油量等等。综上所述，汽油机在正常工作状态下，在小、中负荷时要求化油器随着负荷增加能供给由较浓逐渐变稀的混合气，在满负荷下又要求混合气由稀变浓，根据上述要求，仅靠前面所介绍的简单化油器是无法满足的。为了满足这些要求，在现代化油器上配备了一系列的混合气浓度补偿装置。如主供油泵、怠速系、省油器、加速系及起动系等，以确保汽油机在不同工作状态下，化油器能供给适当浓度的混合气。别看化油器个头不大，但内部综合了这么多的系统，结构就变得为复杂。为了保证化油器能经常地正常工作，所以对它的定期维护保养是非常重要的。使用化油器的主要缺点是向气缸充气和混合气的分配并不理想，影响发动机的动力性和经济性的提高，对达到排放要求很不利。近年来各国为了满足环保要求，采用了燃油直接喷射方式，以取代化油器。直接喷射的优点是充气效率高，输出功率大，混合气分配均匀，根据工作状况的变化供给最佳成分的混合气，耗油率低等。缺点是难以在气缸盖上布置，制造成本高。按喷射的位置可分为缸内喷射和进气管喷射两种，按控制系统分，有机械式和电子喷射式(电喷)两类。从60年代起，由电子控制的汽油喷射系统即在欧美等国生产的轿车发动机上逐步采用。在电喷系统中，设有能精确控制混合气成分的调节装置，再加装上三元催化器，使排气中的有害成分大降低。电喷系统的基本原理是通过位于各部位的传感器，将所采集到的信息反馈输入到一个微电脑中进行处理，并由它发出指令来控制混合气中空气与燃油的比例，使所供给的混合气能适应发动机在各种工况的需要。例如电脑根据空气流量传感器以及发动机转速，甚至节气门的位置、冷却水的温度及空气温度等传感器采集的信息经过判断并计算出喷油的依据，确定各喷油器开启时间，发出指令给喷油器，令其喷油。各传感器在不同部位接受不同的信息：如分电器点火线圈接受发动机转数的信息；空气流量传感器接受吸入空气流量的信息；起动开关接受起动信息；节气门开关节气门开度位置的信息；冷却水温传感器接受水温信息，空气温度传感器接受气温信息。这些信息通过电路反馈给电脑。在电喷系统中最重要的部件除电脑外就数喷油器了。一般的发动机每个气缸只有一个喷油器，位于进气门的上方。燃油通过喷油器雾化，再和从进气管进入气缸的空气相混合。为了满足废气排放法规的要求，某些轿车的电喷系统中设有一个混合气调节系统。它主要利用气管中的一个氧传感器，它能向电脑反馈混合气稀或浓的信息。电脑根据信息重新指令喷油器，得到正确的喷油量。在新一代发动机上汽油喷射系统已和点火系统结合为一，体现了混合气成分和点火时间的优化控制，使发动机的性能大为改善。以上介绍的是多点喷射。由于喷射是采用各自喷射的方式，4缸机4个喷油器分别喷射，曲轴每转一圈，各缸喷射一次。此外，当前还有一种单点喷射系统，又称节气门体喷射系统。在多缸发动机上只有一个喷油器，安装在节气门体上方，在进气管内喷油，与空气混合后再通过进气管分配到各种气缸内。单点喷射也由电脑控制。虽然性能稍差(喷油压力低)，但因所用喷油器数量少，所以具有结构简单，成本低，工作可靠，维修方便等优点。其他部分与多点喷射基本相同。(5)冷却和润滑当一辆汽车以50kmh的速度行驶时，发动机气缸内每个活塞每分钟要上下运动6000次。燃烧室内混合气燃烧后会产生高温高压的燃气(约为8002000)。所以必须对气缸加以冷却，否则其中的运动件受热膨胀而破坏了正常间隙、机械强度降低而损坏、润滑失效而卡死。当然如果冷却过度也会造成气缸充气量减少、燃烧不正常、功率下降、油耗增加及润滑不良等影响。在汽车上建立冷却系的目的是要使发动机保持在适当的温度下工作。目前汽车发动机的冷却广泛采用水冷式。令发动机高温部件的热量通过缸套、缸盖传导给周围水套内的冷却水，然后将冷却水所吸收的热量散人外界大气中。发动机正常工作时水套内刚水温应保持在8090左右。目前汽车发动机多采用强制循环水冷系统。发动机气缸盖和气缸体中都有水套。水泵将冷却水从机外吸入加压，使冷水在水套内流动，带走邻近部件的热量。冷却水吸热后自身温度升高，进入车前端的散热器(水箱)内。由于汽车前进和风扇的抽吸，外界冷空气通过散热器，带走散热器内冷却水的热量并送入大气。当散热器中的冷却水得到冷却后，在水泵的作用下，再次进入水套。如此循环不已地冷却了发动机的高温部件。为了保证发动机在不同负荷、转速以及在不同季节下在最适宜的温度范围内工作，有些汽车还设置了百叶窗、节温器和风扇离合器等。散热器位于汽车前端(个别的在车尾)汽车前进时的迎风处，上下端各有一个贮水室，其间用众多细的冷却管相连。冷却管大多采用扁圆形截面。为了强化冷却效果，在冷却管外套上布置了许多金属散热片，以增