汽缸体
水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体一一曲轴箱，也可称为气缸体。气缸 体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其腔为曲 轴运动的空间。在气缸体部铸有多加强筋，冷却水套和润滑油道等。
气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位直不同，通常把气缸体分 为以下三种形式。（图2-2）
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一般式
(1) —般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸体的优点是 机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装便；但其缺点是刚度和强度较差
(2) 龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都 好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。
(3) 隧道式气缸体这种形式的气缸体曲轴的主轴承为整体式，采用滚动轴承，主轴承较大，曲 轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较 差，曲轴拆装不便。
为了能够使气缸表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却法有两 种，一种是水冷，另一种是风冷(图2・3) o水冷发动机的气缸围和气缸盖中都加工有冷却水套， 并旦气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷 却作用。
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现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机，对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外型 尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布責。按照气缸的排 列式不同，气缸体还可以分成单列式，v型和对責式三种(图2・4) o (1) 直列式
对苴式
发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布責的。单列式气缸体结构简单，加工容易，但发动 机长度和高度较大。一般六缸以下发动机多采用单列式。例如捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使 用的发动机均采用这种直列式气缸体。有的汽车为了降低发动机的高度，把发动机倾斜一个角度。
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气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角Y< ,称为V型发动机，V型发动机与直列发动 机相比，缩短了机体长度和高度，增加了气缸体的刚度，减轻了发动机的重量，但加大了发动机的 宽度，旦形状较复杂，加工困难，一般用于8缸以上的发动机，6缸发动机也有采用这种形式的气 缸体。
（3）对責式
气缸排成两列，左右两列气缸在同一水平面上，即左右两列气缸中心线的夹角Y = °，称为对 萱式。它的特点是高度小，总体布萱便，有利于风冷。这种气缸应用较少。
干缸套 湿缸套
气缸直接锂在气缸体上叫做整体式气缸，整体式气缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，这 种气缸对材料要求高，成本高。如果将气缸制造成单独的圆筒形零件（即气缸套），然后再装到气缸 体。这样，气缸套采用耐磨的优质材料制成，气缸体可用价格较低的一般材料制造，从而降低了制 造成本。同时，气缸套可以从气缸体中取出，因而便于修理和更换，并可大大延长气缸体的使用寿 命。气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种（图2-5） o
干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直 接接触，壁厚较薄，一般为1〜3mmo它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工 比较复杂，、外表面都需要进行精加工，拆装不便，散热不良。
湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有 一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为5〜9mmo它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需 要精加工表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装便，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套 好，而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。
—dh ・ ttH -fU4 •页脚 铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳图（图2・6）。油底壳 受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布責和机油的容量。油底壳装有 稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永 久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止 润滑油泄漏。 三由I底壳 三•气缸盖（图2・7） 气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触， 因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水与 缸体的冷却水相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。 汽缸盖 缸盖上还装有进、排气门座，气门导管，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。 汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的。顶責凸轮轴式 发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承，用以安装凸轮轴。 图2・7 气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来 铝合金气缸盖被采用得越来越多。 •页脚 气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的 燃烧式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机 的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。这里只介绍汽油机的燃烧室，而柴油机的燃烧室放在柴油供给系 里介绍。 汽油机燃烧室常见的三种形式(图2-8) o (1) 半球形燃烧室 半球形燃烧室结构紧凄，火花塞布責在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热 效率高。这种燃烧室结构上也允气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机 构变得较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上被广泛地应用。 (2) 楔形燃烧室 楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好 的涡流运动，有利于提高混合气的混合质重，进气阻力小，提高了充气效率。气门排成一列，使配 气机构简单，但火花塞責于楔形燃烧室高处，火焰传播距离长些，切诺基轿车发动机采用这种形式 的燃烧室。 (3) 盆形燃烧室 盆形燃烧室，气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球 形燃烧室差。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。 四•气缸垫(图2・9) •页脚 汽缸垫 气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏 水和漏油。 气缸垫的材料要有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以确封，同时要有好的耐热性和耐压 性，在高温高压下不烧损、不变形。目前应用较多的是铜皮——棉结构的气缸垫，由于铜皮——棉 气缸垫翻边处有三层铜皮，压紧时较之棉不易变形。有的发动机还采用在棉中心用编织的纲丝网或 有钢板为骨架，两面用棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。 安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完好程度，所有气缸垫上的要和气缸体上的对齐。 其次要格按照说明书上的要求上好气缸盖螺栓。拧紧气缸盖螺栓时，必须由中央对称地向四扩展的 顺序分2〜3次进行，最后一次拧紧到规定的力矩。 -发动机工作过程和原理基本分析 发动机是一种能量转换机构，它将燃料燃烧产生的热能转变成机械能。那么，它是怎样完成这 个能量转换过程呢？也就是说它是怎样把热能转换成机械能的呢？要完成这个能量转换必须经过进 气，把可燃混合气（或新鲜空气）引入气缸；然后将进入气缸的可燃混合气（或新鲜空气）压缩，压缩 接近终点时点燃可燃混合气（或将柴油高压喷入气缸形成可燃混合气并引燃）;可燃混合气着火燃 烧，膨胀推动活塞下行实现对外作功；最后排出燃烧后的废气。即进气、压缩、作功、排气四个过 程。 把这四个过程叫做发动机的一个工作循环，工作循环不断地重复，就实现了能量转换，使发动 机能够连续运转。把完成一个工作循环，曲轴转两圈（720。），活塞上下往复运动四次，称为四行 程发动机。而把完成一个工作循环，曲轴转一圈（360。）,活塞上下往复运动两次，称为二行程发 动机。下面介绍一下四行程发动机的工作原理和工作过程。 —•四行程汽油机的工作原理 四行程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程的顺序不断循环反复的。 •页脚 (1)进气行程(图卜22) 由于曲轴的旋转，活塞从上止点向下止点运动，这时排气门关闭，进气门打开。进气过程开始 时，活塞位于上止点，气缸残存有上一循环未排净的废气，因此，气缸的压力稍高于大气压力。随 着活塞下移，气缸容积增大，压力减小，当压力低于大气压时，在气缸产生直空吸力，空气经空气 滤清器并与化油器供给的汽油混合成可燃混合气，通过进气门被吸入气缸，直至活塞向下运动到下 止点。 在进气过程中，受空气滤清器、化油器、进气管道、进气门等阻力影响，进气终了时，气缸气 体压力略低于大气压，约为0•〜0.09MPO,同时受到残余废气和高温机件加热的影响，温度达到3 70〜400K。实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开，并旦延迟到下止点之后关闭，以 便吸入更多的可燃混合气。 (2) 压缩行程(图1-23) 曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，气缸成为封闭容 积，可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高，当活塞到达上止点时压缩行程结束。此时气体的 压力和温度主要随压缩比的大小而定，可燃混合气压力可达0.6〜1.2MPO,温度可达600〜700 Ko压缩比越大，压缩终了时气缸的压力和温度越高，则燃烧速度越快，发动机功率也越大。 但压缩比太高，容易引起爆燃。所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高，可燃混合气在没有点 •页脚 燃的情况下自行燃烧，旦火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播，造成尖锐的敲缸声。会使发动 机过热，功率下降，汽油消耗量增加以及机件损坏。轻微爆燃是允的，但强烈燥燃对发动机是很有 害的，汽油机的压缩比一般为£=6〜10。 （3）作功行程（图1-24） 作功行程包括燃烧过程和膨胀过程，在这一行程中，进气门和排气门仍然保持关闭。当活塞位 于压缩行程接近上止点（即点火提前角）位直时，火花塞产生电火花点燃可燃混合气，可燃混合气燃 烧后放出大量的热使气缸气体温度和压力急剧升高，最高压力可达3〜5MPO,最高温度可达220 0〜2800K,高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机 械功，除了用于维持发动机本身继续运转外，其余用于对外作功。随着活塞向下运动，气缸容积增 加，气体压力和温度降低，当活塞运动到下止点时，作功行程结束，气体压力降低到0.3〜0.5MP 6气体温度降低到1300〜1600K。 4）排气行程（图1-25） 可燃混合气在气缸燃烧后生成的废气必须从气缸中排出去以便进行下一个进气行程。当作功接 近终了时，排气门开启，进气门仍然关闭，霏废气的压力先进行自由排气，活塞到达下止点再向上 止点运动时，继续把废气强制排出到大气中去，活塞越过上止点后，排气门关闭，排气行程结束。 实际汽油机的排气行程也是排气门提前打开，延迟关闭，以便排出更多的废气。由于燃烧室容积的 存在，不可能将废•页脚 气全部排出气缸。受排气阻力的影响,排气终止时，气体压力仍高于大气压力, 约为0.105〜0.115MPQ,温度约为900〜1200Ko 曲轴继续旋转，活塞从上止点向下止点运动，又开始了下一个新的循环过程。可见四行程汽油 机经过进气、压缩、作功、排气四个行程完成一个工作循环，这期间活塞在上、下止点往复运动了 四个行程，相应地曲轴旋转了两圈。 二•四行程柴油机的工作原理 四行程柴油机和四行程汽油机的工作过程相同，每一个工作循环同样包括进气、压缩、作功和 排气四个行程，但由于柴油机使用的燃料是柴油，柴油与汽油有较大的差别，柴油粘度大，不易蒸 发，自燃温度低，故可燃混合气的形成，着火式，燃烧过程以及气体温度压力的变化都和汽油机不 同，下面主要分析一下柴油机和汽油机在工作过程中的不同点。 四行程柴油机在进气行程中所不同的是柴油机吸入气缸的是纯空气而不是可燃混合气，在进气 通道中没有化油器，进气阻力小，进气终了时气体压力略高于汽油机而气体温度賂低于汽油机。进 气终了时气体压力约为0.0785〜0.0932MP。，气体温度约为300〜370K。 压缩行程压缩的也是纯空气，在压缩行程接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧 室，柴油和空气在气缸形成可燃混合气并着火燃烧。柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多（一 般为16〜22）,压缩终了时气体温度和压力都比汽油机高，大大超过了柴油机的自燃温度。压缩终 了时，气体压力约为3.5〜4.5MPO,气体温度约为750〜1000K,柴油机是压缩后自燃着火的，不 需要点火，故柴油机又称为压燃机。 柴油喷入气缸后，在很短的时间与空气混合后便立即着火燃烧，柴油机的可燃混合气是在气缸 部形成的，而不象汽油机那样，混合气主要是在气缸外部的化油器中形成的。柴油机燃烧过程中气 缸出现的最高压力要比汽油机高得多，可高达6〜9MPO,最高温度也可高达2000〜2500K。作功 终了时，气体压力约为0.2〜0.4MPO,气体温度约为1200〜1500K。 柴油机的排气行程和汽油机一样，废气同样经排气管排入到大气中去，排气终了时，气缸气体 压力约为0.105〜0.125MPO,气体温度约为800〜1000K。 柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因 此，柴油机的燃料经济性能好，而旦柴油机的排气污染少，排放性能较好。但它的主要缺点是转速 低，质量大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。在其发展过程中，柴油机不断发扬其优点，克 服缺点，提高速度，有望得到更广泛地应用。 三•二行程汽油机的工作原理 二行程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、燃烧膨胀、排气过程组成，但它是在曲轴旋转一 圈（360° ）,活塞上下往复运动的两个行程完成的。因此，二行程发动机与四行程发动机工作原理 不同，结构也不一样。 例如曲轴箱换气式二行程汽油机，气缸上有三排，利用这三排分别在一定时刻被活塞打开或关 闭进行进气、换气和排气的。工作原理如下：图卜27。表示活塞向上运动，将三排都关闭，活塞 上部开始压缩，当活塞继续上行时，活塞下打开了进气,可燃混合气进入曲轴箱 W 1-27 b）,活 塞接近上止点时（图l・27c）,火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，进气关 •页脚 闭，曲轴箱的混合气受到压缩，当活塞接近下止点时，排气打开，排出废气，活塞再向下运动，换 气打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气流入气缸，并扫除废气（图1-27d） o 二行程汽 油机工作原理 第一行程：活塞从下止点向上止点运动，事先已充满活塞上气缸的混合气被压缩，新的可燃混 合气又从化油器被吸入活塞下的曲轴箱。 第二行程：活塞从上止点向下止点运动，活塞上进行作功过程和换气过程，而活塞下则进行可 燃混合气的预压缩。 四•二行程柴油机的工作原理 二行程柴油机和二行程汽油机工作类似，所不同的是，柴油机进入气缸的不是可燃混合气，而 是纯空气。例如带有扫气泵的二行程柴油机工作过程如下（图1-28）: 带扫气泵二行程柴油机工作脈理 ffll-28 •页脚 第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开始前不久，进气和排气门均以开启，利用从扫 气泵流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气被关闭，排气门也关闭，空气受到压缩，当 活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，使气缸压力增 大。 第二行程：活塞从上止点向下止点运动，开始时气体膨胀，推动活塞向下运动，对外作功，当 活塞下行到大约2/3行程时，排气门开启，排出废气，气缸压力降低，进气开启，进行换气，换气 一直延续到活塞向上运动】/3行程进气关闭结束。 五•多缸发动机的工作原理 前面介绍的是单缸发动机的工作过程，而现代汽车发动机都是多缸四行程发动机，那么，多缸 四行程发动机与单缸四行程发动机的工作过程有什么区别呢？就能量转换过程，发动机的每一个气 缸和单缸机的工作过程是完全一样的，都要经过进气、压缩、作功和排气四个行程。 但是单缸发动机的四个行程中只有一个行程作功，其余三个行程不作功，即曲轴转两圈，只有 半圈作功，所以运转平稳性较差，功率越大，平稳性就越差。为了使运转平稳，单缸机一般都装有 一个大飞轮。而多缸发动机的作功行程是差开的，按照工作顺序作功，即曲轴转两圈交替作功，因 此，运转平稳，振动小。缸数越多，作功间隔角越小，同时参与作功的气缸越多，发动机运转越平 稳。多缸机使用最多的有四缸发动机，六缸发动机和八缸发动机。 -作者：没当过领导 一发布时间：2006-2-10 14:13:11 -图解发动机分类和各大系统结构 一 •分类 燃机的分类法很多，按照不同的分类法可以把燃机分成不同的类型，下面让我们来看看燃机是 怎样分类的。 (1)按照所用燃料分类 •页脚 汽m宙机 柴三宙机 燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机(图卜1)。使用汽油为燃料的燃机称为汽 油机；使用柴油机为燃料的燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比较各有特点；汽油机转速高，质量 小，噪音小，起动容易，制造成本低；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)按照行程分类 •页脚 四行根 二行根 燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程燃机和二行程燃机(图卜2)。把曲轴转 两圈(720° ),活塞在气缸上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的燃机称为四行程燃机；而 把曲轴转一圈(360° ),活塞在气缸上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的燃机称为二行程 燃机。汽车发动机广泛使用四行程燃机。 (3)按照冷却式分类 水冷 风二令 燃机按照冷却式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机(图l-3)o水冷发动机是利用在气缸体 和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；而风冷发动机是利用流动于气缸 •页脚 体与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。水冷发动机冷却均匀，工作可靠, 冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。 (4) 按照气缸数目分类 单缸 多缸 燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机(图l-4)o仅有一个气缸的发动机称 为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八 缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。 (5) 按照气缸排列式分类 •页脚 宜列 燃机按照气缸排列式不同可以分为单列式和双列式（图卜5）。单列式发动机的各个气缸排成一 列，一般是垂直布萱的，但为了降低高度，有时也把气缸布責成倾斜的甚至水平的；双列式发动机 把气缸排成两列，两列之间的夹角＜° （一般为90。）称为V型发动机，若两列之间的夹角二。称为 对責式发动机。 （6）按照进气系统是否采用增压式分类 •页脚 自然吸气 增压 燃机按照进气系统是否采用增压式可以分为自然吸气（非增压）式发动机和强制进气（增压式）发 动机（图l-6）o汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有釆用增压式的。 二•基本构造 发动机是一种由多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发 动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循 环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。 （1）曲柄连杆机构（图卜刀 •页脚 曲柄连杆机构 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆 组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸作直线运动，通过连杆转换成曲 轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮釋放能量又把曲轴的 旋转运动转化成活塞的直线运动。 (2)配气机构(图1-8 •页脚 酉己气机构 配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可 燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶責气门式配 气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。 (3)燃料供给系统(图1-9) 汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸, 并将燃烧后的废气从气缸排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气 •页脚 缸，在燃烧室形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。 (4)润滑系统(图1-10) 润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定重的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦 阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤 清器和一些阀门等组成。 (5) 冷却系统(图1-11) •页脚 冷却系统 冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下 工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。 (6) 点火系统(图M2) •页脚 点火系统 在汽油机中，气缸的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火 花塞头部伸入燃烧室。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由 蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。 (7) 起动系统(图M3) •页脚 起动系统 要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运 动，气缸的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，工作 循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称 为发动机的起动。完成起动过程所需的装萱，称为发动机的起动系。 汽油机由以上两大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑 系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、 配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成,柴油机是压燃的，不需要点火系。 -冷却系统的循环浅解和常见零部件 提起冷却系统，大多数开车人都知道冷却液、水泵、散热器、节温器等等冷却系统中的零部 件；但冷却系统是如在进行循环，知道的人就相对少了多。在冷却系统中，其实有两个散热循环： 一个是冷却发动机的主循环，另一个是车取暖循环。这两个循环都以发动机为中心，使用是同一冷 却液。 一、 冷却发动机的主循环：这主循环中包括了两种工作循环，即“冷车循环”和“正常循 环^。冷车着车后，发动机在渐渐升温，冷却液的温度还无法打开系统中的节温器，此时的冷却液 只是经过水泵在发动机进行\"冷车循环乃,目的是使发动机尽快地达到正常工作温度。随着发动机 的温度，冷却液温度升到了节温器的开启温度（通常这温度在80摄氏度后），冷却循环开始了 常循环” o这时候的冷却液从发动机出来，经过车前端的散热器，散热后，再经水泵进入发动机。 二、 车取暖的循环：这是一个取暖循环，但对于发动机来说，它同样是一个发动机的冷却循 环。冷却液经过车的采暖装責，将冷却液的热量送入车，然后回到发动机。有一点不同的是：取暖 循环不受节温器的控制，只要打开暖气，这循环就开始进行，不管冷却液是冷的、还是热的。 •页脚 粗略介绍了冷却循环，现在来介绍和分析各零部件的工作和可能的故障。在整个冷却系统中， 冷却介质是冷却液（或者水），主要零部件有节温器、水泵、水泵皮带、散热器、散热风扇、水温感 应器、蓄液罐、采暖装責（类似散热器）。 1） 冷却液：由于不清楚国汽车用液的情况，不敢乱说。在北美，汽车一年四季使用同一冷却 液，从不用水来冷却，冷却液的浓度是根据当地的最低气温情况配制。不过，从效果上说，冷却液 不如水。 2） 节温器：从介绍冷却循环时，可以看出节温器是决定走“冷车循环”，还是“正常循环” 的。节温器在80摄氏度后开启，95摄氏度时开度最大。节温器不能关闭，会使循环从开始就进入 “正常循环”,这样就造成发动机不能尽快达到或无法达到正常温度。节温器不能开启或开启不灵 活，会使冷却液无法经过散热器循环，造成温度过高，或时高时正常。随便添一句：因节温器不能 开启而引起过热时，散热器上下两水管的温度和压力会有所不同。 3） 水泵：水泵是起循环作用的。水泵的故障通常为水封的损坏造成漏液，轴承毛病使转动不正 常或出声。 4） 水泵皮带：在出现发动机过热现象时，最先应该注意的是水泵皮带，检查皮带是否断裂或松 动。 5） 散热器：散热器常见故障为漏液，如果是渗漏，可以用堵漏液堵漏。其实，散热器上还有一 个重要的小零件，就是散热器盖，这小零件很容易被忽略。随着温度变化，冷却液会“热涨冷 缩”,散热器器因冷却液的膨胀而压增大，压到一定时，散热器盖开启，冷却液流到蓄液罐；当温 度降低，冷却液回流入散热器。如果蓄液罐中的冷却液不见减少，散热器液面却有降低，那么，散 热器盖就没有工作！ 6） 散热风扇：正常行驶中，高速气流已足以散热，风扇一般不会在这时候工作；但在慢速和原 地运行时，风扇就可能转动来助散热器散热。风扇的起动由水温感应器控制。 刀水温感应器：水温感应器其实是一个温度开关，当发动机进水温度超出90摄氏度以上，水 温感应器将接通风扇电路。如果循环正常，而温度升高时，风扇不转，水温感应器和风扇本身就需 要检查。 8） 蓄液罐：蓄液罐的作用是补充冷却液和缓冲“热涨冷缩”的变化，所以不要加液过满。如果 蓄液罐完全用空，就不能仅仅在罐中加液，需要开启散热器盖检查液面并添加冷却液，不然蓄液罐 就失去功用。 9） 采暖装責：采暖装萱在车，一般不太出问题。从循环介绍可以看出，此循环不受节溫器控 制，所以冷车时打开暖气，这个循环是会对发动机的升温有稍延后的影响，但影响实在不大，不用 为了让发动机升温而使人冻着。也正因为这循环的特点，在发动机出现过热的紧急情况下，打开车 窗，暖气开大最大，对发动机的降温会有一定的帮助。 -汽油发动机的点火系统的电子控制 一•电子控制点火系统的信号输入 在有微处理器控制的点火系统中，控制系统输入多个传感器信号：基准位直、曲轴转角、转 速、水温、进气压力（或进气流量）、节气门位萱等等。 常见的脉冲信号发生器有磁脉冲发生器、金属探测传感器、霍尔效应传感器和光电传感器。 •页脚 二•电子控制点火系统的控制策略 在微处理器控制的点火系统中，电控单元（ECU）不仅可以产生一个点火信号，而且还可以对 点火信号的位萱（决定点火时刻）和形状（决定初级回路闭合角的大小）进行控制，因而控制系统 的控制策略在很大程度上决定着点火系统的优劣和发动机性能指标的好坏。 1、 点火提前角的控制法 ECU根据汽油机的各种工况信号对点火时刻进行控制。首先根据发动机的转速和进气压力信 号从存储器存的数据中找到相应的基本点火提前角，然后根据有关传感器信号值加以修正，得出实 际的点火提前角。实际点火提前角由三部分组成：初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提 前角。 点火提前角的修正：暖机修正、过热修正、空燃比反馈修正、怠速稳定性的修正、燥震修正、 最大和最小提前角控制 2、 闭合角的控制法 点火线圈的通电时间就是它以建立磁场的形式蓄积点火能量的时间，这段时间所对应的曲轴转 角叫做闭合角。通电时间控制的原则是在不影响火花放电的前提下，保证点火线圈有足够的时间蓄 积能量而又不会造成过热损失和破坏。 三•曲轴位萱的测量法 要做到对点火时刻的控制就必须精确测量曲轴的位直（在顺序喷射的燃油喷射系统中喷油时刻的控 制也需测量曲轴的位萱），法主要有：计数器延时技术法、1度曲轴转角计数法、脉冲计数和延时 计数综合法。 四•爆震控制 当发生剧烈燥震时，发动机各部分温度上升，使输出功率下降，重时还会引起活塞烧结、活塞环粘 着、轴承破坏和气门烧蚀等。推迟点火可以减轻甚至避免爆震，保震控制的目的就是根据爆震传感 器的信号调整点火时刻使汽油发动机工作在临界爆震状态。 五•无分电器点火系统的控制（电子配电控制） 无分电器点火系统由于取消了分电器，所以可以消除配电部分的磨损和能量损失。同时由于配 电部分不再有火花放电现象，所以极减少了电磁干扰。 无分电器点火系统，根据结构和点火式的不同，可以分为两缸同时点火（冗余火花式）和每缸 独立点火两种。 -可燃混合气的形成与燃烧知识 一・可燃混合气的形成与燃烧 柴油机可燃混合气的形成和燃烧都是直接在燃烧室进行的。当活塞接近压缩上止点时，柴油喷 入气缸，与高压高温的空气接触，混合，经过一系列的物理，化学变化才开始燃烧。之后便是边喷 射，边燃烧。其混合气的形成和燃烧是一个非常复杂的物理化学变化过程，其主要特点是： .页脚 (1) 燃料的混合和燃烧是在气缸进行的。 (2) 混合与燃烧的时间很短0.0017〜0.004秒(气缸) (3) 柴油粘度大，不易挥发，必须以雾状喷入。 (4) 可燃混合气的形成和燃烧过程是同时，连续重棗进行的，即边喷射，边混合，边燃烧。 二.可燃混合气的形成与燃烧大体分四个时期 (1) 备燃期:从喷油开始T►开始着火燃烧为止 喷入气缸中的雾状柴油并不能马上着火燃烧，气缸中的气体温度，虽然已高于柴油的自燃点， 但柴油的温度不能马上升高到自燃点，要经过一段物理和化学的准备过程。也就是说，柴油在高温 空气的影响下，吸收热重，温度升高，逐层蒸发而形成油气，向四扩散并与空气均匀混合(物理变 化)O 随着柴油温度升高，少星的柴油分子首先分解，并与空气中的氧分子进行化学反映，具备着火 条件而着火，形成了火源中心，为燃烧作好了准备。这一时期很短，一般仅为0.0007〜0.003秒。 (2) 速燃期:从燃烧开始f气缸出现时为止 火源中心已经形成，已准备好了的混合气迅速燃烧，在这一阶段由于喷入的柴油几乎同时着火 燃烧，而且是在活塞接近上止点，气缸工作容积很小的情况下进行燃烧的，因此，气缸的压力P迅 速增加，温度升高很快。 (3) 缓燃期:从出现-出现为止 这一阶段喷油器继续喷油，由于燃烧室的温度和压力都高，柴油的物理和化学准备时间很短，几乎 是边喷射边燃烧。但因为气缸中氧气减少，废气增多，燃烧速度逐渐减慢，气缸容积增大。所以气 缸压力略有下降，温度达到最高值，通常喷油器已结束喷油。 (4) 后燃期:缓燃期以后的燃烧 这一时期，虽然不喷油，但仍有一少部分柴油没有燃烧完，随着活塞下行继续燃烧。后燃期没 有明显的界限，有时甚至延长到排气冲程还在燃烧。后燃期放出的热量不能充分利用来作功，很大 一部分热量将通过缸壁散至冷却水中，或随废气排出，使发动机过热，排气温度升高，造成发动机 动力性下降，经济性下降。因此，要尽可能地缩短后燃期。 综上所述，要使燃烧过程进行得好，混合气形成的好环是关键，所以对混合气形成的要求如 下： ① 必须要有足够的空气量和适当的柴油量 因为柴油燃烧放出热量是由于柴油和空气中的氧气在一定温度和压力条件下产生化学作用的结 果，所以空气与柴油是放热的两个重要因素。空气量与柴油量比例不同，所形成的可燃混合气的 成分也就不同，一般要求：o二1.3〜1.5; 0过大，混合气过稀，燃烧速度慢，散发热量多，NeJ ；。过小，混合气过浓，燃烧不完全，油耗增加，冒黑烟，经济性变坏。可见。是影响发动机功 率和油耗的重要因素。 ② 喷油时刻要准确，混合气形成的规律应合适 •页脚 气缸中燃烧过程的主要放热阶段应该是上止点稍后，容积小可得到较高的压力，热效率高，热 损失小，所以要求喷油时刻要准确。喷油过早，过晚对发动机工作都是不利的。 过早：混合气提前形成，并在活塞到达上止点前像爆炸似的同时着火燃烧，结果给正在上行的 活塞造成一个短时间阻力，并重“敲缸“工作粗暴。 过迟：混合气在活塞下行时才开始形成和燃烧，结果燃烧空间增大，从气缸壁面传走的热量增 加，造成发动机过热，燃烧压力降低（PJ）气体压力推动活塞的效果减小，甚至有可能使部分混 合气来不及燃烧而随废气排出去，使N e；o 最好的喷油时刻与燃烧室的型式和发动机转速有关，对于一定结构的发动机在规定转速下，可 通过试验找到一个功率大，油耗低的最好喷油时刻，通常用曲轴距活塞到达上止点的转角表示，称 为喷油提前角。 ③ 喷油质量应与燃烧室形状相适应，形成均匀的混合气 雾化良好：喷油泵和喷油器的喷射质量应与燃烧室相适应。 燃烧室的形状：空气产生相应流动来促进混合。 ④ 气流的搅动，燃料的性能 燃烧室的形状，切向进气，形成涡流，有利于混合，柴油的16烷值高，则自燃点低，备燃期 短。 三. 改善燃烧性能的途径 进气系统、燃油系统、燃烧室、燃料。根据可燃混合气的形成与燃烧过程得知柴油机要求：备 燃期要短，速燃期压力升高要快才能使动力性、经济性好、工作柔和、不冒烟。 因为柴油挥发性差，混合时间短，要求混合均匀，燃烧完全就必须要求喷射压力高，雾化好， 喷射质量要满足燃烧室形状的要求。 四. 燃烧室（图5-2） .页脚 圈5-2 §15-3 因5-4 (1) 定义：当活塞到达上止点时，气缸盖和活塞顶组成的密闭空间称为燃烧室。 (2) 分类：分统一式燃烧室和分隔式燃烧室两大类。 统一式燃烧室由凹顶活塞顶部与气缸盖底部所包围的单一腔，几乎全部容积都在活塞顶面上。油自喷油器直接喷射到燃烧室中，借喷出油注的形状和燃烧室形状的匹配，以及燃烧室空气涡流 运动，迅速形成混合气。所以又叫做直接喷射式燃烧室。 •页脚 燃 （3）构造：缸盖底面是平的，活塞顶部下凹（3型、浅盆型、球型、U型） 3型燃烧室（图5-3）:柴油直接喷射在活塞顶的浅凹坑，喷射的柴油雾化要好，而旦要均匀 地分布在空气中。要求喷射压力高，一般17〜22MPQ,要求雾化质量高，因此，采用多喷咀，数 一般为6〜12个。 优点：形状简单，结构紧凑，燃烧室与水套接触面积小，散热少，可减少热损失，热效率高， 经济性较好。 缺点：工作粗暴，喷射压力高，制造困难，喷易堵。 球形燃烧室（图5-4）:空气由缸盖螺旋形进气道以切线向进入气缸，绕气缸轴线作高速螺旋 转动，并一直延续到压缩行程。喷油器沿气流运动的切线向喷入柴油，使绝大部分柴油直接喷射在 燃烧室壁面上形成油膜。小部分柴油雾珠散布在压缩空气中，并迅速蒸发燃烧，形成火源。油膜一 面受灼热的燃烧室壁面的加温，同时又受已燃柴油的高温辐射，使柴油机逐层蒸发，与涡流空气边 混合边燃烧。 优点：工作柔和，噪音小，又叫轻声发动机。 缺点：起动困难，螺旋形进气道，结构复杂，制造困难。分隔式燃烧室由两部分组成，一部 分位于活塞顶与气缸底面之间，称为主燃烧室，另一部分在气缸盖中，称为副燃烧室。这两部分由 —个或几个道相连。 分隔式燃烧室的常见型式有涡流室燃烧室和预燃室燃烧室两种。 涡流室式燃烧室（图5-5）:它的副燃烧室是球形或圆柱形的涡流室，其容积约占燃烧室总容积 的50%〜80%,涡流室有切向通道与主燃烧室相通。在压缩行程中，气缸的空气被活塞推挤，经过 通道进入涡流室，形成强烈地有组织的高速旋转运动（几百转/分）柴油喷入涡流室中，在空气涡 流的作用下，形成较浓的混合气。部分混合气在涡流室中着火燃烧，已然与未然的混合气高速（经 通道）喷入主燃烧室，借活塞顶部的双涡流凹坑，产生第二次涡流。促使进一步混合和燃烧。 要求：顺气流向喷射，由于涡流运动促进了混合气的形成与燃烧，可采用较大径的喷油器，喷 射压力也较低（12〜14 MPa） 优点：所以工作柔和，空气利用率较高，喷射压力也较低。 缺点：热损失大，经济性差，起动困难。 •页脚 预烘宣式焕 E5-8 预燃室燃烧室（图5・6）:缸盖上有预燃室，占燃烧室总容积的1/3,预燃室与主燃室有通道， 活塞为平顶。因为通道不是切向的，所以压缩时不产生涡流。连通预燃室与主燃室的道直径较小， 由于节流作用产生压力差，使预燃室形成紊流运动，油束大部分射在预燃室的出口处，只有少部分 与空气混合（出口处较浓，而上部较稀），上部着火后，产生高压，已燃的和出口处较浓的混合气 一同高速喷入主燃烧室，在主燃烧室产生强烈的燃烧拢流运动，使大部分燃料在主燃烧室混合和燃 烧。 优缺点与涡流室燃烧室基本相同。 -汽车发动机的运行平稳性分析 一般来讲，气缸数目越多，运行越平稳，发动机的价格也越贵。以往复活塞式燃机为例，燃料 在气缸中燃烧，推动活塞做功，使汽车克服阻力运动。发动机要连续运行，就必须有循环期，按照 吸气、压缩、做功、排气的动作而复始地运行。其中吸气、压缩、排气都是耗功的。一般的四冲程 发动机每个气缸的活塞来回四次，也就是曲柄要旋转两才做功一次。因此单靠一个气缸工作是比较 困难的。就象我们踩自行车，单脚踩很费劲。 踩过自行车的人都知道，踏板从上到下运动时脚能用上力，踏板从下往上运动时脚就用不上劲 了，要靠惯性使车连续运动。 •页脚 实际上，蹬自行车最有效的位直大约只有90度左右，如图所示。即使两只脚一起蹬，中间一 些位直仍然是空的，要霏惯性维持运动。发动机也一样，如果气缸的数目比较少，就会产生动力不 连续现象，影响运行的平稳性。 如果两个人踩一部自行车，情况就不同了。可以把四只脚用力的时间均匀分布在90度间隔， 四个90度刚好是一，动力就不会出现断续现象了。 四冲程汽车发动机的一个气缸做功一次对应曲柄转两，即720度。所以，一般4缸发动机曲 轴的相位角为180度，6缸发动机的曲轴相位角为120度，而8缸则是90度。缸数越多，前后依 次做功的间隔角度就越小，就越不会发生动力断续的情况，运行的平稳性就越好。 但是，为什么同样缸数的发动机，运行状况有很大不同？多缸是发动机运行平稳的一个重要条 件，但不是唯一的条件，其实影响发动机振动的原因是很多的，其中惯性力就是一个重要的因素。 发动机高速运动的零部件会产生很大的惯性力，造成发动机的剧烈振动。虽然对于定轴转动的 构件如曲柄可以通过动平衡法减少由于惯性力对轴承产生的动压力，但对于缸数多曲轴长的情况， 会因旋转惯性力而产生力矩，使曲轴产生弯曲，影响运行平稳性。因此现在6缸以上高速发动机气 缸大都采用V型排列，缩短曲轴长度。 而对于非定轴转动的构件，如曲柄连杆机构中活塞和连杆的运动所产生的惯性力是无法在构件 部得到平衡的，这些惯性力的存在会使发动机发生摇晃。对于这种类型惯性力的平衡称为“机构在 机座上的平衡”，涉及更加复杂的技术。 此外，对于多缸发动机而言，由于结构的差异、各零件制造尺寸加工误差及材料密度的均匀 性，都会影响到整机的平稳性。 惯性力的平衡是发动机设计和制造中的一个关键问题，只有通过精心的设计和精确的测试手 段，才能够把惯性力的影响减至最小，品牌的差异在此亦可以略见一斑了。 -汽车发动机技术的现状与未来发展 燃机的发明，带动了汽车的发展，给世人在“行”上带来极大的便利，使得容距离缩小，人们 的工作速度得以提高。近年来随着电子技术的发展，又使汽车发动机如虎添翼，成为高新技术的集 成。 汽车用燃机作动力并发展成为支柱产业，在历史上有几次革命性的进步，第一次是油作为燃机 的燃料，这使发动机摆脱了最初建立在煤气为燃料基础上的固定式发动机，从而迈向移动式的车用 动力。第二次革命是汽车生产的工业化。第三次是电子技术与发动机技术相结合。电子技术最初在 汽油机上的应用是实现电子点火，然后到电控燃油喷射，至今天点火和喷射的集成管理。 短短几十年，发动机成为高新技术的集成。无论是燃油经济性、动力性、废气排放水平等等， 是任一种其他动力机械所无法比拟的。这一切都来源于电子技术发挥的作用。 电子技术是发动机现代化的灵魂 汽油机的燃油电子喷射相比于过去采用的化油器，燃油电子喷射系统可以的燃油计量精确度 上有较大幅度的提高。因此，采用电子控制燃油喷射的汽油机，其经济性和动力性有很大的提高， .页脚 使对混合气浓度要求的三效催化转化器降低排放成为可能。 电子控制燃油喷射从单点式发展到多点式。这使汽油机不仅在动力性上仍旧能保持其密度的特 点，而旦其燃油性几乎可以和柴油机相媲美。有人甚至称汽油直接喷射是汽油机的一次革命。汽油 直接喷射技术已经在日本三菱、丰田和日产的一些发动机上应用。欧洲的一些汽车公司如德国大 众、法国雷诺等也在发展之中。 汽油机点火和管理系统汽油机是电火花点燃混合气的点燃式发动机。火花的发生过去是依靠 点火系统的机械式白金断电器来完成的。断电器在高速运转下很容易磨损并烧蚀，从而使发动机出 现失火，造成动力性下降和有害排放物激增的后果。 采用电磁式或霍尔式无触点的断电器便彻底解决汽油机运转过程中动力下降的排放增加的难 题，也大减少了发动机的维修和保养工作。现代的高性能汽油机已经毫无例外地采用了电子控制的 无触点点火系统。 汽油机的可变气门定时和升程系统发动机的气门是控制进气与换气过程的基本机构，主要的 控制参数是气门定时和升程。对应于一定的运行工况，要求的定时和升程各不相同。但一般发动机 一经制造出后，气门机构的定时和升程便不能改变，这势必造成部分工况不能在最优的状态下，动 力性、经济性和排放品质达到最优。 以日本本田思域车用发动机为例，】.5升排量、非增压的直列4缸汽油机，采用VTEC系统 后，功率由70kW提高至100kWo目前正在发展的完全电子控制的气门机构，可以取消汽油机的 节气门，进气量大小完全由气门定时和升程决定。这样可以使汽油机燃料经济性再提高一步。 柴油机的高压共轨喷射和可预喷的泵喷嘴技术柴油机的高压喷射是实现高动力性、经济性和 低排放的关键。但柴油机的工作噪声比较大一直是限制其发展的主要障碍。燃油预喷是解决柴油机 燃烧噪声的关键电子控制的高压共轨喷射和预喷的泵喷嘴技术已经可以成功解决这一难题。目前国 际上已经发展了可以将少部分燃油预先喷进气缸，这样便大幅度降低了燃烧噪声，甚至可以与汽油 机相媲美。 这一技术使柴油机从大里应用于固定动力装畫和载重车，进到汽油机传统的轿车领域。在欧 洲，截止到2000年，已经有近30%的轿车采用柴油机作动力。其中应有相当数量采用上述燃油喷 射系统。在此基础上发展的100公里仅耗油3升的轿车，就是采用带预喷的电控泵喷嘴燃油喷射 系统。 喷嘴截面可调的增压器废气涡轮增压技术是上世纪60年代后得到大量应用的技术，不仅可以 大幅度提高发动机的功率输出，而旦可以相应地减少燃油消耗。目前这一技术在柴油机上得到广泛 应用。欧美的柴油机约95%都采用废气涡轮增压。 但是增压器自身的质量使加速响应和低速性能受到影响，造成低速扭矩下降、排烟增加。要想 弥补这一缺陷，简单的法是牺牲高速性能或牺牲一定的经济性，变截面喷嘴技术便解决了这个难 题。采用这项技术，低速时减少喷嘴截面减小排气阻力，从而使发动机的扭矩特性得到大幅度提 高，废气排放品质也相应得到改善。 废气再循环技术发动机燃烧过程中以空气为助燃剂，空气中的氮气会在燃烧中与氧气反应产 生对环境有害的氮氧化物(NOx)，限制发动机的废气排放物NOx就是其中之一。为了降低NOx 排放，最有效的措施之一就是将一部分废气再次返回进气中参加燃烧以降低燃烧温度，同时也减少 了 NOx的排放。问题是废气怎样加入才会既不影响发动机的正常工作，而又达到降低NOx排放的 目的。 •页脚 比如汽油机，部分负荷时本来就有大重废气留在缸，增加废气将会使发动机工作不正常，有害 排放物增加，因此，废气再循环只有在一部分工况时工作才能实现其降低NOx排放，同时不影响 发动机工作的目的。电子控制技术提供了这种可能。目前先进工业国的汽车为了满足欧洲川号以上 的排放法规，无论是汽油机还是柴油机都采用电子控制的废气再循环技术。 如此等等可以见到，现代发动机的几乎所有最新技术都与电子技术紧密结合，电子技术是使发 动机成为当今集高新技术于一身的高技术产品的灵魂。目前已有电动风扇取代机械风扇，将来会以 电动水泵取代机械水泵，将会把起动机、发电机和飞轮合成一体，气门也采用电动，汽油机不再需 要节气门。 这样汽车的冷车加热时间更短，运行中的刹车能量、下坡能量都能得以回收，将会使发动机更 加经济。未来的发动机除还继续需要燃料燃烧，还需要曲柄连杆机构输出动力之外，其余的部件均 可以由电子、液压来控制，成为直正的机、电、液一体化的产品。 发动机燃料正向多样化过渡 车用发动机的燃料最初采用的是煤气。随着油的发现和应用，才使汽车发动机直正成为人类的 得力工具。目前主要的汽车发动机燃料仍然是汽油和柴油。由于油是化工燃料，总有被采尽的一 天，那么未来的发动机供求矛盾随着油燃料的枯竭而退出历史舞台吗？这是人们普遍关心的大问 题。应该说，这种担心是合理的。 但根据目前的资料显示，全球的油资源至少在未来的40〜50年还不会出现完全枯竭的情况。 随着人类对全球资源的进一步调查，还会发现一些过去没有勘探到的资源。另外，采油技术的进步 也会提高油的储采比，会把一些过去认为不能采或采不到的资源采出来。但是无论怎样，油资源会 有枯竭的一天，因此人们已经在探索油后的发动机燃料并已取得很大的进展。 醇类燃料醇类作为燃料主要有乙醇和甲醇。乙醇来自生物质，如粮食、木材等，这是最理想 的燃料，因为乙醇可以实现二氧化碳的全球循环平衡，只要有太阳照射，植物就可以实行光合作 用，便可实现可持续发展。 一些如巴西便把其蔗渣经发酵后生产乙醇，然后大量掺入汽油作燃料，醇汽油是该国的标准汽 车燃料。除巴西外，美国也将其汽油掺入部分乙醇燃料使用。我国去年也启动了燃料乙醇的项目， 并在、、等若干省份作试点。乙醇作燃料在现有汽油机上应用是完全可以的，几乎可以不要改动发 动机。今后的问题是如扩大产量。 甲醇是可以由煤和天然气生产的产品。其燃烧速度快，燃烧时无烟、无焰，NOx排放低，热 值约为汽油的一半。全球的煤资源与油相比要大的多，按目前的能源消耗水平，至少还可以用几百 年，因此，甲醇是最有发展前最的发动机燃料。目前在点燃式发动机上燃用甲醇是完全可以的，除 燃油系统的个别密封件需要更换外，基本不需对原发动机进行改装。但压燃式发动机应用仍然需要 采用一些特殊技术。无论怎样甲醇作为燃料已经提供人们一个光明的前景。 二甲基讎这是一种由甲醇进一步脱水而成的产品，与甲醇一样也可以由煤或天然气生产，其 资源与甲醇一样。上世纪由丹麦人首先在大型压燃式发动机上试验。二甲基讎的特点是其性质非常 接近于柴油，极易被压燃。 但与柴油不同，它本身非常容易汽化，因此燃烧时无烟，废气排放十分清洁。由于其在常温 下是气态，所以用到发动机上时，燃料系统必须特别处理。国有关单位对其进行了大量研究，并装 车做了试验，发现运转是很平稳的。 •页脚 天然气天然气的主要成分是甲烷，作为车用燃料是完全可以的。我国的公交车发动机大部分 采用天然气作燃料。世界上已有近千万辆车采用天然气作燃料。 植物油主要是菜子油。这也是生物质燃料，在一些有条件的和地区已经作为燃料。如比利时 等用菜子油在压燃式发动机上作燃料。 人造汽油和柴油由煤转化为汽油和柴油，在二次世界大战期间，德国人便开始这项研究。目 前在南非已经取得成功并商业化。我国也一直十分关心这面的进展。已经投资启动这一项目并使之 工业化。 未来发动机在理论上的发展 汽车燃机是通过燃料的燃烧，把燃料的化学能转化为热能，再将热能转化为机械功的热动力机 械。热力学、燃烧学和机械学的理论分析表明，燃机是热效率最高的热力机械，但仍存在着巨大的 节能及降低尾气污染的潜力。 对于量调节式的汽油机而言，在部分负荷时，供求矛盾因节气门开度小而造成发动机的泵气损 失大，从而降低发动机的机械效率，影响到经济性。取消节气门就是提高汽油枫经济性的最根本措 施。但由于目前的汽油机是用节气门来调节混合气量的，取消节气门，发动机的动力输出无法控 制，因此必须探索新的途径。汽油直接喷射技术就是基于这一思路。 将汽油机的节气门调节动力输出，改为用喷油量控制动力输出。这样一来，采用汽油直接喷射 的汽油机与目前的电控喷射发动机相比，燃油消耗重可以减少15%左右。现有的三效催化系统难以 发挥作用，使发动机的废气排放品质下降，因此还需要探索新的途径。目前的混合气均质压燃理论 为解决这一问题提供了很好的思路。 该理论是在汽油机上取消节气门，用喷油量调节输出，采用大量的高温废气混合到适当比例的 燃料和空气混合气中，用发动机的压缩行程用活塞压缩使混合气自己着火，从而解决汽油机无节气 门下的动力输出与同时采用三效催化转化器的矛盾。同样这一理论也可以应用到柴油机上，使柴油 机在均质混合气时压燃着火，而不是现在的边喷油、边看火的扩散燃烧模式，从而使柴油机的废气 排放达到最低，特别是烟度排放和NOx排放。 目前均质混合气压燃着火的理论正在付诸实施之中。一旦这一新理论在实践得到应用，可以预 见，今后的发动机供求矛盾更加高效、更加清洁，汽车的使用将更加安全且有利环保。 在过去的二十年里，柴油机燃油喷射技术经历了从用于轿车的自然吸气式与非直喷结合的发动 机和用于卡车的直喷发动机到100%直喷与电控结合的发动机的转变。喷油器的峰值压力也由当时 的500 - 800巴增加到现在可达到2000巴的泵喷嘴系统。 柴油机喷射技术的发展目标： 精确计算所需的喷油量，以增加功率，减少振动; 提供较高旦适宜的喷油压力，以改进燃烧，降低油耗，减少烟尘和颗粒物的排放; 灵活而准确地控制喷油时刻，降低HC和NOx的排放，提高燃油经济性; •页脚 优化燃油喷射率曲线以降低噪声； 当今，最先进的燃油喷射系统是泵喷嘴系统和共轨式喷油系统。 泵喷嘴系统 UI-P1 magncteualvo =Shall ■ Hgh pressure ③Fgigf诙 在泵喷嘴系统中，电控的油泵和喷油嘴没有用管路连接，而是被做成一体，直接装在汽缸盖 上，这样不占用更多的空间。每个油泵都象普通的低压泵那样，由顶責凸轮轴来驱动。这样，顶責 凸轮轴将同时驱动气门和泵喷嘴。 这也意味着顶直凸轮轴必须具有极高的硬度和刚度以承受喷油器产生的高压，同时，凸轮轴的 驱动系统也需专门设计。 ”这是迄今为止效能最高的燃油喷射系统博世0公司销售总经理Ingolf Pfannenschmidt 先生这样评价它。因为泵喷嘴系统结构紧凑，喷油嘴径非常小，所以燃油喷射压力非常高，目前用 于满足欧洲四号标准的车辆上使用的柴油机的峰值压力可达2050巴。 共轨式喷油系统 共轨式喷油系统主要由高压供油系统、共轨油道、每缸一个的喷油器、高压油泵和电控单元 (ECU)组成。高压油泵安装在发动机的一侧，高压油从油泵进入一个储油管，这个储油管被称为 •页脚 共轨油道。在共轨油道和每个装在气缸盖上的喷油器之间有短油管相连，这样喷油器顶端始终保持 着很高的压力。喷油器的开闭由ECU驱动电磁阀进行控制。具有这种始终保持的高压是共轨式系 统与泵喷嘴系统的主要区别，它能实现燃烧过程中燃油再喷射，以减少NOX的生成。 共轨式喷油系统的峰值压力最高可达】600巴，尽管这看起来并不太高，但已经足够了。因为 共轨式系统在整个喷油过程中都能保持这个压力，而泵喷嘴系统的峰值压力只能持续几毫秒。这个 系统被用于戴姆勒克莱斯勒生产的轿车中。因为它可以降低柴油机的噪音以致与您在车中无法区分 是汽油机还是柴油机。同时其性能比汽油发动机驱动的车辆更加卓越，因为柴油机可以在低速时提 供高的扭矩输出。 技术带来的好处 以上两种系统都缩短了增压和供油过程的时间延迟，更高的喷油压力使得喷入的燃油更充分地 雾化。由于精确地控制了喷油过程，燃油得以充分燃烧，降低了排放。 高压燃油喷射技术的进步，越来越格的排放法规，以及很高的燃油费用，使欧洲人的目光更多 地投向了柴油机。根据博世公司的统计，在1998年，欧洲柴油机车的市场占有率由22%增加到2 5%,销量增加了 450000辆。 大众公司的研究结果表明，与点燃式汽油机相比，直喷式汽油机的油耗将减少15-20%,压 燃式柴油机将减少25 - 30%,而涡轮增压直喷式柴油机将减少40 - 45%。 满足排放标准 欧洲1号和2号标准：使用机械控制喷油系统即可达标 欧洲3号标准：必须使用电子控制喷油系统 欧洲4号标准：目前，共轨式系统、泵喷嘴系统和vp44系统能够满足这个标准。 在全球燃油章程中这样写道：发动机能否正常运转取决于喷油系统是否尽责。一旦发动机不正 常，就会出现噪音、冒烟及排气污染。 -汽车发动机顶萱凸轮机构简介 汽车发动机是由曲柄连杆机构，配气机构，冷却系，燃油系，润滑系，电气系和机体等组成， 大大小小零件有近千个，它们之中最具有代表性的就是凸轮轴了。在现代轿车的技术规格表上，经 常可以看见“凸轮轴”这个名词出现在发动机性能栏里面。 凸轮轴是属于发动机的配气机构，配气机构是保证发动机在工作中定时将新鲜的可燃混合气充 入气缸，并及时将燃烧后的废气排出气缸的机构。 .页脚 它由进气门，排气门，气门挺杆，挺柱，摇臂，凸轮轴等组成，其中凸轮轴因其横截面形状近 似桃子，又称桃子轴或偏心轴，是配气机构中的驱动件，专门驱动气门按时开启和关闭。各种车型 发动机的凸轮轴的结构小异，主要差别在于安装的位萱,凸轮的数目和形状尺寸不尽相同，特别是 凸轮轴的安装位畫，被列为区别发动机构造和性能的重要标志。目前发动机的凸轮安装位萱分为下 責，中責，顶責三种形式。 轿车发动机由于转速较快，每分钟转速可达5000转以上，为保证进排气效率，都采用进气门 和排气门倒挂的形式，即顶萱式气门装萱，这种装畫都适合用凸轮轴的三种安装形式。 但是，如果采用下萱式或者中責式的凸轮轴，由于气门与凸轮轴的距离较远需要气门挺杆和挺 柱等辅助零件，造成气门传动机件较多，结构复杂，发动机体积大，而旦在高速运转下还容易产生 噪声，而采用顶責式凸轮轴则可以改变这种现象。 所以，现代轿车发动机一般都采用了顶直式凸轮轴，将凸轮轴配萱在发动机的上，缩短了凸轮 轴与气门之间的距离，省略了气门的挺杆和挺柱，简化了凸轮轴到气门之间的传动机构，将发动机 的结构变得更加紧凑。更重要的是，这种安装式可以减少整个系统往复运动的质量，提高了传动效 率。 当然，任事物都有其两面性，顶萱凸轮轴一面缩短了与气门的距离，另一面却拉大了凸轮轴与 曲轴之间的距离。由于凸轮轴是由曲轴带动的，因此两者之间一拉开距离就必须要用链条及链轮做 转动，结构比下直式凸轮轴的齿轮啮合传动复杂得多。尽管如此，人们衡量利弊还是喜欢采用顶責 式凸轮轴。 现在，顶責式凸轮轴有多种驱动气门的形式，有用摇臂过渡驱动式，也有直接驱动式，其中直 接驱动式对凸轮轴和气门弹簧的设计要求相对较低，往复运动的惯量最少，特别适用于高速运转的 轿车发动机上。另外，近年在高速轿车发动机上还广泛采用齿形皮带来代替传动链，这种皮带是用 熬丁橡胶制作，混有玻璃纤维和尼龙织物以增加强度。采用齿形皮带代替传动链，可以减少噪声， 减轻结构质量的降低成本。 轿车发动机按照顶査凸轮轴的数目，分为单顶萱凸轮轴(SOHC)和双顶萱凸轮轴(DOHC),由 于中高档轿车发动机一般是多气门及V型气缸排列，需采用双凸轮轴分别控制进排气门，因此双 顶責凸轮轴被不少名牌发动机所采用。由于凸轮轴的安装式直接涉及到整台发动机的构造和性能， 因此，顶責凸轮轴也和多气门一样，被视为衡量轿车发动机的一项重要的标志，列入了轿车技术规 格表中。 -汽车发动机的电子油门控制装萱 我们知道，操纵节气门开度就能控制可燃混合气的流量，改变发动机的转速和功率，以适应汽 车行驶的需要。传统发动机节气门操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端联接油门踏板 （加速踏板），另一端联接节气门连动板而工作。但这种传统油门应用畴受到限制并缺乏精确性， 在日新月•页脚 异的汽车电子技术发展形势下，一种电子油门（EGAS）应运而生。 与传统油门比较，电子油门明显的一点是可以用线束（导线）来代替拉索或者拉杆，在节气门 那边装一只微型电动机，用电动机来驱动节气门开度。即所谓的“导线驾驶”，用导线代替了原来 的机械传动机构。但这仅仅是电子油门表面的东西，它的实质和作用仅仅用连接代替式来解析是远 远不够的。 传统油门 入挈门踏板 踏板位置传感器 EGAS控制单元 电子油门控制系统主要由油门踏板、踏板位移传感器、ECU （电控单元）、数据总线、伺服电 动机和节气门执行机构组成。位移传感器安装在油门踏板部，随时监测油门踏板的位萱。当监测到 油门踏板高度位萱有变化，会瞬间将此信息送往ECU, ECU对该信息和其它系统传来的数据信息 进行运算处理，计算出一个控制信号，通过线路送到伺服电动机继电器，伺服电动机驱动节气门执 行机构，数据总线则是负责系统ECU与其它ECU之间的通讯。 由于电子油门系统是通过ECU来调整节气门的，因此电子油门系统可以设萱各种功能来改善 驾驶的安全性和舒适性，其中最常见的就是ASR （牵引力控制系统）和速度控制系统（巡航控 制）o 电子油门 当ASR系统传感到车轮的旋转速度，ECU就根据油门踏板的位萱、车轮速度和向盘转向角度 •页脚 等之间的不同而求出滑动率，通过减少节气门开度来调整混合气流量，以降低发动机功率来达到控 制目的。 而在ASR系统中，电子油门起到十分关键的作用，它涉及整个ASR系统中对车速控制、怠速 控制等功能，使系统能迅速准确地执行指令。即当电子油门系统接受到ASR系统指令时，它对节 气门控制指令只来自于ASR,这样就可以避免驾车者的误操作。 当驾车者使用速度控制系统时，车速传感器将车速信号输入ECU,再由ECU输出指令伺服电 动机控制节气门开度。在这样的系统中，根据行驶阻力的变化由控制系统自动调节发动机节气门开 度，使行驶车速保持稳定。因此电子油门系统也可以兼容巡航控制功能。 在目前的电子燃油喷射发动机上，电子油门除了发进一步改善发动机的节油和排放性能，因为 它控制着发动机动力调节的大门。因此，电子油门可以发挥的作用是很多的。挥上述功能外，它还 可以进一步改善发动机的节油和排放性能，因为它控制着发动机动力调节的大门。因此，电子油门 可以发挥的作用是很多的。 -汽车发动机的单点喷射和多点喷射 电子控制汽油喷射装萱，一般由喷油油路，传感器组和电子控制单元三大部分组成。喷射器安 装在原来化油器位萱上，称为单点电控燃油喷射装責；喷射器安装在每个气缸的进气管上，称为多 点电控燃油喷射装萱。两者除了喷射器的安装位萱不同外，还有使用性能和制造成本的差异。 单点 5 3 6 1）汽油2）空气3）节气门4）进气歧管5）喷嘴6）发动机缸体 汽油发动机是依霏混合气在气缸燃烧作功而运转的，发动机的运行质量很大程度由混合气的质 量决定，混合气的形成在相当程度上又决定于燃油喷射系统的形式。因此，采用哪一种电控燃油喷 射形式对发动机性能的影响是很大的。 混合气中的燃油要雾化才能完全与空气混合，才能有肋于燃烧。在供油系统中，燃油进入进气 歧管时呈油滴状，在流向进气门的过程中，大部分油滴形成燃油雾气，小部分油滴则在进气歧管管 壁上形成油膜。为了减少管壁油膜的数量，单点喷射和多点喷射采取了不同的式去解决。 单点喷射是将喷射器设在节气门上，只能改善在节气门处的雾化以及加热管壁温度提高燃油的 蒸发程度，但难以保证节气门后至进气门的一段管壁上不形成油膜或油滴，因此进气歧管的结构对 混合气的输送和分配有重大影响，而且难以实现在所有工况下都能保持理想的混合气分配；多点喷 射是将喷射器设在进气门处，燃油在热的进气门上进一步蒸发与空气充分混合后立即通过进气门进 入燃烧室，不受到进气歧管结构的影响，可以保证均匀一致的混合气分配。 •页脚 当然，看事物总要有一分为二的现点。单点喷射虽然在运行性能上略低于多点喷射，但其构造 简单，工作可霏，维护简单。其中一个很显著的优点，单点喷射的喷射器设在节气门上，直接向气 流速度很高的进气管道中喷射，由于该处压力低(流速与压力成反比)，喷射时只需要0.1MPO的 低压就可以喷射了，多点喷射则要在0.35MPQ才工作，这就意味着单点喷射系统可以降低对电动 燃油泵的要求，节省了成本。 单点喷射系统(SPI)也称为中央燃油喷射(CFI),它也象多点喷射系统一样，由三部分组 成：供油部分、供气部分和控制部分。 供油部分由燃油箱、电动燃油泵、燃油滤清器、压力调节器和中央喷射器等组成，电动燃油泵 一般安装在燃油箱，系统以O」MPQ的低压将油泵出经燃油滤清器过滤杂质，送至中央喷射器喷 出。 供气部分由空气滤清器、节气门、进气歧管、气缸等组成，当空气吸入节气门后即开始与雾化 燃油混合形成混合气，通过进气歧管分配至各个气缸。 控制部分由电子控制单元(ECU)、各类传感器组成。主要的传感器有节气门位責传感器，水温 传感器、氧传感器、曲轴位萱传感器等，它们将信号反馈至ECU,再由ECU向中央喷射器等执行 件发出工作指令。 为了保证汽车发动机的运行质量，现在大部分乘用车发动机电控燃油喷射系统采用多点喷射的 型式，单点喷射系统一般仅用于小型乘用车上。当然，采用多点喷射还是单点喷射，设计师完全是 依据企业的生产成本，车辆的使用对象等面考虑的。如果采用单点喷射形式，设计师必然要考虑进 气歧管结构形式的设计问题。 •页脚 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