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汽车发动机工作原理与总体组成
第一节 发动机的作用和组成
一、发动机的作用：是使输进气缸内的燃料燃烧而发出动力。
二、发动机的组成：机体、曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统（汽油发动机采用）、起动系统等部分组成。（如图1.1）
（相关视频：第一集）
第二节 发动机的分类
1、根据所用燃料不同，发动机可以分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机。以汽油或柴油为燃料的发动机分别称为汽油机和柴油机。使用天然气、液化石油气和其它气体燃料的发动机称为气体燃料发动机。
2、按照冷却方式的不同，发动机可以分为水冷发动机和风冷发动机两种。利用水或冷却液作为冷却介质进行冷却的称为水冷发动机，利用空气作为冷却介质进行冷却的称为风冷发动机。
3、按照完成一个工作循环所需的行程数不同，内燃机可分为四行程内燃机和二行程内燃机。把曲轴转两圈（720°），活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转一圈（360°），活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。
4、按照进气状态不同，活塞式内燃机可分为增压和非增压两种，若进气是在接近大气状态下进行的，则为非增压式或自然吸气式内燃机；若利用增压器将进气压力增高，进气密度增大，则为增压式内燃机。增压可以提高内燃机功率。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。（相关视频：第二集）
第三节 发动机的型号与编制
发动机型号的排列顺序及符号所代表的意义规定如下表：（如图1.2）
型号编制示例如下：
（1） 1E65F----表示单缸、四冲程、缸径65mm、风冷、通用型。
（2） 4100Q----表示四缸、四冲程、缸径100mm、水冷、车用。
（3） 492T ----表示四缸、四冲程、缸径95mm、水冷、拖拉机用。
第四节 发动机的常用术语
1、上止点
活塞在气缸里作往复直线运动时，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
活塞在气缸里作往复直线运动时，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
活塞从一个止点到另一个止点移动的距离，即上、下止点之间的距离称为活塞行程。一般用s表示，对应一个活塞行程，曲轴旋转180°
4、曲柄半径
曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径，一般用R表示。通常活塞行程为曲柄半径的两倍，即 S =2R 。
5、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，称为气缸工作容积。一般 用Vh表示：
式中：D－气缸直径，单位mm；
S－活塞行程，单位mm；
6、气缸总容积
活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积。一般用Va表示，显而易见，气缸总容积就是气缸工作容积和燃烧室容积之和，即Va＝Vc＋Vh。
7、发动机排量
多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机排量。一般用VL表示：
VL=Vhi
式中：Vh－气缸工作容积；
i － 气缸数目。
8、压缩比
是发动机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度，它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。一般用ε表示。
式中：Va － 气缸总容积；
Vh － 气缸工作容积；
Vc － 燃烧室容积；
通常汽油机的压缩比为6～10，柴油机的压缩比较高，一般为16～22。
9、工作循环
每一个工作循环包括进气、压缩、作功和排气过程，即完成进气、压缩、作功和排气四个过程叫一个。
（相关视频：第三集）
第五节 发动机的工作原理
一、四行程汽油发动机工作原理
发动机工作须经过进气，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压缩，压缩接近终点时点燃可燃混合气；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。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。
1、进气行程
活塞在曲轴带动下从上止点向下止点运动，这时排气门关闭，进气门打开。随着活塞下移，气缸内容积增大，压力减小，在气缸内形成一定的真空度，空气和汽油混合物通过进气门被吸入气缸，并在气缸内进一步形成可燃混合气。
2、压缩行程：
进气结束终了，曲轴继续旋转，带动活塞从下止点向上止点运动，这时进、排气门均关闭，气缸内成为封闭容积，随着活塞移动，气缸容积不断减小，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。
3、做功行程；
做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）位置时，安装在气缸盖上的火花塞产生电火花，点燃可燃混合气，火焰迅速传遍整个燃烧室，同时放出大量的热能。燃烧气体的体积急剧膨胀，温度和压力急剧升高，最高压力可达3.0～6.5MPa，最高温度可达2200～2800K，高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点向下止点移动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，除了用于维持发动机本身继续运转外，其余用于对外做功。随着活塞向下运动，气缸内容积增加，气体压力和温度逐渐降低，当活塞运动到下止点时，做功行程结束，气体压力降低到0.35～0.5MPa，气体温度降低到1200～1500K。
4、排气行程：
可燃混合气在气缸内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。排气行程开始时，排气门开启，进气门仍然关闭，曲轴通过连杆带动活塞由下止点向上止点运动时，此时废气在自身生剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸之外。活塞越过上止点后，排气门关闭，排气行程结束。
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0.105～0.12MPa，温度约为900～1100K。
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。
实际汽油机的进气过程中，进气门打开。在排气行程中，是排气门早于下止点开启，迟于上止点关闭。
进气门早开晚关的目的是为了增加进入气缸的混合气量，排气门早开晚关的目的是为了减少气缸内的残余废气量。减少残余废气量，会相应增加进气量。（相关视频：第四集）
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一样，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，着火方式，燃烧过程以及气体温度压力的变化都和汽油机不同。四冲程柴油机工作原理如下：
1、进气冲程 与汽油机相比，进入柴油机汽缸的不是可燃混合气而是纯空气。进气行程结束时，气体压力为80 -90kpa，温度为310-350K。
2、压缩冲程 压缩的是纯空气，由于柴油机压缩比大，压缩终了时气体的温度和压力比汽油机高。压力约为3000-5000kpa,温度约为800-1000k。
3、做工冲程 压缩行程结束，高压柴油经喷油器呈雾状喷入汽缸，迅速汽化并与空气形成混合气。由于压缩终了汽缸内温度远高于柴油的自然温度（500K左右）柴油立即自行着火燃烧。因此，柴油机没有点火系统。燃烧最高压力为5000-10000kpa，最高温度约为1800-2200K。
4、排气冲程 基本上与汽油机相同。
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内完成的。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。
（如图1.3）
例如曲轴箱换气式二行程汽油机，气缸上有三排孔，利用这三排孔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：活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩，当活塞继续上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱，活塞接近上止点时，火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩，当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动，换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并扫除废气。
第一行程：活塞从下止点向上止点运动，事先已充满活塞上方气缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。
第二行程：活塞从上止点向下止点运动，活塞上方进行作功过程和换气过程，而活塞下方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：
第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开始前不久，进气孔和排气门均以开启，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孔被关闭，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，使气缸内压力增大。
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，气缸内压力降低，进气孔开启，进行换气，换气一直延续到活塞向上运动1/3行程进气孔关闭结束。
曲柄连杆机构
第一节 概述
一、曲柄连杆机构的功用及组成
1、功用 曲柄连杆机构是发动机的主要运动构件。其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。
2、组成 曲柄连杆机构的组成：曲轴箱组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。
第二节 曲轴箱组
一、功用
汽缸体曲轴箱是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受发动机各种载荷。因此，曲轴箱必须要有足够的强度和刚度。
二、组成
曲轴箱组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。（如图2.1）
三、曲轴箱组主要机件的构造
1、气缸体
结构 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体--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，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。气缸体应具有足够的强度和刚度。
形式
1）根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为一般式、龙门式、隧道式三种形式。（如图2.2）
（1） 一般式气缸体 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，构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；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孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，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，曲轴拆装不方便。
2）为了能够使气缸内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。冷却方法有水冷和风冷两种。
冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作用。 现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机。
3）按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成直列式，V型和对置式三种。
（1） 直列式 发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的。单列式气缸体结构简单，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、所使用的发动机均采用这种直列式气缸体。
（2） V型 气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角γ＜180°，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，但加大了发动机的宽度，且形状较复杂，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） 对置式 气缸排成两列，左右两列气缸在同一水平面上，称为对置式。它的特点是高度小，总体布置方便，有利于风冷。
4）、按气缸套的冷却形式的不同，可分为干式气缸套和湿式气缸套两种。（如图2.3）
（1）干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与水接触，一般壁厚为1～3mm。
（2）湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁直接与水接触，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5～9mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，拆装方便，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。
２。曲轴箱
气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，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。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置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，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。
3、气缸盖
1）功用 主要是封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。气缸盖内也有冷却水套，其端面上的冷却水孔与气缸体的冷却水孔相通，以便利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。
2）结构 缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，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孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。
3） 形式 汽油机燃烧室常见的三种形式有：半球形、楔形、盆形。（如图2.5）
（1） 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，混合气在压缩行程中形成良好的挤气涡流运动。
（2）盆形燃烧室 结构简单、紧凑，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。
（3） 半球形燃烧室 半球形燃烧室结构较前两种更紧凑，但因进排气门分别置于缸盖两侧，使配气机构变得较复杂，但由于其散热面积小，有利于促进燃料的完全燃烧和减少排气中有害气体，有利于排气净化，在轿车发动机上被广泛地应用。
4、气缸垫
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。
1） 要求
（1）气缸垫的材料要有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以确保密封。
（2）要有好的耐热性、耐腐性和耐压性，在高温高压下不烧损或变质。
目前应用较多的是金属--石棉结构的气缸垫，石棉中间夹有金属丝或金属屑，且接触处覆铜皮。有的发动机还采用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。（如图2.6）
2） 安装注意事项 安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完好程度，所有气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐，将光滑的一面朝向气缸体，防止被高温气体冲坏。其次要严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周扩展的顺序分2～3次进行，最后一次拧紧到规定的力矩。（ 相关视频：第一集）
第三节 活塞连杆组
一、活塞
1、活塞的功用及工作条件
活塞的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。此外，活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。活塞各部名称如图：
工作条件：活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600～700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度（8～12m/s）往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。
根据上述工作条件，活塞结构用所用材料应满足下列要求：
（1） 要有足够的刚度和强度，传力可靠；
（2） 导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损；
（3） 质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性力。
2、活塞材料
铝合金材料基本上满足上面的要求，因此，活塞一般都采用高强度铝合金，但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。
3、活塞构造：
活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。
1）活塞顶部 形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关。其顶部形状可分为三大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞。大多汽油机采用平顶活塞。
平顶活塞顶部是一个平面，加工简单，受热面积小，顶部应力分面较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。
凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，采用凸顶活塞，多数是为了在不改变气缸盖结构的情况下增大发动机的压缩比。如好波尔舍911系列发动机。
凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。 采用凹顶活塞，可以通过改变活塞顶上凹坑的尺寸来调节发动机的压缩比。如夏利TJ370Q。
2）活塞头部 活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。它有数道环槽，用以安装活塞环，起密封作用，又称为防漏部。柴油机压缩比高，一般有四道环槽，上部三道安装气环，下部安装油环。汽油机一般有三道环槽，其中有两道气环槽和一道油环槽，在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件最恶劣，温度高，磨损严重，一般应离顶部较远些。
活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁，再由冷却水传出去。
3）活塞裙部 活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括装活塞销的销座孔。活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞直径。它的形状应该保证活塞在气缸内得到良好的导向，气缸与活塞之间在任何工况下都应该保持均匀的、适宜的间隙 。间隙过大，活塞敲缸；间隙过小，活塞可能被气缸卡住。
二、活塞环
1、活塞环的功用及工作条件
活塞环分为气环和油环两种。
气环的主要功用是密封和传热。气环的是保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，由冷却水带走。其中密封作用是主要的，因为密封是传热的前提。
油环主要功用是起布油和刮油的作用，下行时刮除气缸壁上多余的机油，上行时在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入气缸燃烧掉，又可以减少活塞、活塞环与气缸壁的摩擦阻力，此外，油环还能起到封气的辅助作用。
2、活塞环的工作条件
活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难的条件下工作，尤其是第一道环最为困难，长期以来，活塞环一直是发动机上使用寿命最短的零件。活塞环工作时受到气缸中高温高压燃气的作用，温度很高，活塞环在气缸内随活塞一起作高速运动，加上高温下机油可能变质，使环的润滑条件变坏，难以保证良好的润滑，因而磨损严重。另外，由于气缸壁的锥度和椭圆度，使环受到交变应力而容易折断。因此，要求活塞环弹性好，强度高、耐磨损。目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁（在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素），第一道环镀铬，其余环一般镀锡或磷化。其它道环大都采用镀锡和磷化处理，以改善其磨合性。
3、气环
气环开有切口，具有弹性，在自由状态下不是下圆形，其外径大于气缸直径，活塞环装入气缸后，在自身弹力作用下环外表面紧贴在气缸壁上，形成第一密封面，高压气体不能通过第一密封面而泄漏，它可能通过活塞顶岸与环槽的下侧面贴紧形成的第二密封面。同时，作用在环背的气体压力又大大加强了第一密封面的密封作用，气环密封效果一般与气环数量有关，汽油机一般采用2道气环，柴油机一般多采用3道气环。
气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环 。
1）矩形环，断面为矩形。其结构简单，制造方便，易于生产，与气缸壁接面积大，有利于活塞散热。但磨合性差，矩形环随活塞往复运动时，会把气缸壁面上的机油不断挤入燃烧室中。产生“泵油作用”，使机油消耗量增加，活塞顶及燃烧室壁面积炭。
2）锥面环 环外圆面为锥角很小的锥形，减小了环与气缸壁的接触面，提高了表面接触压力，有利于磨合和密封。活塞下行时，便于刮油；活塞上行时，由于锥面的“油楔”作用，锥面环滑越过气缸壁上的油膜而不致将机油带入燃烧室。安装时，在环的上侧面的标有向上的记号，不能装反。否则会引起机油上窜。
3）扭曲环 断面不对称的气环装入气缸后，产生不平衡力的作用，使活塞环发生扭曲变形，故称扭曲环。在环的内圆部分切槽或倒角的称内切环，在环的外圆部分切槽或倒角的称外切环。活塞上行时，扭曲环在残余油膜上浮，可以减小摩擦，减小磨损。活塞下行时，则有刮油效果，避免机油烧掉。同时，由于扭曲环在环槽中上、下跳动的行程缩短，可以减轻“泵油”的副作用。安装时必须注意断面形状和方向，内切口朝上，外切口朝下，不能装反。
4）梯形环 断面呈梯形，其优点是抗粘结性好。当活塞头部温度很高时，窜入第一道环槽中的机油容易结焦并将气环粘住，梯形环的侧隙和背隙随侧压力的方向不同而不断地改变。将环槽中的积炭挤出去。
5）桶形环 桶面环的外圆为凸圆弧形。其密封性、磨合性及对气缸壁表面形状的适应性都比较好。当桶面环不论上行还是下行均能形成楔油膜，使机油容易进入摩擦面，减小磨损。
4、油环
油环有普通油环和组合油环两种。
1）普通油环 普通油环又叫整体式油环。环的外圆柱面中间加工有凹槽，槽中钻有小孔或开切槽，当活塞向下运动时，将缸壁上多余的机油刮下，通过小孔或切槽流回曲轴箱；当活塞上行时，刮下的机油仍通过回油孔流回曲轴箱。有些普通环还在其外侧上边制有倒角，使环在随活塞上行时形成油楔，可起均布润滑油的作用，下行刮油能力强，减少了润滑油的上窜。
2）组合油环 组合环由上下两片刮片和弹性衬环组成。这种油环的接触压力高，对气缸壁面适应性好，而且回油通路大，重量小，刮油效果明显。
三、活塞销
1、活塞销的功用及工作条件
活塞销的功用是连接活塞和连杆，并把活塞承受的力传给连杆或相反。
活塞销在高温下承受很大的周期性冲击负荷，其本身又作摆转运动，而且处于润滑条件很差的情况下工作，因此，要求活塞销具有足够的强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，质量尽可能小。
2、活塞销结构及材料
活塞销一般都做成空心圆柱体，采用低碳钢和低碳合金钢制成，外表面经渗碳淬火处理以提高硬度，精加工后进行磨光，有较高的尺寸精度和表面光洁度。
四、连杆
1、连杆的功用 连接活塞与曲轴，并把活塞承受的力传给曲轴，使得活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。
2、连杆的组成 连杆体、连杆盖、连杆螺栓、连杆轴承等零件。连杆也可分为三个部分：即连杆小头，连杆杆身和连杆大头。连杆小头与活塞销相连。
1）连杆小头 连杆小头与活塞的连接方式有两种，即全浮式和半浮式。全浮式活塞销工作时，在活塞销孔和连杆小头孔内均可自由转动，可保证均匀磨损。半浮式活塞销工作时，只在活塞销内转动，在小头孔内不转动。小头孔不装衬套。
2）连杆杆身 断面为工字形，刚度大，质量轻、适于模锻。杆身内设有润滑油孔。采用压力法润滑的连杆
3）连杆大头 与曲轴的连杆轴颈相连，大头有整体式和分开式两种。一般都采用分开式，分开式又分为平切口和斜切口两种，连杆盖用螺栓或螺柱紧固。（如右图）
平切口 分面与连杆杆身轴线垂直，汽油机多采用这种连杆。
斜切口 分面与连杆杆身轴线成30～60°夹角。柴油机多采用这种连杆。
连杆与连杆盖配对加工，加工后，在它们同一侧打上配对记号，安装时不得互相调换或变更方向。为此，在结构上采取了定位措施。平切口定位多采用连杆螺栓定位，利用连杆螺栓中部精加工的圆柱凸台或光圆柱部分与经过精加工的螺栓孔来保证的。斜切口常用的定位方法有锯齿定位、止口定位、圆销定位、套筒定位。
3、连杆安装的注意事项
1）连杆与连杆盖配对好，不得更换或调头。（在杆身侧面打有记号）。
2）各缸连杆不得互换（根据平衡要求，同一发动机连杆重量差不得超过允许范围）。
3）安装连杆盖拧紧连杆螺栓螺母时要有扭力板手分2～3次交替均匀地拧紧到规定的扭矩，拧紧后还应可靠的锁紧。
（相关视频：第一集）
第四节 曲柄飞轮组
曲轴飞轮组的组成：曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和一些附件组成
一、曲轴
1、曲轴的功用：将作用是将活塞连杆组传来的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。另外，还用来驱动配气机构及其他各种辅助装置。
2、曲轴的结构：由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄构成了一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。
按曲轴的支承方式，一般可分为全支承曲轴和非全支承曲轴两种。
全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈
两边都有一个主轴颈。非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目少
或与气缸数目相等。
曲轴上钻有贯穿主轴颈、连杆轴颈和曲柄的油道，具有一定压力的润滑油经气缸体上主油道进入曲轴主轴承的工作面后，通过贯穿油道送到主轴颈工作表面，以保证可靠润滑。
曲轴前端装有正时齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端有用来安装飞轮的凸缘。在后轴颈与飞轮凸缘之间制成档油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。
二、飞轮
飞轮的主要功用是用来贮存作功行程的能量，以便克服其他行程的阻力，使使曲轴能均匀地旋转。飞轮外缘压有的齿圈与起动电机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用；汽车离合器也装在飞轮上，利用飞轮后端面作为驱动件的摩擦面，用来对外传递动力。 飞轮上通常刻有点火正时记号，以便检验和调整点火正时及气门间隙
配气机构
第一节 配气机构的功用与组成
一、配气机构的功用 配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照发动机的作功次序和每一缸的工作循环的要求，适时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。
二、配气机构的形式 按气门布置方式不同可分为气门顶置式和侧置式两种。汽车发动机大多采用顶置气门式配气机构。由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成。
顶置式配气机构按凸轮轴的布置形式可分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式、凸轮轴上置式；按曲轴和凸轮轴的传动方式可分为齿轮传动式、链条传动式和齿形带式。根据每只气缸的气门数目可分为两气门式和四气门式。（如图3.1）
（相关视频：第一集）
三、配气机构的组成
由气门组和气门传动组组成。（如图3.2）（ 相关视频：第二集）
第二节 配气相位
定义：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，即配气相位图。
为了使进气充足，排气干净，除了从结构上进行改进外（如增大进、排气管道），还可以从配气相位上想点办法，气门能否早开晚闭，延长进、排气时间呢？
① 气门早开晚闭
活塞到达进气下止点时，由于进气吸力的存在，气缸内气体压力仍然低于大气压，在大气压的作用下仍能进气；另外，此时进气流还有较大的惯性。由此可见，进气门晚关可以增加进气量。 进气门早开，可使进气一开始就有一个较大的通道面积，可增加进气量。
在作功行程快要结束时，排气门打开，可以利用作功的余压使废气高速冲出气缸，排气量约占50%。排气门早开，势必造成功率损失，但因气压低，损失并不大，而早开可以减少排气所消耗的功，又有利于废气的排出，所以总功率仍是提高的。
由此可见，气门具有早开晚关的可能，那么气门早开晚关对发动机实际工作又有什么好处呢？
进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。
进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。
排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。
排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。
② 气门重叠
由于进气门早开，排气门晚关，势必造成在同一时间内两个气门同时开启。把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角。在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？不会的，这是因为：a. 进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出；b. 进气门附近有降压作用，有利于进气。
③ 进、排气门的实际开闭时刻和延续时间
实际进气时刻和延续时间：在排气行程接近终了时，活塞到达上止点前，即曲轴转到离上止点还差一个角度α，进气门便开始开启，进气行程直到活塞越过下止点后β时，进气门才关闭。整个进气过程延续时间相当于曲轴转角180°+α+β。
α- 进气提前角 一般α=10°～30°
β- 进气延迟角 一般β=40°～80°
所以进气过程曲轴转角为230°～290°
实际排气时刻和延续时间：同样，作功行程接近终了时，活塞在下止点前排气门便开始开启，提前开启的角度γ一般为40°～80°，活塞越过下止点后δ角排气门关闭，δ一般为10°～30°，整个排气过程相当曲轴转角180°+γ+δ。
γ- 排气提前角 一般γ=40°～80°
δ- 排气延迟角 一般δ=10°～30°
所以排气过程曲轴转角为230°～290°
气门重叠角α+δ=20°～60°
从上面的分析，可以看出实际配气相位和理论上的配气相位相差很大，实际配气相位，气门要早开晚关，主要是为了满足进气充足，排气干净的要求。但实际中，究竟气门什么时候开？什么时候关最好呢？这主要根据各种车型，经过实验的方法确定，由凸轮轴的形状、位置及配气机构来保证。
第三节 配气机构的主要零部件
一、 气门组（如图3.3）
气门组包括气门、气门导管、气门座及气门弹簧等零件。
1、气门
气门用来封闭气道。气门分成进气门和排气门两种。气门由气门头和杆身两部分组成。气门头部是一个具有圆锥斜面的圆盘，气门锥角一般为45度 ，进气门锥角也有30度的 ，气门头边缘应保持一定厚度，一般为1-3 mm，以防工作中冲击损坏和被高温烧蚀。气门密封锥面与气门座配对研磨。 多数发动机进气门头部直径比排气门大，两气门一样大时，排气门有记号。
图 3.3
2、气门导管
功用：①起导向作用，保证气门作直线往复运动。②起导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去。气门杆与导管之间一般留有0.05－0.12mm间隙。
3、气门座
气门座与气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传。气门座可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。镶嵌式结构气门座都采用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作。
4、气门弹簧
功用： 气门弹簧的作用是用来支撑和关闭气门并使气门关闭严密，防止气门跳动而使气缸漏气。气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，它的一端支承在气缸盖上，另一端压靠在气门杆尾端的弹簧座上，弹簧座用锁片固定在气门杆的尾端。
二、 气门传动组
功用：是使进、排气门能按配气相位规定的时刻开始，并保证气门有足够的开度。
气门传动组组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂及气门间隙调整螺钉等
1、凸轮轴
功用：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。
构造：它由进气凸轮、排气凸轮、凸轮轴颈、驱动汽油泵的偏心轮、驱动机油泵及分电器的斜齿轮等组成。
2、挺柱
功用是将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力，近年来，液压挺柱被广泛地采用。
3、推杆
功用是将从凸轮轴传来的推力传给摇臂，它是配气机构中最容易弯曲的零件。要求有很高的刚度，在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些。
4、摇臂
摇臂是一个双臂杠杆，用来将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端打开气门。 （如图3.4）
燃油系统
第一节 汽油机燃料供给系的组成及可燃混合气
一、汽油机燃料供给系的功用
是根据发动机的不同工况的要求，将清洁的燃油和空气配制成一定数量和浓度的可燃混合气，供给气缸，并将燃烧作功后的废气排出气缸。
二、可燃混合气
可燃混合气是指空气与燃料的混合物，汽油机的可燃混合气“汽油+空气”在化油器内形成，其成分对发动机的动力性与经济性有很大的影响。
混合气的浓度通常用空燃比R或过量空气系数α表示。
空燃比就是混合气中空气质量与燃油质量的比值， 即R＝空气质量（kg）/燃油质量（kg）过量空气系数α是燃烧过程中实际供给的空气质量与理论上之比，即 α＝实际供给的空气质量（kg）/理论上完全燃烧时所需的空气质量（kg）
α＝1时 标准混合气
α＞1时 稀混合气
α＜1时 浓混合气
三、汽油机燃料供给系的组成
燃油供给装置：汽油箱、汽油滤清器、汽油泵、油管等
空气供给装置：空气滤清器
可燃混合气形成装置：化油器
可燃混合气供给和废气排出装置：进气总管、进气支管、排气总管、排气支管、排气消声器、三元催化转换器等。
四、化油器燃油系统的油路
第二节 汽油供给装置
一、汽油箱
1、功用：储存汽油。普通汽车只有一个油箱，越野汽车则常有主、副两个油箱。
2、安装位置：货车上，油箱通常安在车架外侧、驾驶员座下或货台下面，而轿车的油箱则装在车架的后部。
3、构造：用薄钢板冲压焊接而成，上部有加油管，油面指示表的传感器，出油开关。下部有放油塞，箱内有隔板以加强油箱的强度，并减轻行车时汽油的振荡。油箱是密封的，一般在油箱盖上装有空气蒸汽阀。保持油箱内油压正常，加油时，应先放沉淀后加油。
二、汽油泵
1、功用：将汽油从油箱吸出，经管路和汽油滤清器，然后泵入
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