发动机工作原理

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汽车发动机的基本构造及工作原理

季宏宇（地址乌海职业技术学院邮箱016000）

摘要:本文概括了现代汽车发动机的基本构造和工作原理。包括四冲程发动

机、汽油喷射系统的工作原理、润滑部位和润滑油路、冷却系的工作原理

等。还简略介绍了发动机汽缸的组成及影响：汽缸体、汽缸对数、活塞、

缸内直喷技术等。发动机的工作原理是将某种能量转化为机械能的一种机

器。其作用是将液体或气体燃烧的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热

能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力，不断循环从而带动汽车的轮轴，

形成了汽车的动力来源。

关键词：汽车发动机气缸机械能

（一）现代发动机的构造

发动机是将某一种型式的能量转换为机械能的机器，其作用是将液体或气

体燃烧的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能

并对外输出动力。发动机是一部由许多结构和系统组成的复杂机器，其结

构型式多种多样，但由于基本工作原理相同，所以其基本结构也就大同小

异。

汽油机通常由曲柄连杆、配气两大机构和燃料供给、润滑、冷却、点火、

起动五大系统组成。柴油机通常由两大机构和四大系统组成（无点火系）。

1．曲柄连杆机构是由气缸体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴和飞轮等组成。

这是发动机产生动力，并将活塞的直线往复运动转变为曲轴旋转运动而对

外输出动力。

2．配气机构是由进气门、排气门、气门弹簧、挺杆、凸轮轴和正时齿轮等

组成。其作用是将新鲜气体及时充入气缸，并将燃烧产生的废气及时排出

气缸。

3．燃料供给系可分为汽油机燃料供给系和柴油机燃料供给系。

汽油燃料供给系又分化油器式和燃油直接喷射式两种，通常所用

的化油器式燃料供给系由燃油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气滤

清器、进排气歧管和排气消声器等组成，其作用是向气缸内供给已配好的

可燃混合气，并控制进入气缸内可燃混合气数量，以调节发动机输出的功

率和转速，最后，将燃烧后废气排出气缸。

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柴油机燃料供给系由燃油箱、输油泵、喷油泵、柴油滤清器、进

排气管和排气消声器等组成，其作用是向气缸内供给纯空气并在规定时刻

向缸内喷入定量柴油，以调节发动机输出功率和转速，最后，将燃烧后废

气排出气缸。

4．冷却系：机动车一般采用水冷却式。水冷式由水泵、散热器、风扇、节

温器和水套（在机体内）等组成，其作用是利用冷却水的循环将高温零件

的热量通过散热器散发到大气中，从而维持发动机电动正常工作温度。

5．润滑系由机油泵、滤清器、油道、油底壳等组成。其作用是将润滑油分

送至各个相对运动零件的摩擦面，以减小摩擦力，减缓机件磨损，并清洗、

冷却摩擦表面。

6．点火系由电源（蓄电池和发电机）、点火线圈、分电器和火花塞等组成，

其作用是按规定时刻及时点燃气缸内被压缩的可燃混合气。

7．起动系由起动机和起动继电器等组成，用以使静止的发动机起动并转入

自行运转状态。

（二）发动机的简单工作原理

（1）四冲程发动机的工作原理

四行程汽油机经过进气、压缩、作功和排气行程完成一个工作循环。

A进气行程：活塞从上止点向下止点运动，排气门关闭，进气门打开。

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。

B压缩行程：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，气缸内成为封闭容积，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。

C作功行程：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，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内气体温度和压力急剧升

高，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，气缸内容积增加，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。

D排气行程：当作功接近终了时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠

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。

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。在每一个工作循环中，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。

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（2）汽油喷射系统工作原理

电控汽油喷射系统是利用各种传感器检测发动机的各种状态，经电脑的判

断、计算，使发动机在不同工况下，均能获得合适浓度的可燃混合气

电子控制喷油系统是通过空气流量计、歧管绝对压力传感器或节气门位置

传感器来检测发动机进气量，电子控制单元根据各种传感器的信号进行判

断、计算、修正控制喷油器喷油的持续时间，使发动机获得该工况下运行

所需的最佳可燃混合气浓度。

电控汽油喷射系统由进气系统、燃油系统、点火系统和控制系统四部分组

成。

进气系统为发动机可燃混合气的形成提供必需的空气。空气经空气滤清器、

空气流量计、节气门体、进气总管、进气歧管进入气缸。

在燃油系统中，油箱中的汽油从燃油泵泵出，流经汽油滤清器到喷油器，

多余的燃油经压力调节器流回油箱。

电子控制单元产生的点火定时信号送给点火器，接通、断开点火线圈的初

级电路，使火花塞跳火，与此同时点火器反馈给电子控制单元一个点火确

认信号。

控制系统由传感器、电子控制单元和执行器组成。其核心是电子控制单元。

电子控制单元通过进气歧管绝对压力传感器或空气流量计的信号计算进气

量，并根据进气量和发动机的转速获得基本喷油持续时间和基本点火提前

角，然后通过冷动水温度、进气温度、节气门开启角度、电瓶电压等各种

工作参数进行修正，得到发动机在这一工况下运行的最佳喷油持续时间或

最佳点火提前角。

根据发动机的要求，电子控制单元还可控制怠速、排气再循环和其他系统。

(3)润滑部位与润滑油路

润滑系的主要部件有机油泵、机油滤清器，各种阀，机油散热器以及检视

设备。机油泵的功用是提高机油压力，保证机油在润滑系统内不断循环。

为了保证输送到各运动零件表面的润滑油的清洁，在润滑系中还设有机油

滤清器。

发动机工作时，机油泵通过吸油盘从油底壳内吸入机油，并提高机油压力，

通过机油滤清器滤清后，把干净的机油以一定的压力送到主油道，然后再

通过各支油道送给各运动零件表面。

发动机主要润滑零件有曲柄连杆机构、配气机构和传动齿轮。

(4)冷却系的大小循环

通常利用节温器来控制通过散热器冷却水的流量。节温器装在冷却水循环

的通路中（一般装在气缸盖的出水口），根据发动机负荷大小和水温的高低

自动改变水的循环流动路线，以达到调节冷却系的冷却强度。

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当发动机在正常热状态下工作时，即水温高于80℃，节温器阀门打开了通

往散热器的通道，同时关闭了通往水泵的旁通管，冷却水全部流经散热器，

形成大循环；当冷却水温低于70℃时，节温器阀门关闭了通往散热器的通

道，同时打开了通往水泵的旁通管，水套内的水只能由旁通孔流出经旁通

管进入水泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，只

在水套与水泵之间进行小循环，从而防止发动机过冷；当发动机的冷却水

温在70～80℃范围内，通往散热器的通道和通往水泵的旁通管均处于半开

闭状态，此时一部分水进行大循环，而另一部分水进行小循环。

论文主要参考文献

[1]皇甫鉴范明强《现代汽车电子技术与装置》

[2]吴际璋等《汽车构造》