汽车构造中汽车发动机技术及其新进展探析

孟德宝

（延安大学西安创新学院，陕西　西安　710100）



汽车构造中汽车发动机技术及其新进展探析

孟德宝

（延安大学西安创新学院，陕西西安710100）

摘要：发动机是汽车的动力机构，是汽车的心脏，也是汽车能量转换的重要中介，发动机的性能对汽车有着非常重要的作用.论文分析了汽车发动机的构造组成与各机构系统的工作原理，作者对汽车发动的几大技术性能指标进行了分析，并以此为基础探讨汽车发动机技术的新进展与未来的发展趋势.

关键词：发动机；构造；性能指标；进展；趋势

1　汽车发动机的工作原理与构造组成

汽车发动机是汽车的核心工作系统，汽车靠发动机获得动力，由很多的机构与系统共同组成.发动机分为很多类型，根据使用的燃料不同有汽油发动机和柴油发动机；根据行程数分为二行程发动机、四行程发动机.根据气缸数分为单气缸发动机、多气缸发动机.按照冷却方式发动机还可以分为水冷型发动机与风冷型发动机等.发动机的分类又多个层级标准，而发动机要给汽车源源不断地提供动力，完成能量的循环，必然要依靠以下的机构进行工作：

1.1冷却系统

冷却系统能将汽车的运行中零部件所产生的热能及时散发出去，以给汽车发动机提供一个恒定的，适宜的工作温度.发动机的冷却系统包括水冷系统与风冷系统，水冷系统以冷却液作为主要介质，风冷系统以空气为冷却介质.

1.2润滑系统

润滑系统的主要作用在于对相对运动的零部件提供一定的清洁润滑液提高运行的效率，避免麻烦阻力，以降低零部件之间的摩擦损耗；一定量的润滑液也可以对汽车发动机的零部件进行必要的清洗与冷却，一般润滑系统包括油道、机油泵和一些附属阀门等构成.

1.3点火系统

在汽油发电机中，气缸内靠电火花来点燃混合气体，因此一般在汽油发动机的汽缸盖上设置有火花塞，火花塞的头部位于气缸燃烧室，火花塞电火花通过电极产生点火，而汽车内部可以形成电火花的设备被称之为点火系，点火系一般有发电机、蓄电池、分电器与火花塞等组成.

1.4启动系统

汽车发动机要实现正常的运转，首先必须通过外力使发动机的曲轴发生转动，活塞可以形成反复运动，由此发动机的气缸内的混合气体受迫而膨胀，产生有用功，发动机由静止状态逐渐过渡到运动状态，自动循环开始慢慢政策运行.因此汽车发动机的启动可以定义为：外力作用迫使曲轴发生转动，曲轴转动的过程中，发动机逐渐形成怠速运转的状态，继而发动机实现启动.发动机在启动过程中所参与的设备与装置都被称之为发动机的启动系.

1.5燃烧供应系统

汽油发动机燃料供给系统主要根据发动机的命令，形成一定浓度与数量的混合气体，混合气体逐渐进入汽油发动机的气缸内部，此过程中，发动机燃烧形成的废气排入到大气中.而柴油发动机燃料供给系统将柴油与空气分别供入气缸内部，从而在燃烧室内形成一定浓度与数量的混合气体，发生燃烧，燃烧形成的废气最终被排放到大气.

1.6配气机构

汽车发动机的配气机构由凸轮轴、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.配气机构的主要功能为根据汽车发动机气缸内的工作循环，定时开启或者关闭气缸内的进气门和排气门，且使得新鲜的充量可以进入到气缸内，及时将气缸内的废气排出气缸外.配气机构在气体燃烧与压缩的过程中保证了燃烧室的密封性，新鲜的充量相对于汽油而言常常是汽油与空气进行混合后的混合气体，而相对于柴油机而言，则是纯的新鲜空气.发动机配气机构采用顶置气门室配气机构，常常由气门驱动、传动和气门组组成.

1.7曲柄连杆机构

汽车发动机曲柄连杆机构（cranktrain）是发动机的主要运动机构，它的主要功能在于将活塞的反复运动转化为曲柄的旋转运动，从力的转化上来分析，是将活塞产生往复运动的力转化为曲轴的转矩，转矩是曲轴旋转产生的作用力，它可以作用于汽车车轮，使其发生转动，汽车才可以跑起来.曲柄连杆机构是汽车发动机产生运动，实现能量转换的主要机构系统，一般由连杆组、活塞组、飞轮组和一些其他零部件组成.

2　汽车发动机的主要性能指标

如何评判汽车发动机的品质与性能的优劣，是购车者常常关注的主要要素.汽车发动机的工作性能与一些重要指标密切相关，一般而言，汽车发动机性能指标包括动力性指标与经济性指标.发动机运转的有效扭矩、产生的有效功率、发动机转速常作为发动机的动力指标，而发动机的经济性指标常用有效燃油消耗率来表示.购车消费者可以通过以下几项性能指标对发动机的性能进行评价：

2.1功率与最大功率

功率的单位为千瓦，发动机运行中的转速与发动机的输出功率呈正相关，转速越大，发动机的输出功率也越大.但这种正相关并不一直持续下去，有一个最优的价值点，超过这个点后，发动机的功率不但不增加，反而会产生下降，因此发动机的最大功率存在最大值，在功率最大的时候，发动机此时的转速也是最大的，汽车此时的车速也是最快的.

2.2最大扭矩

汽车发动机在曲轴产生扭矩的情况下，扭矩的大小与汽车的牵引力有很大关系.扭矩的大小类似于加速度的概念，可以反映汽车在某一节点上提高速度的能力与潜力.曲轴产生的最大扭矩常常产生于发动机低速或者中速的速程范围内.一般而言，汽车在起步阶段或者低速运行的过程中提速对扭矩产生最大最为有利.一般而言，性能最好的发动机常常在比较宽泛的转速区，可以提供百分之九十上下的扭矩平台，且基本不会受到速度的影响，无论在低速还是高速中，均可以发挥最好的性能.

2.3气门

气门数也是影响发动机的重要因素.传统的汽车发动机气门常常采用由进气门与排气门两个气门组成的形式.而随着汽车技术的发展，目前比较先进的汽车已经开始使用更多的气门数发挥发动机的性能.当前主流的汽车常常采用四气门的构造形式.四个气门中有两个是进气门，有两个是排气门.相比较而言四气门技术比两气门的进气、排气效率和效果会更加明显.也有的汽车是五气门，三个进气门，两个排气门，从燃烧的角度而言，三个进气门更有利于燃料气体的彻底燃烧，但是五气门构造比较复杂，工艺也比较困难.

2.4气缸的排列形式

一般发动机气缸的排列有直线型排列、V型排列和水平对置等形式.一般而言，包括四个气缸以下的发动机常常采用直线型排开，成本低的同时，构造工艺比较简单，但有效输出功率较低.多气缸如六气缸、八气缸常常采用W型或V型排列，气缸错开排列，这种排列方式常常可以使发动机比较平稳工作，低效一定的振动，但相对而言造价要比直线型的价格高，工艺与构造也比较复杂，修理与维护比较困难.

3　汽车发动机的发展趋势展望

提起汽车，发动机是不可缺少的话题.当前随着汽车技术的发展，汽车发动机的优化主要为环保性能优化与电控系统优化两个主要方面.

3.1多气门技术

前文以及论述到发动机的气门数量与发动机的性能有重要关系，传统的老的汽车沿用的是两气门发动机，发动机的进气效率低，燃烧不彻底，而目前先对先进与前沿的汽车已经实现了多气门技术，如很多发达国家推出的轿车已经采用单气缸四气门技术与五气门技术，多气门技术使得发动机的进气与排气效率增加，气体燃烧效率加大，动力更强，而在同等条件下，燃料的消耗也会比较低，所以多气门技术是未来汽车发动机提高工作性能的主要方式之一.

3.2涡轮增压技术

涡轮增压即意味着在一定排量的情况下，增加燃料的同时，增加空气的数量与浓度，通过对涡轮进行增加，以使发动机所排出的废气更有用武之地，它可以带动涡轮高速的运转，伴随机械传动系统与装置的辅助作用，从而循环为发动机引入更多的空气，如此循环可以极大提高发动机的工作效能.

3.3可变进气歧管长度技术

发动机燃料燃烧所需要一定浓度与数量的空气，而空气是通进气歧管进入气缸内，如果将空气进入的进气歧管加长，那么发动机在低速状态下会产生足够大的扭矩，而进气歧管较小，扭矩的产生也小，但高速状态运行时，较小的进气歧管输出功率会变大.因此可以考虑采用可变可调控的进气歧管技术，综合两种情况下的优点，避免缺点，扬长避短，采用双级的可变进气歧管，既保证了输出效率，又可以获得速程范围内的最佳扭矩，但双级可变进气歧管技术目前仅是先进汽车企业采用的技术，我国目前对其研究尚处于初步阶段，但从提高发动机效能而言，是为了汽车技术发展的创新思路.

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中图分类号：U464

文献标识码：A

文章编号：1673-260X（2016）05-0163-02

收稿日期：2016-02-17