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基本介绍

按燃料供给方式的不同，汽油发动机又可分为化油器式及喷射式（或称电喷式）两大类。

化油器常见于老车型的发动机上，在喷射式汽油机中，汽油可在进气口喷射，也可在进气冲程期间直接向气缸内喷射;喷油过程可由计算机程序控制，燃料可更均匀地分配给各个气缸;同时，由于不需要喉管而减少了进气的阻力等，可提高气缸内的平均有效压力和热效率。此外，还可以减弱或避免爆震燃烧。

活塞在气缸中上行所能达到的最高位置称为“上止点”，下行所能达到的最低位置称为“下止点”。在许多发动机内，在上止点时，活塞的顶部与气缸体的顶部齐平，燃烧室容积就是活塞上方气缸盖内的空腔容积，但这部分容积会因活塞顶部的形状而稍有改变。因此，压缩比的精确定义应该是，下止点时总的气缸容积与上止点时总的燃烧室容积之比。压缩比是表征发动机性能的一个重要指标。从上止点到下止点之间的直线距离称为冲程。

结构组成

汽油发动机的结构，一般由下列各部分组成：

1、机体：是发动机各部机件的装配基体。它包括气缸盖、气缸体、下曲轴箱（油底壳）。气缸盖和气缸体的内壁共同组成燃烧室的一部分。机体的许多部分又分别是其它系统的组成部分。

2、曲柄连杆机构：是发动机借以产生并传递动力的机构，通过它把活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。它包括活塞、活塞销、连杆、带有飞轮的曲轴和气缸体等。

3、配气机构：包括进气门、排气门、气门挺杆和凸轮轴及凸轮轴正时齿轮（由曲轴正时齿轮驱动）等。它的作用是使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排出废气。

4、燃料供给系统：汽油机燃料供给系统包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、空气滤清器、化油器、进气管、排气管、排气消音器等。其作用是把汽油和空气混合成合适的可燃混合气供入气缸，以备燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。

5、冷却系统：主要包括水泵、散热器、凤扇、分水管和气缸体以及气缸盖里的水套。其功用是把高热机件的热量散发到大气中去，以保证发动机正常工作。

6、润滑系统：包括机油泵、限压阀、润滑油道、集滤器、机油滤清器和机油散热器等。其功用是将润滑油供给摩擦件，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。

7、起动系统：包括使发动机的起动机构及其附属装置。

特点

由于汽油粘性小，蒸发快，可以在气缸外部与空气形成均匀的混合气，然后将混合气吸入气缸，或用汽油喷射系统将汽油喷入气缸，使气体膨胀做功。汽油机的缺点是热效率低于柴油机，泊耗较高，点火系统比柴油机复杂，可靠性和维修的方便性也不如柴油机。

应用

由于在相同功率条件下，汽油机的尺寸与质量都较柴油机小；转矩特性好，启动和加速性能较好，运转噪声较低，制造成本较低，因而汽油机的用途很广，在飞机、汽车、快艇、赛车、小型农机、园林机械甚至航模等都大量采用。

工作原理

一个工作循环包括有四个活塞行程（所谓活塞行程就是指活塞由上止点到下止点之间的距离的过程）：进气行程、压缩行程、膨胀行程（作功行程）和排气行程。

进气行程

在这个过程中，发动机的进气门开启，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积增大，从而使气缸内的压力将到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸力，这样空气便经由进气管道和进气门被吸入气缸，同时喷油嘴喷出雾化的汽油与空气充分混合。在进气终了时，气缸内的气体压力约为0.075－0.09MPa。而此时气缸内的可燃混合气的温度已经升高到370-400K。

压缩行程

为使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程，即压缩行程。此时混合气压力会增加到0.6-1.2MPa，温度可达600-700K。在这个行程中有个很重要的概念，就是压缩比。所谓压缩比，就是压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比。一般压缩比越大，在压缩终了时混合气的压力和温度便愈高，燃烧速度也愈快，因而发动机发出的功率愈大，经济性愈好。一般轿车的压缩比在8-10之间，不过现在最新上市的Polo就达到了10.5的高压缩比，因此它的扭矩表现相对不错。但是压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现暴燃和表面点火等不正常燃烧现象（燃油质量的影响也是占有相对重要的地位，这方面我们会在以后详细讲解）。暴燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。暴燃时火焰以极高的速率向外传播，甚至在气体来不及膨胀的情况下，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速向前推进。当这种压力波撞击燃烧室壁是就发出尖锐的敲缸声。同时，还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重暴燃是甚至会造成气门烧毁、轴瓦破裂、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。除了暴燃，过高压缩比的发动机还可能要面对另一个问题：表面点火。这是由于缸内炽热表面与炽热处（如排气门头，火花塞电极，积炭处）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧（也称作炽热点火或早燃）。表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会使发动机负荷增加，降低寿命。

作功行程

在这个过程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气被燃烧后，放出大量的热能，此时燃气的压力和温度迅速增加。其所能达到的最大压力可达3-5MPa,相应的温度则高达2200-2800K。高温高压的燃气推动活塞由上止点向下止点运动，通过连杆使曲柄旋转并输出机械能，除了维持发动机本身继续运转外，其余即用于对外做功。在活塞的运动过程中，气缸内容积增加，气体压力和温度都迅速下降，在此行程终了时，压力降至0.3-0.5MPa，温度则为1300-1600K。

排气行程

当膨胀行程（作功行程）接近终了时，排气门开启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，强制降废气强制排到大气中，这就是排气行程。在此行程中，气缸内压力稍微高于大气压力，约为0.105-0.115MPa。当活塞到达上止点附近时，排气行程结束，此时的废气温度约为900-1200K。　　由此，我们已经介绍完了发动机的一个工作循环，这期间活塞在上、下止点间往复移动了四个行程，相应地曲轴旋转了两周。

主要对比

综合比较

无论是汽油发动机还是柴油发动机，它们都属于内燃机，都是燃烧燃料后通过推动气缸内活塞作往返运动来将燃料中的化学能量转换成为驱动车辆前进的机械能量，因此两者的工作原理大体是相同的。

作为日常使用的燃料本身，柴油的能量密度最高，比液化天然气高出近1倍，比汽油高出10%以上。与汽油相比，柴油不易挥发，着火点较高，不易因偶然情况被点燃或发生爆炸。由于两者挥发性和燃点的不同，导致使用这两种燃料的发动机有不同的点火方式。汽油发动机的特点：体积小、重量轻、起动性好。

汽油发动机中，油气混合气进入气缸后，在压缩接近终了时由火花塞点燃。因此，汽油发动机需要一套控制何时让火花塞工作的点火系统，此系统必须精确控制火花塞放电的时刻和火花能量的大小，才能保证汽油机的工作正常，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。此外，由于汽油的燃点较低，汽油机的压缩比就不能太高，以免油气自燃，因此其热效率和经济性较柴油机为差。

汽油机的优点在于其体积小、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，因此，在载客汽车，特别是轿车中，汽油机得到了广泛的应用，特别是在我们国家生产的绝大多数轿车，都是采用汽油发动机作为自己的动力系统。

传统柴油发动机的特点：热效率和经济性较好

柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。因此，柴油发动机无需点火系。同时，柴油机的供油系统也相对简单，因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。

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，同时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。

但柴油机由于工作压力大，要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比较笨重，体积较大；柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；另外，柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。

由于上述特点，以前柴油发动机一般用于大、中型载重货车上。小型高速柴油发动机的新发展：排放已经达到欧洲III号的标准

传统上，柴油发动机由于比较笨重，升功率指标不如汽油机（转速较低），噪声、振动较高，炭烟与颗粒（PM）排放比较严重，所以一直以来很少受到轿车的青睐。

性能比较

在欧洲市场上，柴油发动机正在大行其道，越来越多的被运用在轿车上，许多刚刚开发出的全新车型，都有柴油发动机的版本，这说明柴油发动机以其独特的优势正逐步与汽油发动机在家用轿车领域平分秋色。对汽油发动机和柴油发动机进行一下比较，真正了解柴油发动机和汽油发动机在性能上的区别。

1、动力方面：柴油发动机扭矩大的特点在重载、大负荷、爬坡时有着汽油发动机无法比拟的优势。

2、功率方面：由于柴油抗暴性好，新一代的柴油发动机大多都配备了涡轮增压，更是许多汽油机无法比拟的。

3、环保方面：汽油发动机尾气主要的组成部分是二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、一氧化碳等，在这些污染物中，氮氧化物、碳氢化合物都对大气造成了严重的污染，一氧化碳又是有毒气体；而柴油发动机尾气中含的氮氧化物、二氧化碳、碳颗粒等，相比之下，从污染物数量上讲，柴油发动机排放的污染物要比汽油发动机少，而且避免了碳氢化合物和一氧化碳的排放，其排放的对人有害气体要少很多。只要柴油发动机解决碳颗粒排放问题，它的排放可以全面优于汽油发动机。

4、维修保养方面：由于柴油发动机的构造比较简单，没有点火系统，比较起来有保养简单、维修简便的优点，柴油引擎的寿命可以是汽油引擎的三倍，所以它极度耐用的特点。

5、节油方面：柴油燃料蕴含的能量较高，较少的燃料即可产生较汽油更大的爆炸能量，而且因为引擎压缩比较大，其效率越高，对燃料的消耗约节省，而且柴油引擎的转速较低，喷油的次数也比汽油引擎要少。

6、噪音方面：柴油发动机运转时噪声大是明显的缺点，相比之下，汽油发动机运转时则要温柔了许多，然而新一代柴油直喷发动机已经采用爆震传感器来降低工作噪音；在汽油发动机之间相比，柴油机具有燃油经济性好、尾气中氮氧化合物较低、低速大扭矩等特点，因其出色的环保特性而被欧系车推崇，而对于平顺性、噪声等缺点，在先进汽车工业下，已不是什么难题，当前柴油机性能和工况已经和汽油机相差无几。

常见故障

爆震

汽油发动机会产生爆震的现象，分析其产生爆震的现象，要了解其产生的原因，并根据症结进行解决。

汽油发动机的可燃混合气，开始是由高压点燃的。然后，燃烧的火焰以火花塞为中心，向外传播，将燃烧室内的混合气都引燃，这种燃烧过程为正常燃烧。如果在火焰没有到达之前，其余的混合气未被引燃就自行点火，这种燃烧就叫爆震。

爆震在发动机正常运转中是不允许发生的，它将导致发动机气缸体各零部件的磨损加剧、使用寿命缩短，甚至迅速毁坏，还会使发动机动力下降，油耗增加。

产生爆震的现象：

1、爆震会在气缸内突然产生冲击波，向四面冲击，使发动机的活塞、气缸壁、连杆、曲轴等发生强烈的振动，发生不规则的金属敲击声；

2、冷却系温度过高；

3、燃料燃烧不完全，废气中有黑烟；

4、发动机功率下降，油耗增大。

解决方法：

1、减小点火提前角；

2、使用与规定相符牌号（辛烷值）的汽油；

3、清除燃烧室积炭；

4、如果是在汽车上坡发生爆震，应及时换入低速档；

5、汽车起步时，不要过早地换入直接档。

6、在发动机负荷过大发生爆展时，关小节气门，也可起到消减爆震的作用。

拉缸

拉缸就是在缸套内表面与活塞往复运动接触的区域内，发生有上下刮伤纹迹的现象，一般拉缸现象经常发生在发动机大修后走合期内；有的也发生在正常运行中。在拉缸时，一般在缸套内表面上出现轻度的纹迹状拉痕，较少出现严重的片迹状拉伤现象。拉伤的部位多在垂直活塞销轴线的缸套两侧表面。拉缸的损坏部件多为缸套（内表面）、活塞（外表面）及活塞环（外表接面）。

出现拉缸损坏的基本原因是，在缸套与活塞摩擦环之间，产生了局部干摩擦。由此，金属表面的微凸体相互接触。在高负荷作用下，微凸体变形，在相互运动中，有大量摩擦热产生，使微凸体熔化并熔合，而又拉开，形成了刮移纹迹和产生了磨屑。金属磨屑被嵌压人活塞表面（没有润滑油把它们冲刷带走），对缸壁产生刮伤。

影响拉缸的因素很多，情况也比较复杂。它主要与发动机的工作（温度和负荷），活塞和缸套间的配合及其匹配材料等状况有密切关系。然而，发动机走合期的磨合状况是影响拉缸的关键。造成拉缸的基本因素有以下三个方面。

1、发动机的活塞与缸套间的温度过高

1）发动机的热负荷过大，使整机温度过高，发动机的最佳热状态是冷却水温保持在75℃-85℃之间，如果发动机热负荷很大，或其冷却效果不佳，发动机温度就会过高，活塞膨胀热变形过大；使缸套与活塞间隙过小，其间难于形成良好的润滑油膜，甚至，由于润滑油在高温下炭化或烧掉，导致活塞环与缸壁粘结，引起突爆和早燃，产生了干摩擦状态，加剧发动机磨损。

2）缸套内表面的精度和光洁度以及形状（锥度和椭圆度）超过规定标准。活塞环的密封作用降低，缸内燃烧气体窜入活塞裙部，使裙部温度过高，润滑情况恶化，产生局部干摩擦现象。

3）活塞在缸套中安装位置偏移而产生偏磨，由于活塞变形，活塞销孔偏移，汽缸搪磨偏歪，连杆变曲或扭曲，曲轴变轴，曲柄销与主轴颈不平行等原因，都会使活塞在汽缸中单边偏靠。这时，活塞环对缸壁的压力相对集中于局部表面，使缸套与活塞环之间的油膜在很大的压力下变得薄，甚至破裂，由此，失去了润滑作用，形成干摩擦而温度剧增。

4）发动机爆燃，发动机工作时，燃料辛烷值过低，点火时间过早，压缩比过高，火花塞过热，燃烧室内积碳严重，都会引起爆燃现象。其结果使缸壁的局部温度迅速提高，使润滑油膜破坏或焦结成粘胶休，将活塞环粘在环槽内，而引起漏气现象。另外，由爆燃引起燃烧气体向缸璧敲击，使缸套易产生干摩擦造成刮伤。

5）缸套内表面润滑不良。由于润滑油不足，油压太低，油质太差等因素，不能保证润滑时带走金属摩擦表面产生的热量，而引起金属高温变形。

6）冷却效果不佳。由于缺水，散热器内部阻塞，缸套外壁及附水垢过多，风扇安装不当，风扇皮带过松，扇风量过小，水泵排量过低等因素，使发动机冷动不良，导致发动机过热，水温和润滑油温过高等弊病。尤其在走合期发生过热现象，易于发生拉缸。

2、活塞环、活塞、缸套三者的材料配合不当

我国生产汽车配件的单位较多，配件质量不稳定，各生产厂家的活塞膨胀系数不同，缸套与活塞环的表面硬度也不一样，这些，都有可能造成拉缸现象，如更换活塞环时，要按标准留足端隙；镀铬缸套不要配装镀铬活塞环，以免引起硬拉缸。

3、装配与工艺问题

1）活塞销装配过紧，易在轴向两端引起拉缸；

2）活塞销挡圈脱出，能引起极严重的拉缸；

3）活塞环切口处理不当，环的切口开口太大，锉口时棱角突出；

4）活塞环端面间隙大；

5）发动机冷起动时转速上升过快，或负荷加上过快。

4、使用方面注意以下几点