第2節 發動機

一、發動機構造

（一）發動機分類

1.按燃料種類分類

1）汽油發動機。所用燃料為汽油，如圖1-30所示。汽油機轉速高、質量小、噪聲小、起動容易、制造成本低。

2）柴油發動機。所用燃料為柴油，如圖1-31所示。柴油機壓縮比大、熱效率高、經濟性能和排放性能都比汽油機好。

2.按氣缸排列方式分類

1）直列發動機。直列4缸發動機如圖1-32所示，在發動機艙內可以縱置安裝或橫置安裝。

2）V形發動機。就是將所有氣缸分成兩組，相鄰氣缸以一定夾角布置在一起，使兩組氣缸形成一個有夾角的平面，從側面看氣缸呈V字形。V形8缸發動機如圖1-33所示。

3.按進氣系統是否增壓分類

1）自然進氣發動機。利用進氣行程活塞向下移動產生的真空吸力使空氣進入氣缸，如圖1-34所示。

2）渦輪增壓發動機。在進氣總管上安裝廢氣渦輪增壓器，一般增壓壓力為150kPa，如圖1-35所示。有的發動機也采用兩級增壓。

4.按噴油器安裝位置分類

1）進氣歧管噴射發動機。進氣歧管噴射發動機就是把汽油直接噴射在進氣歧管，如圖1-36所示，與空氣混合后進入氣缸燃燒的發動機。

2）燃油直噴發動機。燃油直噴發動機就是讓燃油直接噴射在氣缸內，如圖1-37所示，然后再與空氣混合進行燃燒。采用燃油直噴的形式可以讓混合氣在很稀的條件下燃燒，這樣能夠節省更多的燃油。

（二）術語和工作原理

1.發動機術語

發動機是汽車的動力源，它是將化學能變為熱能，熱能轉變為機械能的機器。

基本術語包括上下止點、活塞行程、氣缸工作容積、發動機排量、燃燒室容積、氣缸總容積、壓縮比等。

1）上止點。活塞在氣缸里做往復直線運動時，當活塞向上運動到最高位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉中心最遠的極限位置稱為上止點。

2）下止點。活塞在氣缸里做往復直線運動時，當活塞向下運動到最低位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉中心最近的極限位置稱為下止點。

3）活塞行程。活塞從一個止點運動到另一個止點的距離，即上止點、下止點之間的距離稱為活塞行程，如圖1-38所示。

4）氣缸工作容積。活塞從一個止點運動到另一個止點所掃過的容積。

5）燃燒室容積。活塞位于上止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積。

6）氣缸總容積。氣缸工作容積和燃燒室容積之和，如圖1-39所示。

7）發動機排量。多缸發動機的各氣缸工作容積的總和。

8）壓縮比。壓縮比等于氣缸總容積與燃燒室容積之比，如圖1-40所示。

9）功率與轉矩。功率是發動機單位時間內所做的功，單位為kW。轉矩是活塞推動曲軸旋轉輸出的力矩，單位為N·m。發動機在不同轉速時，功率和轉矩是不同的，如圖1-41所示。

2.汽油發動機工作原理

汽油和柴油具有不同的性質，因此在發動機工作原理和結構上有差異。四沖程汽油機的運轉是按進氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程的順序往復循環的。

1）進氣行程。活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點，此時進氣門開啟、排氣門關閉，如圖1-42所示。在活塞移動過程中，氣缸容積逐漸增大，氣缸內形成一定的真空度，空氣和汽油的混合物通過進氣門被吸入氣缸，并在氣缸內進一步混合形成可燃混合氣。

2）壓縮行程。進氣行程結束后，曲軸繼續帶動活塞由下止點移至上止點。這時進、排氣門均關閉，如圖1-43所示。隨著活塞移動，氣缸容積不斷減小，氣缸內的混合氣被壓縮，其壓力和溫度同時升高。

3）做功行程。壓縮行程結束時，安裝在氣缸蓋上的火花塞產生電火花，將氣缸內的可燃混合氣點燃，火焰迅速傳遍整個燃燒室，同時放出大量的熱能，如圖1-44所示。燃燒氣體的體積急劇膨脹，壓力和溫度迅速升高，在氣體壓力的作用下，活塞由上止點移至下止點，并通過連桿推動曲軸旋轉做功。這時，進、排氣門仍舊關閉。

4）排氣行程。排氣行程開始，進氣門仍然關閉，排氣門開啟，曲軸通過連桿帶動活塞由下止點移至上止點，如圖1-45所示。此時燃燒后的氣體在其自身剩余壓力和在活塞的推動下，經排氣門排出氣缸之外。當活塞到達上止點時，排氣行程結束，排氣門關閉。

3.柴油發動機工作原理

四沖程柴油機的工作循環同樣包括進氣、壓縮、做功和排氣四個過程。只是由于柴油和汽油的使用性能不同，柴油機和汽油機在混合氣形成方法及著火方式上有著根本的差別。

1）進氣行程。在柴油機進氣行程中，此時進氣門開啟、排氣門關閉，被吸入氣缸的只是純凈的空氣。

2）壓縮行程。這時進、排氣門均關閉，因為柴油機的壓縮比大，所以壓縮行程終了時氣體壓力高。

3）做功行程。在壓縮行程結束時，噴油器將柴油噴入燃燒室，氣缸內的溫度遠高于柴油自燃點，因此柴油隨即自行著火燃燒。在氣體壓力的作用下，活塞推動連桿，連桿推動曲軸旋轉做功。這時，進、排氣門仍舊關閉。

4）排氣行程。排氣行程開始，進氣門仍然關閉，排氣門開啟，燃燒后的廢氣排出氣缸。

（三）曲柄連桿機構

1.功用與組成

曲柄連桿機構是使發動機實現工作循環，完成能量轉換的傳動機構，用來傳遞力和改變運動方式。曲柄連桿機構主要由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。

2.機體組

機體組是發動機的骨架，是發動機各個機構和各個系統的安裝基礎，其內、外安裝有發動機的所有零件和附件，并且承受一定的載荷。機體組主要由氣缸體、氣缸蓋、氣缸襯墊、氣門室罩以及油底殼等組成，如圖1-46所示。

1）氣缸體。氣缸體是發動機的基本結構，是發動機機體組的重要組成部分，在氣缸蓋和油底殼之間。絕大多數發動機的氣缸體與曲軸箱連鑄在一起，如圖1-47所示。該氣缸體為鋁合金鑄造，有薄壁鑄鐵缸套。

2）氣缸蓋。氣缸蓋承受氣體力和緊固氣缸蓋螺栓所形成的機械負荷，同時還由于與高溫燃氣接觸而承受很高的熱負荷，如圖1-48所示。氣缸蓋主要由進排氣門座孔、氣門導管、火花塞安裝孔、噴油器安裝孔、氣道和水道等組成。氣缸蓋一般由鋁合金制造，每個燃燒室有2～4個氣門，各個氣缸內設有獨立的點火線圈，燃油導軌位于氣缸蓋上，高壓燃油泵位于氣缸蓋的終端，由排氣凸輪軸來驅動。

3）氣缸襯墊。氣缸襯墊的功用是密封氣缸，保證氣缸內氣體不被泄漏，如圖1-49所示。氣缸襯墊是機體頂面與氣缸蓋底面之間的密封件，為全金屬材料。

4）油底殼。油底殼的主要功用是儲存機油和封閉機體或曲軸箱，如圖1-50所示。油底殼用薄鋼板沖壓或用鋁鑄制而成，有的油底殼內設有擋板，用以減輕汽車顛簸時油面的振蕩。油底殼配備有油位傳感器及量油尺。

3.活塞連桿組

活塞連桿組是發動機的傳動件，它把燃燒氣體的壓力傳給曲軸，使曲軸旋轉并輸出動力。活塞連桿組由活塞、活塞環、活塞銷、連桿及連桿軸瓦等組成，如圖1-51所示。

1）活塞。活塞的主要功用是承受燃燒氣體壓力，并將此力通過活塞銷傳給連桿以推動曲軸旋轉，活塞頂部與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。如圖1-52所示，活塞按表面位置不同可分為頂部、頭部和裙部三部分。活塞頂部，其形狀與燃燒室形狀和壓縮比大小有關。活塞頭部，采用三環短活塞，三環指上氣環、下氣環和油環。活塞頭部以下的部分為活塞裙部，裙部涂有石墨層，裙部應有足夠的實際承壓面積，以承受側向力。

2）活塞環。活塞環的功用是保證活塞與氣缸壁間的密封，防止氣缸內的可燃混合氣和高溫燃氣漏入曲軸箱，并將活塞頂部接受的熱傳給氣缸壁，避免活塞過熱，如圖1-53所示。活塞環由氣環和油環組成，氣環主要功用是密封和傳熱，油環主要功用是刮除飛濺到氣缸壁上多余的機油，并在氣缸壁上涂布一層均勻的油膜。

3）活塞銷。活塞銷用來連接活塞和連桿，并將活塞承受的力傳給連桿，如圖1-54所示。活塞銷在高溫條件下承受很大的周期性沖擊負荷，潤滑條件較差。活塞銷通常進行表面硬化，其內部形狀為錐形。

4）連桿。連桿組的功用是將活塞承受的力傳給曲軸，并將活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動，如圖1-55所示。連桿蓋通過螺栓將連桿軸承與桿身固定在一起，連桿組由小頭、桿身和大頭構成，連桿小頭與活塞銷連接，同活塞一起做往復運動；連桿大頭與曲柄銷連接，同曲軸一起做旋轉運動。

4.曲軸飛輪組

曲軸的功用是把活塞、連桿傳來的氣體壓力轉變為轉矩，用以驅動汽車的傳動系統和發動機的配氣機構以及其他輔助裝置。曲軸飛輪組如圖1-56所示，包括曲軸和飛輪等組件。

1）曲軸。如圖1-57所示，曲軸用鑄鐵制造，由若干個曲拐構成。曲軸在五個軸承上承載，并且配備有平衡軸的驅動件。

2）減振器。當發動機工作時，曲軸在周期性變化的轉矩作用下，各曲拐之間發生周期性相對扭轉振動。為了消減曲軸的扭轉振動，多在扭轉振幅最大的曲軸前端裝置減振器，如圖1-58所示。減振器殼體與曲軸連接，在減振器上有一個齒環，該齒環有58個齒。減振器包括以下部件：擰緊在曲軸上的中心部件、橡膠減振器、帶有帶輪的外部部件。

3）飛輪。飛輪是摩擦式離合器的主動件，飛輪輪緣上鑲嵌有供起動發動機用的飛輪齒圈，有的飛輪上還刻有上止點記號，用來校準點火正時或噴油正時。飛輪與曲軸之間應有嚴格不變的相對位置，運轉時需保持平衡。飛輪的類型有實體飛輪和雙質量飛輪。圖1-59所示為實體飛輪。

4）曲軸主軸承。主軸頸是曲軸的支承部分，通過主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中，為了保證曲軸軸向的正確定位，曲軸軸承還需裝配推力軸承，如圖1-60所示。主軸承安裝在軸承蓋上，以保護曲軸軸頸并有良好的潤滑。

5）平衡軸。平衡軸的功用是用來平衡和減少發動機的振動，從而降低發動機噪聲、延長發動機使用壽命、提升駕駛的舒適性。平衡軸通過曲軸上的齒輪來驅動，如圖1-61所示，兩個對轉的平衡軸安裝在機油泵的殼體內。

（四）配氣機構

1.功用與組成

配氣機構的功用是按照發動機的工作順序和工作循環的要求，定時開啟和關閉各缸的進、排氣門，使新氣進入氣缸，廢氣從氣缸排出。

配氣機構主要由氣門組和氣門傳動組等組成，配氣機構的結構因布置形式不同而有所差異。

2.配氣機構布置及驅動

配氣機構分布形式分為頂置式和非頂置式，目前汽車發動機均采用頂置式凸輪軸和頂置式氣門。頂置式凸輪軸具備以下優點：減少了底置式凸輪軸由于凸輪軸和氣門之間較大的距離而造成的往返動能的浪費；發動機由于氣門開閉動作比較迅速，因而轉速更高，運行的平穩度也比較好。

1）頂置式凸輪軸。頂置式雙凸輪軸發動機如圖1-62所示，雙凸輪軸是指在缸蓋上裝有兩根凸輪軸，一根用于驅動進氣門，另一根用于驅動排氣門。

2）正時鏈條傳動。凸輪軸正時鏈條傳動適用于凸輪軸上置的配氣機構，如圖1-63所示，鏈傳動工作可靠，使用壽命長，但噪聲較大。

3）正時帶傳動。發動機上的凸輪軸通過正時帶進行驅動，傳動帶由彈簧張緊器自動張緊，如圖1-64所示。正時帶由一個塑料制成的正時帶罩蓋住。這種驅動方式傳動噪聲小，但需要定期檢查及更換傳動帶。

3.氣門組

氣門組的功用是根據氣門傳動機構的控制，保證進排氣道的密封，及時開啟和關閉進排氣道。

1）組成。氣門組由氣門、氣門座圈、氣門導管、氣門油封、氣門彈簧、氣門鎖片等組成，如圖1-65所示。

2）氣門。氣門的功用是控制進、排氣歧管的開閉。如圖1-66所示，氣門由頭部、桿身和尾部組成。

3）多氣門。發動機每個氣缸一般有兩個氣門，即一個進氣門和一個排氣門。目前發動機多采用每缸三、四或五個氣門，圖1-67所示為四氣門發動機，即每缸四個氣門，兩個進氣門、兩個排氣門。

4）其他組件功能。其他組件如圖1-68所示，各自功能：①氣門座圈，位于氣缸蓋上，密封和散熱。②氣門導管，位于氣缸蓋上，導向和散熱。③氣門油封，密封機油。④氣門彈簧，保證氣門回位。⑤氣門彈簧座圈，支承氣門彈簧。⑥氣門鎖片，鎖住氣門和氣門彈簧座圈。

4.氣門傳動組

氣門傳動組主要用于傳遞凸輪軸到氣門之間的運動，它主要包括凸輪軸、氣門挺桿等部件。

1）凸輪軸。凸輪軸控制氣門的開啟和關閉，每一個進、排氣門分別有相應的進氣凸輪和排氣凸輪。凸輪軸的主體是一根與氣缸組長度相同的圓柱形棒體，上面具有若干個凸輪，用于驅動氣門，有些車型兩根凸輪軸之間用齒輪傳動，如圖1-69所示。

2）氣門間隙。發動機在冷態下，當進排氣門都處于關閉狀態時，氣門與凸輪之間的間隙稱為氣門間隙。氣門間隙的作用是給熱膨脹留有余地，保證氣門密封，有些發動機用墊片調整氣門間隙，如圖1-70所示。

3）液壓挺柱。有些發動機在凸輪軸和氣門桿之間裝有液壓挺柱，液壓挺柱的功用是將來自凸輪的運動和作用力傳給氣門桿，同時還承受凸輪所施加的側向力，并將其傳給挺住套筒，如圖1-71所示。凸輪軸驅動液壓挺柱，挺住高度靠機油壓力調整，自行補償氣門間隙，以減少發動機工作時配氣機構產生的撞擊和噪聲。

4）氣門搖臂。有些發動機裝有氣門搖臂，氣門搖臂利用杠桿力壓動氣門，以打開或關閉進、排氣門，如圖1-72所示。搖臂是一個雙臂杠桿，以搖臂軸為支點，兩臂不等長，連接液壓挺柱和氣門桿尾端。

5.配氣相位

配氣相位是用曲軸轉角表示的進、排氣門的開啟時刻和開啟延續時間，通常用環形圖表示配氣相位圖，如圖1-73所示。發動機一個完整的工作行程包括進氣、壓縮、做功和排氣。發動機的實際配氣相位，需要氣門早開晚關，主要是為了滿足進氣充足、排氣干凈的要求。

（五）潤滑系統

1.作用與組成

潤滑系統的作用是在發動機工作時連續不斷地把數量足夠、溫度適當的潔凈機油輸送到全部傳動件的摩擦表面，并在摩擦表面之間形成油膜，實現液體摩擦，從而減小摩擦阻力、降低功率消耗、減輕機件磨損，以達到提高發動機工作可靠性和使用壽命的目的。

潤滑系統以機油為潤滑介質。潤滑系統主要由機油泵、機油濾清器、機油冷卻器、吸油管等組成，如圖1-74所示。

2.機油

（1）機油的功用

1）潤滑：機油在運動零件的所有摩擦表面之間形成連續的油膜，以減小零件之間的摩擦。

2）冷卻：機油在循環過程中流過零件工作表面，可以帶走零件的熱量，降低零件的溫度。

3）清洗：機油可以帶走摩擦表面產生的金屬碎末及沖洗掉沉積在氣缸、活塞、活塞環及其他零件上的積炭。

4）密封：附著在氣缸壁、活塞及活塞環上的油膜，可起到密封防漏的作用。

5）防銹：機油有防止零件發生銹蝕的作用。

（2）機油的分類

國際上廣泛采用SAE黏度分類法和API品質分類法。

1）SAE即美國汽車工程師學會。SAE規定的機油黏度的標準，分為單級型和雙級全天候型兩種，現一般使用雙極型。舉例型號：SAE 5W-30，如圖1-75所示，其中W表示冬季，5表示耐低溫黏度，5W適用于環境溫度-30℃；30表示耐高溫指標，數值越大說明機油適用溫度越高。

不同黏度的雙級機油，0W30黏度最低，15W40黏度最高，如圖1-76所示。

2）API代表美國石油學會。API劃分的機油品質標準，采用代碼描述機油的工作能力。“S”代表汽油機用油，“C”代表柴油機用油，S后面的字母，按照英文字母的順序越靠后，表示機油等級越高，機油中含有更多的保護劑來保護發動機，如圖1-77表示。

3.機油泵

機油泵的功用是保證機油在潤滑系統內循環流動，并在發動機任何轉速下都能以足夠高的壓力向潤滑部位輸送足夠數量的機油。常使用的轉子式機油泵如圖1-78所示。機油泵由曲軸通過鏈條驅動，轉子齒形齒廓設計得使轉子轉到任何角度時，內、外轉子每個齒的齒形廓線上總能互相形成點接觸。

工作過程：在進油道的一側空腔，由于轉子脫開嚙合，容積逐漸增大，產生真空，機油被吸入；轉子繼續旋轉，機油被帶到出油道的一側，使這一空腔容積減小，油壓升高，機油從齒間擠出并通過出油道壓送出去。

4.機油濾清器

機油濾清器的功用是濾除機油中的金屬磨屑、機械雜質和機油氧化物。一種濾清器帶有金屬外殼，一種濾清器沒有外殼而直接安裝到發動機的濾清器殼體內，如圖1-79所示。紙制濾清器具有質量小、體積小、結構簡單、濾清效果好、過濾阻力小、成本低和保養方便等優點。

5.機油冷卻器

在高性能大功率的強化發動機上，由于熱負荷大，必須裝設機油冷卻器。機油冷卻器布置在潤滑油路中，其工作原理與散熱器相同。如圖1-80所示。機油冷卻器置于冷卻液管路中，利用冷卻液的溫度來控制潤滑油的溫度。當潤滑油溫度高時，靠冷卻液降溫，發動機起動時，則從冷卻液吸收熱量使潤滑油迅速提高溫度。

（六）冷卻系統

1.作用與組成

當發動機冷起動之后，冷卻系統要保證發動機迅速升溫，盡快達到正常的工作溫度；當發動機溫度過高時，發動機需要冷卻裝置進行散熱；冷卻系統的功用是使發動機在所有工況下都保持在適當的工作溫度。近年來生產的乘用車，多采用封閉式冷卻系統設計，正常冷卻液溫度范圍一般為90～110℃。

冷卻系統以冷卻液為傳熱介質，主要由水泵、節溫器、散熱器、冷卻液儲液罐、帶壓力閥的儲液罐蓋、冷卻風扇等組成。

2.冷卻液

冷卻液是水與防凍劑的混合物，為了適應冬季行車的需要，在水中加入防凍劑制成冷卻液以防止冷卻液的凍結。在水中加入防凍劑還同時提高了冷卻液的沸點，冷卻液中通常含有防銹劑和泡沫抑制劑。在防凍劑中一般還要加入著色劑，使冷卻液呈藍綠色或黃色以便識別，如圖1-81所示。

3.水泵

水泵的功用是對冷卻液加壓，保證其在冷卻系統中循環流動。水泵一般由曲軸通過V帶驅動，如圖1-82所示。水泵通過螺栓固定在發動機機體上，通過傳動帶驅動水泵產生冷卻液壓力。

4.節溫器

節溫器一般安裝在氣缸蓋水道的出口與散熱器進水管的入口處，它是控制冷卻液流經散熱器進行散熱的裝置。節溫器罩殼用四個螺栓固定在發動機機體上，并用橡膠墊圈密封，如圖1-83所示。節溫器通過內置于節溫器罩殼中的閥門實現冷卻系統最佳的冷卻效果。當發動機冷卻液的溫度較低時，節溫器將冷卻液流向散熱器的通道關閉，使冷卻液經水泵入口直接流入機體或氣缸蓋水套，以便使冷卻液迅速升溫。當冷卻液達到一定溫度后，節溫器打開，冷卻液通過散熱器進行散熱，以降低冷卻液的溫度。

5.散熱器

散熱器的功用是加速發動機冷卻液的冷卻。目前乘用車多采用橫流式，散熱器由進水室、散熱器芯、出水室等組成，如圖1-84所示。散熱器的類型有管片式和管帶式。

6.冷卻風扇

冷卻風扇的功用是提高通過散熱器芯的空氣流速，增加散熱效果，加速冷卻液的冷卻。冷卻風扇由電動機和風扇葉組成，發動機溫度越高、負載越大，風扇轉速就越高，持續旋轉的時間就會越長。冷卻風扇有兩種，一種是單風扇，另一種是雙風扇，如圖1-85所示。

二、發動機電控系統

（一）進氣系統

1.作用與組成

進氣系統的作用是將新鮮空氣引入氣缸，盡可能多、盡可能均勻地向各缸供給可燃混合氣或純空氣。

進氣系統主要由空氣濾清器、進氣總管、電子節氣門、進氣歧管、可變進氣歧管裝置等組成，如圖1-86所示。

2.空氣濾清器

空氣濾清器的功用主要是濾除空氣中的雜質或灰塵，讓潔凈的空氣進入氣缸。空氣濾清器也有降低進氣噪聲的作用，它安裝在進氣總管的進口，如圖1-87所示。

3.電子節氣門

電子節氣門的作用是驅動節氣門動作，發動機控制單元根據加速踏板信號和行駛狀況來控制節氣門開度，電子節氣門工作過程如圖1-88所示。電子節氣門可省去加速踏板與節氣門之間的拉索，降低有害物排放，并可配合驅動防滑系統和巡航系統工作。

電子節氣門由電動機、減速機構、節氣門組成，如圖1-89所示。

4.進氣歧管

進氣歧管的作用是供給各氣缸空氣，其安裝在氣缸蓋進氣道側，如圖1-90所示。

5.可變進氣歧管

有些發動機，為了充分利用進氣波動效應和盡量縮小發動機在高、低速運轉時進氣速度的差別，從而改善發動機的經濟性及動力性，采用了可變進氣歧管裝置，如圖1-91所示。可變進氣歧管設有長、短通道和通道轉換電磁閥，發動機轉速低于4000r/min時，轉換閥接通長通道，長通道橫截面積小、路徑長，空氣流動具有較大慣性，起到慣性增壓作用，可獲得較大的轉矩。發動機轉速高于4000r/min時，轉換閥接通短通道，短通道橫截面積大、路徑短，可降低進氣阻力，使發動機高速時獲得較大的功率。

（二）燃油系統

1.作用與組成

燃油供給系統的作用是儲存、輸送、清潔燃油，并且按發動機各種不同的工況，將適量的燃油與空氣混合，供給氣缸一定空燃比的可燃混合氣。電控燃油系統比傳統化油器式供給系統控制精確，提高了燃油經濟性和尾氣排放標準。

燃油系統主要由汽油箱、電動燃油泵、汽油濾清器、油管、燃油導軌（燃油分配管）、油壓調節器、噴油器等組成，如圖1-92所示。

目前燃油系統按噴射位置，分為直接燃油噴射和進氣歧管燃油噴射，如圖1-93所示。直接燃油噴射又可分為TSI（直接燃油噴射）和FSI（分層燃油噴射）。

2.進氣歧管燃油噴射

1）燃油泵。燃油泵把燃油箱的燃油輸送到燃油導軌里，為系統提供一定壓力的燃油。如圖1-94所示，燃油泵與油位傳感器一起安裝在汽油箱內，目前一些車輛汽油濾清器也安裝在汽油箱內。汽油箱上面裝有燃油泵控制單元，它接收發動機控制單元（ECU）發來的脈沖寬度調制（PWM）信號，放大后送給油泵電動機，改變電動機轉速，以調整油泵的輸出壓力。

2）汽油濾清器。汽油濾清器的功用是去除汽油中的雜質和水分。濾清器采用金屬外殼，濾芯多采用紙質，也有使用尼龍布、高分子材料，如圖1-95所示。

3.直接燃油噴射

直接燃油噴射燃油供給系統分為低壓系統和高壓系統，低壓燃油系統與其他燃油噴射系統的結構基本相同。汽油直接燃油噴射有以下優點：混合氣的分配均勻性較好，可以隨著發動機使用工況及使用場合的變化而配制一個最佳的空燃比，燃油經濟性能較好，排放標準更高。

1）低壓燃油系統。低壓燃油系統的功用是把燃油從油箱輸送到高壓油泵，為高壓油泵提供一定壓力的油液。如圖1-96所示，低壓燃油系統主要由燃油泵控制單元、低壓燃油泵、低壓油管、低壓燃油傳感器等組成。

2）高壓燃油系統。高壓燃油由高壓燃油泵產生。高壓燃油泵是由發動機機械機構驅動的柱塞泵，它對低壓燃油泵送來的燃油進行加壓，通過燃油導軌（燃油分配管）輸送到噴油器，噴油器直接將燃油噴入氣缸內。

高壓燃油系統在每種工況下都可向噴油器提供最佳燃油壓力。低壓燃油系統一般提供的壓力為460～550kPa，經高壓燃油系統可升高到15MPa左右。高壓燃油系統的組成如圖1-97所示。

3）FSI。有的發動機采用FSI（分層充氣燃油直接噴射），發動機共有三種工作模式：均質混合氣模式、均質稀混合氣模式、分層充氣模式。均質混合氣模式屬于一般發動機的供油方式。均質稀混合氣模式是依靠氣缸內的渦流效應使火花塞附近的混合氣很濃，以實現更為經濟的燃油消耗。分層充氣模式是火花塞附近的濃混合氣迅速燃燒，然后適中程度的混合氣開始燃燒，最后是稀混合氣燃燒。

4.汽油的標號

汽油標號是實際汽油抗爆性與標準汽油抗爆性的比值，汽油的標號越高，抗爆性能就越強。標準汽油由異辛烷和正庚烷組成，異辛烷的抗爆性好，其辛烷值定為100；正庚烷的抗爆性差，在汽油機上容易發生爆燃，其辛烷值定為0。如果汽油的標號為95，則表示該標號的汽油含異辛烷95%、正庚烷5%。目前常用汽油標號如圖1-98所示，92號汽油代替以前的93號汽油，可滿足更高排放標準。

選擇汽油標號的首要標準就是發動機的壓縮比，發動機的壓縮比越高，選用的汽油標號越高，因此進行燃油添加時并不是汽油的標號越高越好。

（三）點火系統

1.作用與組成

點火系統的基本作用是在發動機各種工況和使用條件下，在氣缸內適時、準確、可靠地產生電火花，點燃可燃混合氣，使發動機做功。發動機控制單元根據各有關傳感器的信號，對點火線圈做出點火指令。

以前點火系統在點火線圈與火花塞之間裝有高壓線，目前多采用點火線圈裝在火花塞之上的方式，省掉高壓線，稱作直接點火。點火系統主要由點火線圈、火花塞和點火控制裝置等組成，如圖1-99所示。

2.點火線圈

點火線圈的功用是放大發動機控制單元的點火指令，產生高壓電直接傳輸給火花塞。點火線圈將12V蓄電池電壓提高到點火所需要的10kV以上電壓。點火線圈的初級繞組和次級繞組靠得很近，當在初級繞組上間斷地施加電流時，就產生自感和互感現象，利用電磁感應原理，在次級繞組內產生高電壓。點火線圈產生的高電壓，取決于初、次級繞組的匝數比。點火線圈安裝在火花塞上方的插槽中，如圖1-100所示。

3.火花塞

火花塞的功用是產生電火花，點燃壓縮的空氣與燃油混合氣。火花塞安裝在缸蓋上，電極伸入燃燒室。火花塞分為普通火花塞和長壽命火花塞，長壽命火花塞中心電極和側電極使用特殊合金，如圖1-101所示，不僅可以提高發動機的冷起動性能，還可以延長其使用壽命。

長壽命火花塞包括白（鉑）金火花塞、銥金火花塞。

1）白金火花塞。這種火花塞用鉑金屬作為中心電極和接地電極，在耐用性和點火性能上表現優越。

2）銥金火花塞。這種火花塞用銥合金作為中心電極，用鉑作為接地電極，具有耐用性和高性能的雙重優點。

（四）電子控制系統

1.作用與組成

（1）作用

1）燃油噴射控制。采用順序噴射，與點火順序相同，在每一氣缸的進氣門打開之前，控制噴油器將燃油噴入進氣歧管。

2）點火提前角控制。ECU根據發動機爆燃傳感器信號，決定點火提前角。

3）怠速穩定控制。ECU通過調節點火提前角、節氣門開度、噴油量，使怠速在任何條件及負荷情況下穩定運轉。

4）其他控制功能。如控制起動機、散熱器風扇繼電器、壓縮機電磁離合器、渦輪增壓器、可變進氣相位和氣門升程、燃油蒸發排放凈化（活性炭罐）、排氣再循環（EGR）、二次空氣噴射、發動機防盜、發動機起停、索引力、巡航等。

5）自診斷。ECU實時監控各傳感器、執行器信號是否正常，如超過正常邊界或信號中斷便存儲故障碼，點亮故障警告燈，在維修時支持診斷儀進行發動機控制系統檢測。

（2）組成

電子控制系統由發動機控制單元、傳感器、執行器三大部分組成。按進氣量檢測方式分為L型和D型。

1）L型。采用空氣流量傳感器測量進入發動機的空氣量，亦稱直接檢測型，如圖1-102所示，左側是傳感器，右側是執行器。L型因傳感器測量精度高，目前新生產車基本采用這種方式。

2）D型。采用絕對壓力傳感器測量進氣管負壓的變化，從而檢測進氣量，亦稱間接檢測型。這種方式傳感器結構簡單，多用在早期電噴車輛上。D型電控系統除空氣流量傳感器外，其他組成與L型電控系統相同。

2.控制單元

控制單元如圖1-103所示，它接收各傳感器信號，經計算輸出指令給各執行器。

3.傳感器

傳感器的功用是感知各種信號，將信號發送給發動機控制單元，各主要傳感器如下。

1）空氣流量傳感器/絕對壓力傳感器。直接檢測或間接檢測發動機進氣量，ECU以此信號和發動機轉速信號計算基本噴油量。

2）曲軸位置傳感器。檢測活塞上止點、曲軸轉角及發動機轉速。

3）凸輪軸傳感器。檢測凸輪軸位置，與曲軸位置信號配合作為噴油、點火的時間基準。

4）加速踏板位置傳感器。檢測加速踏板位置，ECU作為執行節氣門開度的依據。

5）節氣門位置傳感器。檢測節氣門開度，ECU作為判定發動機運轉工況的依據。

6）冷卻液溫度傳感器。檢測冷卻液溫度，ECU進行空燃比修正。

7）進氣溫度傳感器。檢測進氣溫度，ECU進行空燃比修正。

8）前氧傳感器。檢測燃燒廢氣中的氧分子濃度，ECU進行空燃比修正。

9）后氧傳感器。監測三元催化轉換器的工作情況，工作不正常則記憶故障碼和點亮發動機故障警告燈。

10）爆燃傳感器。檢測發動機爆燃情況，ECU以延遲點火提前角來消除爆燃。

4.執行器

執行器的功用是控制進氣量、噴油量、點火提前角、怠速穩定、排放等。主要執行器有噴油器、點火線圈、節氣門電動機、渦輪增壓壓力控制閥、活性炭罐控制閥、EGR閥、二次空氣噴射泵繼電器等。這些部件大多在其他章節介紹。

5.防盜系統

防盜系統亦稱發動機停機系統，早期生產的車輛可以單獨裝有防盜器ECU，也可以集成在發動機ECU內部，如圖1-104所示。

防盜系統的工作原理是，防盜器ECU檢查鑰匙的芯片識別碼，如鑰匙芯片未被授權，則發動機不能起動。在點火開關上裝有讀識線圈，當打開點火開關時，讀識線圈發出電磁波，鑰匙芯片接收后發射帶有識別碼的無線電信號，讀識線圈接收后將此信號送至防盜器ECU，經確認識別碼正確再通知發動機ECU得以繼續運轉。如是未授權芯片，對于汽油發動機將停止燃油噴射與點火，對于柴油發動機將停止燃油噴射。

目前生產的汽車，發動機防盜系統遠比上述系統復雜。

6.起停系統

1）功用。節省能源，降低排放。車輛在紅綠燈前停車時，發動機自行短時熄火，重新行駛時不需操作點火鑰匙，發動機自行起動，一般可降低7%～10%的油耗，在堵車時可避免產生排氣污染和噪聲。

2）組成。以手動檔車輛為例，如圖1-105所示，主要由發動機控制單元、傳感器、執行器、液晶顯示器組成。傳感器包括起停開關、空檔開關、離合器踏板開關、制動踏板開關、車門開關等；執行器包括加強型起動機、穩壓器。在起動時蓄電池電壓下降，穩壓器的功用是將穩定電壓供給特選的用電器。

3）工作過程。以自動檔車輛為例，工作過程如圖1-106所示。

4）關閉條件。起停系統在工作前檢查相關信號，如果不滿足就會關閉起停功能，其關閉條件是：

①關閉了起停開關。

②蓄電池充電狀態。

③除霜功能和前風窗玻璃加熱開啟。

④空調設置溫度與實際溫度之差大于8℃。

⑤發動機轉速高于1200r/min。

⑥駕駛人離開座位30s以上。

⑦下坡坡度大于10%，上坡坡度大于12%。

（五）排氣系統與凈化裝置

1.作用與組成

排氣系統的作用是將發動機燃燒后的廢氣由排氣管排出。排氣系統主要由排氣歧管、排氣管、消聲器等組成。

為了降低有害氣體的排放，安裝了排氣凈化裝置，主要包括三元催化轉換器、柴油機微粒過濾器、排氣再循環系統、汽油蒸發控制系統、曲軸箱強制通風系統等。

2.排氣歧管

如圖1-107所示，排氣歧管一般由鑄鐵或球墨鑄鐵制成，有些車型采用不銹鋼排氣歧管，原因是不銹鋼排氣歧管質量輕，耐久性好，同時內壁光滑，排氣阻力小。

3.消聲器

消聲器的功用是降低排氣噪聲，如圖1-108所示。消聲器通過逐漸降低排氣壓力和衰減排氣壓力的脈動，使排氣能量耗散殆盡。

4.排氣凈化裝置

汽車排放的污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NO_x）和微粒。為減少有害氣體的排放，發動機廣泛采用排氣凈化裝置，常用的發動機凈化裝置有三元催化轉換器、柴油機微粒過濾器、排氣再循環系統等。

1）三元催化轉換器。它是利用催化劑的作用將排氣中的CO、HC和NO_x轉換為對人體無害的H₂O、CO₂、N₂的一種排氣凈化裝置。三元催化轉換器安裝在排氣歧管后端，如圖1-109所示。催化轉換器的蜂窩狀陶瓷載體中，涂有貴金屬鉑、銠、鈀作為催化劑，最佳工作溫度為400～800℃，能將有害氣體轉換成水和無害的氣體。

2）柴油機微粒過濾器。微粒是柴油機排放的突出問題，對車用柴油機排氣微粒的處理，主要采用過濾法。微粒過濾器如圖1-110所示，濾芯由多孔陶瓷制造，它有較高的過濾效率，排氣穿過多孔陶瓷濾芯進入排氣管，而微粒則滯留在濾芯上。過濾器工作一段時間后，需及時清除積存在濾芯上的微粒，以恢復過濾器的工作能力和減小排氣阻力。

5.其他凈化裝置

1）排氣再循環。英文縮寫為EGR，全稱Exhaust Gas Recircula-tion，中文譯成排氣再循環。如圖1-111所示，燃燒后的廢氣通過EGR閥進入進氣歧管，再進入氣缸進行燃燒。由于廢氣中含有大量的CO₂，而CO₂不能燃燒卻吸收大量的熱，使氣缸中混合氣的燃燒溫度降低，從而減少了NO_x的生成量。

2）汽油蒸發控制系統。汽油箱里的燃油隨時都在蒸發汽化，若不加以控制或回收，則當發動機停機時，汽油蒸氣將逸入大氣，造成對環境的污染。汽油蒸發控制系統的功用是將這些汽油蒸氣收集和儲存在活性炭罐內，在發動機工作時再將其送入氣缸燃燒。如圖1-112所示，該系統主要由活性炭罐、炭罐電磁閥等組成。

3）曲軸箱強制通風系統。英文縮寫為PCV，全稱Positive Crankcase Ventilation，中文譯成曲軸箱強制通風系統，如圖1-113所示。強制式曲軸箱通風系統是防止曲軸箱氣體排放到大氣中的凈化裝置，PCV系統主要由PCV閥及通氣軟管組成。

（六）柴油發動機燃油供給系統

1.作用與組成

柴油發動機燃油供給系統主要作用：在適當的時刻將一定數量的潔凈柴油增壓后以適當的規律噴入燃燒室；噴油正時和各缸噴油量相同且與柴油機運行工況相適應。噴油壓力、霧化質量及其在燃燒室內的分布與燃燒室類型相適應；在每一個工作循環內，各氣缸均噴油一次，噴油順序與氣缸工作順序一致；根據柴油機負荷的變化自動調節循環供油量，以保證柴油機穩定運轉，尤其要穩定怠速，限制超速；儲存一定數量的柴油，保證汽車的最大續駛里程。

柴油機燃油供給系統主要由燃油箱、油水分離器、燃油精濾器、高壓泵、共軌燃油導軌、噴油器、燃油控制單元等部件組成，如圖1-114所示。

2.柴油的標號

選用柴油的標號如果不適合使用溫度區間，燃油系統就可能結蠟，堵塞油路，影響發動機的正常工作。柴油標號的依據是柴油的凝固點，柴油的標號越低，結蠟的可能性就越小。目前國內應用的輕柴油按凝固點分為6個標號：5＃柴油、0＃柴油、-10＃柴油、-20＃柴油、-35＃柴油和-50＃柴油。選用不同標號的柴油應主要根據使用時的氣溫確定，見表1-1。

3.汽油機與柴油機的區別

汽油機與柴油機的區別，見表1-2。