汽车发动机就像汽车的“心脏”,源源不断地为车辆提供动力。对于零基础的车主或汽车爱好者来说,了解发动机的核心构造和功能,是深入认识汽车的第一步。
发动机的核心构造:两大机构与五大系统
汽车发动机主要由两大机构和五大系统组成,它们相互配合,共同完成能量转换和动力输出的任务。
两大机构:曲柄连杆机构与配气机构
曲柄连杆机构是发动机实现工作循环、完成能量转换的关键运动部件。它就像一个“能量转换工厂”,将燃料燃烧产生的热能转化为机械能。这个机构主要由活塞、连杆、曲轴等组成。活塞在气缸内做往复直线运动,就像一个“小工人”在气缸这个“工作间”里上下忙碌。当燃料在气缸内燃烧时,产生的高温高压气体推动活塞向下运动,活塞通过连杆将力传递给曲轴,曲轴再将活塞的往复直线运动转化为旋转运动,从而输出动力,驱动汽车前进。
配气机构则像是发动机的“呼吸系统”,负责控制燃气的进出和气门的开关。它主要由气门、气门座、气门导管等组成。在发动机工作过程中,配气机构会根据发动机的工作次序和工作过程,定时开启和关闭进气门和排气门。当进气门打开时,空气和燃油的混合气(对于汽油发动机)或纯空气(对于柴油发动机)进入气缸;当排气门打开时,燃烧后的废气从气缸内排出。就像我们呼吸一样,发动机也需要不断地吸入新鲜空气和排出废气,才能保持正常运转。
五大系统:燃油供给、冷却、润滑、点火与启动系统
燃油供给系统是发动机的“能量供应站”,负责为发动机提供适量的燃油。它主要由油箱、燃油泵、油管等组成。油箱就像一个“大仓库”,储存着燃油;燃油泵则像一个“搬运工”,将燃油从油箱中吸出,并通过油管输送到发动机的燃烧室。在汽油发动机中,燃油与空气按一定比例混合后进入气缸;在柴油发动机中,燃油则通过喷油器直接喷入燃烧室。
冷却系统是发动机的“温度调节器”,负责保持发动机的正常工作温度。发动机在工作时会产生大量的热量,如果这些热量不能及时散发出去,就会导致发动机过热,甚至损坏。冷却系统主要由水泵、散热器等组成。水泵将冷却液循环输送到发动机的各个部位,吸收热量;散热器则像一个“散热器”,将冷却液中的热量散发到空气中。通过冷却系统的不断循环,发动机的温度始终保持在适宜的范围内。
润滑系统是发动机的“润滑油”,负责为发动机内部各部件提供润滑,减少摩擦和磨损。发动机内部的许多部件都在高速运转,如果没有润滑,它们之间就会产生剧烈的摩擦,导致部件损坏和能量损失。润滑系统主要由机油泵、机油滤清器等组成。机油泵将机油输送到发动机的各个部位,形成一层油膜,减少部件之间的直接接触;机油滤清器则过滤机油中的杂质,保持机油的清洁。
点火系统(仅针对汽油发动机)是发动机的“点火器”,负责点燃气缸内的可燃混合气。它主要由点火线圈、火花塞等组成。当可燃混合气进入气缸并被压缩后,点火系统会产生高压电,通过火花塞点燃混合气,使混合气迅速燃烧,产生高温高压气体,推动活塞运动。就像我们点燃火柴一样,点火系统为发动机的燃烧过程提供了“火种”。
启动系统是发动机的“启动钥匙”,负责将发动机从静止状态启动到运转状态。它主要由起动机、起动开关和起动继电器等组成。当我们转动钥匙或按下启动按钮时,起动开关接通电路,起动机开始工作,带动发动机的曲轴旋转,使发动机开始吸气、压缩、做功和排气的工作循环,从而启动发动机。
发动机的工作过程:四冲程循环
现代汽车发动机大多采用四冲程内燃机,它的工作过程包括进气、压缩、做功和排气四个冲程。这四个冲程循环往复,不断为发动机提供动力。
在进气冲程中,进气门打开,排气门关闭,活塞向下运动,气缸内的容积增大,压力降低,空气和燃油的混合气(或纯空气)被吸入气缸。
接着是压缩冲程,进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,将吸入的混合气(或空气)压缩,使气缸内的压力和温度升高。
到了做功冲程,对于汽油发动机,点火系统点燃压缩后的混合气,产生高温高压气体,推动活塞向下运动,对外做功;对于柴油发动机,喷油器将柴油喷入高温高压的空气中,柴油自行着火燃烧,推动活塞向下运动。
最后是排气冲程,排气门打开,进气门关闭,活塞向上运动,将燃烧后的废气排出气缸。这样,一个完整的工作循环就完成了,发动机又开始下一个四冲程循环。
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