圖解汽車發動機的構造和工作原理

為什麼說發動機動力來自於爆炸？

汽車的動力，來自於汽油或柴油燃燒時產生的爆炸力。可是，如果把汽油放在一個盆中並把它點燃，為什麼只燃燒而不爆炸呢？這是因為盆子不是密封的，而是敞口的。如果在一個密封容器中裝入汽油和空氣，然後點燃它們，便會產生爆炸現象。汽車發動機就是根據這個原理設計的。

如果將汽油和空氣按照最適合的燃燒比例（1∶ 14.7）混合，並對它們進行大力壓縮使之溫度上升，此時點燃它們就會產生更大的爆炸力。將這種力量透過一系列的機構“引導”到車輪上，便會推動汽車前進。

什麼是內燃機和外燃機？

我們經常把汽車發動機稱為內燃機，難道還有外燃機？是的，外燃機是存在的，比如原來火車上用的蒸汽機，發電廠和輪船上使用的汽輪機等，都是外燃機。它們都是利用燃料在發動機氣缸的外部燃燒來產生動力的。如早期的蒸汽機，它利用燃料（木材、煤、煤氣、柴油等）燒開鍋爐中的水，使之產生高壓蒸汽並進入氣缸內，利用蒸汽壓力推動活塞做功，從而產生動力。

內燃機則是相對外燃機而言的，它的燃料在氣缸內燃燒。現在 , 汽車上用的汽油發動機和柴油發動機，都是內燃機。

怎樣計算發動機排氣量和壓縮比？

氣缸排氣量是指活塞從下止點到上止點所掃過的氣體容積，它取決於缸徑和活塞行程。發動機排量是各氣缸排量的總和，一般用 cc（立方厘米）、mL( 毫升）或 L（升 ) 來表示。由於氣缸體是圓柱體，它的容積不太可能正好是整升數，因此才會出現1998cc、2397cc 等數字，它們可近似標示為 2.0L、2.4L 等。

發動機的排量越大，每次吸入的可燃混合氣就越多，燃燒時產生的動力就越強。這相當於人的胃口越大，吃的就越多，可能就越有勁兒。

發動機的壓縮比是指壓縮前的氣缸容積與壓縮後的氣缸容積（即燃燒室容積）之比。

汽油機燃燒原理

汽油中最主要的成分是碳氫化合物，這種物質分子中只含有碳和氫兩種原子。在汽油爆炸燃燒時，碳氫化合物與吸入空氣中的氧產生化學反應，其中1個碳原子和2個氧原子化合生成1個二氧化碳分子，2個氫原子和1個氧原子化合生成1個水分子。如果吸入的空氣量不足，那麼和碳原子結合的氧原子就會顯得少，這樣就不會完全生成二氧化碳，便會生成一部分一氧化碳。在爆炸燃燒的過程中，由於溫度極高，還會造成空氣中的氮原子被氧化生成一氧化氮和二氧化氮。因此，汽車排氣中的主要成分就是一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮和二氧化氮等。

汽油機工作迴圈

活塞在氣缸中要完成進氣、壓縮、做功和排氣四個行程，才算是完成一個工作迴圈。在此期間，活塞要在氣缸內上下運動各兩次，曲軸則同時要旋轉兩週。

看一下汽車上的轉速錶，就會知道這個過程有多快。如果轉速錶的指標指向6，則表明此時的發動機轉速為每分鐘6000轉，合計每秒鐘100轉，那麼一個活塞每秒鐘就要完成50個工作迴圈（一個工作迴圈內曲軸要轉2周），也就是說在一個氣缸內要爆炸50次。如果是一臺4缸發動機，那麼在1秒內4個氣缸則要產生200次爆炸。發動機工作時的呯呯聲，其實就是燃料燃燒時的爆炸聲。

同理，如果轉速錶指標指向3，則表明此時發動機轉速為每分鐘3000轉，合計每秒鐘50轉，那麼一個活塞每秒鐘就要完成25個工作迴圈，也就是說在一個氣缸內要爆炸25次。如果是一臺4缸發動機，那麼在1秒內4個氣缸則要產生100次爆炸。

為什麼汽油機的動力能夠源源不斷？

活塞在氣缸中上下移動，活塞下行到的最低點叫下止點，上行到頂點的位置稱為上止點。上止點與下止點之間的距離稱為行程。當活塞在上止點時，活塞頂端的空間稱為燃燒室。

進氣行程

活塞在氣缸內自上止點向下行到下止點時，進氣門開啟，排氣門關閉，氣缸內可以產生部分的真空，將新鮮的空氣和汽油的混合氣吸進氣缸內。

壓縮行程

進氣門和排氣門都關閉，活塞由下止點上行移動到上止點，將氣缸的混合氣壓縮，進入氣缸的混合氣越多，活塞越接近上止點位置，壓縮力越大。在壓縮行程內，氣缸中混合氣的最大壓力稱為壓縮力。將混合氣壓縮是為了使混合氣混合得更均勻，且提高溫度易於燃燒，得到較大的動力。

做功行程

進氣門和排氣門都關閉後，火花塞跳出高壓電火花適時將混合氣點燃，使其燃燒並爆發出強大壓力，將活塞從上止點推到下止點。火花塞的高壓電火花來自高壓線圈，它能將火花能量放大，然後再由電子控制單元（ECU）將高壓電火花按順序分配到各個氣缸，從而點燃被壓縮的混合氣。

排氣行程

活塞自下止點上行到上止點，此時進氣門關閉，排氣門開啟，氣缸中已經燃燒過的廢氣由活塞向上移動時，經排氣門和排氣歧管排入大氣。燃燒過的廢氣經過消聲器的消聲後，才不會產生太大的噪聲。

轉子發動機

汽車大多采用往復式發動機，因為它的活塞是直線往復運動的。不論是汽油發動機還是柴油發動機，都是如此。與往復式活塞發動機相對的，就是轉子發動機，其活塞在氣缸內做旋轉運動。

現在所說的轉子發動機，是指德國工程師菲利克斯·汪克爾在 20 世紀 50 年代設計的三角形活塞式轉子發動機。因此，轉子發動機也被稱為汪克爾發動機。

轉子發動機的主要部件結構簡單，體積小，功率大，高速時運轉平穩，效能較好，曾引起汽車行業的關注，紛紛進行研製試驗。但是，經過幾十年的試驗證明，這種發動機尚無法與傳統往復活塞式發動機相媲美，其活塞邊緣磨損嚴重，油耗較高。

轉子發動機的活塞呈扁平三角形，氣缸是一個扁盒子，活塞偏心地置於空腔中。當活塞在氣缸內做行星運動時，工作室的容積隨活塞轉動而發生週期性的變化，從而完成進氣、壓縮、做功、排氣四個工作行程。活塞每轉一次，完成一次四行程工作迴圈。四行程工作迴圈與往復式發動機的四行程工作迴圈在原理上是一樣的，只不過活塞的形狀和執行軌跡不一樣。

內容來源：汽修邦