汽车的发动机原理和结构图解高清（图解汽车一篇看懂）

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「图解·汽车」彻底看懂发动机内部结构

「图解·汽车」了解发动机的基本构造

用最简洁的图片和最少的废话，带你看懂汽车！

燃料供给系统

发动机燃料系统的功能是把发动机所需的燃油与空气按照机器自身的设计方式混合成一定浓度的气体供给燃烧室，并将燃烧后的废气排掉。

燃料供给系统

• 汽油机燃料供给系统

汽油机燃料供给系统的任务是根据发动机各种不同工况的要求，配制出一定数量和浓度的可燃混合气，进入气缸，使之在临近压缩终了时点火燃烧而膨胀做功。供给系统还应将燃烧产物——废气排入大气中。

化油器式燃料供给系统

汽油机燃料供给系统分为化油器式燃料供给系统和电子燃油喷射式供给系统。

• 化油器

化油器是在发动机工作产生的真空作用下，将一定比例的汽油与空气混合的机械装置。化油器作为一种精密的机械装置，它对发动机的重要作用可以被称为发动机的“心脏”，其完整的装置应包括启动装置、怠速装置、中等负荷装置、全负荷装置、加速装置。化油器会根据发动机的不同工作状态需求，自动配比出相应的浓度，输出相应的量的混合气，为了使配出的混合气混合的比较均匀，化油器还具备使燃油雾化的效果，以供机器正常运行。

典型化油器

• 化油器原理

内燃机工作时，吸入的空气流经喉管时流速增高，使该处产生真空，将浮子室中的燃油经主量孔和喷口吸出，喷入喉管。燃油被高速空气流所雾化，并与之混合，混合过程一直延续到气缸内。

化油器原理

汽油机电子控制燃油喷射系统

电子控制燃油喷射系统（EFI）简称为“电控燃油喷射系统”“电喷系统”，是以电控单元为控制中心，并利用安装在发动机上的各种传感器测出发动机的各种运行参数，再按照电脑中预存的控制程序精确地控制喷油器的喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳空燃比的可燃混合气。

电子控制燃油喷射系统

电子燃油喷射系统组成

电子燃油喷射系统结构

EFI主要部件

• 喷油器

多点喷射系统的喷油器位于进气口处。

进气口喷射发动机

喷油器的作用是接受ECU送来的喷油脉冲信号，精确地控制燃油喷射量。

喷油器结构

• 空气流量计

空气流量计将吸入的空气流量转换成电信号送至电控单元（ECU），作为决定喷油的基本信号之一，是用来测定吸入发动机的空气流量的传感器。

翼片式空气流量计

汽油缸内直喷系统

汽油缸内直喷是将喷油嘴安装在燃烧室内，将汽油直接喷注在气缸燃烧室内，空气则通过进气门进入燃烧室与汽油混合成混合气被点燃做功，这种形式与直喷式柴油机相似。

汽油缸内直喷系统示意图

目前一般汽油发动机上所用的汽油电控喷射系统，是将汽油喷入进气歧管或进气管道中，与空气混合成混合气后再通过进气门进入气缸燃烧室内被点燃做功。

• 典型汽油缸内直喷系统原理

汽油缸内直喷系统采用两个油泵，油箱内的低压电动泵和由凸轮轴驱动的高压油泵。

典型汽油缸内直喷系统原理

汽油缸内直喷系统结构主要部件

排气系统

汽车的排气系统主要包括排气歧管、三元催化转换器、消声器和排气管道等，主要的作用就是将气缸内燃烧的废气收集并且排出到大气中。

排气系统

• 排气歧管

排气歧管是与发动机气缸体相连的，将各缸的排气集中起来导入排气总管的，带有分歧的管路。为了防止排气口间的废气产生相互干涉或回流的现象，排气歧管设计得很“怪异”，但也是有原则的，以防止出现紊流，如各缸排气歧管尽可能独立，长度尽可能长且相等，管内表面尽可能光滑。

排气歧管

• 废气再循环

废气再循环系统用于降低废气中的氧化氮（NOx）的排出量。氮和氧只有在高温高压条件下才会发生化学反应，发动机燃烧室内的温度和压力满足了上述条件，在强制加速期间更是如此。

EGR阀

当发动机在负荷下运转时，EGR阀开启，使少量的废气进入进气歧管，与可燃混合气一起进入燃烧室。怠速时EGR阀关闭，几乎没有废气再循环至发动机。汽车废气是一种不可燃气体（不含燃料和氧化剂），在燃烧室内不参与燃烧。它通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力，以减少氧化氮的生成量。进入燃烧室的废气量随着发动机转速和负荷的增加而增加。

EGR阀工作原理

• 发动机废气再循环控制系统

发动机废气再循环控制系统中，EGR阀工作时，ECU根据存储器内存储的不同工作条件下理想的EGR阀开度控制EGR阀。

发动机废气再循环控制系统

EGR阀开度传感器检测EGR阀的开度并将信号传递至ECU，然后ECU将此开度与根据输入信号计算出的理想开度进行对比，如果它们之间不同，ECU将减小EGR阀控制电磁阀的电流，因此减小施加到EGR阀的真空，结果使EGR阀再循环的废气量改变。

汽油蒸发控制系统

汽油箱和化油器浮子室中的汽油随时都在蒸发气化，若不加以控制或回收，则当发动机停机时，汽油蒸气将逸入大气，造成对环境的污染。汽油蒸发控制系统的功用便是将这些汽油蒸气收集和储存在炭罐内，在发动机工作时再将其送入气缸进行燃烧。

蒸发控制系统

蒸发控制系统（EVAP system）原理：当计算机将炭罐净化电磁阀打开时，歧管真空将存储在炭罐的蒸气吸入发动机。歧管真空也作用到压力控制阀，当该阀打开，油箱中的汽油蒸气也被吸入到炭罐，最终进入到发动机。当电磁阀关闭（或发动机停转，没有真空），压力控制阀在弹簧作用下关闭，油箱内的蒸气无法进入大气中。

蒸发控制系统原理

三元催化转换器

三元催化转换器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，也称作催化净化转换器。利用催化剂的作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无害的气体，可同时减少CO、HC和NOx的排放，它以排气中的CO和HC作为还原剂，把NOx还原为氮（N2）和氧（O2），而CO和HC在还原反应中被氧化为CO2和H2O。

三元催化转换器

增压器

增压器是发动机借以增加气缸进气压力的装置。进入发动机气缸前的空气先经增压器压缩以提高空气的密度，使更多的空气充填到气缸里，从而增大发动机功率。装有增压器的发动机除能输出较大的功率外，还可改善发动机的高密度特性。

汽车发动机进气增压器，主要包括三种形式：废气涡轮增压器、机械涡轮增压器、双涡轮增压器。

• 涡轮增压器

涡轮增压大家并不陌生，平时在车的尾部都可以看到诸如1.4T、2.0T等字样，这说明了这辆车的发动机是带涡轮增压的。涡轮增压（turbocharger，缩写Turbo或T）是利用发动机的废气带动涡轮来压缩进气，从而提高发动机的功率和扭矩，使车更有劲。

涡轮增压器的位置

• 涡轮增压原理

涡轮增压器主要由涡轮机和压缩机两部分组成，它们之间通过一根传动轴连接。涡轮的进气口与发动机排气歧管相连，排气口与排气管相连；压缩机的进气口与进气管相连，排气口则接在进气歧管上。到底是怎样实现增压的呢？主要是通过发动机排出的废气冲击涡轮高速运转，从而带动同轴的压缩机高速转动，强制地将增压后的空气压送到气缸中，提高发动机的功率。

涡轮增压原理

• 涡轮增压空气流动

涡轮增压主要是利用发动机废气的能量带动压缩机来实现对进气的增压，整个过程中基本不会消耗发动机的动力，拥有良好的加速持续性，但是在低速时涡轮不能及时介入，带有一定的滞后性。空气经空气滤清器后，被涡轮增压器加压到中冷器，进入进气歧管、进气门、气缸、排气门、排气歧管。

涡轮增压空气流动

机械增压器

相对于涡轮增压，机械增压的原理则有所不同。机械增压主要是通过曲轴的动力带动一个机械式的空气压缩机旋转来压缩空气的。与涡轮增压不同的是，机械增压工作过程中会对发动机输出的动力造成一定程度的损耗。

机械增压器发动机

由于机械增压器是直接由曲轴带动的，发动机运转时，增压器也就开始工作了，所以在低转速时，发动机的扭矩输出表现也十分出色，而且空气压缩量是按照发动机转速线性上升的，没有涡轮增压发动机介入那一刻的唐突，也没有涡轮增压发动机的低速迟滞。但是在发动机高速运转时，机械增压器对发动机动力的损耗也是很大的，动力提升不太明显。

机械增压器

带有中冷器的机械增压器

发动机润滑系统

润滑系统的功用就是在发动机工作时连续不断地把数量足够、温度适当的洁净机油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表面之间形成油膜，实现液体摩擦，从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的。

润滑系统

• 发动机润滑系统工作原理

机油主要存储在油底壳中，当发动机运转后带动机油泵，利用泵的压力将机油压送至发动机各个部位。润滑后的机油会沿着缸壁等途径回到油底壳中，重复循环使用。

发动机润滑油流向示意图

• 发动机润滑油路

典型的发动机润滑系统结构，采用压力和飞溅润滑。机油在压力下经过油道到达发动机顶端，随后机油流回油底壳，来润滑其他部件，或将飞溅到部件上。

发动机润滑油路

机油泵

机油泵的功用是保证机油在润滑系统内循环流动，并在发动机任何转速下都能以足够高的压力向润滑部位输送足够数量的机油。

机油泵

发动机冷却系统

冷却系统的主要功用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。

发动机冷却方式有水冷和风冷两种。水冷系统均为强制循环水冷系统，即利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却液在发动机中循环流动。

发动机冷却系统示意图

• 冷却系统工作原理

发动机是怎么进行冷却的呢？主要通过水泵使环绕在气缸水套中的冷却液加快流动，通过行驶中的自然风和电动风扇，使冷却液在散热器中进行冷却，冷却后的冷却液再次引入到水套中，周而复始，实现对发动机的冷却。

冷却系统小循环

冷却系统除了对发动机有冷却作用外，还有“保温”的作用，因为“过冷”或“过热”，都会影响发动机的正常工作。这个过程主要是通过节温器实现发动机冷却系统“大小循环”的切换。什么是冷却系统的大小循环？可以简单理解为，小循环的冷却液是不通过散热器的，而大循环的冷却液是通过散热器的。

冷却系统大循环

• 节温器

当冷却液温度低于规定值时，节温器感温体内的石蜡呈固态，节温器阀在弹簧的作用下关闭发动机与散热器间的通道，进行小循环。

蜡式节温器剖面图

当冷却液温度达到规定值后，石蜡开始熔化逐渐变成液体，体积随之增大并压迫橡胶管使其收缩，在橡胶管收缩的同时对推杆作用以向上的推力。由于推杆上端固定，推杆对橡胶管和感温体产生向下的反推力使阀门开启，这时冷却液经由散热器和节温器阀，再经水泵流回发动机，进行大循环。

• 散热器

发动机水冷系统中的散热器由进水室、出水室及散热器芯等三部分构成。冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温，所以散热器是一个热交换器。

散热器

文献来源：

1. 张金柱，《图解汽车原理与构造》化学工业出版社2016

2. HOW A CAR WORKS https://www.howacarworks.com

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