蒙城嘉宏
汽車、運動、遊玩、文學創作、攝影詩詞……
本篇將介紹目前發動機的一些主要種類及不同特點。
按結構分類
一台汽車發動機往往具有3個以上的汽缸，對於汽車發動機主要的分類方式是根據汽缸的布局及排列方式來劃分。一般有直列、V型、W型以及水平對置等幾種。
直列發動機(LineEngine)，它的所有汽缸均按同一角度肩並肩排成一個平麵，它的優點是缸體和曲軸結構十分簡單，而且使用一個汽缸蓋，製造成本較低，尺寸緊湊。直列發動機穩定性高，低速扭矩特性好並且燃料消耗也較少，但缺點是功率較低，並且不適合6缸以上的發動機采用。
直列發動機在國產車中應用十分廣泛，幾乎所有中檔以下國產車及采用四缸發動機的車型都是直列發動機。
經典實例：寶馬公司一直是直列發動機的堅決擁護者，寶馬的L6(直列六缸)發動機無論在技術含量、缸數上還是在性能表現上都可算是直列發動機的極致。寶馬的頂級車型新7係轎車仍然有采用L6發動機的版本。
V型發動機，將所有汽缸分成兩組，把相鄰汽缸以一定夾角布置一起，使兩組汽缸形成有一個夾角的平麵，從側麵看汽缸呈V字形，故稱V型發動機。
V型發動機的高度和長度尺寸小，在汽車上布置起來較為方便。尤其是現代汽車比較重視空氣動力學，要求汽車迎風麵越小越好，也就要求發動機蓋越低越好。另外，如果將發動機長度縮短，便能為駕乘艙留出更大的空間。由於汽缸之間已相互錯開布置，這便於通過┐篤?字本獨刺岣吲帕亢凸β什⑶沂屎嫌誚細叩鈉?資?４送猓琕型發動機汽缸對向布置，還可抵消一部分振動，使發動機運轉更平順。
V型發動機的缺點則是必須使用兩個汽缸蓋，結構較為複雜、成本較高。另外其寬度加大後，發動機兩側空間較小，不易再安排其它裝置。
目前國產的中高檔車型中，不少采用V型6缸發動機，比如君威，帕薩特及奧迪A6等等。
經典實例：歐洲的豪華轎車往往采用8缸以上的V型發動機設計，比如勞斯萊斯的、奔馳頂級的S600轎車等都是V12發動機，而目前V型發動機最高可達到16缸，排量在10升以上。
W型發動機，W型發動機是德國大眾專屬發動機技術。將V型發動機的每側汽缸再進行小角度的錯開(如帕薩特W8的小角度為15度)，就成了W型發動機。或者說W型發動機的汽缸排列形式是由兩個小V形組成一個大V形。嚴格說來W型發動機還應屬V型發動機的變種。
W型與V型發動機相比可將發動機做得更短一些，曲軸也可短些，這樣就能節省發動機所占的空間，同時重量也可輕些，但它的寬度更大，使得發動機室更滿。
W型發動機最大的問題是發動機由一個整體被分割為兩個部分，在運作時必然會引起很大的振動。針對這一問題，大眾在W型發動機上設計了兩個反向轉動的平衡軸，讓兩個部分的振動在內部相互抵消.
經典實例：大眾的旗艦車型輝騰以前由於沒2缸發動機，而與同級別奔馳S600相比底氣不足，而大眾全新W12發動機則徹底改變了這一劣勢，大眾旗下的另兩款豪華車：本特利新車GT和奧迪旗艦A8L6.0都將采用W12發動機。
水平對置發動機，如果將直列發動機看成夾角為0度的V型發動機，當兩排汽缸的夾角擴大為180度，汽缸水平對置排列，就是水平對置發動機了。
水平對置發動機的最大優點是重心低。由於它的汽缸為“平放”，因此降低了汽車的重心，同時又能讓車頭設計得又扁又低。這些因素都能增強汽車的行駛穩定性。此外，水平對置的汽缸布局是一種對稱穩定結構，這使得發動機的運轉平順性比V型發動機更好，運行時的功率損耗也是最小。
經典實例：水平對置發動機是日本富士汽車的招牌技術之一，采用水平對置發動機的富士WRX-STi車型是世界拉力賽場上的傳奇車型，也是全球飆車族們夢寐以求的至愛。
轉子發動機，傳統發動機都是通過汽缸內活塞的往複運動最終驅動車子前進，發動機及氣缸本身都是相對不動的，而轉子發動機則是一種三角活塞旋轉式發動機，它采用三角轉子旋轉運動來控製壓縮和排放。轉子發動機的優點十分明顯，它尺寸較小，重量較輕，功率很大，並且振動和噪聲極低。但是由於轉子技術的複雜，使其製造成本極其高昂，耐用性也低於傳統發動機。
經典實例：至今為止，將轉子發動機技術成熟運用於市場產品的僅有馬自達一家廠家。目前馬自達赫赫有名RX-8跑車正是轉子發動機技術的最新繼承者。
按發動機布局劃分
按照發動機在車身上的布局，還可以分成前置發動機、中置發動機以及後置發動機三種。
目前在國內車市所能看到的絕大部分車型都是采用的前置發動機，即發動機位車前輪軸之前。前置發動機的優點是簡化了車子變速器與驅動橋的結構，特別是對於目前占絕對主流的前輪驅動車型而言，發動機將動力直接輸送到前輪上，省略了長長的傳動軸，不但減少了功率傳遞損耗，也大大降低了動力傳動機構的複雜性和故障率。因外，將發動機置駕駛員的前方，在正麵撞車時，發動機可以保護駕駛員免受衝擊，從而提高了車的安全性。
與前置發動機相對應的是後置發動機，後置發動機往往對應於一些後輪驅動的大馬力車型，典型車型為保時捷的911係列跑車。此外，還有一種布局便是中置發動機，即發動機位於汽車的前後輪軸之間，對於一些極端追求性能的車型而言，將發動機中置是一種最理想的方式，因為發動機的位置正好位於車子重心附近，而不是重量過於集中在車頭或車尾，達到最佳的配重比，這將大大提高車子的操控性和行駛穩定性。包括法拉利、蘭博基尼在內的不少經典跑車都采用的是中置發動機布局。
按燃料分類
汽車發動機按所使用的燃料進行分類，可以分為汽油機和柴油機。
汽油與柴油相比較，汽油的沸點低、容易汽化，汽油發動機通過氣缸壓縮，將吸入的汽油氣化，並與缸內空氣相混合，形成可燃混合氣體，最後由火花塞放電點燃氣體推動汽缸活塞作功；柴油的特點是自燃溫度低，所以柴油發動機無需要火花塞之類的點火裝置，它采用壓縮空氣的辦法提高空氣溫度，使空氣溫度超過柴油的自燃測試，這時再噴入柴油、柴油噴霧和空氣混合的同時自己點火燃燒。兩種發動機相比較而言，一般來說，因為汽油發動機需要對汽油的噴入量、噴入時間以及點火時間控製得十分準確，因此結構往往比柴油機更複雜精密一些，而柴油機由於汽缸的壓力大於汽油機，因而對材料的結構強度和剛度則要求更高一些。
從性能上說，汽油發動機的長處是最大功率及轉速高，運轉安靜平順，排放低，而柴油發動機的優點則是燃燒效率高、油耗低，並且低轉速扭矩及最大扭矩遠遠超過汽油機。體現在駕駛感受上，人們會發現柴油驅動的轎車起步十分迅速，在山路及坡道上後勁十足，然後在中後段的加速性以及最高車速方麵又會遜於同檔次的汽油機版本。國內傳統柴油機一直給人以體積笨重、振動噪聲大以及排放汙染嚴重的印象，因此國產轎車基本都采用汽油發動機，然而近年來，國外知名車商開始將一些最新的柴油機技術引入到中國，大大改善了國人對柴油機的偏見，譬如一汽大眾剛剛推出TDI柴油發動機寶來，其環保性、動力性以及平順性都不遜於汽油機，同時又具有柴油機特有的巨大扭力和超低油耗，市場前景十分看好。
汽車發動機機體組全麵介紹
機體是構成發動機的骨架，是發動機各機構和各係統的安裝基礎，其內、外安裝著發動機的所有主要零件和附件，承受各種載荷。因此，機體必須要有足夠的強度和剛度。機體組主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋和氣缸墊等零件組成。 對於一款四衝程發動機來說，一般情況下機體組由上到下可分為五塊，分別是氣門室蓋、汽缸蓋、缸體、曲軸箱和油底殼。根據工作壓力和使用車輛成本的不同，材料主要選擇鑄鐵、鋁合金以及鎂鋁合金。其中鑄鐵的硬度較強，適用於渦輪增壓車型，但散熱效果差，所以往往都將壓縮比設計的較低。鋁合金重量輕，散熱好，但硬度不強，主要用於高轉的自然吸氣車型。
一. 氣缸體（圖2-1）
水冷發動機的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體——曲軸箱，也可稱為氣缸體。氣缸體一般用灰鑄鐵鑄成，氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內腔為曲軸運動的空間。在氣缸體內部鑄有許多加強筋，冷卻水套和潤滑油道等。
氣缸體應具有足夠的強度和剛度，根據氣缸體與油底殼安裝平麵的位置不同，通常把氣缸體分為以下三種形式。（圖2-2)
(1) 一般式氣缸體 其特點是油底殼安裝平麵和曲軸旋轉中心在同一高度。這種氣缸體的優點是機體高度小，重量輕，結構緊湊，便於加工，曲軸拆裝方便；但其缺點是剛度和強度較差
(2) 龍門式氣缸體 其特點是油底殼安裝平麵低於曲軸的旋轉中心。它的優點是強度和剛度都好，能承受較大的機械負荷；但其缺點是工藝性較差，結構笨重，加工較困難。
(3) 隧道式氣缸體 這種形式的氣缸體曲軸的主軸承孔為整體式，采用滾動軸承，主軸承孔較大，曲軸從氣缸體後部裝入。其優點是結構緊湊、剛度和強度好，但其缺點是加工精度要求高，工藝性較差，曲軸拆裝不方便。
為了能夠使氣缸內表麵在高溫下正常工作，必須對氣缸和氣缸蓋進行適當地冷卻。冷卻方法有兩種，一種是水冷，另一種是風冷（圖2-3）。水冷發動機的氣缸周圍和氣缸蓋中都加工有冷卻水套，並且氣缸體和氣缸蓋冷卻水套相通，冷卻水在水套內不斷循環，帶走部分熱量，對氣缸和氣缸蓋起冷卻作用。
發動機基本構造詳解
目前汽車使用的發動機均屬於內燃機，發動機的功能就是將燃料的化學能轉成熱能再轉成機械能，而機械能也就是一般所謂的動力。發動機在將燃料轉成動力的過程中會經過一定的工作程序，而且此程序是周而複始連續不斷的循環。它由機體組、曲柄連杆機構、配氣機構、供油及燃油分配係統、電子傳感器、點火係統和潤滑係統以及散熱係統等方麵組成。它們各司其職綜合在一起最終保證了發動機運轉所必須的三要素—可燃混合氣、電火花和汽缸壓力。
常見的車用發動機依種類、大小及用途等等的不同而有許多的分類方式。
一、依工作循環方式：
1、奧圖循環(Ottocycle)：使用在汽油發動機。
2、狄塞爾循環(Dieselcycle)：使用在柴油發動機。
二、依使用燃料的種類：
1、汽油發動機：主要使用在汽車、航空器。
2、柴油發動機：主要使用在汽車、船、發電機。
3、重油發動機：主要使用在船、發電機。
4、燃氣發動機：主要使用在汽車。
三、依冷卻方式分：
1、氣冷式發動機
2、水冷式發動機
四、依工作循環衝程分：
1、二衝程發動機：二個衝程完成一個工作循環。
2、四衝程發動機：四個衝程完成一個工作循環。
五、依活塞運動的不同分：
1、往複式活塞發動機(reciprocatingengine)
2、回轉式活塞發動機(rotaryengine)
六、依點火方式分：
1、壓縮點火式發動機
2、火花塞點火式發動機
七、依氣缸數量分：
1、單氣缸發動機
2、多氣缸發動機
八、依氣缸排列方式分：
1、直列式發動機
2、V型發動機
3、W型發動機
4、水平對置發動機
現行汽車產品上所使用的發動機，主要為采用奧圖循環、以汽油為燃料的往複式活塞四衝程多氣缸自然進氣發動機，依不同的排氣量與工程需求，有直列四缸、V型六氣缸等形式。各種型式的發動機所采用的零件，以及在發動機外部的次係統零組件，都非常的相似。接下來我們將為大家一一的介紹發動機的各項零件和次係統的原理及功能。
（一）發動機的基本構造─缸徑、衝程、排氣量與壓縮比
發動機是由凸輪軸、氣門、氣缸蓋、氣缸體、活塞、活塞連杆、曲軸、飛輪、油底殼等主要組件，以及進氣、排氣、點火、潤滑、冷卻等係統所組合而成。以下將分別介紹在汽車型錄的"發動機規格表"中常見的缸徑、衝程、排氣量、壓縮比、SOHC、DOHC等名詞。
缸徑：
氣缸體上用來讓活塞做運動的圓筒空間的直徑。
衝程：
活塞在氣缸體內運動時的起點與終點的距離。一般將活塞在最靠近氣門時的位置定為起點，此點稱為"上止點"；而將遠離氣門時的位置稱為"下止點"。
排氣量：
將氣缸的麵積乘以衝程，即可得到氣缸排氣量。將氣缸排氣量乘以氣缸數量，即可得到發動機排氣量。以豐田花冠1.8L車型的直列4氣缸發動機為例：
缸徑：79.0mm，衝程：91.5mm，氣缸排氣量：448.5cc；
發動機排氣量＝氣缸排氣量×氣缸數量＝448.5cc×4＝1794cc。
壓縮比：
最大氣缸容積與最小氣缸容積的比率。最小氣缸容積即活塞在上止點位置時的氣缸容積，也稱為燃燒室容積。最大氣缸容積即燃燒室容積加上氣缸排氣量，也就是活塞位於下止點位置時的氣缸容積。
豐田花冠1.8L發動機的壓縮比為10：1，其計算方式如下：
氣缸排氣量：448.5cc，燃燒室容積：49.83cc；
壓縮比＝(49.84＋448.5)：49.84＝9.998：1≈10：1。
（二）發動機的基本構造─凸輪軸與氣門
所謂曲柄連杆機構實際上就是我們通常所說的曲軸、連杆、活塞、活塞環、大小瓦。這些部件的作用主要就是用來將可燃混合氣被點燃後爆發出的力量傳遞到離合器和變速箱中，根據發動機用途（強調馬力輸出或相對更低的油耗）來設計不同質量和慣性的曲軸及曲柄。
另外，機體組中和曲柄連杆機構的相互設計配合也往往決定了一款發動機的轉速高低。一般來說，大缸徑短衝程時的設計主要是為了更加追求轉速高，功率大。而小缸徑長衝程式的設計則多用來載重或者純正越野車之類更強調低轉大扭矩的車。
凸輪軸：
在一支軸上有許多宛如"蛋形"凸輪，其被安裝在氣缸蓋的頂部，用來驅動進氣氣門和排氣氣門做開啟與關閉的動作。
在凸輪軸的一端會安裝一個傳動輪，以鏈條或皮帶與位於曲軸上的傳動輪連接。在以鏈條傳動的係統中此傳動輪為一齒輪；在以皮帶傳動的係統中此傳動輪為一具齒槽的皮帶輪。
一般雙頂置凸輪軸(DOHC)設計的發動機，其進氣和排氣的凸輪軸均掛上一個傳動輪，由鏈條或皮帶直接帶動凸輪軸轉動。有些發動機為了減少氣門夾角，而將凸輪軸的傳動方式改變成以鏈條傳動方式帶動進氣或排氣的凸輪軸，再藉由安裝在進氣和排氣的凸輪軸上的齒輪以鏈條帶動另外一支凸輪軸。
豐田獨特的"TWINCAM"設計方式，則是以鏈條或皮帶去帶動位於進氣或排氣的凸輪軸上的傳動輪，之後再以安裝在進氣和排氣的凸輪軸上的無間隙齒輪機構帶動另外一支凸輪軸。
氣門：
配氣機構的主要作用就是根據發動機的實時需要而提供相應的可燃混合氣。它由兩方麵組成，其中發動機內部主要包括正時皮帶（優點是噪音小，缺點是需要更換）或正時鏈條（優點是免於更換，但十萬公裏左右要調整鬆緊度，缺點是噪音大）或正時齒輪（優點是不用更換，不用維護，缺點是重量大、慣性大），凸輪軸、液壓氣門頂、氣門、氣門彈簧以及氣門油封。它們之間的相互關係其實不難理解，講的通俗一點就是曲軸旋轉的力通過正時皮帶傳送到凸輪軸，然後再由凸輪軸帶動氣門進行上下運動。
在發動機的外部還有一些為了配氣的最終目的而工作的，按照從外到裏的安裝按後順序分別是，空濾、空氣流量計、進氣溫度傳感器、節氣門、進氣歧管等。在一些多點或單點電噴的發動機當中，還在進氣歧管上安裝了燃油分配器
氣門控製空氣進出氣缸的閥門。讓空氣或混合氣進入的稱為"進氣氣門"。讓燃燒後的廢氣排出的稱為"排氣氣門"。
（三）發動機基本構造─SOHC單凸輪軸發動機
發動機的凸輪軸裝置在氣缸蓋頂部，而且隻有一支凸輪軸，一般簡稱為OHC(頂置凸輪軸，OverHeadCamShaft)。凸輪軸透過搖臂驅動氣門做開啟和關閉的動作。
在每氣缸二氣門的發動機上還有一種無搖臂的設計方式，此方式是將進氣門和排氣門排在一直在線，讓凸輪軸直接驅動氣門做開閉的動作。有VVL裝置的發動機則會透過一組搖臂機構去驅動氣門做開閉的動作。
（四）發動機基本構造─DOHC雙凸輪軸發動機
此種發動機在氣缸蓋頂部裝置二支凸輪軸，由凸輪軸直接驅動氣門做開啟和關閉的動作。僅有少數發動機是設計成透過搖臂去驅動氣門做開閉的動作。有VVL裝置的發動機則會透過一組搖臂機構去驅動氣門做開閉的動作。
DOHC較SOHC的設計來得優秀的主要原因有二：一是凸輪軸驅動氣門的直接性，使氣門有較佳的開閉過程，而提升氣缸在進氣和排氣時的效率；另一則是火花塞可以裝置在氣缸蓋中間的區域，使混合氣在氣缸內部可以獲得更好、更平均的燃燒。
直列發動機VSV型發動機
直列發動機
一如其名，直列發動機氣缸排列成一條直線。
發動機的所有氣缸均排列在同一平麵上，形成一直列的情形，稱為直列發動機。以直列四氣缸發動機為例，常見的標示方式有二種，一是取與排列外型相似的I做標示，就標示為"I4"。另外一種則是以英文Line做開頭，而標示為"Line4"或"L6"以代表直列4氣缸或是直列6氣缸發動機之意。
V型發動機
氣缸數增加，采用V型排列的發動機可以有效減少發動機提及，增加車內空間。
發動機的氣缸分別排列在二個平麵上，此二個平麵相互產生一個夾角。氣缸呈V型排列的發動機會因氣缸數量的不同，而有60、90、120度三種常見的角度。發動機氣缸排列在兩個相交的V型平麵上，則稱為"W型發動機"，而夾角為180度的發動機則另外稱為"水平對置式發動機"。
可變氣門正時&可變長度進氣岐管
可變氣門正時：
曲軸經由齒狀的傳動裝置帶動凸輪軸轉動，使氣門在做開啟與關閉的動作時會與曲軸的轉動角度成一定的對應關係。
由於氣體流動的性質會隨著發動機運轉速度的快慢而改變，如何使氣缸在不同的轉速下都能夠獲得良好的進氣效率？為此必須改變氣門在開啟與關閉時間。經由安裝在凸輪軸前端的油壓裝置使凸輪軸可以另外做一小角度轉動，以使進氣門在轉速升高時得以提早開啟。
可變長度進氣岐管：
為了使發動機在高、低轉速時能夠維持平穩的進氣效率，如何製造出長度適合的進氣管路就成了一件重要的課題。藉由在進氣管路中設置閥門來使進氣管路改變成長、短二種路徑。以滿足發動機在高轉速運轉時需要流速快、動能大的氣流；並且在低轉速時供給發動機適當流量的空氣。這樣就能夠使發動機在高轉速時獲得較大的馬力，而在較低轉速時有較佳的油耗表現。
