汽车为什么会跑？
发动机中主要的运动部件是活塞，它绕着自身运动；还有往复运动。当活塞在上述四个冲程中来回运动以完成一个工作循环时，它被称为四冲程发动机。二冲程发动机在两个冲程之后完成一个循环。以汽油为燃料的发动机称为oiler汽油机，它先将汽油和空气在化油器中混合后送入气缸，经过上述行程后产生动力。凡汽油直接喷入气缸或进气管，然后与空气混合形成混合气的，经过上述冲程后称为直喷式汽油机。以柴油为燃料的柴油机一般称为压燃式柴油机，它利用喷油泵将柴油直接喷入气缸，与压缩空气混合后，在高温高压下自动燃烧产生动力。在全世界能源短缺和环保的要求下，出现了使用天然气、液化石油气等其他清洁燃料的发动机。但是它的工作原理是相似的。
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如果混合物遇到火星，很容易爆炸。在汽车发动机中，正是这种爆炸产生的力将气缸中的活塞从最高位置推向最低位置。活塞从顶部到底部移动的距离称为冲程。在第一个冲程(见图2a)，活塞被曲轴通过连杆拉下，混合气通过进气门进入气缸活塞顶部。第二个冲程称为压缩冲程(见图2b)，此时进气门和排气门都关闭。活塞向上移动，直到吸入的混合气再次被曲轴拉下。第三个冲程称为作功冲程(见图2c)。此时两个气门仍处于关闭状态，分电器供给的高压电使燃烧室中的火花塞产生火花，点燃混合气，产生爆炸力推动活塞向下运动，此时气缸内充满热烟。当活塞再次上升时，排气阀打开。这些浓烟被活塞推出气缸燃烧室，进入排气管。这是最后一次行程，称为排气路径(见图2d)。之后发动机开始下一个工作循环的第一个冲程，无休止的工作。
为了进一步了解发动机的工作状况，有必要对其部件的功能介绍如下:
气缸体和气缸盖
在发动机部件中，气缸体(见图3)最重也最大。它是将发动机的所有机构和系统组装成一个整体的基本部件。缸体中有几个圆柱形的空心圆柱体，是活塞运动的空间，称为气缸。当有几个空缸时，就有几个缸。一般四缸发动机称为四缸发动机。当然还有更多，比如6缸，8缸，甚至12缸。气缸越多，发动机的功率越大。但如果活塞在气缸内与气缸完全接触，其运动阻力仍然不小。为了减少接触面积，活塞上放了几个活塞环。让活塞环与缸壁接触，大大减少活塞运动的阻力。一般活塞上不止一个活塞环，包括气环和油环。
由于气缸表面经常与高温高压的燃烧气体接触，活塞在其上高速往复运动，因此气缸的材料必须耐高温、耐磨、耐腐蚀。为了满足这些要求，通常使用含有少量合金元素如镍、钼、铬和磷的优质合金铸铁，并对其进行珩磨，以获得具有高粗糙度、形状和尺寸精度的工作表面。
但如果缸体全部采用上述优质材料，就太贵了。因为除了这些工作面，缸体的其余部分没有这么高的要求。因此，在发动机中广泛使用柔性和可拆卸的工作表面，即气缸套。可用优质材料制造，缸体可用普通铸铁或轻合金铸造。气缸套根据是否接触冷却水分为干套和湿套。后者铸造方便，拆装容易，冷却效果好。缺点是刚性差，容易漏水。
在气缸体的上部有一个覆盖气缸筒的气缸盖(见图3)。它的主要作用是密封气缸体的上部，与活塞顶和气缸筒形成一个燃烧室。一般由灰铸铁或合金铸铁和铝合金制成，内含水套。通过螺栓与气缸体拧在一起。为了密封，通常在它们之间加一层气缸垫。在气缸盖上，每个气缸都有自己的进气门、排气门、火花塞座孔或喷油器座孔和气门导管孔。气缸盖的数量很多，不同的发动机有不同的气缸盖，有的分为几个气缸。前者的优点是可以缩短发动机的整体长度。缺点是刚性差，受热易变形，影响密封，损坏后需要整体更换。气缸盖组成的燃烧室形状对发动机工作有很大影响。因此，它的基本要求是:结构紧凑，冷却面小，使混合气在燃烧前能产生涡流。其目的是减少热量损失，缩短火焰扩散路程，提高燃烧速度，保证燃烧及时充分，从而获得最大的功率，减少废气中所含的有害物质。一般来说，水冷发动机在气缸体的下部有一个整体铸造的弯曲轴箱。它的内部是曲轴运动的空间。曲轴悬挂在曲轴箱的正下方。在曲轴箱的下部还有一个板状部件，称为油底壳(见图4)。主要用于存放机油和密封曲轴箱。机油泵位于油底壳中。油底壳还配有挡板，防止机油晃动过大。底部装有磁性放油塞，用于吸收机油中的金属屑。在油底壳的一侧，还有一个油尺，用于检查油底壳中的油量。
曲轴活塞连杆组
发动机中的主要运动部件是曲轴、活塞和连杆。它由曲轴、活塞、活塞环、活塞销、连杆和飞轮组成。
(1)曲轴
这是一个有几个弯曲的轴(图1)。曲柄的数量取决于发动机有多少个气缸及其排列。如果连杆与曲柄相连，曲柄的数量等于气缸的数量。如果两个连杆用一个曲柄连接，曲柄的数量是气缸数量的一半。
曲轴要求抗冲击性和耐磨性。一般用中碳钢或中碳合金钢锻造，也用球墨铸铁铸造。
图1显示了带飞轮的曲轴。位于旋转中心的主轴颈通过轴承衬套与曲轴箱相连。不在旋转中心的轴颈称为连杆轴颈或曲柄销，通过连杆轴瓦和螺栓与连杆连接。
由于曲轴高速旋转，需要不断用机油润滑摩擦面。因此，在曲轴的主轴颈和连杆轴颈的曲轴体中钻出油道，以便油可以通过这些油道并润滑这些零件。
因为曲轴的形状很不规则，所以旋转的时候会晃动。专家称这种现象为不平衡。如果人造棉在发动机工作时发展，不仅会产生很大的噪音，还会大大缩短零件的寿命。不平衡的主要原因是曲轴旋转时产生的不规则离心力和离心力矩，以及活塞往复运动的惯性力。对于不同缸数的发动机，这些力和力矩存在或不存在。所以需要根据具体结构设置平衡块来平衡。有的平衡块与曲轴是一体的，有的通过螺栓固定在曲轴上。
我们知道，质量大的轮子一旦转动，就会毫无阻力地一直转下去。因此，在曲轴的后端装有一个由灰铸铁或球墨铸铁和铸钢制成的飞轮，它是一个惯性很大，边缘又宽又厚的圆盘。它的主要作用是储存发动机给予的动能，克服曲轴连杆组运动的阻力，克服短时过载，保证发动机输出均匀的扭矩和转速。另外，它也是摩擦离合器的传动部分，所以也需要与曲轴平衡。
(2)活塞
它就像一个倒置的杯子，杯底朝上，形成燃烧室的一部分，杯壁上有一个圆孔，活塞销可以穿过这个圆孔。连杆穿过杯口，通过活塞销与活塞连接。它的主要作用是将混合气燃烧产生的爆炸力通过活塞销传递给连杆，从而推动曲轴的曲柄，使其转动(图2)。
活塞的工作条件非常恶劣。活塞顶部与高温气体接触，承受着高速往复运动产生的冲击和惯性力带来的高压。活塞各部分都受到拉、压、弯的综合力和力矩，受热不均匀。因此，要求活塞质量小、热膨胀小、传热好、耐磨。铝合金制成的活塞兼有上述性能，是前汽车活塞的首选材料。
活塞的基本结构可分为三部分:顶部、头部和裙部。
活塞顶部分为平顶和凹顶，表面尽量光滑。活塞的头部有几个横截面为矩形的环形槽，用于容纳各种活塞环，环形槽的底部钻有许多径向孔，这样从气缸壁上刮下的机油就可以通过这些孔流向油底壳。活塞头承受并传递混合气燃烧后的爆炸力；可以传导混合气体燃烧后产生的热量；与活塞环形成一部分的燃烧室。活塞的裙部是指从活塞环槽到杯口的好的部分。其主要作用是活塞在缸内往复运动中起导向作用，以承受缸壁给予它的侧向压力。
活塞在缸内工作时，受热应力很不均匀，会带来不均匀的变形，所以活塞与缸壁的间隙有大有小，还会有漏气和划伤缸壁表面的可能。在严重的情况下，它会卡住并损坏活塞。
为了使活塞在正常工作温度下与缸壁有均匀的间隙，虽然气缸本身仍是圆柱形，但把活塞做成椭圆形，使活塞工作时能膨胀成类似圆柱形。因此，在正常情况下，活塞大致呈圆锥形或椭圆形，上直径小，下直径大。
当然，如果你留心的话，还会发现有些活塞裙上有纵向和横向的凹槽。开横向槽的目的主要是阻挡热量从活塞顶部传递到裙部，以迫使裙部不要膨胀太大。如果水平位于油环槽内，还能起到油孔的作用。纵向槽的作用是在冷状态下装配活塞时获得与气缸壁的最小间隙；在热状态下，活塞不会卡在缸筒里。纵向槽的方向不平行于活塞运动方向，倾斜槽可以防止活塞划伤缸壁。
(3)活塞环
活塞必须与缸壁紧密配合，在活塞中嵌入活塞环就是解决这一问题所采取的措施。活塞环分为气环和油环。前者防止燃烧混合物逃逸到曲轴箱中。后者防止合金铸铁制成，有斜开口，有弹性。当它套在活塞上时，具有向外伸展，紧贴缸壁的特性。如果密封状态损坏，漏气，发动机会损失一部分动力，燃油和机油损失增加，活塞和燃烧室表面会出现严重的积碳，造成环境污染。
一般活塞配有2 ~ 3个气环和1 ~ 2个油环。在保证密封的要求下，尽量减少环数。虽然有几个气环，但对每个气环的要求并不相同。第一个气环离顶部最近。由于靠近燃烧室，工作在温度压力最高、润滑最困难的环境中，一般在其工作表面镀多孔铬，既提高了表面硬度，又储存了少量机油，改善了润滑条件，延长了使用寿命。其他气环一般只镀锡或磷化。由于第一气环的工作温度高，其缺口间隙也大。在活塞上安装各活塞环时，其各自的槽口必须错开，这样有利于气缸的密封。
(4)活塞销
它是活塞与连杆小端之间的连接件(见图2)，起着将活塞蝗虫的力传递给连杆的作用。由于它在高温下承受周期性冲击力，润滑条件差，所以要求有足够的刚度、强度和耐磨性。为了减少惯性，一般将其做成空心圆柱体，以减轻质量。活塞销一般由低碳钢制成，表面经过渗碳处理，然后进行珩磨和抛光，以提高其表面硬度和整体韧性。活塞销安装在活塞销孔和连杆小头孔中时是浮动的。当发动机工作时，它可以在销座孔中绕其主轴缓慢转动，以获得更均匀的磨损。为了防止活塞销沿主轴方向移动，活塞销孔中的卡环嵌入销座的凹槽中进行限位。
(5)连杆
(图4)它将上端小端的活塞销和下端大端的曲轴连接起来，可以将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。就像你骑自行车时大腿的运动一样。连杆一般由中碳钢或合金钢经锻造、机加工和热处理制成。由于连杆在工作时承受压缩、拉伸和弯曲的周期性变化，所以要求尽可能小，并具有足够的刚度和强度。刚度不够，大孔不圆，润滑不好会烧轴瓦。杆体弯曲会导致气缸漏气和漏油。
连杆头一般由两个半圆块组成，一个是连杆头的下端，另一个叫连杆盖，用连杆螺栓拧在一起(图5)。这两个零件是一起加工(钻孔)的。大端孔的表面具有高光洁度，以便紧密配合轴承衬套，并且表面还铣有用于定位轴承衬套的凹槽和小油孔。
连杆螺栓的工作条件与连杆相同。一般由优质合金钢或优质碳钢制成，锻造或冷镦。安装连杆大端时，连杆螺栓必须按制造厂规定的扭矩拧紧，并采取措施防止其自行松动。
连杆轴瓦和连杆大头一样，也是对半制成。轴瓦底座为薄钢板，内表面铸有巴氏合金等减磨金层。磨合期减金可以减少摩擦，加速磨合期，维持油膜。
与连杆大端和连杆盖相配合的轴瓦表面应具有非常高的光滑度。轴承衬套的一半在加载前不是半圆形的。当它被加载时，由于压力(干涉)，轴承衬套可以紧贴大孔的壁。为了防止轴瓦在工作时转动或轴向位移，轴瓦上的冲压定位凸台分别嵌入大头和连杆盖的凹槽内。轴承衬套的内表面上有油槽，以确保良好的润滑。
我们知道，进入气缸燃烧室的混合气越多，燃烧时释放的热量就越多，爆炸性就越强。对于特定的发动机，其燃烧室的总容积是一定的。为了用更多的混合气体填充燃烧室，混合气体的压力必须高，温度必须低。但由于混合气只能通过进气管进入气缸，在流动过程中必然会产生阻力，降低充气压力；此外，由于气缸中的高温废气和最后一次循环后相邻部件的高温加热了刚刚进入气缸的混合气体，因此很难100%满足这一要求。发动机设计者一般从改进结构入手，以降低进排气阻力、进排气门的开度和持续时间，尽可能保持足够的进排气量。气门是发动机中非常重要的零件，它们必须在准确的时间打开或关闭。按阀门排列方式可分为顶置式和侧置式。根据每个气缸的气门数量，有两个气门，四个气门，甚至更多。
最常见的阀门配置是顶置的。它的进气门和排气门挂在气缸盖上，大头在下，小头在上。配气机构确保每个气门的及时开启和关闭。
如上所述，为了在准确的时间打开和关闭气门，必须有一个气门机构。
3.气阀
气门机构由凸轮轴、挺杆、推杆、摇臂、摇臂轴、气门弹簧和气门导管组成。
凸轮轴(图1)布置在发动机的下部、侧面和顶部。现代发动机通常采用顶置式，位于气缸盖上。凸轮轴通过摇臂直接驱动气门，省去了挺杆、推杆等一大套往复运动零件，非常适合高速发电机，但也给传动轴带来了困难。因为凸轮轴在气缸盖上，所以气缸盖的拆装比较麻烦，喷油器的布置也比较困难。另一种顶置式是凸轮轴的振幅轮直接驱动气门。这种形式的优点不仅是机构简单，惯性小，对凸轮轴的要求低，所以在新车上应用广泛。
那么是什么驱动凸轮轴旋转呢？最早的汽车大多由正时齿轮驱动(见图1)。曲轴转动时，通过其前端的一对齿轮驱动凸轮轴，有时还增加一个中间齿轮(惰轮)。为了降低传动噪音，使啮合平稳，正时齿轮多采用胶木，为斜齿。在顶置气门传动机构中，常采用链传动或皮带传动。皮带的基体是氯丁橡胶，中间夹有玻璃纤维或尼龙织物。它强度高、噪音低、重量轻、价格低，近年来得到广泛应用。
通常，发动机每个气缸只有一个进气门和一个排气门。为了提高充气效率，现在经常采用多气门技术，比如每个气缸有四个气门。这种多气门结构对于直接燃油喷射的发动机尤其有利。喷油器布置在燃烧室中央，点火燃烧路径均匀，各气门开度可适当减小。
当每个气缸使用四个气门时，有两种气门布置:一种是进气门和排气门混合排；另一种是进气门和排气门分别排成一排。前者所有的气门都是由一个凸轮轴通过一个T型杆驱动，但是由于气门在进气道的位置不同，工作条件和效果都不好，而后者有很大的缺点，但是需要配备两个凸轮轴。每当DOHC这个词出现时，它指的是顶置双凸轮轴。近年来，大多数发动机都采用了这种形式。当然，每个气缸有四个以上气门的情况并不少见。主要目的是提高充电效率。
4.汽化器
要使汽车连续工作，就要不断地向发动机供给油气，不仅要供给，还要适当混合，燃烧后废气要平稳排出。为此，燃油需要储存在油箱中，必须有油泵和管路将油箱中的燃油送到发动机。为了防止燃油被污染，需要用过滤器过滤。外界空气中含有灰尘，送入发动机的空气需要经过空气滤清器过滤。如何将洁净的空气与燃油按要求混合，需要一个不可或缺的部分，那就是化油器(图2)。
汽化器必须做两件事:第一，它必须汽化燃料；二是将汽化的燃料油与一定比例的空气混合，形成混合气体。
外界的空气经过过滤后进入化油器，通过改变阻风门的位置来控制进气量。空气冲过化油器中的喉管，产生吸力，将燃油通过喷嘴吸出浮子室，使燃油雾化。雾化的燃油和空气混合在一起，由气缸通过进气歧管吸入。混合气的进气由油门踏板控制，油门踏板由位于化油器内的油门(油门)控制。汽油泵泵入浮子室的油量由浮子室中的浮子控制。浮子随着浮子室中的油量上升和下降。当浮子室充满蒸汽油时，浮子上浮并用其针阀堵住进油口。驾驶员通过控制节气门开度来改变发动机转速，这就是简单化油器的工作原理(图3)。混合物的浓度随着节气门的增大而逐渐变浓。
汽车发动机的工况要经常大范围变化，如汽车启动前和路口等绿灯前，发动机怠速运转，此时负荷为零，节气门开度最小，车速最低；汽车带着全负荷爬坡时，油门全开，但速度不高；在平坦路面行驶时，油门不必全开，发动机排放负荷适中，转速和速度适中；在高速公路上行驶时，发动机可能处于全负荷，速度会达到最大。在如此多的复杂工况下，对混合气体的要求不可能相同。比如在怠速和小负荷下，前者要求混合气必须很浓，后者要求浓度逐渐变稀；在中等负荷下，为了省油，要求化油器以最小的油耗供给混合气；在全负荷下，化油器被要求提供丰富的混合物，以使发动机发出最大的功率。另外，汽车冷启动的话，要求混合气浓；加速时，当节气门突然大开时，化油器需要提供额外的燃油。综上所述，在正常工况下，要求化油器在中低负荷时能够随负荷的增加供给由浓到稀的混合气，在全负荷时要求混合气由稀到浓。根据以上要求，仅靠上述简单的化油器是不可能满足要求的。
为了满足这些要求，现代化油器上装有一系列混合气浓度补偿装置。如主供油泵、怠速系统、节油器、加速系统和起动系统等。，以保证化油器能在汽油机的不同工况下供给适当浓度的混合气。
化油器虽然小，但是内部集成了这么多系统，结构就变得复杂了。种子保证化油器能正常工作，所以它的定期保养很重要。使用化油器的主要缺点是气缸充气和混合气分配不理想，影响发动机动力性和经济性的提高，不利于满足排放要求。近年来，为了满足环保的要求，各国都采用直接燃油喷射来代替化油器。直喷的优点是充气效率高、输出功率大、混合气分布均匀、可根据工况变化提供最佳成分的混合气、油耗低等。缺点是难以布置在气缸盖上，制造成本高。按喷射位置分为缸内喷射和进气管喷射，按控制系统分为机械喷射和电子喷射(电喷)两种。
自20世纪60年代以来，电控汽油喷射系统逐渐被欧美生产的轿车发动机所采用。为了满足汽车排放法规的要求，我国已经开始稳步推广电喷汽车。在电喷系统中，有一个调节装置，可以精确控制混合气的成分，然后安装三元催化器，大大降低尾气中的有害成分。
电喷系统的基本原理是将采集到的信息通过位于各个部位的传感器反馈给微型计算机进行处理，它发出指令控制混合气中的空燃比，使供给的混合气满足发动机各种工况的需要。比如计算机根据空气流量传感器采集的信息，发动机转速，甚至是油门的位置，冷却水的温度，空气的温度来判断和计算喷油的依据，确定每个喷油器的开启时间，并向喷油器发出指令进行喷油。
每个传感器在不同的部位接收不同的信息:比如分电器的点火线圈接收起动机转数的信息；空气流量传感器接收进气流量的信息；启动和关闭以接收启动信息；节气门开关的节气门开度信息；冷却水温度传感器接收水温信息，空气温度传感器接收空气温度信息。这些信息通过电路反馈给计算机。
电喷系统中最重要的部件除了电脑就是喷油器。一般发动机每缸只有一个喷油器，位于进气门上方。燃油被喷油器雾化，然后与从进气管进入气缸的空气混合。
为了满足尾气排放法规的要求，一些汽车的电喷系统配备了混合气调节系统。它主要是利用气管中的一个氧传感器，将混合气的稀或浓的信息反馈给计算机。根据该信息，计算机重新指示燃料喷射器获得正确的燃料喷射量。
新一代发动机将汽油喷射系统与点火系统集成在一起，体现了对混合气组成和点火时间的优化控制，大大提高了发动机的性能。以上介绍的是多点注射。因为喷射是分次喷射的模式，所以四缸发动机的四个喷油器是分开喷射的，曲轴每转一圈，每个气缸就喷射一次。
此外，目前还有单点喷射系统，也称为节气门体喷射系统。在多缸发动机上，只有一个喷油器，它安装在节气门体的上方，在进气管中喷油，与空气混合，然后通过进气管分配到各个气缸。单点注射也由计算机控制。虽然性能稍差(喷油压力低)，但由于使用的喷油器数量少，具有结构简单、成本低、工作可靠、维修方便等优点。其他部分基本和多点注射一样。
冷却和润滑
当汽车以50公里/小时的速度行驶时，发动机气缸中的每个活塞每分钟上下运动6000次。混合气体在燃烧室中燃烧会产生高温高压的燃烧气体(约800-2000℃)。因此，必须对气缸进行冷却，否则气缸内的运动部件会因热膨胀而损坏，机械强度降低，润滑失效而卡死。当然，如果冷却过度，也会导致气缸膨胀减少，燃烧不正常，动力下降，油耗增加，润滑不良。在汽车上安装冷却系统的目的是保持发动机在适当的温度下工作。
目前，水冷被广泛用于冷却汽车发动机。发动机高温部件的热量通过缸套和缸盖传导到周围水套中的冷却水，然后冷却水吸收的热量散发到外部大气中。发动机正常工作时，水套中的水温应保持在80 ~ 90℃左右。
目前，强制循环水冷却系统广泛应用于汽车发动机中(图1)。发动机气缸盖和气缸体中有水套。水泵从机器外部吸入冷却水并对其加压，使冷却水在水套中流动并带走相邻部件的热量。冷却水吸热后，温度升高，进入车前的散热器(水箱)。由于汽车的前进和风扇的吸力，外界的冷空气穿过散热器，带走散热器中冷却水的热量，送入大气。散热器中的冷水冷却后，在水泵的作用下再次进入水套。这个循环持续冷却发动机的高温部件。
为了保证发动机在不同负荷、不同转速、不同季节下工作在最合适的温度范围内，有些车还配有百叶窗、恒温器和风扇离合器。
汽车向前行驶时，散热器位于迎风方向的汽车前端(汽车后部)。上下两端有两个储水室，由许多细冷却管连接。大多数冷却管采用扁圆截面。为了加强冷却效果，在冷却管的护套上布置了许多金属翅片，以增加冷却面积和散热器本身的刚度和强度。由冷却管和散热片组成的部件称为散热器芯。上述结构称为管式散热器芯(图2)。
另一种广泛使用的散热器芯是管带式散热器芯(图3)，由波纹散热带和冷却管交替焊接而成。散热带上有小鳍片扰动气流，从而提高散热能量:力。这种形式因其散热效果好、易于制造、质量轻而被广泛采用。缺点是结构强度不如管式。
散热器芯的要求是使用的材料导热性能好，一般采用黄铜片。为了节约铜，铝制散热器芯大有可为。目前多用于高级车和赛车。