超全面的汽车知识大全（一）

很多人都想了解更多的汽车知识，以加深对汽车的了解，只是无奈汽车结构之复杂，机械知识之乏味，都一一放弃了。下面给大家准备了一组图解汽车文章，结合图片剖析汽车内部结构，让复杂的原理变得通俗易懂。

一、发动机结构种类解析

发动机作为汽车的动力源泉，就像人的心脏一样。不过不同人的心脏大小和构造差别不大，但是不同汽车的发动机的内部结构就有着千差万别，那不同的发动机的构造都有哪些不同？下面我们一起了解一下。

● 汽车动力的来源

汽车的动力源泉就是发动机，而发动机的动力则来源于气缸内部。发动机气缸就是一个把燃料的内能转化为动能的场所，可以简单理解为，燃料在气缸内燃烧，产生巨大压力推动活塞上下运动，通过连杆把力传给曲轴，最终转化为旋转运动，再通过变速器和传动轴，把动力传递到驱动车轮上，从而推动汽车前进。

● 气缸数不能过多

一般的汽车都是以四缸和六缸发动机居多，既然发动机的动力主要是来源于气缸，那是不是气缸越多就越好呢?其实不然，随着气缸数的增加，发动机的零部件也相应的增加，发动机的结构会更为复杂，这也降低发动机的可靠性，另外也会提高发动机制造成本和后期的维护费用。所以，汽车发动机的气缸数都是根据发动机的用途和性能要求进行综合权衡后做出的选择。像V12型发动机、W12型发动机和W16型发动机只运用于少数的高性能汽车上。

● V型发动机结构

其实V型发动机，简单理解就是将相邻气缸以一定的角度组合在一起，从侧面看像V字型，就是V型发动机。V型发动机相对于直列发动机而言，它的高度和长度有所减少，这样可以使得发动机盖更低一些，满足空气动力学的要求。而V型发动机的气缸是成一个角度对向布置的，可以抵消一部分的震动，但是不好的是必须要使用两个气缸盖，结构相对复杂。虽然发动机的高度减低了，但是它的宽度也相应增加，这样对于固定空间的发动机舱，安装其他装置就不容易了。

● W型发动机结构

将V型发动机两侧的气缸再进行小角度的错开，就是W型发动机了。W型发动机相对于V型发动机，优点是曲轴可更短一些，重量也可轻化些，但是宽度也相应增大，发动机舱也会被塞得更满。缺点是W型发动机结构上被分割成两个部分，结构更为复杂，在运作时会产生很大的震动，所以只有在少数的车上应用。

● 水平对置发动机结构

水平对置发动机的相邻气缸相互对立布置（活塞的底部向外侧），两气缸的夹角为180°，不过它与180°V型发动机还是有本质的区别的。水平对置发动机与直列发动机类似，是不共用曲柄销的（也就是说一个活塞只连一个曲柄销），而且对向活塞的运动方向是相反的，但是180°V型发动机则刚好相反。水平对置发动机的优点是可以很好的抵消振动，使发动机运转更为平稳；重心低，车头可以设计得更低，满足空气动力学的要求；动力输出轴方向与传动轴方向一致，动力传递效率较高。缺点：结构复杂，维修不方便；生产工艺要求苛刻，生产成本高，在知名品牌的轿车中只有保时捷和斯巴鲁还在坚持使用水平对置发动机。

● 发动机为什么能源源不断提供动力

发动机之所以能源源不断的提供动力，得益于气缸内的进气、压缩、做功、排气这四个行程的有条不紊地循环运作。

进气行程，活塞从气缸内上止点移动至下止点时，进气门打开，排气门关闭，新鲜的空气和汽油混合气被吸入气缸内。

压缩行程，进排气门关闭，活塞从下止点移动至上止点，将混合气体压缩至气缸顶部，以提高混合气的温度，为做功行程做准备。

做功行程，火花塞将压缩的气体点燃，混合气体在气缸内发生“爆炸”产生巨大压力，将活塞从上止点推至下止点，通过连杆推动曲轴旋转。

排气行程，活塞从下止点移至上止点，此时进气门关闭，排气门打开，将燃烧后的废气通过排气歧管排出气缸外。

● 发动机动力源于爆炸

发动机能产生动力其实是源于气缸内的“爆炸力”。在密封气缸燃烧室内，火花塞将一定比例汽油和空气的混合气体在合适的时刻里瞬间点燃，就会产生一个巨大的爆炸力，而燃烧室是顶部是固定的，巨大的压力迫使活塞向下运动，通过连杆推动曲轴，在通过一系列机构把动力传到驱动轮上，最终推动汽车。

● 火花塞是“引爆”高手

要想气缸内的“爆炸”威力更大，适时的点火就非常重要了，而气缸内的火花塞就是扮演“引爆”的角色。其实火花塞点火的原理有点类似雷电，火花塞头部有中心电极和侧电极(相于两朵带相反极性离子的云)，两个电极之间有个很小的间隙(称为点火间隙)，当通电时能产生高达1万多伏的电火花，可以瞬间“引爆”气缸内的混合气体。

● 进气门要比排气门大

要想气缸内不断的发生“爆炸”，必须不断的输入新的燃料和及时排出废气，进、排气门在这过程中就扮演了重要角色。进、排气门是由凸轮控制的，适时的执行“开门”和“关门”这两个动作。为什么看到的进气门都会比排气门大一些呢？因为一般进气是靠真空吸进去的，排气是挤压将废气推出，所以排气相对比进气容易。为了获得更多的新鲜空气参与燃烧，因而进气门需要弄大点以获得更多的进气。

● 气门数不宜过多

如果发动机有多个气门的话，高转速时进气量大、排气干净，发动机的性能也比较好（类似一个电影院，门口多的话，进进出出就方便多了）。但是多气门设计较复杂，尤其是气门的驱动方式、燃烧室构造和火花塞位置都需要进行精密的布置，这样生产工艺要求高，制造成本自然也高，后期的维修也困难。所以气门数不宜过多，常见的发动机每个气缸有4个气门(2进2出)。

二、发动机可变气门原理解析

前面已经了解过发动机的基本构造和动力来源。其实发动机的实际运转速度并不是一成不变的，而是像人跑步一样，时而急促，时而平缓，那么调节好自己的呼吸节奏尤其重要，下面我们就来了解一下发动机是怎样“呼吸”的。

● 凸轮轴的作用

简单来说，凸轮轴是一根有多个圆盘形凸轮的金属杆。这根金属杆在发动机工作中起到什么作用？它主要负责进、排气门的开启和关闭。凸轮轴在曲轴的带动下不断旋转，凸轮便不断地下压气门（摇臂或顶杆），从而实现控制进气门和排气门开启和关闭的功能。

● OHV、OHC、SOHC、DOHC代表什么意思？

在发动机外壳上经常会看到SOHC、DOHC这些字母，这些字母到底表示的是什么意思？OHV是指顶置气门底置凸轮轴，就是凸轮轴布置在气缸底部，气门布置气缸顶部。OHC是指顶置凸轮轴，也就是凸轮轴布置在气缸的顶部。

如果气缸顶部只有一根凸轮轴同时负责进、排气门的开、关，称为单顶置凸轮轴（SOHC）。气缸顶部如果有两根凸轮轴分别负责进、排气门的开关，则称为双顶置凸轮轴（DOHC）。

底置凸轮轴的凸轮与气门摇臂间需要采用一根金属连杆连接，凸轮顶起连杆从而推动摇臂来实现气门的开合。但过高的转速容易导致顶杆折断，因此这种设计多应用于大排量、低转速、追求大扭矩输出的发动机。而凸轮轴顶置可省略顶杆简化了凸轮轴到气门的传动机构，更适合发动机高速时的动力表现，顶置凸轮轴应用比较广泛。

● 配气机构的作用

配气机构主要包括正时齿轮系、凸轮轴、气门传动组件（气门、推杆、摇臂等），主要的作用是根据发动机的工作情况，适时的开启和关闭各气缸的进、排气门，以使得新鲜混合气体及时充满气缸，废气得以及时排出气缸外。

● 什么是气门正时？为什么需要正时？

所谓气门正时，可以简单理解为气门开启和关闭的时刻。理论上在进气行程中，活塞由上止点移至下止点时，进气门打开、排气门关闭；在排气行程中，活塞由下止点移至上止点时，进气门关闭、排气门打开。

那为什么要正时呢？其实在实际的发动机工作中，为了增大气缸内的进气量，进气门需要提前开启、延迟关闭；同样地，为了使气缸内的废气排的更干净，排气门也需要提前开启、延迟关闭，这样才能保证发动机有效的运作。

● 可变气门正时、可变气门升程又是什么？

发动机在高转速时，每个气缸在一个工作循环内，吸气和排气的时间是非常短的，要想达到高的充气效率，就必须延长气缸的吸气和排气时间，也就是要求增大气门的重叠角；而发动机在低转速时，过大的气门重叠角则容易使得废气倒灌，吸气量反而会下降，从而导致发动机怠速不稳，低速扭矩偏低。

固定的气门正时很难同时满足发动机高转速和低转速两种工况的需求，所以可变气门正时应运而生。可变气门正时可以根据发动机转速和工况的不同而进行调节，使得发动机在高低速下都能获得理想的进、排气效率。

影响发动机动力的实质其实与单位时间内进入到气缸内的氧气量有关，而可变气门正时系统只能改变气门的开启和关闭的时间，却不能改变单位时间内的进气量，变气门升程就能满足这个需求。如果把发动机的气门看作是房子的一扇“门”的话，气门正时可以理解为“门”打开的时间，气门升程则相当于“门”打开的大小。

● 丰田VVT-i可变气门正时系统

丰田的可变气门正时系统已广泛应用，主要的原理是在凸轮轴上加装一套液力机构，通过ECU的控制，在一定角度范围内对气门的开启、关闭的时间进行调节，或提前、或延迟、或保持不变。

凸轮轴的正时齿轮的外转子与正时链条(皮带)相连，内转子与凸轮轴相连。外转子可以通过液压油间接带动内转子，从而实现一定范围内的角度提前或延迟。

● 本田i-VTEC可变气门升程系统

本田的i-VTEC可变气门升程系统的结构和工作原理并不复杂，可以看做在原来的基础上加了第三根摇臂和第三个凸轮轴。它是怎样实现改变气门升程的呢?可以简单的理解为，通过三根摇臂的分离与结合一体，来实现高低角度凸轮轴的切换，从而改变气门的升程。

当发动机处于低负荷时，三根摇臂处于分离状态，低角度凸轮两边的摇臂来控制气门的开闭，气门升程量小;当发动机处于高负荷时，三根摇臂结合为一体，由高角度凸轮驱动中间摇臂，气门升程量大。

● 宝马Valvetronic可变气门升程系统

宝马的Valvetronic可变气门升程系统，主要是通过在其配气机构上增加偏心轴、伺服电机和中间推杆等部件来改变气门升程。当电动机工作时，蜗轮蜗杆机构会驱动偏心轴发生旋转，再通过中间推杆和摇臂推动气门。偏心轮旋转的角度不同，凸轮轴通过中间推杆和摇臂推动气门产生的升程也不同，从而实现对气门升程的控制。

● 奥迪AVS可变气门升程系统

奥迪的AVS可变气门升程系统，主要通过切换凸轮轴上两组高度不同的凸轮来实现改变气门的升程，其原理与本田的i-VTEC非常相似，只是AVS系统是通过安装在凸轮轴上的螺旋沟槽套筒，来实现凸轮轴的左右移动，进而切换凸轮轴上的高低凸轮。

发动机处于高负荷时，电磁驱动器使凸轮轴向右移动，切换到高角度凸轮，从而增大气门的升程;当发动机处于低负荷时，电磁驱动器使凸轮轴向左移动，切换到低角度凸轮，以减少气门的升程。

三、发动机缸内直喷原理解析

随着对能源和环保的要求日趋严格，发动机也要不断升级进化，才能满足人们的需求。如时下的“缸内直喷”、“分层燃烧”、“可变排量”等名词相信大家并不陌生，到底它们的工作原理是怎样的？下面我们一起来了解一下吧。

● 活塞、曲轴是最“累”的？

发动一运转，活塞的“头上”就要顶着高温高压，不停地做高速上下运动，工作环境非常严苛。可以说活塞是发动机“心脏”，因此活塞的材质制作精度都有着很高的要求。

而被活塞踩在“脚下”的曲轴也不好受，要不停地做高速旋转运动。曲轴每分钟要旋转数千次，肩负着带动机油泵、发电机、空调压缩机、凸轮轴等机构的艰巨任务，是发动机动力的中转轴，因此它也比较“壮”。

● 直线运动如何变旋转运动？

我们都知道，气缸内活塞做的是上下的直线运动，但要输出驱动车轮前进的旋转力，是怎样把直线运动转化为旋转运动的呢？其实这个与曲轴的结构有很大关系。曲轴的连杆轴与主轴是不在同一直线上的，而是对立布置的。

这个运动原理其实跟我们踩自行车非常相似，我们两个脚相当于相邻的两个活塞，脚踏板相当于连杆轴，而中间的大飞轮就是曲轴的主轴。我们左脚向下用力蹬时（活塞做功或吸气向下做运动），右脚会被提上来（另一活塞压缩或排气做向上运动）。这样周而复始，就有直线运动转化为旋转运动了。

● 发动机飞轮为什么这么大？

都知道活塞的四个行程中，只有一次是做功的，进气、压缩、排气三个行程都需要一定的力量支持才能顺利进行，而飞轮在这个过程中就帮了很大的忙。

飞轮之所以做得比较大，主要是为了存储发动机的运动能量，这样才能保证曲轴平稳的运转。其实这个原理跟我们小时候的陀螺玩具差不多，我们用力旋转后，它能保持相当长时间的转动。

● 发动机的排量、压缩比

活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为气缸排量；发动机所有气缸排量之和称为发动机排量，通常用升（L）来表示。如我们平时看到的汽车排量，1.6L、2.0L、2.4L等等。其实气缸的容积是个圆柱体，不太可能正好是整升数的，如1998mL、2397mL等数字，可以近似标示为2.0L、2.4L。

压缩比，即发动机混合气体被压缩的程度，气缸总容积与压缩后的气缸容积（即燃烧室容积）之比来表示。为什么要对气缸的混合气体压缩呢？这样可以让混合气体更容易、更快速的完全燃烧，从而提高发动机的性能和效率。

● 什么是可变排量？如何改变排量的？

通常为了获得大的动力，需要把发动机的排量增大，如8缸、12缸发动机动力就非常强劲。但付出的代价就是油耗增加。尤其是在怠速等工况不需要大动力输出时，燃油就白白浪费掉了，而可变排量就可以很好地解决矛盾。

可变排量，顾名思义就是发动机的排量并不是固定的（也就是说参加工作的气缸数量是发生变化的），而是可以根据工况需要而发生改变。那发动机怎么来实现排量的改变的？简单的说，就是通过控制进气门和油路来开启或关闭某个气缸的工作。比如一台6缸可变排量发动机，可以根据实际工况需要，实现3缸、4缸、6缸三种工作模式，以降低油耗，提高燃油的经济性。

如大众TSI EA211发动机采用了可变排量（气缸关闭）技术，主要是通过电磁控制器和安装在凸轮轴上的螺旋沟槽套筒来实现气门的关闭与开启。

● 什么是缸内直喷？有什么优势？

我们知道，传统的发动机是在进气歧管中喷油再与空气形成混合气体，最后才进入到气缸内的。在此过程中，因为喷油嘴里燃烧室还有一定距离，微小的油粒会吸附在管道壁上，而且汽油与空气的混合受进气气流和气门关闭影响较大。

而缸内直喷是直接将燃油喷射在缸内，在气缸内直接与空气混合。ECU可以根据吸入的空气量精确地控制燃油和喷射量和喷射时间，高压的燃油喷射系统可以是使油气的雾化和混合效率更加优异，使符合理论空燃比的混合气体燃烧更加充分，从而降低油耗，提高发动机的动力性能。

这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经大量使用在包含大众（含奥迪）、宝马、梅赛德斯-奔驰、通用等车系上。

福特2.0L EcoBoost GTDi发动机采用了缸内直喷技术。

● 什么是均质燃烧？分层燃烧？

所谓“均质燃烧”可以理解为普通的燃烧方式，即燃料和空气混合形成一定浓度的可燃混合气，整个燃烧室内混合气的空燃比是相同的，经火花塞点燃燃烧。由于混合气形成时间较长，燃料和空气可以得到充分的混合，燃烧更均匀，从而获得较大的输出功率。

而分层燃烧，整个燃烧室内的混合气的空燃比是不同的，火花塞附近的混合气浓度要比其他地方的要高，这样在火花塞周围的混合气他可以迅速燃烧，从而带动较远处较稀的混合气体的燃烧，这种燃烧方式称为“分层燃烧”。均质燃烧的目的是在高速行驶、加速时获得大功率；分层燃烧是为了在低转速、低负荷时节省燃油。

● 如何是实现分层燃烧？

如TSI发动机是怎样实现分层燃烧的？首先，发动机在进气行程活塞移至下止点时，ECU控制喷油嘴进行一次小量的喷油，使气缸内形成稀薄混合气。

在活塞压缩行程末端时再进行第二次喷油，这样在火花塞附近形成混合气相对浓度较高的区域（利用活塞顶的特殊结构），然后利用这部分较浓的混合气引燃气缸内的稀薄混合气，从而实现气缸内的稀薄燃烧，这样可以用更少的燃油达到同样的燃烧效果，进一步降低发动机的油耗。

四、发动机涡轮增压原理解析

在平时开车的时候相信大家都有体会，感觉带“T ”的发动机很给力，动力很强劲。涡轮增压发动机为什么动力强劲？是怎样增压的？下面我们就来了解一下发动机增压器的工作原理。

● 节气门的作用

在发动机进气系统中主要有两大部件，一是空气滤清器，主要负责过滤空气中的杂质；二是进气管道，主要将空气引入到气缸中。而在进气管中有个很重要的部件，就是节气门。

节气门主要的作用就是控制进入气缸的混合气量大小。那它是怎么控制进气量的呢？我们开车时踩油门踏板的深浅，其实就是控制节气门开度的大小。油门踏板踩得越深，节气门开度就越大，混合气进入量就越大，发动机的转速就会上升。

传统拉线油门是通过钢丝一端与油门踏板相连另一端与节气门相连，它的传输比例是1：1，这种方式控制精度不理想。而现在的电子节气门（电子油门），是通过位置传感器，将踩踏油门踏板动作的力量、幅度等数据传输到控制单元进行分析，然后总结出驾驶者踩油门的意图，再由ECU计算实际节汽门开合度并发出指令控制节汽门电机工作，从而实现对节气门的精准控制。

● 进气歧管长度可变？

我们平时看到发动机的进气歧管的长度好像都是固定的，它的长度还可以改变？其实在进气歧管内安装控制阀，通过它的打开和关闭，可以将进气歧管分为两段，从而改变它的有效长度。那改变进气歧管的长度有什么作用呢？主要是为了提高发动机在不同转速时的进气效率，从而提升发动机在各个转速下的动力性能。

当发动机低速运转时，黑色控制阀关闭，气流被迫从长歧管流入气缸，可以增加进气的气流速度和压强，使汽油和空气更好的混合，燃烧更充分（这个有点像把水流不急的水管捏扁后，水流速度会变急的原理一样）。当发动机转速升高时，控制阀门打开，气流绕开下端管道直接进入气缸，这时能更快吸入更多的空气，增大发动机高转速的进气量。

● 排气歧管为什么“长”得奇形怪状的？

汽车的排气系统主要包括排气歧管、三元催化转化器、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排出到大气中。

为什么我们看到的排气管大多都形状怪异的？这种设计主要是为了最大限度地避免各缸排出的废气发生相互干涉或废气回流的现象，而影响发动机的动力性能。

虽然排气管设计的奇形怪状，但为了防止出现紊流，还是遵循一定的原则的，如各缸排气歧管尽可能独立、长度尽可能相等；排气歧管尽可能长等。

● 涡轮增压是怎样增压的？

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）简称Turbo或T。涡轮增压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。

涡轮增压器主要由涡轮机和压缩机两部分组成，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。

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。

● 机械增压又是怎样的？

相对于涡轮增压，机械增压（Supercharger）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。

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。

● 双增压发动机是怎样工作的？

双增压发动机，顾名思义就是指一台发动机上装有两个增压器。如一台发动机上采用两个涡轮增压器，则称为双涡轮增压发动机。如宝马3.0L直列六缸发动机，采用的就是两个涡轮增压器。

针对废气涡轮增压的涡轮迟滞现象，排气管上并联两只同样的涡轮（每三个缸一组连接一个涡轮增压器），在发动机低转速的时候，较少的排气即可驱动涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，减小涡轮迟滞效应。

前面了解到，涡轮增压器在低转速时有迟滞现象，但高速时增压值大，发动机动力提升明显，而且基本不消耗发动机的动力；而机械增压器，是发动机运转直接驱动涡轮，没有涡轮增压的迟滞，但是是损耗部分动力、增压值较低。那把它们结合一起就岂不是可以优势互补了？

如大众高尔夫GT上装备的1.4升TSI发动机，设计师就把涡轮增压器和机械增压器结合到了一起。将机械增压器安装到发动机进气系统上，涡轮增压器安装在排气系统上，从而保证发动机在低速、中速和高速时都能有较好的增压效果。

编辑：jq