（一）根据使用燃料的不同进行分类

1.汽油发动机

汽油发动机转速高、质量小、噪声小、起动方便、制造成本低。汽油发动机示例如图1-3所示。

汽油发动机所使用的燃料为汽油，每个工作循环都经历进气、压缩、做功、排气四个行程。燃油喷射系统在进气行程中将汽油喷入气缸，使汽油与进入气缸的空气混合成可燃混合气。可燃混合气在压缩行程中被压缩，达到一定温度和压力时用火花塞点燃，使可燃混合气燃烧膨胀做功，将汽油的化学能转化成热能再转化为机械能，并通过传动系统驱动车辆行驶。

2.柴油发动机

柴油发动机压缩比大、热效率高，经济性能和排放性能都比汽油发动机好。柴油发动机示例如图1-4所示。

柴油发动机所使用的燃料为柴油，每个工作循环同样经历进气、压缩、做功、排气四个行程。与汽油发动机不同的是，柴油发动机在进气行程只吸入空气，在压缩行程中先加压空气，当空气被压缩达到一定的温度、压力时，将柴油喷入气缸。压缩空气的温度足以点燃柴油，因此，柴油发动机无需火花塞。

（二）根据气缸数及布置的不同进行分类

只有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个及以上气缸的发动机称为多缸发动机，根据气缸间的排列方式不同可分为直列式发动机、水平对置式发动机和V型发动机等。

1.按气缸数目分类

单缸发动机和多缸发动机如图1-5所示。

2.按气缸排列分类

直列式发动机见图1-6，V型发动机见图1-7，VR型发动机见图1-8，水平对置式发动机见图1-9，W型发动机见图1-10。

3.按进气状态分类

发动机可分为自然吸气式和增压式。自然吸气式发动机是指进入气缸前的空气或可燃混合气未经压气机压缩的发动机，如图1-11所示；增压式发动机是指进入气缸前的空气或可燃混合气已经在压气机内压缩以增大进气密度，提高发动机功率，如图1-12所示。

过去汽车以四冲程、多缸、水冷、自然吸气式发动机为主，但现在汽车使用增压式发动机日趋增多。

（一）发动机的基本术语

发动机的基本术语包括：上止点、下止点、气缸工作容积、发动机排量、燃烧室容积、气缸总容积、压缩比等。

1.上止点

上止点即活塞在气缸内做直线往复运动时，向上运动到的最高位置，如图1-14所示。

2.下止点

下止点即活塞在气缸内做直线往复运动时，向下运动到的最低位置，如图1-15所示。

3.活塞行程

活塞行程即活塞在两个止点间运动产生的最大距离，即上止点和下止点之间的距离，如图1-16所示。

4.燃烧室容积

燃烧室容积即活塞处于上止点时，其顶部与气缸盖之间的容积，如图1-17所示。

5.气缸总容积

气缸总容积即活塞处于下止点时，其顶部与气缸盖之间的容积，如图1-18所示。

6.气缸工作容积

气缸工作容积即气缸总容积与燃烧室容积之差，即活塞在上止点和下止点之间运动时所扫过的容积，如图1-19所示。

7.发动机排量

发动机排量即各缸工作容积的总和，四缸发动机排量计算示意如图1-20所示。

8.压缩室

压缩室是指活塞到达上止点位置时活塞以上的空间，如图1-21所示，此时，燃烧室的容积最小。

9.压缩比

压缩比即气体压缩前容积与压缩后容积的比值，即气缸总容积与燃烧室容积之比，表示气体的压缩程度，如图1-22所示。

压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力越大、温度越高。

（二）发动机的工作原理

1.四冲程汽油发动机

汽油机是将汽油和空气混合后的可燃混合气吸入发动机气缸内（直喷汽油机吸入的是空气），用电火花强制点燃进而膨胀做功。

先将可燃混合气（或空气）吸入气缸内，然后压缩并点燃，后在气缸内产生的高温、高压的气体推动活塞经连杆使曲轴旋转而做功，同时将燃烧后的废气排出气缸。完成一次进气、压缩、做功、排气的过程，称为一个工作循环。每完成一个工作循环，曲轴转两圈（720 °），活塞上下运动四次，称为四冲程汽油发动机，如图1-23所示。

（1）进气行程

曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，进气门开启，排气门关闭。活塞顶部空间增大，气缸内压力降低到小于外界大气压，产生真空吸力。空气和汽油混合后形成的可燃混合气通过进气管道、进气门被吸入气缸。由于进气系统有阻力，进气行程结束时气缸内的气体压力为0.07～0.09MPa，仍低于1个标准大气压。气体在高温机件和残余气体的加热下，温度上升到80～130℃，如图1-24所示。

（2）压缩行程

进气结束，进、排气门都关闭。曲轴带动活塞由下止点向上止点运动，活塞顶部的可燃混合气被压缩。压缩行程结束时，混合气压力最大可达1.47MPa，温度最高可达500℃，如图1-25所示。

（3）做功行程

当压缩行程活塞接近上止点，此时进排气门都处于关闭状态，火花塞产生电火花点燃可燃混合气，混合气迅速燃烧使气体温度和压力急剧升高，推动活塞向下止点运动，同时带动连杆运动，并使曲轴旋转做功，对外输出功率，如图1-26所示。

做功行程中，瞬间最大压力可达6MPa，温度最高可达3000℃。

（4）排气行程

曲轴带动活塞从下止点向上止点运动，排气门打开，进气门关闭。在活塞和废气自身的压力作用下，废气经排气门排出气缸。活塞到达上止点后排气结束。由于排气系统存在一定阻力，而且燃烧室占有一定空间，因此在燃烧室中会残留少量废气，如图1-27所示。排气行程结束时，气缸内气体压力为0.1～0.12MPa，温度为500～800℃。

2.四冲程柴油发动机

四冲程柴油发动机的工作循环同样包括进气、压缩、做功和排气四个行程。在各个行程中，进、排气门的开闭和曲柄连杆机构的运动与汽油机完全相同。只是由于柴油和汽油的使用性能不同，使得柴油机和汽油机在混合气形成方法及点火方式上有着根本性的差别。四冲程柴油发动机的工作原理如图1-28所示。

（1）进气行程

在柴油机进气行程中，被吸入气缸的是空气。由于柴油机进气系统阻力较小，残余废气的温度较低，因此进气行程结束时气缸内气体的压力较大（0.085～0.095MPa）,温度较低（310～340℃）。

（2）压缩行程

因为柴油机的压缩比大，所以压缩行程终了时的气体压力最大可达5MPa,温度最高可达1000℃。

（3）做功行程

当压缩行程结束时，喷油泵将柴油泵入喷油器，并通过喷油器喷入燃烧室。因为喷油压力很高，喷油孔直径很小，所以喷出的柴油呈细雾状。细微的油滴在炽热的空气中迅速蒸发，并借助于空气的运动，迅速与空气混合形成可燃混合气。由于气缸内的温度远高于柴油的自燃点，因此柴油随即自燃。燃烧气体的压力、温度迅速升高，体积急剧膨胀。在气体压力的作用下，活塞推动连杆，连杆推动曲轴旋转做功。在做功行程中，燃烧气体的最大压力可达9MPa，最高温度可达2200℃。做功行程结束时，压力为0.2～0.5MPa, 温度为1000～1200℃。

（4）排气行程

排气行程结束时气缸内残余废气的压力为0.105～0.120MPa，温度为700～900℃。

3.二冲程汽油发动机

二冲程发动机的工作循环是在两个活塞行程，即曲轴旋转一周的时间内完成的。在四冲程发动机中，常把排气过程和进气过程合称为换气过程。在二冲程发动机中，换气过程是指废气从气缸内被新气扫除并取代的过程。这两种发动机工作循环的不同之处主要在于换气过程不同，如图1-29所示。

第一行程（压缩/进气）：活塞向上运动，将三排孔（进气孔、排气孔、扫气孔）都关闭，活塞上部开始压缩。当活塞继续向上运动时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱内。

第二行程（做功/排气）：当活塞接近上止点时，火花塞产生火花点燃可燃混合气，混合气燃烧膨胀产生巨大的热能推动活塞向下运动。活塞继续向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的可燃混合气受到压缩，当活塞接近下止点时，排气孔打开，气体排出。

小解释

汽油：为透明液体，主要成分为C5～C12脂肪烃和环烃类，并含有少量的芳香烃和硫化物。辛烷值分为92号、95号、98号三个牌号。汽油具有良好的蒸发性和燃烧性，能保证发动机运转平稳、燃烧完全。

柴油：是石油提炼后的一种油质产物。它由不同的碳氢化合物混合组成。柴油按凝点分级，轻柴油有5、0、-10、-20、-35、-50六个牌号，重柴油有10、20、30三个牌号。

大气压：大气压强简称大气压。大气压随高度变化，通常把101kPa的大气压叫作标准大气压，它大约相当于760mmHg所产生的压强。

（三）发动机的主要性能指标

发动机是汽车最重要的部分，被称为汽车的“心脏”。发动机的类型很多，结构和工作原理也有较大的差异，而发动机性能的好坏直接影响整车的性能。

发动机的主要性能指标用来评价发动机性能优劣和维修时质量的好坏。汽车发动机有效性能指标主要有动力性能指标、经济性能指标和运转性能指标。

1.动力性能指标

（1）有效转矩

发动机通过飞轮对外输出的平均转矩称为有效转矩。有效转矩与外界加于曲轴上的阻力矩相平衡。

（2）有效功率

发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率。发动机的有效功率可用台架试验方法测定，也可用测功器测定。

在发动机铭牌上规定的功率及其相应的转速分别称作标定功率和标定转速。标定功率是发动机所能发出的最大功率。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定，汽车发动机应能在标定工况下连续运行300～1000h。

2.经济性能指标

经济性能指标主要用发动机燃油消耗率，燃油消耗率指发动机每发出1kW有效功率在1h内所消耗的燃油量。燃油消耗率越低，发动机经济性越好。

3.运转性能指标

发动机运转性能指标主要是指排气品质、噪声、起动性能。

（1）排气品质

发动机排气含有对人体有害的物质，主要有害排放物是NOx（氮氧化物）、HC（碳氢化合物）、CO（一氧化碳）及颗粒物。

（2）噪声

噪声会刺激人的神经，造成失眠、记忆力衰退，甚至导致神经衰弱。因此必须用法规形式对其进行限制。汽车噪声是城市噪声的主要来源，发动机噪声又是汽车的主要噪声源。

（3）起动性能

起动性能好的发动机在一定温度下能可靠而迅速地起动，起动时磨损越小，消耗功率越少。不采用特殊低温起动措施，汽油机在-10℃、柴油机在-5℃以下的气温条件下起动发动机，15s以内发动机应能自行运转。

（四）汽油机的三要素

1.很好的空气—燃油混合气

1）汽油被气化、蒸发并与空气充足地混合，以便汽油完全燃烧。

2）汽车在各种工况下使用时，发动机运转工况随之改变，也要求空气—燃油混合气随之变化。

● 当空气温度由高变低时。

● 从平坦的路面变为陡峭的坡路，发动机重负荷运转时。

● 发动机在车辆加速时从怠速到高速的转速变化。

① 空燃比：

空燃比是空气与燃油的质量比。

空气总量太多或太少时，汽油都无法充分燃烧，形成不完全燃烧。理论空燃比是14.7。

对于具体的汽油发动机来说，虽然汽油喷射能满足其理论空燃比，但并不是全部汽油都能蒸发并与空气混合。因此，在某些工况下，需要更浓的可燃混合气，如图1-30所示。

② 空燃比和运行工况：

a）起动。

起动时，进气歧管壁、气缸和气缸盖是冷态的，使喷油器喷射的燃油附着其上。此时，燃烧室内的可燃混合气变稀。因此，需要浓混合气。

b）暖机。

冷却液温度低，汽油的蒸发条件变差，导致发动机点火不良。因此，需要浓混合气。

c）加速。

当踏下加速踏板时，由于负荷变化出现供油迟滞后，形成较稀混合气。因此，应向混合气中喷射额外的燃油。

d）巡航（定速）。

发动机温度正常后，供给发动机的混合气非常接近理论空燃比。

e）重负荷。

需要较大的功率输出时，稍浓的可燃混合气供给发动机，以降低燃烧温度、保证吸入的全部空气参加燃烧。

f）减速。

由于此工况下不需要发动机输出功率，切断部分燃油供给，以清洁排气。

2.可燃混合气被压缩

当未压缩的可燃混合气被点燃时，由于密度小，燃烧速度慢。而压缩的可燃混合气被点燃时，高密度会引起混合气突然燃烧。所以，即使是同样的可燃混合气，压缩的混合气点燃后会比没压缩的混合气输出更大的功率。

此外，压缩的可燃混合气会使空气与燃油的混合更为彻底，点火时汽油产生更高的气化率和更高的温度。压缩的可燃混合气比不压缩的更易燃烧。

可燃混合气压缩的程度用压缩比表示。通常，压缩压力越大，爆发压力越大。不过，如果压缩压力太大，会产生爆燃。因此，汽油发动机的压缩比通常设计在9～14，如图1-31所示。

3.正确的点火正时及强烈的电火花

为了使可燃混合气充分地燃烧，正确的点火正时和产生足够强的电点火非常重要。

正确的点火正时及产生强烈的电火花的条件：

1）能产生强烈的电火花，足以使可燃混合气燃烧，如图1-32所示。

汽油机的火花塞产生电火花点燃可燃混合气。如果电火花弱，就没有足够的能量点燃可燃混合气，所以强火花很重要。

2）对于每种发动机工况，必须保证最佳的点火正时，如图1-33所示。

点火正时会根据发动机转速或负荷情况的变化而变化，以保证最佳的点火正时。