第2章　汽车发动机维修

2.1　发动机基本知识

发动机，即发出动力的机器，是汽车的心脏，是汽车动力的来源，是将一种能量（如电能、热能、太阳能等）转化为机械能的装置，如图2-1所示。

2.1.1　发动机的分类

汽车用内燃发动机的分类见表2-1。

2.1.2　发动机的总体构造

（1）曲柄连杆机构　曲柄连杆机构是发动机实现工作循环、完成能量转化的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组及曲轴飞轮组等组成。

在做功行程中，活塞承受燃气压力，在气缸内进行直线运动，然后通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并且从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又可以将曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动，如图2-2所示是曲柄连杆机构。

1—扭转减振器；2—起动爪；3—曲轴；4—飞轮；5—齿圈；6—正时齿轮；7—带轮

（2）配气机构　配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启或关闭进气门与排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，同时使废气从气缸内排出，实现换气的过程。

配气机构大多使用顶置气门，配气机构一般由气门组、气门传动组及气门驱动组组成，如图2-3所示。

1—挺柱；2—推杆；3—摇臂轴总成；4—凸轮轴；5—曲轴；6—链条

（3）燃料供给系统　汽油机燃料供给系统的功用是依据发动机的要求，配制出一定的数量与浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排至大气中；柴油机燃料供给系统的功用是将柴油及空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气进行燃烧，最后将燃烧后的废气排出。如图2-4所示为燃料供给系统。

1—油箱；2—沉淀杯；3—滤清器；4—输油泵；5—喷油泵；6—高压油管；7—排气管；8—燃烧室；9—喷油器；10—预热塞；11—回油管；12—空气滤清器

（4）润滑系统　润滑系统的功用是向做相对运动的零件表面输送一定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力及减轻机件的磨损，并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系统通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器及一些阀门等组成，如图2-5所示。

1—凸轮轴轴颈；2—滤清器；3—主油道；4—安全阀；5—机油泵；6—粗滤器；7—气缸盖螺栓

（5）冷却系统　冷却系统的功用是将受热零件吸收的部分热量快速散发出去，以确保发动机在最合适的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系统通常是由储液罐、水泵、风扇、散热器和节温器等组成，如图2-6所示。

1—水泵；2—节温器；3—冷却风扇；4—储液罐；5—散热器盖；6—散热器

（6）点火系统　在汽油机中，气缸内的可燃混合气是依靠电火花点燃的，因此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，且火花塞头部伸入燃烧室内。可按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系统，点火系统通常由蓄电池、起动机、分电器、点火线圈和火花塞等组成，如图2-7所示。

1—分电器；2—高压导线；3—火花塞；4—附加电阻；5—点火线圈；6—点火开关；7—蓄电池；8—起动机；9—电容器；10—继电器

（7）启动系统　要使发动机从静止状态过渡到工作状态，必须先用外力旋转发动机的曲轴，使活塞做往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀做功，推动活塞向下运动使曲轴转动，发动机才能够自行运转，工作循环才可以自动进行。所以，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成发动机启动过程所需的装置，称为发动机的启动系统，如图2-8所示。

2.1.3　发动机的工作原理

2.1.3.1　二冲程汽油机的工作原理

二冲程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、做功（燃烧膨胀）、排气过程组成的，但它是在曲轴旋转一圈（360°），活塞上下往复运动的两个冲程内完成的。所以，二冲程发动机与四冲程发动机工作原理不同，结构也不一样。

例如，曲轴箱换气式（也称孔式换气）二冲程汽油机，气缸上有三排孔，利用这三排孔分别在一定时刻被活塞打开或是关闭进行进气、换气和排气。其工作原理如图2-9所示。

（1）第一冲程　压缩/进气。活塞向上运动，三排孔均关闭，活塞上部开始压缩。当活塞继续向上运动时，活塞下方打开进气孔，可燃混合气体进入曲轴箱内。

（2）第二冲程　燃烧/排气。当活塞接近上止点，火花塞产生火花点燃混合气体，混合气体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，曲轴箱的可燃混合气体受到压缩，当活塞接近下止点时，排气孔打开，气体排出。

2.1.3.2　二冲程柴油机的工作原理

其工作原理与二冲程汽油机的工作原理大同小异，只是吸进气缸内的气体成分不同而已，即二冲程柴油机吸进气缸内的气体为纯空气，并且通常需要增压。其工作原理如图2-10所示。

（1）第一冲程　活塞从下止点向上止点运动。当活塞处于下止点位置时，排气门和进气孔早已打开，储气室中的压缩空气便进入气缸内，并冲向排气门，这产生清除废气的作用，同时也使气缸内充满新空气。当活塞继续向上运动时，进气孔被关闭，排气门也关闭；空气在气缸内受到压缩，如图2-10（a）和（b）所示。

（2）第二冲程　活塞从上止点向下止点运动。活塞行至上止点前，喷油器将燃油喷入燃烧室中，压缩空气所产生的高温，立即点燃雾化的燃油，燃烧所产生的压力，推动活塞下行，直至排气门再打开时为止。燃烧后的废气在内外压力差的作用下，自行从排气门排出，如图2-10（b）和（c）所示。活塞继续下行，当进气孔被活塞打开之后，气缸内又进行扫气过程。曲轴每转一转，活塞走了两个冲程就完成一个循环，因此得名二冲程柴油机。

2.1.3.3　四冲程汽油机的工作原理

四冲程汽油机的工作原理是将空气和汽油按一定比例混合成良好的可燃混合气（以化油器式和缸外喷射电喷汽油机为例），在进气冲程被吸入气缸，经压缩点火燃烧而产生热能。燃烧后的气体所产生的高温高压，作用于活塞的顶部，推动活塞做直线运动，同时通过连杆、曲轴飞轮机构而变为旋转的机械能，通过飞轮向外输出做功。

在四冲程汽油机的工作过程中，曲轴转两转、活塞走四个冲程完成发动机的一个工作循环，即发动机的进气、压缩、做功和排气四个工作过程分别占一个冲程。其进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程分别如图2-11所示。在活塞的四个冲程中，仅一个冲程是做功的，其他三个冲程均不做功。

1—曲轴；2—连杆；3—活塞；4—气缸；5—进气门；6—火花塞；7—排气门

进气冲程如图2-11（a）所示，进气门打开，排气门关闭，活塞在曲轴的带动下自上止点向下止点移动，活塞上方的容积逐步增加，气缸内产生真空吸力，将可燃混合气经进气门吸入气缸内。当活塞位于下止点时，曲轴转过第1个半周（180°），进气门关闭，进气冲程结束。在进气停止时，气缸内的气体压力略低于外界的大气压力。

压缩冲程如图2-11（b）所示，在压缩冲程的过程中，进气门、排气门都保持关闭。活塞在曲轴带动下自下止点向上止点移动，活塞上方的容积逐渐减小，可燃混合气被压缩到燃烧室内，其温度和压力升高（温度为300～500℃，压力为600～1500kPa），所以很容易被点燃。当活塞到达上止点时，曲轴转过第2个半周，压缩冲程结束。

做功冲程如图2-11（c）所示，做功冲程时，进气门、排气门仍然保持关闭。火花塞发出高压电火花，点燃被压缩的可燃混合气，使得气缸内的温度与压力急剧升高（瞬时温度可达1900～2500℃，瞬时压力可以达到3～5MPa）。燃烧气体的膨胀压力推动活塞快速下行，通过连杆使曲轴旋转而做功。当活塞到达下止点时，曲轴转过第3个半周，做功冲程结束。

排气冲程如图2-11（d）所示，做功冲程结束时，排气门打开，进气门仍关闭。活塞在曲轴带动下自下止点向上止点移动，将气缸内燃烧后的废气经由排气门排至大气中去。当活塞到达上止点时，曲轴转过第4个半周，排气门关闭，排气冲程结束。

2.1.3.4　四冲程柴油机的工作原理

四冲程柴油机工作原理如图2-12所示。

1—喷油器；2—高压油管；3—喷油泵

进气冲程如图2-12（a）所示，与汽油发动机不同的是进入气缸内的是纯空气。

压缩冲程如图2-12（b）所示，与汽油发动机不同的是压缩的是纯空气，并且因柴油机压缩比较大，压缩终了的温度与压力都比汽油机高（温度可以达到500～700℃，压力可以达到3～5MPa）。

做功冲程如图2-12（c）所示，此冲程和汽油机有很大不同，压缩冲程末，喷油泵将高压柴油通过喷油器呈雾状喷入气缸内的高温空气中，迅速气化并与空气形成混合气，因此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度，柴油将迅速着火燃烧，此后的一段时间内边喷射边燃烧，气缸内温度、压力急剧上升（瞬时温度可以达到1500～1900℃，瞬时压力可达5～10MPa），推动活塞下行做功。

排气冲程如图2-12（d）所示，和汽油机排气冲程基本相同。

2.1.4　发动机的拆卸

2.1.4.1　从车上拆下发动机

①切断电路。关闭点火开关，先拆下蓄电池的负极接线，然后拆下蓄电池的正极接线，最后将蓄电池从车上取下。

②拆下或是断开各种管线。各种管线，主要有起动机、发电机、散热器热敏开关、分电器、各种传感器上的连接导线，节气门拉线，燃油管和暖风水管，离合器上的液压油管或是拉线，变速器上的里程表驱动软轴。在拆卸真空软管时，为了避免安装时出现错乱，应当在接口处分别贴上标签。

③排放机油和冷却液。拧下油底壳下方的放油螺塞，将机油排放到容器中。放出发动机与散热器中的冷却液，拆开散热器和发动机之间的胶管，拆下散热器。

④拆下空调压缩机。将空调压缩机从发动机上拆下，固定于发动机舱的一侧。如果断开了压缩机的管接头，则应当补充制冷剂。若是液压动力转向的汽车，还应当解除液压泵和发动机的关联部位。

⑤拆下进气管和排气管接口处的螺栓。

⑥拆下发动机支撑胶垫的固定螺栓。

⑦拆下变速器。

⑧从发动机舱内取出发动机。

上述只是拆除发动机的常规步骤。因不同汽车发动机的布局及支撑方式不同，具体的操作方法及步骤也会有所区别。有些汽车是将发动机和变速器整体拆下，有些汽车则必须要先拆下变速器再取出发动机。有些汽车是从上方吊出发动机，有些汽车则是让发动机由下方降落地面上。在实际操作时，要依据不同车型进行确定。

发动机是汽车上比较笨重的总成，从车上取出发动机时，还要依据实际条件，配合使用吊车、吊架、举升机等器具，有时还会使用千斤顶或地沟等。

2.1.4.2　分解发动机

（1）分解发动机的基本要求　虽然各种汽车配置的发动机具体结构有所差异，但是基本原理大致相同。因此，在动手拆卸发动机之前，首先应当掌握一些有关发动机的基本原理，这样才可以防止盲目拆卸。在发动机维修作业开始之前，应当事先准备好所需的各种工具。拆卸螺栓时，需要选用规格匹配的扳手，优先使用套筒扳手、梅花扳手，其次是开口扳手，尽量不使用活动扳手、钳子拧螺栓，避免损坏螺栓棱角。拆卸凸缘、皮带轮、齿轮、轴承等紧配合的机件时，需要选用合适的拉器。

发动机曲柄连杆机构、配气机构中的许多机件均制有装配标记。例如，正时链轮或正时齿带轮和正时链条或正时齿带的安装标记；曲轴轴承盖、活塞连杆组的位置标记与方向标记等。在拆卸这些机件时，应当注意查看这些机件上的标记，发现标记缺失，需添加标记。分解后的机件需分类摆放。电器机件和比较清洁的机件，不得与有油污的机件放置在一起；易丢失、较小的机件，不得与笨重的机件放置在一起。普通螺栓与专用螺栓要分开存放。配气机构中的挺杆、推杆、气门等机件，如果拆下后还准备重新使用，应当按照原来的安装顺序摆放。

（2）分解发动机的顺序　首先拆除发动机外部的附件，如发电机、起动机、分电器、水泵、曲轴皮带轮和凸缘、气缸盖罩、正时齿带罩等。如图2-13所示，放松张紧轮或液压张紧器，拆卸正时齿带或正时链条。拆下气缸盖与油底壳，再拆下活塞连杆组件与曲轴。对已经拆下的组件或总成进一步解体。

1—凸轮轴正时链轮；2—导链板；3—曲轴正时链轮；4—机油泵驱动链轮；5—液压张紧器；6—凸轮轴正时带轮；7—曲轴正时带轮；8—中间轴正时带轮；9—张紧轮