機體組

現代汽車發動機機體組主要由機體、氣缸蓋、氣缸蓋罩、氣缸襯墊、主軸承蓋以及油底殼等組成。機體組是發動機的支架，是曲柄連桿機構、配氣機構和發動機各系統主要零部件的裝配基體。氣缸蓋用來封閉氣缸頂部，并與活塞頂和氣缸壁一起形成燃燒室。

機體組部件

氣缸蓋

氣缸蓋用來封閉氣缸并構成燃燒室。氣缸蓋鑄有水套、進水孔、出水孔、火花塞孔、螺栓孔、燃燒室等。

氣缸蓋

氣缸體

氣缸體是發動機的主體，它將各個氣缸和曲軸箱連成一體，是安裝活塞、曲軸以及其他零件和附件的支承骨架。

氣缸體

氣缸墊

氣缸墊位于氣缸蓋與氣缸體之間，其功用是填補氣缸體和氣缸蓋之間的微觀孔隙，保證結合面處有良好的密封性，進而保證燃燒室的密封，防止氣缸漏氣和水套漏水。

氣缸墊

活塞連桿組件

活塞連桿組是發動機的傳動件，它把燃燒氣體的壓力傳給曲軸，使曲軸旋轉并輸出動力。活塞連桿組主要由活塞、活塞環、活塞銷及連桿等組成。

活塞連桿組件

活塞

活塞的主要功用是承受燃燒氣體壓力，并將此力通過活塞銷傳給連桿以推動曲軸旋轉，此外活塞頂部與氣缸蓋、氣缸壁共同組成燃燒室。活塞是發動機中工作條件最嚴酷的零件，作用在活塞上的有氣體力和往復慣性力。

活塞

連桿

連桿組包括連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸承等零件。連桿組的功用是將活塞承受的力傳給曲軸，并將活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動。連桿小頭與活塞銷連接，同活塞一起做往復運動；連桿大頭與曲柄銷連接，同曲軸一起做旋轉運動，因此在發動機工作時連桿在做復雜的平面運動。

連桿

曲軸飛輪組

曲軸飛輪組包括曲軸、飛輪、扭轉減振器、平衡軸。曲軸飛輪組的作用是把活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動，為汽車的行駛和其他需要動力的機構輸出扭矩；同時還儲存能量，用以克服非做功行程的阻力，使發動機運轉平穩。

曲軸飛輪組

曲軸的功用

曲軸的功用是把活塞、連桿傳來的氣體力轉變為轉矩，用以驅動汽車的傳動系統和發動機的配氣機構以及其他輔助裝置。曲軸在周期性變化的氣體力、慣性力及其力矩的共同作用下工作，承受彎曲和扭轉交變載荷。

曲軸

曲軸術語

曲軸的安裝位置

曲軸的安裝位置

曲軸工作原理

我們都知道，氣缸內活塞做的是上下的直線運動，但要輸出驅動車輪前進的旋轉力，是怎樣把直線運動轉化為旋轉運動的呢？其實這個與曲軸的結構有很大關系。曲軸的連桿軸與主軸是不在同一直線上的，而是對立布置的。

曲軸工作原理

這個運動原理其實跟我們踩自行車非常相似，兩個腳相當于相鄰的兩個活塞，腳踏板相當于連桿軸，而中間的大飛輪就是曲軸的主軸。左腳向下用力蹬時（活塞做功或吸氣向下做運動），右腳會被提上來（另一活塞壓縮或排氣做向上運動）。這樣周而復始，就有直線運動轉化為旋轉運動了。

配氣機構

配氣機構主要包括正時齒輪系、凸輪軸、氣門傳動組件（氣門、推桿、搖臂等），主要作用是根據發動機的工作情況，適時的開啟和關閉各氣缸的進、排氣門，以使得新鮮混合氣體及時充滿氣缸，廢氣得以及時排出氣缸外。

配氣機構示意圖

配氣機構組成

配氣機構類型

按照凸輪軸的位置可分為底置凸輪軸式和頂置凸輪軸式。底置凸輪軸式就是凸輪軸布置在氣缸底部；頂置凸輪軸式是指是凸輪軸布置在氣缸的頂部。OHV（Overhead valve）是指頂置氣門底置凸輪軸。OHC（Overhead camshaft）是指頂置凸輪軸。如果氣缸頂部只有一根凸輪軸同時負責進、排氣門的開、關，稱為單頂置凸輪軸（Single overhead camshaft，SOHC）。

頂置氣門發動機

如果在頂部有兩根凸輪軸分別負責進氣門和排氣門的開、關，則稱為雙頂置凸輪軸（Double overhead camshaft，DOHC）。在DOHC下，凸輪軸有兩根，一根可以專門控制進氣門，另一根則專門控制排氣門，這樣可以增大進氣門面積，改善燃燒室形狀，而且提高了氣門運動速度，非常適合高速汽車使用。

雙頂置凸輪軸

OHV與SOHC

氣門正時

所謂氣門正時，可以簡單理解為氣門開啟和關閉的時刻。理論上在進氣行程中，活塞由上止點移至下止點時，進氣門打開、排氣門關閉；在排氣行程中，活塞由下止點移至上止點時，進氣門關閉、排氣門打開。

配氣相位示意圖

正時的目的其實在實際的發動機工作中，是為了增大氣缸內的進氣量，進氣門需要提前開啟、延遲關閉；同樣地，為了使氣缸內的廢氣排得更干凈，排氣門也需要提前開啟、延遲關閉，這樣才能保證發動機有效的運作。

凸輪軸

凸輪軸主要負責進、排氣門的開啟和關閉。凸輪軸在曲軸的帶動下不斷旋轉，凸輪便不斷地下壓氣門，從而實現控制進氣門和排氣門開啟和關閉的功能。

凸輪軸構造

凸輪軸術語

氣門

氣門的作用是專門負責向發動機內輸入燃料并排出廢氣。

氣門組成

氣門術語

氣門彈簧

氣門彈簧的作用是依靠其彈簧的張力使開啟的氣門迅速回到關閉的位置，并防止氣門在發動機的運動過程中因慣性力量而產生間隙，確保氣門在關閉狀態時能緊密貼合，同時也防止氣門在振動時因跳動而破壞密封性。

典型氣門彈簧與相關部件

氣門座圈

氣門座圈是氣門和氣缸蓋之間的接觸面。氣門和氣門座圈用于燃燒室的密封，以調節進、排氣。

氣門座圈

氣門間隙

發動機在冷態下，當氣門處于關閉狀態時，氣門與傳動件之間的間隙稱為氣門間隙。圖（a）表示通過螺釘調整氣門間隙，圖（b）表示通過墊片調整氣門間隙。

氣門間隙

液力挺桿

液壓挺桿主要由挺桿體、柱塞、球頭柱塞（推桿支座）、單向閥、單向閥彈簧及回位彈簧等零件組成。利用液壓挺桿內部獨特的結構設計，可自動調節配氣機構傳動間隙、傳遞凸輪升程變化、準時開閉氣門。

液力挺桿

其工作原理是，當凸輪在升程階段，凸輪壓縮柱塞，單向閥關閉，高壓腔中的油液從挺桿體與柱塞按偶件配合的間隙中泄出少量，這時液壓挺桿可近似被看作一個不被壓縮的剛體，在“剛體”的支撐作用下，將進、排氣門打開。在凸輪回程階段，柱塞的受力被解除，在回位彈簧作用下柱塞恢復上升，氣門在氣門彈簧的作用下自動關閉，完成一個工作循環，達到自動調節氣門間隙的目的。

搖臂

搖臂是頂壓氣門的杠桿機構，用于驅動氣門開啟和關閉。

搖臂

搖臂軸

有些發動機利用搖臂軸支撐搖臂。

搖臂軸

可變氣門正時與可變氣門升程

可變氣門正時和可變氣門升程可以根據發動機轉速和工況的不同而進行調節，使得發動機在高低速下都能獲得理想的進、排氣效率。

可變氣門正時

利用液壓控制凸輪軸正時齒輪內部內轉子，可以實現一定范圍內的角度提前或延遲。

可變氣門正時

可變氣門升程

可變氣門升程系統主要通過切換凸輪軸上的低角度凸輪和高角度凸輪，來實現氣門的可變升程。

可變氣門升程

豐田智能可變氣門正時系統

豐田的可變氣門正時系統已被廣泛應用，主要的原理是在凸輪軸上加裝一套液力機構，通過ECU的控制，在一定角度范圍內對氣門的開啟、關閉時間進行調節，或提前或延遲或保持不變。

豐田智能可變氣門正時系統

凸輪軸的正時齒輪的外轉子與正時鏈條（皮帶）相連，內轉子與凸輪軸相連。外轉子可以通過機油間接帶動內轉子，從而實現一定范圍內的角度提前或延遲。

本田智能可變氣門正時和升程電子控制

本田的VTEC可變氣門升程系統可以看做在原來的基礎上加了第三根搖臂和第三個凸輪軸。通過三根搖臂的分離與結合一體，來實現高低角度凸輪軸的切換，從而改變氣門的升程。

本田VTEC系統

當發動機處于低負荷時，三根搖臂處于分離狀態，低角度凸輪兩邊的搖臂來控制氣門的開閉，氣門升程量小；當發動機處于高負荷時，三根搖臂結合為一體，由高角度凸輪驅動中間搖臂，氣門升程量大。

奧迪氣門升程系統

奧迪的AVS可變氣門升程系統，主要通過切換凸輪軸上兩組高度不同的凸輪來實現氣門升程的改變，其原理與本田的VTEC非常相似，只是AVS系統是通過安裝在凸輪軸上的螺旋溝槽套筒，來實現凸輪軸的左右移動，進而切換凸輪軸上的高低凸輪。在電磁驅動器的作用下，通過螺旋溝槽可以使凸輪軸向左或向右移動，從而實現不同凸輪間的切換。

奧迪氣門升程系統

發動機處于高負荷時，電磁驅動器使凸輪軸向右移動，切換到高角度凸輪，從而增大氣門的升程。

AVS工作原理（高負荷）

當發動機處于低負荷時，電磁驅動器使凸輪軸向左移動，切換到低角度凸輪，以減少氣門的升程。

AVS工作原理（低負荷）

審核編輯：湯梓紅