04 发动机的零件

一般的汽油发动机由500～1000个零件组成，而跑车、豪华汽车等采用的8缸发动机，零件数量则超过1300个。在这些配件中，既有曲轴、气缸等大型零件，又有气门、火花塞等小零件。如此复杂的发动机，并不是由一个汽车厂商制造完成的，而是由多个企业协同生产完成的。

气缸

发动机缸体内有一个圆柱部分，叫作气缸。发动机的缸体通常采用钢铸造工艺生产，为提高热效率和降低重量，也出现采用铝合金为材料的发动机。但铝合金材料在强度和耐用性上均比钢材料差，因此活塞与气缸发生摩擦的部分仍使用钢材料。

气缸的排列

气缸盖

气缸盖位于气缸座上部，内部装有控制进排气的凸轮轴，进排气门和火花塞等零件。气缸盖下部的凹槽位置是活塞的上止点，也作为发动机的燃烧室。因此，气缸盖形状、质量的好坏决定了发动机性能的优劣。现在的气缸盖通常都采用铝合金材料铸造而成，具备重量轻、冷却快等优点。

气缸盖密封垫

气缸盖密封垫确保了气缸座和气缸盖结合面的气密性。气缸座和气缸盖的材质不同，因此热膨胀和收缩率不同。为了让这两个部件保持气密性，不泄露出冷却液、润滑油、燃烧气体，气缸盖密封垫必须具备耐热性和柔韧性。气缸盖密封垫的材质也多种多样，有碳纤维、复合材料、钢板等多个种类。

气缸座

气缸座的作用是收纳活塞、活塞连杆、曲轴等，并支持以上零件工作。为保证气体在气缸内能正常燃烧、膨胀，气缸座必须具备刚性和耐用性。现在气缸座的主流材质是钢材或铝合金。在发动机设计中，尽可能减轻重量是一个重要问题，气缸座上很多空洞便是减轻重量的设计。

气缸的抛光研磨

气缸座和气缸盖接触面的抛光研磨是制造发动机非常重要的步骤。抛光研磨有利于汽缸盖密封垫的密封，也有利于气缸内的高效燃烧。

燃烧室

气缸座内，活塞上升至上止点时，活塞顶面以上、气缸盖底面以下形成的空间称为燃烧室。发动机的性能与燃烧室的大小、形状密不可分。随着发动机技术的发展，燃烧室相应发展出各种类型。

混合气体通常以涡流的形式从进气门进入燃烧室。为保证涡流能均匀散布于燃烧室内，最关键的因素是燃烧室的形状。燃烧室的形状也会影响发动机的热效率。燃烧室的表面积（A）与容积（V）的比，称为面容比（A/V），为提高热效率、降低热损失，A/V的值越小越好。汽车通常采用润滑油和冷却水对燃烧室壁进行冷却，但这样会损失热能，因而损失动能。为提高动能，需要提高热效率、降低热损失。

压缩比和膨胀比

压缩比是指气缸容积和燃烧室容积的比。气缸容积是活塞下降至下止点时的容积，活塞上升至上止点时的气缸容积是燃烧室容积。两者之比为压缩比，压缩比越高，发动机的输出动力越强。汽油发动机的压缩比通常为11左右，柴油发动机以20为标准，超过以上压缩比则易发生爆燃。

膨胀比是指混合气体燃烧前后的气缸容积比。除米勒循环发动机、阿特金森循环发动机以外的活塞式发动机，压缩比和膨胀比基本相同。

燃烧室的空气涡流

●旋转涡流

发动机将吸入的混合气体涡流进行压缩，能提高燃烧速度和效率。在气缸内横向旋转的混合气的涡流被称为旋转涡流。常通过增设一个较小的副进气门实现。

●垂直涡流

垂直涡流是气缸垂直旋转的混合气涡流。气门角度越垂直，越易产生垂直涡流，同时改变活塞头的形状，也可强化垂直涡流的效果。

●狭缝涡流

狭缝涡流是活塞上升至上止点时，通过活塞侧边压力产生的涡流。半球、斜顶、紧凑等类型燃烧室的进排气门的位置使活塞头和气缸盖之间会留出狭缝，在进行压缩时，能产生混合气体向中央集中的涡流。

活塞

活塞是活塞式发动机的主要部件，由活塞环、活塞头、活塞顶和活塞裙4个部分组成。当活塞达到上止点时，活塞顶和活塞裙成为燃烧室的一部分。活塞头内部装有活塞销，与活塞连杆相连，最后与曲轴联动。

活塞在气缸内做往复运动，速度能达到20米/秒。发动机转速达到7000转/分钟，即表示活塞在气缸内的往复运动达到7000次/分钟。

以往的活塞采用钢铸造工艺，现在主流工艺则采用耐磨且轻量的铝合金材料。活塞是转换动能的关键部件，为提高动力，活塞集合了各种设计思想，例如：为提高压缩比和燃烧效率，对应不同的燃烧室，将活塞顶设计成凹型或凸型；活塞与气缸摩擦的部分采用低摩擦材料电镀等。

活塞环

活塞在燃烧的环境中工作，遇热会膨胀，并且活塞在气缸内进行高速运动的时候，因为摩擦也会发生热膨胀现象。为了使活塞正常工作，需要在活塞和气缸壁之间留下间隙。但要防止压缩的混合气体以及燃烧后的废气从活塞下方溢出，以及气缸下方的润滑油漏入燃烧室等情况发生，需要用活塞环填满活塞间隙，保持燃烧室的气密性。

活塞环通常分为油封环和压缩环。

活塞环在高压高温的条件下工作，常采用特殊铸铁或碳素钢材质，并进行电镀处理，以达到耐用性高、张力弱且不会磨损气缸壁的要求。

活塞连杆

活塞连杆是连接活塞和曲轴的部件，是活塞往复运动和曲轴回转运动的中介。为降低动能损耗，要求活塞连杆轻量且具备高刚性。活塞连杆与活塞连接的部分称为连杆小头端，与曲轴相连部分则为连杆大头端。

曲轴

曲轴是将活塞往复运动转化成回转运动的重要部件。曲轴稳定平顺地回转时，发动机动力输出也会相对稳定。例如，为保持曲轴回转时的平衡，通常会加装配重，减轻回转产生的震动，同时为防止磨损曲轴内部，则设计有润滑油路等各种部件，以保证发动机动力的稳定输出。

飞轮

4冲程汽油发动机只有在做功（气体膨胀）时才会产生动能，而排气、进气、气体压缩时都需要消耗动能。因此，在发动机处于低转速时，曲轴的转动很不稳定。为了改善这种情况，曲轴后部装有飞轮。回转的惯性让飞轮能储备部分动能，能使曲轴更稳定地工作。