汽油机通常由曲柄连杆机构、配气机构两机构和燃料系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统五个系统组成。
（一）曲柄连杆机构
4－7 曲柄连杆机构功用
曲柄连杆机构是发动机实现能量转换的主要机构。它的功用是把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的扭矩，以便向工作机械输出机械能。曲柄连杆机构由气缸体与曲轴箱组、活塞连杆组、曲轴飞轮组等三部分组成。
1.气缸体与曲轴箱组
（1）组成
如图4－12所示，气缸体与曲轴箱组由气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套、气缸垫及油底壳等组成。
图4－12 气缸体与曲轴箱组
（2）功用
①气缸体的功用：气缸体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。
②气缸盖的功用：气缸盖的主要功用是封闭气缸上部，并与活塞顶部和气缸壁一起形成燃烧室。
③气缸垫的功用：气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气、漏水和漏油。
④油底壳的功用：油底壳的主要功用是储存机油并封闭曲轴箱。
2.活塞连杆组
（1）组成
如图4－13所示，活塞连杆组主要由活塞、活塞环和活塞销组成，连杆组由连杆体、连杆盖、连杆轴瓦和连杆螺栓等组成。
图4－13 活塞连杆组
4－8 活塞连杆组组成
（2）功用
①活塞的功用：一是活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室；二是承受气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。
②气环的作用：一是活塞与气缸壁间的密封，防止气缸中的高温、高压燃气大量漏入曲轴箱；二是将活塞顶部的热量传导到气缸壁，再由冷却水或空气带走。一般发动机上每个活塞装有2～3道气环。
③油环的作用：油环用来刮除气缸壁上多余的机油，并在气缸壁上布上一层均匀的油膜。既可以防止机油窜入气缸燃烧，又可以减小活塞、活塞环与气缸的磨损和摩擦阻力。此外，油环也起到密封的辅助作用。通常发动机有1～2道油环。
④活塞销的功用和特点：活塞销连接活塞和连杆小头，将活塞承受的气体作用力传给连杆。活塞销在高温下承受很大的周期性冲击载荷，润滑条件差，因而要求活塞销有足够的刚度和强度，表面耐磨，质量尽可能小。为此，活塞销通常做成空心圆柱体。
⑤连杆的功用：连杆将活塞承受的力传给曲轴，推动曲轴转动，从而使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。
3.曲轴飞轮组
（1）组成
曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮、扭转减震器、皮带轮、正时齿轮（或链条）等组成。图4－14为曲轴飞轮组的总体结构。
图4－14 曲轴飞轮组
4－9 曲轴飞轮组组成
（2）功用
①曲轴的功用：曲轴是发动机最重要的机件之一。它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其他辅助装置（如风扇、水泵、发电机等）。
工作时，曲轴承受气体压力、惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好，还必须有很高的动平衡要求。
②扭转减震器的作用：扭转减震器的功用就是吸收曲轴扭转振动的能量，削减扭转振动，避免发生强烈的共振及其引起的严重后果。一般低速发动机不易达到临界转速。但曲轴刚度小、旋转质量大、缸数多及转速高的发动机，由于自振频率低，强迫振动频率高，容易达到临界转速而发生强烈的共振。因而加装扭转减震器就很有必要。
③飞轮的功用：飞轮的主要功用是用来储存做功行程的能量，用于克服进气、压缩和排气行程的阻力和其他阻力，使曲轴能均匀地旋转。飞轮外缘压有的齿圈与起动电机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用；汽车离合器也装在飞轮上，利用飞轮后端面作为驱动件的摩擦面，用来对外传递动力。
4－10 曲轴功用
（二）配气机构
配气机构的功用是根据发动机每一气缸内所进行的工作循环或发火次序的要求，定时打开和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出，使换气过程最佳，以保证发动机在各种工况下工作时发挥最好的性能。一般的四冲程内燃机采用的气门式配气机构是由气门组、传动组和驱动组三部分组成，具体组成部件如图4－15所示。
图4－15 配气机构
1—气门；2—曲轴正时齿形带轮；3—凸轮轴；4—正时皮带；5—凸轮轴正时齿形带轮；6—气门座圈；7—气门弹簧
4－11 配气机构组成
配气机构可以从以下方面来进行分类：
①按气门的布置形式，主要有气门顶置式和气门侧置式；
②按凸轮轴的布置位置，可分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式；
③按曲轴和凸轮轴的传动方式，可分为齿轮传动式、链条传动式和齿带传动式；
④按每缸气门数目，有二气门式、三气门式、四气门式和五气门式。
1.气门组
（1）组成
如图4－16所示，气门组包括气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座及锁紧装置等零件。
图4－16 气门组结构图
（2）功用
①气门的功用：气门是燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。
②气门座的功用：气门座靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。
③气门导管的功用：气门导管是气门在其中作直线运动的导套，以保证气门与气门座正确贴合。此外，气门导管还在气门杆与气缸盖之间起导热作用。
④气门弹簧的功用：气门弹簧保证气门的回位。
4－12 气门组组成
2.配气结构传动组
（1）组成
配气机构传动组包括挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、凸轮轴、气门间隙调整螺钉等零件。
（2）功用
①挺柱的功用：挺柱将凸轮的推力传给推杆或气门，承受凸轮旋转时传来的切向力，并传给发动机机体。
②推杆的功用：推杆位于挺柱与摇臂之间，作用是将挺柱传来的推力传给摇臂，其上端的凹槽与摇臂上的球头相接触，下端的凸头与挺柱的凹槽相接触。
③摇臂的功用：摇臂实际上是一个双臂杠杆，其作用是将推杆传来的运动和作用力改变方向，作用到气门杆端，开闭气门。
3.配气机构驱动组
（1）组成
配气机构驱动组包括凸轮轴、凸轮轴轴承和止推装置等。
（2）功用
驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。
（三）燃料供给系统
1.组成及功用
燃油供给系统由汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、喷油器、油压调节管、油轨和输油管等组成，如图4－17所示。汽油机供给系统的功用是储存、输送、清洁燃料，根据发动机各种不同工况，供给气缸一定浓度和数量的可燃混合气，以供燃烧，并将发动机做功后产生的废气排入到大气中。
图4－17 燃油供给系组成示意图
2.主要元件组成及功用
（1）汽油泵
汽油泵由电动机、油泵、安全阀和单向阀组成。工作时，电动汽油泵源源不断地将汽油从汽油箱泵出，经汽油滤清器滤去杂质和水分，压力调节器调压、稳压后，以一定压力将汽油送至喷油器，再由ECU根据发动机载荷工况按某特定方式，将汽油喷入进气管或气缸内，与空气混合成特定浓度的混合气。
（2）汽油压力调节器
汽油压力调节器一般采用相对压力调节器。如图4－18所示，汽油压力调节器由膜片、弹簧、油室、真空室组成。其主要功用是维持恒定的喷油压力，以保证精确的空燃比。
图4－18 汽油压力调节器
（3）喷油器
如图4－19所示，喷油器主要由电磁线圈、铁芯、弹簧、针阀、阀体和壳体组成。其主要功用是根据ECU喷油信号，将适量汽油喷射入进气管（或气缸）内。当ECU接通电磁线圈时，电磁力打开喷孔喷油。电磁线圈断电，磁力消失，铁芯因弹力作用迅速回位，喷油立即终止。
图4－19 AFE型发动机喷油器
（四）冷却系统
1.组成及功用(www.xing528.com)
如图4－20所示，冷却系统主要由冷却液、散热器、散热器盖、补偿系统、水套、软管、水泵、节温器、冷却风扇、加热系统、变速器冷却器、温度预警系统等组成。
图4－20 冷却系组成示意图
4－13 冷却系统组成
燃烧过程产生的热量会迅速升高到一点，在这一点上发动机将会受到损伤。冷却系统的功用就是把热量分散到大气中去。冷却系统能使发动机快速升温并为发动机提供一个适当的工作温度。这对于使排放最小化以及保证发动机的工作效率是很重要的。另外，冷却系统还能为乘客车厢供热。
2.各主要部件组成及功用
（1）散热器
散热器的构造如图4－21所示，它包括一系列可以将冷却液的热量传递到空气中的散热管或散热片。冷却液在发动机内部循环流动的过程中，吸收了发动机内部的热量，然后流入散热器进水室。之后冷却液流过散热管到达出水室。在它流过散热器散热管的时候，热量通过散热片散逸到空气中。散热器芯的结构形式可以是管片式也可以是蜂窝式。制造散热器芯的材料有青铜、黄铜或铝。铝制散热器芯的散热器通常用尼龙结构的进出水室。
图4－21 典型的横流式散热器
4－14 认识散热器
散热器盖可以密封散热器或者保持和调整散热器的系统压力（图4－22），散热器盖上的压力阀可以使散热器的压力保持在规定范围之间。如果压力超过散热器盖的预定值时，散热器盖上的密封衬垫打开，一部分冷却液将流入补偿水桶。散热器盖上还有真空阀。当发动机停机后，冷却液温度下降，系统内会出现真空。真空阀就是用来消除这些真空的。如果真空阀装在冷却系统内部，散热器可能被大气压力压坏。
图4－22 散热器盖
（2）补偿系统
如图4－23所示，补偿系统包括一个用软管和散热器相连的补偿水桶。当冷却液受热膨胀时，部分冷却液流入补偿水桶。当发动机温度下降时，散热器内会产生空隙，这时散热器盖上的真空阀会打开（图4－24）。在这种情况下，通过大气压力的作用，补偿水桶内的冷却液部分地流回散热器。
图4－23 典型的补偿系统保存着散热器放出的冷却液
图4－24 当散热器真空阀开启时，补偿系统内储藏的冷却液进入散热器
（3）加热器
如图4－25所示，加热器像一个小型的散热器，通常安装在车厢里一个壳体里边。一些热的冷却液通过软管流入加热器。加热器然后把热量传递给车厢内的空气，从而可以使车厢升温。为了使车厢内的温度升高将更快，采用加热风扇将散发出来的热量吹入车厢。
图4－25 从散热器箱体截面可以看到加热器
（4）水泵
水泵是发动机冷却系统的核心。它对冷却液加压，使其在发动机机体内流动，并流入散热器和加热器（图4－25）。水泵是由辅助带、定时带或直接由凸轮轴驱动的。大多数的水泵都采用离心式设计，由旋转的叶轮来带动冷却液（图4－26）。当发动机起动时，叶轮旋转，在离心力的作用下，将冷却液由工作腔内部压向出水管。一旦进入机体，冷却液将绕流气缸进入气缸盖，吸收这些部件产生的热量。如果节温器打开，冷却液就将进入散热器。在叶轮的中心处由于冷却液被甩出而压力下降，散热器中的冷却液在水泵进口与叶轮压差的作用下流入叶轮中心重复这个循环。当由于冷却液的温度太低而使节温器关闭时，冷却液将会经支路循环。冷却液在机体内将保持这样的循环，直到它的温度升高到可以打开节温器。
图4－26 大多数的水泵采用叶轮推动冷却液在系统内流动
（5）节温器
节温器的功用就是控制发动机的温度（图4－27）。通常节温器布置在从机体到散热器的出水管路中。当冷却液温度低于正常的工作温度时，节温器关闭，阻止冷却液进入散热器。在这种情形下，冷却液经过支路通道直接流回水泵（图4－28）。
图4－27 节温器控制着冷却液的温度
图4－28 旁通管使冷却液回到水泵
节温器在规定的华氏温度下才能打开。如果这个规定值是195℉[1]，那么节温器在这个温度下将开始打开。如果超过规定值20℉，节温器将完全打开。一旦节温器打开，冷却液就会进入散热器降温。节温器循环的打开和关闭是为了维持适当的发动机温度。
节温器的工作原理是通过位于导热铜杯内的精制的石蜡和粉末金属芯块来实现的。当石蜡受热后，体积开始膨胀。这将引起推杆向外扩张，使阀门打开。
（6）冷却风扇
为了提高散热器的散热效率，安装了冷却风扇，使空气流过散热器芯或散热管。过去在汽车速度较快时，空气经过汽车前栅流经散热器芯能够很好地移除热量。只有车速较低时，才用冷却风扇，因为此时空气流速减慢。由于现代的汽车越来越符合空气动力学，流过车栅的气流量减少，因而冷却风扇的正常工作显得越来越重要。
冷却风扇既可以由发动机机械驱动，也可以由电机驱动。现在的汽车普遍采用电动风扇，因为它们在需要时才工作，降低了发动机的负载。
（五）润滑系统
1.组成及功用
当发动机运行时，由于摩擦运动，部件之间会产生热量，燃烧过程也会产生热量。发动机润滑系统的主要功用就是把机油输送到如图4－29所示的各个高摩擦和高磨损的部位，并带走它们的热量；其次，运行良好的润滑系统会在运动部件表面形成油膜防止摩擦副彼此直接接触，机油分子相当于滚动在运动表面间的小轴承，这样就可以减小摩擦。润滑系统的另一个功用是吸收连杆与曲轴的冲击；发动机机油还能吸收热量并将其转移到其他区域以起到冷却作用；机油还可以增强活塞环与气缸壁之间的密封并清洗金属碎屑以及污垢。
润滑系统主要包含以下部件：油底壳或集油槽、机油滤清器、机油泵、回油孔、大功率发动机以及机油冷却器。
4－15 润滑系统功用
4－16 润滑系统组成
图4－29 机油的曲线显示了润滑系统可以输送机油所到的区域
2.各主要部件结构与功用
（1）机油泵
机油泵是润滑系统的核心部件。它能产生油压使机油在发动机内部循环流动。机油泵有两种基本类型：转子式和齿轮式。两种泵都是等排量泵。如图4－30所示，转子式机油泵通常都有一个四凸齿的内转子和一个五凸齿的外转子。外转子由内转子啮合转动。当凸齿转出啮合时，产生真空，机油在大气压下进入进油管。在机油被导向出油口的过程中，机油被困在凸齿间的工作腔内。当凸齿转回啮合时，机油被来自机油泵的压力压出。
图4－30 典型的转子式机油泵
4－17 内啮合齿轮式机油泵结构
如图4－31所示，齿轮泵可以采用一对相互啮合的齿轮或者两个齿轮和一个新月形的设计。两种类型的工作原理都与转子泵相同。转子式机油泵的优点是供油量大，因为它的工作腔比较大。
图4－31 典型的齿轮式机油泵
4－18 外啮合齿轮式机油泵结构
（2）机油滤清器
机油在发动机内部循环的过程中会清洗内部零件产生的污垢和沉淀物。这些杂质会随同机油进入油底壳或机油箱并沉淀。当机油泵进油口从机油箱内吸取机油时，也会把这些杂质吸上来。如图4－32所示，进油口中有一层滤网可以滤除较大的杂质并使之返回机油箱。机油中的细小的杂质必须被滤除以防止它随同机油进入发动机。机油滤清器中含有一个由纸或纤维材料制成的滤芯可以滤除粒径在20～30μm之间的杂质。大多数滤清器采用全流式系统。在机油泵的压力下，机油从滤清器滤芯外围进入滤清器中心。如图4－33所示，一旦机油泵被堵塞，旁通阀便会打开使机油进入机体主油道。这时，机油就不能被过滤了。
图4－32 机油流过机油滤清器
4－19 机油滤清器结构
图4－33 如果机油滤清器堵塞，旁通阀开启保护发动机
（3）机油冷却器
涡轮增压的或是一些高性能发动机以及重型载货车上的发动机需要用到机油冷却器以使机油的温度维持在一个安全的水平。一般机油的温度应该在200℉～250℉（93.3℃～121.1℃）。温度过高会使机油提前变质导致发动机提早磨损。机油冷却器看上去就像小型散热器并且经常安装在散热器附近。机油与吹过机油冷却器的空气进行热量交换。
（六）点火系统
1.功用与组成
汽车汽油发动机点火系统经历了传统点火系统、电子点火系统、微机控制点火系统的发展过程。传统点火系统采用机械触点，容易烧蚀，点火正时不稳定，火花能量小，高速点火性能差，不能满足发动机向高转速、高压缩比、稀混合气燃烧等方面发展的要求，尤其是汽车排放的严格要求，现已基本淘汰；随着电子技术的发展，人们研制和开发了一系列高性能的电子点火系统，目前汽车上普遍采用的是无触点电子点火系统和微机控制点火系统。如图4－34所示，现代汽车多用微机控制点火系统，主要由电源、点火开关、点火线圈组件、传感器、电控单元ECU、火花塞等组成。
图4－34 现代汽车多用微机控制点火系
2.各主要部件的功用
①曲轴位置传感器由G1、G2及Ne三个线圈组成，其功能是判别气缸，检测曲轴的转角，以决定点火时期的原始设定位置。
②发动机转速、进气压力（真空度）、节气门位置、水温等信号主要控制点火提前角。闭合角由点火器中的闭合角控制电路进行控制。
③ECU的输出信号：ECU通过曲轴位置传感器接收到G1、G2、Ne信号，向点火器输出IGT、IGdA、IGdB三个信号。
④点火器：点火器内有气缸判别、闭合角控制、恒流控制、安全信号等电路，其主要功能是接收ECU发出的IGT、IGdA、IGdB信号，并依次驱动各个点火线圈工作。另外它还向ECU输入安全信号（IGF）。
⑤点火线圈的功用：一般传统点火线圈的二次线圈的一端通过配电器接火花塞，一端与一次线圈相接。无分电器点火系统采用小型闭磁路的点火线圈，二次线圈的两端分别与两个气缸上的火花塞相连接。
（七）起动系统
1.功用与组成
发动机在利用其自身的动力工作之前必须被旋转。起动系统就是利用机械部件和电力部件共同作用来起动发动机。起动系统能够将蓄电池中存储的电能转化为机械能。要完成这种转化就要使用起动机或摇转马达。
4－20 起动系统功用
4－21 起动系统组成
起动系统如图4－35所示，包括如下部件：蓄电池、电缆电线、点火开关、启动继电器、起动机、起动机驱动器和飞轮齿圈、启动安全开关。
图4－35 典型起动系统的部件
2.起动系统的基本工作过程
当驱动器将点火开关转向起动位置时，蓄电池将电能供给启动继电器线圈。启动继电器线圈将电池能量传递给起动机。蓄电池电流经电磁线圈中的吸拉线圈和保位线圈，产生电磁吸力，从而吸引铁芯。铁芯牵引拨杆，使起动机小齿轮与飞轮齿圈相啮合。飞轮由螺栓固定在曲轴上。当起动机旋转时，它能使发动机的转速达到200～250r／min。这个速度足以使四冲程发动机产生燃烧并利用其自身的动力工作，使发动机起动。
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