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材料1

发动机的分类

发动机是汽车的心脏，其功用是将燃料转换成能量使汽车行驶。目前，能量转换的最简单方法是让燃料在发动机内部燃烧。因此，汽车发动机是内燃机，即燃料在气缸内燃烧，并将燃烧的膨胀力转换成旋转力用来驱动汽车。

内部燃烧发动机可分为往复式或旋转式发动机、火花点火式或压燃点火式发动机和替代燃料发动机或混合动力发动机三大类。

往复式发动机

往复式发动机的工作过程包括：(1)通过活塞的运动来压缩或者预压缩发动机气缸内的空气(或对于某些类型的发动机来说，为空气燃料混合物); (2)通过直接燃烧压缩空气中的燃料来增加压缩空气的热能；(3)气缸中热的高压燃烧产物膨胀推动连接在负载上的活塞做有用功。汽车发动机和柴油发动机就是往复式发动机的一个例子。汽油发动机压缩比低，燃烧过程是由火花塞点燃的；而柴油发动机，压缩比明显较高，燃料是由压缩产生热量点燃的。

火花点火式发动机

有两种类型的火花点火式发动机：四冲程和二冲程。在四冲程发动机中，活塞完成一个周期须经过四个行程：(1)在进气行程中，活塞运动，进气门打开，排气门关闭，这样雾化和蒸发的空气/燃料混合气被吸进气缸；(2)在压缩行程中，进/排气门均关闭，其中空气/燃料混合气被压缩，随后被正时火花点燃；(3)做功或膨胀行程，进/排气门均关闭；(4)排气行程，在此行程中，活塞向下运动，排气门打开，从而完成一个周期。气缸壁通过缸套被循环流动的冷却介质冷却。

在二冲程发动机中，进气和排气行程被取消，通过使用预压缩进气交换取代排气行程，二冲程发动机具有比功率高的优点，因为发动机的每个循环就有一次做功行程。但是这一优势被进气和排气交换时产生的部分能量损失抵消，结果导致效率较低。二冲程发动机的这些特点，使它的应用被限制在一定领域，如小船的发动机、割草机发动机，其较低的成本和较小的质量比其效率更占优势。

压燃式发动机

有了足够高的压缩比和合适的燃料，自动点火发生在往复式发动机上。该发动机如上面所述，只是在压缩行程，仅有空气被带到活塞附近并被压缩满足点火条件，然后，燃油被雾化以一定的速度直接进入燃烧室。

发动机的核心是气缸，活塞在气缸内做向上和向下运动。大多数汽车有多个气缸(四缸、六缸、八缸是常见的类型)。在多缸发动机上，气缸通常以下面三种方式之一排列：直列、V形或平行。不同的布置方式在工作平稳程度、制造成本和形状特征方面具有不同的优点和缺点。这些优点和缺点使其更适合某些车辆。

下面详细介绍发动机的一些关键部件。

火花塞

火花塞提供火花，用来点燃空气/燃油混合气，使其进行燃烧。火花必须在正确的时刻产生才能正常工作。

气门

进气门和排气门在适当的时刻打开，让空气和燃料进入气缸，并让废气排出。应注意在压缩和燃烧过程中，这两个气门均被关闭，以保证燃烧室密封。

活塞

活塞是一个可以在气缸内向上和向下运动的圆柱形金属块。

活塞环

活塞环在活塞外缘与气缸内缘之间形成一个滑动的密封。活塞环有两个目的：在压缩和做功行程中，它们防止燃烧室内的燃料/空气混合气泄漏到油底壳。

它们阻止润滑油进入燃烧区域，从而避免润滑油在燃烧区域燃烧，造成损耗。由于发动机老化和活塞环的密封性能下降，大多数汽车会出现“烧机油”现象，每行驶1000英里被燃烧的机油将增加1quart(夸脱)(美制，1quart=0.946L；英制，1quart=1.136L)。

Passage 2

How an Engine Works

Since the same process occurs in each cylinder, we will take a look at one cylinder to see how the four-stroke process works.The four strokes are intake, compression, power and exhaust.The piston travels down on the intake stroke, up on the compression stroke, down on the power stroke and up on the exhaust stroke.

Intake

As the piston starts down on the Intake stroke, the intake valve opens and the fue-l air mixture is drawn into the cylinder when the piston reaches the bottom of the intake stroke, the intake valve closes, trapping the air-fuel mixture in the cylinder.

Compression

The piston moves up and compresses the trapped air fuel mixture that was brought in by the intake stroke.The amount that the mixture is compressed is determined by the compression ratio of the engine.The compression ratio on the average engine is in the range of 8∶1 to 10∶1.

This means that when the piston reaches the top of the cylinder, the air-fuel mixture is squeezed to about one tenth of its original volume.

Power

The spark plug fires, igniting the compressed air-fuel mixture which produces a powerful expansion of the vapor.The combustion process pushes the piston down the cylinder with great force turning the crankshaft to provide the power to propel the vehicle.Each piston fires at a different time, determined by the engine firing order.By the time the crankshaft completes two revolutions, each cylinder in the engine will have gone through one power stroke.

Exhaust

With the piston at the bottom of the cylinder, the exhaust valve opens to allow the burned exhaust gas to be expelled to the exhaust system.Since the cylinder contains so much pressure, when the valve opens, the gas is expelled with a violent force(that is why a vehicle without a muffler sounds so loud).The piston travels up to the top of the cylinder pushing all the exhaust out before closing the exhaust valve in preparation for starting the four-stroke process over again.

Oiling System

Oil is the life-blood of the engine.An engine running without oil will last about as long as a human without blood.Oil is pumped under pressure to all the moving parts of the engine by an oil pump.The oil pump is mounted at the bottom of the engine in the oil pan and is connected by a gear to either the crankshaft or the camshaft.This way, when the engine is turning, the oil pump is pumping.There is an oil pressure sensor near the oil pump that monitors pressure and sends this information to a warning light or a gauge on the dashboard.When you turn the ignition key on, but before you start the car, the oil light should light, indicating that there is no oil pressure yet, but also letting you know that the warning system is working.As soon as you start cranking the engine to start it, the light should go out indicating that there is oil pressure.

Engine Cooling

Internal combustion engines must maintain a stable operating temperature, not too hot and not too cold.With the massive amounts of heat that is generated from the combustion process, if the engine did not have a method for cooling itself, it would quickly self-destruct.Major engine parts can warp causing oil and water leaks and the oil will boil and become useless.

Engine Balance

Flywheel

A 4-cylinder engine produces a power stroke every half crankshaft revolution, an 8cylinder, every quarter revolution.This means that a V8 will be smoother running than a 4.To keep the combustion pulses from generating a vibration, a flywheel is attached to the back of the crankshaft.The flywheel is a disk that is about 12 to 15 inches in diameter.

Balance Shaft

Some engines have an inherent rocking motion that produces an annoying vibration while running.To combat this, engineers employ one or more balance shafts.A balance shaft is a heavy shaft that runs through the engine parallel to the crankshaft.This shaft has large weights that, while spinning, offset the rocking motion of the engine by creating an opposite rocking motion of their own.

材料2

发动机如何工作

由于同样的过程发生在每个气缸中，我们来观察一个气缸，了解其四个冲程的工作过程。四冲程是指进气、压缩、做功、排气四个行程。活塞在进气行程下降，压缩行程上升，做功行程下降，排气行程上升。

进气行程

活塞在进气行程中开始下降，进气门打开，燃油和空气混合物被吸入气缸。当活塞到达进气行程的尾部时，进气门关闭，困住气缸内的空气燃油混合气。

压缩行程

活塞向上移动，压缩在进气行程中吸入的被困空气燃油混合气。该混合气的压缩量是由发动机压缩比决定的。发动机压缩比的平均范围为8∶1～10∶1。

这意味着，当活塞到达气缸顶部时，空气燃油混合气被压缩到原来的约1/10。

做功行程

火花塞点火，点燃被压缩的空气燃油混合气，产生强大的膨胀蒸气。燃烧过程中，在很大的作用力作用下推动活塞沿气缸向下运动，带动曲轴开始旋转产生推力使汽车行驶。每个活塞在不同的时间点火，其点火时间由发动机点火顺序决定。此时曲轴转两圈，发动机内的每个气缸经历一次做功行程。

排气行程

此时活塞在气缸底部，排气门打开，燃烧过的废气被推入排气系统。由于气缸内含有较大的压力，当阀门打开时，气体将被巨大的压力排出(这就是为什么一个没有消声器的汽车声音太响)。活塞移动到气缸顶部在排气门关闭之前排出所有的废气并为重新开始下一个四冲程做准备。

润滑系统

润滑油是发动机的血液。发动机无润滑油运行就像人没有血液一样。润滑油在油压作用下通过油泵流到发动机的所有运动部件。油泵被安装在发动机底部的油底壳中，并通过一个齿轮被连接到曲轴或凸轮轴上。这样，当发动机转动时，油泵开始泵油。在油泵的附近装有机油压力传感器，用来监控油泵压力并将这些信息发送到报警灯或仪表板上的测量装置。当打开点火钥匙时，但在此起动汽车之前，机油灯应点亮，表示此时没有机油压力，同时也让驾驶员知道报警系统工作正常。一旦起动发动机，报警灯将熄灭表明有机油压力。

发动机冷却系

内燃机必须保持一个稳定的工作温度，不太热也不太冷。在燃烧过程中产生了大量的热量，如果发动机没有一个自身的冷却方法，它会很快自我毁坏。发动机的大部分零件会变形从而导致润滑油和冷却液泄漏，进而使润滑油沸腾，变得无用。

发动机的平衡

飞轮

一个四缸发动机曲轴每转1/2圈飞轮产生一个做功行程，一个八缸发动机曲轴每转1/4圈飞轮产生一个做功行程。这意味着，V8发动机将比四缸发动机运转更平稳。为了防止燃烧脉冲产生振动，飞轮被固定在曲轴后面。飞轮是一个直径为12～15in的圆盘。

平衡轴

一些发动机具有内部的摇摆运动，在发动机运行过程中产生令人烦恼的振动。为了解决这个问题，工程师们采用一个或多个平衡轴。平衡轴是一个较重的轴，通过发动机运行与曲轴平行。这个轴有大的权重，旋转时通过自身产生的与发动机的摇摆运动方向相反的摇摆运动，抵消了发动机的摇摆运动。