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动图 | 17种汽车发动机原理动态图解析大放送

在过去的几十年中，汽车制造商设计了十几种汽车发动机。爱车特别是跑车的朋友们肯定都看过《速度与激情》这部电影，激烈的打斗情节以及刺激的飙车，每一个镜头无不让人热血澎湃。这部电影是以赛车为题材的动作犯罪电影，与2001年6月22日在美国上映第一部。据目前为止，速度与激情已经上映了八部，部部都是经典，以赛车为题材，自然少不了飙车戏码的出现，而每一部电影，都有一款能让你惊艳的代表车。我们会对每种类型的汽车发动机进行讲解，以增加大家对发动机的了解和认知。

内燃机是将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入气缸内部的高压燃烧室燃烧产生动力。这是将化学能转化为有用的机械能，通常用于汽车工业为汽车提供动力。

01 二冲程发动机

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二冲程发动机是在两个行程内完成一个工作循环的发动机。二冲程发动机曲轴转一圈，发动机对外作功一次。

二冲程发动机气缸上有三个孔，即进气孔、排气孔和换气孔，这三个孔分别在一定时刻由活塞关闭。其工作循环包含两个行程：第一行程：活塞自下止点向上移动，三个气孔同时被关闭后，进入气缸的混合气被压缩；在进气孔打开时，可燃混合气流入曲轴箱。

第二行程：活塞压缩到上止点附近时，火花塞点燃可燃混合气，燃气膨胀推动活塞下移作功。这时进气孔关闭，密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩；当活塞接近下止点时排气孔开启，废气冲出；随后换气孔开启，受预压的可燃混合气冲入气缸，驱除废气，进行换气过程。

02 四冲程发动机

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四冲程发动机的工作循环是由进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程组成。在这个过程中，活塞上下往复运动四个行程，相应的曲轴旋转两周。

四冲程汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在进气行程被吸入气缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞做往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。

四冲程柴油机的工作原理与四冲程汽油机相同，也是由进气、压缩、做功、排气四个行程组成。不同的是柴油机进气行程进的是纯空气，在压缩行程接近上止点时，由喷油器将柴油喷入燃烧室，由于这时气缸内的温度已经远远超过柴油的自燃温度，喷入的柴油经过短暂的着火延迟后，自行着火燃烧，对外做功。

03 六冲程发动机

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六冲程发动机是在四冲程发动机的"进气-压缩-做功-排气"四个冲程之后，第五个冲程开始的时候，把水喷进炽热的气缸里面，水马上就变成了温度高达816度的蒸汽，体积急剧膨胀1600倍，同时气缸内压强急剧增大，推动活塞再次做功。每6个冲程中就出现2个做功冲程，而消耗的燃油却没有变化。到了第6个冲程，发动机把水蒸气排放到一个冷却器，水蒸气在那里重新变成水。

六冲程发动机是内燃机的一项新发展，它对缸盖和进排气阀的操作采用了革命性设计，利用了部分散发的热能去制造蒸汽，以回收部分本来会损失的能量。

04 往复式发动机

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往复式发动机也叫活塞发动机，是一种利用一个或者多个活塞将压力转换成旋转动能的发动机，也是一种将活塞的动能转化为其他机械能的机械，主要利用燃料燃烧产生的热能通过液体(如水)或气体的膨胀，从而推动活塞，将热能转化为动能的机械。

▲往复式发动机示意图

往复式发动机一般是利用汽油、柴油或者气体燃料燃烧产生压力的。燃料和空气的混合物被注入活塞内，然后被点燃(柴油机是被压燃)产生气体膨胀，推动活塞向后运动。活塞的这种直线运动通过连杆和曲轴转换成圆周运动。

05 汪克尔转子发动机

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汪克尔发动机是一种活塞在气缸内做旋转运动的新型内燃机。它的基本结构是在一个椭圆形的空间中，置入一个勒洛三角形形状的转子，转子的三个面将椭圆形空间划分为三个独立的燃烧室。

由于转子采偏心运转，因此这些被分隔的独立燃烧室在运转过程中，容积会不断地改变，此型发动机就是利用密闭空间变化的特质来达成四行程运转所需要的进气、压缩、点火与排气过程。

汪克尔发动机的转子每旋转一圈作功三次，与四冲程发动机每旋转两圈作功一次相比，整个发动机只有两个转动部件，简化的结构使发动机体积缩小、重量减轻，故障率也减少。由于转子发动机的轴向运转特性，它不需要精密的曲轴平衡就能达到较高的运转转速，其转速比往复式发动机上升得快，且具有高马力容积比(发动机容积较小却能输出较多动力)的优点。

06 压缩点火发动机

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压缩点火发动机，空气在吸气过程其压缩比为12至20之间，因此在燃烧过程中空气的温度变得很高。在压缩点火发动机中，是以高压缩比先将空气压缩到很高温度，然后将液体燃料喷入，利用空气的高温使燃料燃烧。柴油发动机是压缩点火发动机的完美示例，因为它仅通过压缩空气来工作。

▲压缩点火

07 火花点火发动机

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火花点火又称“强制点火”。火花点火发动机在压缩行程中，燃料和空气的可燃混合物在气缸内被压缩至适当程度时，立即将高压电流通到装在气缸盖上的火花塞，产生电火花，使可燃混合物着火燃烧。

▲火花点火

火花点火是利用火花塞两电极间的电弧放电原理，使可燃混合气点燃而迅速着火燃烧。在压缩行程接近终了时，由燃料和空气所组成的可燃混合气在气缸内被活塞压缩到一定的压力和温度，立即以10〜15kV的高压电流通入装在气缸盖上的火花塞，在气缸中产生电火花，使可燃混合气着火而燃烧。

08 电动发动机

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电动发动机，是将由电源提供的电能转化为机械能的装置。电源为电动汽车的驱动机构——电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮工作的装置。

目前，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。

电动发动机工作原理：蓄电池——电流——电力调节器——电动机——动力传动系统——驱动汽车行驶。

09 HCCI发动机

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HCCI发动机和传统的汽油发动机一样，都是向气缸里面注入比例均匀的空气和燃料混合气。传统的汽油发动机通过火花塞打火，点燃空气和燃料混合气产生能量。但HCCI发动机则不同，它的点火过程同柴油发动机类似，通过活塞压缩混合气使温度升高至一定程度时自行燃烧。

HCCI是一种以往复式汽油机为基础的一种新型燃烧模式，简单来说就是汽油机的一种压燃方式。这项技术在90年代初已经被提出并开始实验，但是当时电子控制技术没有现在成熟，所以这项技术直到现在才被大众所知。

10 单缸发动机

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单缸发动机只有一个气缸连接到曲轴。它的结构紧凑，重量轻，具有更好的重量与功率比。通常用于小型摩托车，越野车和卡丁车。

▲单缸发动机

单缸发动机工作时，曲轴每转一圈(二冲程)或两圈(四冲程)，气缸内的混合气点火燃烧一次，从声音和振动上，能明显地感到发动机工作是断续的，排气也是"突突"的断续声。

▲单缸发动机

由于单缸机结构简单，和同排量的多缸机相比，具有重量轻，结构尺寸小的特点，采用单缸机有利于减轻整车的重量，所以也提高了整车操控的灵活性。当采用发动机横向布置时，曲轴旋转的陀螺效应会阻碍摩托车侧倾转弯，曲轴越重这种阻力越大。由于单缸机曲轴短，陀螺效应相对要低得多，所以左右侧倾轻便。

11 多缸发动机

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多缸发动机是有两个以上气缸的发动机，是由若干个相同的单缸排列在一个机体上，共用一根曲轴输出动力所组成。

双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。发动机的气缸数越多，曲轴转动越均匀，振动也就越小，但制造成本增加。多缸发动机的气缸排列有直列、V形和水平对置等形式，这取决于安装、制造成本和冷却方式等因素。

12 直列式发动机

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直列发动机的所有气缸均肩并肩排成一个平面，缸体和曲轴结构简单，而且使用一个汽缸盖，制造成本较低，稳定性高，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸紧凑，应用比较广泛。其缺点是功率较低。

▲直列式发动机

“直列”可用L代表，后面加上气缸数就是发动机代号，汽车上主要有L3、L4、L5、L6型发动机。

▲直列六缸发动机

13 V型发动机

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V型发动机就是将所有气缸分成两组，把相邻气缸以一定夹角布置一起，使两组气缸形成有一个夹角的平面，从侧面看气缸呈V字形的发动机。V型发动机的高度和长度尺寸小，在汽车上布置起来较为方便。它便于通过扩大气缸直径来提高排量和功率并且适合于较高的气缸数。国产的中高档车型中，不少采用V型6缸发动机，比如君威，帕萨特及奥迪A6等等。

▲V型发动机

V型发动机的缺点则是必须使用两个气缸盖，结构较为复杂、成本较高。另外其宽度加大后，发动机两侧空间较小，不易再安排其它装置。

经典实例：欧洲的豪华轿车往往采用8缸以上的V型发动机设计，比如劳斯莱斯、奔驰顶级的S600轿车等都是V12发动机，而V型发动机最高可达到16缸，排量在10升以上。

14 W型发动机

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W型发动机是德国大众专属发动机技术。将V型发动机的每侧气缸再进行小角度的错开（如帕萨特W8的小角度为15度），就成了W型发动机。或者说W型发动机的气缸排列形式是由两个小V形组成一个大V形。

▲W型发动机

W型发动机的气缸排列形式只是近似W形排列，严格说来还应属V型发动机，至少是V型发动机的一个变种。W型与V型发动机相比可将发动机做得更短一些，曲轴也可短些，这样就能节省发动机所占的空间，同时重量也可轻些，但它的宽度更大，使得发动机室更满。

▲W型发动机气缸布置

W型发动机最大的问题是发动机由一个整体被分割为两个部分，在运作时必然会引起很大的振动。针对这一问题，大众在W型发动机上设计了两个反向转动的平衡轴，让两个部分的振动在内部相互抵消。

15 水平对置发动机

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水平对置发动机是将发动机活塞平均分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动。使发动机的整体高度降低、长度缩短、整车的重心降低，车辆行驶更加平稳，发动机安装在整车的中心线上，两侧活塞产生的力矩相互抵消，大大降低车辆在行驶中的振动，使发动机转速得到很大提升，减少噪音。

▲水平对置发动机

水平对置发动机的最大优点是重心低。由于它的气缸为“平放”，不仅降低了汽车的重心，还能让车头设计得又扁又低，这些因素都能增强汽车的行驶稳定性。同时，水平对置的气缸布局是一种对称稳定结构，这使得发动机的运转平顺性比V型发动机更好，运行时的功率损耗也是最小。当然更低的重心和均衡的分配也为车辆带来更好的操控性。

除了因为水平对置结构较为复杂外，还有如机油润滑等问题很难解决。横置的气缸因为重力的原因，会使机油流到底部，使一边气缸得不到充分的润滑。显然保时捷和斯巴鲁都很好的解决了众多技术难题，但高精度的制造要求也带来了更高的养护成本，并且由于机体较宽，因而并不利于布局。

16 自然吸气发动机

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自然吸气是汽车进气的一种，是在不通过任何增压器的情况下，大气压将空气压入燃烧室的一种形式。自然吸气发动机在动力输出上的平顺性与响应的直接性上，要远优于增压发动机。

▲自然吸气发动机

自然吸气式是没有增压器的，指空气单纯经过空气滤清器——节气门——进气歧管——到达“气缸”，汽油是通过喷油嘴直接喷射在进气歧管里的（通常说是电子燃油喷射，现在最新的技术是缸内喷射，代表是大众迈腾）。

自然吸气式就是指在第一个行程中，混合气是靠自然形成的压力差进行吸气。增压式就是指先把气体压缩，提高气体的压力和密度，当气门打开时，靠压力差和气体自身的高压来增加进气量，提高功率。

17 增压式发动机

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增压就是将空气预先压缩然后再供入气缸，以期提高空气密度、增加进气量的一项技术。由于进气量增加，可相应地增加循环供油量，从而可以增加发动机功率。增压式发动机可分为机械增压、涡轮增压和最新的气波增压。

▲增压式发动机

机械增压装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐道里。其优点是涡轮转速和发动机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。但是由于装在发动机转动轴里面，因此还是消耗了部分动力，增压出来的效果并不高。

▲涡轮增压技术

涡轮增压是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率。

来源：疯狂机械控

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