了解汽車的「心臟」—發動機基本構造詳解

　　汽車要在道路上行駛必須先有動力，而動力的來源就是發動機。發動機性能的好壞是決定汽車行駛性能的最大因素。目前汽車使用的發動機均屬於內燃機，發動機的功能就是將燃料的化學能轉成熱能再轉成機械能，而機械能也就是一般所謂的動力。發動機在將燃料轉成動力的過程中會經過一定的工作程序，而且此程序是周而復始連續不斷的循環。

　　常見的車用發動機依種類、大小及用途等等的不同而有許多的分類方式。

　　一、依工作循環方式：

　　1、奧圖循環(Ottocycle)：使用在汽油發動機。

　　2、狄塞爾循環(Dieselcycle)：使用在柴油發動機。

　　二、依使用燃料的種類：

　　1、汽油發動機：主要使用在汽車、航空器。

　　2、柴油發動機：主要使用在汽車、船、發電機。

　　3、重油發動機：主要使用在船、發電機。

　　4、燃氣發動機：主要使用在汽車。

　　三、依冷卻方式分：

　　1、氣冷式發動機

　　2、水冷式發動機

　　四、依工作循環衝程分：

　　1、二衝程發動機：二個衝程完成一個工作循環。

　　2、四衝程發動機：四個衝程完成一個工作循環。

　　五、依活塞運動的不同分：

　　1、往復式活塞發動機(reciprocatingengine)

　　2、迴轉式活塞發動機(rotaryengine)

　　六、依點火方式分：

　　1、壓縮點火式發動機

　　2、火花塞點火式發動機

　　七、依氣缸數量分：

　　1、單氣缸發動機

　　2、多氣缸發動機

　　八、依氣缸排列方式分：

　　1、直列式發動機

　　2、V型發動機

　　3、W型發動機

　　4、水平對置發動機

　　現行汽車產品上所使用的發動機，主要為採用奧圖循環、以汽油為燃料的往復式活塞四衝程多氣缸自然進氣發動機，依不同的排氣量與工程需求，有直列四缸、V型六氣缸等形式。各種型式的發動機所採用的零件，以及在發動機外部的次系統零組件，都非常的相似。接下來我們將為大家一一的介紹發動機的各項零件和次系統的原理及功能。

　　（一）發動機的基本構造─缸徑、衝程、排氣量與壓縮比

　　發動機是由凸輪軸、氣門、氣缸蓋、氣缸體、活塞、活塞連杆、曲軸、飛輪、油底殼等主要組件，以及進氣、排氣、點火、潤滑、冷卻等系統所組合而成。以下將分別介紹在汽車型錄的"發動機規格表"中常見的缸徑、衝程、排氣量、壓縮比、SOHC、DOHC等名詞。

　　缸徑：

　　氣缸體上用來讓活塞做運動的圓筒空間的直徑。

　　衝程：

　　活塞在氣缸體內運動時的起點與終點的距離。一般將活塞在最靠近氣門時的位置定為起點，此點稱為"上止點"；而將遠離氣門時的位置稱為"下止點"。

　　排氣量：

　　將氣缸的面積乘以衝程，即可得到氣缸排氣量。將氣缸排氣量乘以氣缸數量，即可得到發動機排氣量。以豐田花冠1.8L車型的直列4氣缸發動機為例：

　　缸徑：79.0mm，衝程：91.5mm，氣缸排氣量：448.5cc；

　　發動機排氣量＝氣缸排氣量×氣缸數量＝448.5cc×4＝1794cc。

　　壓縮比：

　　最大氣缸容積與最小氣缸容積的比率。最小氣缸容積即活塞在上止點位置時的氣缸容積，也稱為燃燒室容積。最大氣缸容積即燃燒室容積加上氣缸排氣量，也就是活塞位於下止點位置時的氣缸容積。

　　豐田花冠1.8L發動機的壓縮比為10：1，其計算方式如下：

　　氣缸排氣量：448.5cc，燃燒室容積：49.83cc；

　　壓縮比＝(49.84＋448.5)：49.84＝9.998：1≈10：1。

　　（二）發動機的基本構造─凸輪軸與氣門

　　凸輪軸：

　　在一支軸上有許多宛如"蛋形"凸輪，其被安裝在氣缸蓋的頂部，用來驅動進氣氣門和排氣氣門做開啟與關閉的動作。

　　在凸輪軸的一端會安裝一個傳動輪，以鏈條或皮帶與位於曲軸上的傳動輪連接。在以鏈條傳動的系統中此傳動輪為一齒輪；在以皮帶傳動的系統中此傳動輪為一具齒槽的皮帶輪。

　　一般雙頂置凸輪軸(DOHC)設計的發動機，其進氣和排氣的凸輪軸均掛上一個傳動輪，由鏈條或皮帶直接帶動凸輪軸轉動。有些發動機為了減少氣門夾角，而將凸輪軸的傳動方式改變成以鏈條傳動方式帶動進氣或排氣的凸輪軸，再藉由安裝在進氣和排氣的凸輪軸上的齒輪以鏈條帶動另外一支凸輪軸。

　　豐田獨特的"TWINCAM"設計方式，則是以鏈條或皮帶去帶動位於進氣或排氣的凸輪軸上的傳動輪，之後再以安裝在進氣和排氣的凸輪軸上的無間隙齒輪機構帶動另外一支凸輪軸。

　　氣門：

　　控制空氣進出氣缸的閥門。讓空氣或混合氣進入的稱為"進氣氣門"。讓燃燒後的廢氣排出的稱為"排氣氣門"。

　　（三）發動機基本構造─SOHC單凸輪軸發動機

　　發動機的凸輪軸裝置在氣缸蓋頂部，而且只有一支凸輪軸，一般簡稱為OHC(頂置凸輪軸，OverHeadCamShaft)。凸輪軸透過搖臂驅動氣門做開啟和關閉的動作。

　　在每氣缸二氣門的發動機上還有一種無搖臂的設計方式，此方式是將進氣門和排氣門排在一直在線，讓凸輪軸直接驅動氣門做開閉的動作。有VVL裝置的發動機則會透過一組搖臂機構去驅動氣門做開閉的動作。

　　（四）發動機基本構造─DOHC雙凸輪軸發動機

　　此種發動機在氣缸蓋頂部裝置二支凸輪軸，由凸輪軸直接驅動氣門做開啟和關閉的動作。僅有少數發動機是設計成透過搖臂去驅動氣門做開閉的動作。有VVL裝置的發動機則會透過一組搖臂機構去驅動氣門做開閉的動作。

　　DOHC較SOHC的設計來得優秀的主要原因有二：一是凸輪軸驅動氣門的直接性，使氣門有較佳的開閉過程，而提升氣缸在進氣和排氣時的效率；另一則是火花塞可以裝置在氣缸蓋中間的區域，使混合氣在氣缸內部可以獲得更好、更平均的燃燒。

　　直列發動機VSV型發動機

　　直列發動機

　　一如其名，直列發動機氣缸排列成一條直線。

　　發動機的所有氣缸均排列在同一平面上，形成一直列的情形，稱為直列發動機。以直列四氣缸發動機為例，常見的標示方式有二種，一是取與排列外型相似的I做標示，就標示為"I4"。另外一種則是以英文Line做開頭，而標示為"Line4"或"L6"以代表直列4氣缸或是直列6氣缸發動機之意。

　　V型發動機

　　氣缸數增加，採用V型排列的發動機可以有效減少發動機提及，增加車內空間。

　　發動機的氣缸分別排列在二個平面上，此二個平面相互產生一個夾角。氣缸呈V型排列的發動機會因氣缸數量的不同，而有60、90、120度三種常見的角度。發動機氣缸排列在兩個相交的V型平面上，則稱為"W型發動機"，而夾角為180度的發動機則另外稱為"水平對置式發動機"。

　　可變氣門正時&可變長度進氣岐管

　　可變氣門正時：

　　曲軸經由齒狀的傳動裝置帶動凸輪軸轉動，使氣門在做開啟與關閉的動作時會與曲軸的轉動角度成一定的對應關係。

　　由於氣體流動的性質會隨著發動機運轉速度的快慢而改變，如何使氣缸在不同的轉速下都能夠獲得良好的進氣效率？為此必須改變氣門在開啟與關閉時間。經由安裝在凸輪軸前端的油壓裝置使凸輪軸可以另外做一小角度轉動，以使進氣門在轉速升高時得以提早開啟。

　　可變長度進氣岐管：

　　為了使發動機在高、低轉速時能夠維持平穩的進氣效率，如何製造出長度適合的進氣管路就成了一件重要的課題。藉由在進氣管路中設置閥門來使進氣管路改變成長、短二種路徑。以滿足發動機在高轉速運轉時需要流速快、動能大的氣流；並且在低轉速時供給發動機適當流量的空氣。這樣就能夠使發動機在高轉速時獲得較大的馬力，而在較低轉速時有較佳的油耗表現。