引擎就像是汽車的心臟。本節我們將以活塞引擎為例進行解說。
引擎的組成部件
引擎如同下方圖所示,是由各種零件所組成的。
在汽缸中注入燃料和空氣的混合氣,然後將之點燃,將其燃燒膨脹的能量從上下運動轉換成旋轉運動的機器,稱為活塞引擎,絕大多數的汽車使用的都是這種引擎。
得益於這些機械零件的進化,引擎的性能有了飛躍性的提升。而且,近年混合燃料和空氣的方法和將混合氣注入汽缸的時機和量,都已改由電腦(ECU:Electronic Control Unit)控制,性能比過去又提升了一大截。
燃料燃燒的地方:汽缸
汽缸是汽缸體中的圓筒部分,是引擎的燃燒作用發生的地方。由於燃料和空氣的混合氣會在汽缸內爆炸,所以汽缸被造得非常堅固,足以承受爆炸的力量。由於汽缸也是活塞滑動的部分,所以被設計成套筒結構。爆炸時的熱和活塞滑動時產生的熱都會被釋放到汽缸體。
汽缸體的上面蓋著汽缸蓋,而汽缸蓋內部配有吸排氣閥以及負責開關這些汽門的凸輪和凸輪軸。
引擎的原理
混合氣的爆炸能量引起活塞的上下運動,然後再用曲軸等零件轉換成旋轉運動。
將上下運動轉換成旋轉運動
由進氣歧管吸入的空氣,跟從噴油嘴噴入的汽油混合而成的混合氣,會通過進氣閥注入汽缸中。汽缸內的混合氣會被火星塞的火花點燃,繼而燃燒、爆炸。受到爆炸產生的膨脹壓力,活塞會猛烈地往下降,然後在排氣後又重新往上升。這個上下運動,會透過連接活塞的連桿,以及固定連桿的曲軸,進一步轉換成旋轉運動。
活塞的上下運動是透過「進氣」、「壓縮」、「燃燒」、「排氣」這4個循環產生,而依靠這個行程運轉的引擎就叫四行程引擎。
1. 進氣行程
曲軸的旋轉運動傳遞到凸輪軸,打開進氣閥。同樣地曲軸的旋轉會使活塞下降,讓混合氣注入汽缸
2. 壓縮行程
藉由曲軸的旋轉關閉進氣閥,使活塞往上升,壓縮進入汽缸的混合氣
3. 點火(動力)行程
被壓縮的混合氣被火星塞點燃,發生燃燒、爆炸。這個爆炸的膨脹壓力會使活塞下降,猛力轉動曲軸
4. 排氣行程
透過曲軸的旋轉,打開排氣閥,排出燃燒產生的廢氣。這個排氣的動作和曲軸的旋轉會使活塞再次往上升
創造旋轉運動的零件
【活塞】
由於活塞必須承受汽缸內的爆炸能量,因此很重視強度。同時因為活塞要不斷上下滑動,為了提高滑動效率,又必須盡可能輕量化,並減少跟套筒之間的滑動摩擦。另一方面,為確保活塞跟套筒之間保持一定間隙,活塞上還會安裝活塞環。
【連桿】
負責連接活塞和曲軸的棒狀零件。小端部分裝在活塞上,大端部分裝在偏離曲軸之轉軸軸心的部位,將上下滑動的活塞運動傳遞給曲軸。跟活塞一樣,為提高運動效率,必須兼具輕量、高剛度以及低摩擦阻力。