任务一 发动机基本组成与原理
小吴和小周是某高职学院新能源汽车技术专业的学生，这学期开始学习“新能源汽车驱动电机动力电池技术”这门课程，两个人针对混合动力汽车的组成特点产生争议。小吴认为混合动力汽车与传统汽车一样，都需要发动机且发动机的动力占比最大；小周则认为混合动力汽车发动机结构跟传统汽车不一样，虽然是混合动力汽车，但是动力输出占比还是以电机为主。究竟哪位同学的观点是正确的？请你通过学习混合动力汽车动力系统的组成与原理的相关知识，判断他们的观点是否正确。
学习目标
1）能说出发动机的作用及要求。
2）能阐述发动机的类型及不同特点。
3）能描述出发动机的基本组成。
4）能分析出发动机的工作原理。
知识储备
混合动力汽车的动力源是它的动力系统，它可以在驾驶员的操纵下将发动机和驱动电机产生的动力传递给驱动车轮带动汽车行驶。动力系统作为混合动力汽车的核心系统，其作用是保证车辆安全有效行驶，使发动机的燃料消耗率降到最低，发动机排放的污染减至最小，并充分发挥电力驱动的效率。混合动力汽车的动力系统主要由发动机、电力驱动装置、电能装置、动力耦合装置组成。
发动机简称热机，是一种热能动力装置，它借助工作介质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。
一、混合动力汽车对发动机的要求
开发混合动力汽车的目的就是解决节能和环保问题，因此混合动力汽车必须围绕着节能和环保来选择所需要的发动机。在选择上将动力性、经济性和环保性作为其基本内容，以高可靠性、高效率、持续运转性能良好、小型轻量化、低油耗、低排放、低噪声、低成本作为基本要求。
1.发动机的动力性
混合动力汽车的节能和环保效果，主要表现为如何在保证车辆动力性能的情况下，使发动机动力适中、电力驱动系统发挥最大效率。因此，可以在混合动力汽车上采用既满足车辆动力性能的要求又能够降低燃料消耗和减少排放的小排量发动机。
混合动力汽车要求发动机有一定的驱动功率、足够的动力性能、机动性能，能够满足混合动力汽车的基本动力性能要求，并且能够与驱动电机一起提供混合动力汽车所需要的最大功率，使混合动力汽车能够达到或接近传统汽车的动力性能水平。混合动力汽车应根据汽车类型的不同（轿车、客车、货车和重型自卸车等）、使用条件的不同（城市、高速公路或混合条件下使用）以及性能要求的不同（载客量或载货量、舒适性和智能化水平等）来选用不同类型的发动机。
2.发动机的经济性
一般情况下，用发动机的比油耗来表达发动机的燃料经济性，比油耗单位为g/（kW·h），如图1-1-1所示为各种汽车发动机的比油耗范围。该指标也可作为混合动力汽车按节能要求选择发动机的参考。
图1-1-1 可供混合动力汽车选用的发动机的参考比油耗
3.发动机的环保性
混合动力汽车必须是超低污染或接近零污染的车辆，特别是在城市低速行驶条件下必须实现零污染行驶，这是混合动力汽车存在和发展的基本条件。由于混合动力汽车进一步采取了电力辅助系统，通过中央控制器控制的发动机“开-关”运行模式、发动机起动加速控制、发动机稳定运转控制、制动能量回收等措施，使得混合动力汽车发动机的排放进一步降低。
二、发动机的类型
根据其将热能转化为机械能的主要构件的形式的不同，发动机分为活塞式发动机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式发动机是现代发动机的主流，这种方式下的活塞在气缸内做往复直线运动，后经连杆、曲轴等转变为旋转运动。此外，汽车发动机还可以根据其特征进行如下分类。
1.按照使用燃料分类
按照使用燃料不同，发动机可分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机三类。以汽油和柴油为燃料的发动机分别称作汽油机和柴油机，使用天然气、液化石油气和其他气体燃料的内燃机称作气体燃料发动机。
2.按照点火方式分类
按照点火方式不同，发动机分为点燃式发动机（汽油发动机、液化石油气发动机、双燃料发动机）和压燃式发动机（柴油发动机、重油发动机）。
3.按照气缸的数目分类
拥有一个气缸的发动机称为单缸发动机，有两个及以上气缸的发动机称为多缸发动机，如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等多缸发动机。混合动力汽车多使用四缸和六缸发动机。
4.按照工作循环的冲程数分类
对于往复式发动机，可以根据每一工作循环所需的活塞冲程数来分类。在发动机内每一次将热能转变为机械能活塞都必须经过进气、压缩、做功、排气这四个冲程完成一个工作循环，简称四冲程。把曲轴转两圈（720°），活塞往复四个单程完成一个工作循环的发动机称为四冲程发动机；把曲轴转一圈（360°），活塞往复两个单程完成一个工作循环的发动机称为二冲程发动机。在混合动力汽车中主要使用的是四冲程发动机。
5.按照冷却方式分类
根据冷却方式的不同，发动机可以分为水冷式和风冷式两种。水冷式发动机利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却；风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛应用于混合动力汽车中。
三、发动机的基础组成
汽油机通常包括曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统、进排气系统、起动系统。
1.曲柄连杆机构
曲柄连杆机构的功能是实现发动机的工作循环，完成能量转换过程。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成，如图1-1-2所示。在做功行程中，活塞承受气缸内的燃气压力并做直线运动，通过连接到曲轴上的连杆将该直线运动转换成曲轴的旋转运动从曲轴对外输出动力。
在机体组中，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。气缸盖安装在气缸体的上面，用以密封气缸上部并与活塞顶部和气缸一起构成燃烧室。此外机体组还包括曲轴箱、气缸垫等，如图1-1-3所示。
2.配气机构
配气机构的功能是根据发动机的工作顺序和工作过程定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出实现换气的过程。配气机构大多采用顶置气门式结构，一般由气门组、气门传动组、气门驱动组组成，如图1-1-4所示。
3.燃油供给系统
燃油供给系统的功能是根据发动机工况的需求定时定量地供应合适的燃油进入发动机气缸。对于汽油机而言，燃油供给系统的作用是根据发动机的要求配制出一定数量和浓度的可燃混合气供入气缸，使之在临近压缩行程终了时点火燃烧而膨胀做功，并将燃烧后的废气从气缸内排到大气中去，如图1-1-5所示。
图1-1-2 曲柄连杆机构
图1-1-3 机体组
图1-1-4 配气机构
图1-1-5 燃油供给系统
4.冷却系统
冷却系统的功能是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适合的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系统通常由储液罐、电子水泵、节温器、冷却管路、冷却风扇、散热器等组成，如图1-1-6所示。
图1-1-6 冷却系统
5.润滑系统
润滑系统的功能是向做相对运动的零件表面输送定量的清洁机油，以实现液体摩擦减小机件摩擦阻力，减轻机件磨损，并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系统通常由油路、喷油器、机油泵、机油滤清器、机油标尺、油底壳等组成，如图1-1-7所示。
图1-1-7 润滑系统
6.点火系统
点火系统的功能是确保汽油机在压缩接近上止点时在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气从而燃烧对外做功。在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系统，电子点火系统由点火开关、点火信号发生器、点火线圈、火花塞等部件组成。
7.进排气系统
进气系统的功能是尽可能均匀地向各缸供给可燃混合气或纯净的空气，通常由空气滤清器、空气流量传感器、节气门体、进气总管、废气再循环组件、进气歧管等部件组成。
排气系统的功能是收集废气并将废气排到大气中去。在排放过程中，该系统要尽可能达到低的排气阻力、噪声和污染。排气系统一般由排气歧管、三元催化器、排气总管、消声器等组成，如图1-1-8所示。
图1-1-8 进排气系统
8.起动系统
起动系统的作用是将起动机的动力传递给发动机飞轮以带动发动机运转，当发动机起动后则靠单向离合器自动断开发动机对起动机的逆向驱动。起动系统主要由蓄电池、起动机、起动继电器、点火开关、飞轮等组成，如图1-1-9所示。
图1-1-9 起动系统
四、发动机的工作原理
四冲程发动机的运转按进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程的顺序不断循环往复。
1.进气行程
曲轴带动活塞从上止点向下止点移动，进气门开启，排气门关闭。气缸内压力降低到小于外界大气压，空气和汽油经混合形成可燃混合气通过进气管道、进气门被吸入气缸。
2.压缩行程
进气行程结束后进、排气门均关闭，曲轴带动活塞由下止点向上止点运动，活塞顶部的可燃混合气被压缩。
3.做功行程
当压缩行程接近上止点时，进、排气门仍处于关闭状态，电火花点燃可燃混合气。混合气燃烧产生的气体压力推动活塞向下止点运动，经连杆使曲轴旋转做功对外输出功率。
4.排气行程
曲轴带动活塞从下止点向上止点运动，排气门打开，进气门关闭。在活塞和废气自身的压力作用下，废气经排气门排出气缸。
任务练习
一、选择题
1.配气机构一般由气门组、气门传动组、（ ）等组成。
A.凸轮轴
B.气门罩
C.飞轮壳
D.气门驱动组
2.按照使用燃料的不同，发动机可以分为（ ）、柴油机和气体燃料发动机三类。
A.点燃式发动机
B.四缸发动机
C.汽油机
D.四冲程发动机
3.水冷发动机的冷却系统通常由储液罐、电子水泵、（ ）、冷却管路、冷却风扇、散热器等组成。
A.节温器
B.气缸盖
C.燃油箱
D.气缸体
4.电子点火系统由点火开关、点火信号发生器、点火线圈、（ ）等部件组成。
A.空气滤清器
B.节气门体
C.传感器
D.火花塞
5.起动系统主要由蓄电池、起动机、起动继电器、（ ）和点火开关组成。
A.飞轮
B.电阻
C.单向离合器
D.电容
二、判断题
1.起动系统的作用是将起动机的动力传递给发动机飞轮以带动发动机运转，当发动机起动后则靠单向离合器自动断开发动机对起动机的逆向驱动。（ ）
2.水冷发动机的冷却系统通常由储液罐、电子水泵、节温器、冷却管路、冷却风扇、散热器等组成。（ ）
3.二冲程与四冲程发动机的工作原理完全相同。（ ）
三、简答题
请简述润滑系统的作用及其组成。