發(fā)動機基本工作原理


一、基本理論

汽油發(fā)動機將汽油的能量轉化為動能來驅動汽車，最簡單的辦法是通過在發(fā)動機內部燃燒汽油來獲得動能。因此，汽車發(fā)動機是內燃機----燃燒在發(fā)動機內部發(fā)生。 發(fā)動機是汽車的心臟，灑水車吸糞車等機動車發(fā)動機工作原理都是一樣的。專用汽車廠家湖北俊龍和你聊聊發(fā)動機的基本原理。多了解發(fā)動機原理，對您選購專用汽車乃至其他任何機動車輛都是非常有好處的。

有兩點需注意：
1． 內燃機也有其他種類，比如柴油機，燃氣輪機，各有各的優(yōu)點和缺點。

2． 同樣也有外燃機。在早期的火車和輪船上用的蒸汽機就是典型的外燃機。燃料（煤、木頭、油）在發(fā)動機外部燃燒產(chǎn)生蒸氣，然后蒸氣進入發(fā)動機內部來產(chǎn)生動力。內燃機的效率比外燃機高不少，也比相同動力的外燃機小很多。所以，現(xiàn)代汽車不用蒸汽機。

相比之下，內燃機比外燃機的效率高，比燃氣輪機的價格便宜，比電動汽車容易添加燃料。這些優(yōu)點使得大部分現(xiàn)代汽車都使用往復式的內燃機。

二、燃燒是關鍵

汽車的發(fā)動機一般都采用4沖程。4沖程分別是：進氣、壓縮、燃燒、排氣。完成這4個過程，發(fā)動機完成一個周期(2圈)。

理解4沖程
活塞，它由一個活塞桿和曲軸相聯(lián)，過程如下：
1．活塞在頂部開始，進氣閥打開，活塞往下運動，吸入油氣混合氣
2．活塞往頂部運動來壓縮油氣混合氣，使得爆炸更有威力。
3．當活塞到達頂部時，火花塞放出火花來點燃油氣混合氣，爆炸使得活塞再次向下運動。
4．活塞到達底部，排氣閥打開，活塞往上運動，尾氣從汽缸由排氣管排出。
注意：內燃機最終產(chǎn)生的運動是轉動的，活塞的直線往復運動最終由曲軸轉化為轉動，這樣才能驅動汽車輪胎。

三、汽缸數(shù)
發(fā)動機的核心部件是汽缸，活塞在汽缸內進行往復運動，上面所描述的是單汽缸的運動過程，而實際應用中的發(fā)動機都是有多個汽缸的（4缸、6缸、8缸比較常見）。我們通常通過汽缸的排列方式對發(fā)動機分類：直列、V或水平對置（當然現(xiàn)在還有大眾集團的W型，實際上是兩個V組成）。見下圖

直列4缸

V6

水平對置4缸

不同的排列方式使得發(fā)動機在順滑性、制造費用和外型上有著各自的優(yōu)點和缺點，配備在相應的汽車上。

四、排量

混合氣的壓縮和燃燒在燃燒室里進行，活塞往復運動，你可以看到燃燒室容積的變化，最大值和最小值的差值就是排量，用升（L）或毫升（CC）來度量。汽車的排量一般在1.5L~4.0L之間。每缸排量0.5L，4缸的排量為2.0L，如果V型排列的6汽缸，那就是V6 3.0升。一般來說，排量表示發(fā)動機動力的大小。
所以增加汽缸數(shù)量或增加每個汽缸燃燒室的容積可以獲得更多的動力。

五、發(fā)動機的其他部分

凸輪軸 控制進氣閥和排氣閥的開閉
火花塞 火花塞放出火花點燃油氣混合氣，使得爆炸發(fā)生。火花必須在適當?shù)臅r候放出。
閥門 進氣、出氣閥分別在適當?shù)臅r候打開來吸入油氣混合氣和排出尾氣。在壓縮和燃燒時，這兩個閥都是關閉的，來保證燃燒室的密封。
活塞環(huán) 在氣缸壁和活塞中提出密封：
1．防止在壓縮和燃燒時油氣混合氣和尾氣泄漏進潤滑油箱。
2．防止?jié)櫥瓦M入汽缸內燃燒。
大多“燒機油”的汽車就是因為發(fā)動機太舊：活塞環(huán)不再密封引起的（尾氣管冒青煙）
活塞桿 連接活塞環(huán)和曲軸，使得活塞和曲軸維持各自的運動。
潤滑油槽 包圍著曲軸，里面有相當數(shù)量的油。

何謂正時

一具引擎要能正確的運轉，所有零件都要能在正確的時間和正確的位置做正確的事，在最佳的協(xié)調下，發(fā)揮應有的性能。就像一支部隊要作戰(zhàn)前，指揮官會分配每一組甚至每個人個別的任務，大家接受任務后，還有一件事很重要，沒錯，就是：對表！所有人都必須在一個獨一的時間軸內完成任務。大家都必須各自在正確的時間到達定位，這就是「正時」。

那么，在引擎中要怎么「對表」，又要以誰為準呢？引擎中最主要的轉動是曲軸，所以所有的正時都以曲軸旋轉角度做為基準。以一個單缸引擎為例，當活塞在上死點時為0度，到了下死點時為180度，四行程引擎以720度為一循環(huán)，所有運轉件就以曲軸的運轉為準，曲軸每旋轉720度，所有運作就完成一次循環(huán)。


凸輪之所以能在正確的時機開啟汽門，便是靠著正時鏈條，與曲軸保持正確的正時。

曲軸正時齒盤

我們知道引擎中一切的運轉都以曲軸為準，所以曲軸就有責任將它的正時「告知」所有機件。由于現(xiàn)在ECU的運算分辨率越來越高，甚至達到32位以上，所以需有一機件能精確的擷取正時訊號。目前大部分引擎會在曲軸的一端裝設一個齒盤，再由一個磁感sensor來接收并產(chǎn)生訊號。假設齒盤有60齒，一圈360度則每一齒間距為6度，當曲軸轉動時，齒盤會以相同的轉速跟著曲軸轉動，而每一齒經(jīng)過sensor時，會感應一個磁場，并由sensor轉換為電子訊號讓ECU得知目前的曲軸角度，好使噴油、點火等動作能在正確時機作動。

正時皮帶與正時鏈條

現(xiàn)在引擎多是頂置式凸輪軸的設計，就是將凸輪軸設置在引擎缸頭上，要驅動凸輪軸必須利用皮帶或煉條使之與運轉中的曲軸連結。就如前面提到的，凸輪軸的運轉也需要「正時」，所以在安裝正時皮帶時，凸輪和曲軸的正時必須對妥。
由于正時皮帶屬于耗損品，而且正時皮帶一旦斷裂，凸輪軸當然不會照著正時運轉，此時極有可能導致汽門與活塞撞擊而造成嚴重毀損，所以正時皮帶一定要依據(jù)原廠指定的里程或時間更換。而正時煉條則會有相當長的壽命，所以選購配置正時煉條引擎的車，會省去更換正時皮帶的麻煩與開支。

節(jié)氣門與進氣歧管


節(jié)氣門是在進氣的管道中，加入一組蝴蝶閥，利用閥片旋轉角度不同、開口不同的方式，控制進氣量，進一步控制引擎的動力?，F(xiàn)在車輛多采用電子節(jié)氣門設計，可由引擎控制模塊進行精確的控制，讓輸出提高、油耗下降。

新鮮空氣自進氣道、空氣濾清器一路往引擎前進，下一個會碰到的就是節(jié)氣門，也就是俗稱的「油門」。這是整個引擎，唯一由駕駛人所控制的機構，在化油器引擎中，這個任務則由化油器擔任；而在噴射供油引擎中，節(jié)氣門閥體取代了化油器。在采用了噴射供油系統(tǒng)后，燃油直接在進氣門前由噴射器射出，節(jié)氣門閥體便少了使燃油與空氣混合的任務。但為了能精確控制油氣混合，節(jié)氣門閥體機構并不比化油器簡單。

一個典型的節(jié)氣門體，應具備主進氣道及節(jié)氣門，而節(jié)氣門是由一彈簧控制，當駕駛者未踩下油門時，節(jié)氣門處于關閉狀態(tài)，使大部分的空氣被排除在閥門外；而當駕駛踏下油門踏板時，油門拉線便會拉動節(jié)氣門彈簧，使閥門打開讓空氣從主進氣道進入引擎中。除此之外，還有一個節(jié)氣門感知器來把節(jié)氣門開度轉成電子訊號，使得引擎監(jiān)理系統(tǒng)(ECU)能依據(jù)此來控制燃油噴量。

節(jié)氣門閥體上還有一個怠速控制閥，是由一步進馬達控制，引擎ECU會在冷車、啟閉冷氣、空檔與D檔變換等時機，控制怠速馬達的作動，以調整引擎怠速之合適的進氣量。

傳統(tǒng)的節(jié)氣門(油門)是以油門拉線采機械方式驅動，然而為了全車控制的整體性，許多新推出的車型已采用了電子控制的節(jié)氣門(電子油門)。
新鮮空氣自進氣道、空氣濾清器一路往引擎前進，下一個會碰到的就是節(jié)流閥，也就是俗稱的「油門」。這是整個引擎，唯一由駕駛人所控制的機構，在化油器引擎中，這個任務則由化油器擔任；而在噴射供油引擎中，節(jié)流閥體取代了化油器。在采用了噴射供油系統(tǒng)后，燃油直接在進氣門前由噴射器射出，節(jié)流閥體便少了使燃油與空氣混合的任務。但為了能精確控制油氣混合，節(jié)流閥體機構并不比化油器簡單。
一個典型的節(jié)流閥體，應具備主進氣道及節(jié)流閥，而節(jié)流閥是由一彈簧控制，當駕駛者未踩下油門時，節(jié)流閥處于關閉狀態(tài)，使大部分的空氣被排除在閥門外；而當駕駛踏下油門踏板時，油門拉線便會拉動節(jié)流閥彈簧，使閥門打開讓空氣從主進氣道進入引擎中。除此之外，還有一個節(jié)流閥感知器來把節(jié)流閥開度轉成電子訊號，使得引擎監(jiān)理系統(tǒng) (ECU) 能依據(jù)油門開度來控制燃油噴量。
節(jié)流閥體上還有一個怠速控制閥，是由一步進馬達控制，引擎ECU會在冷車、啟閉冷氣、空檔與D檔變換等時機，控制怠速馬達的作動，以調整引擎怠速之合適的進氣量。

傳統(tǒng)的節(jié)流門 (油門) 是以油門拉線采機械方式驅動，然而為了全車控制的整體性，許多新推出的車型已采用了電子控制的節(jié)流閥 (電子油門)。

進氣歧管

在談到進氣歧管之前，我們先來想想空氣是怎樣進入引擎的。在引擎概論中我們曾提到活塞在汽缸內的運作，當引擎處于進氣行程時，活塞往下運動使汽缸內產(chǎn)生真空(也就是壓力變小)，好與外界空氣產(chǎn)生壓力差，讓空氣能進入汽缸內。舉例來說，大家都應該有被打過針，也看過護士小姐如何將藥水吸入針桶內吧！假想針桶就是引擎，那么當針桶內的活塞向外抽出時，藥水就會被吸入針桶內，而引擎就是這樣把空氣吸到汽缸內的。



由于進氣端的溫度較低，復合材料開始成為熱門的進氣歧管材質，其質輕則內部光滑，能有效減少阻力，增加進氣的效率。

好了，回到主題，進氣歧管位于節(jié)氣門與引擎進氣門之間，之所以稱為「歧管」，是因為空氣進入節(jié)氣門后，經(jīng)過歧管緩沖統(tǒng)后，空氣流道就在此「分歧」了，對應引擎汽缸的數(shù)量，如四缸引擎就有四道，五缸引擎則有五道，將空氣分別導入各汽缸中。以自然進氣引擎來說，由于進氣歧管位于節(jié)氣門之后，所以當引擎油門開度小時，汽缸內無法吸到足量的空氣，就會造成歧管真空度高；而當引擎油門開度大時，進氣歧管內的真空度就會變小。因此，噴射供油引擎都會在進氣歧管上裝設一個壓力計，供給ECU判定引擎負荷，而給予適量的噴油。

歧管真空不只可用來供給判定引擎負荷的壓力訊號，還有許多用處呢！如煞車也需要利用引擎的真空來輔助，所以當引擎發(fā)動后煞車踏板會輕盈許多，就是因為有真空輔助的緣故。還有某些形式的定速控制機構也會利用到歧管真空。而這些真空管一旦有泄漏或者不當改裝，會造成引擎控制失調，也會影響煞車的作動，所以奉勸讀者盡量不要于真空管上作不當?shù)母难b，以維護行車的安全。

進氣歧管的設計也是大有學問的，為了引擎每一汽缸的燃燒狀況相同，每一缸的歧管長度和彎曲度都要盡可能的相同。由于引擎是由四個行程來完成運轉程序，所以引擎每一缸會以脈沖方式進氣，依據(jù)經(jīng)驗，較長的歧管適合低轉速運轉，而較短的歧管則適合高轉速運轉。所以有些車型會采用可變長度進氣歧管，或連續(xù)可變長度進氣歧管，使引擎在各轉速域都能發(fā)揮較佳的性能。

直列引擎 VS V型引擎直列引擎

直列引擎



一如其名，直列引擎的汽缸均排成一直線。
引擎的所有汽缸均排列在同一平面上，形成一直列的情形，稱為直列引擎。以直列四汽缸引擎為例，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「Line 4」或「L6」以代表直列4汽缸或是直列6汽缸引擎之意。

V型引擎



汽缸數(shù)增加，采用V型汽缸配置的引擎可以有效減少引擎體積，增加車室空間。

引擎的汽缸分別排列在二個平面上，此二個平面相互產(chǎn)生一個夾角。汽缸呈V型排列的引擎會因汽缸數(shù)量的不同，而有60、90、120度三種常見的角度。夾角為180度的引擎則另外稱為「水平對置式引擎」。

冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)的功用

冷卻系統(tǒng)的功用是帶走引擎因燃燒所產(chǎn)生的熱量，使引擎維持在正常的運轉溫度范圍內。引擎依照冷卻的方式可分為氣冷式引擎及水冷式引擎，氣冷式引擎是靠引擎帶動風扇及車輛行駛時的氣流來冷卻引擎；水冷式引擎則是靠冷卻水在引擎中循環(huán)來冷卻引擎。不論采何種方式冷卻，正常的冷卻系統(tǒng)必須確保引擎在各樣行駛環(huán)境都不致過熱。

冷卻循環(huán)

因為多數(shù)車輛皆采用水冷式引擎，所以本文以介紹水冷式引擎之冷卻循環(huán)為主。在水冷引擎的冷卻循環(huán)中，可分為「小循環(huán)」與「大循環(huán)」。小循環(huán)是指冷卻水僅在引擎內循環(huán)，而大循環(huán)則是冷卻水在引擎與熱交換器 (水箱) 間循環(huán)。為什么要有大循環(huán)與小循環(huán)呢？主要是因為引擎在冷車時溫度低，此時少量的冷卻水在引擎內作小循環(huán)，使引擎能迅速達到工作溫度；一旦引擎達到工作溫度，控制大、小循環(huán)轉換的溫度控制閥 (俗稱水龜) 則會開啟，讓冷卻水能流至水箱內讓空氣將熱帶走，引擎溫度越高，水龜開啟的程度就越大，冷卻水的流量也越大，好帶走更多的熱量。冷卻水的循環(huán)是靠水泵浦帶動的，水泵浦則是由引擎的運轉所驅動，所以當引擎轉速越高，水泵浦的運轉效率也越高。

冷卻液的特性

冷卻液是由純水與水箱精案一定比例調制而成，水箱精能提高冷卻水的沸點。純水在常溫常壓下的沸點是100℃，一旦引擎溫度過高，會使冷卻水沸騰成為水蒸氣，而水在氣態(tài)下的熱對流系數(shù)遠低于液態(tài)，所以氣態(tài)的水蒸氣幾乎無法帶走引擎的熱量，此時引擎溫度會迅速升高而損害引擎。所以水箱精將冷卻水的沸點提高，以確保冷卻液在高溫時仍是液態(tài)，才能帶走引擎產(chǎn)生的熱。

供油系統(tǒng)

化油器

我們在「進氣系統(tǒng)」這個單元時有約略談過化油器，化油器最主要的功用是控制進入進氣歧管的燃料流量，以及使燃料與空氣正確混合。化油器主要是利用「文氏管 (Venturi) 效應」將燃油吸入化油器內與空氣混合，供引擎燃燒。什么是文氏管效應呢？依據(jù)流體力學中的「白努利 (Bernoulli) 定律」，在一個連續(xù)固定的流場中，當流體流速增加時，流體的壓力會下降。而文氏管效應就是利用流體 (空氣) 流速增加所產(chǎn)生的低壓吸力，而將燃油吸入空氣中。在化油器中，空氣流經(jīng)口徑較窄的喉部被加速，因加速產(chǎn)生的低壓會將燃油吸出與空氣混合。

常見的化油器設計，是將燃油送至化油器浮筒室中儲存，當節(jié)流閥板開啟時，燃油會因文氏管效應而從主油孔讓燃油被吸至空氣流道中，除此之外，還有怠速控制系統(tǒng)來控制怠速及低負荷的燃油供應；副文氏管系統(tǒng)則在引擎油門全開時將油氣增濃；加速泵會在突然大腳油門時，給予引擎更多的燃料好維持正確的燃燒，以提供實時的加速性；阻風門在冷車啟動時，會擋住大部分的空氣進入化油器，以提供較濃的油氣，使引擎能正常啟動。

雖然化油器的成本低、可靠度高，而且維修、保養(yǎng)容易，但由于化油器幾乎是以機械方式供油，其供油精準度已無法應付嚴苛的環(huán)保法規(guī)，所以這幾年市售的新型汽車，已經(jīng)不再使用化油器了。

噴射供油

近年來上市的車輛，幾乎都是采用噴射供油系統(tǒng)，最主要的原因也是因為要因應日趨嚴苛的環(huán)保法規(guī)。噴射供油系統(tǒng)從早期的機械式單點噴射一直演化至目前的電子式多點噴射，那么，何謂單點噴射及多點噴射呢？假設一個四缸的引擎，由單個噴油嘴至于進氣歧管分支之前，油料由一處噴入后在隨著進氣分布到四個汽缸內，這是單點噴射；而噴油嘴置于四個汽缸之各器缸的進氣道者，因為每缸各有一個噴油嘴，四缸引擎則有四個噴油嘴，這稱為多點噴射，本單元將談論目前廣泛使用之多點噴射的原理。

從燃油路徑來看，首先燃油泵浦自油箱中將油料送至輸油管中，輸油管再將油料送至油軌內，而油軌由調壓閥來控制燃油壓力，并且確保送至各缸的燃油壓力皆能相同。另一方面，調壓閥也會借著泄壓將過多的油料送至回油管而流回油箱中。而噴油嘴一端連接于油軌上，噴嘴則為于各個器缸的進氣道上。引擎ECU根據(jù)引擎運轉狀況會對噴油嘴下達噴油指令，噴油量是由燃油壓力及噴油嘴噴油時間所決定，燃油壓力在油軌處已由調壓閥所控制，而燃油調壓閥之壓力是由歧管真空 (引擎負荷) 調整，所以ECU能控制的就是噴油時間，當引擎需要較多的燃油時，噴油時間就會較長，反之則噴油時間較短。

噴油嘴本身是一個常閉閥 (常閉閥的意思是當沒有輸入控制訊號時，閥門一直處于關閉狀態(tài)；而常開閥則是當沒有輸入控制訊號時，閥門一直處于開啟狀態(tài))，由一個閥針上下運動來控制閥的開閉。當ECU下達噴油指令時，其電壓訊號會使電流流經(jīng)噴油嘴內的線圈，產(chǎn)生磁場來把閥針吸起，讓閥門開啟好使油料能自噴油孔噴出。

噴射供油的最大優(yōu)點就是燃油供給之控制十分精確，讓引擎在任何狀態(tài)下都能有正確的空燃比，不僅讓引擎保持運轉順暢，其廢氣也能合乎環(huán)保法規(guī)的規(guī)范。

點火系統(tǒng)

引擎依照運轉模式不同可分為火花點火(SI Spark Ignition)引擎及壓縮點火(CI Compression Ignition)引擎，汽油引擎屬于火花點火引擎，而柴油引擎則屬于壓縮點火引擎。汽油引擎既是屬于火花點火引擎，其點火就必須借著點火系統(tǒng)來完成。

火花（星）塞

顧名思義，火花點火引擎要點火就必須靠火花，而火花是借著火星塞產(chǎn)生的。火星塞藉螺牙鎖付在引擎燃燒式的頂端，也就是在缸頭上進、排氣門之間，火星塞在頭部有一中央電極及接地電極，接地電極是由螺牙部分延伸出來成L形，與中央電極維持0.7到0.9mm的間隙，火星塞尾部則與高壓導線連接。

當高壓導線將極高的電壓送至火星塞時，造成火星塞的兩個電極間極大的電位差，導致兩極間隙間原本無法導電的空氣成為導體，電流便以離子流 (Ionizing Streamers) 的方式由一個電極傳至另一電極，產(chǎn)生電弧 (Electric Arc) 來點燃引擎是中的油氣。若您還是覺得不好理解，可以去觀察瓦斯爐或放電式打火機的點火方式，火星塞的點火方式跟它們很類似。

各式火星塞除了會有大小上不同外，相同大小的火星塞還會有熱值 (Heat Rating) 的不同。熱值大的火星塞其電極絕緣包覆的部分較長，適用運轉溫度較低的引擎；而熱值較小的火星塞其電極絕緣包覆的部分較長，適用運轉溫度較高的引擎，如競技用引擎。各式車輛必須依照原廠規(guī)定的火星塞規(guī)格選用火星塞，若使用熱值過高的火星塞，引擎容易因溫度過高而爆震；使用熱值過低的火星塞，引擎則可能因燃燒溫度過低而造成燃燒不完全或積碳。

分電盤點火與電子點火

分電盤是以機械方式控制各缸的點火時機，其中有一轉子在分電盤中旋轉，其旋轉軸是由引擎帶動并且轉速是引擎曲軸轉速的二分之一，連接至各缸火星塞的接點則依序設置在分電盤四周。當轉子在分電盤中旋轉時，會依序使各缸接點之觸發(fā)電流導通，并藉高壓導線將電傳送至火星塞，使火星塞點火。

分電盤上會有一個慣性彈簧-飛輪組來控制隨著引擎轉速不同之點火提前角，也有真空機構隨著不同的引擎負荷來控制點火提前角。雖然如此，因為分墊盤的點火提前角控制皆為機械式，以引擎科技而言，還是無法稱得上精確，但是因成本關系，也有少數(shù)2000c.c.以下的引擎采用分電盤點火。

機械組件雖然可靠，但用來作引擎系統(tǒng)的控制總不若電子組件來得精確。在環(huán)保法規(guī)的日益嚴苛及消費者對性能的重視，各家車廠紛紛采用電子點火系統(tǒng)，及其它電子控制系統(tǒng)。電子點火是每兩缸或每一缸由一個高壓點火線圈負責，由ECU個別對點火線圈下達點火訊號，其點火提前角是由ECU依據(jù)引擎運轉狀況計算而得，可依據(jù)引擎運轉作靈活的調整；若配備有爆震感知器的引擎，ECU也能直接對某缸作點火角提前或延后的動作。所以，爆震感知器只能裝設在有電子點火的引擎上，因為分電盤的點火提前角是不受ECU控制的。

排氣系統(tǒng)

排氣歧管


圖中顯示四缸引擎其中兩缸的排氣歧管。由左邊的剖面可以看到排氣歧管直接連接在排氣孔后，再結合為一。排氣歧氣在設計上會盡量讓各缸的阻力相同，以讓排氣順暢。

新鮮空氣與汽油混合進入引擎燃燒后，產(chǎn)生高溫高壓的氣體推動活塞，當氣體能量釋放后，對引擎就不再有價值，這些氣體就成為廢氣被排放出引擎外。廢氣自汽缸排出后，隨即進入排氣歧管，各缸的排氣歧管匯集后，經(jīng)過排氣管將廢氣排出。而就如進氣歧管一樣，氣體在排氣歧管內也是以脈沖的方式離開引擎，所以各缸的排氣歧管長度及彎度也要設計成盡量相同，使各缸的排氣都能一樣的順暢。

觸媒轉換器

在說到觸媒轉換器之前，我們先簡單的認識一下引擎廢氣的組成成分。汽油是一種碳氫化合物，在汽油分子中幾乎都是碳及氫原子，這些碳及氫燃燒后照理應該是產(chǎn)生二氧化碳 (CO2)及水 (H2O)，但是因為少量混合氣未完全燃燒，并且會有少許機油 (有未燃燒的也有以燃燒的) 被排放出來，所以會產(chǎn)生HC (碳氫化合物) 及CO (一氧化碳)。再者，進到引擎內的空氣中，含有百分之八十的氮氣 (N2)，但經(jīng)過燃燒室的高溫，原本很穩(wěn)定的氮，會與空氣中的氧 (O2)化合，產(chǎn)生NO及NO2，統(tǒng)稱NOx。HC、CO及NOx都會造成環(huán)境污染且對人體有害，所以世界各國都會制訂環(huán)保法規(guī)，針對車輛排污加以限制。

由于環(huán)保法規(guī)對車輛排污的標準相當嚴苛，不論怠速、加速、低速行駛、高速行駛或減速，都必須符合排污標準，車輛在面對這么嚴苛的限制，除了在性能與排污中取得平衡點外，唯一的「撇步」就是觸媒轉換器了。觸媒轉換器通常以貴重金屬為原料，有氧化型觸媒、還原型觸媒及目前絕大多數(shù)車輛采用的三元觸媒轉換器。



從排氣歧管之后，便接上觸媒轉換器，以將未完全燃燒之污染物轉換為無害物質，保護環(huán)境。

再來上個簡單的化學課，排污中的HC和CO都是因為燃燒不完全所產(chǎn)生的，要消除它們就必須再燃燒它們，也就是使它們氧化，所以這是氧化型觸媒的任務。而NOx的生成則是因為氮被氧化所致，所以必須還原型觸媒來將NOx還原氮氣。三元觸媒轉換器則是讓HC和CO的氧化及NOx的還原都發(fā)生在同一觸媒中。而「觸媒」本身并不參與氧化或還原的化學反應，它只是化學反應中的催化劑。

觸媒轉換器位于哪里呢？早期的觸媒轉換器多設置于排氣管中段的位置，而近來多裝在緊接排氣歧管之后，好使觸媒加快達到工作溫度。觸媒必須在接近500度的高溫下，才能獲得較好的轉換效率，低溫時則幾乎沒有轉換能力，故冷車的排污量相當大。所以在此也要提醒所有車主，千萬不要在室內或地下停車場內熱車，盡量車一發(fā)動就開到室外，才不至于毒害自己或是其它在停車場內的人員。

消聲（音）器

顧名思義，消音器就是用來消除排氣的噪音，使車輛行駛起來更寧靜。一般消音器中會有數(shù)個膨脹室，引擎排放出來的廢氣經(jīng)過數(shù)個膨脹程序后，會使得排氣脈沖緩和而消除噪音。然而，由于氣體在消音器路徑復雜，換言之也就是消音器降低了排氣的順暢性，所以也會略略影響引擎性能。有些人會自行改裝直通式排氣尾管，這樣雖然稍稍提升引擎性能，卻會大大增加排氣噪音，所以這是不值得肯定也是違反交通規(guī)定的行為。

潤滑系統(tǒng)

燃料進入引擎燃燒后，將燃料的內能轉換成「功」來使引擎運轉，然而并不是所有的「功」都用來驅動引擎的運轉，因為引擎中機件間的摩擦會消耗引擎產(chǎn)生的功，而將其轉換為熱能。為了降低磨差來保護引擎，必須有一潤滑系統(tǒng)來潤滑引擎。

機油的功用

沒錯，機油正是在引擎中扮演潤滑的角色。機油除了能潤滑引擎降低摩擦外，還有防止引擎金屬腐蝕、消除進入引擎中的灰塵及其它污染物、在活塞與汽缸壁間幫助燃燒室氣蜜、為活塞及軸成等零件冷卻及消除引擎內不必要的產(chǎn)物。

機油的循環(huán)

引擎中大部分的機油都儲存于油底殼中，機油的循環(huán)由隨引擎轉動之機油泵浦驅動，自油底殼將機油吸出，經(jīng)過機油濾清器濾掉雜質后，高壓的機油從引擎的機油流道流至引擎各處，潤滑或冷卻各個機件，最后在流回油底殼中。

引擎中會有極少量的機油進入燃燒室被燃燒，所以機油有少量的消耗是正常的。然而若過量的機油由活塞與汽缸壁的間隙往上進入燃燒室稱為「上機油」，而機油由汽缸頭之閥系間隙向下流入燃燒室中則稱為「下機油」，二者都是所謂的「吃機油」。引擎若是有吃機油的現(xiàn)象，當然機油會消耗很快，而且因為機油大量燃燒的關系，會自排氣管排出淡青色的煙，此時必須去保修場檢查是「上機油」或「下機油」，好對癥下藥。

機油的選用

機油依據(jù)其成分可分為全合成、半合成及礦物油，一般來說，全合成機油在引擎中隨引擎運轉的衰退程度較低，而礦物油的衰退程度較高。但是若是車輛都能在原廠指定之換油或時間內更換機油，就算使用礦物油，也不會對引擎造成任何傷害。

機油除了有成分上的不同，也在「黏度指數(shù)」上有區(qū)別。黏度指數(shù)是指機油黏度隨溫度改變的程度，目前最常使用的機油黏度分類是依照SAE號數(shù)分類，不同的號數(shù)對應不同的黏度范圍，號數(shù)越大代表黏度越大。SAE編號后方加上W者指適用于寒冷氣候的機油，其編號越小者黏性越小，引擎在寒冷的冬天越容易啟動。
機油號數(shù)除了SAE 50 (例) 或SAE 10W (例) 等單級機油外，還有如10W-40等之復級機油，復級機油能同時滿足高溫與低溫的使用需求。目前市面上常見的多為復級機油，復級機油于W之前的號數(shù)越低、后方的號數(shù)越高者，表示該機油能適用的氣候范圍較大。以臺灣的氣候狀況，10W-40已經(jīng)能滿足，若引擎長時間以高負荷、高轉速運轉者，則可選用黏度較高的機油。

水泵、發(fā)電機與壓縮機

所謂附件，就是在維持引擎基本運轉所需之外的機件，而這些機見識由引擎附件皮帶所驅動。通常引擎附件包括：發(fā)電機、水泵浦、冷氣壓縮機及動力方向盤泵浦等，以下對這幾項附件作概略介紹。



引擎是車輛主要的動力來源，因此壓縮機、泵浦、發(fā)電機等都與引擎以皮帶連結，利用引擎運轉的輸出帶動，提供冷卻、潤滑、空調、供電及轉向輔助等功能。

發(fā)電機：

發(fā)電機利用引擎的運轉為動力，將動能轉換為電能，再將電量儲存于電瓶中，以供車上所有電器使用。發(fā)電機若損壞會失去充電能力，電瓶內的電量就會逐漸消耗到完全沒電為止。所以車子的電瓶若是經(jīng)常沒電，除了要檢查電瓶外，也要檢查發(fā)電機是否還正常。

水泵：

水泵浦提供引擎冷卻水能正常循環(huán)所需的壓力，嚴格來說不該算是附件，只是有些引擎利用附件皮帶來驅動水泵浦。水泵浦一旦失效，引擎則會失去冷卻能力，此時若沒有短時間內將引擎熄火，常會使引擎因過熱而嚴重受損。

冷氣壓縮機：
常有人認為車上的冷氣壓縮機是靠電力驅動，其實冷氣壓縮機動力是來自引擎的運轉，并由附件皮帶所帶動。當駕駛在車內按下冷氣開關時，冷氣壓縮機上的離合器便會與被附件皮帶帶動而旋轉的惰輪接合，此時壓縮機就會開始運作。所以當引擎不運轉時壓縮機是完全不會運轉的；然而一旦壓縮機開始運轉，是會耗損些許引擎動力的，當然油耗也會有些許的增加。

動力方向盤泵浦：

配備動力方向盤的車，方向盤會變得比較輕盈，這是因為動力方向盤泵浦利用引擎的動力，產(chǎn)生油壓來輔助方向機轉向，所以動力方向盤也是在引擎發(fā)動時才有作用的。然而和冷氣壓縮機一樣，動力方向盤泵浦也是會消耗引擎動力并造成油耗的。

附件皮帶

引擎的兩端分別稱為飛輪端與附件端，飛輪端連接變速箱，而附件端則是掛載引擎附件。所有附件安置于引擎附件端，是由一至二條皮帶將所有附件連上曲軸。而附件皮帶上都會有一個張力器來調整皮帶張力，如果張力過松，通常皮帶在運轉時會產(chǎn)生尖銳的聲音，所以當有些車子在起步時，會伴隨著尖銳的聲音，這都是皮帶在作祟。

附件皮帶也是需要定期更換的，通常是在更換正時皮帶時一并更換。若車輛在行駛中附件皮帶斷裂，附件便會停止作動，而由附件皮帶帶動的水泵浦也會失去作用而損害引擎。所以有些引擎會將水泵浦設計至以正時皮帶或煉條帶動，為的就是當附件皮帶斷裂時，隨然失去冷氣及方向盤動力輔助，但引擎還能正常運轉，以便將車開至保修場。

排氣與環(huán)保

EGR

EGR(Exhaust Gas Recirculation廢氣再回收)是從排氣歧管接出一個旁通管至進氣歧管內，而將部分引擎廢氣隨著新鮮空氣導入引擎中燃燒，導入廢棄的量是由ECU依據(jù)當時引擎轉速、負荷等訊息所計算出來，并由EGR閥所控制。

EGR的功用最主要是用來降低引擎中NOx的排放量的，我們在「觸媒轉換器」單元中有介紹過廢棄成分的產(chǎn)生，其中NOx的產(chǎn)生是因為引擎燃燒溫度過高所致。本來，要降低燃燒溫度來抑制NOx的生成最好的方法就是延后點火提前角，然而點火角延后會大幅降低引擎性能并且提高油耗量，所以目前最好的解決方是就是裝設EGR。EGR雖然會小幅的犧牲一點引擎性能，但卻能降低引擎燃燒溫度，以控制NOx的生成。經(jīng)實驗證明，正確的利用EGR能降低百分之50的NOx生成量。如此便能大大減低觸媒轉換器的負擔，降低觸媒對于NOx的配方量，而節(jié)省觸媒轉換器的制造成本。

含氧感知器

含氧感知器(O2 Sensor)裝在觸媒轉換器的前端，引擎ECU借著含氧感知器偵測廢氣中的含氧量，來判定引擎燃燒狀況，以決定噴油量的多寡。當含氧感知器偵測到較濃的氧含量時，表示當時引擎為「稀油」燃燒，所以ECU會使噴油嘴的噴油量增加；相反的，當含氧感知器偵測到較稀的氧含量時，表示當時引擎為「濃油」燃燒，所以ECU會減少噴油嘴的噴油量。

然而，引擎噴油量主要并不是含氧感知器決定，引擎在每個轉速及負荷下該噴多少油，引擎調校工程師都已經(jīng)在引擎調校時定義好了，而含氧感知器所傳送的含氧量訊息，只是在ECU對引擎作閉回路控制時的回饋訊號，使引擎的噴油量在調校工程師的定義下，再針對當時引擎的運轉狀況作些微的修正，讓引擎的運轉能處于最佳狀態(tài)，這就是一般人所說ECU的學習功能。所以當含氧感知器壞掉時，引擎還是能正常運作，但就是少了自我修正的功能。這樣，引擎的運轉就不能確保在最佳狀態(tài)，并且也有可能造成排污值過高而加速觸媒轉換器的老化，所以當含氧感知器壞掉時，儀表版上的警示燈會亮起。

傳動系統(tǒng)

汽車要行駛在道路上必須先使車輪轉動，要如何將引擎的動力傳送到車輪并使車輪轉動？負責傳遞動力讓汽車發(fā)揮行駛功能的裝置就是傳動系統(tǒng)，汽車沒有了它就會成為一臺發(fā)電機和燒錢的機器了。

在基本的傳動系統(tǒng)中包含了負責動力接續(xù)的裝置、改變力量大小的變速機構、克服車輪之間轉速不同的差速器，和聯(lián)結各個機構的傳動軸，有了這四個主要的裝置之后就能夠把引擎的動力傳送到輪子上了。

一、動力接續(xù)裝置

1. 離合器：這組機構被裝置在引擎與手排變速箱之間，負責將引擎的動力傳送到手排變速箱。
2. 扭力轉換器：這組機構被裝置在引擎與自排變速箱之間，能夠將引擎的動力平順的傳送到自排變速箱。在扭力轉換器中含有一組離合器，以增加傳動效率。

二、變速機構

1. 手動變速機構：一般稱為「手排變速箱」。以手動操作的方式進行換檔。
2. 自動變速機構：一般稱為「自排變速箱」。利用油壓的作動去改變檔位。

三、差速器

當車輛在轉向時，左、右二邊的輪子會產(chǎn)生不同的轉速，因此左、右二邊的傳動軸也會有不同的轉速，于是利用差速器來解決左、右二邊轉速不同的問題。

四、傳動軸

將經(jīng)過變速系統(tǒng)傳遞出來的動力，傳遞至車輪進而產(chǎn)生驅動力道的機構。

變速系統(tǒng)

汽車在起步加速時須要比較大的驅動力，此時車輛的速度低，而引擎卻必須以較高的轉速來輸出較大的動力。當速度逐漸加快之后，汽車所須要的行駛動力也逐漸降底，這時候引擎只要以降低轉速來減少動力的輸出，即可提供汽車足夠的動力。汽車的速度在由低到高的過程中，引擎的轉速卻是由高變到低，要如何解決矛盾現(xiàn)象呢？于是通稱為「變速箱」的這種可以改變引擎與車輪之間換轉差異的裝置為此而生。

變速箱為因操作上的需求而有「手動變速箱」與「自動變速箱」二種系統(tǒng)，這二種變速箱的做動方式也不相同。近年來由于消費者的需求以及技術的進步，汽車廠開發(fā)稱為「手自排變速箱」的可以手動操作的自動變速箱；此外汽車廠也為高性能的車輛開發(fā)出稱為「自手排變速箱」的附有自動操作功能的手動變速箱。目前的F1賽車全面使用「自手排變速箱」，因此使用此類型手動變速箱的車輛均標榜采用來自F1的科技。

手排變速系統(tǒng)

在手動變速系統(tǒng)里面含有離合器、手動變速箱二個主要部份。

離合器：是用來將引擎的動力傳到變速箱的機構，利用磨擦片的磨擦來傳遞動力。一般車型所使用的離合器只有二片磨擦片，而賽車和載重車輛則使用具有更磨擦片的離合器。離和器還有干式與濕式二種，濕式離合器目前幾乎不再被使用于汽車上面。

手動變速箱：以手動方式操作變速箱去做變換檔位的動作，使手動變速箱內的輸入軸和輸出軸上的齒輪嚙合。多組不同齒數(shù)的齒輪搭配嚙合之后，便可產(chǎn)生多種減速的比率。目前的手動變速箱均是使用同步齒輪的嚙合機構，使換檔的操作更加的簡易，換檔的平順性也更好。

自排變速系統(tǒng)

為了使汽車的操作變得簡單，并讓不擅于操作手動變速箱的駕駛者也能夠輕易的駕駛汽車，于是制造一種能夠自動變換檔位的變速箱就成為一件重要的工作，因此汽車工程師在1940年開發(fā)出世界首具的自動變速箱。從此以后駕駛汽車在起步、停止以及在加減速的行駛過程中，駕駛者就不需要再做換檔的動作。

北京現(xiàn)代現(xiàn)代的自動變速系統(tǒng)里面含有液體扭力轉換器、自動變速箱、電子控制系統(tǒng)三個主要部份。在電子控制系統(tǒng)里面加入手動換文件的控制程序，就成了具有手動操作功能的「手自排變速箱」。

液體扭力轉換器：在主動葉輪與被動葉輪之間，利用液壓油做為傳送動力的介質。將動力自輸入軸傳送到對向的輸出軸，經(jīng)由輸出軸再將動力傳送到自動變速箱。

由于液壓油在主動葉輪與被動葉輪之間流動時會消耗掉部份的動力。為了減少動力的損失，在主動與被動葉輪之間加入一組不動葉輪使能量的傳送效率增加；以及在液體扭力轉換器內加入一組離合器，并在適當?shù)男旭偁顟B(tài)下利用離合器將主動與被動葉輪鎖定，讓主動與被動葉輪之間不再有轉速的差異，進而提高動力的傳送效率。

自動變速箱：以行星齒輪組構成換檔機構，利用油壓推動多組的摩擦片，去控制行星齒輪組的動作，以改變動力在齒輪組的傳送路徑，因而產(chǎn)生多種不同的減速比率。Toyota Celsior(Lexus LS430)在2003年起用六速自動變速箱，使Toyota成為第三家采用六速自動變速箱的汽車制造廠。

電子控制系統(tǒng)：早期的機械式自動變速箱的換檔控制是以油壓的壓力變化去決定何時做換檔的動作，即使經(jīng)過多年的研究及改良，機械式自動變速箱的換文件性能仍然不盡人意。于是電子式自動變速箱便因應而出了。為了使換檔的時機更加的精確，以及獲得更加平順的換文件質量，各汽車制造廠均投入大量的資源，針對自動變速箱的電子控制系統(tǒng)做研究。例如在Toyota汽車的自動變速箱都具有Lup-s、ECT-i的電子控制機能，在較新型式的自動變速箱中還加入了「N文件控制」系統(tǒng)。