◆文/上海 莊開明

學(xué)習(xí)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)基本常識(shí)的啟示
—— 學(xué)會(huì)知識(shí)，更要學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)

◆文/上海 莊開明

莊開明先生所學(xué)專業(yè)為汽車設(shè)計(jì)，畢業(yè)后從事汽車電氣設(shè)計(jì)開發(fā)工作，后轉(zhuǎn)向汽車診斷維修工作，再后來又從事汽車專業(yè)職業(yè)教育工作。從汽車設(shè)計(jì)與制造，到汽車維修與汽修人才的培養(yǎng)，莊開明先生的職業(yè)經(jīng)歷覆蓋了大半條汽車產(chǎn)業(yè)鏈。

莊開明個(gè)人語錄：

“凡是大家認(rèn)為對的，往往是錯(cuò)誤的?！?/p>

“任何復(fù)雜的事物，往往有簡單的道理；簡單的事物，往往有豐富的內(nèi)涵。”

“別人的失敗，乃我成功之母。”

“學(xué)技術(shù)重要，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)更重要?！?/p>

“只有按程序、按規(guī)范工作，才是真正的汽車維修診斷專家。”

“改變思維，一切變得簡單。”

大家常說，發(fā)動(dòng)機(jī)就是汽車的心臟。這句話對嗎？如果對的話，那這句話僅是針對車主和對汽車不夠了解的人，用形象比喻的方法來解釋發(fā)動(dòng)機(jī)是什么，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)像心臟一樣，是給車輛提供動(dòng)力的裝置。如果說這句話不對，一樣是正確的。因?yàn)樯厦孢@句話沒有解釋發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)含義，即發(fā)動(dòng)機(jī)基本定義。當(dāng)對汽車專業(yè)人士講發(fā)動(dòng)機(jī)是什么的時(shí)候，必須用技術(shù)語言來描述發(fā)動(dòng)機(jī)，即我們所說的術(shù)語。那么，當(dāng)我們使用術(shù)語與大家進(jìn)行交流和學(xué)習(xí)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)是什么呢？發(fā)動(dòng)機(jī)就是汽車中將其他能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的機(jī)器。發(fā)動(dòng)機(jī)術(shù)語的內(nèi)涵給我們帶來什么啟示呢？在這里，我們先要確定研究的方向和目標(biāo)—— 發(fā)動(dòng)機(jī)診斷和發(fā)動(dòng)機(jī)維修。

發(fā)動(dòng)機(jī)到底是什么

我們做什么事情，包括學(xué)習(xí)知識(shí)，都必須先專心后聯(lián)想。先聯(lián)想是胡思亂想、空想、瞎想；后聯(lián)想才能發(fā)明創(chuàng)造。

發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)涵告訴我們(針對診斷與維修)：機(jī)器由機(jī)構(gòu)組成，可以實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。機(jī)構(gòu)只實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、力的傳遞轉(zhuǎn)換和能量的傳遞。分析發(fā)動(dòng)機(jī)不僅要考慮運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)，更要考慮能量學(xué)。從診斷學(xué)意義上講，輸入能量與轉(zhuǎn)換效率的乘積就是有效機(jī)械能的輸出。關(guān)注輸入能量多少，轉(zhuǎn)換效率高低，就確定了診斷思路。圍繞能量多少和轉(zhuǎn)換效率高低，可以確定診斷主線和思路，把它們轉(zhuǎn)化為我們需要證明的診斷信息即診斷參數(shù)，就可以證明故障原因和部位了。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)(在這里僅討論活塞往復(fù)式的發(fā)動(dòng)機(jī))是什么呢？就是將燃料的化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為熱能，熱能通過熱力循環(huán)轉(zhuǎn)化為壓力能，壓力能通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并有效輸出的裝置。以上解釋告訴我們什么信息呢？一個(gè)輸入，即輸入一定量的燃料(能量)，它決定發(fā)動(dòng)機(jī)量的因素。三個(gè)轉(zhuǎn)化效率，即燃燒效率、熱力循環(huán)效率、機(jī)械效率，它們決定發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)的因素。一個(gè)有效輸出，即輸出機(jī)械能，表現(xiàn)為輸出轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、負(fù)荷。兩個(gè)無效輸出，即冷卻系統(tǒng)熱能和排放廢氣熱能。以上這些，是分析發(fā)動(dòng)機(jī)問題前需要了解的。

關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)的五條推論

由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)定義、系統(tǒng)學(xué)、數(shù)學(xué)邏輯可以證明以下問題。

1.如果發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下，有效輸出和無效輸出正常，則發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常。

2.如果發(fā)動(dòng)機(jī)輸入正常，三個(gè)轉(zhuǎn)換效率正常，則發(fā)動(dòng)機(jī)有效輸出一定正常。

3.如果發(fā)動(dòng)機(jī)工作不正常，則發(fā)動(dòng)機(jī)或輸入或轉(zhuǎn)換效率不正常。

4.如果發(fā)動(dòng)機(jī)或輸入或轉(zhuǎn)換效率不正常，發(fā)動(dòng)機(jī)工作一定不正常。

5.發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常，發(fā)動(dòng)機(jī)一定正常；發(fā)動(dòng)機(jī)正常，發(fā)動(dòng)機(jī)工作不一定正常。

多角度了解發(fā)動(dòng)機(jī)

以大家經(jīng)常遇見的多點(diǎn)噴射式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為例，我們所診斷或維修的是內(nèi)燃式熱力循環(huán)四沖程五過程凸輪氣門式活塞往復(fù)電子控制汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。從設(shè)計(jì)理論、工作原理、結(jié)構(gòu)組織、配氣方式、著火理論、負(fù)荷調(diào)節(jié)、電子控制方面，筆者總結(jié)出的發(fā)動(dòng)機(jī)信息如下。

1.從設(shè)計(jì)理論分析：采用奧拓(Otto)熱力循環(huán)基本原理，它由泵氣機(jī)和熱力循環(huán)機(jī)構(gòu)成。

2.從工作原理分析：應(yīng)用四沖程五過程實(shí)現(xiàn)泵氣和熱力循環(huán)。

3.從結(jié)構(gòu)組織分析：由正時(shí)配氣機(jī)構(gòu)和曲柄連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成。

4.從配氣方式分析：采用正時(shí)凸輪-氣門式，并或應(yīng)用可變技術(shù)。

5.從著火理論分析：利用火花塞點(diǎn)燃，火焰?zhèn)鞑ト紵绞健?/p>

6.從負(fù)荷調(diào)節(jié)分析：采用空燃比基本不變，缸外預(yù)制可燃混合汽的方式，通過節(jié)氣門開度，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣量調(diào)節(jié)負(fù)荷。

7.從電子控制分析：采用主動(dòng)的空氣供給系統(tǒng)和被動(dòng)的燃油供給系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同工況下的空燃比精確控制。

發(fā)動(dòng)機(jī)的方向和位置

下面談?wù)劙l(fā)動(dòng)機(jī)的方向和位置及曲軸正反轉(zhuǎn)的確定。

工程師約定，站在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的延長線上，從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出端，即曲軸飛輪處往曲軸方向看，人的方向和位置就是發(fā)動(dòng)機(jī)的方向和位置。你的左側(cè)就是發(fā)動(dòng)機(jī)的左側(cè)，你的前部就是發(fā)動(dòng)機(jī)的前端。當(dāng)飛輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，就是曲軸正轉(zhuǎn)，即我們所說的正轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。反之，就是反轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，大部分發(fā)動(dòng)機(jī)為反轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。大部分人認(rèn)為本田發(fā)動(dòng)機(jī)是反轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，這是錯(cuò)誤的。如果從發(fā)動(dòng)機(jī)前端看曲軸的旋轉(zhuǎn)方向是反轉(zhuǎn)的，就說是反轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，是違反技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。那么，這告訴我們什么信息呢？就是發(fā)動(dòng)機(jī)方向和位置，是有標(biāo)準(zhǔn)的，是工程師的約定。就像約定電流的方向是正電荷移動(dòng)的方向一樣，這便于發(fā)動(dòng)機(jī)的各種作業(yè)和技術(shù)人員之間的交流。

發(fā)動(dòng)機(jī)的形狀構(gòu)成

接下來，再談?wù)劙l(fā)動(dòng)機(jī)的形狀構(gòu)成。

工程師約定，站在與曲軸相平行的位置，即站在發(fā)動(dòng)機(jī)左側(cè)或右側(cè)水平透視發(fā)動(dòng)機(jī)形狀，它由上箱、下箱、上箱蓋、下箱蓋、前端蓋和后端蓋構(gòu)成。①上箱：即汽缸蓋，安裝配氣機(jī)構(gòu)；②下箱：即缸體-曲軸箱，安裝曲柄連桿機(jī)構(gòu)；③上箱蓋：即氣門室蓋；④下箱蓋：即油底殼；⑤前端蓋：即時(shí)規(guī)蓋，安裝正時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(正時(shí)皮帶傳動(dòng)或正時(shí)鏈條傳動(dòng))；⑥后端蓋：即曲軸后油封端蓋。

發(fā)動(dòng)機(jī)的形狀構(gòu)成告訴我們?nèi)缦滦畔ⅰ?/p>

1.確定發(fā)動(dòng)機(jī)由三個(gè)機(jī)構(gòu)組成。正時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)前端蓋；配氣機(jī)構(gòu)，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上箱即汽缸蓋；曲柄連桿機(jī)構(gòu)，安裝在下箱即缸體－曲軸箱。

2.確定拆裝基本原則。無論是立式直列式、臥式直列式、臥式對稱式，還是“V”型發(fā)動(dòng)機(jī)，一般先拆上箱蓋、下箱蓋，后拆前端蓋、后端蓋，最后分解上箱和下箱。

3.確定診斷基本原則。只需要確定正時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)診斷參數(shù)，不考慮曲柄連桿機(jī)構(gòu)。即使曲柄連桿機(jī)構(gòu)有問題，我們診斷時(shí)也會(huì)視為其正常，這并不影響診斷，而對于噪聲類故障需要考慮。

4.制造精度、材料性質(zhì)和采用活塞環(huán)結(jié)構(gòu)決定發(fā)動(dòng)機(jī)必然有三個(gè)本體循環(huán)系統(tǒng)。潤滑循環(huán)系統(tǒng)，利用機(jī)油泵進(jìn)行循環(huán)；冷卻循環(huán)系統(tǒng)，利用離心式水泵進(jìn)行循環(huán)；曲軸箱通風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，利用工作時(shí)產(chǎn)生的壓力差實(shí)現(xiàn)循環(huán)。

5.發(fā)動(dòng)機(jī)正常與否只取決于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和精度。發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常與否與狀態(tài)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、物理參數(shù)有關(guān)。

6.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)由上箱和下箱構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立氣室，一個(gè)是容積可變的，由各種工質(zhì)組成的高壓氣室，即燃燒室。一個(gè)是容積基本不變，由機(jī)油蒸汽為主形成的常壓機(jī)油室。兩個(gè)氣室通過活塞環(huán)密封，理論上必然產(chǎn)生漏氣，即下排氣，需要曲軸箱通風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)解決。

簡單歸納，發(fā)動(dòng)機(jī)形狀構(gòu)成確定了發(fā)動(dòng)機(jī)本體由三個(gè)機(jī)構(gòu)和三個(gè)循環(huán)系統(tǒng)組成。即正時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)；潤滑循環(huán)系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、曲軸箱通風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制的四條“線”

工程師約定，站在發(fā)動(dòng)機(jī)左側(cè)或右側(cè)與曲軸平行，俯視發(fā)動(dòng)機(jī)，有四條假想的“線”。分別是空氣供給系統(tǒng)一條“線”，即數(shù)個(gè)進(jìn)氣歧管形成的假想線。燃油供給系統(tǒng)一條“線”，即數(shù)個(gè)噴油嘴形成的假想線。點(diǎn)火系統(tǒng)一條“線”，即數(shù)個(gè)火花塞形成的假想線。排氣系統(tǒng)一條“線”，即數(shù)個(gè)排氣歧管形成的假想線。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制的四條“線”告訴我們?nèi)缦滦畔ⅰ?/p>

1.發(fā)動(dòng)機(jī)四條“線”存在于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)部分，而不是發(fā)動(dòng)機(jī)本體。發(fā)動(dòng)機(jī)本體組成可以不變(允許有結(jié)構(gòu)上差異)，但發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的變化就派生出了化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)和單點(diǎn)噴射及多點(diǎn)噴射電控發(fā)動(dòng)機(jī)。

2.電控發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)有五個(gè)。由于采用電子控制，那么五個(gè)系統(tǒng)包括電子控制系統(tǒng)和由四條“線”構(gòu)成的系統(tǒng)。

3.可以確定拆裝順序。先電氣后機(jī)械，先總成后零件，先拆難后拆易。

4.可以確定系統(tǒng)診斷方法。就是按五個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化順序，通過改變診斷條件，確定診斷參數(shù)和測試點(diǎn)，逐一進(jìn)行證明的過程。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制的四條“線”及采用電子控制系統(tǒng)使得發(fā)動(dòng)機(jī)必然有五個(gè)控制系統(tǒng)。分別是空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、排氣凈化系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)。

電控發(fā)動(dòng)機(jī)的組成

1.發(fā)動(dòng)機(jī)三個(gè)機(jī)構(gòu)：正時(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)。

2.發(fā)動(dòng)機(jī)三個(gè)循環(huán)系統(tǒng)：潤滑循環(huán)系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、曲軸箱通風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)。

3.發(fā)動(dòng)機(jī)五個(gè)控制系統(tǒng)：空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、點(diǎn)火控制系統(tǒng)、排氣凈化系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。必須滿足汽車的不同用途需要，所以必須進(jìn)行滿足不同工況的操縱。因此，必然有對應(yīng)的操縱裝置：啟動(dòng)工況，即手操縱；怠速工況，即怠速控制；行駛工況，即腳操縱。

其實(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的組成并不是一成不變的，并且從廣義上分，還包括發(fā)動(dòng)機(jī)儀表指示報(bào)警系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)防盜系統(tǒng)等。

本文內(nèi)容是作者自己通過專業(yè)學(xué)習(xí)和診斷維修經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，僅從診斷與維修角度進(jìn)行闡述。