◆文/上海 莊開明

學習汽車發(fā)動機基本常識的啟示
—— 學會知識，更要學會學習

◆文/上海 莊開明

莊開明先生所學專業(yè)為汽車設計，畢業(yè)后從事汽車電氣設計開發(fā)工作，后轉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。從汽車設計與制造，到汽車維修與汽修人才的培養(yǎng)，莊開明先生的職業(yè)經歷覆蓋了大半條汽車產業(yè)鏈。

莊開明個人語錄：

“凡是大家認為對的，往往是錯誤的。”

“任何復雜的事物，往往有簡單的道理；簡單的事物，往往有豐富的內涵?！?/p>

“別人的失敗，乃我成功之母?！?/p>

“學技術重要，學會學習更重要?！?/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)動機就是汽車的心臟。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)動機是什么，汽車發(fā)動機像心臟一樣，是給車輛提供動力的裝置。如果說這句話不對，一樣是正確的。因為上面這句話沒有解釋發(fā)動機的技術含義，即發(fā)動機基本定義。當對汽車專業(yè)人士講發(fā)動機是什么的時候，必須用技術語言來描述發(fā)動機，即我們所說的術語。那么，當我們使用術語與大家進行交流和學習時，發(fā)動機是什么呢？發(fā)動機就是汽車中將其他能量轉換成機械能的機器。發(fā)動機術語的內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—— 發(fā)動機診斷和發(fā)動機維修。

發(fā)動機到底是什么

我們做什么事情，包括學習知識，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)動機的內涵告訴我們(針對診斷與維修)：機器由機構組成，可以實現(xiàn)能量的轉換。機構只實現(xiàn)運動、力的傳遞轉換和能量的傳遞。分析發(fā)動機不僅要考慮運動學、力學，更要考慮能量學。從診斷學意義上講，輸入能量與轉換效率的乘積就是有效機械能的輸出。關注輸入能量多少，轉換效率高低，就確定了診斷思路。圍繞能量多少和轉換效率高低，可以確定診斷主線和思路，把它們轉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)動機(在這里僅討論活塞往復式的發(fā)動機)是什么呢？就是將燃料的化學能通過燃燒轉化為熱能，熱能通過熱力循環(huán)轉化為壓力能，壓力能通過曲柄連桿機構轉化為機械能，并有效輸出的裝置。以上解釋告訴我們什么信息呢？一個輸入，即輸入一定量的燃料(能量)，它決定發(fā)動機量的因素。三個轉化效率，即燃燒效率、熱力循環(huán)效率、機械效率，它們決定發(fā)動機質的因素。一個有效輸出，即輸出機械能，表現(xiàn)為輸出轉速、扭矩、功率、負荷。兩個無效輸出，即冷卻系統(tǒng)熱能和排放廢氣熱能。以上這些，是分析發(fā)動機問題前需要了解的。

關于發(fā)動機的五條推論

由汽車發(fā)動機定義、系統(tǒng)學、數(shù)學邏輯可以證明以下問題。

1.如果發(fā)動機在不同工況下，有效輸出和無效輸出正常，則發(fā)動機工作正常。

2.如果發(fā)動機輸入正常，三個轉換效率正常，則發(fā)動機有效輸出一定正常。

3.如果發(fā)動機工作不正常，則發(fā)動機或輸入或轉換效率不正常。

4.如果發(fā)動機或輸入或轉換效率不正常，發(fā)動機工作一定不正常。

5.發(fā)動機工作正常，發(fā)動機一定正常；發(fā)動機正常，發(fā)動機工作不一定正常。

多角度了解發(fā)動機

以大家經常遇見的多點噴射式汽油發(fā)動機為例，我們所診斷或維修的是內燃式熱力循環(huán)四沖程五過程凸輪氣門式活塞往復電子控制汽油發(fā)動機。從設計理論、工作原理、結構組織、配氣方式、著火理論、負荷調節(jié)、電子控制方面，筆者總結出的發(fā)動機信息如下。

1.從設計理論分析：采用奧拓(Otto)熱力循環(huán)基本原理，它由泵氣機和熱力循環(huán)機構成。

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

3.從結構組織分析：由正時配氣機構和曲柄連桿機構構成。

4.從配氣方式分析：采用正時凸輪-氣門式，并或應用可變技術。

5.從著火理論分析：利用火花塞點燃，火焰?zhèn)鞑ト紵绞健?/p>

6.從負荷調節(jié)分析：采用空燃比基本不變，缸外預制可燃混合汽的方式，通過節(jié)氣門開度，實現(xiàn)進氣量調節(jié)負荷。

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

發(fā)動機的方向和位置

下面談談發(fā)動機的方向和位置及曲軸正反轉的確定。

工程師約定，站在發(fā)動機曲軸的延長線上，從發(fā)動機輸出端，即曲軸飛輪處往曲軸方向看，人的方向和位置就是發(fā)動機的方向和位置。你的左側就是發(fā)動機的左側，你的前部就是發(fā)動機的前端。當飛輪順時針旋轉時，就是曲軸正轉，即我們所說的正轉發(fā)動機。反之，就是反轉發(fā)動機，大部分發(fā)動機為反轉發(fā)動機。大部分人認為本田發(fā)動機是反轉發(fā)動機，這是錯誤的。如果從發(fā)動機前端看曲軸的旋轉方向是反轉的，就說是反轉發(fā)動機，是違反技術標準規(guī)定的。那么，這告訴我們什么信息呢？就是發(fā)動機方向和位置，是有標準的，是工程師的約定。就像約定電流的方向是正電荷移動的方向一樣，這便于發(fā)動機的各種作業(yè)和技術人員之間的交流。

發(fā)動機的形狀構成

接下來，再談談發(fā)動機的形狀構成。

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

發(fā)動機的形狀構成告訴我們如下信息。

1.確定發(fā)動機由三個機構組成。正時傳動機構，安裝在發(fā)動機前端蓋；配氣機構，安裝在發(fā)動機上箱即汽缸蓋；曲柄連桿機構，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)動機，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。只需要確定正時傳動機構和配氣機構診斷參數(shù)，不考慮曲柄連桿機構。即使曲柄連桿機構有問題，我們診斷時也會視為其正常，這并不影響診斷，而對于噪聲類故障需要考慮。

4.制造精度、材料性質和采用活塞環(huán)結構決定發(fā)動機必然有三個本體循環(huán)系統(tǒng)。潤滑循環(huán)系統(tǒng)，利用機油泵進行循環(huán)；冷卻循環(huán)系統(tǒng)，利用離心式水泵進行循環(huán)；曲軸箱通風循環(huán)系統(tǒng)，利用工作時產生的壓力差實現(xiàn)循環(huán)。

5.發(fā)動機正常與否只取決于發(fā)動機結構參數(shù)和精度。發(fā)動機工作正常與否與狀態(tài)參數(shù)、運行參數(shù)、物理參數(shù)有關。

6.結構特點。發(fā)動機由上箱和下箱構成兩個獨立氣室，一個是容積可變的，由各種工質組成的高壓氣室，即燃燒室。一個是容積基本不變，由機油蒸汽為主形成的常壓機油室。兩個氣室通過活塞環(huán)密封，理論上必然產生漏氣，即下排氣，需要曲軸箱通風循環(huán)系統(tǒng)解決。

簡單歸納，發(fā)動機形狀構成確定了發(fā)動機本體由三個機構和三個循環(huán)系統(tǒng)組成。即正時傳動機構、配氣機構、曲柄連桿機構；潤滑循環(huán)系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、曲軸箱通風循環(huán)系統(tǒng)。

發(fā)動機控制的四條“線”

工程師約定，站在發(fā)動機左側或右側與曲軸平行，俯視發(fā)動機，有四條假想的“線”。分別是空氣供給系統(tǒng)一條“線”，即數(shù)個進氣歧管形成的假想線。燃油供給系統(tǒng)一條“線”，即數(shù)個噴油嘴形成的假想線。點火系統(tǒng)一條“線”，即數(shù)個火花塞形成的假想線。排氣系統(tǒng)一條“線”，即數(shù)個排氣歧管形成的假想線。

發(fā)動機控制的四條“線”告訴我們如下信息。

1.發(fā)動機四條“線”存在于發(fā)動機控制系統(tǒng)部分，而不是發(fā)動機本體。發(fā)動機本體組成可以不變(允許有結構上差異)，但發(fā)動機控制系統(tǒng)的變化就派生出了化油器式發(fā)動機、機械噴射式發(fā)動機和單點噴射及多點噴射電控發(fā)動機。

2.電控發(fā)動機控制系統(tǒng)有五個。由于采用電子控制，那么五個系統(tǒng)包括電子控制系統(tǒng)和由四條“線”構成的系統(tǒng)。

3.可以確定拆裝順序。先電氣后機械，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，逐一進行證明的過程。

發(fā)動機控制的四條“線”及采用電子控制系統(tǒng)使得發(fā)動機必然有五個控制系統(tǒng)。分別是空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、排氣凈化系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)。

電控發(fā)動機的組成

1.發(fā)動機三個機構：正時傳動機構、配氣機構、曲柄連桿機構。

2.發(fā)動機三個循環(huán)系統(tǒng)：潤滑循環(huán)系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、曲軸箱通風循環(huán)系統(tǒng)。

3.發(fā)動機五個控制系統(tǒng)：空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、點火控制系統(tǒng)、排氣凈化系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)。

發(fā)動機是一個能量轉換機器。必須滿足汽車的不同用途需要，所以必須進行滿足不同工況的操縱。因此，必然有對應的操縱裝置：啟動工況，即手操縱；怠速工況，即怠速控制；行駛工況，即腳操縱。

其實，發(fā)動機的組成并不是一成不變的，并且從廣義上分，還包括發(fā)動機儀表指示報警系統(tǒng)和發(fā)動機防盜系統(tǒng)等。

本文內容是作者自己通過專業(yè)學習和診斷維修經驗的總結，僅從診斷與維修角度進行闡述。