鲁达 1 概说
发动机（Engine）是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机（汽油发动机等）、外燃机（斯特林发动机、蒸汽机等）、电动机等。如内燃机通常是把化学能转化为机械能。发动机既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器（如：汽油发动机、航空发动机）。发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。
回顾发动机产生和发展的历史，它经历了蒸汽机、外燃机和内燃机三个发展阶段。
蒸汽机是将蒸汽（如加热锅炉内的水产生高温高压的蒸汽）的能量转换为机械功的往复式动力机械。蒸汽机的出现曾引起了18世纪的工业革命。直到20世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。
外燃机，就是说它的燃料在发动机的外部燃烧，1816年由苏格兰的R.斯特林所发明，故又称斯特林发动机。发动机将这种燃烧产生的热能转化成动能，瓦特改 良的蒸汽机就是一种典型的外燃机，当大量的煤燃烧产生热能把水加热成大量的水蒸汽时，高压便产生了，然后这种高压又推动机械做功，从而完成了热能向动能的转变。
内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。其种类十分繁多，常见的汽油机、柴油机是典型的内燃机。不常见的火箭发动机和飞机上装配的喷气式发动机也属于内燃机。
电动机（Motor）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子（如鼠笼式闭合铝框）形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，
发动机的布置形式对于汽车的性能具有重大影响。对于轿车来说，发动机的布置位置可以简单的分为前置、中置和后置三种。目前市面上大多数车型都是采用的前置发动机，中置和后置发动机只在少数的性能跑车上使用。
4缸4冲程发动机，每个缸的4个冲程（进气、压缩、做功、排气）交替进行，可以确保当有三个缸处于进气、压缩或排气冲程时，总有一个缸处于做功冲程，这样可以保证连续动力的需要；
2 发动机构造
我们知道，汽车的总体构造分为发动机、底盘、车身、电气设备四部分。
我们最常见的两种发动机为汽油发动机和柴油发动机，一般而言，汽油机由两大机构和五大系统组成，即曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统组成；柴油机两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统和起动系统组成，柴油机是压燃的，不需要点火系统。
2.1 曲柄连杆机构
曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。
我们知道发动机共有进气、压缩、做功、排气四个行程，在做功行程中，曲柄连杆机构将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，由于惯性作用又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。
2.2 配气机构
一般汽车的发动机都采用气门式配气机构，其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。
气门传动组的两种常见形式
气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。现代汽车发动机均采用顶置气门，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。
2.3 燃油供给系统
正如名字所示，这套系统就是指用来供给可燃混合气的装置。当然由于燃料的不同，供给方式会有所不同。例如汽油供给是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；而柴油供给是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去。
2.4 润滑系统
我们知道发动机工作时，各运动零件均以一定的力作用在另一个零件上，并且发生高速的相对运动，有了相对运动，零件表面必然要产生摩擦，加速磨损。因此，为了减轻磨损，减小摩擦阻力，延长使用寿命，发动机上都必须有润滑系统。 润滑系统的功用就是在发动机工作时连续不断地把数量足够、温度适当的洁净机油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表面之间形成油膜，实现液体摩擦，从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的。润滑方式有压力润滑、飞溅润滑、润滑脂润滑三种方式。
2.5 冷却系统
冷却系的主要功用是把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。冷却系按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷，如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷系。而把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系。由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。 2.6 起动系统
为了使静止的发动机进入工作状态，必须先用外力转动发动机曲轴，使活塞开始上下运动，气缸内吸入可燃混合气，然后依次进入后续的工作循环。而依靠的这个外力系统就是启动系统。 目前几乎所有的汽车发动机都采用电力起动机启动。当电动机轴上的驱动齿轮与发动机飞轮周缘上的环齿啮合时，电动机旋转时产生的电磁转矩通过飞轮传递给发动机的曲轴，使发动机起动。电力起动机简称起动机。它以蓄电池为电源，结构简单、操作方便、起动迅速可靠。
2.7 点火系统（柴油机不需要）
汽油发动机的点火系统 这是汽油发动机比柴油发动机多出的一套系统，气缸在压缩行程将要结束的时候，即将进入的就是做功行程。这时候就需要有一个点火系统来适时、准确、可靠的点燃已经配好的可燃混合燃料，使发动机作功。
3 汽油机VS柴油机
能量是物质运动的一种度量，对应于物质的各种运动形式。能量也有各种形式，彼此可以互相转换，但总量不变。热力学中的能量主要指热能和由热能转换而成的机械能。我们汽车的发动机，正是将化石燃料中蕴含的化学能转化成机械能，从而推动汽车行驶。
内燃机的诞生。我们将其归为两类：奥托循环特性的燃气机和汽油机，狄赛尔循环特性的柴油机。现代燃气发动机基本等同于汽油机，缸内直喷汽油机虽结构有变化，但做功机制仍属奥托循环范围之内。为了方便解读，下文都称之为汽油机和柴油机。
但我们是否曾经疑问过，汽油机为什么要有火花塞？柴油机为什么不能喷入汽油？为什么说柴油机更有力，更省油但平顺性却不理想？好吧，小编在此文中用对比的方式，解读汽汽油机和柴油机的工作原理。
表面上看，两种热机在进气和燃料的引燃方式有着区别，虽然看起来都是烧油，发力，但就是在活塞处于顶端，燃烧的一霎那，几个毫秒之内发生的事儿，让两种机器有着不同的特质。这也就是奥托循环和狄赛尔循环的差异。
狄赛尔循环工作状态和对应的p-v图
奥托循环工作状态和对应的p-v图
我们先说左侧的奥托循环。如上图所示，p代表缸内压力，v代表缸内容积，A-B吸气冲程，活塞向下吸气，此时燃气的压强几乎保持不变；B-C绝热压缩冲程，活塞向上运动压缩，使气体压强增加，这时活塞对气体做功，消耗了机械能，增加了气体的内能（温度升高）；C-D等容燃烧过程，气体突然燃烧，压强激增，在这瞬间体积还来不及变化，所以可把它看作是等容变化，D-E绝热做功冲程，气体压强增加后作绝热膨胀推动活塞向下做功，同时消耗本身的内能转变为机械功，压强逐渐减小；E-B等容排气过程，做功冲程终了时，排气阀开放，气体压强突然降低而体积还来不及变化；B-A排气冲程，活塞由于惯性作用继续向上运动，同时排除废气，这时压强不变。
而作为等压燃烧的狄赛尔循环，C-D-E为做功冲程。第一阶段C-D为等压燃烧过程，柴油正在燃烧中，活塞在一定的压强下移动压强不变而容积增加，燃油一边推动活塞做功一边燃烧，D-E为绝热做功冲程。其他阶段同上。当然，图中p-v曲线是一种理想状态，实际工况有一定的差异，而作为乘用车的高速柴油机介于两种循环之间，燃烧过程分两个阶段，前半程为等容燃烧，后半程为等压燃烧，满足高转速同时也沿袭经典柴油机的特点。
你知道吗？柴油其实比汽油更容易引燃。
汽油机与柴油机长期共存的理由，就是是因为有汽油和柴油两种燃料的存在，从而存在两种能把不同燃料充分发挥特性的内燃机。这看似废话，却也验证了那句“存在即是合理”。
汽油和柴油，都是由成分为碳和氢两种元素的烃类化合物组成的。汽油是由5-9个碳分子的烃类组成，而组成柴油的烃类的碳原子数则有10-20个，由于汽油分子比柴油要小，所以汽油的挥发性更好，燃烧速度也更快，但长链结构的柴油更容易被氧化，所以柴油自燃点要低于汽油。
柴油比汽油更容易引燃？看起来很难以理解，但这是事实。我们把烃类比作很常见的木头，那么汽油就好比一堆木屑，可以被吹散在空气中慢慢飘落，而柴油则好像牙签，怎样扔起来都会做自由落体运动；木屑用火柴很难点燃，但牙签很容易被点燃；但把木屑扔在火堆中，瞬间就化成一团火，而牙签至少可以烧几秒。
两种发动机不是简单的压燃与点燃的区别，这仅仅是开始。
正是因为有了这些差异，两种发动机也有了区别和特性。
汽油比柴油挥发更快，所以汽油可以混合气状态在吸气行程进入气缸，而柴油不易挥发，不容易形成混合气，所以只能在做功行程开始前直接喷入缸内。
柴油的自燃点比汽油更低，所以柴油可以在高温高压的汽缸中自燃；而汽油机如果采用压燃方式，就必须要有更高的压力，从而得到更高的温度才能点燃，但因为汽油容易挥发，挥发时又会吸收大量的热，这就再次增加了压燃的难度，所以用火花塞点燃是最适合的方式。
汽油比柴油燃烧的更快，所以把汽油放在高温高压的环境下太威猛，机体受不了这种火药脾气，所以要降低气缸的压力，而用火花点燃时，缸内火焰是以“波”的形式蔓延燃烧，这也就避免了爆燃形成的冲击；而柴油在高温高压空气中，多处同时燃烧形成火焰，也就是以爆燃的方式（和汽油机的“爆震”相似）做功，工作状态比较粗暴，但因为柴油燃烧较慢，所以虽然燃烧的开始很剧烈，但燃烧时间还是要长于汽油机的。
汽油发动机是以汽油作为燃料的发动机。优点是转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便。缺点是热效率低于柴油机，油耗较高，点火系统比柴油机复杂，可靠性和维修的方便性也不如柴油机。
柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。优点是功率大、经济性能好，适合于载货汽车的使用。缺点是成本较高，振动噪声大，冬季冷车时起动困难。
汽油机内混合气体点燃后，瞬间燃烧，并爆发出能量，所以可以在单位时间内可以多次重复该循环，用高转速输出高功率，因而很小的体积，轻盈的体重，就能拥有较高性能和更快的响应速度，宽泛的转速区间也能够带来更好的操控感觉。但汽油机的压缩比往往只有柴油机的一半，做功行程时缸内温度和压力比柴油机低很多，所以热效率比较低，也就是俗称的“费油”。
柴油机喷入燃料后，燃烧需要一定的时间，所以适合较低转速下让燃油充分燃烧以带来大扭矩，而为了对抗气缸内高压和大扭矩，柴油机的汽缸和活塞的连杆等零件都要比汽油机强壮，所以较汽油机更笨重。但也正是柴油机因为高压缩比低转速的特性，能把热量更好的转化成动能，所以柴油机有着更好的热效率，也就是更好的油耗表现。这就是通常轿车和赛车使用汽油机，而公交车、卡车等大型车辆使用柴油机的原因。
随着技术的发展，柴油机在平顺性和体积上都有很大改善，高强度的铝制缸体制造工艺，减轻了发动机的重量；废气后处理与颗粒物回收有效降低尾气污染；燃油高压共轨喷射以及较低压缩比（相对于传统柴油机）有效抑制噪声；平衡轴的应用提升了平顺性；VGT可变截面涡轮和中冷器提升了发动机功率，众多优良的设计逐渐装备于乘用车之上（点击进入：高效强劲环保 乘用车柴油机技术浅析），让柴油机有了可以和汽油机竞争的资本，而其较低的碳排放以及出色的低速扭矩，被众多SUV甚至轿车所接受。
在欧洲，柴油车在乘用车中的比重已经达到40%，而国内柴油机主要搭配在SUV车型当中，就在最近，国产自主品牌柴油轿车也已经上市。但目前国内的柴油品质还不够好，导致柴油机在国内未被重视。主要问题在于十六烷值不够高（燃烧性不好），硫含量过高（损害发动机零部件增加尾气污染），多环芳香烃过多（也就是杂质过多，燃烧不好会结焦积碳）等，假如中国柴油的品质可以提升的话，相信在飞涨的油价和日益恶化的环境面前，国人也会逐渐接受柴油车。
4常见汽车参数介绍
发动机的参数比较常见的有排量、压缩比、升功率、最大功率、最大扭矩、最大马力等等，它们分别代表什么呢？
4.1 排量
排量代表的是所有气缸工作容积的总和，我们知道每一个气缸都是有上止点和下止点的，而上下止点之间的容积就是气缸的工作容积，排量就等于汽缸数和汽缸容积的总和。
4.2 压缩比
压缩比就是发动机混合气体被压缩的程度，用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积（即燃烧室容积）之比来表示。
压缩比越高就意味着发动机的动力越大。通常低压压缩比一般在10以下，高压压缩比在10以上。目前所知汽油发动机的压缩比最高已经达到了12：1。
发动机的运转正常的工作温度都设计在80—110℃之间。压缩比太高可能会导致汽油自燃、预燃，而引起爆震的发生，使发动机无力、损坏机械元件。所以，在提升压缩比的同时又能使发动机保持正常的工作温度是至关重要的。
4.3 缸数和汽缸的排列形式
“L4”、“V6”、“V8”、“W12”表示发动机汽缸的排列形式和缸数。L：直列；V：V型排列：W：W型排列；H：水平对置发动机；数字代表气缸数量;L4就代表着直列4缸的意思。直列布局是如今使用最为广泛的气缸排列形式，尤其是在2.5L以下排量的发动机上。
4.4 最大功率
功率在物理上面的意义是单位时间内做的功，发动机的输出功率同转速关系很大，随着转速的增加，发动机的功率也相应提高，但是到了一定的转速以后，功率反而呈下降趋势，因此会出现一个峰值，这个峰值就是发动机的最大功率，它主要取决于发动机气缸排量的大小，燃烧的燃料量和发动机的转速。
4.5 最大马力
马力和功率其实是同一个事物，只不过传统上人们喜欢用马力为单位表达功率，字母为PS。不过现在也会出现千瓦（KW）值。它们之间的换算关系如下：1PS=0.735kW。
4.6 升功率
升功率是评价发动机性能的一个重要指标，它代表的是每升气缸工作容积所发出的功率，它反映了发动机的技术水平。升功率越大，发动机的重量利用率就越高，相对而言发动机就越小，材料也就越省。它的单位是kW/L，而我们常规计算方法就是用最大功率除它的气缸工作容积。
4.7 最大扭矩
最大扭矩是发动机运转时从曲轴端输出的最大力矩，汽车的驱动力和它是息息相关的。扭矩越大，发动机输出的“劲”越大，汽车的爬坡能力、起步速度和加速性也越好。最大扭矩只存在于某个转速或某个转速区间内，这个区间就是在标出最大扭矩时给出的转速或转速区间。最大扭矩一般出现在发动机的中、低转速的范围，随着转速的提高，扭矩反而会下降。扭矩的单位是牛顿·米（N·m）。
5 发动机品牌与制造商
5.1 汽油发动机品牌
毫无疑问，日本三菱几乎垄断了所有不能自产发动机的自主品牌汽车的汽油发动机供应。在中国整车市场占有率并不高的三菱公司在当时中国汽车界巨子仰融先生的牵线搭桥之下，1997年在辽宁沈阳设立航天三菱、1998年在黑龙江哈尔滨设立东安三菱，分别生产中等排量和小排量的汽油发动机，为当时的哈飞、东南、华晨等公司配套。随着1999年前后奇瑞、吉利、华晨、比亚迪等自主品牌的崛起，在它们建设之初都不能自产发动机的情况下，三菱在华投资的这两个发动机公司的业绩突飞猛进，着实赚了不少钱。
据不完全统计，使用东安三菱发动机的车型有：比亚迪F3，华晨骏捷，东南蓝瑟、菱悦、希旺，哈飞赛马、赛豹，众泰5008，风行景逸，长丰飞腾……使用沈阳航天三菱发动机的车型有：比亚迪F6，华晨尊驰、骏捷，金杯海狮，奇瑞东方之子，福特全顺，江淮宾悦，上海英伦TX4，帝豪EC8，东南菱悦、君阁、戈蓝，江铃陆风，海马3，柳汽风行MPV，长丰猎豹，长城哈弗、嘉誉，华泰特拉卡，北汽域胜、骑士，福田蒙派克、风景，郑州日产（微博）奥丁，中兴无限、威虎，曙光傲龙、旗胜……
5.2 柴油发动机品牌
在轻型柴油发动机方面，五十铃无疑是王者。这家日本柴油发动机和商用车巨头早在1984和1985年就在中国四川重庆和江西南昌分别成立庆铃汽车和江铃汽车，开始生产五十铃皮卡、轻卡和与之配套的4JB1发动机。随着福特全顺、福田风景等轻客的下线，五十铃发动机更是在轻客市场找到了蓝海。现在，中国几乎所有的皮卡、轻卡、轻客上用的柴油机都采购自五十铃或使用五十铃技术生产。
在重型柴油机方面，美国康明斯公司则独占鳌头。这家美国独立发动机制造商仅在整机生产方面就在中国建立了4家公司：东风康明斯、西安康明斯、重庆康明斯、福田康明斯，配套范围则涵盖了东风、陕汽重卡、重庆铁马、福田欧曼等重卡企业，宇通、金龙、青年、中通等客车企业，以及三一重工、中联重科、徐工等工程机械企业。可以说，康明斯几乎垄断了中国高端重型柴油机市场。
5.3 电喷系统
为了满足中国ZF越来越严格的排放要求，目前国内生产的所有汽车上都必须安装电喷系统。德国博世、美国德尔福、日本电装（属于丰田集团）几乎垄断了所有中国电喷市场份额，其中德国博世的市场份额一家独大，超过了60%。从自主品牌到外资品牌、从轿车到卡车、从汽油车到柴油车，中国消费者每买一辆车就会向上述三家外企贡献上千元的利润。
5.4 发动机设计
奥地利AVL、德国FEV、英国Ricardo是当今全球三大独立发动机设计公司，再加上专注于柴油机领域的意大利VM，四家公司垄断了国内自主品牌的发动机设计。
目前AVL在中国的客户主要有：奇瑞、潍柴、锡柴、大柴、上柴、云内等。
与法拉利、兰博基尼、玛莎拉蒂处于同一城市的意大利VM公司，上世纪曾为路虎揽胜、罗孚800、阿尔法罗密欧提供过发动机。2004年开始，江铃、华泰、长丰、长城、上汽相继购买了VM的柴油机制造技术及关键生产设备后开始生产自己的柴油机。德国FEV早在1980s就开始向广西玉柴出售发动机技术，目前其在中国的主要客户包括：一汽、上汽、华晨、陆风、玉柴、云内等。英国Ricardo早在1930s就开始向伦敦巴士和法国雪铁龙提供柴油机，近些年的主要成就是为奥迪R8和布加迪威龙设计了DSG变速器、帮助宝马优化K1200系列摩托发动机、帮助迈凯轮设计了其第一款发动机M838T等。目前Ricardo在中国的客户包括：一汽、上汽、长城、力帆等。
6 全球十佳发动机(2016)
《Ward's AutoWorld》杂志专业的编辑团队每年评选年度“十佳发动机”，这些严格的遴选标准涵盖发动机噪声、振动与舒适性(NVH)、燃油效率以及技术创新等对比数据。入围的十佳发动机必须装备于量产车型且车型价格也慢慢提升至不能超过6.1万美元，这些车型还必须在北美市场发售，但是因为它在世界的知名度以及权威性，每次结果的发布都受到广泛关注。
在这次的评选结果中，大众集团旗下包括奥迪和保时捷在内的所有品牌的动力系统，因为大众的柴油机排放作弊事件而被全部取消资格。在今年的沃德十佳中，一共评选出来了六款汽油发动机、一款柴油发动机、三款混动系统。其中欧美品牌占领了半壁江山，而亚洲品牌则稍显乏力，当然因为评委都是北美人的原因，他们个人喜好因素也不容忽视。
宝马3.0升涡轮增压直列6缸汽油机
宝马340i通用3.6升V6直喷汽油机
凯迪拉克ATS通用 1.5升直列4缸直喷汽油机+120千瓦电动机
雪佛兰沃蓝达福特 5.2升V8汽油机
福特野马Shelby GT350现代2.0升直列4缸直喷汽油机+50千瓦电动机
现代索纳塔插电混动型日产3.5升V6汽油机
日产Maxima菲亚特/克莱斯勒3.0升涡轮增压V6缸柴油机
斯巴鲁2.0升涡轮增压水平对置4缸汽油机
斯巴鲁WRX丰田1.8升直列4缸汽油机+53千瓦电动机
丰田普锐斯沃尔沃 2.0升直列4缸复合增压汽油机
沃尔沃XC90宝马3.0升涡轮增压直列6缸汽油机。
因为大众的排放门丑闻，其集团被取消参选资格，所以奥迪用的那台3.0升机械增压汽油机无法参与角逐，这让宝马代号为B58的3.0升涡轮增压汽油机轻而易举地拿到了大奖。其实宝马一直是沃德发动机大奖的常客，近几年N55、N20和B38的获奖均体现了沃德评委们对宝马涡轮增压发动机的肯定。
宝马3.0升涡轮增压直列6缸汽油机↓
这次获奖的发动机代号为B58，只要是对宝马动力系统稍微了解一点的人，从代号名上就能解读出，它是宝马发动机模块化战略的产物，大致就是两台B38发动机拼凑起来，即直列6缸涡轮增压汽油发动机。该发动机采用了一个更大的双涡流涡轮增压器，比N55发动机拥有更高的压缩比。配备了该发动机的宝马340i对油门响应十分积极，达到了一种无懈可击的响应和平衡。
产地 奥地利
排量（cc）2998
气缸/气缸盖材料 铝合金/铝合金
缸径x冲程（mm）82x94.6
功率（PS/rpm）320/5500-6500
扭矩（Nm/rpm）447/1380-5000
升功率（PS/L）107
压缩比11.0∶1
配备车型 2016款宝马340i
城市/匀速油耗（L/100km）10.68
备注：油耗测试采用EPA标准
参考：《2016全球十佳发动机》
The End