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一、基本理論

汽油發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動機內部燃燒汽油來獲得動能。因此，汽車發動機是內燃機----燃燒在發動機內部發生。

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）在發動機外部燃燒產生蒸氣，然后蒸氣進入發動機內部來產生動力。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。這些優點使得大部分現代汽車都使用往復式的內燃機。

二、燃燒是關鍵

汽車的發動機一般都采用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，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
發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動機分類：直列、V或水平對置（當然現在還有大眾集團的W型，實際上是兩個V組成）。
不同的排列方式使得發動機在順滑性、制造費用和外型上有著各自的優點和缺點，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，排量表示發動機動力的大小。
所以增加汽缸數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，使得爆炸發生。火花必須在適當的時候放出。
閥門 進氣、出氣閥分別在適當的時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 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．防止潤滑油進入汽缸內燃燒。
大多“燒機油”的汽車就是因為發動機太舊：活塞環不再密封引起的（尾氣管冒青煙）
活塞桿 連接活塞環和曲軸，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，在最佳的協調下，發揮應有的性能。就像一支部隊要作戰前，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，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。

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。

節氣門與進氣歧管

節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。現在車輛多采用電子節氣門設計，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，節氣門閥體取代了化油器。在采用了噴射供油系統后，燃油直接在進氣門前由噴射器射出，節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，節氣門閥體機構并不比化油器簡單。

一個典型的節氣門體，應具備主進氣道及節氣門，而節氣門是由一彈簧控制，當駕駛者未踩下油門時，節氣門處于關閉狀態，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，還有一個節氣門感知器來把節氣門開度轉成電子訊號，使得引擎監理系統(ECU)能依據此來控制燃油噴量。

節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。

傳統的節氣門(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，節流閥體取代了化油器。在采用了噴射供油系統后，燃油直接在進氣門前由噴射器射出，節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，節流閥體機構并不比化油器簡單。
一個典型的節流閥體，應具備主進氣道及節流閥，而節流閥是由一彈簧控制，當駕駛者未踩下油門時，節流閥處于關閉狀態，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，還有一個節流閥感知器來把節流閥開度轉成電子訊號，使得引擎監理系統 (ECU) 能依據油門開度來控制燃油噴量。
節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。

傳統的節流門 (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生真空(也就是壓力變小)，好與外界空氣產生壓力差，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」，是因為空氣進入節氣門后，經過歧管緩沖統后，空氣流道就在此「分歧」了，對應引擎汽缸的數量，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的改裝，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，依據經驗，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，或連續可變長度進氣歧管，使引擎在各轉速域都能發揮較佳的性能。

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，此二個平面相互產生一個夾角。汽缸呈V型排列的引擎會因汽缸數量的不同，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

冷卻系統的功用

冷卻系統的功用是帶走引擎因燃燒所產生的熱量，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來冷卻引擎。不論采何種方式冷卻，正常的冷卻系統必須確保引擎在各樣行駛環境都不致過熱。

冷卻循環

因為多數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為主。在水冷引擎的冷卻循環中，可分為「小循環」與「大循環」。小循環是指冷卻水僅在引擎內循環，而大循環則是冷卻水在引擎與熱交換器 (水箱) 間循環。為什么要有大循環與小循環呢？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，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，而水在氣態下的熱對流系數遠低于液態，所以氣態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，才能帶走引擎產生的熱。

供油系統

化油器

我們在「進氣系統」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？依據流體力學中的「白努利 (Bernoulli) 定律」，在一個連續固定的流場中，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) 流速增加所產生的低壓吸力，而將燃油吸入空氣中。在化油器中，空氣流經口徑較窄的喉部被加速，因加速產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，還有怠速控制系統來控制怠速及低負荷的燃油供應；副文氏管系統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保法規，所以這幾年市售的新型汽車，已經不再使用化油器了。

噴射供油

近年來上市的車輛，幾乎都是采用噴射供油系統，最主要的原因也是因為要因應日趨嚴苛的環保法規。噴射供油系統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；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)，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噴油嘴內的線圈，產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。

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

點火系統

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定的火星塞規格選用火星塞，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，但用來作引擎系統的控制總不若電子組件來得精確。在環保法規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，及其它電子控制系統。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依據引擎運轉狀況計算而得，可依據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

排氣歧管