壹、發動機結構類型分析
作為汽車的動力源，發動機就像人的心臟。但是，不同人的心臟大小和結構差別不是很大，只是不同汽車的發動機內部結構差別很大。不同發動機有什麽區別？讓我們壹起來看看吧。
汽車的動力源是發動機，發動機的動力來自氣缸內部。發動機氣缸是燃料的內能轉化為動能的地方。可以簡單理解為，燃油在氣缸內燃燒，產生巨大的壓力推動活塞上下運動，力通過連桿傳遞給曲軸，最終轉化為旋轉運動，再通過變速器和傳動軸將動力傳遞給驅動輪，從而推動汽車前進。
普通汽車多為四缸、六缸發動機。既然發動機的動力主要來自氣缸，氣缸不是越多越好嗎？實際上，隨著缸數的增加，發動機的部件也會相應增加，發動機的結構也會更加復雜，這也會降低發動機的可靠性，增加發動機的制造成本和後期維護成本。所以汽車發動機的缸數是根據發動機的用途和性能要求綜合權衡後選擇的。V12、W12、W16等發動機只在少數高性能車上使用。
其實V型發動機簡單的理解就是把相鄰的氣缸按壹定的角度組合起來，從側面看就像壹個V字形，這就是V型發動機。與直列發動機相比，V型發動機的高度和長度降低，可以使發動機罩更低，滿足空氣動力學要求。另壹方面，V型發動機的氣缸以相對的角度排列，可以抵消壹部分振動，但缺點是必須使用兩個氣缸蓋，結構相對復雜。雖然降低了發動機的高度，但其寬度也相應增加，所以對於空間固定的發動機艙來說，安裝其他裝置並不容易。
V型發動機兩側的氣缸錯開壹個小角度，這就是W型發動機。與V型發動機相比，W型發動機的優點是曲軸更短，重量更輕，但寬度相應增加，發動機艙會更滿。缺點是W型發動機在結構上分為兩部分，結構比較復雜，運轉時會產生很大的震動，所以只在少數車上使用。
水平對置發動機相鄰氣缸相對布置(活塞底部朝外)，兩個氣缸之間的夾角為180，但與180 V發動機有本質區別。水平對置發動機與直列發動機的相似之處在於不使用曲柄銷(即活塞只與曲柄銷相連)，對置活塞的運動方向相反，但180 V發動機正好相反。水平對置發動機的優點是可以很好的抵消震動，使發動機運轉更加平穩。重心低，車頭可以設計的更低，滿足空氣動力學要求；動力輸出軸的方向與傳動軸的方向壹致，動力傳遞效率高。缺點:結構復雜，維修不便；生產工藝要求高，生產成本高。只有保時捷和斯巴魯還堅持在知名品牌的汽車上使用水平對置發動機。
發動機之所以能持續提供動力，是因為氣缸內的進氣、壓縮、做功、排氣四個沖程有序循環運行。
在進氣沖程中，當活塞在氣缸內從上止點運動到下止點時，進氣門開啟，排氣門關閉，新鮮空氣和汽油的混合氣被吸入氣缸。
在壓縮沖程中，進氣門和排氣門關閉，活塞從下止點運動到上止點，將混合氣壓縮到氣缸頂部，從而提高混合氣的溫度，為做功沖程做準備。
在做功沖程中，火花塞點燃壓縮氣體，混合氣在氣缸中“爆炸”產生巨大壓力，推動活塞從上止點到下止點，並通過連桿帶動曲軸旋轉。
在排氣沖程中，活塞從下止點移動到上止點。此時，進氣門關閉，排氣門打開，燃燒後的廢氣通過排氣歧管排出氣缸。
發動機能產生的動力，其實來自於氣缸裏的“爆發力”。在密封氣缸的燃燒室內，火花塞在合適的時刻點燃壹定比例的汽油和空氣的混合氣，會產生巨大的爆炸力，而燃燒室的頂部是固定的，巨大的壓力迫使活塞向下運動，通過連桿推動曲軸，再通過壹系列的機構將動力傳遞給驅動輪，最終推動汽車。
如果氣缸內的“爆炸”威力更大，及時點火很重要，氣缸內的火花塞起著“爆震”的作用。其實火花塞點火的原理有點類似閃電。火花塞頭有壹個中心電極和壹個側電極(對應兩個極性相反的離子雲)，兩個電極之間有壹個小間隙(稱為點火間隙)。通電後能產生高達65438+10萬伏的電火花，瞬間“引爆”缸內混合氣體。
為了在氣缸內保持“爆發”，需要不斷輸入新的燃油，並及時排出廢氣，而進排氣門在這個過程中起著重要的作用。進氣門和排氣門由凸輪控制，適時進行“開門”和“關門”兩個動作。為什麽進氣門比排氣門大？壹般進氣是真空吸入，排氣是擠壓排出廢氣，所以排氣相對比進氣容易。為了獲得更多的新鮮空氣參與燃燒，需要加大進氣門以獲得更多的進氣。
如果發動機有多個氣門，進氣量大，高速時排氣幹凈，發動機的性能更好(類似電影院，門多了進出就方便多了)。而多個氣門的設計比較復雜，尤其是氣門的驅動方式、燃燒室的結構、火花塞的位置，都需要精確的布置，所以生產工藝要求高，制造成本自然高，後期維護難度大。所以閥門的數量不能太多。普通發動機每個氣缸有四個氣門(2進2出)。
二、發動機可變氣門的原理分析
發動機的基本結構和動力源之前已經知道了。其實發動機的實際運轉速度並不是壹成不變的，而是像跑步壹樣，有時急有時緩，所以調整好自己的呼吸節奏尤為重要。我們來看看發動機是如何“呼吸”的。
簡單來說，凸輪軸就是壹根金屬桿，上面有多個盤形凸輪。這個金屬桿在發動機工作中起什麽作用？它主要負責打開和關閉進氣門和排氣門。當凸輪軸在曲軸的帶動下不斷轉動時，凸輪不斷壓下氣門(搖臂或頂桿)，從而實現控制進氣門和排氣門開閉的功能。
SOHC和DOHC這兩個字母經常出現在發動機外殼上。這些字母是什麽意思？OHV指頂置氣門和底部凸輪軸，即凸輪軸布置在氣缸底部，氣門布置在氣缸頂部。OHC指頂置凸輪軸，即凸輪軸布置在氣缸的頂部。
如果氣缸頂部只有壹個凸輪軸同時負責開啟和關閉進氣門和排氣門，則稱為單頂置凸輪軸(SOHC)。如果氣缸頂部有兩個凸輪軸，分別負責開啟和關閉進氣門和排氣門，則稱為DOHC。
底部凸輪軸的凸輪和氣門搖臂之間需要連接壹根金屬連桿，凸輪向上推動連桿推動搖臂來開啟和關閉氣門。但轉速過高容易造成頂桿斷裂，所以這種設計多用於大排量、低轉速、高扭矩輸出的發動機。頂置凸輪軸可以省略頂桿，簡化了凸輪軸到氣門的傳動機構，更適合發動機高速時的動力性能。頂置凸輪軸被廣泛使用。
配氣機構主要包括正時齒輪系、凸輪軸和氣門傳動總成(氣門、推桿、搖臂等。).它的主要作用是根據發動機的工作狀況，及時開啟和關閉各缸的進排氣門，使新鮮的混合氣及時充滿氣缸，廢氣及時排出氣缸。
所謂氣門正時，可以簡單理解為氣門開啟和關閉的瞬間。理論上，當活塞在進氣沖程中從上止點移動到下止點時，進氣門打開，排氣門關閉。在排氣沖程中，當活塞從下止點移動到上止點時，進氣門關閉，排氣門打開。
那為什麽要選擇時機？實際上，在發動機實際工作中，為了增加缸內的進氣量，需要提前開啟進氣門，延遲關閉進氣門；同樣，為了讓氣缸內的廢氣更幹凈，排氣閥需要提前開啟，後期關閉，這樣才能保證發動機的有效運轉。
當發動機高速運轉時，在壹個工作循環中，各缸的進排氣時間都很短。為了達到較高的充氣效率，需要延長氣缸的進排氣時間，即增加氣門的重疊角；但發動機低速時，氣門重疊角過大容易使廢氣倒流，進氣量減少，導致怠速不穩，低速扭矩低。
固定配氣相位難以同時滿足高轉速和低轉速的要求，可變配氣相位應運而生。可變氣門正時可以根據發動機轉速和工況進行調節，使發動機在高低速下都能獲得理想的進排氣效率。
影響發動機動力的本質其實和單位時間進入氣缸的氧氣量有關。而可變氣門正時系統只能改變氣門的開啟和關閉時間，不能改變單位時間的進氣量。改變氣門升程可以滿足這種需求。如果把發動機氣門看作房子的壹扇“門”，氣門正時可以理解為“門”打開的時間，氣門升程相當於“門”開度的大小。
豐田的可變氣門正時系統得到了廣泛的應用。主要原理是在凸輪軸上安裝壹個液壓機構，通過ECU的控制，可以在壹定的角度範圍內調整氣門的開啟和關閉時間，可以提前，可以推遲，也可以不變。凸輪軸正時齒輪的外轉子與正時鏈條(皮帶)連接，內轉子與凸輪軸連接。外轉子可以通過液壓油間接驅動內轉子，實現壹定範圍內的角度提前或延遲。
本田的i-VTEC可變氣門升程系統的結構和工作原理並不復雜，可以看作是在原有基礎上增加了第三搖臂和第三凸輪軸。它是如何改變氣門升程的？可以簡單理解為通過三個搖臂的分離和組合來實現高低角凸輪軸的切換，從而改變氣門的升程。
發動機低負荷時，三個搖臂處於分離狀態，低角度凸輪兩側的搖臂控制氣門的開啟和關閉，氣門升程小；發動機高負荷時，三個搖臂合二為壹，中間搖臂由高角度凸輪驅動，所以氣門升程大。
寶馬的Valvetronic可變氣門升程系統主要是通過在其配氣機構中增加偏心軸、伺服電機和中間推桿來改變氣門升程。電機工作時，蝸輪蝸桿機構會帶動偏心軸轉動，然後通過中間推桿和搖臂推動氣門。凸輪軸通過偏心輪不同轉角的中間推桿和搖臂推動氣門，從而控制氣門升程。
奧迪的AVS可變氣門升程系統主要是通過切換凸輪軸上兩組不同高度的凸輪來改變氣門升程。它的原理和本田的i-VTEC很像，只不過AVS系統是通過安裝在凸輪軸上的螺旋槽套實現凸輪軸的左右移動，然後切換凸輪軸上的高低凸輪。
發動機高負荷時，電磁驅動器使凸輪軸右移，切換到大角度凸輪，從而增加氣門升程；發動機低負荷時，電磁驅動器將凸輪軸向左移動，切換到低角度凸輪，降低氣門升程。
輕型混合動力汽車的主要驅動力是燃油發動機，而電機只是作為輔助功能，不能單獨驅動車輛。但能在車輛減速剎車時回收能量，實現混合動力的最大效率。