一台内燃机主要包含了五大系统，分别是起动系统、燃料供给系统、冷却系统、润滑系统和点火系统，今天我们就来简单了解一下这五大系统的基本工作原理
起动系统
一台发动机想要从静止状态过渡到工作状态，就必须要依靠起动系统，主要由蓄电池、继电器、点火开关和起动机组成
工作时以蓄电池的电能作为起动能量，带动起动机主轴上的齿轮转动，通过传动机构和操纵机构向发动机的飞轮曲轴提供起动转矩，从而完成发动机的点火操作
当发动机能够依靠自身动力持续运转时，两组齿轮就会解除啮合状态
起动系统作为发动机最基本的系统之一，虽然原理并不复杂，但却是发动机所有后续系统的基础，没有起动系统，要么只能通过人为手摇的方式启动发动机，要么这台发动机就只能是个摆设
燃料供给系统
第二大系统是燃料供给系统，主要分为空气供给、燃料供给和电子控制三个部分
内燃机的核心就是利用燃料燃烧产生的能量推动曲轴连杆转动，是一个将化学能转化为动能的过程，燃烧的最基本条件就是氧气和燃料，燃料供给系统就是为了“调配”出最适合燃烧的混合气
歧管喷射是让空气和燃油在进气歧管中进行预混合，燃油和排放表现更好
缸内直喷是通过高压喷油嘴将汽油充分雾化之后再送入气缸进行燃烧，整体动力更强
为了精准控制发动机的进气量和喷油量，各大主机厂想了很多办法，比如通过可变气门正时来控制进气量，通过电动燃油泵精准控制喷油量，通过共轨技术来控制喷油压力
甚至还研究出了双喷射系统，低速工况用歧管喷射，降低油耗排放，高速工况再切换到缸内直喷，保证发动机的动力输出
点火系统
发动机的点火系统主要由蓄电池、发电机、点火线圈、继电器和火花塞组成
由于汽油燃点要比柴油更高，无法通过压燃的方式实现点火，所以汽油发动机的每个气缸都需要配备一个火花塞，通过对凸轮轴和曲轴的位置监测来判断具体的点火时间，当活塞运动到上止点，可燃混合气被压缩到了极限，ECU判断达到了最佳点火时间，就会触发点火系统，通过火花塞产生电火花来点燃混合气
这是大部分内燃机的点火系统原理，有一些比较特殊的发动机会采用双点火系统，就是每一个气缸内布置2个火花塞，比如奔驰的M279 V12发动机，玛莎拉蒂的海神MC20发动机
另外还有一种赛车专用的点火系统，也被叫做“偏时点火系统”
在汽车转弯或减速等松油门的工况下，ECU会命令汽车的供油系统，继续喷射大量汽油，但是不会点火
让雾化后的燃料在排气门开启的时候排出，直到进入温度最高的排气头段，雾化后燃料遇到高温，就会直接形成爆炸，利用爆炸产生的压力继续推动涡轮叶片转动，以此来维持涡轮增压效果
当汽车顺利出弯之后，驾驶员再次踩下油门踏板，就可以跳过涡轮迟滞的时间，直接获得最佳的增压效果，这项技术最明显的特征就是会出现刺耳的排气声浪，排气管也会喷出熊熊的火焰
发动机润滑系统
发动机作为一台精密的能量转换机器，在能量转换的过程中，大量部件会按照一定的轨迹高速运动，产生剧烈的摩擦和热量损失，如果没有润滑系统，发动机根本无法长时间工作
润滑系统的核心就是控制机油在发动机内部流转，通过曲轴飞溅或者机油泵将机油输送到需要润滑的部件上，比如活塞和缸壁通常采用飞溅润滑，就是利用曲轴连杆的转动，带动机油飞溅到气缸内部，再通过活塞环把机油刮下来
气门摇臂和凸轮轴通常采用压力供油，主要是通过机油泵来实现机油的输送，参与润滑的机油会通过退油孔或者是油气分离装置重新回到油底壳，从而形成完整的润滑系统闭环
由于技术的限制，整个润滑系统在工作的过程中难免会出现烧机油的问题，比如活塞环老化，无法将气缸壁上的机油刮干净，留在缸壁的机油很快就会被下一次做功给烧掉
气门机构频繁上下运动，也会导致少量的机油跑到燃烧室内部
还比如有些发动机搭载涡轮增压技术，大多采用浮动轴承，主要依靠涡轮进排气的压力平衡来密封油液，在发动机启动和关闭的时候，会因为压力波动导致少量的机油跑出来
正是因为润滑系统存在烧机油的普遍现象，所以我们车辆的机油才会逐渐减少，并且由于发动机的高温工作特性，及时更换机油就成了我们车辆保养的重点
发动机冷却系统
四冲程发动机一旦工作起来就会拼命运转，导致自身温度非常高，最早期的冷却系统采用风冷，就是在发动机表面布置很多散热片，利用进气格栅进入的空气完成热量交换，从而降低发动机的温度
这种冷却系统的局限性非常大，在炎热的夏季散热效果不理想，在寒冷的冬天反而会让发动机无法达到最佳工作温度，于是就有了“强制循环水冷系统”，这套系统主要包括水泵、散热器、冷却风扇、节温器、水套以及其他附加装置
它的原理是用水泵给水箱中的冷却液加压，让冷却液在水套中流动，从气缸壁吸收热量之后温度升高，加热后的冷却液进入散热器，再利用冷却风扇对散热器进行吹风，快速将热量带走，最后再从散热器的底部重新进入水套，以此不断循环
由于冷却液的比热容要远远大于空气，所以水冷系统的散热效率要比风冷强很多，而且由于节温器的存在，还可以让发动机避免受到环境温度的影响
节温器可以随着发动机的负荷和水温大小，自动改变冷却液的流量和循环路线。
比如说在冬天冷启动之后，发动机温度很低，需要快速升温以达到最佳的工作温度，这时候节温器的主阀门会关闭，旁通阀开启，让冷却液在发动机内部进行小循环，其特点就是流量小、线路短，并且不经过散热器，这样就可以帮助发动机迅速升温
而当发动机温度达到一定值，主阀门才会开启，冷却液就会经过散热器，这个时候的流量大、线路长，所以被称为大循环
这种可以对发动机温度实现精准控制的巨大优势，也是风冷系统被彻底淘汰的原因
写在最后
内燃机在其一百多年的历史中经历了很多次变革，最终才变成了如今的模样
虽然如今新能源成为主流趋势，但是依然还是有很多人对内燃机技术保持敬畏和热爱
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