发动机总体构造与维修安全知识

项目一发动机总体构造与维修安全知识汽车发动机构造与维修项目一发动机总体构造与维修安全知识任务一发动机总体构造的认知一、发动机基本工作原理1．发动机概念发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。汽车用发动机（图1-1）是汽车的心脏，是汽车的动力源。汽车发动机一般是将液体燃料或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧产生热能，热能再转变为机械能，因此又叫内燃机。现代汽车发动机多数采用水冷式四冲程往复活塞式内燃机。常见的车用发动机有汽油发动机和柴油发动机两种。图1-1五菱荣光汽车B12发动机（型号为LAQ）项目一发动机总体构造与维修安全知识2．单缸发动机结构及常用术语单缸四冲程汽油机的基本结构如图1-2所示，单缸四冲程柴油机的基本结构如图1-3所示。汽缸体内圆柱形腔体称为汽缸，内装有活塞，活塞通过活塞销、连杆与曲轴相连接。活塞在汽缸内作往复直线运动，通过连杆推动曲轴作旋转运动。在汽缸盖上装有进、排气门，通过凸轮轴控制进、排气门的开启和关闭，实现向汽缸内充入新鲜可燃混合气（汽油机）或纯空气（柴油机），并将燃烧后的废气排出汽缸。项目一发动机总体构造与维修安全知识图1-2单缸四冲程汽油机结构示意图图1-3单缸四冲程柴油机结构示意图项目一发动机总体构造与维修安全知识发动机基本术语如图1-4所示。图1-4发动机基本术语项目一发动机总体构造与维修安全知识（1）上止点。上止点是指活塞离曲轴回转中心最远处，即活塞的最高位置。（2）下止点。下止点是指活塞离曲轴回转中心最近处，即活塞的最低位置。（3）活塞行程（S）。上止点与下止点之间的距离称为活塞行程。（4）曲柄半径（R）。曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离（即曲轴的回转半径）称为曲柄半径。活塞行程为曲柄半径的两倍，即S=2R。（5）汽缸工作容积（Vh，L）。活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积称为汽缸工作容积或汽缸排量，即式中：D—汽缸直径（mm）；S—活塞行程（mm）。项目一发动机总体构造与维修安全知识（6）燃烧室容积（VC，L）。活塞在上止点时，活塞顶与汽缸盖之间的容积称为燃烧室容积。（7）汽缸总容积（Va，L）。活塞在下止点时，活塞顶上方的容积称为汽缸总容积。显然，汽缸总容积是汽缸工作容积与燃烧室容积之和，即Va＝VC+Vh式中：VC—燃烧室容积（L）；Vh—汽缸工作容积（L）。（8）发动机排量（VL，L）。多缸发动机各汽缸工作容积的总和称为发动机排量。即式中：Vh—汽缸工作容积（L）；i—汽缸数目。项目一发动机总体构造与维修安全知识（9）压缩比（ε）。汽缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。式中：Va—汽缸总容积（L）；Vh—汽缸工作容积（L）；Vc—燃烧室容积（L）。压缩比表示活塞由下止点运动到上止点时，汽缸内的气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时汽缸内气体的压力和温度越高。目前，一般车用汽油机的压缩比约为6～11，柴油机的压缩比一般为16～22。（10）工作循环。在汽缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转变成机械能的一系列连续过程（进气、压缩、做功、排气）称为发动机的一个工作循环。项目一发动机总体构造与维修安全知识3．发动机的基本工作原理1）四冲程汽油机的工作原理四冲程汽油机每一个工作循环包括4个活塞行程，即进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程，如图1-5所示。图1-5四冲程汽油机工作原理示意图项目一发动机总体构造与维修安全知识（1）进气行程。在进气行程中，活塞在曲轴和连杆的带动下由上止点向下止点运行，这时进气门开启，排气门关闭。在活塞由上止点向下止点运动过程中，由于活塞上方汽缸容积逐渐增大，形成一定的真空度。这样，可燃混合气通过进气歧管、进气门被吸入汽缸。当活塞到达下止点时，进气门关闭，停止进气。由于进气系统有阻力，进气终了时汽缸内的气体压力略低于大气压力，约为0.074～0.093MPa。由于汽缸壁、活塞等高温机件及上一循环残留的高温残余废气的加热，气体的温度上升到80～130℃。项目一发动机总体构造与维修安全知识（2）压缩行程。活塞在曲轴和连杆的带动下由下止点向上止点运动，此时进排气门处于关闭状态。由于活塞上方汽缸容积逐渐减小，进入汽缸内的可燃混合气被压缩，温度和压力不断升高，直到活塞到达上止点为止，此时，可燃混合气被压缩到活塞上方的很小空间，即燃烧室中。压缩终了时，可燃混合气压力约为0.6～1.5MPa，可燃混合气的温度约为330～430℃。压缩终了时可燃混合气的压力和温度取决于压缩比。压缩比越大，燃烧速度越快，因而发动机发出的功率便越大，经济性越好。但压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧，反而会出现爆震和表面点火等不正常燃烧现象。项目一发动机总体构造与维修安全知识爆震是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点火中心较远及具有高温处（如排气门头部、火花塞电极和积炭处）可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。爆震时，火焰以极高的速率向外传播，由于温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速向外推进。这种压力波撞击燃烧室壁时便发出尖锐的敲击声。爆震还会引起发动机过热、功率下降、工作不稳定、燃油消耗率增加等一系列不良后果。严重时会造成气门烧毁、轴承破裂、火花塞绝缘体击穿等机件损坏现象。表面点火是由于燃烧室内炽热表面与炽热处（如排气门头部、火花塞绝缘体、零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气的现象。表面点火发生时，会伴有沉闷的金属敲击声音，所产生的高压会使发动机机件负荷增加，活塞和连杆损坏及气门、火花塞、活塞等零件过热，导致发动机寿命降低。项目一发动机总体构造与维修安全知识（3）做功行程。当活塞运动到接近压缩行程上止点附近时，火花塞跳火点燃汽缸内的可燃混合气。这时由于进气门和排气门均处于关闭状态，使缸内气体温度和压力同时升高，高温高压的气体膨胀，推动活塞由上止点向下止点运动，并通过连杆带动曲轴旋转输出机械能，直到活塞到达下止点时，做功行程结束。做功行程中，瞬时最高压力可达3～5MPa，瞬时最高温度可达1930～2530℃。做功行程终了时，由于活塞下移，汽缸内容积增加，气体压力和温度都在降低，压力降低到0.3～0.5MPa，温度则降到1030～1330℃。项目一发动机总体构造与维修安全知识（4）排气行程。在做功行程结束后，汽缸内的可燃混合气通过燃烧转变为废气。此时排气门开启，进气门处于关闭状态，活塞在曲轴和连杆的带动下由下止点向上止点运动，废气在自身残余压力和活塞的推力作用下从汽缸内经排气门排出，直到活塞到达上止点时，排气行程结束。由于排气系统存在排气阻力，所以在排气终了时，汽缸内压力稍高于大气压力，约为0.102～0.120MPa，废气温度约为630～930℃。因燃烧室占有一定容积，故排气终了时，不可能将废气全部排尽，留下的这一部分废气称为残余废气。排气行程结束后，进气门再次开启，又开始下一个工作循环。如此周而复始，发动机就连续运转。发动机工作时，需要连续不断地进行循环，在每个循环中都是依次完成进气、压缩、做功、排气4个活塞行程。项目一发动机总体构造与维修安全知识2）四冲程柴油机的工作原理四冲程柴油机工作原理如图1-6所示。与四冲程汽油机一样，四冲程柴油机每个工作循环也是由进气、压缩、做功和排气4个活塞行程组成。但由于柴油和汽油使用性能的不同，柴油机在可燃混合气的形成方式、着火方式等方面与汽油机有着较大的区别。这里主要介绍四冲程柴油机与四冲程汽油机工作原理的不同之处。图1-6四冲程柴油机工作原理示意图项目一发动机总体构造与维修安全知识（1）进气行程。柴油机在进气行程中进入汽缸的是纯空气，而不是可燃混合气。（2）压缩行程。柴油机在压缩行程中压缩的是进气行程进入汽缸内的纯空气。由于柴油机压缩比高，压缩终了时缸内气体的温度和压力均高于汽油机，汽缸内空气压力可达3.5～4.5MPa，温度可达480～730℃。（3）做功行程。柴油机做功行程与汽油机有很大区别。在压缩行程接近上止点时，喷油泵泵出的高压柴油（10MPa以上）经喷油器呈雾状喷入汽缸内的高温空气中，柴油迅速吸热、蒸发、扩散与空气混合形成可燃混合气。由于此时汽缸内的温度远高于柴油的自燃温度（约220℃左右），形成的可燃混合气自行着火燃烧，随后的一段时间内边喷油边混合边燃烧，汽缸内气压急剧上升到6～9MPa，温度也升到1730～2230℃。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而做功。项目一发动机总体构造与维修安全知识（4）排气行程。与汽油机的排气行程基本相同。柴油机与汽油机相比，压缩比高，燃油消耗率低，故燃油经济性较好，环保性也较好，且柴油机没有电气和点火系的故障。但柴油机转速低、质量大、制造和维修费用高。柴油机的这些缺点逐渐得到克服，其应用越来越广，目前轿车也部分采用柴油机。项目一发动机总体构造与维修安全知识3）工作循环的特点由上述单缸四冲程汽油机和单缸四冲程柴油机的工作原理可知，四冲程发动机工作循环具有以下特点。（1）每完成一个工作循环曲轴旋转2圈（720°），每一行程曲轴旋转半圈（180°）。进气行程中进气门开启，排气门关闭；排气行程中排气门开启，进气门关闭；其余两个行程进、排气门均关闭。（2）在4个活塞行程中，只有做功行程产生动力，其余3个活塞行程则是为做功行程作准备的辅助行程，都要消耗动力。虽然做功行程是主要的，但其他3个行程也是必不可少的。（3）发动机起动时（第一个工作循环），必须借助外力带动曲轴旋转以完成进气、压缩行程，在混合气着火做功行程开始后，依靠曲轴和飞轮储存的能量，使发动机转入正常运转状态。项目一发动机总体构造与维修安全知识4）多缸四冲程发动机的工作原理单缸四冲程发动机每个工作循环所经历的4个活塞行程中，只有做功行程为有效行程，其他3个行程为消耗机械功的辅助行程。这样，发动机曲轴在做功行程中的转速快，在其他行程中转速慢。所以，一个工作循环中曲轴的转速是不均匀的。为了保证发动机运转平稳，现代汽车发动机都采用多缸四冲程发动机，应用最多的是四缸、六缸和八缸发动机。多缸四冲程发动机每个汽缸所经历的工作循环与单缸四冲程发动机相同，但各缸的做功行程并非同时进行，而是按一定顺序进行。因此，对多缸四冲程发动机来说，曲轴每转两周，各缸分别做功一次，且各缸做功间隔角（以曲轴转角表示）保持一致。对于缸数为i的四冲程直列式发动机而言，做功间隔角为720°/i。汽缸数越多，发动机工作越平稳，但结构也越复杂。项目一发动机总体构造与维修安全知识二、发动机总体构造和主要性能指标1．发动机的总体构造汽油发动机通常由两大机构、五大系统组成，而柴油机由两大机构、四大系统组成。两大机构是指曲柄连杆机构和配气机构，五大系统系是指燃料供给系统（包括燃油供给系统、空气供给系统、排气系统和电子控制系统）、冷却系统、润滑系统、点火系统（柴油机无此系统）和起动系统。五菱荣光汽车B12发动机（型号为LAQ）外形图如图1-7所示，发动机分解图如图1-8和图1-9所示。项目一发动机总体构造与维修安全知识图1-7LAQ型发动机外形图项目一发动机总体构造与维修安全知识图1-8LAQ型发动机分解图（上端）1-点火高压线罩盖；2-汽缸盖罩盖螺栓1；3-汽缸盖罩盖螺栓2；4-加油口盖；5-汽缸盖罩；6-密封圈；7-凸轮轴联盖；8-定位销；9-凸轮轴轴承盖螺栓；10-凸轮轴轴承盖；11-气门顶柱；12-气门锁夹；13-气门弹簧座；14-气门弹簧；15-气门油封；16-气门导管；17-排气门座；18-排气门；19-进气门座；20-进气门；21-排气凸轮轴；22-凸轮轴链轮；23-垫片；24-螺栓；25-进气凸轮轴；26-进气歧管密封圈；27-进气歧管；28-炭罐电磁阀；29-燃油分配管；30-螺栓；31-节气门体；32-节气门体密封圈；33-进气歧管安装支架；34-PDA执行器；35、36-双头螺柱；37-凸轮轴位置传感器；38-螺栓；39-隔热罩（上）；40-带肩螺母；41-隔热罩（下）；42-排气歧管；43-排气歧管垫圈；44-出水管座垫圈；45-废气再循