第一章发动机的基本知识.

汽车构造主编关文达第一章发动机的基本知识第一节概述第二节四冲程发动机的工作原理第三节发动机的总体构造第四节发动机的主要性能指标与特性第五节内燃机名称及型号编制规则第一节概述发动机是将某种形式的能量转换为机械能的机器。汽车的动力来自发动机。有人称发动机是汽车的“心脏”。将燃料燃烧所产生的热能转变为机械能的发动机，称为热力发动机(简称热机)。第二节四冲程发动机的工作原理一、发动机结构基本术语二、四冲程汽油机的工作原理三、四冲程柴油机工作原理简介一、发动机结构基本术语图1-1单缸四冲程汽油机示意图1—飞轮2—油底壳3—曲轴4—连杆5—活塞6—齿形带7—排气门8—凸轮轴9—分电器10—空气滤清器11—点火开关12—火花塞13—点火线圈14—蓄电池15—起动机16—进气门单缸四冲程汽油发动机的基本结构如图1-1所示。一、发动机结构基本术语(1)上止点活塞顶部离曲轴中心最远处，即活塞最高位置。(2)下止点活塞顶部离曲轴中心最近处，即活塞最低位置。(3)活塞行程上、下止点间的距离S称为活塞行程。(4)曲柄半径曲轴与连杆大头连接中心至曲轴中心的距离R称为曲柄半径。(5)气缸工作容积活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积或气缸排量，用符号Vh表示。多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机工作容积或发动机排量，用符号VL(单位为L)表示一、发动机结构基本术语图1-2发动机示意图1—进气门2—排气门3—气缸4—活塞5—连杆6—曲轴中心7—曲柄(6)燃烧室容积(Vc)活塞在上止点时，活塞顶上面的空间为燃烧室，它的容积叫燃烧室容积(单位为L)。(7)气缸总容积(Va)活塞在下止点时，活塞顶上面整个空间的容积(单位为L)。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即•(8)压缩比(ε)气缸总容积与燃烧室容积的比值，即一、发动机结构基本术语一、发动机结构基本术语(9)发动机工况发动机在某一时刻的运行状况称为发动机工况，用发动机此时输出的转速和有效功率表示。(10)工作循环在气缸内进行的每一次将热能转化为机械能的一系列连续过程(进气、压缩、做功和排气)称为发动机的工作循环。二、四冲程汽油机的工作原理1.进气行程(图1-3a)2.压缩行程(图1-3b)3.做功行程(图1-3c)4.排气行程(图1-3d)图1-3四冲程汽油机的示功图a)进气行程b)压缩行程c)膨胀行程(做功行程)d)排气行程1.进气行程(图1-3a)进气过程中，排气门关闭，进气门开启，活塞从上止点向下止点移动一个行程，在气缸内形成真空，新鲜可燃混合气被吸入气缸；曲轴由0°沿顺时针方向转到180°。2.压缩行程(图1-3b)为了使吸入的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的气体压力，使发动机做功，燃烧前必须将可燃混合气压缩，此即压缩行程。3.做功行程(图1-3c)在这个行程中，进、排气门仍关闭。当活塞在压缩行程接近上止点时，装在气缸盖上的火花塞在高压电作用下产生电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气燃烧后，放出大量的热能，使燃气的压力和温度急剧升高，如曲线cZ所示。最高压力pz约为3.0～6.5MPa，相应的温度为2200～2800K,且体积迅速膨胀。此时活塞被高压气体推动从上止点下行，带动曲轴从360°旋转到540°，并输出机械能，除了用以维持发动机本身继续运转外，其余大部分都用于对外做功。4.排气行程(图1-3d)可燃混合气体燃烧后生成的废气，必须从气缸中排除，以便进行下一个进气行程。当做功接近终了时，进气门关闭，排气门开启，曲轴通过连杆推动活塞从下止点向上止点运动，曲轴由540°旋转到720°。三、四冲程柴油机工作原理简介图1-4四冲程柴油机示意图1—正时齿轮2—连杆3—活塞4—排气门5—空气滤清器6—喷油器7—进气门8—飞轮9—点火开关10—起动机11—蓄电池12—喷油泵第三节发动机的总体构造一、机体组二、曲柄连杆机构三、配气机构四、燃料供给系统五、点火系统六、冷却系统七、润滑系统八、起动系统第三节发动机的总体构造图1-5一汽奥迪100型轿车发动机1—气缸垫2—气缸盖3—火花塞4—活塞销5—曲轴后端封油挡板6—飞轮齿圈7—油底壳8—活塞9—油标尺10—连杆总成11—机油集滤器12—中间轴轴承13—放油螺塞14—曲轴主轴承15—曲轴16—曲轴轴承盖17—曲轴前端封油挡板18—曲轴正时齿轮19—空气压缩机平带20—调整垫片21—正时齿轮拧紧螺栓22—压紧盖23—空气压缩机带轮24—水泵、发电机曲轴带轮25—正时齿轮下罩盖26—空气压缩机支架27—中间轴正时齿轮28—中间轴29—正时传动带30—偏心轮张紧机构31—气缸体32—正时齿轮上罩盖33—凸轮轴正时齿轮34—凸轮轴前端油封35—凸轮轴罩盖36—机油加油口盖37—凸轮轴机油挡油板38—凸轮轴轴承盖39—排气门40—气门弹簧41—进气门42—液力挺杆总成43—凸轮轴一、机体组一汽奥迪100型发动机的机体组包括气缸盖2、气缸盖罩盖、气缸体31及油底壳7等。机体组是发动机各机构、系统的装配基体，其本身的许多部分又分别是曲柄连杆机构、燃料供给系统、冷却系统和润滑系统的组成部分。二、曲柄连杆机构包括活塞8，连杆总成10，带有飞轮齿圈6的曲轴15等。曲柄连杆机构是发动机产生动力，并将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力的机构。三、配气机构由进气门41、排气门39、液力挺杆总成42、凸轮轴43、凸轮轴正时齿轮33(由曲轴正时齿轮18通过正时传动带29驱动)等。其作用是将可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排出废气。四、燃料供给系统主要由汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、空气滤清器、进排气歧管、排气消声器、传感器、电控喷油器、电控单元等(一汽奥迪100型轿车汽油机在国内曾装用过化油器)组成。燃料供给系统根据发动机各工况要求，配制具有一定数量和浓度的可燃混合气，定时、定量地供入气缸，并将燃烧生成的废气排出发动机。五、点火系统包括电源(蓄电池和发电机)、分电器、点火开关、点火线圈组件、传感器、电控单元和火花塞3等。点火系统可保证按规定时刻，及时点燃气缸中被压缩的可燃混合气。六、冷却系统水泵、散热器、风扇、节温器、水温表以及气缸体31和气缸盖2里铸出的水套等是冷却系统的主要组成零部件。它的功用是保证发动机在最适宜的温度下工作。七、润滑系统润滑系统主要包括油底壳7、机油集滤器11、机油泵、限压阀和油标尺等。其功用是将润滑油不断地供给做相对运动的零件，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻零件的磨损并部分地冷却摩擦零件、清洗摩擦表面。八、起动系统图1-􀰊6国产奥迪新A4和新A6配备的2.0TFSI汽油发动机八、起动系统图1-7奥迪Q7的4.2TDI柴油机八、起动系统图1-8一汽迈腾2.0TSI发动机八、起动系统图1-9上柴6114系列CNG(天然气)发动机八、起动系统图1-10镁合金发动机八、起动系统图1-11康明斯高压共轨柴油机第四节发动机的主要性能指标与特性一、动力性指标二、经济性指标三、发动机速度特性四、发动机的工况与负荷一、动力性指标(1)发动机有效转矩(2)有效功率(1)发动机有效转矩发动机通过飞轮对外输出的转矩称为发动机的有效转矩，用Ttq表示，单位为N·m。(2)有效功率发动机通过飞轮对外输出的功率称为发动机的有效功率，用Pe表示，单位为kW。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。二、经济性指标一般用燃油消耗率表示发动机的经济性指标。燃油消耗率指发动机每发出1kW有效功率，在1h内所消耗的燃油质量(以g为单位)，称为燃油消耗率，用be表示。很明显，燃油消耗率越低，燃油经济性越好。燃油消耗率［单位为g／(kW·h)］按下式计算三、发动机速度特性图1-12汽油发动机外特性四、发动机的工况与负荷图1-13发动机的负荷第五节内燃机名称及型号编制规则一、国内内燃机编号简介二、国外内燃机编号简介一、国内内燃机编号简介(1)内燃机产品名称均按所采用的燃料命名例如柴油机、汽油机、煤气机、沼气机、双(多种)燃料发动机等。(2)内燃机型号由下列四部分内容组成1)首部：产品特征代号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需经行业标准化归口单位核准、备案。2)中部：由缸数符号、行程符号、气缸排列形式符号和缸径符号组成。3)后部：结构特征和用途特征符号。4)尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。型号编制示例：1)汽油机：1E65F——单缸、直列、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型。495Q——四缸、直列、四冲程、缸径95mm、冷却液冷却、汽车用。2)柴油机：495T——四缸、直列、四冲程、缸径95mm、冷却液冷却、拖拉机用。12VE230/300ZCZ——12缸，V形、二冲程、缸径230mm、行程300mm、冷却液冷却、增压、船用主机、左机基本型。二、国外内燃机编号简介康明斯(Cummins)柴油机产品目前有A、B、C、L10、N、V、K等10个系列，其产品型号由6部分组成：(1)柴油机系列用字母B、C、N、V、K等表示发动机系列。(2)柴油机吸气方式用字母组表示：T——增压；TA——增压并中冷；TT——两级增压；TTA——两级增压并中冷。(3)发动机工作容积(排量)用数字表示，单位为L(升)或in3。(4)用途符号用字母表示，B——公共汽车；C——工程机械；G——发电机组；GS——备用发电机组；L——机车。(5)额定功率用数字表示(6)特殊符号用字母表示特殊汽车的特征。