汽车原理及保养3

汽车原理及保养授课教师：田原嫄授课单位：机械工程学院授课时间：第二学期课次：3汽车原理及保养(第3次课)§1.4汽车的总体构造§2汽车发动机§2.1发动机概述§2.1.1发动机常用术语§2.1.2发动机的工作原理§2.1.3发动机的总体构造§2.1.4发动机的主要性能指标与特性§2.1.5内燃机名称及型号编制规则§1.4汽车的总体构造典型轿车的总体构造1.发动机；2.前悬架；3.前轮；4.前轮制动器；5.副车架；6.离合器；7.变速器；8.传动轴；9.主减速器及差速器；10.后悬架；11.后轮制动器；12.传动轴（半轴）；13.后轮；14.消声器；15.油箱；16.车身；17.转向盘；18.车前板制件汽车通常由发动机、底盘、车身、电气设备4部分组成。§1.4汽车的总体构造——发动机发动机是汽车的动力装置，其作用是使输进气缸内的燃料燃烧而发出动力。它由2大机构5大系组成：曲柄连杆机构(3、4、5、10、9、飞轮、活塞环、曲轴油封)；配气机构(11、8、7、12、17、14、15、16、消音器、三元催化器、增压器、中冷器)；燃料供给系；冷却系；润滑系；点火系；起动系。1正时齿轮2壳体3连杆4曲轴5轴瓦6惯性轮7凸轮8气门顶杆9活塞销10活塞11气缸12进气门13火花塞14滤清器15进气管16出气管17排气门§1.4汽车的总体构造——发动机5大系1燃料供给系：汽油箱、汽油表、汽油管、汽油滤清器、汽油泵、化油器、空气滤清器、进排气歧管等组成。2冷却系：水箱、水泵、散热器、风扇、节温器、水温表和放水开关组成。汽车发动机采用两种冷却方式，即空气冷却和水冷却。一般汽车发动机多采用水冷却。3润滑系：机油泵、集滤器、机油滤清器、油道、限压阀、机油表、感压塞及油尺等组成。4点火系：火花塞、高压线、高压线圈、分电器5起动系：起动机、点火开关、蓄电池§1.4汽车的总体构造——发动机布置形式现代汽车的布置形式：a)发动机前置后轮驱动FR式大多数货车、部分轿车和部分客车采用这种形式；b)发动机前置前轮驱动FF式在轿车上盛行的布置形式，具有结构紧凑、减小轿车质量、降低地板高度、改善高速行驶时的操纵稳定性等优点；c)发动机后置后轮驱动RR式大、中型客车盛行的布置形式，具有降低室内噪声、有利于车身内部布置等优点。少数轿车也采用这种形式；d)发动机中置后轮驱动MR式多数跑车及方程式赛车所采用的形式；e)全轮驱动4wD式越野汽车特有的形式§1.4汽车的总体构造——底盘底盘传动系行驶系转向系制动系离合器变速器万向节传动轴驱动杆车架车桥悬架车轮转向传动机构转向器转向操纵机构制动操纵机构制动器底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证正常行驶。底盘组成如下：§1.4汽车的总体构造——车身车身内装饰座椅地毯仪表板顶蓬侧壁窗帘车身车身壳体车门车窗车前钣制件车身外装饰横梁纵梁支架钣件隔音隔热防腐密封涂层钣制制件铰链装饰条标志浮雕式文字散热器面罩保险杠灯具后视镜骨架座垫靠背调节机构车身附件附件门铰链门锁遮阳板玻璃升降器各种密封件风窗刮水器风窗洗净器安全带气囊空调通风暖气冷气§1.4汽车的总体构造——电气设备电气设备电源用电设备蓄电池发电机发动机的起动系汽油机的点火系其它用电装置§2.1发动机概述1发动机：汽车发动机是将热能转变成机械能的机器，也称为热力发动机（简称热机）。汽车的动力来自发动机。2发动机的分类热力发动机根据燃料在机外还是机内燃烧分为外燃机和内燃机两种。外燃机：蒸汽机是典型的外燃机，其特点是燃料在机器外部的锅炉内燃烧，将锅炉内的水加热而产生高温、高压水蒸气，输送到机器内部转变为机械能。外燃机由于机体庞大、结构复杂，无法用在现代汽车上。内燃机：将液体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。内燃机具有体积小、重量轻、热效率高等一系列优点，因而广泛应用于飞机、轮船、汽车等各种机械上。内燃机分类：⑴根据其将热能转变成机械能的工作原理不同，可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。活塞式内燃机按活塞运动的方式又可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式内燃机在汽车上应用最广泛。⑵根据其燃料不同分为汽油机和柴油机。汽油机是利用化油器将一定数量的汽油和空气混合，或将汽油直接喷入进气管道使汽油和空气混合后再吸入发动机气缸内，用电火花强制点燃使其燃烧，产生热能而膨胀做功。柴油机是利用喷油泵是柴油在高压下由喷油器直接喷入发动机气缸内，并与气缸内已经被压缩的高温空气混合形成混合气，自燃后产生热能而膨胀做功。§2.1.1发动机常用术语⑴上止点：活塞顶离曲轴中心最远处即活塞最高位置。活塞的运动速度为零。⑵下止点：活塞顶离曲轴中心最近处即活塞最低位置。活塞的运动速度为零。⑶活塞行程：上、下止点间的距离S。⑷曲柄半径R：曲柄与连杆大头连接中心至曲轴中心的距离。⑸气缸工作容积Vh：上、下止点间所包容的气缸容积或气缸排量。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VL。式中，D—气缸直径(cm)S—活塞行程(cm)；i—气缸数。iLSDV32104§2.1.1发动机常用术语⑹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，其容积称为燃烧室容积，也叫压缩容积(单位为L)。⑺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)。⑻压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比。它表示活塞由下止点移动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。压缩比愈大，则压缩终了时气缸内的压力和温度就愈高，燃烧速度愉快，发动机功率增大，热效率高，经济性好；但压缩比过大，汽油机会产生爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。车用汽油机的压缩比约为6-10(也有高达10以上)，柴油机的压缩比约为15-22。⑼工况：内燃机在某一时刻的运行状况简称工况，以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为内燃机转速。⑽负荷率：内燃机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值称为负荷率，以百分数表示。负荷率通常简称负荷。chaVVVchcchcaVVVVVVV1§2.1.2发动机的工作原理—四冲程汽油机a)进气行程活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时排气门关闭，进气门开启。在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内形成一定的真空度。空气和汽油的混合物通过进气门被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。因为进气系统有阻力，所以进气终了时气缸内的气体压力低于大气压力，约为0.08—0.09MPa。由于进气门、气缸壁、活塞等高温零件以及前一个循环残留在气缸内的高温废气对混合气的加热，致使进气终了时气缸内的气体温度高于大气温度，约为320-380K。§2.1.2发动机的工作原理—四冲程汽油机b）进气行程结束后，曲轴继续带动活塞由下止点移至上止点。这时，进、排气门均关闭。随着活塞移动，气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压缩，其压力和温度同时升高。压缩终了时，气缸内气体的压力约为0.8～1.5MPa，温度约为600—750K。压缩行程有利于混合气的迅速燃烧并可提高内燃机的有效热效率。一般压缩比ε：7—10，ε太大容易发生不正常燃烧。§2.1.2发动机的工作原理—四冲程汽油机C）作功行程压缩行程结束时，安装在气缸盖上的火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃，火焰迅速传遍整个燃烧室，同时放出大量的热能。燃烧气体的体积急剧膨胀，压力和温度迅速升高。在气体压力的作用下，活塞由上止点移至下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。这时，进、排气门仍旧关闭。在作功行程中，燃烧气体的最大压力可达3.0-6.5MPa，最高温度可达2200-2800K。随着活塞向下止点移动，气缸容积不断增大，气体压力和温度逐渐降低。在作功行程结束时，压力约为0.35—0.5MPa，温度约为1200-1500K。§2.1.2发动机的工作原理—四冲程汽油机d）排气行程排气行程开始，排气门开启，进气门仍然关闭，曲轴通过连杆带动活塞由下止点移至上止点，此时膨胀过后的燃烧气体(或称废气)在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸之外。当活塞到达上止点时，排气行程结束，排气门关闭。排气行程终了时，在燃烧室内尚残留少量废气，称其为残余废气。因为排气系统有阻力，所以残余废气的压力比大气压力略高，约为0.105—0.12MPa，温度约为900-1100K。§2.1.2发动机的工作原理—四冲程汽油机至此，四冲程汽油机经过进气、压缩、作功和排气等四个行程而完成一个工作循环。这期间活塞在上、下止点间往复运动四个行程，曲轴旋转两周，即每个行程有180°曲轴转角。但在实际进气过程中，进气门早于上止点开启，迟于下止点关闭。在排气过程中，排气门早于下止点开启，迟于上止点关闭。即进、排气过程所占的曲轴转角均超过180°。进气门早开晚关的目的是为了增加进入气缸内的混合气量和减少进气过程所消耗的功。排气门早开晚关的目的是为了减少气缸内的残余废气量和排气过程消耗的功。减少残余废气量，会相应地增加进气量。§2.1.2发动机的工作原理—四冲程柴油机a)在柴油机进气行程中，被吸入气缸的只是纯净的空气。由于柴油机进气系统阻力较小，残余废气的温度较低，因此进气行程结束时气缸内气体的压力较高，约为0．085—0．095MPa，温度较低，约为310～340K。§2.1.2发动机的工作原理—四冲程柴油机b）压缩行程因为柴油机的压缩比大，所以压缩行程终了时气体压力可高达3—5MPa，温度可高达750－1000K。§2.1.2发动机的工作原理—四冲程柴油机c)作功行程在压缩行程结束时，喷油泵将柴油泵入喷油器，并通过喷油器喷入燃烧室。因为喷油压力很高，喷孔直径很小，所以喷出的柴油呈细雾状。细微的油滴在炽热的空气中迅速蒸发汽化，并借助于空气的运动，迅速与空气混合形成可燃混合气。由于气缸内的温度远高于柴油的自燃点，因此柴油随即自行着火燃烧。燃烧气体的压力、温度迅速升高，体积急剧膨胀。在气体压力的作用下，活塞推动连杆，连杆推动曲轴旋转作功。在作功行程中，燃烧气体的最大压力可达6—9MPa，最高温度可达1800—2200K。作功行程结束时，压力约为0．2-0．5MPa，温度约为1000—1200K。§2.1.2发动机的工作原理—四冲程柴油机d)排气行程排气终了时气缸内残余废气的压力约为0.105-0.12MPa，温度约为700—900K。§2.1.2发动机的工作原理—汽油机与柴油机的比较四冲程汽油机与四冲程柴油机的共同点是：1)每个工作循环都包含进气、压缩、作功和排气等四个活塞行程，每个行程各占180°曲轴转角，即曲轴每旋转两周完成一个工作循环。2)四个活塞行程中，只有一个作功行程，其余三个是耗功行程。显然，在作功行程曲轴旋转的角速度要比其它三个行程时大得多，即在一个工作循环内曲轴的角速度是不均匀的。为了改善曲轴旋转的不均匀性，可在曲轴上安装转动惯量较大的飞轮或采用多缸内燃机并使其按一定的工作顺序依次进行工作。两者不同之处是：1)汽油机的可燃混合气在气缸外部开始形成并延续到进气和压缩行程终了，时间较长。柴油机的可燃混合气在气缸内部形成，从压缩行程接近终了时开始，并占小部分作功行程，时间很短。2)汽油机的可燃混合气用电火花点燃，柴油机则是自燃。所以又称汽油机为点燃式内燃机，称柴油机为压燃式内燃机。3)汽油机具有转速高、质量小、工作噪声小、启动容易、制造和维修费用低等特点，其不足之处是燃油消耗率高，燃油经济性差。柴油机因压缩比高，且柴油价格较低，所以燃油经济性好，缺点是转速较汽油机低、质量大、制造和维修费用高。§2.1.3发动机的总体构造汽油机由两大机构五大系统组成，柴油机由两大机构四大系统组成(无点火系)。如左图一汽奥迪100型轿车发动机为例。总体构造而言，都是由机体组、曲柄连杆机构、配气机构、进排气系统、燃油系统、冷却系统、润滑系统、起动系统和有害排放物控制装置等组成。§2.1.3发动机的总体构造—起动系统例1起动系包括