发动机理论知识大全

汽车发动机专业基础知识---周文碧目录第一节概述第二节发动机的性能指标及特性第三节曲柄连杆机构第四节配气机构第五节汽油机供给系的组成及燃料第六节进排气系统与排气净化装置第七节汽油机点火系第八节发动机冷却系第九节发动机润滑系第十节发动机起动系第十一节发动机性能参数介绍第一节概述发动机类型将燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的装置称为热力发动机，也称热机。热机有内燃机和外燃机两种。直接以燃料燃烧的热能转化为机械能的热机为内燃机。内燃机包括活塞式内燃机和燃气轮机。外燃机则包括蒸汽机、汽轮机和热气机等。内燃机具有结构紧凑、体积小、质量轻和容易起动等优点。因此，活塞式内燃机广泛用作汽车动力。进气状态混合气形成气缸排列气缸数量点火方式冷却方式所用燃料工作循环活塞运动往复活塞式发动机旋转活塞式发动机二冲程发动机四冲程发动机汽油发动机柴油发动机气体燃料发动机水冷发动机风冷发动机非增压(自然吸气)式发动机增压式发动机化油器式发动机直接喷射式发动机L型(直列式/单列式)发动机V型(双列式)发动机P型(水平对置式)发动机单缸发动机多缸发动机强制点火式(点燃式)发动机压燃式发动机发动机的分类1.工作循环活塞式内燃机的工作循环是由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成的封闭过程。周而复始地进行这些过程，内燃机才能持续地作功。2.活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。发动机的基本术语3.活塞行程上、下止点间的距离S称为活塞行程。曲轴的回转半径R称为曲柄半径。显然，曲轴每回转一周，活塞移动两个活塞行程。对于气缸中心线通过曲轴回转中心的内燃机，其S＝2R。4.气缸工作容积上、下止点间所包容的气缸容积称为气缸工作容积，记作Vh。Vh=πD2*S/4*106(L)5.内燃机排量内燃机所有气缸工作容积的总和称为内燃机排量，记作VL。VL=iVh(L)。6.燃烧室容积活塞位于上止点时，活塞顶面以上气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室，其容积称为燃烧室容积，也叫压缩容积,记作VC。7.气缸总容积气缸工作容积与燃烧室容积之和为气缸总容积,记作Va。Va=Vh+VC。8.压缩比气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比ε.压缩比的大小表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内的气体被压缩的程度ε=Va/VC=(Vh+VC)/VC=1+Vh/VC.一般汽油机的压缩比是7~10，柴油机的压缩比是15~25.132456四冲程汽油机工作原理T：370~400K600~750K2200—2800K900~1200KP：0.075~0.09MPa0.8~1.5MPa3.0~6.5MPa0.105~0.115Mpa1.进气行程2.压缩行程3.作功行程4.排气行程第二节发动机性能指标及特性发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点，并作为评价各类发动机性能优劣的依据。发动机的性能指标主要有以下几种：一、动力性指标动力性指标是表征发动机作功能力大小的指标，一般用发动机的有效转矩、有效功率、转速和平均有效压力等作为评价发动机动力性好坏的指标。1.有效转矩发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作Te，单位为N·m。有效转矩与曲轴角位移的乘积即为发动机对外输出的有效功。2.有效功率发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作pe单位为KW。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。十五分钟功率、一小时功率、十二小时功率、二十四小时持续功率3.发动机转速发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速，用n表示，单位为r/min。4.平均有效压力单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，记作pme，单位为MPa。显然，平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。二、经济性指标发动机经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率等。三、强化指标强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标，一般包括升功率和强化系数等。四、紧凑性指标紧凑性指标是用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标，通常用比容积和比质量衡量。五、环境指标环境指标用来评价发动机排气品质和噪声水平(75dB（A）)。六、可靠性指标表征发动机在规定使用条件下，正常持续工作能力。七、耐久性指标主要零件磨损到不能继续正常使用的极限时间。八、工艺性指标评价发动机制造性工艺和维修工艺性的好坏。九、内燃机速度特性速度特性第三节曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。是实现发动机工作循环，完成能量转换的主要零部件。曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。曲柄杆机构可以分成三组：机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。机体组现代汽车发动机机体组主要由机体、气缸盖、气缸衬垫、气缸盖罩、主轴承盖以及油底壳等组成，镶气缸套的发动机，机体组还包括干式或湿式气缸套。机体的构造与气缸排列形式、气缸结构形式和曲轴箱结构形式有关。气缸排列形式有3种：直列式、V型和水平对置式。为了提高气缸的耐磨性和延长气缸的使用寿命而有不同的气缸结构形式和表面处理方法。气缸结构形式也有3种，即无气缸套式、干气缸套式和湿气缸套式干气缸套式机体是在一般灰铸铁机体的气缸套座孔内压入或装入干式气缸套式气缸套不与冷却液接触。干式气缸套的外圆表面和气缸套座孔内表面均须精加工，以保证必要的形位精度和便于拆装。湿气缸套式机体，其气缸套外壁与冷却液直接接触。用合金铸铁制造的湿式气缸套的壁厚一般为5～8mm。湿式气缸套下部用1～3道耐热耐油的橡胶密封圈进行密封，防止冷却液泄漏。湿式气缸套上部的密封是利用气缸套装入机体后，气缸套顶面高出机体顶面0.05～0.15mm。按曲轴箱结构形式的不同机体有平底式、龙门式和隧道式3种。平底式机体的底平面与曲轴轴线齐平。这种机体高度小、质量轻、加工方便。但与另外两种机体相比刚度较差。龙门式机体是指底平面下沉到曲轴轴线以下的机体机体底平面到曲轴轴线的距离称作龙门高度。隧道式机体是指主轴承孔不剖分的机体结构。1、缸盖结构形式水冷发动机的气缸盖有整体式、分块式和单体式3种结构形式。在多缸发动机中，全部气缸共用一个气缸盖的，则称该气缸盖为整体式气缸盖；若每两缸一盖或三缸一盖，则该气缸盖为分块式气缸盖；若每缸一盖，则为单体式气缸盖。风冷发动机均为单体式气缸盖。2、燃烧室当活塞位于上止点时，活塞顶面以上、气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室。在汽油机气缸盖底面通常铸有形状各异的凹坑，习惯上称这些凹坑为燃烧室。燃烧室组成：气缸盖、活塞顶、汽缸壁。燃烧室具备的条件1、结构紧凑、提高热效率2、增大进气门或进气道、提高发动机转矩和功率3、压缩行程终点产生挤气涡流、保证充分燃烧4、保证火焰传播距离最短（汽油机）5、形状与燃油喷射、空气涡流运动进行良好配合（柴油机）3、气缸衬垫气缸衬垫是机体顶面与气缸盖底面之间的密封件。其作用是保持气缸密封不漏气，保持由机体流向气缸盖的冷却液和机油不泄漏。按所用材料的不同，气缸衬垫可分为金属—石棉衬垫、金属—复合材料衬垫和全金属衬垫等多种。4、油底壳油底壳的功用是储存机油和封闭机体或曲轴箱。油底壳用薄钢板冲压或用铝铸制而成。油底壳内设有挡板，用以减轻汽车颠簸时油面的震荡。此外，为了保证汽车倾斜时机油泵能正常吸油，通常将油底壳局部做得较深。油底壳底部设放油螺塞。有的放油螺塞带磁性，可以吸引机油中的铁屑。活塞组活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆瓦等组成。1、活塞现代汽车发动机不论是汽油机还是柴油机广泛采用铝合金活塞，只在极少数汽车发动机上采用铸铁或耐热钢活塞。活塞可视为由顶部、头部和裙部等3部分构成。1)顶部汽油机活塞顶部形状与燃烧室形状和压缩比大小有关。顶部有凸顶、平顶、凹顶3种，大多数汽油机采用平顶活塞。2)头部活塞顶至油环槽下端面间称为活塞头部。在活塞头部加工有用来安装气环和油环的气环槽和油环槽。3)裙部活塞头部以下的部分为活塞裙部。裙部的形状应保证活塞在气缸内得到良好的导向，气缸与活塞之间在任何工况下都应保持均匀的、适宜的间隙。另外，沿活塞轴线方向活塞的温度是上高下低，活塞的热膨胀量自然是上大下小。因此为使活塞工作时裙部接近圆柱形，须把活塞制成上小下大的圆锥形或桶形。2、活塞环活塞环分气环和油环两种。a)矩形环；b）锥面环；c）d）上侧面内切正扭曲环；c）下侧面内切正扭曲环；f）下侧面内切反扭曲环；g）梯形环；h）楔形环；i）桶面环；j）开槽环；k）、l）顶岸环活塞环断面形状油环：槽孔式槽孔撑簧式钢带组合式气环的主要功用是密封和传热。保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸内的可燃混合气和高温燃气漏入曲轴箱，并将活塞顶部接受的热传给气缸壁，避免活塞过热。油环的主要功用是刮除飞溅到气缸壁上的多余的机油，并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜。此外，气环和油环还分别起到刮油和密封的辅助作用。3、活塞销活塞销用来连接活塞和连杆，并将活塞承受的力传给连杆或相反。活塞销与连杆小头的连接方式有两种，即全浮式和半浮式。全浮式活塞销工作时，能在连杆小头和活塞销孔中转动，而半浮式只能在活塞销孔中转动，不能在小头孔内转动。圆柱形组合形两段截锥形连杆组连杆组包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等零件。习惯上常常把连杆体、连杆盖和连杆螺栓合起来称作连杆，有时也称连杆体为连杆。连杆由小头、杆身和大头构成。VV型发动机左右两个气缸的连杆安装在同一个曲柄销上，其结构随安装形式的不同而不同。曲轴飞轮组曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。曲轴基本由一个曲柄销，左右两个曲柄臂和左右两个主轴颈构成一个单元曲拐。单缸发动机的曲轴只有一个曲拐，多缸直列式发动机曲轴的曲拐数与气缸数相同，V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。飞轮是转动惯量很大的盘形零件，其作用如同一个能量存储器。在作功行程中发动机传输给曲轴的能量，除对外输出外，还有部分能量被飞轮吸收，从而使曲轴的转速不会升高很多。对于四冲程发动机来说，每四个活塞行程作功一次，即只有作功行程作功，而排气、进气和压缩三个行程都要消耗功。曲拐布置与多缸发动机的工作顺序曲轴的曲拐数取决于气缸的数目和排列方式，直列式发动机曲轴的曲拐数等于气缸数；V形发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。橡胶扭转减振器曲轴扭转减振器形式橡胶扭转减振器硅油扭转减振器橡胶-硅油扭转减振器第四节配气机构配气机构的功用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，配气机构的主要区别在于气门数量和布置形式、凸轮轴布置形式和驱动方式。一、气门式配气机构的布置形式及传动目前，四冲程汽车发动机都采用气门式配气机构。其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。现代汽车发动机均采用顶置气门，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式3种。配气定时（配气相位）以曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻及其开启的持续时间。α＝10°～30°β＝30°～80°γ＝40°～80°δ＝10°～30°气门间隙发动机在冷态下，当气门处于关闭状态时，气门与传动件之间的间隙。气门间隙气门组四冲程发动机每完成一个工作循环，每个气缸进、排气一次。这时曲轴转两周，而凸轮轴只旋转一周，所以曲轴与凸轮轴传动比为2∶1。气门驱动形式有摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型。气门组由气门、气门弹簧、气门锁夹、气门座、气门导管等组成。发动机的进、排气门均为菌形气门，由气门头部和气门杆两部分构成。气门顶面有平顶、凹顶和凸顶等形状。目前应用最多的是平顶气门。气门传动组由凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摆臂等组成。气门传动组的作用是使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，