汽车发动机构造与维修第一章节

汽车发动机构造与维修单元1发动机的基本知识1.1概述1.2往复活塞式发动机的工作原理1.3发动机的总体构造1.4发动机的主要性能指标知识目标：1.了解发动机的定义和类型；2.掌握往复活塞式发动机的工作原理、主要性能指标。能力目标：1.掌握车用发动机的总体构造；2.掌握发动机的型号编制规则。建议学时：10学时1.1概述1.1.1发动机的定义1.1.2发动机的类型1.1.3往复活塞式发动机的基本结构1.1.1发动机的定义汽车的动力源是发动机，发动机是将某一种形式的能量转化为机械能的机器。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（简称热机）。1.1.2发动机的类型一、按照点火方式分类二、按照工作循环分类三、按照热力循环分类四、按照凸轮轴的位置及凸轮轴数分类五、按照使用燃料分类六、按照汽缸的数目及排列分类七、按照冷却方式分类•往复活塞式发动机的基本结构一、按照点火方式分类（1）火花点火发动机（2）压缩点火发动机（1）火花点火发动机•使用高压电火花于压缩行程末期，点燃汽缸中混合气的发动机，如汽油发动机、LPG发动机（液化石油气发动机）、双燃料发动机等。（2）压缩点火发动机•先将空气以极高压缩比在汽缸内压缩，压缩后汽缸内空气的压力及温度均很高，再将柴油或重油以极细的雾粒，喷入汽缸中，自行吸热着火燃烧的发动机，如柴油发动机、重油发动机等。二、按照工作循环分类按照工作循环分为四冲程发动机和二冲程发动机。（1）发动机的循环（2）行程定义（3）四行程循环（4）二行程循环（1）发动机的循环（2）行程定义•所谓行程，是指上止点与下止点间的距离。•进气行程的作用：即吸入适当比例的燃料与空气的混合气于汽缸中。•压缩行程的作用：将吸入的混合气，加以压缩。•做功行程的作用：在汽缸内的混合气经过压缩后，点火燃烧，气体膨胀，推动活塞产生动力。•排气行程的作用：使燃烧后的废气从汽缸内排出。（3）四行程循环•活塞在汽缸中移动四个行程，即曲轴旋转720°，完成一次循环的工作程序。（4）二行程循环•活塞在汽缸中移动两个行程，即曲轴旋转360°，完成一次循环的工作程序。三、按照热力循环分类1.奥托循环2.狄塞尔循环3.混合循环1.奥托循环在热力学上称为等容循环，被现代汽油发动机广泛采用，如图所示。2.狄塞尔循环在热力学上称为等压循环，早期的低速柴油发动机采用，如图所示。3.混合循环又称为等容等压循环，现代柴油发动机采用，如图所示。四、按照凸轮轴的位置及凸轮轴数分类1.按照凸轮轴位置分类2.按照凸轮轴数分类1.按照凸轮轴位置分类凸轮轴装在汽缸体内凸轮轴装在汽缸盖上凸轮轴装在汽缸体内凸轮轴装在汽缸盖上2.按照凸轮轴数分类单凸轮轴发动机•气门顶置发动机与单凸轮轴顶置发动机均属此类。双凸轮轴发动机•有的称为双凸轮轴顶置发动机，即汽缸盖上有两个凸轮轴，一个驱动进气门，另一个驱动排气门。四凸轮轴发动•通常用于V型6缸以上发动机。•双凸轮轴发动机(一)•双凸轮轴发动机(二)•四凸轮轴发动机五、按照使用燃料分类1.汽油发动机2.柴油发动机3.液化石油气发动机4.双燃料发动机1.汽油发动机化油器式发动机•利用化油器，使汽油与空气依一定比例混合成混合气后，进入汽缸的发动机。进气歧管喷油式发动机•使用汽油喷射器，将汽油喷入进气歧管中，与空气混合成混合气，再吸入汽缸。汽缸内直接喷油式•使用汽油喷射器，在进气行程或压缩行程，将汽油直接喷入汽缸中，与空气混合成混合气的汽油发动机。•化油器式发动机燃料供给系统•进气歧管喷油式发动机•汽缸内直接喷油式发动机2.柴油发动机直接喷射式预燃室式涡流室式能量室式直接喷射式•柴油以极高压力直接喷入单室的燃烧室中，如图所示。预燃室式•柴油先喷入预燃室中，预燃后再经一个或数个窄孔喷入主燃烧室中燃烧。涡流室式•柴油喷入球形的涡流室中燃烧后，再以高速经过相当宽的通道进入主燃烧室燃烧，燃烧气体产生快速的涡流，燃烧迅速。能量室式•柴油喷头装在主燃烧室中，喷头的正对面设有能量室，柴油喷入主燃烧室燃烧后，一部分进入能量室中，活塞下行汽缸压力降低后，能量室中的燃烧气体再喷入主燃烧室中燃烧，如图所示。3.液化石油气发动机以液化石油气(LPG)为燃料的发动机，除氧化氮外，其余污染气体排放量低，且CO2的排放量比汽油发动机低，适合城区公共交通车辆采用。4.双燃料发动机一般具有两套燃料供应系统，一套供给天然气或液化石油气，另一套供给汽油或柴油。六、按照汽缸的数目及排列分类1.按照汽缸的数目分类2.按照汽缸的排列方式分类1.按照汽缸的数目分类单汽缸发动机•排气量较小，通常在500ml以下，广泛应用于摩托车、抽水机、割草机等。多汽缸发动机•多汽缸的汽油发动机有2、3、4、5、6、8、10、12缸等，通常排气量1L以下的为2～4缸，1～3.5L的为4～6缸，3.5L以上的为8～12缸。2.按照汽缸的排列方式分类直列式发动机V形发动机辐射式发动机对置式发动机水平式发动机直列式发动机•为目前2.0L以下排气量发动机的主流，如图所示。V形发动机•为目前3.0L以上排气量发动机的主流，如图所示。辐射式发动机对置式发动机水平式发动机•四缸水平式发动机的结构七、按照冷却方式分类1.水冷式发动机2.风冷式发动机1.水冷式发动机•汽缸及气门周围有水套，使用水作为冷却液，利用水将热经水箱散发于空气中，大部分发动机均采用此式。2.风冷式发动机•在汽缸周围装置有很多散热片，以风扇、鼓风机或自然通风方式，使空气流过散热片四周，将发动机热量带走的冷却方式，一般小型发动机采用较多。1.1.3往复活塞式发动机的基本结构（1）活塞的上下往复运动，经连杆传给曲轴，变成旋转运动，如图所示。（2）活塞顶面在汽缸中的最高点，称为活塞位移的上止点；活塞顶面在汽缸中的最低点，称为活塞位移的下止点；上、下止点间的距离，称为活塞行程；全部汽缸上、下止点间的活塞位移容积，称为排气量；活塞在上止点时，其上方的容积，称为燃烧室容积。1.2往复活塞式发动机的工作原理1.2.1四冲程汽油机工作原理1.2.2四冲程柴油机工作原理1.2.3二冲程汽油机工作原理1.2.4二冲程柴油机工作原理1.2.1四冲程汽油机工作原理活塞在汽缸中上下运动四个行程，四个行程依照工作的先后次序，分别为进气→压缩→做功→排气四个行程。（1）进气行程。（2）压缩行程。（3）做功行程。（4）排气行程。•四冲程往复活塞式发动机工作原理示意图（1）进气行程。•活塞从上止点下行至下止点，进气门开，排气门关，汽缸内产生真空，将新鲜的混合气吸入汽缸。•实际上，一般发动机进气门在上止点前5～25°时开始打开，要在进气行程活塞到达下止点后35～65°才完全关闭，这种现象称为进气门的早开睌关，或气门正时，如图所示。（2）压缩行程。•此时进气门与排气门均关闭，活塞从下止点上行至上止点，将汽缸中的混合气压缩。•压缩混合气的效果，是可燃混合气混合得更均匀，温度提高，燃烧迅速，以获得较大的动力。（3）做功行程。•此时进气门与排气门都关闭，混合气点火燃烧，爆发压力迅速增大，将活塞从上止点推往下止点。•火花塞)在上止点前将混合气点燃，但真正有效的做功行程，是活塞从上止点刚下行时开始。做功行程时，汽缸中的最大压力，称为燃烧压力。燃烧时汽缸的最高温度可达2480℃左右。（4）排气行程。•活塞从下止点上行至上止点，进气门关闭，排气门打开，汽缸中已燃烧过的废气，经排气门与排气歧管等排至大气中。•实际上，排气门必须在做功行程时，活塞到达下止点前35～65°时开始开启，要在活塞到达上止点后5～25°才完全关闭，这种现象称为排气门的早开晚关，或气门正时，如图所示。1.2.2四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机（压燃式发动机）的每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个行程。但由于柴油机的燃料是柴油，其黏度比汽油大，而其自燃温度却较汽油低，故可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。•四冲程柴油发动机工作循环柴油机在进气行程吸入的是纯空气，在压缩行程终了时，柴油机喷油泵将油压提高到10～15MPa以上，通过喷油器喷入汽缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。因此，这种发动机的可燃混合气是在汽缸内部形成的。柴油机与汽油机比较，各有特点。•汽油机具有转速高、质量小、工作噪声小、起动容易、制造和维修费用低等特点，故在客车和轻型货车及越野车上得到广泛的应用；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，燃油消耗率平均比汽油机低20%~30%左右，且柴油价格较低，所以燃油经济性好。一般装载质量为5t以上的货车大都采用柴油机。柴油机的缺点是转速较汽油机低、质量大、制造和维修费用高。由此可见，四冲程发动机在一个工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是做功的，其余三个则是做功行程的辅助行程。在多缸四冲程发动机的每一个汽缸内，所有的工作过程是相同的，并按上述次序进行，但所有汽缸的做功行程并不同时发生。1.2.3二冲程汽油机工作原理（1）活塞移动两个行程，即曲轴转一圈(360°)，可完成进气、压缩、做功、排气四个工作过程，完成一次循环的发动机，称为二冲程循环发动机。（2）因活塞只上下二次，必须完成进气、压缩、做功、排气等工作过程，故没有独立的进气及排气行程。（3）二冲程汽车及机车用小型汽油发动机，因混合气须利用曲轴箱预压后进入汽缸中，故曲轴箱中不能装机油，曲轴、连杆及活塞等机件的润滑，须靠混在汽油中的机油来达成，润滑效果较差，故只适用于小型发动机。（4）二冲程汽油发动机的工作原理，如图所示。•进气过程分成两个阶段：活塞从下止点上行将扫气孔封闭时起，至活塞到达上止点时止，因活塞向上移动，曲轴箱容积增大，而产生真空，单向进气阀打开，混合气进入曲轴箱中。•活塞从上止点转而下行，单向阀关闭，曲轴箱容积变小，其内的混合气被曲轴压缩，到活塞使扫气孔开启时起，混合气从曲轴箱中，经扫气孔进入汽缸中，直至活塞到达下止点转而上行，再将扫气孔封闭为止，完成进气过程。•二冲程汽油发动机的工作原理•压缩过程：从活塞由下止点上行将排气孔封闭后，至活塞到达上止点时止，与进气过程第一阶段的大部分同时发生。•做功过程：活塞将到达上止点附近时，火花塞点火，可燃混合气燃烧，将活塞从上止点向下推动，直到活塞使排气孔打开为止。•排气过程：从活塞下行使排气孔开启时起，至活塞经下止点转而上行，再将排气口封闭时止。1.2.4二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机的工作过程和二冲程汽油机的工作过程相似，所不同的是，进入柴油机汽缸的不是可燃混合气，而是纯空气。空气由扫气泵提高压力以后，经过装在汽缸外部的空气室和汽缸壁（或汽缸套）上的许多小孔进入汽缸内，废气经由汽缸盖上的排气门排出。•二冲程柴油发动机的工作循环•在第一行程中，活塞自下止点向上止点移动。行程开始前不久，进气孔和排气门均已开启，利用自扫气泵流出的空气（压力为0.12～0.14MPa）使汽缸换气。但活塞继续向上移动，进气孔被遮盖，排气门也被关闭，空气受到压缩。当活塞接近上止点时，汽缸内的压力增到3MPa，温度升至850～1000K，燃油在高压（17～20MPa）下喷入汽缸内。这时燃油自行着火燃烧，使汽缸内压力增高。•在第二行程中，活塞受燃烧气体的膨胀作用自上止点向下止点移动而做功。活塞下行2/3行程时排气门开启，排出废气。此后，汽缸内压力降低，进气孔开启，进行换气。换气一直继续到活塞向上移动1/3行程的距离、进气孔完全被遮盖为止。1.3发动机的总体构造1.3.1发动机的组成1.3.2发动机型号编制规则1.3.1发动机的组成1.机体—曲柄连杆机构2.配气机构3.供给系4.点火系5.冷却系6.润滑系7.起动系1.机体—曲柄连杆机构（1）机体：发动机的机体组包括汽缸盖、汽缸体及油底壳。（2）曲柄连杆机构：曲柄连杆机构包括活塞、连杆、带有飞轮的曲轴等。2.配气机构配气机构包括进气门、排气门、摇臂、气门间隙调节器、凸轮轴以及凸轮轴定时带轮（由曲轴定时带轮驱动）。其作用是使可燃混合气及时充入汽缸并