1、汽车构造课件发动机汽车构造课件发动机的工作原理与总体构的工作原理与总体构造造AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-142 概述概述发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。发动机借助工质的变化将燃料燃烧所产生的热能转变为机械能。发动机分为内燃机和外燃机两种发动机分为内燃机和外燃机两种内燃机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的装置。主要包括活塞式内燃机和燃气轮机。外燃机燃料在其外部的锅炉内燃烧，加热锅炉的水，使之变为高温、高压的水蒸气，在送往机器内部，将其转化为机械能的装置。及外燃机相比，内燃机具有等优点，因而广泛应用于现代汽车上
2、。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-143 概述主要部件形式主要部件形式活塞式活塞运动方式活塞运动方式旋转活塞式燃气轮机二行程发动机四行程发动机活塞行程数压燃式（柴油机）点燃式（汽油机）点火方式风冷式水冷式冷却方式多缸机单缸机气缸数目W型V型对置斜置直列气缸排列方式AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-144概述直列斜置对置V型AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-145概述W W型型发发动动机机布布置置实实例例AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-146概述所使用的燃料汽油机以汽油为燃料，利用化油器或以电喷方式是汽油和空气混
3、合后吸入发动机气缸内，用电火花强制点燃使其燃烧，产生热能而膨胀做功。柴油机以柴油为燃料，利用喷油泵使柴油在高压下由喷油器直接喷入发动机气缸内，及气缸内的高温压缩空气混合形成可燃气，自燃后产生热能膨胀做功。压缩天然气发动机利用压缩天然气为燃料的内燃机液化石油气发动机使用液化石油气为燃料的内燃机双燃料发动机可同时使用两种燃料的内燃机，如压缩天然气/汽油发动机、液化石油气/汽油发动机、氢气/汽油发动机AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1471.2 四行程发动机的工作原理四行程发动机的工作原理（1）上止点（2）下止点（3）活塞行程（4）曲柄半径（5）气缸工作容积（6）内燃机排量（7
4、）燃烧室容积（8）气缸总容积（9）压缩比单缸发动机示意图单缸发动机示意图AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-148四行程发动机的工作原理AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-149四行程发动机的工作原理AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1410四行程发动机的工作原理(1)四行程汽油机的工作原理单单缸缸四四行行程程汽汽油油机机结结构构示示意意图图1化油器7曲轴2火花塞8油底壳3气缸9机油泵4活塞10进气管5活塞销11进气门6连杆12排气门AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1411四行程发动机的工作原理四行程汽油机的工作过程
5、四行程汽油机的工作过程AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1412四行程发动机的工作原理四行程工作过程示意图四行程工作过程示意图AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1413四行程发动机的工作原理四行程汽油机的发动机示功图四行程汽油机的发动机示功图AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1414四行程发动机的工作原理(2)四行程柴油机的工作原理单缸四行程柴油机示意图单缸四行程柴油机示意图1-1-喷油器；喷油器；2-2-喷油泵喷油泵四行程柴油机和四行程汽油机的工作过程相同，每个工作循环也经历进气、压缩、做功和排气4个行程。但是柴油机可燃混合气体的形
6、成（进入气缸的是空气进入气缸的是空气）及点火方式不同于汽油机（无点火系、有喷油器无点火系、有喷油器）。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1415四行程发动机的工作原理汽油机及柴油机的优缺点a、由于柴油机压缩比较高，燃料燃烧非常完全，所以柴油机的有效热效率好，经济性好。b、柴油机无点火系，所以故障少些，易保养。但柴油机有高精度零件如喷油泵、喷油器等，其成本较高，并且加工较难。c、柴油机最高爆发压力高，所以对发动机的零部件强度要求高，这样导致柴油机笨重。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1416四行程发动机的工作原理d、柴油机转速低于汽油机原因：1）由于柴油
7、机的压缩比高，所以其受到的机械负荷较大，故其零部件的质量需较大，导致运动时惯性力较大。2）汽油机可燃混合气的混合时间和质量优于柴油机。e、柴油机运转噪音高，微粒排放比较高，但有害气体的排放要优于汽油机。f、柴油机启动困难，汽油机易启动。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-14171.3 1.3 发动机的总体构造发动机的总体构造AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1418发动机的总体构造机体组机体组曲柄连杆机构曲柄连杆机构AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1419机体组及曲柄连杆机构功用：将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再
8、通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。活塞连杆组及曲轴飞轮组结构示意图活塞连杆组及曲轴飞轮组结构示意图AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1420机体组AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1421活塞连杆组1、活塞活塞的主要作用是承受汽缸中的燃烧压力，并将此力通过活塞销和连杆传给曲轴。此外，活塞还及汽缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。活塞是发动机中工作条件最严酷的零件：p作用在活塞上的有气体力和往复惯性力。p活塞顶及高温燃气直接接触，使活塞顶的温度很高。p活塞在侧压力的作用下沿气缸壁面高速滑动，由于润滑条件差，因此摩擦损失大，磨损严重。（1）活
9、塞常用材料：常用的是铝合金；新材料（发泡石墨活塞、铝基复合材料、合金铸铁、耐热钢、金属陶瓷等）。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1422活塞连杆组（2）活塞结构：活塞可视为由顶部、头部和裙部等3部分构成。活塞结构剖视图活塞结构剖视图AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1423曲轴飞轮组1、曲轴曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体压力转变为转矩，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（如汽油泵、机油泵、分电器、发电机、水泵风扇等）。（1）常用材料 p曲轴一般由45、40Cr、35Mn2、50MnB等中碳钢和中碳合金钢而成，轴颈表面经高频淬火
10、或氮化处理，最后进行精加工。p现代汽车发动机广泛采用曲轴。曲轴是近年来发展起来的新钢种。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1424发动机的总体构造AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1425 充气效率充气效率p配气机构的功用是根据发动机每一缸内进行的工作循环和发火顺序的要求，定时地开启和关闭各气缸的进、排气门，以保证新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及时进入气缸并把燃烧生成的废气及时排出气缸。p 配气机构应使发动机在各种工况下工作时获得最佳的进气量，以保证发动机在各种工况下工作时发出最好的性能。发动机在全负荷下工作时，需获得最大功率和转矩，这就要
11、求在此工况下，配气机构应保证获得最大进气充量。吸入的进气越多，发动机发出的功率和转矩越大。p 进气充满气缸的程度，常用充气效率（也称充气系数）表示。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1426充气效率充气效率就是指在进气过程中，实际进入气缸的新鲜空气或可燃混合气的质量及在理想状况下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。即0vMM式中：M进气过程中实际充入气缸的进气量；M0-进气状态下充满气缸容积的进气量。充气效率越高，表明充入气缸的新鲜气量越多，燃烧后放出的热量越多，发动机发出的功率就越大。一般情况下发动机充气效率总是小于1的。充气效率的大致范围是：四冲程汽油机
12、0.7 0.85；四冲程非增压柴油机 0.75 0.90；四冲程增压柴油机 0.90 1.05。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1427充气效率p 影响充气效率的主要因素有：进气终了时的气缸压力；进气终了时的气缸内温度；上一循环残留在气缸内的高温废气。p 提高充气效率的措施是：减少进气门处的流动损失；减少整个进气管道的流通阻力；减少对空气（或混合气的）热传导；减少排气系统对气流的阻力；合理选择配气相位，使吸气和排气过程尽可能充分。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1428 配气机构的布置形式配气机构的布置形式气门顶置式配气机构是目前应用最广泛的一种配气
13、机构形式，其进气门和排气门都倒装在汽缸盖上。其组成主要包括：气气门门顶顶置置式式配配气气机机构构正时齿轮16气门室罩8凸轮轴15锁片7挺柱14气门弹簧座6推杆13气门副弹簧5调整螺钉12气门主弹簧4锁紧螺母11气门3摇臂10气门导管2摇臂轴9汽缸盖1AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1429配气机构的布置形式p发动机工作时，曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转。p 当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起挺柱时，通过推杆和调整螺钉使摇臂绕摇臂轴摆动，压缩气门弹簧，使气门离座，即气门开启。当凸轮凸起部分离开挺柱后，气门便在气门弹簧力作用下上升而落座，即气门关闭。p 四冲程发动机每完成一个工作
14、循环，曲轴旋转两周，各缸的进、排气门各开启一次，此时凸轮轴只旋转一周。因此曲轴及凸轮轴 之比即传动比）应为 2 1。p 目前，国内外汽车发动机几乎都采用气门顶置式配气机构。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1430配气相位配气相位p用曲轴转角表示的进、排气门实际开闭时刻和开启持续时间，称为。p通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示，这种图形称为。p 理论上，四行程发动机的进气门当曲拐处于上止点时开启，在下止点时关闭；排气门则当曲拐在下止点时开启，上止点时关闭。进气时间和排气时间各占180曲轴转角。p 实际上，由于发动机转速很高，活塞的每一行程历时相当短。在这
15、么短的时间内换气，势必造成进气不足和排气不净，从而使发动机功率下降。p 因此，发动机气门开闭都是提前开、迟后关一定的曲轴转角。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1431配气相位1、进排气门的配气相位（1）进气门p进气门在进气行程上止点之前开启谓之早开。从进气门开到上止点曲轴所转过的角度称作进气提前角进气提前角，记作。p进气门在进气行程下止点之后关闭谓之晚关。从进气行程下止点到进气门关闭曲轴转过的角度称作进气迟后角进气迟后角，记作。p整个进气过程持续的时间或为180+曲轴转角。一般 030、3080曲轴转角。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1432 可变
16、进气系统可变进气系统为了解决发动机高速动力性和中小负荷经济性的矛盾，发展了可变技术，可变进气系统可变进气系统就是其中的一例。1、可变气门正时及升程电子控制系统(VTEC)p VTEC是一种采用在一根凸轮轴上设计两种不同定时和升程的凸轮，且利用油压进行切换的装置。p 主要由中间摇臂、主摇臂、副摇臂、同步活塞和凸轮轴组成。p 中间摇臂在发动机高速时使用，主副摇臂在低速时使用。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1433可变进气系统可变气门正时及升程电子控制系统可变气门正时及升程电子控制系统1 1同步活塞同步活塞A A5 5主摇臂主摇臂2 2空动机构组件空动机构组件6 6副摇臂副摇
17、臂3 3同步活塞同步活塞B B7 7进气门进气门4 4中间摇臂中间摇臂8 8凸轮轴凸轮轴AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1434可变进气系统AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1435可变进气系统AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1436可变进气系统2、多气门分段工作进气系统发动机在低速、中小负荷时，仅主气门打开，经济性较好；发动机在高速、大负荷时，主、副气门都打开，动力性较好。多气门分段工作原理多气门分段工作原理1 1主进气门；主进气门；2 2副进气门；副进气门；3 3排气门；排气门；4 4螺旋进气道螺旋进气道AUTOMOBILE
18、STRUCTURE2023-2-1437可变进气系统3、双进气管分段工作进气系统利用进气管道面积的变化形成可变系统来改善可燃混合气的混合和燃烧状态。双进气管分段工作进气系统双进气管分段工作进气系统(左左)主进气管关，副进气管开主进气管关，副进气管开(右右)主副进气管开主副进气管开AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1438可变进气系统4、进气管长度及面积可变进气系统进气管长度及面积可变进气系统工作原理进气管长度及面积可变进气系统工作原理AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1439发动机的总体构造化化油油器器式式汽汽油油机机燃燃油油供供给给系系AUTOMOBI
19、LE STRUCTURE2023-2-1440燃料供给系概述燃料供给系概述1、任务和分类p汽油机燃料供给系的任务是根据发动机各种不同工况的要求，将空气及雾化后的汽油充分混合形成一定数量和浓度的可燃混合气，供入气缸，使之在临近压缩终了时点火燃烧而膨胀做功，最后将燃烧产物废气排至大气中。p按照燃油供给方式的不同，分为化油器式化油器式燃料供给系和电子控制电子控制汽油喷射式汽油喷射式燃料供给系。p随着电子技术的发展和汽车发动机排放标准的日益提高，使得电子控制汽油喷射技术得到了迅速发展，化油器式供给方式已逐步淘汰。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1441燃料供给系概述燃料供给系概述
20、5、发动机各工况对可燃混合气浓度的要求p汽车在行驶过程中的载荷、车速、路况等经常变化，因此汽车发动机工作时有以下特点：(a)工况变化大，负荷从0到满载，转速从最低稳定转速到最高转速。(b)在汽车行驶的大部分时间内，发动机处于中等负荷工况。车用汽油机在不同工况下对混合气成分有不同要求，主要有：(1)起动发动机冷起动时转速极低(50100r/min)，要求供给极浓混合气，需要供给过量的汽油。(2)怠速及小负荷怠速指发动机对外无功率输出情况下的最低转速。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1442燃料供给系概述燃料供给系概述为保证怠速时混合气能正常燃烧，应提供较浓混合气 ；小负荷时
21、可燃混合气的浓度为 。(3)加速加速的瞬间可燃混合气浓度变稀，不易点燃。因此，要求化油器能及时地增加供油量来改善汽油机的加速性能。(4)大负荷及全负荷要求化油器供给功率混合气 ，使输出功率最大。(5)中等负荷是车用汽油机最常用的工况 ，应供给的可燃混合气来满足经济性的要求。0.6 0.8a0.7 0.9a0.85 0.95a0.9 1.1aAUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1443发动机的总体构造柴柴油油机机燃燃油油供供给给系系统统AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1444发动机的总体构造AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-14459.
22、2 传统点火系传统点火系1、传统点火系的组成1点火线圈7高压电线2附加电阻8阻尼电阻3点火开关9配电器4电流表10火花塞5蓄电池11断电器6起动机12电容器传统点火系的组成传统点火系的组成AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-14469.1 概述概述p汽油机在压缩接近上止点时，可燃混合气是由装在燃烧室中的火花塞产生的电火花点燃的，从而推动活塞向下运动而对外作功。p火花塞有一个中心电极和一个侧电极，两电极之间是绝缘的。当在火花塞两电极间加上直流电压并且电压升高到一定值时，火花塞两电极之间的间隙就会被击穿而产生电火花，能够在火花塞两电极间产生电火花所需要的最低电压称为。p点火系统的
23、功用是按发动机点火次序在规定时刻供给火花塞足够能量的高电压，使火花塞产生电火花，点燃可燃混合气，使发动机作功。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1447发动机的总体构造AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1448 冷却系概述冷却系概述1、功用和分类(1)功用：使发动机在各种工况下得到适度的冷却，从而使其保持在最适宜的温度范围内工作。p发动机的冷却要适度。若冷却不足，则会使发动机过热，造成充气效率下降，使发动机功率下降；运动机件间正常的间隙受到破坏，使零件不能正常运动；零件因力学性能下降而导致变形和损坏；因润滑油粘度减小、润滑油膜破裂而加剧零件的磨损。AUT
24、OMOBILE STRUCTURE2023-2-1449冷却系概述冷却系概述若冷却过度，则会使发动机过冷，导致可燃混合气点燃困难和燃烧延迟，造成发动机功率下降及油耗上升；润滑油黏度增大，造成润滑不良而加剧零件的磨损；流入曲轴箱中的燃油增多，使机油变稀而影响润滑，导致发动机功率下降，磨损增加。(2)分类按冷却介质的不同分为和。水冷系：热量通过冷却液散入大气中。风冷系：热量直接散入大气中。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1450发动机的总体构造发发动动机机润润滑滑系系统统示示意意图图AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1451 润滑系概述润滑系概述1、功用和
25、润滑方式(1)功用它的功用是将清洁的、定量的润滑油不断地供给各运动零件的摩擦表面，起到润滑、清洗、冷却、密封、防锈和缓冲等作用。(2)润滑方式 根据各运动副工作条件的不同采用不同的润滑方式。现代汽车发动机润滑多采用压力润滑和飞溅润滑相结合的方式。p压力润滑：利用机油泵将润滑油以一定压力输送到摩擦表面的方式，主要用于负荷大、相对运动速度高的摩擦面；p飞溅润滑：利用发动机工作时运动零件飞溅起来的油滴和油雾来润滑摩擦表面的润滑方式，主要用于外露表面和负荷小的摩擦面。p润滑脂润滑：通过定期加注润滑脂的方式来润滑零件工作表面。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1452润滑系概述润滑系
26、概述1机油标尺7密封垫20.03MPa油压开关8油底壳30.18MPa油压开关9放油螺栓4机油滤清器10隔板5机油泵齿轮11加油口盖6机油泵盖一汽奥迪一汽奥迪100100型轿车发动机润滑系型轿车发动机润滑系AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1453润滑系概述润滑系概述3、润滑油目前汽车发动机使用的润滑油是以从石油中提炼出来的润滑油为基础油，再加入各种添加剂混合制成的。(1)使用性能p适度的黏度 黏度过小，润滑油不能形成一定厚度的油膜；黏度过大，润滑油不易被机油泵送入摩擦表面。p氧化安定性 是指润滑油抵抗氧化作用不使其性质发生永久变化的性能。润滑油中添加氧化抑制剂来取得优异的
27、氧化安定性。p防腐性 酸性物质对金属零件有腐蚀作用，可使铜铅和镍铬一类的金属表面出现斑点、麻坑或脱落。为提高润滑油的防腐性，除加深润滑油的精制程度外，还要加入防腐添加剂。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1454润滑系概述润滑系概述p较低的起泡性 由于润滑油在润滑系统中快速飞溅和循环，必然会产生泡沫。如果泡沫过多或不能被迅速消除，将造成摩擦表面供油不足。控制泡沫生成的方法是在润滑油中添加泡沫抑制剂。p高压的极压性 摩擦表面上的油膜厚度小于0.30.4mm的润滑状态称为边界润换。把高温、高压下的边界润滑称为极压润滑。润滑油在极压条件下的抗摩性称为极压性。为了提高润滑油的极压性
28、，避免在极压润滑的条件下润滑油被挤出摩擦表面，必须在润滑油中加入极压添加剂。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1455发动机的总体构造AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-145610.1 起动机的组成起动机的组成p发动机由静止过渡到工作状态，需要外力转动曲轴，在外力作用下曲轴从开始转动到发动机开始自动怠速运转的全过程，称为发动机的起动。p发动机起动时主要由起动机拖动。起起动动机机的的组组成成控制结构3起动机构2直流电动机1AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1457发动机的总体构造AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-14
29、581.4 1.4 发动机的主要性能指标及特性发动机的主要性能指标及特性发动机有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩。用Ttq表示，单位为Nm。=9550tqeT nP式中：Ttq-有效转矩（Nm）；n-曲轴转速（r/min）。有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率。用Pe表示，单位为kW。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1459发动机的主要性能指标及特性一般用燃油消耗率（be）表示。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）。燃油消耗量越低，燃油经济性越好。指发动机的功率、转矩和燃油消耗率三者随曲轴转
30、速变化的规律。该特性可在发动机试验台上通过实验求得。发动机在某一转速下的负荷就是当时发动机发出的功率及同一转速下所可能发出的最大功率之比，以百分比表示。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-14601.5 1.5 内燃机的名称及型号编制规则内燃机的名称及型号编制规则为了便于发动机的生产管理和使用，我国审定颁布了国家标准（GB/T7251991）。该标准的主要内容如下：1 内燃机产品名称均按所采用的燃料命名，例如柴油机、汽油机和双（多种）燃料发动机等。2 内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成，分为4部分：1）首部为产品特征代码。2）中部由缸数符号、行程符号、气缸排列形式符号和
31、缸径符号组成。3）后部是结构特征和用途特征号，以字母表示。4）尾部是区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当的符号表示。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1461内燃机的名称及型号编制规则国国产产内内燃燃机机编编号号图图示示AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1462内燃机的名称及型号编制规则型号编制示例：柴油机：（1）165F-表示单缸、四冲程、缸径65mm、风冷。（2）R175-表示单缸、四冲程、缸径75mm、水冷、通用型。（3）12VE230ZC-表示12缸、V型排列、二冲程、缸径230mm、水冷、增压、船用主机右机基本型。汽油
32、机：（1）1E65F-表示单缸、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型。（2）4100Q-表示四缸、四冲程、缸径100mm、水冷、车用。（3）CA6102-表示六缸、四冲程、缸径102mm、水冷。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1463内燃机的名称及型号编制规则实例实例AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1464内燃机的名称及型号编制规则1919年创建的康明斯发动机公司（Cummins Engine Company）是目前世界上最大的柴油机制造商。康明斯柴油机的型号由以下6部分组成。1、柴油机系列：用字母B、C、N、L、K表示。2、柴油机吸气方式：用字母组表示，无字母者为自然吸气。3、发动机工作容积：用数字表示，一般以升（L）为单位。4、用途符号：用字母表示。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。AUTOMOBILE STRUCTURE2023-2-1465内燃机的名称及型号编制规则
