发动机

nullnull第一章 发动机工作原理和总体构造 发动机——将某一种形式的能量转变为机械能的机器。 将热能转变为机械能的发动机，称为热力发动机（热机）。 燃料和空气混合后在机器内部燃烧而产生热能，然后再转变为机械能的，称为内燃机。 内燃机与外燃机相比，具有热效率高、体积小、便于移动和起动性能好等优点。 内燃机又分活塞式内燃机和燃气轮机两大类。车用发动机主要采用活塞式内燃机。 §1.1 发动机的分类与基本构造 一、分类 1、按活塞运动方式分 往复活塞式内燃机和旋转活塞式内燃机两种。前者在汽车上获得了广泛应用。nullnullMazda RX-8 2003null2、按所用的燃料分 汽油机、柴油机和气体燃料发动机。 汽油机的特点：转速高、质量小、噪声小、起动容易、制造成本低。 柴油机的特点：压缩比大、热效率高、经济性能和排放性能好。 3、按完成一个工作循环所需的行程数分 在发动机内每一次将热能转化为机械能，都必须经过空气吸入（进气）、压缩和输入燃料（压缩）、使之着火燃烧而膨胀作功（作功），然后将生成的废气排出这样一系列连续过程，这称为发动机的一个工作循环。 有二冲程发动机和四冲程发动机之分。汽车上广泛采用四冲程发动机。 4、按冷却方式分 可分为水冷式发动机和风冷式发动机。汽车上广泛采用水冷式发动机。 5、按气缸数目分 可分为单缸发动机和多缸发动机。汽车几乎都是采用多缸发动机。null6、按气缸的排列方式分 可分为单列式发动机和双列式发动机。 7、按进气系统是否增压分 自然吸气（非增压）式发动机和强制进气（增压）式发动机。 二、基本构造 1、曲柄连杆机构 2、配气机构 3、燃料供给系统 4、进排气系统 5、润滑系统 6、冷却系统 7、点火系统 8、起动系统nullnull作业： 1、何谓发动机？汽油机与柴油机各有什么特点？ 2、发动机是由哪些机构和系统组成的？null第二章 曲柄连杆机构 1、功用 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。 2、工作条件 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。 3、组成 曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。 §2.1 机体组 机体是发动机各机构和各系统的安装基础，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。null一、气缸体 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体——曲轴箱，也可称为气缸体。 气缸体一般用灰铸铁和铝合金铸成。 气缸体应具有足够的强度和刚度。 ㈠气缸体的结构形式 根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式： 1、 一般式气缸体 优点是：机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便。 缺点是：刚度和强度较差 。2、 龙门式气缸体 优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷。 缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。 3、 隧道式气缸体 优点是结构紧凑、刚度和强度好。 缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。 null㈡气缸体的冷却形式 为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。 ㈢气缸的排列方式 按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成直列式，V型和对置式三种。 null㈣气缸套 气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸，整体式气缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，这种气缸对要求高，成本高。如果将气缸制造成单独的圆筒形气缸套，然后再装到气缸体内。这样，气缸套采用耐磨的优质材料制成，气缸体可用价格较低的一般材料制造，从而降低了制造成本。同时，气缸套可以从气缸体中取出，因而便于修理和更换，并可大大延长气缸体的使用寿命。 气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种。1、干式气缸套 外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为1～3mm。它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。 2、湿式气缸套 外壁直接与冷却水接触，壁厚一般为5～9mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需精加工，拆装方便，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。null二、曲轴箱 气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。 油底壳三、气缸盖 1、功用：密封气缸并构成燃烧室。 2、工作条件：很大的热负荷和机械负荷。 3、材料：一般采用灰铸铁、合金铸铁或铝合金铸成。4、构造：水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。 null 气缸盖分单体气缸盖、块状气缸盖和整体式气缸盖。 气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。 汽油机燃烧室常见的三种形式：四、气缸垫 气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。 null作业： 1、曲柄连杆机构有何功用？其工作条件如何？ 2、气缸体有哪几种结构形式？各有什么特点?干式气缸套与湿式气缸套壁厚各为多少？null第三章 配气机构 功用：按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门，向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气 。 充气效率 ：新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充气效率表示。 §3.1 配气机构的布置形式 气门位于气缸盖上称为气门顶置式配气机构，目前汽车发动机几乎都采用气门顶置式配气机构。 气门式配气机构由气门组和气门传动组组成。 一、配气机构布置形式和工作情况 ㈠布置形式 按气门的布置形式分：顶置气门式和侧置气门式。其中，侧置气门式已趋于淘汰；null按凸轮轴安装位置分：上置凸轮轴式、中置凸轮轴式和下置凸轮轴式； 按曲轴和凸轮轴的传动方式分：齿轮传动式、链条传动式和齿形皮带传动式； 按每个气缸的气门数目分：2气门式、3气门式、4气门式和5气门式。 ㈡工作过程 运动传递路线：曲轴→凸轮轴→挺柱→推杆→摇臂→气门null四冲程发动机曲轴与凸轮轴的传动比为2:1。 二、凸轮轴布置型式及特点 1、下置凸轮轴式配气机构：气门和凸轮相距较远，传动零件多，运动惯量大，不适应高速车用发动机的需要。 2、中置凸轮轴式配气机构：相对下置凸轮轴式配气机构，传动零件得以减少，运动惯量有所降低。3、上置凸轮轴式配气机构：对气门的驱动有由凸轮轴直接驱动气门和由凸轮轴通过摇臂驱动气门两种方式。由凸轮轴直接驱动气门的又可分为有挺柱和无挺柱两种。上置凸轮轴式配气机构还有单凸轮轴和双凸轮轴之分。 传动零件数量减少，传动惯量大大减小，适用于高速发动机。null§3.2 配气相位与气门间隙 一、配气相位 配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间。 通常用环形图表示——配气相位图。 进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。 进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。 排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。 排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。 气门重叠： 由于进气门早开，排气门晚关，势必造成在同一时间内两个气门同时开启。把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角。 null进、排气门的实际开闭时刻和延续时间 ： 实际进气时刻和延续时间：在排气行程接近终了时，活塞到达上止点前，即曲轴转到离上止点还差一个角度α，进气门便开始开启，进气行程直到活塞越过下止点后β时，进气门才关闭。整个进气过程延续时间相当于曲轴转角180°+α+β。      α－进气提前角，一般α=10°～30°         β－进气延迟角，一般β=40°～80° 所以进气过程曲轴转角为230°～290° 实际排气时刻和延续时间：同样，作功行程接近终了时，活塞在下止点前排气门便开始开启，提前开启的角度γ一般为40°～80°，活塞越过下止点后δ角排气门关闭，δ一般为10°～30°，整个排气过程相当曲轴转角180°+γ+δ。      γ－排气提前角，一般γ=40°～80°         δ－排气延迟角，一般δ=10°～30° 所以排气过程曲轴转角为230°～290° 气门重叠角α+δ=20°～60° null二、气门间隙 气门间隙是指气门完全关闭（凸轮的凸起部分不顶挺柱）时，气门杆尾端与摇臂或挺柱之间的间隙。 作用：为气门热膨胀留有余地，以保证气门的密封。 一般冷态时，进气门间隙约为0.25～0.3mm，排气门间隙约为0.3～0.35mm。 间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降，此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快。 间隙过小：发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。采用液压挺柱的配气机构不需要留气门间隙。nullnullnull作业： 1、配气机构有何功用？凸轮轴的布置形式有哪几种？各有什么特点？ 2、什么是配气相位？画出配气相位图，并注明气门重叠角。 3、气门为何要早开晚关？null第四章 汽油机燃油供给系统 可燃混合气：按一定比例混合的燃油空气混合物。 功用：根据发动机各种不同工况的要求，配制出一定数量和浓度可燃混合气，供入气缸燃烧作功。 汽油机燃油供给系统有化油器式和燃油喷射式两种。§4.1 化油器式汽油机燃油供给系统 一、化油器式汽油机燃油供给系统的组成 化油器式汽油机燃油供给系统由化油器、汽油箱、汽油滤清器、汽油泵等装置组成。null油箱油管汽油泵汽油滤清器化油器空气滤清器桑塔纳轿车汽油供给系示意图null二、电子控制汽油喷射系统 电子控制汽油喷射系统一般由空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统三大部分组成。null1、电子控制系统的功用和基本组成 功用：检测发动机的工作状况，精确控制燃油喷射量、喷油正时和点火时刻。 组成：主要由各种传感器、各种执行器和电子控制单元（ECU）组成。null电子控制系统null2、空气供给系统的组成 主要由空气滤清器、空气流量计或进气管绝对压力传感器、节气门、进气总管、进气歧管、和辅助空气阀等组成。null3、燃油供给系统的组成 主要由电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力脉动阻尼器、燃油压力调节器、喷油器和燃油总管等组成。null4、典型的电子控制汽油喷射系统 （l）节气门体汽油喷射系统（单点喷射系统）null（2）D型汽油喷射系统 其基本特点是以进气管压力和发动机转速作为基本控制参数，用来控制喷油器的基本喷油量。 原理框图nullnull（3）L型汽油喷射系统 其基本特点是以进气量和发动机转速作为基本控制参数，用来控制喷油器的基本喷油量。 原理框图 nullnull（4）LH型汽油喷射系统 LH型汽油喷射系统的空气流量计中热线（热膜）电阻被空气冷却后，将其阻值的变化以电流信号的形式输送到电脑，由电脑再结合发动机转速等信号控制喷油量。 null作业： 1、电子控制汽油喷射系统一般由哪几部分组成？ 2、电喷发动机燃油供给系统由哪些零部件组成？null第五章 柴油机燃油供给系统 与汽油相比，柴油粘度大、蒸发性差，不可能通过化油器在气缸外部形成均匀的混合气，故柴油机采用高压喷射的方法。在压缩行程接近结束时，将柴油喷入气缸，直接在气缸内部形成混合气，借缸内空气的高温自行发火燃烧。因此，柴油机供给系组成、构造与汽油机有很大区别。 §5.1 柴油机供给系的组成及燃料 一、功用 完成燃油的储存、滤清和输送工作，按照柴油机各种工况要求，定时、定量并以一定喷油质量喷入燃烧室，使其与空气迅速混合和燃烧，最后将废气排入大气。 柴油：柴油是在533～623k的温度范围内，从石油中提炼出的碳氢化合物，含碳87%，氢12.6%和氧0.4%。 柴油的使用性能指标 : 发火性——指燃油的自燃能力，16烷值越高，发火性越好。 蒸发性——由燃油的蒸馏实验确定的。蒸发性愈好，愈有利于可燃混合气的形成和燃烧。null粘度——决定燃油的流动性，粘度越小，流动性越好。 凝点——指柴油冷却到开始失去流动性的温度。 二、组成燃油供给装置：柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵)、喷油器等。 空气供给装置：空气滤清器、进气管。 混合气形成装置：燃烧室。 废气排出装置：排气管、排气消声器。null三、燃油的供给路线nullnullnullnullnull作业： 1、柴油机燃料供给系有何功用？由哪几部分组成？ 2、可燃混合气的形成与燃烧过程分哪几个阶段？ 3、柴油机燃烧室有哪几类？请列举几种典型燃烧室。null1.喷油器体 2.调压螺钉 3.调压弹簧 4.回油管螺栓 5.进油管接头 6.滤芯 7.顶杆 8.针阀 9.针阀体 nullnullnull2、分配式喷油泵null第六章 进排气系统及排放控制装置 §6.1 进气系统 一、空气滤清器 1、功用：清除空气中所含的尘土和沙粒，以减少气缸、活塞和活塞环的磨损。 2、分类： 惯性式： 利用气流在急速改变流动方向时，因尘土具有较大的惯性而被清除分离。过滤式： 利用气流通过金属网、金属丝、纤维、滤纸芯等狭窄、曲折的滤芯通道时产生多次碰撞，使尘土被阻挡或粘附在滤芯上。 综合式（油浴式滤清器）：惯性式和过滤式的组合。null二、进气岐管 功用：将空气或可燃混合气分配到各缸进气道。 进气预热装置：利用排气或冷却液对进气管预热。出水口进水口排气进气排气歧管进气歧管null§6.2 排气系统 排气系统由排气岐管、排气总管和消声器组成。 一、单排气系统及双排气系统null二、排气歧管 排气歧管的作用是将各缸排气道与排气总管连接起来，让各缸废气通过排气总管排入大气。null作业： 1、空气滤清器有何功用？排气消声器有何功用？ 2、三元催化转化器能减少哪几种有害气体的排放？null第七章 冷却系统 功用：使工作中的发动机得到适度的冷却，从而保持在最适宜的温度范围内工作。 null分类：水冷系和风冷系null第一节 水冷却系统 一、水冷系的组成及水路 目前汽车发动机上采用的水冷系大都是强制循环式水冷系，它是利用水泵使冷却水在冷却系统中进行循环流动。 1、水冷系的组成 它由散热器、水泵、风扇、缸体和缸盖中的冷却水套、分水管和节温器等装置组成。null2、水冷系的冷却水路： 大循环：水泵→分水管→缸体水套→缸盖水套→节温器→散热器→水泵 小循环：水泵→分水管→缸体水套→缸盖水套→节温器→水泵null冷却系的工作演示冷却系的工作演示nullnull二、水冷系主要部件的构造 1、散热器 功用：将冷却水在水套中所吸收的热量传给大气，增大散热面积，加速水的冷却。结构:散热器又称为水箱，由上贮水室、散热器芯和下贮水室等组成。null散热器芯的构造形式有多样，常用的有管片式和管带式两种。null空气阀蒸汽阀弹簧散热器盖null散热器盖工作演示null2、副贮水箱：密封冷却系统，减少了冷却液的散失，使冷却系统内水、气分离，保持压力稳定。避免空气不断进入，给冷却系统内部造成氧化、穴蚀。 null3、水泵：对冷却水加压，促使冷却水在冷却系统中循环流动，以加强冷却效果。 车用发动机上多采用离心式水泵，离心式水泵具有结构简单、尺寸小、排水量大、维修方便等优点。null离心式水泵主要由泵体、叶轮和水泵轴组成nullnull4、风扇： 功用：提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速水的冷却。 风扇通常安排在散热器后面，并与水泵同轴。曲轴皮带发电机风扇null5、冷却强度调节装置 冷却强度调节装置是根据发动机不同工况和不同使用条件，改变冷却系的散热能力，即改变冷却强度，从而保证发动机经常在最有利的温度状态下工作。 改变冷却强度通常有两种调节方式：一种是改变通过散热器的空气流量；另一种是改变通过散热器的冷却液流量。null 常见的风扇离合器形式有硅油风扇离合器、机械式风扇离合器、电磁风扇离合器及液力偶合器等。硅油风扇离合器应用的比较广泛。（1）改变通过散热器的空气流量 ①百叶窗 ②)风扇离合器 可根据发动机的温度自动控制风扇的转速，改变通过散热器的空气流量。null硅油风扇离合器null（2）改变通过散热器的冷却液流量 通常利用节温器来控制通过散热器冷却水的流量。目前多数发动机采用蜡式节温器。主阀门弹簧节温器外壳胶管石蜡推杆null节温器工作原理节温器工作原理来自发动机来自发动机至水泵至散热器低温时小循环高温时大循环节温器工作演示节温器工作演示null作业： 1．冷却系的功用是什么？ 2．发动机冷却强度的调节方法通常有哪几种？调节装置有哪些？null第八章 润滑系统 润滑的作用是在摩擦表面上覆盖一层润滑油，使相互运动的零件表面之间形成一层薄的润滑油膜，以减小摩擦阻力，降低功率损失，减轻零件磨损，延长使用寿命。 将润滑油送到运动零件表面而实现润滑的系统称为发动机的润滑系统。 §8.1 润滑系统的功用及润滑方式 一、润滑系统的功用 润滑作用：润滑运动零件表面，减小摩擦阻力和磨损，减小发动机的功率消耗； 清洗作用：机油在润滑系内不断循环，清洗摩擦表面，带走磨屑和其它异物； 冷却作用：机油在润滑系内循环还可带走摩擦产生的热量，起冷却作用； 密封作用：在运动零件之间形成油膜，提高它们的密封性，有利于防止漏气或漏油； 防锈蚀作用：在零件表面形成油膜，对零件表面起保护作用，防止腐蚀生锈； 液压作用：润滑油还可用作液压油，如液压挺柱，起液压作用； 减震缓冲作用：在运动零件表面形成油膜，吸收冲击并减小振动，起减震缓冲作用。null二、润滑方式 由于发动机各运动零件的工作条件不同，对润滑强度的要求也就不同，因而要采取不同的润滑方式。 （1）压力润滑：利用机油泵，将具有一定压力的润滑油源源不断地送往摩擦表面。 （2）飞溅润滑：利用发动机工作时运动零件飞溅起来的油滴或油雾，来润滑摩擦表面的润滑方式称为飞溅润滑。（3）注油润滑：在发动机辅助系统中，有些零件需要采用定期加注润滑脂的方式进行润滑。 （4）自润滑：近年来在有些发动机上采用了含耐磨材料的轴承，来替代加注润滑脂的轴承。这种轴承使用中，无需加注润滑脂，故称其为自润滑轴承。nullnull1－油压开关 2－机油滤清器 3－限压阀 4－油底壳 5－放油螺塞 6－机油集滤器 7－机油泵 8－旁通阀 9－曲轴 10－平衡轴 11－凸轮轴null二、润滑油路油底壳润滑系的油路演示润滑系的油路演示油底壳null作业： 1、润滑系的作用是什么？ 2、发动机采用的润滑方式主要有哪两种？各有什么特点？