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1、 1 第二章汽车发动机 第一节汽车发动机的基本知识一 发动机总体构造二 发动机常用术语三 发动机工作原理四 发动机编号规则第二节曲柄连杆机构一 机体组二 活塞连杆组三 曲轴飞轮组第三节配气机构一 配气机构的布置二 配气相位三 配气机构到主要零件和组件第四节汽油发动机供给系一 汽油机供给系的组成二 各种工况对可燃混合气的要求三 可燃混合气形成过程与化油器的工作原理第五节柴油机供给系一 柴油机供给系的功用与组成二 喷油泵三 喷油器四 燃烧室五 调速器 第六节进 排气系统一 进 排气系统功用与组成二 空气滤清器三 进 排气歧管布置四 排气消声器五 废气净化装置第七节发动机增压一 机械增压二 涡轮增压
2、三 复合增压第八节发动机冷却系一 冷却系功用及组成二 冷却系的主要部件第九节发动机润滑系一 润滑系功用及润滑方式二 润滑系的组成及主要部件第十节发动机点火系一 蓄电池点火系统二 无触点晶体管点火系统三 微机控制点火系统第十一节电控汽油喷射系统一 概述二 电控汽油喷射系统的基本组成及功能 2 第一节汽车发动机的基本知识 发动机是汽车的动力源 是将某一种形式的能量转化为机械能的机器 活塞式发动机根据所用燃料的不同可分为汽油发动机 汽油机 和柴油发动机 柴油机 汽油机转速高 质量小 噪声小 起动容易 制造成本和维修费用低等优点 但燃油消耗率高 燃油经济性差 柴油机压缩比大 燃油消耗率平均比汽油机低2
3、0 30 左右 且柴油价格较低 所以燃油经济性好 但转速较低 质量大 制造和维修费用高 热效率高 经济性能和排放性能都比汽油机好 3 一 发动机总体构造 曲柄连杆机构配气机构燃料供给系统进排气系统润滑系统冷却系统点火系统起动系统 4 1 曲柄连杆机构 将活塞的直线运动转换成曲轴的旋转运动并输出动力的机构 一 发动机总体构造 5 2 配气机构 将可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排出废气的机构 一 发动机总体构造 6 3 燃料供给系统 汽油喷射式发动机功用是根据发动机的要求 向进气管供给燃烧时所需汽油量的机构 一 发动机总体构造 7 将可燃混合气或新鲜空气均匀地分配到各个气缸中 并汇集各个气缸燃
4、烧后的废气 从排气消音器排出 4 进 排气系统 一 发动机总体构造 8 5 润滑系统 向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油 以实现液体摩擦 减小摩擦阻力 减轻机件的磨损 并对零件表面进行清洗和冷却 一 发动机总体构造 9 6 冷却系统 将受热零件吸收的部分热量及时散发出去 保证发动机在最适宜的温度状态下工作 一 发动机总体构造 10 7 点火系统 定时在火花塞电极间产生电火花 点燃气缸内的可燃混合气 一 发动机总体构造 11 8 起动系统 起动静止的发动机 从而使汽车起步 运行 一 发动机总体构造 12 二 发动机的基本名词术语 1 上止点活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置 称为上止
5、点 2 下止点活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置 称为下止点 3 活塞行程上 下止点之间的距离称为活塞行程 一般用S表示 对应一个活塞行程 曲轴旋转180 4 曲柄半径曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径 通常活塞行程为曲柄半径的两倍 即S 2R 13 5 气缸工作容积活塞从上止点运动到下止点所扫过的容积 一般用Vs表示 多缸发动机各气缸工作容积的总和 称为发动机排量 一般用VL表示 VL Vs i D2Si 4 106 6 燃烧室容积活塞位于上止点时 其顶部与气缸盖之间的容积称为燃烧室容积 一般用Vc表示 7 气缸总容积活塞位于下止点时 其顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积
6、一般用Va表示 气缸总容积就是气缸工作容积与燃烧室容积之和 即Va Vc十Vs 8 压缩比压缩比表示了气体的压缩程度 它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值 即气缸总容积与燃烧室容积之比 一般用 表示 通常汽油机的压缩比为6 10 柴油机的压缩比较高 一般为16 22 二 发动机的基本名词术语 14 三 发动机的工作原理 1 四冲程汽油机工作原理活塞在气缸内往复四个行程 相当于曲轴旋转两周 完成一个工作循环的发动机 称为四冲程发动机 四冲程发动机每个工作循环中的四个活塞行程分别是进气行程 压缩行程 作功行程和排气行程 15 三 发动机的工作原理 1 四冲程汽油机工作原理 16 2 四冲程
7、柴油机的工作原理四冲程柴油机和四行程汽油机的工作过程相同 每一个工作循环同样包括进气 压缩 作功和排气四个行程 柴油机可燃混合气的形成 着火方式 燃烧过程以及气体温度压力的变化都和汽油机不同 三 发动机的工作原理 17 3 多缸发动机的工作原理单缸发动机的四个行程中只有一个行程作功 其余三个行程不作功 即曲轴转两圈 只有半圈作功 所以运转平稳性较差 功率越大 平稳性就越差 为了使其运转平稳 单缸机一般都装有一个大飞轮 多缸发动机的每一缸和单缸机的工作过程是完全一样的 都要经过进气 压缩 作功和排气四个行程 多缸发动机各个缸的作功行程是错开的 即在曲轴转两圈 720 完成一个工作循环的过程中 各
8、个缸交替作功 缸数越多 作功间隔角越小 发动机运转越平稳 三 发动机的工作原理 18 二冲程汽油机的工作原理 三 发动机的工作原理 19 转子发动机的工作原理 三 发动机的工作原理 20 1 动力性能 1 有效转矩 发动机通过曲轴或飞轮对外输出的转矩 通常用Te表示 单位为Nm 有效转矩是指作用在活塞顶部的气体压力通过连杆传给曲轴产生的转矩 并克服了摩擦 驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净转矩 2 有效功率 发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率 通常用Pe表示 单位为kW 有效功率同样是曲轴对外输出的净功率 它等于有效转矩和曲轴转速的乘积 发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定 测出
9、有效转矩和曲轴转速 然后用下面公式计算出有效功率 3 曲轴转速 发动机曲轴每分钟的转数 通常用n表示 单位为r min 发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速 按照汽车发动机可靠性试验方法的规定 汽车发动机应能在额定工况下连续运行300 1000h 四 发动机主要性能指标与特性 21 2 经济性能 通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能 燃油消耗率是指单位有效功率的燃油消耗量 也就是发动机每发出1kW有效功率在1h内所消耗的燃油质量 以g为单位 燃油消耗率通常用be表示 其单位为g kW h 计算公式如下 燃油消耗率越小 表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少 其经济性越
10、好 通常发动机铭牌上给出的燃油消耗率be是最小值 式中 B 每小时的燃油消耗量 kg h Pe 有效功率 kW 四 发动机主要性能指标与特性 22 3 运转性能 发动机的运转性能指标主要指排气品质 噪声 起动性等 由于这些性能不仅与使用者利益相关 更关系到人类的健康 因此 并给予严格控制 排气品质 发动机的排气中含有对人体有害的物质 它对大气的污染已形成公害 发动机排出的有害排放物 主要有氮氧化合物 N02 碳氢化合物 HC 和一氧化碳 CO 等以及排气颗粒 噪声 会刺激神经 使人心情烦躁 反应迟钝 甚至耳聋 诱发高血压和神经系统的疾病 汽车是城市主要的噪声源之一 发动机又是汽车的主要噪声源
11、故必须给予控制 如我国的噪声标准中规定 轿车的噪声不得大于82dB A 起动性能 起动性能好的发动机在一定温度下能可靠发动 起动迅速 起动消耗的功率小 起动期磨损少 我国标准规定 不采用特殊的低温起动措施 汽油机在 10 柴油机在 5 以下的气温条件下起动发动机 15s以内发动机要能自行运转 四 发动机主要性能指标与特性 23 4 发动机的特性发动机的主要性能指标有效转矩Te 有效功率Pe 燃油消耗率随其运转工况 负荷 转速 变化而变化的关系称为发动机的特性 其性能指标随发动机曲轴转速变化的关系称为发动机的速度特性 而性能指标随负荷变化的关系称为发动机的负荷特性 用曲线来表示这些关系 称为发动
12、机的特性曲线 四 发动机主要性能指标与特性 外特性曲线上标出的发动机最大功率和最大转矩及其相应的转速 是表示发动机性能的重要指标 要依据汽车使用条件 诸如道路情况所要求克服的阻力数值 最高车速等 来分析发动机外特性曲线是否符合要求 发动机的速度特性指发动机的性能指标Te Pe be随发动机转速n变化的规律 用曲线表示 即为速度特性曲线 24 5 发动机工作状况发动机工作状况 简称发动机工况 一般是用它的功率与曲轴转速来表征 有时也用负荷与曲轴转速来表征 发动机在某一转速下的负荷 就是当时发动机发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比 以百分数表示 a b c和d四个工况下的负荷值 注意不
13、要把负荷和功率的概念相混淆 如某一转速时全负荷 如d点 并不意味着是发动机发出的是最大功率 发动机的最大功率 应当是工况e的功率 又如 在工况f下 虽然功率比工况c小 但却是全负荷 就是说 功率的大小并不代表负荷的大小 四 发动机主要性能指标与特性 25 为了便于内燃机的生产 管理和使用 国家标准GB T725 82 内燃机产品名称和型号编制规则 中对内燃机的名称和型号的编制作了统一规定 五 发动机编号规则 26 1E65F 表示单缸 二行程 缸径65mm 风冷通用型 4100Q 表示四缸 四行程 缸径100mm 水冷车用 41004 表示四缸 四行程 缸径100mm 水冷车用 第四种变型产品
14、 CA6102 表示六缸 四行程 缸径102mm 水冷通用型 CA表示系列符号 8V100 表示八缸 四行程 缸径l00mm V型 水冷通用型 汽油机型号的排列顺序及所代表的意义 27 195 表示单缸 四行程 缸径95mm 水冷通用型 65F 表示单缸 四行程 缸径65mm 风冷通用型 495Q 表示四缸 四行程 缸径95mm 水冷车用 6135Q 表示六缸 四行程 缸径135mm 水冷车用 柴油机型号的排列顺序及所代表的意义 28 曲柄连杆机构用于把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩 以向工作机械输出机械能 第二节曲柄连杆机构 曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组 即机体组 活塞连杆组和
15、曲轴飞轮组 机体组包括气缸体 曲轴箱 气缸盖 气缸垫和油底壳等零件 活塞连杆组包括活塞 活塞环 活塞销 连杆 连杆瓦等零件 曲轴飞轮组包括曲轴 主轴瓦 飞轮等零件 29 一 机体组 机体是发动机的骨架 是发动机各机构和各系统的安装基础 其内 外安装着发动机的所有主要零件和附件 承受各种载荷 因此 机体必须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 30 1 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铸成 上部的圆柱形空腔称为气缸 下半部为支承曲轴的曲轴箱 其内腔为曲轴运动的空间 在气缸体内部铸有冷却水套
16、润滑油道及许多加强筋 31 1 一般式气缸体特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度 这种气缸体的优点是机体高度小 重量轻 结构紧凑 便于加工及曲轴拆装方便 缺点是刚度和强度较差 一般适用于中 小型发动机 492Q汽油机 90系列柴油机均采用这种结构的气缸体 2 龙门式气缸体特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心 它的优点是强度和刚度较好 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 采用这种气缸体的发动机较多 如捷达轿车 富康轿车 桑塔纳轿车的发动机都采用这种形式的气缸体 3 隧道式气缸体气缸体曲轴的主轴承孔为整体式 采用滚动轴承 主轴承孔较大 曲轴从气缸体后部装入 其优点是结构紧凑 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 它主要用在一些负荷较大的柴油机上 隧道式 龙门式 一般式 32 33 为了能够使气缸内表面在高温下正常工作 必须对气缸体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 水冷发动机的气缸体和气缸盖中都加工有冷却水套 并且气缸体和气缸盖的冷却水套相通 冷却水在水套内不断循环 带走部分热量 从而起到冷却作用
