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1、单元二单元二 汽车的动力源汽车的动力源学学 习习 目目 标标知识目标1. 简述发动机工作原理及其性能指标； 2. 正确描述发动机各部分结构及其作用； 3. 简述汽油机燃料供给系及LPG、CNG等其他燃料系统的组成； 4. 简述化油器的基本构造及工作原理； 5. 简述汽油喷射系统发展历史和类型，正确描述电子控制汽油 喷射系统的原理； 6. 正确描述触点式点火系的组成、构造与功用； 7. 简述发动机冷却系和润滑系的功用，正确描述冷却系和润滑 系的组成与工作原理； 8. 简述进排气系统组成、构造； 9. 简述排放控制装置的作用与简单原理。 能力目标学学 习习 目目 标标1.会分析汽油喷射技术的优势；
2、2.会正确使用发动机拆装工具；3.会做发动机构造认识性拆装。 汽车的动力源汽车的动力源1 1 发动机本体发动机本体2 2 汽油机燃料供给系汽油机燃料供给系3 3 汽油机点火系汽油机点火系 4 4 发动机冷却系发动机冷却系 5 5 发动机润滑系发动机润滑系6 6 进排气系统及排放控制系统进排气系统及排放控制系统发动机本体发动机本体1. 1 热机概论1. 2 发动机总体构造发动机本体发动机本体1.1 热机概论利用燃料燃烧放出热量来做功的机械叫做热力发动机(简称热机)，热机有 蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、喷气发动机、内燃机等。内燃机是将燃料引入汽缸内,利用燃料和空气在汽缸里燃烧，产生高温高 压气体急剧
3、膨胀对外做功,推动活塞运动。内燃机的特点是液体或气体燃料和空气混合后直接进入机器内部燃烧而产 生热能，然后再转变为机械能。内燃机与外燃机相比，具有热效率高，体积小，便于移动，起动性能好等 优点。根据内燃机将热能转变为机械能的主要构件的形式,车用内燃机可分为活 塞式内燃机和内燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式分为往复活塞式和 旋转活塞式两种。往复 活塞式内燃机在汽车上应用最为广泛。在汽车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、 压缩和输入燃 料，使之着火燃烧而膨胀做功，然后将生成的废气排出这样 一系列连续过程，此过程称为 发动机的一个工作循环。对于往复活塞式发 动机，可以根据每
4、一工作循环所需活塞行程数 来分类。凡活塞往复4个单 程完成一个工作循环的称为四冲程发动机。下面简单介绍四冲程发动机工作原理。图2-1为发动机工作示意图。 发动机本体发动机本体四冲程发动机的工作循环包括4个活塞行程，即进气行程、压缩行程、 做功行程和排气行程。(1)进气行程。化油器式汽油机将空气与燃料先在汽缸外部的化油器中 进行混合，形成可燃混合气，然后再吸入汽缸。(2)压缩行程。为使吸入汽缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的 压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其 容积缩小、密度加大、温度升 高，即需要有压缩过程。在这个过程中，进 、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由
5、下止点向 上止点移动。(3)做功行程。在这个过程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止 点时，装在汽缸盖上的火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气，可燃 混合气燃烧后，放出大量的热 能，推动活塞从上止点向下止点运动，通过 连杆使曲轴旋转并输出机械能。(4)排气行程。此时，排气门打开，将可燃混合气燃烧后生成的废气从 汽缸中排除，以 便进行下一个进气行程。发动机本体发动机本体综上所述，四冲程汽油发动机经过进气、压缩、做功和排气4个行程，完成一个工作循 环。这期间活塞在上下止点之间往复移动了四个行程，相应地曲轴 旋转了两周。评价发动机主要性能的指标有动力性指标(有效转矩、有效功率、转速等)和 经济
6、性指标 (燃油消耗率)。有效转矩是指发动机通过飞轮对外输出的转矩。有效功率是指发动机通过飞轮对外输出的功率，它等于有效转矩与曲轴角速度的乘 积。燃油消耗率是指发动机每发出1 kW有效功率，在1h内所消耗的燃油质量。发动机本体发动机本体发动机本体发动机本体1.2 发动机总体构造发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器，其作用是将液体或气体的化学能 通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输 出动力。发动机是一部由许多结构和系统组成的复杂机器，其结构形式多种多 样，但由于基本工作原理相同，所 以其基本结构也就大同小异。图2-2为四缸 四冲程汽油发动机立体结构图。(1)曲柄连杆机
7、构。曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转 换的主要运动零 件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成，如图 2-3所示。(2)配气机构。配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程， 定时开启和关 闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入汽缸，并使废 气从汽缸内排出，实现换气过 程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构 ，一般由气门组和气门传动组组成，如图2-4 所示。发动机本体发动机本体(3)供给系。如图2-5所示，汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求， 配制出一定数量和浓度的混合气，供入汽缸，并将燃烧后的废气从汽缸内排出到 大气中去。燃料供给系通常由空气供给装置、燃油供给装置
8、、可燃混合气形成装 置、混合气供给及废气排出装置组成，如图2-6所示。发动机本体发动机本体(4)点火系。在汽油机中，汽缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为 此在汽油机的汽 缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时 在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系。传统的点火系通常由蓄 电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等 组成，如图2-7所示。发动机本体发动机本体(5)冷却系。冷却系的功用是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。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、 水泵、风扇、水箱、节 温器等组成，如图2-8所示。 发动机本体发动机本体(6)润滑
9、系。润滑系的功用是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。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组 成，如图2-9所示。发动机本体发动机本体(7)起动系。要使发动机由静止状态 过渡到工作状态，必须先用外力转动发 动机的曲轴，使活塞做往复运动，汽缸 内的可燃混合气燃烧膨胀做功，推动活 塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自 行运转，工作循环才能持续进行。因此 ，曲轴在外力作用下开始转动到发动机 开始自动地怠速运转的全过程，称为发 动机的起动。完成起动过程所需的装置 ，称为发动机的起动系。起动系主要由 起
10、动机及其控制电路组成，如图2-10所 示。 发动机本体发动机本体汽油机一般都由上述两个机构和五个系统组成。对于汽车用柴油机，由于 其混合气是 自行着火燃烧的，所以柴油机没有点火系。因此柴油机由两个机构 和四个系统组成。汽油机燃料供给系汽油机燃料供给系2. 1 燃料与燃烧2. 2 燃料供给系的组成2. 3 汽油喷射系统2. 4 柴油机的共轨技术2. 5 LPG、CNG及其他燃料系统介绍 2. 1 燃料与燃烧汽油机所用的燃料主要是汽油。汽油是由石油提炼而得的密度小且易于挥 发的液体燃料。汽油由多种碳氢化合物组成，其基本成分是85的碳和15的 氢。汽油的使用性能指标主要是蒸发性、热值和抗爆性。燃料的
11、热值是指lkg燃料完全燃烧后所产生的热量。汽油的热值约为44 000kJ/kg。汽油的抗爆性是指汽油在发动机汽缸中燃烧时,避免产生爆燃的能力 ，是汽油的一项主要性能指标。汽油抗爆性的好坏程度一般用辛烷值表示。辛 烷值越高，抗爆性越好。汽油机燃料供给系汽油机燃料供给系2. 2 燃料供给系的组成2. 2. 1 汽油机燃料供给系汽油机燃料供给系的任务是将汽油雾化和蒸发(汽化)并与空气按一定比 例均匀混合成可燃混合气，再根据发动机各种不同工况的要求，向发动机汽 缸内供给不同质(即不同浓度)和不同量的可燃混合气，以便在临近压缩终止 时点火燃烧而放出热量燃气膨胀做功，最后将汽缸内废气排至大气中。目前，汽油
12、机的燃料供给系有化油器式燃料供给系、汽油喷射式燃料供 给系、液化石油气燃料供给系以及其他混合燃料供给系统等。目前，汽油喷 射式燃料供给系在汽油机上的使用已经普及。2. 2. 2 柴油机燃料供给系柴油机燃料供给系的功用是：不断供给发动机经过滤清的清洁燃料和空气，并根据柴 油机不同工况的要求，将一定量的柴油以一定压力和喷油质量 定时喷入燃烧室，使其与空 气迅速混合并燃烧，做功后将燃烧废气排出汽缸 。汽油机燃料供给系汽油机燃料供给系2. 3 汽油喷射系统2. 3. 1 汽油喷射系统发展历史早在20世纪30年代 汽油喷射系统就已开始在航空发动机的研发中被作为 研究对象，经过10多年的深入研发，在194
13、5年二战面临结束的晚期，喷射系 统开始应用于军用战斗机上。它充分的消除了浮子式化油器不能完全适用军 用战斗机作战工况的缺陷。到20世纪80年代末期，大多数赛车都已经采用了汽油喷射作为燃油输送 系统。在19501953年，高利阿特(Goliath)与哥特勃罗特(Gutorod)两公司首 先在二缸二冲程发动机上安装了汽油喷射(缸内喷射)装置。由此，汽油喷射 开始应用于民用批量生产的轿车发动机上。1957年，奔驰公司又在四冲程发 动机上采用了它。20世纪80年代，轿车用汽油喷射都是在柴油机燃油喷射泵的原理与基础 上发展演变而 来的机械汽油喷射，由世界著名汽车配套生产商博世公司研发 生产并投入市场。可
14、以说，博世公司的积极研发使其在汽车用汽油机械喷射 领域内起着领袖与旗舰的作用。汽油机燃料供给系汽油机燃料供给系1958年，奔驰公司在200SE上首次采用在进气歧管上安装喷油嘴，燃油分组 进行喷射。 1953年，美国奔第克斯(Bendix)首先开发了电子喷射器(Electrojector)， 1957年正式问世，开创了电控汽油喷射的先河。在1957年奔第克斯发明晶体管时，正是晶体管开始实用化的时代，因此，其开 发的电子控制汽油喷射装置只在美国三大汽车公司之一的克莱斯勒汽车上装用 。在美国奔第克斯发明电子控制汽油喷射装置后，经过10年时间，到1967年 德国罗伯特博世公司在购买美国奔第克斯专利的基
15、础上，推出了速度密度型 的D-Jetronic电子控制汽油喷射装置并在各大汽车公司得到应用。博世公司在 发明D-Jetronic后的6年，即1973年，又开发了质量流程(mass flow)L- Jetronic电子控制非连续喷射和K-Jetronic机械式连续喷射。1981年，博世又 发明了LH-Jetronic电控燃油喷射系统，在控制能力上增加了一些更精确的细节 ，进一步改进了发动机各方面的性能。在增加电子控制电路的基础上，采用流 量方式的K-Jetronic汽油机械喷射在1982年发展为KE-Jetronic(机电组合型机 械燃油喷射)。汽油机燃料供给系汽油机燃料供给系1979年，通用(
16、GM)公司推出了下口单点节气门体喷射系统；1983年，博世 推出了MONO-Jetronic低压中央喷射系统。1984年，丰田推出速度密度型的丰田稀薄燃烧系统T-LCS(Toyota Lean Combustion system)系统的汽油喷射装置能在各种运转工况下，对喷射时间、 点火时间进行有效、出色的控制。 图2-11为汽油喷射系统发展的几个重要时期。汽油机燃料供给系汽油机燃料供给系2. 3. 2 电控汽油喷射系统的组成和作用从控制原理完成方式来看，电控汽油喷射系统由电控单元(ECU)、传感器 和执行器三个部分组成，如图2-12所示。汽油机燃料供给系汽油机燃料供给系传感器主要有空气流量传感器(空气流量计)、节气门位置传感器(节气门 开关)、氧传感器(测定空燃比)、爆震传感器、曲轴转角传感器、发动机转速 传感器及各种温 度传感器等。执行器负责执行电控单元发出的各项指令，执行器主要有喷油器、怠速 步进电动机、电动汽油泵、继电器和点火线圈等。从部件的功能来讲，电控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3个子系统组成。在点火与燃油喷射
