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1、汽车动力装置发动机专业班级 机制126姓名 熊万飞 学号1120110167汽车结构汽车是由成千上万个零件所组成的结构复杂的交通工具。根据其动力装置、 使用条件灯不同，汽车的具体构造可以有很大的差异,但总体结构通常由发动机、 底盘、车身以及电器与电子设备四大部分组成。典型轿车的总体构造如图1-8 所示。件与散損图1-8发动机发动机是将输送进来的燃料燃烧儿发出动力的部件，是汽车的动力装置。在 现代汽车上广泛应用的的发动机是往复活塞式汽油和柴油内燃机,它通常是由曲 柄连杆机构、配汽机构、供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统、和启动系 统组成。一、发动机的分类按结构分类一台汽车发动机往往具有3个以
2、上的汽缸，对于汽车发动机主要的分类方式 是根据汽缸的布局及排列方式来划分。一般有直列、V型、W型以及水平对置等 几种。直列发动机（LineEngine），它的所有汽缸均按同一角度肩并肩排成一个平 面，它的优点是缸体和曲轴结构十分简单，而且使用一个汽缸盖，制造成本较低， 尺寸紧凑。直列发动机稳定性高，低速扭矩特性好并且燃料消耗也较少，但缺点 是功率较低，并且不适合6缸以上的发动机采用。直列发动机在国产车中应用十分广泛，几乎所有中档以下国产车及采用四缸 发动机的车型都是直列发动机。经典实例：宝马公司一直是直列发动机的坚决拥护者，宝马的L6（直列六缸） 发动机无论在技术含量、缸数上还是在性能表现上都
3、可算是直列发动机的极致。 宝马的顶级车型新7系轿车仍然有采用L6发动机的版本。V型发动机，将所有汽缸分成两组，把相邻汽缸以一定夹角布置一起，使两 组汽缸形成有一个夹角的平面，从侧面看汽缸呈V字形，故称V型发动机。V型发动机的高度和长度尺寸小，在汽车上布置起来较为方便。尤其是现代 汽车比较重视空气动力学，要求汽车迎风面越小越好，也就要求发动机盖越低越 好。另外，如果将发动机长度缩短，便能为驾乘舱留出更大的空间。由于汽缸之 间已相互错开布置，这便于通过扩大汽缸直径来提高排量和功率并且适合于较高 的汽缸数。此外，V型发动机汽缸对向布置，还可抵消一部分振动，使发动机运 转更平顺。V型发动机的缺点则是必
4、须使用两个汽缸盖，结构较为复杂、成本较高。另 外其宽度加大后，发动机两侧空间较小，不易再安排其他装置。目前国产的中高档车型中，不少采用V型6缸发动机，比如君威，帕萨特及 奥迪A6等等。经典实例：欧洲的豪华轿车往往采用8缸以上的V型发动机设计，比如劳斯 莱斯的、奔驰顶级的S600轿车等都是V12发动机，而目前V型发动机最高可达 到16缸，排量在10升以上。W型发动机，W型发动机是德国大众专属发动机技术。将V型发动机的每侧 汽缸再进行小角度的错开（如帕萨特W8的小角度为15度），就成了 W型发动机。 或者说W型发动机的汽缸排列形式是由两个小V形组成一个大V形。严格说来W 型发动机还应属V型发动机的
5、变种。W型与V型发动机相比可将发动机做得更短一些，曲轴也可短些，这样就能 节省发动机所占的空间，同时重量也可轻些，但它的宽度更大，使得发动机室更 满。W型发动机最大的问题是发动机由一个整体被分割为两个部分，在运作时必 然会引起很大的振动。针对这一问题，大众在W型发动机上设计了两个反向转动 的平衡轴，让两个部分的振动在内部相互抵消。经典实例：大众的旗舰车型辉腾以前由于没2缸发动机，而与同级别奔驰 S600相比底气不足，而大众全新W12发动机则彻底改变了这一劣势，大众旗下 的另两款豪华车：本特利新车GT和奥迪旗舰A8L6.0都将采用W12发动机。水平对置发动机，如果将直列发动机看成夹角为0度的V型
6、发动机，当两排 汽缸的夹角扩大为180度，汽缸水平对置排列，就是水平对置发动机了。水平对置发动机的最大优点是重心低。由于它的汽缸为“平放”，因此降低 了汽车的重心，同时又能让车头设计得又扁又低。这些因素都能增强汽车的行驶 稳定性。此外，水平对置的汽缸布局是一种对称稳定结构，这使得发动机的运转 平顺性比V型发动机更好，运行时的功率损耗也是最小。经典实例：水平对置发动机是日本富士汽车的招牌技术之一，采用水平对置 发动机的富士 WRX-STi车型是世界拉力赛场上的传奇车型，也是全球飙车族们梦 寐以求的至爱。转子发动机，传统发动机都是通过汽缸内活塞的往复运动最终驱动车子前 进，发动机及气缸本身都是相对
7、不动的，而转子发动机则是一种三角活塞旋转式 发动机，它采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放。转子发动机的优点十分明 显，它尺寸较小，重量较轻，功率很大，并且振动和噪声极低。但是由于转子技 术的复杂，使其制造成本极其高昂，耐用性也低于传统发动机。经典实例：至今为止，将转子发动机技术成熟运用于市场产品的仅有马自达 一家厂家。目前马自达赫赫有名RX-8跑车正是转子发动机技术的最新继承者。按发动机布局划分按照发动机在车身上的布局，还可以分成前置发动机、中置发动机以及后置 发动机三种。目前在国内车市所能看到的绝大部分车型都是采用的前置发动机，即发动机 位车前轮轴之前。前置发动机的优点是简化了车子变速器与
8、驱动桥的结构，特别 是对于目前占绝对主流的前轮驱动车型而言，发动机将动力直接输送到前轮上， 省略了长长的传动轴，不但减少了功率传递损耗，也大大降低了动力传动机构的 复杂性和故障率。因外，将发动机置驾驶员的前方，在正面撞车时，发动机可以 保护驾驶员免受冲击，从而提高了车的安全性。与前置发动机相对应的是后置发动机，后置发动机往往对应于一些后轮驱动 的大马力车型，典型车型为保时捷的911系列跑车。此外，还有一种布局便是中 置发动机，即发动机位于汽车的前后轮轴之间，对于一些极端追求性能的车型而 言，将发动机中置是一种最理想的方式，因为发动机的位置正好位于车子重心附 近，而不是重量过于集中在车头或车尾，
9、达到最佳的配重比，这将大大提高车子 的操控性和行驶稳定性。包括法拉利、兰博基尼在内的不少经典跑车都采用的是 中置发动机布局。按燃料分类柴油机与汽油机汽车发动机按所使用的燃料进行分类，可以分为汽油机和柴油机。汽油与柴油相比较，汽油的沸点低、容易汽化，汽油发动机通过气缸压缩， 将吸入的汽油气化，并与缸内空气相混合，形成可燃混合气体，最后由火花塞放 电点燃气体推动汽缸活塞作功；柴油的特点是自燃温度低，所以柴油发动机无需 要火花塞之类的点火装置，它采用压缩空气的办法提高空气温度，使空气温度超 过柴油的自燃测试，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。 两种发动机相比较而言，一般来说，因为
10、汽油发动机需要对汽油的喷入量、喷入 时间以及点火时间控制得十分准确，因此结构往往比柴油机更复杂精密一些，而 柴油机由于汽缸的压力大于汽油机，因而对材料的结构强度和刚度则要求更高一 止匕二 O从性能上说，汽油发动机的长处是最大功率及转速高，运转安静平顺，排放 低，而柴油发动机的优点则是燃烧效率高、油耗低，并且低转速扭矩及最大扭矩 远远超过汽油机。体现在驾驶感受上，人们会发现柴油驱动的轿车起步十分迅速， 在山路及坡道上后劲十足，然后在中后段的加速性以及最高车速方面又会逊于同 档次的汽油机版本。国内传统柴油机一直给人以体积笨重、振动噪声大以及排放 污染严重的印象，因此国产轿车基本都采用汽油发动机，然
11、而近年来，国外知名 车商开始将一些最新的柴油机技术引入到中国，大大改善了国人对柴油机的偏 见，譬如一汽大众刚刚推出TDI柴油发动机宝来，其环保性、动力性以及平顺性 都不逊于汽油机，同时又具有柴油机特有的巨大扭力和超低油耗，市场前景十分 看好。二、发动机原理四冲程汽油机往复活塞式内燃机所用的燃料主要是汽油(gasoline)或柴油(diesel)。由于 汽油和柴油具有不同的性质，因而在发动机的工作原理和结构上有差异。一.四冲程汽油机工作原理 汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好 的混合气，在吸气冲程被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高 压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直
12、线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构 对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内 完成一个工作循环。(1)吸气冲程(intakestroke)活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180。在活塞移动过程中，汽缸容积逐 渐增大，汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa，汽缸内形成一定的真空度，空气 和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸，并在汽缸内进一步混合形成可燃混合 气。由于进气系统存在阻力，进气终点(图中a点)汽缸内气体压力小于大气压 力0 p，即pa二(0.800.90) 0 p。进入汽缸内的可燃混合气的温度，由于进 气管、汽缸壁、活塞顶、
13、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混 合而升高到340400K。(2)压缩冲程(compressions troke)压缩冲程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180。活塞上移 时，工作容积逐渐缩小，缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终 点时，其压力pc可达8002 000kPa，温度达600750K。在示功图上，压缩行 程为曲线ac。(3)做功冲程(power stroke) 当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合 气，混合气燃烧释放出大量的热能，使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧 最高压力pZ达3 0006 000kPa，温度TZ达2
14、2002 800K。高温高压的燃气 推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活 塞下移，汽缸容积增加，气体压力和温度逐渐下降，到达b点时，其压力降至 300500kPa，温度降至1 2001 500K。在做功冲程，进气门、排气门均关闭， 曲轴转动180。在示功图上，做功行程为曲线c-Z-b。排气冲程(exhaust stroke)排气冲程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180。排气门开启时，燃烧后的 废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向 缸外排气。由于排气系统的阻力作用，排气终点r点的压力稍高于大气
15、压力， 即pr=(1.051.20)p0。排气终点温度Tr=9001100K。活塞运动到上止点时， 燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出，这部分废气叫残余废气。四冲程柴油机四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机和汽油机一样，每个工作循环也是由进气冲程、压缩冲程、做 功冲程和排气冲程组成。由于柴油机以柴油作燃料，与汽油相比，柴油自燃温度 低、黏度大不易蒸发，因而柴油机采用压缩终点压燃着火，也叫压燃式点火，其 工作过程及系统结构与汽油机有所不同.(1)进气冲程 汽车发动机进入汽缸的工质是纯空气。由于柴油机进气系统阻力较小，进气终点 压力pa= (0.850.95)p0,比汽油机高。进气终点温度Ta=30
16、0340K，比汽油 机低。压缩冲程由于压缩的工质是纯空气，因此柴油机的压缩比比汽油机高(一 般为8 =1622)。压缩终点的压力为3 0005 000kPa,压缩终点的温度为750 1 000K,大大超过柴油的自燃温度(约520K)。 (3)做功冲程 当压缩冲程 接近终了时，在高压油泵作用下，将柴油以10MPa左右的高压通过喷油器喷入汽 缸燃烧室中，在很短的时间内与空气混合后立即自行发火燃烧。汽缸内气体的压 力急速上升，最高达5 0009 000kPa，最高温度达1 8002 000K。由于柴油 机是靠压缩自行着火燃烧，故称柴油机为压燃式发动机。(4)排气冲程 柴油机的排气与汽油机基本相同，只是排气温度比汽油机低。 一般Tr=700900K。对于单缸发动机来说，其转速不均匀，发动机工作不平稳，
