汽车维修初级课件：汽车发动机构造

1、2021/3/11,汽车发动机构造,汽车发动机构造,2021/3/11,汽车发动机构造,主要内容与学时安排,汽车发动机工作原理及总体构造（4学时） 机体组及曲柄连杆机构（6时） 配气机构（6学时） 汽油机燃油供给系统（6学时） 柴油机燃油供给系统（6学时） 发动机进排气、冷却和润滑系统（6学时） 发动机点火系统和起动系统（4学时,2021/3/11,汽车发动机构造,课程性质:必修课 授课方式:课堂讲授为主 考核性质及方式:考试/笔试 成绩比例:笔试(70%)+平时(30%) 答疑时间及地点 教材： 陈家瑞.汽车构造（上）.第五版.人民交通出版社.2006.6 参考书目：陈杰民.现代汽车发动机构

2、造.第三版.上海交通出版社.1999 细川武志.汽车构造图册.人民交通出版社.2005,2021/3/11,汽车发动机构造,总 论,一、汽车及汽车工业的发展 1、汽车的定义 汽车借助于自身的动力装置驱动，且具有4个 （或4个以上）车轮的非轨道无架线车辆。 2、汽车在现代社会中的作用 3、汽车的发展史 4、我国汽车工业的发展,2021/3/11,汽车发动机构造,汽车发展史,亨利福特 1963年，生于密执安州格林菲尔镇（现为迪尔伯恩市）。 1896年，研制成功第一部四轮汽车，并在底特律大街上进行试车。 1903年，正式成立福特汽车公司。 1921年，福特公司汽车产量占全国产量55%。 1932年，

3、生产出第一部V8汽车。 1943年，重新执掌福特汽车公司。 1947年，在迪尔伯恩市家中逝世,2021/3/11,汽车发动机构造,汽车发展简史,卡尔本茨 戴姆勒-奔驰汽车公司的创始人之一， 也是世界上第一辆汽车的制造者， 被称为世界汽车之父。 1844年，出生于一个火车司机家里； 1879年，首次试验成功了一台二冲 程发动机；1883年，创建煤气发动机厂； 1886年，几乎和戴姆勒同时研制出汽车； 1926年，与戴姆勒公司合并成为戴姆勒-奔驰汽车公司,2021/3/11,汽车发动机构造,汽车发展简史,瓦尔特克莱斯勒 美国三大汽车公司之一的克莱斯勒公司的 创始人。1875年生于美国衣阿华州一个

4、铁路技师的家庭。最初受聘于通用汽车 公司，1920年鉴于和威廉杜兰特出现 较大分歧，辞职受聘于马克思威尔公司， 靠“克莱斯勒6号”车型打开了销路。 1925年正式成立克莱斯勒汽车公司。 1927年，由汽车界第27位跃居第4位,2021/3/11,汽车发动机构造,2005年世界汽车产量前10位排名,2021/3/11,汽车发动机构造,从19572005年我国汽车年产量变化曲线,2021/3/11,汽车发动机构造,一）按用途分类 1、较新的国家标准（GB/T3730.12001）汽车分为乘用车和商用车辆两类 1）乘用车（passenger car） 乘用车是指在其设计和技术特性上主要用于载运乘客及

5、其随身行李或临时物品的汽车，包括驾驶员座位在内最多不超过9个座位。它也可以牵引一辆挂车。 乘用车主要包括：普通乘用车、活顶乘用车、高级乘用 车、小型乘用车、敞篷车、旅行车、多用途乘用车、短头乘 用车、越野乘用车、专用乘用车等多种,二、现代汽车的类型,2021/3/11,汽车发动机构造,二、汽车的类型,2）商用车辆（commercial vehicle） 商用车辆在设计和特性上用于运送人员和货物的汽车并且可以牵引挂车。商用车按照用途分为：客车、半挂牵引车和货车三个大类。 (1) 客车（bus）在设计和技术特性上用于载运乘客及其随身行李的商用车辆，包括驾驶员在内座位数超过9座。客车有单层的或双层的

6、，也可牵引 一挂车。根据各种客车各自设计和技术 特性，又可分为：小型客车、城市客车、 长途客车、旅游客车、铰接客车、无轨 电车、越野客车、专用客车,2021/3/11,汽车发动机构造,二、汽车的类型,2) 半挂牵引车（semi-trailer towing vehicle）装备有特殊装置用于牵引半挂车的商用车辆。 (3) 货车（goods vehicle）主要为载运 货物而设计和装备的商用车辆，它能否牵引 一挂车均可。根据货车的技术和结构特点又 分为普通货车、多用途货车、全挂牵引车、 越野货车、专用作业车、专用货车,2021/3/11,汽车发动机构造,二、现代汽车的类型,2、旧标准GB/T37

7、30.1-1988按用途把汽车分为普通运输汽车、专用汽车 1）运输汽车 (1)轿车供个人使用的载送少量乘员的汽车 根据发动机工作容积(排量)分级,2021/3/11,汽车发动机构造,二、现代汽车的类型,2)客车提供公共服务用的载送较多乘员的汽车 按车辆总长度分级,2021/3/11,汽车发动机构造,二、现代汽车的类型,3）货车载送货物的运输车辆 按照汽车的总质量分级,2021/3/11,汽车发动机构造,二、汽车的类型,2）专用汽车 由基本车型改装，装上专用设备，完成运输或作业任务的汽车称为专用汽车。可分为两类： (1)运输型专用汽车冷藏车、油罐车、挂车、半挂车、集装箱货车、 大平板车 (2)作

8、业型专用汽车售货车、救护车、消防车、市政工程作业车、电视广播车，机场作业车等,2021/3/11,汽车发动机构造,二、汽车的类型,3）特殊用途汽车 （1）娱乐汽车 （2）竞赛汽车,旅游汽车,2021/3/11,汽车发动机构造,二、汽车的类型,3、国外某些分类分级方法 1）通常把运输汽车按用途分为乘用车和商用车两大类。 乘用车通常指轿车和多用车（MPV），而商用车通常指货车和客车。 2）美国的轿车按轴距分级；日本的轿车按发动机工作容积分类：德国大中按汽车平台分为A0、A、B和C/D四个级别。 3）另外，为便于考核汽车的制动性能，国际上把汽车分为M、N和O三种类型。具体如下： M（M1、M2、M3

9、）：装载人员的汽车、皮卡和MPV； N（N1、N2）：装载货物的汽车； O（O1、O2、O3、O4）：挂车、半挂车,2021/3/11,汽车发动机构造,二、汽车的类型,二）按动力装置分类： 1、内燃机汽车 1）活塞式内燃机汽车主要以汽油和柴油为燃料 可分为往复活塞式和旋转活塞式两种类型 2）燃气轮机汽车功率大、质量小、转矩特性好 2、电动汽车 1) 蓄电池式电动汽车（ZEV）蓄电池提供动力 2) 燃料电池式电动汽车（FCEV）产生氢气燃烧提供动力 3) 复合动力电动汽车(HEV)装备内燃机与蓄电池两套动力 3、喷气式汽车,2021/3/11,汽车发动机构造,二、汽车的类型,三) 按行驶道路条件

10、分类 1、道路用车 2、非道路用车 (四) 按行驶机构特征分类 1、轮式汽车 2、其他类型行驶机构的车辆 如：履带车、雪橇式车等,2021/3/11,汽车发动机构造,三、汽车产品型号编制规则,首部：企业名称代号 23个拼音字母 例如： CA代表一汽 EQ代表二汽 NJ南京汽车厂 BJ北京汽车厂,中部：主参数代号 4个数字 1汽车类别 2、3主要特征参数 4企业自定产品序号,尾部：企业自定代号 (用拼音字母或数字,例如： CA1090，EQ1090E BJ2020，TJ7100，CA6440,1,2,3,4,2021/3/11,汽车发动机构造,四、汽车总体构造,汽车的四大部分,发动机,底盘,车身

11、,电气部分,使输入气缸的燃料燃烧而发出动力,接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证操纵正常,装载乘客和货物的部件,与电相关的操纵、输出等设备,2021/3/11,汽车发动机构造,汽车总体构造,2021/3/11,汽车发动机构造,五、汽车行驶基本原理,汽车行驶的两个基本条件：驱动条件和附着条件 （一）驱动条件 汽车的总阻力F滚动阻力Ff+空气阻力Fw+上坡阻力Fi 驱动力Ft=F， 匀速行驶 驱动力FtF， 加速行驶 驱动力FtF， 减速行驶 （二）附着条件 驱动力Ft附着力F FG G附着重力,2021/3/11,汽车发动机构造,第一章 发动机的工作原理及总体构造,2021/3/11,汽车发动

12、机构造,1.1 汽车发动机的分类,1、发动机的定义 热力发动机（热机）：将热能转变为机械能的装置。 2、发动机的分类 活塞式内燃机 往复活塞式 内燃机 燃气轮机 旋转活塞式 热机 外燃机如蒸气机、气轮机,2021/3/11,汽车发动机构造,3、活塞式内燃机的分类,按活塞运动方式,往复活塞式内燃机,旋转活塞式内燃机,往 复 活 塞 式 内 燃 机,旋 转 活 塞 式 内 燃 机,1.1 汽车发动机的分类,2021/3/11,汽车发动机构造,按燃料分类,汽油机,气体燃料发动机,柴油机,1.1 汽车发动机的分类,3、活塞式内燃机的分类,2021/3/11,汽车发动机构造,1.1 汽车发动机的分类,3

13、、活塞式内燃机的分类,按冲程,二冲程内燃机,四冲程内燃机,2021/3/11,汽车发动机构造,1.1 汽车发动机的分类,3、活塞式内燃机的分类,按冷却方式,风冷式内燃机,水冷式内燃机,2021/3/11,汽车发动机构造,1.1 汽车发动机的分类,3、活塞式内燃机的分类,按进气状态,非增压/自然吸气内燃机,增压内燃机,非 增 压 式 内 燃 机,增 压 式 内 燃 机,2021/3/11,汽车发动机构造,1.1 汽车发动机的分类,3、活塞式内燃机的分类,单缸发动机,多缸发动机,按气缸数目,按气缸排列方式,单列式,双列式,其他分类方式,2021/3/11,汽车发动机构造,1.2 往复活塞式内燃机的

14、基本结构 与基本术语,1、基本结构 1凸轮轴 2气门弹簧 3进气门 4排气门 5气缸盖 6气缸 7机体 8活塞 9连杆 10曲轴 11曲轴齿形带轮 12张紧轮 13齿形带 14凸轮轴齿形带轮,2021/3/11,汽车发动机构造,1气缸盖 2气缸 3活塞 4活塞销 5连杆 6水泵 7曲轴箱 8飞轮,9曲轴 10机油管 11机油盘 12机油泵 13化油器 14进气管 15进气门 16排气门 17火花塞,2021/3/11,汽车发动机构造,1.2 往复活塞式内燃机的基本结构 与基本术语,2、基本术语 工作循环 燃烧室容积 上、下止点 气缸总容积 活塞行程 压缩比 气缸工作容积 工况 内燃机排量 负荷

15、（率,2021/3/11,汽车发动机构造,2021/3/11,汽车发动机构造,1.2 往复活塞式内燃机的基本结构与基本术语,动态演示,2021/3/11,汽车发动机构造,1.2 往复活塞式内燃机的基本结构与基本术语,2、基本术语,工作循环对于往复活塞式发动机，每进行一次能量转换，均要经过进气、压缩、作功、排气四个过程。这种周而复始的连续过程，称为发动机的一个工作循环,上止点活塞在气缸中的最高位置 下止点活塞在气缸中的最低位置 活塞行程（S）上、下止点之间的距离 曲轴半径（R）连杆轴径中心与主轴颈中心之间的距离，一 般S2R,2021/3/11,汽车发动机构造,1.2 往复活塞式内燃机的基本结构

16、与基本术语,2、基本术语 气缸工作容积(Vs）上、下止点间所包容的气缸容积 内燃机排量( VL) 多缸发动机所有气缸工作容积的总和；即Vsi VL i 气缸数 燃烧室容积（ VC 也称为压缩容积)活塞位于上止点时，活塞顶面以上气缸盖以下所形成的空间称为燃烧室，其容积称为燃烧室容积 气缸总容积（Va)气缸工作容积与燃烧室容积之和;即VaVS+VC,压缩比（）气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比,例如：现代化油器式发动机压缩比一般为811(轿车有的达10以上)。柴油机压缩比一般为为1622,2021/3/11,汽车发动机构造,1.2 往复活塞式内燃机的基本结构与基本术语,2021/3/11,汽车发

17、动机构造,1.2 往复活塞式内燃机的基本结构与基本术语,2、基本术语,工况内燃机在某一时刻的运行状况；以该时刻发动机输出的有效 功率和曲轴转速表示,负荷(率） 内燃机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值,以百分数表示.负荷率通常简称符合,2021/3/11,汽车发动机构造,汽油发动机四个行程的图示,1.进气行程,压缩行程,作功行程,4.排气行程,每一行程工作的具体分析如下,1.3 往复活塞式内燃机工作原理,1、四冲程汽油机工作原理,2021/3/11,汽车发动机构造,1)进气行程,排气门关闭,进气门开启,大气压力线,P,V,r,a,示功图,上止点,下止点,示功图：

18、表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况,活 塞 下 行,温度320380K 压力0.080.09MPa,2021/3/11,汽车发动机构造,2)压缩行程,进气门关闭,排气门关闭,P,V,r,a,示功图,大气压力线,c,上止点,下止点,活 塞 上 行,温度600750K 压力0.81.5 MPa,2021/3/11,汽车发动机构造,3)作功行程,进气门关闭,排气门关闭,P,V,r,a,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,活 塞 下 行,瞬时最高：温度22002800 K， 压力3.06.5MPa,作功终了：温度12001500 K， 压力0.350.5 MPa,2021/3/1

19、1,汽车发动机构造,4)排气行程,进气门关闭,排气门打开,P,V,r,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,残余废气,a,活 塞 上 行,温度9001100 K 压力0.1050.12 MPa,2021/3/11,汽车发动机构造,1.3 往复活塞式内燃机工作原理,2、四冲程柴油机的工作原理,四行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，但由于柴油机使用的燃料是柴油，柴油与汽油有较大的差别，柴油粘度大，不易蒸发，自燃温度低，故可燃混合气的形成，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,2021/3/11,汽车发动机构造,进

20、气行程,压缩行程,作功行程,排气行程,新鲜空气,四冲程柴油机各行程示意图,开始 喷油,温度310340K压力0.0850.095 MPa,温度7501000K压力35 MPa,瞬时：温度18002200K压力69 MPa,温度700900K 压力0.1050.12 MPa,终了： 温度10001200K 压力0.20.5 MPa,2021/3/11,汽车发动机构造,分析和比较四冲程汽油机、柴油机的工作异同,首先分别看一下汽油机和柴油机的图示,火花塞,喷油器,2021/3/11,汽车发动机构造,汽油机、柴油机的工作相同点,1、每个工作循环都包括进气、压缩、作功、排气四个活塞行程行程；每个工作循环

21、曲轴转两周, 每一行程曲轴转半周，曲轴旋转两周完成一个工作循环。 2、四个活塞行程行程中，只有一个作功行程，在发动机一个工作循环中，曲轴的转速是不均匀的,汽油机、柴油机的工作不同点,2021/3/11,汽车发动机构造,汽油机与柴油机工作时各行程状态参数比较,2021/3/11,汽车发动机构造,1.3 往复活塞式内燃机工作原理,3、二冲程汽油机工作原理,活塞运动: 从下止点向上止点 曲轴转角: 0180 作用: 活塞上方压缩 活塞下方进气,2021/3/11,汽车发动机构造,1.3 往复活塞式内燃机工作原理,3、二冲程汽油机的工作原理,活塞运动: 从上止点向下止点 曲轴转角: 180360 作用

22、: 活塞上方做功排气 活塞下方预压,2021/3/11,汽车发动机构造,1.3 往复活塞式内燃机工作原理,2021/3/11,汽车发动机构造,1.3 往复活塞式内燃机工作原理,4、二冲程柴油机的工作原理 第一冲程: 活塞由下止点运动到上止点； 扫气：当活塞还处于下止点时， 进气口和排气门均开启。扫气泵 将纯净的空气增压到0.12-0.14Mpa 后，经空气室和进气口送入气缸， 扫除其中的废气。废气经气缸顶部 的排气门排出。 压缩：当活塞上移将进气口关闭 的同时，排气门也关闭，进入气缸内 的空气开始被压缩。活塞运动至上 止点，压缩过程结束,2021/3/11,汽车发动机构造,1.3 往复活塞式内

23、燃机工作原理,4、二冲程柴油机的工作原理 第二冲程： 活塞由上止点运动到下止点； 做功：压缩行程结束后，高压柴 油经喷油器喷入气缸，并自行着 火燃烧。高温高压的燃烧气体推 动活塞作功。 排气：当活塞下移至2/3行程时， 排气门开启，废气经排气门排出。 扫气：活塞继续下移，进气口开 启，来自扫气泵的空气经进气口 进入气缸进行扫气,2021/3/11,汽车发动机构造,四冲程发动机与二冲程发动机的比较,2021/3/11,汽车发动机构造,机体,五 大 系 统,燃油系统,润滑系统,冷却系统,点火系统 （汽油机,起动系统,进排气系统 及排气净化装置,1.4 发动机总体构造,2021/3/11,汽车发动机

24、构造,曲柄连杆机构,1.4 发动机总体构造,2021/3/11,汽车发动机构造,配气机构,1.4 发动机总体构造,2021/3/11,汽车发动机构造,1.4 发动机总体构造,燃料供给系统,2021/3/11,汽车发动机构造,1.4 发动机总体构造,润滑系统,2021/3/11,汽车发动机构造,1.4 发动机总体构造,2021/3/11,汽车发动机构造,1.4 发动机总体构造,2021/3/11,汽车发动机构造,1.4 发动机总体构造,2021/3/11,汽车发动机构造,1.5 发动机的性能指标,1、动力性指标 动力性指标表征发动机作功能力的大小，主要包括有效转矩、有效功率、转速和平均有效压力；

25、 1）有效转矩(Te)：发动机通过飞轮对外输出的转矩；(N m) 2）有效功率(Pe)：发动机在单位时间对外输出的功；(KW) 用台架试验方法测定，也可用测功器测定， 按下式计算； n发动机曲轴转速 （r/min） 3）发动机转速(n)：发动机曲轴每分钟的回转数n （r/min）； 4）平均有效压力：pme (MPa)单位气缸工作容积发出的有效功,2021/3/11,汽车发动机构造,1.5 发动机的性能指标,2021/3/11,汽车发动机构造,1.5 发动机的性能指标,2、经济性指标 主要包括有效热效率和有效燃油消耗率： 1）有效热效率(e )：燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效

26、率； 2）有效燃油消耗率(be)：发动机每输出1KW.h有效功所消耗的燃油质量（每千瓦 小时的油耗） B发动机每单位时间的耗油量（kg/h）,由试验测定； Pe发动机的有效功率，KW,2021/3/11,汽车发动机构造,1.5 发动机的性能指标,3、强化指标 强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标，包括升功率和强化系数。 1）升功率（PL）：发动机在标定工况下，单位发动机排量输出的有效功率；升功率大，表明每升气缸工作容积发出的有效功率大，发动机的热负荷和机械负荷都高。 2）强化系数 (PmeCm)： 平均有效压力Pme与活塞平均速度Cm的乘积称为强化系数；活塞平均速度是指发动机在

27、标定转速下，活塞往复运动速度的平均值，它与发动机转速的关系为： S活塞行程 n发动机标定转速,2021/3/11,汽车发动机构造,1.5 发动机的性能指标,4、紧凑性指标 紧凑性指标是用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标； 1) 比容积：发动机外廓体积与其标定功率的比值； 2) 比质量：发动机的干质量与其标定的功率的比值； （干质量是指未加注燃油、机油和冷却液的发动机质量） 5、环境指标 环境指标主要指发动机的排放和噪声水平。 排放方面：主要限制CO、NOx、HC以及固体微粒等排放量 噪声方面: 主要控制发动机的噪声，规定轿车的噪声 82dB(A,2021/3/11,汽车发动机构造,1.5 发动机的性能指标,6、可靠性指标 是表征发动机在规定的使用条件下，正常持续工作能力的指标。评价方法有多种，如首发故障行驶里程，平均故障间隔