发动机结构与原理

1、汽车发动机原理及结构汽车发动机原理及结构DNEC产品产品课程安排 课程总时间：90分钟 发动机基本原理讲解：20分钟 发动机基础知识讲解：15分钟 互动答疑：10分钟 课间休息：15分钟 DNEC发动机产品讲解：20分钟 DNEC发动机生产过程讲解：10分钟发动机基本知识发动机基本知识 汽车的动力源是发动机，发动机是把某一种形式的能量转变成机械能的机器。现代汽车所使用的发动机多为内燃机，内燃机是把燃料燃烧的化学能转变成热能，然后又把热能转变成机械能的机器，并且这种能量转换过程是在发动机气缸内部进行的。汽车上使用的内燃机主要有汽油机和柴油机。一、发动机的分类一、发动机的分类 内燃机的分类方法很多

2、，按照不同的分类方法可以把内燃机分成不同的类型，下面让我们来看看内燃机是怎样分类的。(1) 按照所用燃料分类 内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。现在还有CNG、乙醇、二甲醚、LPG，以及乙醇-汽油、CNG-汽油混合物作为燃料，基本上采用什么的物质作为燃料，我们就称为什么发动机。 (2) 按照行程（冲程）分类 内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机。把曲轴转两圈(720)，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转一圈(360)，活塞在

3、气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。(3) 按照冷却方式分类 内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。(4) 按照气缸数目分类 内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、

4、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。如果是V型5缸机那么它两边气缸数是不对等的，在高速行驶下活塞在缸里运动速度非常快，导致发动机产生非常大的震动那么这是如果你一边少一个气缸，两边震动就会不平衡，从而会使发动机震动的非常厉害，运行平稳性没有了，乘坐舒适性也别谈了，而且还很危险，所以要设计成L3L4L5L6V6V8W8V10V12W12W16它们都是相对数量，共震相互抵消。缸数越多的发动机运行越平稳呢(5) 按照气缸排列方式分类 内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式(图1-1-5)。单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低

5、高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角180(一般为90)称为V型发动机，若两列之间的夹角=180称为对置式发动机。(6) 按照进气系统是否采用增压方式分类 内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。 第一篇第一篇 发动机基本结构发动机基本结构曲柄连杆结构配气结构燃油供给系润滑系冷却系起动系点火系 发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。

6、要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。作业思考题1、曲柄连杆机构的作用是什么？由哪些主要零件组成？曲柄连杆机构 一、曲柄连杆机构的作用和组成组成由活塞组、连杆组和曲轴飞轮组的零件组成。作用曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以推动车轮转动。二、活二、活 塞塞 组组（一）活（一）活 塞塞活塞的作用承受燃烧气体的压力，并将此力通过活塞销传给连杆，推动曲轴旋转。活塞材料目前广泛采用铝合金活塞。只有少数汽车用铸铁或耐热钢活塞。活塞构造由顶部、头部和裙部三部分组成。

7、1）活塞顶部：活塞顶部形状与燃烧室形状和压缩比有关。有平顶活塞、凹顶活塞和凸顶活塞三种。2）活塞头部：由活塞顶到油环槽下端面之间的部分称为活塞头部。 普遍采用三环的短活塞。三环指上气环、下气环和油环。 3）活塞裙部：活塞头部以下的部分。保证活塞在气缸内导向，保持气缸与活塞间的适宜间隙。（二）、活塞环 气环的作用密封和传热。 油环的作用刮除飞溅到气缸壁上的多余的机油，并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜。 活塞环的材料优质灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁和钢带等。 第一道环通常镀铬或喷钼等处理，其它环镀锡或磷化处理。气环开口形状直开口、阶梯形、斜开口。气环断面形状矩形环、锥面环、内切环、外切环、梯形环、楔形

8、环、桶面环、开槽环、顶岸环等。 蓝鸟、阳光车：第一道气环：桶面环。上下对称。 第二道气环：R标记朝上。油环的类型槽孔式、槽孔撑簧式、钢带组合式。 蓝鸟、阳光车用的是钢带组合式。由上、下刮片和撑簧组成。活塞环的开口间隙、侧隙。（三）、活塞销活塞销的作用连接活塞和连杆，将活塞承受的力传给连杆。活塞销的结构厚壁空心圆柱体。 低碳钢或低碳合金钢材料加工，外表面渗碳或液硬，精磨抛光。三、连杆组连杆组包括：连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承（瓦）等。连杆的作用将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆的材料优质中碳钢、中碳合金钢等锻成。连杆的构造由小头、杆身和大头构成。1）连杆小

9、头：小头的结构形状取决于活塞销尺寸和连杆小头连接方式。 连杆小头与活塞销的连接方式有两种：全浮式和半浮式。2）连杆杆身：断面为工字形。3）连杆大头：连杆大头孔是在连杆体和连杆盖组合之后配对加工的。在连杆体和连杆盖同一侧有配对记号，装配时应对号入座。4）连杆螺栓：在屈服极限以内工作，只要加工精确，一般不需锁紧装置。但装配时要按规定的拧紧力矩或角度分几次拧紧。四、曲 轴 飞 轮 组（一）曲 轴曲轴的作用把活塞、连杆传来的气体力转变成转矩。曲轴材料一般由中碳钢或中碳合金钢模锻而成。目前广泛采 用球铁曲轴。曲轴构造由若干个单元曲拐构成。单元曲拐：一个曲柄销，左右两个曲柄臂和左右两个主轴颈构成一个单元曲

10、拐。 1、 按曲轴主轴颈数多少，曲轴分为全支承和非全支承曲轴。 1）全支承曲轴：在相邻两个曲拐间都有主轴颈的曲轴。 2）非全支承曲轴：主轴颈数少于气缸数的曲轴。 2、 主轴颈和曲柄销都需要润滑，在曲轴一钻有油道孔。 3、 曲轴平衡重用来平衡旋转惯性力及其力矩。 4、曲轴的前、后端靠橡胶油封来密封。（二）、飞轮飞轮的作用1）如同一个能量储存器。在作功行程中，发动机传输给曲轴的能量，除对外输出外，还有部分能量被飞轮吸收，从而使曲轴的转速不会升高很多。在其余三个行程中，飞轮将其储存的能量放出来，补偿这三个行程所消耗的功，从而使曲轴转速不会降低太甚。2）是离合器的主动件。3）在轮缘上镶嵌有飞轮齿圈。飞

11、轮材料多用灰铸铁制造。飞轮结构特点大部分质量都集中在轮缘上，所以做得又宽又厚，以增大转动惯量。配气机构第一节 配气机构的作用和组成1、配气机构的作用根据发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新鲜空气进入气缸，废气从气缸排出。2、配气机构的组成由气门组和气门传动组两部分组成。3、现代轿车发动机多采用顶置式气门，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。4、凸轮轴的布置位置有：1）下置式、2）中置式、3）上置式（凸轮轴置于缸盖上）。第二节 配气相位和气门间隙1、配气相位以曲轴转角表示的进、排气门开、闭时刻及其开启的持续时间称作配气相位。 1）进气门早开、晚关的目的为了

12、进气充分，增加进气量。 2）排气门早开、晚关的目的利用惯性，排出废气，减少废气残余量。 定义：进气提前角、进气迟后角、排气提前角、排气迟后角。2、气门间隙发动机在冷态下，当气门处于关闭状态时，气门与传动件之间的间隙称为气门间隙。 间隙过小，因零件受热膨胀，会使气门关闭不严而漏气；间隙过大，在气门和气门座及各传动件之间产生撞击异响。 一般设定气门间隙为0.25-0.40mm。第三节 气门组气门组包括：气门、导管、气门弹簧、气门油封、弹簧座、气门锁夹等零件。一、气 门与气门导管气门的构造进、排气门均为菌形气门，由气门头部和气门杆两部分组成。1、气门顶面有平顶、凹顶和凸顶三种。2、气门与气门座之间靠

13、锥面密封。 气门锥角气门锥面与气门顶面之间的夹角称为气门锥角。一般为45，仅有少数发动机的进气门为30。3、气门杆与气门导管保持较小的配合间隙。4、气门尾端的形状决定于上气门弹簧座的固定方式。分气门锁夹固定和圆柱销固定两种。5、每缸气门数：有2气门、3气门和4气门等。二、气门座与气门座圈气门座：气缸盖上与气门锥面相贴合的部位称气门座。气门座圈：铝气缸盖或大多数铸铁气缸盖镶嵌由合金铸铁或粉末冶金制成的气门座圈。气门座圈以一定过盈压入气缸盖的承孔中。气门座或气门座圈的锥角与气门锥角相适应。一般气门锥角比气门座或气门座圈的锥角小0.5-1。三、气门导管功用：对气门的运动导向，保证气门作直线往复运动，

14、使气门与气门座能正确贴合。还将气门杆的热量传给缸盖。结构：由灰铸铁或粉末冶金制造。气门杆与气门导管孔需要润滑。导管上装有气门油封，防止机油从气门杆流入气缸内。四、气门弹簧气门弹簧的功用保证气门关闭时能够紧密地与气门座贴合，并克服气门开启时的惯性力，使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离。气门弹簧的结构一般为圆柱形螺旋弹簧。防止气门弹簧发生共振的措施： 1）采用双气门弹簧 2）采用变螺距气门弹簧 3）采用锥形气门弹簧 4）采用气门弹簧振动阻尼器（加装在弹簧外圈）。第四节 气门传动组由于气门驱动形式和凸轮轴位置的不同，气门传动组零件组成差别很大。一、凸轮轴1、凸轮轴的作用进、排气门开启和关闭的时刻、持

15、续时间以及开闭的速度等分别由凸轮轴上的进、排气凸轮控制。2、凸轮轴的构造：是一根细长轴，由若干道轴颈和若干个凸轮等组成。 1）轴颈轴颈的数目若干，支承在轴承座孔内。 2）凸轮凸轮轴上的凸轮（各进气凸轮和各排气凸轮）的相对角位置的布置与凸轮轴旋转方向、发动机工作顺序、及气缸数和作功间隔角有关。3、凸轮轴轴承：用以支承凸轮轴的轴颈。上置式凸轮轴的轴承多由上、下两片轴瓦对合而成，装入轴承座孔内。 蓝鸟车是直接以铝合金作为轴瓦材料。4、凸轮轴传动机构：有齿轮式、链条式、齿形带式。 5、凸轮轴的轴向定位。其间隙一般为0.05-0.2mm,也就是凸轮轴的最大轴向移动量.（蓝鸟、阳光车：0.055-0.13

16、9) 凸轮轴的轴向定位方式1）利用轴承盖的两个端面和凸轮轴轴颈两侧轴肩进行轴向定位。2）止推板定位。3）止推螺钉定位。第四节 气门传动组（续）二、挺杆：是凸轮的从动件，其作用是将来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门。有机械挺杆和液压挺杆。液压挺杆无气门间隙。三、推杆：位于挺柱和摇臂之间，其作用是将挺杆传来的运动和作用力传给摇臂。四、摇臂其作用是将推杆或凸轮传来的运动和作用力，改变方向传给气门使其开启。 摇臂的结构是一个双臂杠杆以摇臂轴为支点，两臂不等长。 蓝鸟车摇臂：受力面为弧面。阳光车：受力面为滚柱。点火系第八章 发动机点火系发动机点火系统按时在火花塞两电极间产生电火花的全部装置。传统点火系

17、的组成电瓶、发电机、点火开关、点火线圈、分电器、火花塞、高压线等。1、点火线圈将12V低压直流电，变为15KV-20KV脉冲高压直流电。2、分电器是由断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置组合成的一个部件。 断电器的作用是周期地切断或接通点火线圈初级绕组的电路，使磁通变化，在次级绕组感应出高压电。 配电器的作用将点火线圈中的高压电，按发动机工作顺序分配到各缸的火花塞。 点火提前调节装置：1）离心点火提前调节（利用机械离心块调节）。2）真空点火提前调节（利用真空度调节）。3、火花塞将点火线圈产生的脉冲高压电引入燃烧室，在其两个电极间产生电火花，点燃可燃混合气。蓝鸟、阳光车发动机一般技术数据蓝鸟

18、、阳光车发动机一般技术数据 型号:EQ486、SR20型式:直列四缸、四冲程、16气门、顶置双凸轮轴、 液压气门挺柱、水冷式、多点燃油喷射缸径行程: 8686 mm排量: 1.998 升压缩比: 9.5压缩压力: 12.5 kg / c ( 300 rpm)最大功率: 107 kw / 6000 rpm最大扭矩: 183N.m /4800 rpm最小燃耗率: 279 g / kw.HR点火提前角: 15BTDC / 800 rpm点火次序: 1342机油类型: 10W-30 SJ /GF-2机油容量: 4升燃油供给系第六章 发动机燃油系（化油器式）1、燃油系的作用根据发动机运转工况需要，向发动

19、机供给一定数量、清洁、雾化的汽油，以便与一定数量的空气混合形成可燃混合气。2、燃油系的组成1）燃油箱。 2）汽油泵。 3）汽油滤清器。4）化油器。3、汽油的使用性能：蒸发性汽油蒸发汽化的能力。抗暴性汽油在气缸内燃烧时不发生爆燃的能力。4、汽油的抗暴性用辛烷值表示。辛烷值越高，抗暴性越好。 根据试验条件不同，有两种辛烷值表示方法：马达法辛烷值（MON）和研究法辛烷值（RON）。同一种汽油的研究法比马达法高6-10个单位。 在国家标准中是用研究法辛烷值（RON）来划分汽油的牌号。润滑系第五章 发动机润滑系统第一节 润滑系的作用和组成润滑系的作用在发动机工作时，连续不断地把数量足够、温度适当的洁净机

20、油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦面之间形成油膜，实现液体摩擦。润滑方式压力润滑、飞溅润滑、重力润滑、润滑脂润滑（如水泵和发电机轴承等）。润滑系的组成机油泵、机油滤清器、集滤器、及缸体、缸盖润滑油道等。润滑油路：机油的作用1、润滑。2、冷却。3、清洗。4、密封（油膜）。5、防锈。蓝鸟车润滑系循环图油底壳集滤器机油泵机油滤清器缸体主油道主轴瓦连杆瓦连杆活塞及缸体缸盖油道凸轮凸轮轴颈液压挺杆链条张紧器正时链条安全阀调压阀缸体油道油路回油底壳旁通油路第二节 润滑系统主要部件的构造一、机油泵1、机油泵的作用保证机油在润滑系统内循环流动，并在发动机任何转速下都能以足够的压力向润滑部位输送足够数量机油

21、。2、机油泵的结构形式普通齿轮式、内啮合齿轮式、转子式。3、安全阀为防油压过高，在润滑油路中设置安全阀或限压阀（装在机油泵或主油道上）。 二、机油滤清器1、机滤器的作用滤除机油中的金属磨屑、杂质等。2、机滤器的结构轿车多用纸质滤芯（金属外壳）。串连在缸体主油道上。冷却系第四章 发动机冷却系统 第一节 冷却系的作用和组成1、作用使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。2、组成 : 水箱(及副水箱)、 进水管总成(含节温器、节温器壳)、水泵总成(及水泵皮带和皮带轮)、缸体水道、缸盖水道、缸益出水管等3、冷却液：水与防冻剂的混合物。 常用的防冻剂：乙二醇。50%水与50%乙二醇混合的冷却液，冰

22、点是-35.5。 蓝鸟车发动机冷却液循环图节温器开节温器关散热器节温器进水管水泵缸体缸盖节气门室空气调节器加热器出水管储液罐第二节 冷却系主要部件的构造一、散热器（水箱）1、散热器：由进水室、出水室和散热器芯构成。2、散热器盖：严密地盖在水箱加水口上，使水冷系成为封闭系统，通常称闭式水冷系。3、补偿水桶：当冷却液膨胀时，部分冷却 液流入补偿水桶；而当冷却液降温时，部分冷却液又被吸回散热器，所以冷却液不会流失。 二、冷却风扇作用当风扇旋转时吸进空气，使其通过散热器，以增强散热器的散热能力，加速冷却液的冷却。 轿车发动机多采用电动风扇。受电脑控制。第二节 冷却系主要部件的构造（续）三、节温器节温器

23、的功用是控制冷却液流动路径的阀门。当发动机冷起动时，冷却液温度较低，这时节温器将冷却液流向散热器的通道关闭，使冷却液经水泵入口直接流入缸体和缸盖水套，以便使冷却液能迅速升温。节温器的结构蜡式节温器。装在发动机进水口或出水口。节温器开启温度：蓝鸟车：76.5,阳光车: 82.0。四、水泵水泵的作用对冷却液加压，保证其在冷却系统中循环流动。水泵的结构多采用离心式水泵。由水泵壳体、水泵轴、叶轮及水封等构成一个整体。启动系典型四行程（电控）汽油发动机示意图典型四行程（电控）汽油发动机示意图第二篇第二篇 发动机工作原理与性能指标发动机工作原理与性能指标四行程发动机工作原理四行程发动机工作原理 四行程汽油

24、机经过进气、压缩、作功和排气行程完成一个工作循环。 (1) (1) 进气行程进气行程 活塞从上止点向下止点运动，排气门关闭，进气门打开。可燃混合气通过进气门被吸入气缸，直至活塞向下运动到下止点。 (2) (2) 压缩行程压缩行程曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，气缸内成为封闭容积，可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高，当活塞到达上止点时压缩行程结束。(3) 作功行程 作功行程，进气门和排气门仍然保持关闭。当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时，火花塞产生电火花点燃可燃混合气，可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高，推动活塞从上止

25、点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械功，除了用于维持发动机本身继续运转外，其余用于对外作功。随着活塞向下运动，气缸内容积增加，气体压力和温度降低，当活塞运动到下止点时，作功行程结束。 (4) 排气行程 当作功接近终了时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的压力先进行自由排气，活塞到达下止点再向上止点运动时，继续把废气强制排出到大气中去，活塞越过上止点后，排气门关闭，排气行程结束。 曲轴继续旋转，活塞从上止点向下止点运动，又开始了下一个新的循环过程。在每一个工作循环中，活塞在上、下止点往复运动了四个行程，相应地曲轴旋转了两圈。发动机基本术语发动机性能指标压缩比压缩比 压缩比是指气缸总容积

26、与燃烧室容积的比值，它表示活塞从下止点移到上止点时气缸内气体被压缩的程度。压缩比是衡量汽车发动机性能指标的一个重要参数。 一般地说，发动机的压缩比愈大；在压缩行程结束时混合气的压力和温度就愈高，燃烧速度也愈快，因而发动机的功率愈大，经济性愈好。但压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现爆燃、表面点火等不正常燃烧现象，又反过来影响发动机的性能。此外，发动机压缩比的提高还受到排气污染法规的限制。 排量排量 气缸工作容积是指活塞从上止点到下止点所扫过的气体容积，又称为单缸排量，它取决于缸径和活塞行程。发动机排量是各缸工作容积的总和，一般用毫升(CC)来表示。发动机排量是最重要的结构参数之

27、一，它比缸径和缸数更能代表发动机的大小，发动机的许多指标都同排量密切相关。 功率功率 功率是指物体在单位时间内所做的功。在一定的转速范围内，汽车发动机的功率与发动机转速成非线性正比关系，转速越快功率越大，反之越小，它反映了汽车在一定时间内的作功能力。以同类型汽车做比较，功率越大转速越高，汽车的最高速度也越高。 发动机的输出功率同转速关系很大。随着转速的增加，发动机的功率也相应提高，但是到了一定的转速以后，功率反而呈下降趋势。一般在说明发动机最高输出功率的同时标出每分钟转速(r/min)，如100PS5000rmin，即在每分钟5000转时最高输出功率为100马力(73.5kW)。 常用最大功率来描述汽车的动力性能。最大功率一般用马力(PS)或千瓦(kW)来表示，1马力等于0.735千瓦。 扭矩扭矩 扭矩是使物体发生转动的力。发动机的扭矩就是指发动机从曲轴端输出的力矩。在功率固定的条件下它与发动机转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越大，它反映了汽车在一定范围内的负载能力。在某些场合能真正反映出汽车的“本色”，