单元1 发动机的基本知识

1、汽车发动机构造与维修汽车发动机构造与维修单元单元1 发动机的基本知识发动机的基本知识1.1 概述概述1.2 往复活塞式发动机的工作原理往复活塞式发动机的工作原理1.3 发动机的总体构造发动机的总体构造1.4 发动机的主要性能指标发动机的主要性能指标知识目标：1.了解发动机的定义和类型；2.掌握往复活塞式发动机的工作原理、主要性能指标。能力目标：1.掌握车用发动机的总体构造；2.掌握发动机的型号编制规则。建议学时：10学时1.1 概述概述 1.1.1 发动机的定义发动机的定义1.1.2 发动机的类型发动机的类型1.1.3 往复活塞式发动机的基本结构往复活塞式发动机的基本结构1.1.1 发动机的定

2、义发动机的定义l汽车的汽车的动力源动力源是发动机，发动机是将某一种是发动机，发动机是将某一种形式的能量转化为机械能的机器。形式的能量转化为机械能的机器。l将燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的装置将燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的装置称为热力发动机（简称热机）。称为热力发动机（简称热机）。汽车发动机位置及外形汽车发动机位置及外形 汽车发动机是汽车的动力源泉，为整个汽车提供动力。 发动机通常安装在车头箱中。发动机发动机现代汽车的现代汽车的5种布置形式种布置形式a)FRa)FR式式 b)FFb)FF式式 c)RRc)RR式式 d)MRd)MR式式 e)AWDe)AWD式式前置发动机发动机位前发动机

3、位前轮轴之前轮轴之前简化了车子简化了车子变速器与驱变速器与驱动桥的结构动桥的结构中置发动机中置发动机，即发动机位于车辆的前后轴之中置发动机，即发动机位于车辆的前后轴之间，一般驾驶舱位于发动机之前或之后间，一般驾驶舱位于发动机之前或之后 后置发动机最纯正的后置发动机就是将发动最纯正的后置发动机就是将发动机布置在后轴之后机布置在后轴之后横置发动机1)传动效率较高传动效率较高2)宽敞的驾乘空宽敞的驾乘空间间 纵置发动机1)降低了能量的降低了能量的损失损失 2)车身前后重量车身前后重量更加平均更加平均 3)导致驾乘空间导致驾乘空间有所损失有所损失 反置发动机提高效率提高效率有效降低油耗有效降低油耗 发

4、动机的组成发动机的组成 发动机一般由如下2大机构和5大系统组成：曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系、润滑系、冷却系、点火系（汽油机）和起动系。 右图所示为桑塔纳3000型四缸四冲程汽油机的立体结构图。桑塔纳3000发动机纵剖面曲柄连杆机构曲柄连杆机构曲曲轴轴活活塞塞连连杆杆飞飞轮轮 该机构由汽缸体与曲轴箱组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成。它的作用是将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动，从而对外输出动力。配气机构配气机构 配气机构主要由气门组和气门传动组两部分组成。它的主要作用是使可燃混合气及时充入汽缸，并及时从汽缸内排出废气。气门组

5、气门组气门传动组气门传动组气门气门气门弹气门弹簧簧正时齿形正时齿形带带凸轮轴凸轮轴活塞活塞曲轴曲轴燃油供给系燃油供给系 该系统由汽油箱、电动燃油泵、燃油滤清器、喷油器、空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器（图中未画出)，以及一系列传感器等组成，它的作用是把汽油和空气混合成合适的可燃混合气供入汽缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。点火系点火系 该系统由供给低压电流的蓄电池、发电机（图中未画出)、发动机控制单元（ECU）、带点火控制器的点火线圈、高压线及火花塞等组成，它的作用是保证按规定时刻及时点燃汽缸中被压缩的可燃混和气。冷却系冷却系 该系统主要由水泵、散热器、风扇、分水管、汽缸体放水

6、阀以及水套（图中未画出)等组成，它的功用是把受热机件的热量散发到大气中去，以保证发动机正常工作。润滑系润滑系 润滑系由机油泵、集滤器、限压阀、润滑油道、机油滤清器等组成。它的功用是将润滑油供给到做相对运动的零件表面，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分的冷却摩擦零件，清洗零件表面。起动系起动系 该系统由起动机及其附属装置等组成，它的功用是使静止的发动机起动，并转入自行运转。 往复活塞式发动机的基本结构往复活塞式发动机的基本结构1.1.2 发动机的类型发动机的类型一、按照点火方式分类一、按照点火方式分类二、按照工作循环分类二、按照工作循环分类三、按照热力循环分类三、按照热力循环分类四

7、、按照凸轮轴的位置及凸轮轴数分类四、按照凸轮轴的位置及凸轮轴数分类五、按照使用燃料分类五、按照使用燃料分类六、按照汽缸的数目及排列分类六、按照汽缸的数目及排列分类七、按照冷却方式分类七、按照冷却方式分类一、按照点火方式分类一、按照点火方式分类（1）火花点火发动机）火花点火发动机（2）压缩点火发动机）压缩点火发动机火花点火对应于汽油发动机的一种点火方式，汽油的对应于汽油发动机的一种点火方式，汽油的自燃温度（自燃温度（480左右）要大于柴油发动机，左右）要大于柴油发动机，而且黏度小容易蒸发，所以可以在气缸外而且黏度小容易蒸发，所以可以在气缸外部与空气形成均匀的混合气，或者用喷射部与空气形成均匀的混

8、合气，或者用喷射系统直接将汽油喷入气缸，然后在压缩行系统直接将汽油喷入气缸，然后在压缩行程快结束时通过火花塞跳火将混合气点燃，程快结束时通过火花塞跳火将混合气点燃，故称这种点火方式为火花点火故称这种点火方式为火花点火 压燃点火对应于柴油发动机的一种点火方式，柴油发对应于柴油发动机的一种点火方式，柴油发动机以柴油作为燃料，与汽油相比，柴油动机以柴油作为燃料，与汽油相比，柴油的自燃温度低（的自燃温度低（220左右）、黏度大且不左右）、黏度大且不易蒸发。而且柴油发动机本身没有火花塞，易蒸发。而且柴油发动机本身没有火花塞，其压缩比也要大于汽油发动机，因此柴油其压缩比也要大于汽油发动机，因此柴油发动机依

9、靠压缩行程将混合气压缩到燃点，发动机依靠压缩行程将混合气压缩到燃点，使其自动着火，故称这种点火方式为压燃使其自动着火，故称这种点火方式为压燃点火点火 二、按照工作循环分类二、按照工作循环分类l按照工作循环分为四冲程发动机和二冲程发动机。按照工作循环分为四冲程发动机和二冲程发动机。（1）发动机的循环）发动机的循环（2）行程定义）行程定义（3）四行程循环）四行程循环（4）二行程循环）二行程循环循环循环 发动机的循环发动机的循环:发动机在任何时间内发动机在任何时间内,要产生动力要产生动力,必须经过一定的工作程序必须经过一定的工作程序,且此程序须连续不断、且此程序须连续不断、周而复始，称为循环。周而复

10、始，称为循环。三、按照热力循环分类三、按照热力循环分类1.奥托循环奥托循环2.狄塞尔循环狄塞尔循环3.混合循环混合循环1.奥托循环奥托循环2.狄塞尔循环狄塞尔循环3.混合循环混合循环四、按照凸轮轴的位置及凸轮轴四、按照凸轮轴的位置及凸轮轴数分类数分类1.按照凸轮轴位置分类按照凸轮轴位置分类2.按照凸轮轴数分类按照凸轮轴数分类1.按照凸轮轴位置分类按照凸轮轴位置分类l凸轮轴装在汽缸体内凸轮轴装在汽缸体内(Over Head Valve,OHV)l凸轮轴装在汽缸盖上凸轮轴装在汽缸盖上(Over Head Camshaft,OHC)l凸轮轴装在汽缸体内凸轮轴装在汽缸体内(OHV)l凸轮轴装在汽缸盖上

11、凸轮轴装在汽缸盖上(OHC)2.按照凸轮轴数分类按照凸轮轴数分类l单凸轮轴发动机单凸轮轴发动机(OHV和和SOHC)l双凸轮轴发动机双凸轮轴发动机(DOHC)l四凸轮轴发动四凸轮轴发动 双凸轮轴发动机双凸轮轴发动机(一一) 双凸轮轴发动机双凸轮轴发动机(二二) 四凸轮轴发动机四凸轮轴发动机五、按照使用燃料分类五、按照使用燃料分类1.汽油发动机汽油发动机2.柴油发动机柴油发动机3.液化石油气发动机液化石油气发动机4.双燃料发动机双燃料发动机1.汽油发动机汽油发动机l化油器式发动机化油器式发动机l进气歧管喷油式发动机进气歧管喷油式发动机l汽缸内直接喷油式汽缸内直接喷油式 化油器式发动机燃料供给系统

12、化油器式发动机燃料供给系统 进气歧管喷油式发动机进气歧管喷油式发动机 汽缸内直接喷油式发动机汽缸内直接喷油式发动机2.柴油发动机柴油发动机l直接喷射式直接喷射式l预燃室式预燃室式l涡流室式涡流室式l能量室式能量室式l直接喷射式直接喷射式l预燃室式预燃室式l涡流室式涡流室式l能量室式能量室式3.液化石油气发动机液化石油气发动机l液化石油气液化石油气(LiquefiedPetroleumGas,简称简称LPG)是是以三个或四个碳原子的烃类（如丙烷、丙烯、丁烷、以三个或四个碳原子的烃类（如丙烷、丙烯、丁烷、丁烯）为主的混合物，丁烯）为主的混合物， 常温常压下是无毒、无色、常温常压下是无毒、无色、无味

13、的气体，具有辛烷值高、抗爆性能好、热值高、无味的气体，具有辛烷值高、抗爆性能好、热值高、储运压力低等优点储运压力低等优点 l以液化石油气以液化石油气(LPG)为燃料的发动机，除氧化氮外，为燃料的发动机，除氧化氮外，其余污染气体排放量低，且其余污染气体排放量低，且CO2的排放量比汽油发的排放量比汽油发动机低，适合城区公共交通车辆采用。动机低，适合城区公共交通车辆采用。3.液化石油气发动机液化石油气发动机l可以延长汽车使用寿命可以延长汽车使用寿命l汽车的燃料经济性好汽车的燃料经济性好,可以提高发动机的热效率可以提高发动机的热效率 lLPG 比汽油、柴油的着火点高比汽油、柴油的着火点高200以上，不

14、易自以上，不易自燃，安全性能更加可靠燃，安全性能更加可靠 l低温启动性好低温启动性好,尤其适用于寒区尤其适用于寒区 l有效减少对大气的污染有效减少对大气的污染,有利于环境保护有利于环境保护 l缓解我国汽车燃料短缺的供需矛盾缓解我国汽车燃料短缺的供需矛盾 3.液化石油气发动机液化石油气发动机的发展的发展 l首先要解决车用燃气的方便供气问题首先要解决车用燃气的方便供气问题 l其次要降低汽车燃气的成本其次要降低汽车燃气的成本,增强燃气汽车使用的吸增强燃气汽车使用的吸引力引力 l最后最后,由于全国各地的气温、路况、液化石油气的质由于全国各地的气温、路况、液化石油气的质量以及车型、车况等条件均不同量以及

15、车型、车况等条件均不同,要根据本地燃气汽要根据本地燃气汽车使用的具体特点和要求车使用的具体特点和要求,选择和调整、改进好车用选择和调整、改进好车用器具器具 4.双燃料发动机双燃料发动机l一般具有两套燃料供应系统，一套供给一般具有两套燃料供应系统，一套供给天然气或液化石油气，另一套供给汽油天然气或液化石油气，另一套供给汽油或柴油。或柴油。六、按照汽缸的数目及排列分类六、按照汽缸的数目及排列分类1.按照汽缸的数目分类按照汽缸的数目分类2.按照汽缸的排列方式分类按照汽缸的排列方式分类1.按照汽缸的数目分类按照汽缸的数目分类l单汽缸发动机单汽缸发动机l多汽缸发动机多汽缸发动机2.按照汽缸的排列方式分类

16、按照汽缸的排列方式分类l直列式发动机直列式发动机lV形发动机形发动机l辐射式发动机辐射式发动机l对置式发动机对置式发动机l水平式发动机水平式发动机l直列式发动机直列式发动机常见的大致有常见的大致有L3、L4、L5、L6型四款型四款 lV形发动机形发动机lW形发动机形发动机l辐射式发动机辐射式发动机l对置式发动机对置式发动机l水平式发动机水平式发动机 四缸水平式发动机的结构四缸水平式发动机的结构l转子式发动机转子式发动机转子发动机又称为米转子发动机又称为米勒循环发动机，由勒循环发动机，由德国人菲加士德国人菲加士汪克汪克尔发明，之后这项尔发明，之后这项技术由马自达公司技术由马自达公司收购收购 七、

17、按照冷却方式分类七、按照冷却方式分类1.水冷式发动机水冷式发动机2.风冷式发动机风冷式发动机1.水冷式发动机水冷式发动机2.风冷式发动机风冷式发动机发动机的基本术语发动机的基本术语 1. 1.活塞行程与止点活塞行程与止点 活塞顶距离曲轴旋转中心最远的位置称为上止点，通常指活塞的最高位置；活塞顶距离曲轴旋转中心最近的位置称为下止点，通常指活塞的最低位置。上、下止点之间的距离称为活塞行程，用S表示。 四冲程发动机名词术语四冲程发动机名词术语上、下止点上、下止点 活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点

18、。在上、下止点处，活塞的运动速点。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。度为零。 活塞行程活塞行程 上、下止点间的距离上、下止点间的距离 S 称为活塞行程。曲轴的回转半称为活塞行程。曲轴的回转半径径 R 称为曲柄半径。显然，曲轴每回转一周，活塞称为曲柄半径。显然，曲轴每回转一周，活塞移动两个活塞行程。对于气缸中心线通过曲轴回转移动两个活塞行程。对于气缸中心线通过曲轴回转中心的内燃机，其中心的内燃机，其 S2R 发动机的基本术语发动机的基本术语 2. 2.汽缸容积汽缸容积（1）汽缸工作容积（ Vs ）:上、下止点间所包容的气缸工作容积（2）燃烧室容积（ Vc ）：活塞位于上止点时，活塞顶面以上气缸

19、盖底面以下所形成的空间成为燃烧室，其容积称为燃烧室容积。（3）汽缸总容积（ V a ）：气缸工作容积与燃烧室容积之和（4）发动机工作容积（ VL ）：所有气缸工作容积，也称为内燃机排量 SDVs62104csaVVV气缸工作容积气缸工作容积 上、下止点间所包容的气缸容积上、下止点间所包容的气缸容积称为气缸工作容积称为气缸工作容积 燃烧室容积燃烧室容积 活塞位于上止点时，活塞顶面以上气缸盖底活塞位于上止点时，活塞顶面以上气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室，其容积面以下所形成的空间称为燃烧室，其容积称为燃烧室容积，也叫压缩容积。称为燃烧室容积，也叫压缩容积。 气缸总容积气缸总容积 气缸工作容积与

20、燃烧室容积之和气缸工作容积与燃烧室容积之和为气缸总容积为气缸总容积 内燃机排量内燃机排量 内燃机所有气缸工作容积的总和称为内燃机排量。发动机的基本术语发动机的基本术语 3. 3.压缩比压缩比 汽缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用表示。 = 表示活塞从下止点移到上止点时，汽缸内气体被压缩的程度。现代汽车发动机压缩比，汽油机一般为69 （有的轿车可达911），柴油机一般为1622。气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比 e 。 压缩比的大小表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内的气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。 工况工况 内燃机在某一时刻的运行状况简内燃机在

21、某一时刻的运行状况简称工况，以该时刻内燃机输出称工况，以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为内燃机转速。曲轴转速即为内燃机转速。 1.1.3 往复活塞式发动机的基本结构往复活塞式发动机的基本结构 往复活塞式发动机往复活塞式发动机的基本结构的基本结构1.2 往复活塞式发动机的工作原理往复活塞式发动机的工作原理1.2.1 四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机工作原理1.2.2 四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理1.2.3 二冲程汽油机工作原理二冲程汽油机工作原理1.2.4 二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理1.2.1 四冲程汽油机工作原理四冲程汽

22、油机工作原理l活塞在汽缸中上下运动四个行程，四个行活塞在汽缸中上下运动四个行程，四个行程依照工作的先后次序，分别为进气程依照工作的先后次序，分别为进气压缩压缩做功做功排气四个行程。排气四个行程。（1）进气行程。（）进气行程。（2）压缩行程。）压缩行程。（3）做功行程。（）做功行程。（4）排气行程。）排气行程。 四冲程往复活塞式发动机工作原理示意图四冲程往复活塞式发动机工作原理示意图 进气门的早开晚关进气门的早开晚关进气门早开晚关的目的是使混合气进气门早开晚关的目的是使混合气充分地进入汽缸中。开得太晚或关充分地进入汽缸中。开得太晚或关得太早，发动机动力与容积效率均得太早，发动机动力与容积效率均会

23、降低；但开得太早或关得太晚则会降低；但开得太早或关得太晚则会降低发动机性能，且耗油率提高。会降低发动机性能，且耗油率提高。 排气门的早开晚关排气门的早开晚关排气门早开晚关的目的是为了减少气缸排气门早开晚关的目的是为了减少气缸内的残余废气量和排气过程消耗的功。内的残余废气量和排气过程消耗的功。排气门若太早关闭，则废气排不干净，排气门若太早关闭，则废气排不干净，发动机的容积效率降低，动力减小；发动机的容积效率降低，动力减小；但如太晚关闭，则新鲜混合气随废气但如太晚关闭，则新鲜混合气随废气排出，耗油率提高，并可能造成排气排出，耗油率提高，并可能造成排气管的放炮现象。管的放炮现象。1.2.2 四冲程柴

24、油机工作原理四冲程柴油机工作原理l四冲程柴油机（压燃式发动机）的每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个行程。但由于柴油机的燃料是柴油，其黏度比汽油大，而其自燃温度却较汽油低，故可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。 四冲程柴油发动机工作循环四冲程柴油发动机工作循环1.2.3 二冲程汽油机工作原理二冲程汽油机工作原理（1）二冲程循环发动机）二冲程循环发动机（2）没有独立的进气及排气行程）没有独立的进气及排气行程（3）润滑效果较差）润滑效果较差（4）二冲程汽油发动机的工作原理）二冲程汽油发动机的工作原理 二冲程汽油二冲程汽油发动机的工发动机的工作原理作原理1.2.4 二冲程柴油机工作原理

25、二冲程柴油机工作原理l二冲程柴油机的工作过程和二冲程汽油机的二冲程柴油机的工作过程和二冲程汽油机的工作过程相似，所不同的是，进入柴油机汽工作过程相似，所不同的是，进入柴油机汽缸的不是可燃混合气，而是纯空气。缸的不是可燃混合气，而是纯空气。 二冲程柴油发动机的工作循环二冲程柴油发动机的工作循环活塞活塞进气门进气门 排气门排气门温度温度进气行程进气行程压缩行程压缩行程作功行程作功行程排气行程排气行程汽油机与柴油机的比较汽油机与柴油机的比较l 燃料燃料l 混合气的形成混合气的形成l 点火方式点火方式l 转速转速l 经济性经济性l 维护维护l 体积大小体积大小1.3 发动机的总体构造发动机的总体构造1

26、.3.1 发动机的组成发动机的组成1.3.2 发动机型号编制规则发动机型号编制规则1.3.1 发动机的组成发动机的组成1.机体机体曲柄连杆机构曲柄连杆机构 2.配气机构配气机构3.供给系供给系 4.点火系点火系5.冷却系冷却系 6.润滑系润滑系7.起动系起动系发动机的总体构造发动机的总体构造l 机体组机体组l 曲柄连杆机构曲柄连杆机构l 配气机构配气机构l 进排气系统进排气系统l 燃油供给系统燃油供给系统l 点火系点火系l 润滑系润滑系l 冷却系冷却系l 起动系起动系l 增压系统增压系统机体组机体组l气缸盖气缸盖l气缸体气缸体l油底壳油底壳曲柄连杆机构曲柄连杆机构l活塞活塞l连杆连杆l带有飞轮

27、的曲轴等带有飞轮的曲轴等配气机构配气机构l进气门进气门l排气门排气门l摇臂摇臂l气门间隙调节器气门间隙调节器l凸轮轴凸轮轴l凸轮轴带轮凸轮轴带轮燃油供给系燃油供给系燃油供给系燃油供给系l 汽油箱汽油箱l 汽油泵汽油泵l 汽油滤清器汽油滤清器l 化油器化油器l 空气滤清器空气滤清器l 进气管进气管l 排气管排气管l 排气消声管等排气消声管等点火系点火系点火系点火系l蓄电池蓄电池l发电机发电机l分电器分电器l点火线圈点火线圈l火花塞等火花塞等冷却系冷却系冷却系冷却系l水泵水泵l散热器散热器l风扇风扇l分水管分水管l水套等水套等润滑系润滑系润滑系润滑系l机油泵机油泵l机油集滤器机油集滤器l限压阀限压

28、阀l油道油道l机油滤清器等机油滤清器等起动系起动系1.3.2 发动机型号编制规则发动机型号编制规则根据根据（GB 725-82）规定，分为以下四个部分：规定，分为以下四个部分：l首部首部l中部中部l后部后部l尾部尾部 内燃机型号编制规则内燃机型号编制规则1.4 发动机的主要性能指标发动机的主要性能指标1.4.1 动力性指标动力性指标1.4.2 经济性指标经济性指标1.4.1 动力性指标动力性指标1.有效转矩有效转矩2.有效功率有效功率1.有效转矩有效转矩l发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，以矩，以 Te 表示，单位为表示，单位为Nm。2.有效功率有

29、效功率l发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率。率。用用Pe表示，单位为表示，单位为kW。1.4.2 经济性指标经济性指标l发动机每发出发动机每发出1kW有效功率，在有效功率，在1h内所消内所消耗的燃油质量（以耗的燃油质量（以g为单位），称为燃油消为单位），称为燃油消耗率，用耗率，用 be表示。很明显，燃油消耗率越表示。很明显，燃油消耗率越低，经济性越好。低，经济性越好。汽油机与柴油机的异同汽油机与柴油机的异同共同点共同点:1)每个工作循环都包含进气、压缩、作功和每个工作循环都包含进气、压缩、作功和排气等四个活塞行程，每个行程各占排气等四个活塞行程，每个行程各占180度度曲轴转角，即曲轴