发动机构造与工作原理上

1、第三节 汽车的基本构造1汽车概论汽车概论2发动机发动机汽车底盘汽车底盘汽车车身汽车车身汽车电器及电子表设备汽车电器及电子表设备其中发动机是汽车的动力装置，它提供汽车的动力，其中发动机是汽车的动力装置，它提供汽车的动力，该动力通过底盘的传动系驱动汽车行驶。该动力通过底盘的传动系驱动汽车行驶。3发动机发动机汽车底盘汽车底盘汽车车身汽车车身汽车电器及电子设备汽车电器及电子设备用于安置驾驶员、乘客或货物。用于安置驾驶员、乘客或货物。4在内燃中，每一次将在内燃中，每一次将热能转化为机械能都必须热能转化为机械能都必须经过：进气、压缩、燃烧经过：进气、压缩、燃烧膨胀和排气这一系列连续膨胀和排气这一系列连续过

2、程。过程。5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，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，在进气行程被吸入气缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高在进气行程被吸入气缸，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，推动活塞作往复直线运动，通过温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机四冲程汽油机在进气行程、压缩在进气行程、压缩行程、做功行程和行程、做功行程和排气行程内完成一排气行程内完成一个工作循环。个工作循环。 a) a)进气行程；进气行程；b)b)压缩行程

3、；压缩行程；c) c) 做功行程；做功行程；d)d)排气行程排气行程 四冲程柴油机和汽油机一样四冲程柴油机和汽油机一样，每个工作循环也是由进气行程、，每个工作循环也是由进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程组成；只是柴油机采用压缩终点压缩行程、做功行程和排气行程组成；只是柴油机采用压缩终点自燃着火，其工作过程及系统结构与汽油机有所不同自燃着火，其工作过程及系统结构与汽油机有所不同 。 67四冲程是由四冲程是由进进气冲程气冲程、压缩冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲种做功冲程和排气冲种组成。组成。进气冲程进气冲程进气门开，排气门关。活塞由上止点向下止点行进气门开，排气门关。活塞由上止点向下止点行进

4、，吸入混合气。进，吸入混合气。8四冲程是由四冲程是由进进气冲程气冲程、压缩冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲种做功冲程和排气冲种组成。组成。压缩冲气压缩冲气进气门关，排气门关。活塞由下止点向上止点行进气门关，排气门关。活塞由下止点向上止点行进，压缩混合气；进，压缩混合气；9四冲程是由四冲程是由进进气冲程气冲程、压缩冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲种做功冲程和排气冲种组成。组成。做功冲程做功冲程接近压缩行程上止点时，火花塞产生火花，点燃接近压缩行程上止点时，火花塞产生火花，点燃混合气，气体膨胀产生的巨大的推力将活塞由上止点往下推，产混合气，气体膨胀产生的巨大的推力将活塞由上止点往下推，产生膨胀做功

5、过程。生膨胀做功过程。10四冲程是由四冲程是由进进气冲程气冲程、压缩冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲种做功冲程和排气冲种组成。组成。排气冲程排气冲程在接近下止点处，排气门打开，活塞上行排出废在接近下止点处，排气门打开，活塞上行排出废气。气。11汽油机一般有两个机构汽油机一般有两个机构和五系统组成：和五系统组成：曲柄连杆机构曲柄连杆机构配气机构配气机构燃料供给系燃料供给系点火系点火系冷却系冷却系润滑系润滑系起动系起动系121.机体组机体组 2. 曲柄连杆机构曲柄连杆机构3配气机构配气机构 4.燃料供给系统燃料供给系统5.点火系统点火系统 6.冷却系统冷却系统7.润滑系统润滑系统8.起动系统起动系

6、统 13发动机发动机的机体是由的机体是由气缸盖、气气缸盖、气缸体和油底缸体和油底壳构成。壳构成。14气缸盖：气缸盖：1. 布置有副燃烧室及火花塞布置有副燃烧室及火花塞2. 布置进排气道及气门座、气门布置进排气道及气门座、气门导杆等，摇臂机构和摇臂室罩导杆等，摇臂机构和摇臂室罩3. 冷却水套冷却水套4. 凸轮轴凸轮轴15半球型燃烧室半球型燃烧室 结构紧凑结构紧凑.火花布置在燃烧室的中央火花布置在燃烧室的中央,火焰行程短火焰行程短,燃烧速度高，热燃烧速度高，热量损失小，热效率高。允气效率高，配气较复杂，有利于排气净化。桑塔纳、夏利、量损失小，热效率高。允气效率高，配气较复杂，有利于排气净化。桑塔纳

7、、夏利、富康等轿车上均采用这种燃烧室。富康等轿车上均采用这种燃烧室。楔型楔型 燃烧室燃烧室外外 结构简单、紧凑，散热面积小，结构简单、紧凑，散热面积小，能保证混合气在压缩行程形成良好的涡运动，有利于提高混合气的混合质量。进气能保证混合气在压缩行程形成良好的涡运动，有利于提高混合气的混合质量。进气阻力小，提高了充气效率。火花塞置于楔型燃烧室高处，故火焰传播距离较长，红阻力小，提高了充气效率。火花塞置于楔型燃烧室高处，故火焰传播距离较长，红旗、切诺基汽车发动机采用这种燃烧室。旗、切诺基汽车发动机采用这种燃烧室。盆型燃烧室盆型燃烧室 工艺性好，制造成本低，但工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制

8、，进、排气效果比半球燃烧室差。捷达、奥迪轿车的发动机采因气门直径易受限制，进、排气效果比半球燃烧室差。捷达、奥迪轿车的发动机采用这种燃烧室。多气门篷型燃烧室用这种燃烧室。多气门篷型燃烧室 是多气门布置的典型的燃烧室，对于是多气门布置的典型的燃烧室，对于V型夹角型夹角布置的两气门也都采用篷型燃烧室。国产夏利、富康车采用该型燃烧室。布置的两气门也都采用篷型燃烧室。国产夏利、富康车采用该型燃烧室。16气缸体：气缸体：1. 安装活塞安装活塞 、曲轴、和其它零件、曲轴、和其它零件附件附件2. 内部铸有内部铸有冷却水套和润滑油道冷却水套和润滑油道3. 上部安装活塞的缸筒，常装缸上部安装活塞的缸筒，常装缸套

9、套17对通常的水冷发动机来说，对通常的水冷发动机来说，上曲轴箱与机体合在一起上曲轴箱与机体合在一起，下曲下曲轴箱就是油底壳轴箱就是油底壳。油底壳是用来。油底壳是用来储存润滑油。储存润滑油。18曲柄连杆机构是发动机曲柄连杆机构是发动机的基本工作机构。由活塞、的基本工作机构。由活塞、连杆、曲轴、飞轮等运动部连杆、曲轴、飞轮等运动部件组成。件组成。191. 曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运

10、动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。2.工作条件工作条件发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度

11、又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。腐蚀作用。3.组成组成曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮。轴飞轮。20曲柄连杆机构是发曲柄连杆机构是发动机的基本工作机构。动机的基本

12、工作机构。由活塞、连杆、曲轴、由活塞、连杆、曲轴、飞轮等运动部件组成。飞轮等运动部件组成。活塞的往复运动就活塞的往复运动就是经过连杆和曲轴是经过连杆和曲轴变成变成曲轴的旋转运动。曲轴的旋转运动。为了使曲轴有一个为了使曲轴有一个比较平稳的输出，曲轴比较平稳的输出，曲轴的输出端装有一个的输出端装有一个较大较大惯量的飞轮。惯量的飞轮。21活塞顶部是燃烧室一部分活塞顶部是燃烧室一部分活塞头部装有活塞头部装有气环和油环气环和油环，它们分别防止燃气泄漏和机油它们分别防止燃气泄漏和机油上窜。上窜。活塞裙部起导向作用，并活塞裙部起导向作用，并开有一些开有一些隔热槽和膨胀槽隔热槽和膨胀槽。22、功用、功用配气机

13、构是进、排气管道的控制机构，它按照气缸的工作顺配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃序和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时另外，当进、排气门关闭时,保证气缸密封。进气充分、排气彻底，保证气缸密封。进气充分、排气彻底，四行程发动机都采用气门式配气机构。四行程发动机都采用气门式配气机构。、充气效率、充气效率 新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸愈多，则发动机可能发出新鲜空气或可燃混合气被吸入

14、气缸愈多，则发动机可能发出的功率愈大。新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充气效的功率愈大。新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充气效率表示。越高，表明进入气缸的新气越多，可燃混合气燃烧时可率表示。越高，表明进入气缸的新气越多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量也就越大能放出的热量也就越大,发动机的功率越大。发动机的功率越大。23(1)气门布置方式气门布置方式气门位于气缸盖上称为气门位于气缸盖上称为气门顶气门顶置式配气机构置式配气机构，气门，气门位于气缸体侧面称为位于气缸体侧面称为气门侧气门侧置式配气机构置式配气机构，因为它的进、因为它的进、排气门在气缸的一侧，压缩排气门在气缸的一侧，压缩比受

15、到限制，进排气门阻力比受到限制，进排气门阻力较大，发动机的动力性和高较大，发动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘汰。速性均较差，逐渐被淘汰。第三节第三节 汽车的基本构造汽车的基本构造24(2) 凸轮轴布置方式凸轮轴布置方式凸轮轴下置式，凸轮轴下置式，主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动另件较多，结构主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动另件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。较复杂，发动机高度也有所增加。 凸轮轴中置，凸轮轴中置，凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，这种结构称为凸轮轴中置配

16、气机构。凸轮轴上置这种结构称为凸轮轴中置配气机构。凸轮轴上置,凸轮轴布置在气缸盖上。凸轮轴布置在气缸盖上。凸轮轴上置有两种结构，凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高速发动机此结构适于高速发动机。另一种是凸轮轴直接驱动气另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特别适应于高速发动机特别适应于高速发动机。第三节第三节 汽车的基本构造汽车的基本构造25(3

17、) 凸轮轴传动方式凸轮轴传动方式凸轮轴下置，中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动凸轮轴下置，中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动，一般从曲，一般从曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮。轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。 链条与链轮的传动适用于凸轮轴上置的配气机构，链条与链轮的传动适用于凸轮轴上置的配气机构，但其工作可靠性和耐但其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动。近年来高速汽车发动机上广泛采用齿形皮带来代替传动久性不如齿轮传动。近年来高速汽车

18、发动机上广泛采用齿形皮带来代替传动链，齿形带传动，噪声小、工作可靠、成本低。链，齿形带传动，噪声小、工作可靠、成本低。26（4）气门数目及气道布置）气门数目及气道布置（图（图3-5）一般发动机都采用每缸两个气门，一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为即一个进气门和一个排气门的结构。为了改善换气，在可能的条件下，应尽量了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。加大气门的直径，特别是进气门的直径。但是由于燃烧室尺寸的限制，气门直径但是由于燃烧室尺寸的限制，气门直径最大一般不能超过气缸直径的一半。最大一般不能超过气缸直径的一半。当气缸直径较大，活

19、塞平均速度较高时，当气缸直径较大，活塞平均速度较高时，每缸一进一排的气门结构就不能保证良每缸一进一排的气门结构就不能保证良好的换气质量。好的换气质量。因此，在很多新型汽车因此，在很多新型汽车发动机上多采用每缸四个气门结构。即发动机上多采用每缸四个气门结构。即两个进气门和两个排气门。两个进气门和两个排气门。27、配气机构的组成、配气机构的组成包括气门组和气门传动组包括气门组和气门传动组28配气机构由气门组和气门配气机构由气门组和气门传动组组成。传动组组成。气门组由气门、气门弹簧、气门组由气门、气门弹簧、气门弹簧座、锁片等组成。气门弹簧座、锁片等组成。气门传动组由凸轮轴、挺气门传动组由凸轮轴、挺杆

20、、推杆、摇臂等组成。杆、推杆、摇臂等组成。2930凸轮轴的作用凸轮轴的作用是控制进、排是控制进、排气门的开闭时气门的开闭时间（间（配气定配气定时），时），其布置其布置由发动机点火由发动机点火顺序、和各缸顺序、和各缸的配气定时所的配气定时所定。定。31凸轮轴由凸凸轮轴由凸轮（轮（1）、轴颈）、轴颈（2）、驱动汽）、驱动汽油泵的偏心轴油泵的偏心轴（3）、驱动分）、驱动分电器的螺旋齿轮电器的螺旋齿轮（4）等组成。）等组成。32（1）定义：）定义：配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示时刻和开启延续时间，通常用环形图表示

21、-配气相位图。配气相位图。 （2）理论上的配气相位分析）理论上的配气相位分析 理论上讲进、压、功、排各占理论上讲进、压、功、排各占180，也就是说进、排气门都，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180。但实际表明，。但实际表明，简单配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、简单配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求。排气门的要求。 33原因：原因： 气门的开、闭有个过程气门的开、闭有个过程 开启开启 总是总是 由小由小大大 ,关闭关闭 总是总是 由大由大小小 气体惯性的影响气体惯性的影响

22、随着活塞的运动，同样造成进气不足、排气不净随着活塞的运动，同样造成进气不足、排气不净 发动机速度的要求发动机速度的要求 实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短。实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短。当转速当转速为为5600转分时，一个行程只有转分时，一个行程只有60/（56002）=0.0054s，就是转，就是转速为速为1500r/min，一个行程也只有，一个行程也只有0.02s，这样短的进气或排气过程，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。使发动机进气不足，排气不净。 可见，理论上的配气相位不能满足发动机进饱排净的要求，那可见，理论上的配气相位不能满足发动机进

23、饱排净的要求，那么，实际的配气相位又是怎样满足这个要求的呢？下面我们就进行么，实际的配气相位又是怎样满足这个要求的呢？下面我们就进行分析。分析。34进气配气相位为进气配气相位为180+进气提前角进气提前角+进气迟后角进气迟后角，排气配气相位为排气配气相位为180+排气提前角排气提前角+排气迟后角排气迟后角。 试验证明：试验证明：在进、排气门早开、晚关的过程中在进、排气门早开、晚关的过程中，进气门的晚关，进气门的晚关，对充气效率影响最大，其次是重叠角的大小。对充气效率影响最大，其次是重叠角的大小。由于进气门早开，由于进气门早开，排气门晚开，致使活塞排气门晚开，致使活塞上止点附近出现进、排上止点附

24、近出现进、排气门同时开启的现象，气门同时开启的现象，称为气门重叠，重叠期称为气门重叠，重叠期间的曲轴转角称为间的曲轴转角称为气门气门重叠角重叠角 + 。35进、排气门均提前开启，推迟关闭。进、排气门均提前开启，推迟关闭。进气门推迟关进气门推迟关，可利用进气惯性，提高可利用进气惯性，提高发动机的充气率。发动机的充气率。排气门提前开排气门提前开，可减小排气阻力，增加可减小排气阻力，增加发动机的净功。发动机的净功。36进、排气门均提前开启，推迟关闭。进、排气门均提前开启，推迟关闭。气门重叠角，气门重叠角，目的是造成扫气，有利于目的是造成扫气，有利于废气排得干净。废气排得干净。371. 重叠角的控制重

25、叠角的控制 在低速低负荷时，采用小的重叠角，使缸内残余在低速低负荷时，采用小的重叠角，使缸内残余废气减少，提高了怠速的稳定性；在高速高负荷时，采用大的重叠废气减少，提高了怠速的稳定性；在高速高负荷时，采用大的重叠角，利用进气惯性，角，利用进气惯性，可以多进气和多排气，增加动力性。可以多进气和多排气，增加动力性。2. 采用进气门的早开或晚关采用进气门的早开或晚关 以取消节气门或与节气门配合控制负以取消节气门或与节气门配合控制负荷，减少节流损失，改善部分负荷工况的经济性荷，减少节流损失，改善部分负荷工况的经济性3. 降低有害排放物降低有害排放物 在大负荷时，在大负荷时，通过重叠角的控制，实现机内通过重叠角的控制，实现机内EGR，使使NOx排放量降低；合理控制进气开启角和排气晚关角，排放量降低；合理控制进气开启角和排气晚关角，组织好气流，实现扫气，有利于新鲜空气和激冷层的气体混合，可组织好气流，实现扫气，有利于新鲜空气和激冷层的气体混合，可使使HC排放量下降。排放量下降。配气相位和气流通过能力配气相位和气流通过能力会影响到发动机的充气效率、残余会影响到发动机的充气效率、残余废气量各泵气损失。从而影响到发动机的各种性能废气量各泵气损失。从而影响到发动机的各种性能，是发动机