第2章 汽油发动机构造

第二章

汽油发动机总体结构2.2.发动机的分类1.按使用燃料分：汽油机、柴油机等。2.按工作循环分：四冲程发动机、二冲程发动机。3.按气门位置分：顶置气门式发动机、侧置气门式发动机。4.按气缸排列分：直列式发动机、V型发动机、对置式。5.按气缸数分：单缸发动机、多缸发动机。

直列式

V型

对置式

活塞置于气缸中，活塞可在气缸中作往复直线运动，活塞通过连杆和曲轴相连，曲轴可绕其轴线旋转。进气—压缩—燃烧—排气循环四冲程发动机

（1）上止点：活塞离曲轴回转中心最远处；（2）下止点：活塞离曲轴回转中心处；2.3发动机的总体结构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。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都须具备以下一些机构和系统。发动机由“两大机构五大系统”组成1.两大机构：曲柄连杆机构、配气机构。2.五大系统：冷却系、润滑系、燃料供给系、点火系、起动系

注意：由于柴油机是压燃的，不需要点火系。

注意：由于柴油机是压燃的，不需要点火系。

（一）曲柄连杆机构作用：将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力，是发动机实现能量转换的主要机构。曲柄连杆机构的主要组成件可分成三组：气缸体与曲轴箱组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。1．气缸体与曲轴箱组

主要包括气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套、气缸衬垫、油底壳等机件。

2．活塞连杆组

包括活塞、活塞环、活塞销和连杆等机件。3．曲轴飞轮组

主要包括曲轴、飞轮、扭转减振器等机件。（二）配气机构配气机构是控制内燃机进、排气过程的机构。作用：根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。对配气机构的主要要求为：定时准确；有足够大的气体流通面积，以保证气缸中废气排除干净，新鲜气体充满气缸：振动扣噪音小、工作可靠、使用寿命长、结构简单、维修方便。3.配气机构工作原理

当驱动机构带动凸轮轴旋转时，凸轮通过挺柱、推杆和绕摇臂轴摆动的摇臂使气门按相应于凸轮的运动规律运动，在一定时间，克服作用在气门上的弹簧的作用力打开气门，并在气门弹簧力的作用下关闭气门，达到气体更换的要求。（三）

五

大

系

统问题：发动机在工作中为什么要适度冷却？（为什么不能过热？）理由：（1）燃气在燃烧过程中，气缸内气体温度高达2000℃，发动机零部件与高温气体接触，将会造成气缸和进气管温度过高，使进入气缸的可燃混合气因受热而膨胀，充气量↓，使充气效率↓，发动机功率↓；（2）机油因温度过高，粘度↓，严重时，机油变质，影响润滑效果，机件磨损加剧；（3）各机件因高温而膨胀，破坏了正常的啮合间隙，产生卡死现象。因此发动机应及时冷却。

1.冷却系作用：使工作中的发动机得到适度的冷却，并保持发动机在最适宜的温度状态下工作。分类：风冷系：把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置水冷系：把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置。由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。适宜的工作温度：对于水冷发动机，要求气缸盖内冷却水温度在80°~90°之间。（1）水冷系的组成水冷却系是以水作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的热量散发到大气中去。目前汽车发动机上采用的水冷系大都是强制循环式水冷系，利用水泵强制水在冷却系中进行循环流动。组成：散热器水泵风扇冷却水套温度调节装置等。A.散热器作用：增大散热面积，加速水的冷却。冷却水经过散热器后，其温度可降低10～15℃，为了将散热器传出的热量尽快带走，在散热器后面装有风扇与散热器配合工作。结构:散热器又称为水箱，由上贮水室、散热器芯和下贮水室等组成。目前汽车发动机多采用闭式水冷系，这种冷却系的散热器盖具有自动阀门，发动机热态工作正常时，阀门关闭，将冷却系与大气隔开，防止水蒸汽逸出，使冷却系内的压力稍高于大气压力，从而可增高冷却水的沸点。在冷却水系内压力过高或过低时，自动阀门则开启以使冷却系与大气相通。目前闭式水冷系广泛采用具有空气-蒸汽阀的散热器盖。一般情况下，两阀借弹簧关闭。当散热器中压力升高到一定值（约为0.026～0.037Mpa）时，蒸汽阀开启；水温下降，当冷却系中产生的真空度达一定值（约为0.01时～0.02Mpa）时，空气阀开启。C.水泵功用：对冷却水加压，加速冷却水的循环流动，保证冷却可靠。车用发动机上多采用离心式水泵，离心式水泵具有结构简单、尺寸小、排水量大、维修方便等优点。D.冷却强度调节装置冷却强度调节装置是根据发动机不同工况和不同使用条件，改变冷却系的散热能力，即改变冷却强度，从而保证发动机经常在最有利的温度状态下工作。改变冷却强度通常有两种调节方式：改变通过散热器的空气流量；改变冷却液的循环流量和循环范围。a.改变通过散热器的空气流量通常利用百叶窗和各种自动风扇离合器来实现改变通过散热器的空气流量。百叶窗是调节空气流量并防止冬季冻坏水箱，多用人工调节，也有采用自动调节装置的。自动风扇离合器是根据发动机的温度自动控制风扇的转速，调节扇风量以达到改变通过散热器的空气流量，它不仅能减少发动机的功率损失，节省燃油，而且还能提高发动机的使用寿命，降低发动机的噪声。b.改变冷却液的循环流量和循环范围通常利用节温器来控制通过散热器冷却水的流量。节温器装在冷却水循环的通路中（一般装在气缸盖的出水口），根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线，以达到调节冷却系的冷却强度。节温器有蜡式和乙醚折叠筒式两种，目前多数发动机采用蜡式节温器。冷却系的大循环、小循环当发动机在正常热状态下工作时，即水温高于80℃，冷却水应全部流经散热器，形成大循环。此时节温器的主阀门完全开启，而侧阀门将旁通孔完全关闭；当冷却水温低于70℃时，膨胀筒内的蒸汽压力很小，使圆筒收缩到最小高度。主阀门压在阀座上，即主阀门关闭，同时侧阀门打开，此时切断了由发动机水套通向散热器的水路，水套内的水只能由旁通孔流出经旁通管进入水泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，只在水套与水泵之间进行小循环，从而防止发动机过冷，并使发动机迅速而均匀地热起来；当发动机的冷却水温在70～80℃范围内，主阀门和侧阀门处于半开闭状态，此时一部分水进行大循环，而另一部分水进行小循环。节温器是冷却系中用来调节冷却温度的重要机件，它的工作是否正常，对发动机工作温度影响很大，间接地影响了发动机的动力性能和耗油量，因此，节温器不可随便拆除。（2）水路散热器内的冷却水经水泵加压后通过分水管压送到气缸体水套和气缸盖水套内，冷却水在吸收了机体的大量热量后经气缸盖出水孔流回散热器。由于有风扇的强力抽吸，空气流由前向后高速通过散热器。因此，受热后的冷却水在流过散热器芯的过程中，热量不断地散发到大气中去，冷却后的水流到散热器的底部，又被水泵抽出，再次压送到发动机的水套中，如此不断循环，把热量不断地送到大气中去，使发动机不断地得到冷却。2.润滑系发动机工作时，各运动零件均以一定的力作用在另一个零件上，并且发生高速的相对运动，有了相对运动，零件表面必然要产生摩擦，加速磨损。因此，为了减轻磨损，减小摩擦阻力，延长使用寿命，发动机上都必须有润滑系。A.润滑系的作用发动机的润滑是由润滑系来实现的。润滑系的基本任务就是将润滑油不断地供给各零件的摩擦表面，减少零件的摩擦和磨损。润滑系虽然不参加发动机功能转换，却能保证发动机正常工作，使其具有较长的使用寿命。A.润滑系的作用润滑作用：润滑运动零件表面，减小摩擦阻力和磨损，减小发动机的功率消耗；清洗作用：机油在润滑系内不断循环，清洗摩擦表面，带走磨屑和其它异物；冷却作用：机油在润滑系内循环还可带走摩擦产生的热量，起冷却作用；密封作用：在运动零件之间形成油膜，提高它们的密封性，有利于防止漏气或漏油；防锈蚀作用：在零件表面形成油膜，对零件表面起保护作用，防止腐蚀生锈；此外，润滑油还可用作液压油，如液压挺柱，起液压作用；在运动零件表面形成油膜，吸收冲击并减小振动，起减震缓冲作用。B.润滑方式由于发动机各运动零件的工作条件不同，对润滑强度的要求也就不同，因而要相应地采取不同的润滑方式。压力润滑:利用机油泵，将具有一定压力的润滑油源源不断地送往摩擦表面。飞溅润滑:利用发动机工作时运动零件飞溅起来的油滴或油雾来润滑摩擦表面的润滑方式称为飞溅润滑。定期润滑:发动机辅助系统中有些零件则只需定期加注润滑脂（黄油）进行润滑，例如水泵及发电机轴承就是采用这种方式定期润滑。C.润滑系的组成组成：由机油泵、油道、油底壳、机油滤清器、机油散热器、各种阀、传感器和机油压力表、温度表等组成。储油粗滤：串联安装于机油泵出口与主油道间。细滤：与主油道并联，少量润滑油通过D.发动机的润滑部位发动机的润滑部位主要有曲柄连杆机构、配气机构以及正室齿轮室。发动机工作时，机油泵通过吸油盘从油底壳内吸入机油，并提高机油压力，通过机油滤清器滤清后，把干净的机油以一定的压力送到主油道，然后再通过各支油道送给各运动零件表面。3.燃料供给系（汽油机）按照燃料供给方式的不同分为化油器式和汽油直接喷射式。浮子室浮子针阀喷管简单化油器浮子室是用来贮存汽油的，油面由浮子及针阀来保持。当浮子室内的油面降低时，浮子下降打开针阀时汽油自进油管流人浮子室。随着流人浮子室的汽油增加，浮子向上浮起，到达预定油面后浮子将针阀顶起，关闭进油通道。同时为使浮子室内汽油能顺利从喷管中喷出，浮子室上部必须通大气。浮子室油面高度影响喷出油量的多少，因此，必须保持油面高度一定。发动机工作时,被吸入的空气流经喉管3时,由于气流通道截面减小,因此速度增大,并产生一定的真空度,而浮子室7与大气相通,在压差的作用下,浮子室中的汽油从主喷管口喷出,被高速流过的空气雾化并与空气混合,从而形成一定浓度的可燃混合气.

由于汽车行驶情况不断变化,要求发动机发出的功率也应相应变化。在汽车行驶过程中改变发动机功率是通过改变供入的可燃混合气的数量来实现的。供入的可燃混合气的数量由节气门2的开度来控制,节气门2又由驾驶室的油门踏板1控制。当油门踏板踩下时,节气门2开度增大,吸入的空气量增加,流过喉管3的气流速度随之增加,则由主喷管喷出的汽油量也增加,进入气缸的可燃混合气增多,发动机发出的功率增大;反之,发动机发出的功率减小。1-油门踏板；2-节气门；3-喉管；4-主喷管；5-燃油管；6-针阀；7-浮子室；8-浮子4.点火系

汽油机在压缩接近上止点时，可燃混合气是由火花塞点燃的，从而燃烧对外作功，为此，汽油机的燃烧室中都装有火花塞。火花塞有一个中心电极和一个侧电极，两电极之间是绝缘的。当在火花塞两电极间加上直流电压并且电压升高到一定值时，火花塞两电极之间的间隙就会被击穿而产生电火花，能够在火花塞两电极间产生电火花所需要的最低电压称为击穿电压；能够在火花塞两电极间产生电火花的全部设备称为发动机点火系统。1.作用：按规定时刻及时点燃气缸内的混合气。2.组成：由蓄电池、分电器、点火线圈、火花塞等组成。点火系按照组成和产生高压电方法不同分类分类与组成电源产生高压的方法蓄电池点火系统蓄电池或发电机点火线圈和断电器半导体点火系统蓄电池或发电机点火线圈和半导体元件磁电机点火系统磁电机5.起动系使发动机从静止状态过渡到工作状态的全过程，叫发动机的起动。完成起动所需要的装置叫起动系。5.起动系1.

作用：使静止的发动机起动。

2.组成：由起动机及附属装置组成。5.起动系起动条件：起动转矩、起动速度起动转矩：能够使曲轴旋转的最低转矩。须克服压缩阻力和内摩擦阻力矩。起动阻力矩与发动机压缩比、温度、机油粘度等有关。起动转速：能使发动机起动的曲轴最低转速。在0~20℃时，汽油机—30～40r/min，柴油机为150～300r/min。

5.起动系起动方式：人力起动:起动最为简单，只须将起动手摇柄端头的横销嵌入发动机曲轴前端的起动爪内，以人力转动曲轴；电动机起动：电动机起动是用电动机作为机械动力，当将电动机轴上的齿轮与发动机飞轮周缘的齿圈啮合时，动力就传到飞轮和曲轴，使之旋转。电动机本身又