第三章汽车发动机

第三章汽车发动机第三章汽车发动机第三章汽车发动机§3.1概述

§3.2曲柄连杆机构

§3.3配气机构

§3.4燃料供给系

§3.5点火系

§3.6冷却系

§3.7润滑系

§3.8起动系一、车用发动机的分类1、按燃料分类2、按实现循环的行程数分类3、按冷却方式分类4、按点火方式分类5、按可燃混合气形成的方法分类6、按进气方式分类7、按气缸数目分类8、按气缸排列形式分类9、按气门数目分类§3.1概述1、按燃料分类柴油机汽油机天然气机§3.1概述双燃料天然气或液化石油气

汽油或柴油柴油机汽油机2、按实现循环的行程数分类四冲程发动机：活塞移动四个行程或曲轴转两圈气缸内完成一个工作循环

二冲程发动机：活塞移动两个行程或曲轴转一圈气缸内完成一个工作循环

§3.1概述

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。四冲程发动机二冲程发动机3、按冷却方式分类水冷式发动机：以水为冷却介质

风冷式发动机：以空气作为冷却介质。如摩托车§3.1概述水冷风冷4、按点火方式分类压燃式发动机：利用气缸内空气被压缩后产生 的高温，使燃油自燃。如柴油机。

点燃式发动机：利用火花塞发出的电火花强制 点燃燃料，使燃料强行着火燃烧。 如汽油机、煤气机。

§3.1概述5、按可燃混合气形成的方法分类外部形成混合气的内燃机：燃料和空气在外先混合然后进入气缸。如使用化油器的汽油机。内部形成混合气的内燃机：燃料在临近压缩终了时才喷入气缸，在气缸内与空气混合。如柴油机。§3.1概述6、按气缸数目分类多缸发动机：3、4、6、8、12缸单缸发动机

§3.1概述排量1升以下的发动机常用3缸(如夏利7100)，1—2.5升一般为4缸发动机，3升左右的发动机一般为6缸，4升左右为8缸，5.5升以上用12缸发动机。7、按气缸排列形式分类§3.1概述直列发动机-结构简单，空间利用率差，适用于少缸，如BMW的M3

；V型发动机-结构相对复杂，空间利用率好，适用于多缸，如奥迪A6、法拉利360、奔驰S600

；

V型发动机

对置式发动机

直列式发动机

水平对置发动机一般安装在整车的中心线上，活塞平均分布在曲轴两侧，发动机转速得到很大提升，油耗较低，适合运动型轿车或跑车。

8、按气门数目分类二气门发动机：国产发动机大多采用每缸2气门，即一个进气门，一个排气门；多气门发动机：国外轿车发动机普遍采用每缸4气门结构，即2个进气门，2个排气门，提高了进、排气的效率；国外有的公司开始采用每缸5气门结构，即3个进气门，2个排气门，主要作用是加大进气量，使燃烧更加彻底。

§3.1概述二、内燃机总体构造

两大机构：曲柄连杆机构配气机构五大系统：燃料供给系点火系冷却系润滑系起动系§3.1概述§3.2曲柄连杆机构

一、概述二、机体组三、活塞连杆组四、曲轴飞轮组一、概述1）功用：

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而对外输出动力。2）组成：（1）机体组

主要包括气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套、气缸垫等不动件。（2）活塞连杆组

主要包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等运动件。（3）曲轴飞轮组:

主要包括曲轴、飞轮等。§3.2曲柄连杆机构

多缸发动机的曲柄连杆机构演示

机体组曲轴飞轮组活塞连杆组二、机体组组成：曲轴箱气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳气缸体气缸盖罩§3.2曲柄连杆机构

§3.2曲柄连杆机构

1、气缸体:水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体——曲轴箱2、气缸盖、气缸垫和气缸盖罩功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。（1）气缸盖§3.2曲柄连杆机构

水套机油道气缸垫：功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。气缸盖气缸盖罩衬垫安装火花塞（2）气缸盖罩和气缸垫§3.2曲柄连杆机构

3、燃烧室名称特点示意图应用半球形结构紧凑、火焰行程段、燃烧速率高、热损失小、热效率高桑塔纳夏利富康楔形结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长切诺基盆形工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室捷达奥迪§3.2曲柄连杆机构

汽油机燃烧室形状§3.2曲柄连杆机构

4、油底壳1、概念：

贮存机油并封闭曲轴箱，又称为下曲轴箱。2、使用特点：油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损3、材料：

薄钢板冲压

§3.2曲柄连杆机构

气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖三、活塞连杆组组成：1、活塞1）功用

活塞顶与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室，承受气缸中气体压力并通过活塞销和连杆将压力传给曲轴。2）活塞结构顶部：构成燃烧室，承受气体压力。头部:安装活塞环，起导热、密封的作用，制作较厚。

裙部：为活塞在气缸内作往复运动导向，并承受侧压力活塞顶部结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。1、活塞汽油机多采用平顶、有些采用凹顶;柴油机多采用各种各样的凹坑活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。工作条件最恶劣，应离顶部远些。1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸；2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内；3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。作用：头部1、活塞活塞裙部位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，防止破坏油膜。裙部1、活塞2、活塞环

气环：密封、导热，兼起刮油和布油的辅助作用；

油环：刮油、布油，兼起密封作用。活塞环：是具有弹性的开口环，分为气环和油环。4、连杆2）组成：

连杆小头、杆身和大头1）作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。连杆组件分解图四、曲轴飞轮组一、曲轴飞轮组的组成起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮曲轴功用：将做功冲程把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出；在其他冲程，靠惯性经过连杆推动各缸活塞进行进气、压缩、排气，并驱动配气机构和其他附属装置。四、曲轴飞轮组曲轴飞轮曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。前端轴连杆轴颈曲轴轴颈后端轴平衡重曲拐曲柄1、曲轴四、曲轴飞轮组曲轴实物图四、曲轴飞轮组平衡块曲柄主轴颈2、曲拐的布置1）各缸的作功间隔要尽量均衡，以使发动机运转平稳。2）连续作功的两缸相隔尽量远些，最好是在发动机的前半部和后半部交替进行。比如：四缸机：1-3-4-2或1-2-4-3

六缸机：1-5-3-6-2-4；

3）V型发动机左右气缸尽量交替作功。4）曲拐布置尽可能对称、均匀以使发动机工作平衡性好。（1）一般规律四、曲轴飞轮组四缸四行程发动机的曲拐布置四、曲轴飞轮组六缸四行程发动机的曲拐布置四、曲轴飞轮组3、飞轮（一）功用：

将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀。四、曲轴飞轮组（二）构造飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯量。齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。四、曲轴飞轮组§3.3配气机构一、配气机构的功用按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。二、配气机构的组成

气门组、气门传动组三、配气机构的工作过程

气门的开启是通过气门传动组的作用完成的，而气门的关闭则是由气门弹簧来完成的。气门的启闭时刻和规律完全取决于凸轮的轮廓曲线。发动机曲轴带动§3.3配气机构四、配气机构的布置形式及驱动方式§3.3配气机构1、气门的布置形式目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。

压缩比受到限制，进排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘汰。

2、凸轮轴的布置形式凸轮轴下置凸轮轴中置凸轮轴上置§3.3配气机构3、凸轮轴的传动方式传动方式图示应用齿轮传动

凸轮轴下置、中置式配气机构链条传动

凸轮轴上置式配气机构齿形带传动

凸轮轴上置式配气机构§3.3配气机构4、气门数目及排列方式每缸四气门的布置§3.3配气机构实物图测量气门间隙拧松紧定螺母，调整调节螺钉气门间隙气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。气门杆凸轮轴气门间隙进气门0.25～0.30mm排气门0.30～0.35mm§3.3配气机构五、配气相位

§3.3配气机构1、理论上四冲程发动机进气门在活塞在上止点时开启，在活塞到下止点时关闭；排气门在活塞在下止点时开启，在活塞到上止点时关闭，进、排气时间各占180度曲轴转角。3、配气相位就是进、排气门的实际开闭时刻，通常用相对于活塞上下止点的曲轴转角来表示。

例如桑塔纳发动机最高功率时的转速5600转/分，每行程时间是60/（5600*2）=0.0054s；造成进气不足或排气不净。

现代发动机气门开启和关闭的时刻，并不是在活塞在上止点和下止点的时刻，而是分别提前和延迟一定的曲轴转角。10°~30°40°~80°40°~80°10°~30°§3.3配气机构上止点下止点进气门开排气门关排气门开进气门关§3.3配气机构气门重叠：当进气门早开和排气门迟关时，出现的进排气门同时开启的现象。气门重叠角：气门同时开启的角度（+）。六、配气机构的主要零件1、气门组

a）气门

b）气门座

c）气门导管

d）气门弹簧§3.3配气机构1)气门(1)进气门570K～670K，排气门1050K～1200K。(2)头部承受气体压力、气门弹簧力等，(3)冷却和润滑条件差，(4)被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。功用：燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。

工作条件：性能：强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨.头部杆部进气门：铬钢或铬镍钢；排气门：硅铬钢§3.3配气机构2、气门传动组§3.3配气机构组成：a）凸轮轴b）挺柱c）推杆d）摇臂功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙。

§3.4燃料供给系一、汽油机燃料供给系1、汽油机燃料供给系功用①将空气与汽油充分混合后，形成可燃混合气提供给发动机；②对可燃混合气的供给量及其浓度进行有效的控制，使发动机在各种工况下都能连续、稳定运转。

燃料供给方式化油器方式燃油喷射方式2、组成（1）燃料供给装置：汽油箱、汽油滤清器、汽油泵和油管（2）空气供给装置：空气滤清器（3）可燃混合气形成装置：化油器（4）进排气装置：进气管、排气管和消声器

§3.4燃料供给系3、供给路线图

§3.4燃料供给系油箱汽油滤清器汽油泵化油器(混合、配比)排气管排气消声器在气缸内燃绕空气滤清器4、汽油的使用性能指标⑴蒸发性：能被蒸发的性能。⑵热值：1kg燃料完全燃烧后所产生的热量。⑶抗爆性：在燃烧中，避免产生爆燃的能力。压缩比在7.0～8.0的发动机，选用90号、93号车用汽油；压缩比在8.0以上的发动机，选用95号、97号车用汽油。

汽油的抗爆性用辛烷值表示，辛烷值越高抗爆性越强。国产汽油的牌号，代表了辛烷值。如90号汽油表示辛烷值不低于90。

§3.4燃料供给系化油器系统的缺点1）化油器存在喉管，致使进气系统阻力加大，充量系数降低。2）化油器不能根据汽车各个运行工况对空气和燃油进行精确配比，即化油器不能精确地控制空燃比。3）排污严重。4）发动机各缸的可燃混合气量分配不均匀。

§3.4燃料供给系5、电子控制汽油喷射系统1）概述概念：汽油喷射是用喷油器将一定数量和压力的汽油直接喷射到进气歧管中，与进入的空气混合而形成可燃混合气。

优点：充气效率高，输出功率大，混合气分配均匀，根据工作状况的变化供给最佳成分的混合气，燃油消耗率和废气排放低。缺点：成本比较高，故障率虽低，一旦坏了就难以修复（电脑件只能整件更换）。

§3.4燃料供给系电控喷射工作演示根据空气流量和发动机转速信号，控制单元决定喷油量空气流量计汽油喷油器控制单元

§3.4燃料供给系2）基本的控制原理

a:采用空气流量传感器，以空气流量为控制的基础。

b:以空气流量与发动机转速作为控制基本喷油量的因素。

c:还接受节气门位置、冷却水温、空气温度等传感器检测到的表征发动机运行工况的信号作为喷油量的校正，使发动机运转稳定。d:由基本喷油量和校正喷油量，决定出最佳喷油量，从而获得最佳浓度的混和气，以求达到最佳的动力性、经济性和排放性。

§3.4燃料供给系§3.4燃料供给系缸内直喷系统

缸内直喷就是将燃油喷嘴安装于气缸内，直接将燃油喷入气缸内与进气混合。喷射压力也进一步提高，使燃油雾化更加细致，真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合，并且消除了缸外喷射的缺点。同时，喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制，以及活塞顶形状等特别的设计，使油气能够在整个气缸内充分、均匀的混合，从而使燃油充分燃烧，能量转化效率更高。二、柴油机供给系1、柴油机供给系的功用

柴油机供给系要完成柴油供给和空气供给以及可燃混合气的形成、燃烧和废气的排出任务。2、组成燃油供给装置：柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、喷油器等。空气供给装置：空气滤清器、进气管道。

混合气形成装置：燃烧室。

废气排出装置：排气管道、消音器。

§3.4燃料供给系燃油滤清器低压油管高压油管喷油泵喷油器回油管燃油箱输油泵油水分离器调速器限压阀喷油提前器3、柴油机燃料供给系示意图

§3.4燃料供给系4、柴油及其性能发火性——指柴油的自燃能力；1）使用性能指标2）牌号

根据凝点编定。如10号、0号、-10号、-20号等。10号柴油表示其凝点不高于10度,余类推。蒸发性——指柴油的汽化能力；粘度——决定柴油的流动性；粘度越小，流动性越好。凝点——指柴油冷却到开始失去流动性的温度。

§3.4燃料供给系6、喷油泵（1）功用：（2）分类：①柱塞式喷油泵②喷油泵-喷油器③转子分配式喷油泵（VE）

喷油泵即高压油泵，一般和调速器连成一体，其作用是对柴油加压，并按照柴油机的各种工况要求和气缸的工作顺序，定时、定量地将高压燃油送至喷油器。

§3.4燃料供给系柱塞偶件驱动机构出油阀偶件油量调节机构柱塞式喷油泵柱塞式喷油泵

柱塞式喷油泵分泵主要由柱塞和柱塞套组成的柱塞偶件、出油阀及出油阀座组成的出油阀偶件组成。

§3.4燃料供给系柱塞偶件驱动机构出油阀偶件油量调节机构进油孔7、喷油器（1）功用：根据柴油机混合气形成的特点，将燃油雾化并合理分布到燃烧室内，以便和空气混合形成可燃混合气。

§3.4燃料供给系（2）型式：目前采用的喷油器都是闭式喷油器，有孔式和轴针式两种。孔式

喷油器结构回油管进油管接头调压螺钉调压弹簧锁紧螺帽喷油器体缝隙滤芯油道顶杆针阀针阀体螺套精密偶件

承压锥面密封锥面

§3.4燃料供给系8、输油泵

（1）作用：

保证低压油路中柴油的正常流动，克服柴油滤清器和管路中的阻力，并以一定的压力向喷油泵输送足够量的柴油。

输油量约为柴油机全负荷最大耗油量的3～4倍。

（2）结构型式：

活塞式、转子式、滑片式、齿轮式等

§3.4燃料供给系9、调速器（1）功用：

调速器是根据发动机负荷变化而自动调节供油量，从而保证发动机的转速稳定在很小的范围内变化。

§3.4燃料供给系10、燃烧室分类：

直喷式燃烧室

ω型

球型涡流室燃烧室预燃式燃烧室非直喷式燃烧室{{副燃烧室主燃烧室

§3.4燃料供给系§3.5点火系一、点火系的组成和功用1.电源；2.点火开关；

3.点火线圈；断电器4.分电器;②配电器③电容器④点火提前调节装置5.火花塞。组成：功用：1）将汽车电源供给的低压电（12V）转变为高压电(10000V)

2）并按发动机的作功顺序和点火时间要求，配送至各缸的火花塞，在其间隙处产生火花，点燃可燃混合气。§3.5点火系二、点火系的分类1）传统点火系（机械式点火系）化油器式发动机多采用。具有结构简单、制造容易、工作可靠、维修方便、成本低等优点。2）电子点火系（晶体管点火系）§3.5点火系

某些轿车和小型汽车采用。与传统点火系不同之处在分电器元件，以导磁转子代替凸轮、电磁传感器代替触电和电容器，加以电子控制的逻辑电路。§3.6冷却系一、冷却系的作用

强制地将零件所吸收的热量及时地散去，使发动机的温度保持在适当的范围内，保持一定的热状态，从而保证发动机的正常运转。二、冷却系的分类水冷式风冷式{水冷风冷水冷系与风冷系的优缺点及适用范围系统水冷系风冷系适用范围优缺点比较冷却强度大，易调节，便于冬季启动广泛用于汽车发动机冷却效果差，噪音大，功耗大仅用于小排量及军车发动机§3.6冷却系三、水冷系的组成§3.6冷却系水冷系由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节装置等组成。水冷系的主要部件（1）散热器散热器又称为水箱，由上水室、散热器芯和下水室等组成。安装在发动机前的车架横梁上。其作用是将冷却水在水套中所吸收的热量散发至外界大气，使水温下降。上水箱散热器盖下水箱散热器芯出水管口进水管安装处§3.6冷却系（2）水泵

水泵的作用

对冷却水加压，使之在冷却系中循环流动。

汽车上广泛使用离心式水泵。它具有结构紧凑、泵水量大及因故障而停止工作时，不妨碍水在冷却系内部自然循环等优点。§3.6冷却系（3）风扇

功用：风扇通常安排在散热器后面并与水泵同轴。用来提高流经散热器的空气流速和风量，增强散热器的散热能力，同时对发动机其他附件也有一定的冷却作用。

特点：车用发动机的风扇轴流式和离心式。轴流式风扇所产生的风，其流向与风扇轴平行；离心式风扇所产生的风，其流向为径向。轴流式风扇效率高，风量大，结构简单，布置方便。因而在车用发动机上得到了广泛的应用。§3.6冷却系

（4）节温器

功用：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，从而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，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皱纹筒式两种，目前多数发动机采用蜡式节温器。推杆弹簧主阀门石蜡胶管外壳§3.6冷却系

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带走摩擦产生的热量，起到冷却作用。

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。

液压作用：润滑油可用作液压油，起液压作用，如液压挺柱。

减震缓冲作用：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。

一、润滑系功用§3.7润滑系二、润滑系的组成

润滑系一般由油底壳，机油泵，限压阀及旁通阀，机油滤清器，机油散热器，传感器和机油压力表、温度表等组成。§3.7润滑系三、润滑方式润滑方式特点适用范围压力润滑机油泵强制输送机油参与润滑。润滑方式可靠，但结构复杂。适用于工作负荷大、运动速度高的零件。飞溅润滑利用运动零件激溅起来的油滴或油雾参与润滑。不需专门的润滑设备，润滑强度受转速限制。适用于负荷较小、运动速度较低、表面暴露在外的零件。润滑脂润滑按规定时间加注一定标号的润滑脂进行润滑。适用于一些不太重要、分散的部位。§3.7润滑系四、润滑系主要部件

润滑系的主要部件有机油泵、机油滤清器，各种阀，机油散热器以及检视设备。

1、机油泵功用：提高机油压力，保证机油在润滑系统内不断循环，目前发动机润滑系中广泛采用的是外啮合齿轮式机油泵和内啮合转子式机油泵两种。

§3.7润滑系齿轮机油泵转子式机油泵（1）齿轮式机油泵

齿轮式机油泵由主动轴、主动齿轮、从动轴、从动齿轮、壳体等组成，两个齿数相同的齿轮相互啮合，装在壳体内，齿轮与壳体的径向和端面间隙很小。主动轴与主动齿轮键连接，从动齿轮空套在从动轴上。§3.7润滑系

工作时，主动齿轮带动从动齿轮反向旋转。两齿轮旋转时，充满在齿轮齿槽间的机油沿油泵壳壁由进油腔带到出油腔，在进油腔一侧由于齿轮脱开啮合以及机油被不断带出而产生真空，使油底壳内的机油在大气压力作用下经集滤器进入进油腔，而在出油腔一侧由于齿轮进入啮合和机油被不断带入而产生挤压作用，机油以一定压力被泵出。进油口出油口泵油原理§3.7润滑系（2）转子式机油泵

转子式机油泵由壳体、内转子、外转子和泵盖等组成。内转子用键或销子固定在转子轴上，由曲轴齿轮直接或间接驱动，内转子和外转子中心的偏心距为e，内转子带动外转子一起沿同一方向转动。内转子有4个凸齿，外转子有5个凹齿，这样内、外转子同向不同步的旋转。§3.7润滑系发动机工作时漏到曲轴箱内的汽油，一部分泄漏到曲轴箱内的汽油蒸汽凝结后，将使润滑油粘度变小；废气的高温和酸性物质及水蒸汽将侵蚀零件，使润滑油性能变坏。由于混合气和废气进入曲轴箱，使曲轴箱内的压力增大，温度升高，易使机油从油封、衬