汽车发动机构造-0、1章(2015版24学时)课件

汽车发动机构造

主讲：王永忠一、目的和要求

1、掌握车用发动机的基本工作原理与构造。

2、系统地熟悉发动机主要零部件的典型结构、功用和工作过程

3、掌握国内外汽车发动机的一些新技术、新结构

4、具有初步拆装、调整、故障判断、维护使用等方面的技能

5、为后继专业课程和在今后的工作中从事汽车发动机设计、研究、生产、修理打下基础。

二、学习内容主要对国产汽车常用发动机的工作原理、组成结构、工作条件、维修方法、调整原理及方法进行学习。另外对国外一些汽车发动机作一些简要介绍。三、学习方法

多听多看，将书本上的理论知识与实物结合起来学习。四、参考书及参考资料

《汽车构造》（上）臧杰阎岩主编机械工业出版社（教材）

《汽车构造》（上）陈家瑞主编人民交通出版社

《汽车发动机构造与维修》张西振韩梅主编机械工业出版社

《国外内燃机》《内燃机》《小型内燃机》《内燃机工程》《汽车技术》《柴油机》《汽车杂志》等等4绪论

1课时第1章汽车发动机的工作原理及总体构造4课时

第2章机体组及曲柄连杆机构5课时

第3章配气机构3课时

第7章发动机润滑系统0.5课时

第8章发动机点火系统0.5课时

第5章柴油机燃油系统5课时

第4章汽油机燃油系统4课时

第6章发动机冷却系统0.5课时

第9章发动机起动系统0.5课时

绪论汽车的组成：汽车的定义：由自身动力装置驱动，具有4个及以上车轮的非轨道无架线车辆发动机底盘车身电气设备发动机是汽车的动力源，是汽车的心脏功用：输出动力发动机的定义：将某一种形式的能量转变为机械能的机器发动机的种类：热力发动机（热机）、电力发动机（电机）、风能发动机、太阳能发动机、生物发动机等外燃机：混合气在机器外部燃烧而产生热能，然后再转变成机械能。如蒸汽机、汽轮机、热气机（斯特林发动机）内燃机：混合气在机器内部燃烧而产生热能，然后再转变成机械能。如活塞式内燃机和燃气轮机热机包括：外燃机、内燃机热力发动机（热机）：将热能转换为机械能的机器除电动车外，目前的商用汽车发动机都是热机§1外燃机一、蒸汽机是一个能够将蒸汽中的热能转换为功的热机。泵、铁路机车和轮船曾使用蒸汽机驱动。蒸汽机在工业革命中起了基本的作用。今天人们还使用汽轮机来发电。§1外燃机世界上第一台蒸汽机是古希腊的亚历山大的希罗（HeroofAlexandria）于1世纪发明的汽转球，不过它只不过是一个玩具而已。约1679年法国物理学家丹尼斯·巴本制造了第一台蒸汽机的工作模型。约与此同时萨缪尔·莫兰也提出了蒸汽机的主意。1698年托马斯·塞维利、1712年托马斯·纽科门和1769年詹姆斯·瓦特制造了早期的工业蒸汽机，1807年罗伯特·富尔顿第一个成功地用蒸汽机来驱动轮船。现代蒸汽机的最大的优点是它几乎可以利用所有的燃料将热能转化为机械能。原子反应堆、太阳能聚热器等加热水，产生蒸汽推动蒸汽机。§1外燃机1769年瓦特蒸汽机1712年托马斯·纽科门蒸汽机

1769年，法国人尼古拉斯·古诺将一台简陋的蒸汽机装在一辆木制的三轮车上，发明了第一辆蒸汽汽车

§1外燃机二、涡轮蒸汽机（汽轮机）一种用高压蒸汽转动涡轮叶片，将蒸汽的热能转换为动能的机械。相较于原由詹姆斯·瓦特发明的单级往复式蒸汽机，涡轮蒸汽机大幅改善了热效率，更接近热力学中理想的可逆过程，并能提供更大的功率，至今它几乎完全取代了往复式蒸汽机。涡轮蒸汽机特别适用于火力发电和核能发电，世界上大约80%的电是利用涡轮蒸汽机所产生。§1外燃机三、斯特林发动机（热气机）一种闭循环活塞式热机,是在1816年由苏格兰的R.斯特林发明。闭循环的意思是工作燃气一直保存在气缸内,而开循环则如内燃机和一些蒸气机需要与大气交换气体。双活塞型斯特林引擎内活塞型斯特林引擎§2内燃机一、内燃机技术发展简史定义：内燃机是燃料在汽缸内燃烧，产生高温高压气体，推动活塞并输出动力的机械。内燃机一般以汽油、柴油或煤气等作为燃料。基本工作特征：内燃机是一种工质开环式循环并以间歇方式工作的发动机。应用：用广泛应于交通运输(陆上、内河、海上和航空)、农业机械、工程机械和发电时作为动力，是现代车用发动机的主要型式。内燃机构造是本课程的主要内容特点（相对于蒸汽机）1）有效热效率ηet较高(是当今热效率最高的热机)蒸汽机汽油机柴油机（增压后）ηet11～16％20～30％30～46％2）功率范围广，适应性好3）体积功率高，单位功率质量小4）使用操纵方便，启动快5）运行比较安全，不易引起爆炸事故6）对于燃料的要求较高，不能直接使用固体燃料7）排放、噪声引起的危害较大8）结构较复杂，零件的加工精度高§2内燃机1860年，法国工程师莱诺依尔制造出第一台以煤气为燃料的内燃机，但由于既笨重、效率又低，热效率低于5％，最大功率为4.5kW，1860—1865年共生产了约5000台，未能推广使用。§2内燃机1876年年德国工程师尼古拉斯·奥托，试制出第一台实用活塞式四冲程煤气内燃机，并成批投入生产。在以后的十几年中，奥托共制造和出售了5万台这种内燃机，总马力达20万以上。由于奥托内燃机是第一种实用化的内燃机，所以人们一般把奥托看作是内燃机的发明人。1884年，又推出了性能更好的立式风冷发动机（取名立钟）

1883年，德国人戈特利布·海因里希·戴姆勒和威廉·迈巴赫将奥托四行程发动机改进后，成功地制造出了第一台卧式汽油内燃机。戈特利布·海因里希·戴姆勒威廉·迈巴赫1885年戴姆勒将立钟发动机安装于木制双轮车上，并让儿子保罗驾驶；这辆取名“骑式双轮车”的双轮车获得德国专利，这是世界上第一辆摩托车。1886年戴姆勒把这种发动机安装在他为妻子43岁生日而购买的马车上，创造了第一辆戴姆勒汽车，并由迈巴赫成功地完成了试车。§2内燃机1893年，狄塞尔制造了第一台试验样机。1892年，德国工程师狄塞尔提出了压燃式柴油机的理论。鲁道夫·狄塞尔§2内燃机在1890年前英国的克拉克和罗伯逊、德国的卡尔·奔驰成功地发明了二冲程内燃机。1888年，的卡尔·奔驰将发动机安装在三轮车架上，发明了世界上第一辆三轮汽车。卡尔·奔驰§2内燃机1957年，德国人汪克尔发明了转子发动机。菲加士·汪克尔

马自达的首台量产型转子发动机10A-8010§2内燃机在内燃机一百多年的发展历史中，具有划时代意义的两个重要发展阶段是：20世纪50年代初兴起的增压技术

20世纪70年代开始的计算机、电子技术在内燃机研制中的应用

内燃机和汽车给世界带来了现代物质文明，在经过了超过一个世纪的发展之后，它的发展远远没有达到其顶点，今后内燃机的发展是以节能和环保为中心，充分兼顾可靠性的要求，全面提高内燃机的性能。§2内燃机

二、发动机产品名称和型号编制规则按照GB725－91《内燃机产品名称和型号编制规则》统一制定内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、柴油机、煤气机等。内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。内燃机型号由以下四部分组成：首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。中部：由缸数符号、行程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示第1章汽车发动机的工作原理及总体构造本章主要内容：汽车发动机的类型汽车发动机的基本结构及基本术语往复活塞式内燃机的工作原理发动机的性能指标发动机的总体构造内燃机分为往复活塞式内燃机、燃气轮机、转子发动机等§1汽车发动机的类型螺旋桨发动机奎西发动机喷气发动机28按照燃料种类分类：可分为液体发动机、气体发动机、多燃料发动机等往复活塞式发动机的类型按燃料在气缸内的着火方式分

1、点燃式内燃机2、压燃式内燃机●汽油燃点较高约470摄氏度，采用火花塞强制点火，汽油机为点燃式发动机。●柴油燃点较低约220摄氏度，采用高压缩比压燃，柴油机为压燃式发动机。二冲程发动机四冲程发动机曲轴旋转一周完成一个工作循环。由于换气不彻底，经济性较差，但结构简单，因此在摩托车上广泛使用。曲轴旋转二周完成一个工作循环。四冲程发动机有独立的进气和排气冲程，换气彻底，在汽车上广泛使用，并已逐渐用于摩托车。按照工作循环的行程数分类：可分为四行程和二行程发动机各气缸完成进气、压缩、做功、排气四个过程称为一个工作循环。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按照冷却方式分类：可分为水冷式和风冷式立式直列发动机V形发动机卧式对置发动机按照气缸排列方式分类：可分为立式、卧式、直列、V形和对置式等按进气方式分非增压内燃机增压内燃机按气缸数分类：可分为单缸发动机和多缸发动机此外，发动机还可按气缸的气门数、凸轮轴布置位置等进行分类。§2往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语一、基本结构4、曲柄半径R

定义：曲轴的回转半径，对于汽缸中心线通过曲轴回转中心的内燃机有：S＝2R二、基本术语1、工作循环

定义：在气缸中进行的每一次将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的一系列连续过程。活塞式内燃机的工作循环是由进气、压缩、做功、排气四个工作过程组成2、上止点（下止点）

定义：活塞顶离曲轴旋转中心最远（近)处。即活塞的最高（低）位置。3、活塞冲程S

定义：活塞上、下止点之间的距离。定义：活塞在上止点时，活塞顶以上、气缸盖底面以下所形成的空间容积。定义：上、下止点间所包容的气缸容积（活塞从上止点到下止点所扫过的容积。）定义式：常作为表征内燃机尺寸大小及动力性能的主要结构参数之一。D:气缸直径mmS:活塞行程mm(L)5、气缸工作容积（气缸排量）VS6、内燃机排量（发动机工作容积）VL定义：发动机所有气缸工作容积的总和。定义式：(L)i:气缸数7、燃烧室容积Vc物理意义：表示气缸内气体被压缩的倍数或燃气燃烧后膨胀的倍数。是发动机的重要性能参数。柴油机ε：14～22

汽油机ε：6～9（轿车有的达到9～11）定义式：Va＝Vs＋Vc8、气缸总容积Va定义：气缸工作容积与燃烧室容积之和（活塞在下止点时，活塞顶以上的空间容积。）9、压缩比ε定义：气缸总容积与燃烧室容积之比（压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比。）定义式：§3往复活塞式内燃机的工作原理

四冲程发动机：曲轴转两圈，活塞在气缸内上下往复各两次，完成一个工作循环的内燃机。二冲程发动机：曲轴转一圈，活塞在气缸内上下往复各一次，完成一个工作循环的内燃机。一、四冲程汽油机的工作原理

1、进气行程

2、压缩行程

3、作功行程

4、排气行程单缸四冲程汽油机的工作过程§3往复活塞式内燃机的工作原理

排气门关闭进气门开启活塞进气终了:温度370～400K，压力0.075～0.09MPa大气压力线PVra示功图上止点下止点示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。进气冲程曲轴旋转:0℃A～180℃A进气门关闭排气门关闭活塞压缩终了：温度600～700K，压力0.8～2.0MPaPVra示功图大气压力线c上止点下止点压缩行程曲轴旋转:180℃A～360℃A火花塞点火火花塞爆燃表面点火定义由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。由燃烧室内炽热表面（如排气门头、火花塞电极、积碳）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。现象有尖锐的金属敲击声传出。有沉闷的敲击声传出。后果轻微爆燃，发动机功率有所升高；但过度，则会使发动机过热，功率下降，经济性变差，零件寿命下降等。发动机的性能下降，零部件寿命降低。进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度2200~2800K，压力3~6.5MPa作功终了：温度1200～1500K，压力0.3～0.6MPa做功行程曲轴旋转:360℃A~540℃A进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气压力线cZb上止点下止点排气终了:温度900～1200K,压力0.105～0.115MPa排气行程曲轴旋转:540℃A～720℃A二、四冲程柴油机的工作原理1、进气行程与汽油机主要区别：

进入气缸的是纯空气。进气行程进气门温度340-380K压力0.085～0.095MPa

汽油机柴油机进气pde0.08~0.090.085~0.095Tde370~400340~380二、四冲程柴油机的工作原理2、压缩行程压缩行程温度750-1000K压力3-5MPa纯空气汽油机柴油机压缩pco0.8~2.03.0~5.0Tdo600~700750~1000喷油器

压缩的是纯空气;压缩比高于汽油机；在压缩过程快要结束的时候，喷油器向气缸内喷入柴油;当油与空气混合后在高压下达到其自燃点就开始着火燃烧。二、四冲程柴油机的工作原理3、做功行程做功行程汽油机柴油机做功pmax3.0~6.54.5~9.0Tmax2200~28001800~2500pex0.3~0.60.2~0.5Tex1200~15001000~1200喷油器终了：温度1000～1200K压力0.2-0.5MPa瞬时：温度1800-2500K压力4.5-9MPa

柴油机由于是边喷油、边混合、边燃烧，所以，最开始虽然活塞有所下行，但气缸内的压力基本不变。二、四冲程柴油机的工作原理4、排气行程排气行程汽油机柴油机压缩p`r0.105~0.1150.105~0.12T`r900~1200700~900温度700-900K压力0.105-0.12MPa排气门四冲程汽油机、柴油机特点比较

1、由于柴油机压缩比较高，燃料燃烧非常完全，所以柴油机的有效热效率好，经济性好。

汽油机：be=270～325g/(kw.h)

柴油机:be=214～285g/(kw.h)2、柴油机无点火系，所以故障少些，易保养。但柴油机有高精度零件如喷油泵、喷油器等，其成本较高，并且加工较难。

3、柴油机最高爆发压力高，所以对发动机的零部件强度要求高，这样导致柴油机笨重。

4、柴油机转速低于汽油机原因：1）由于柴油机的压缩比高，所以其受到的机械负荷较大，故其零部件的质量需较大，导致运动时惯性力较大。

2）汽油机可燃混合气的混合时间和质量优于柴油机。

5、柴油机运转噪音高，但有害气体的排放优于汽油机，而颗粒排放较高。

6、柴油机启动困难，汽油机易启动。

换气机构（进气孔、排气孔、扫气孔）

曲轴箱扫气

活塞顶部为凸顶，以引导气流扫气

活塞裙部较长，有缺口等三、二冲程汽油机的工作原理

1、结构介绍

2、工作原理

（1）、第一行程

活塞：从下止点到上止点活塞上方：换气；压缩活塞下方：进气

曲轴：旋转从0℃A～180℃A

（2）、第二行程

活塞：从上止点到下止点活塞上方：燃烧膨胀做功；排气；扫气。活塞下方：预压缩，新鲜气体经过扫气口进入气缸。

曲轴：旋转从180℃A～360℃A四、二冲程柴油机的工作原理

1、结构介绍

有排气阀，无排气口。

进气口设置在气缸上部，进气口和扫气口为同一气口。通过扫气泵扫气。2、工作原理

（1）、第一冲程

活塞：从下止点到上止点扫气泵换气；压缩；喷油器：喷油燃烧

曲轴：旋转从0℃A～180℃A

（2）、第二冲程

活塞：从上止点到下止点燃烧膨胀做功；排气；扫气。排气；新鲜气体经过扫气泵压缩后进入气缸。

曲轴：旋转从180℃A～360℃A五、二冲程汽油机的优缺点（同四冲程汽油机相比较）（一）优点：

1、从工作原理上来讲，在发动机排量和转速相同的前提下，二冲程发动机的功率理论上是四冲程发动机的2倍。

2、由于二冲程发动机的做功频率比较高，所以发动机运转比较平稳。

3、无专门的换气机构，所以结构简单，质量小。

4、由于附属机构少，所以使用、维护很方便。所以摩托车上多用。（二）缺点：1、废气不易排除干净。2、换气时减少了有效工作行程。3、部分新鲜可燃混合气随废气排出，使能源浪费，经济性下降。4、同时造成环境污染。§4.发动机的性能指标与特性一）动力性指标

1、有效转矩Te（N.m）

定义：发动机通过飞轮对外输出的转矩。由测功机测得。其值与发动机曲轴所受到的阻力矩相等。

2、发动机转速n（r/min）定义：发动机曲轴每分钟的回转数。由转速表直接读取。

3、有效功率Pe（kW）

定义：发动机单位时间内对外输出的有效功。计算式：4、平均有效压力pme（MPa）

定义：单位气缸工作容积发出的有效功。一、性能指标二）经济性指标1、有效热效率

定义：燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数2、有效燃油消耗率

定义：发动机每发出1kW.h的有效功，所消耗的燃油量。定义式：B：发动机在单位时间内的耗油量（kg/h）,可有试验测定。三）强化指标1、升功率

定义：发动机在标定工况下，单位发动机排量输出的有效功率2、强化系数

定义：平均有效压力与活塞平均速度的乘积定义式：3、活塞平均速度

定义：发动机在标定转速下，活塞往复运动速度的平均值S：活塞行程四）紧凑性指标1、比容积

定义：发动机外廓体积与标定功率的比值2、比质量

定义：发动机干质量与标定功率的比值五）环境指标1、噪声

定义：由许多频率和声强变化都无规律的声波杂乱组合而成。2、排放

包括CO、HC、NOX、颗粒等六）可靠性指标

定义：发动机在规定使用条件下，正常持续工作的能力七）耐久性指标定义：发动机主要零部件磨损到不能正常工作的极限时间。通常用大修里程来表示八）工艺性指标定义：评价发动机制造工艺性和维修工艺性好坏其他各种评价指标，如启动指标、运行指标等二、发动机的特性一）定义：1、发动机特性：发动机的性能是随着许多因素而变化的，其变化规律称为发动机的特性。2、发动机的速度特性：发动机油门开度不变，发动机的性能指标（如发动机的功率、转矩、有效燃油消耗率等）随着曲轴转速变化的规律。3、发动机的外特性：发动机油门全开，发动机的性能指标（如发动机的功率、转矩、有效燃油消耗率等）随着曲轴转速变化的规律。又称为发动机的总功率特性。发动机速度特性曲线二）发动机外特性曲线最高功率及对应转速最高扭矩及对应转速最低油耗率及对应转速最高动力性与最好经济性不能兼得。最低燃油消耗率所对应的转速介于最高功率和转矩对应的转速之间。三）发动机工作状况发动机工作状况(简称发动机工况):发动机在某一时刻的运行状况简称工况，一般用发动机的功率与曲轴转速来表示；有时也用负荷与发动机曲轴转速来表示。负荷率：发动机在某一转速发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值称为负荷率，以百分数表示。负荷率通常称负荷。根据上述定义，可求出a、b、c和d

四个工况下的负荷值：工况a

负荷为零(称为发动机空转工况)；工况b

负荷＝20/45×100％＝44.4％；工况c负荷＝32/45×100％＝71.1％；工况d负荷＝45/45×100％＝100％(即发动机全负荷)。注意：负荷与功率不是同一概念。发动机的Pe－n特性§5.发动机的总体构造总体构造：两大机构五大系统两大机构：曲柄连杆机构、配气机构五大系统：燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系、起动系注意：柴油机没有点火系。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组成：由气缸体和曲轴箱组、活塞连杆组、曲轴飞轮组组成二、配气机构

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。组成：气门组、气门传动组、气门驱动组等

三、燃料供给系统作用：a、汽油机：根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；组成（化油器式汽油机）：油箱、油泵、燃油滤清器、化油器、喷油器等组成（电子控制燃油喷射式汽油机）：油箱、电动汽油泵、燃油滤清器、喷油器、油压调节器、分配管等。作用（柴油机）：把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。

组成（柱塞式喷油泵燃油供给系统）：油箱、输油泵、喷油泵、燃油滤清器、喷油器、高压油管、低压油管等。作用：向作相对运动的零件表面输送定量的清