汽车构造：项目二发动机及燃油系统课件

任务2.1认识发动机任务2.2认识机体组和曲柄连杆机构任务2.3认识进气系统任务2.4认识燃油供给系统任务2.5认识排放及排放污染控制系统任务2.6认识配气机构任务2.7认识冷却系统任务2.8认识润滑系统任务2.9认识电源系统和启动系统任务2.10认识点火系统学习目标知识目标：☆了解发动机的分类；☆知道发动机基本术语；☆知道发动机的工作过程；☆了解发动机的特性。能力目标：☆能识别不同类型的发动机；☆能进行简单发动机参数的计算。一、任务导入二、任务分析三、相关知识发动机的概念源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置”，是一种能够把其他形式的能转化为机械能的机器。包括内燃机（汽油发动机等）、外燃机（斯特林发动机、蒸汽机等）、电动机等。汽车发动机是汽车的动力源，被喻为汽车的心脏，为汽车的行走提供动力，关系着汽车的动力性、经济性、环保性。将液体燃料或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，热能再转变为机械能，又称内燃机。（一）发动机分类1.按活塞的运动方式分类2.按所用燃料分类3.按点火方式分类4.按冲程数分类内燃机按照完成一个工作循环所需的冲程数可分为四冲程内燃机和二冲程内燃机。把曲轴转两圈（720°），活塞在汽缸内上下往复运动四个冲程，完成一个工作循环的内燃机称为四冲程内燃机。而把曲轴转一圈（360°），活塞在汽缸内上下往复运动两个冲程，完成一个工作循环的内燃机称为二冲程内燃机。汽车发动机广泛使用四冲程内燃机。4.1四冲程汽油机的工作过程5.按冷却方式分类6.按汽缸数分类7.按汽缸的排列形式分类

8.按进气系统是否采用增压方式分类

（二）发动机型号装在轿车或多用途载客车上的发动机，都按规定标明了发动机专业制造厂、型号及生产编号，由四部分组成。（1）首部：包括产品系列代号、换代符号和地方、企业代号，有制造厂根据需要自选相应的字母表示，但须经行业标准化归口单位核准、备案。（2）中部：由缸数符号、汽缸布置形式符号、冲程符号和缸径符号组成。（3）后部：由结构特征符号和用途特征符号组成。（4）尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选择适当的符号表示，后部与尾部可用“-”分隔。（三）发动机专用术语（四）发动机主要性能指标1.动力性动力性指标指发动机通过曲轴对外做功的能力，包括有效转矩、有效功率等。有效转矩是指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的可使用的转矩，即克服摩擦、驱动附件等损失后曲轴对外输出的净转矩，通常用Te表示，单位N/m。有效功率是指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的可使用的功率，通常用Pe表示，单位为kW。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效转矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测出有效转矩和曲轴转速后，用如下公式计算：Pe=Te·n。2.燃油消耗率通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性。燃油消耗率是指单位有效功率的燃油消耗量，即发动机每发出1kW有效功率在每小时内所消耗的燃油质量，通常用表示，单位为g/kW·h：有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率为最小值。（五）发动机特性发动机的有效转矩Te，有效功率Pe，有效燃油消耗率ge等主要性能指标随其运转工况（负荷、转速）变化的关系称为发动机的特性，随发动机转速变化的关系称为发动机的速度特性，而随负荷变化的关系称为发动机的负荷特性。四、任务实施五、任务评价六、思考与练习六、思考与练习七、拓展知识1.四冲程柴油机的工作原理（1）进气冲程进入汽缸的工质是纯空气。由于柴油机进气系统阻力较小，进气终点压力Pa=（0.85~0.95）MPa，比汽油机高。进气终点温度Ta=300~340K，比汽油机低。（2）压缩冲程由于压缩的工质是纯空气，因此柴油机的压缩比比汽油机高（一般为=16~22）。压缩终点的压力为3000~5000kPa，压缩终点的温度为750~1000K，大大超过柴油的自燃温度（约520K）。七、拓展知识1.四冲程柴油机的工作原理（3）做功冲程当压缩冲程接近终了时，在高压油泵作用下，将柴油以100MPa左右的高压通过喷油器喷入汽缸燃烧室中，在很短的时间内与空气混合后立即自行发火燃烧。汽缸内气体的压力急速上升，最高达5000~9000kPa，最高温度达1800~2000K。由于柴油机是靠压缩自行着火燃烧，故称柴油机为压燃式发动机。（4）排气冲程柴油机的排气与汽油机基本相同，只是排气温度比汽油机低。学习目标知识目标：☆了解机体组的结构；☆了解曲柄连杆机构的结构；☆知道曲柄连杆机构的工作原理。能力目标：☆能解释发动机缸体材料对发动机性能的影响；☆能解释曲柄连杆机构的结构和工作原理。一、任务导入王先生在搞清楚自然进气发动机和涡轮增压发动机的区别之后，发现发动机数据表中的缸体材料有两种，两者有何差别？请你为王先生解释。二、任务分析上述参数均说明的是发动机机体组和曲柄连杆的相关内容，要解开王先生的疑惑，首先要熟悉机体组和曲柄连杆机构的结构和工作原理。三、相关知识（一）机体组机体组主要由机体、曲轴箱、汽缸盖和汽缸垫等零件组成。机体组是构成发动机的主要骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内外安装着发动机的主要零部件和附件。1.机体1.1机体的工作条件及要求机体是汽缸体与曲轴箱的连铸体。绝大多数水冷发动机的汽缸体与曲轴箱连铸在一起，而且多缸发动机的各个汽缸也合铸成一个整体。在发动机工作时，机体承受拉、压、弯、扭等不同形式的机械负荷，同时还因为汽缸壁表面与高温燃气直接接触而承受很大的热负荷。因此，机体应具有足够的强度和刚度，且耐磨损和耐腐蚀，并应对汽缸进行适当的冷却，以免机体损坏和变形。机体也是最重的零件，应该力求结构紧凑、质量轻，以减小整机的尺寸和质量。1.2机体的类型（1）机体根据汽缸的排列方式可分为直列式、V形、W形和水平对置式等

（2）汽缸体根据制造材料的不同，常见的有铸铁汽缸体和铝合金汽缸体。铸铁机体质量大，散热性相对较弱，需要大量冷却液。铝合金机体质量小、散热性好，但成本较高。（3）汽缸体根据冷却方式的不同分为风冷式和水冷式，汽车发动机一般采用水冷式。水冷发动机的汽缸周围和汽缸盖中都有冷却水套，并且汽缸体和汽缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环带走部分热量，对汽缸和汽缸盖起冷却作用。（4）汽缸体根据是否有汽缸套可将汽缸体分为整体式和缸套式。汽缸套有干式汽缸套和湿式汽缸套。干式汽缸套不与冷却水直接接触，制造工艺简单，但内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。湿式汽缸套与冷却水直接接触，汽缸套仅在上、下各有一圆环地带和汽缸体接触，有利于发动机的冷却和降温，但结构相对复杂，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆装方便，需要一定的措施防止汽缸套与汽缸体结合部位漏水。1.3机体的结构一般情况下，水冷式机体的结构主要由水套、油道、曲轴支撑座等组成。（1）水套发动机冷却水套有开式水套和闭式水套。开式水套是汽缸盖和汽缸体冷却水套直接相通，水套与汽缸盖的结合面是开放型的。该结构的汽缸体冷却性能好、体积小、质量小，制造相对简单、成本低。闭式水套是在汽缸体与汽缸盖的结合面上设有冷却水通道开口，可以保证汽缸体的强度和刚度，使其不易变形，并可进一步提高发动机功率，但制造工艺复杂、成本高。（2）主轴颈轴承与轴承支架（下缸体）支撑曲轴的轴承称为主轴颈轴承或主轴承。一般直列发动机的主轴颈轴承数比汽缸数多一个，如直列四缸机有5个主轴承；对于V形发动机，由于两个汽缸对称布置，可以使用相同的主轴承，如V6发动机有4个主轴承。由于轴承数小于汽缸数，必须增大轴承的宽度和直径以保证足够的强度。发动机功率越大，曲轴的受力和形变越大，对主轴颈支承的刚度要求就越高。现有的大功率发动机常将轴承盖做成一体的轴承支架或将轴承盖与油底壳做成一体的梯形整体式轴承支架等方法来提高主轴颈的刚度。2.曲轴箱汽缸体下部用来安装和封闭曲轴的部分为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与汽缸体铸成一体，曲轴轴线与机体下表面在同一平面上的为一般式曲轴箱，便于加工、工艺性好。曲轴轴线高于汽缸体下表面的为龙门式曲轴箱，刚度和强度较好，但工艺性较差。主轴承座孔不分开的为隧道式曲轴箱，其刚度比龙门式更高，但工艺性差。下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，又称为油底壳。油底壳多由薄钢板冲压而成现在也有许多发动机采用铝合金铸造而成。油底壳底部装有放油螺栓，通常放油螺栓上设永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。3.汽缸盖3.1功用和工作条件汽缸盖是配气机构的安装基体，也是汽缸的密封盖，与汽缸及活塞顶部组成燃烧室。汽缸盖与高温高压燃气直接接触，承受气体压力和汽缸盖螺栓的预紧力，具有较大的热负荷和机械负荷。为了保证汽缸的密封性，汽缸盖应具有足够的强度、刚度和散热特性，确保不会产生损坏和较大变形。3.2材料和结构特点现有车用汽油机汽缸盖基本上都采用铝合金材料。部分柴油机上也有采用铝合金材料，一般大功率柴油机汽缸盖由灰铸铁或合金铸铁铸成。汽缸盖是结构复杂的箱形零件。其上加工有进、排气门座孔，气门导管孔，火花塞安装孔（汽油机）或喷油器安装孔（柴油机）。在汽缸盖内还铸有水套、进排气道和燃烧室或燃烧室的一部分。若凸轮轴安装在汽缸盖上，则汽缸盖上还加工有凸轮轴承孔或凸轮轴承座及其润滑油道。现有轿车直列发动机大多采用整体式汽缸盖，即所有汽缸共用一个汽缸盖，V形发动机采用分体式汽缸盖，即V形汽缸的每一侧一个汽缸盖，有些大功率柴油机还采用单体式或分块式汽缸盖，即每个或几个汽缸共同使用一个汽缸盖。3.3燃烧室汽缸盖内侧是构成燃烧室的重要部分。燃烧室的形状对发动机的工作影响很大。对燃烧室基本要求为结构尽可能紧凑，散热面积小，使混合气在压缩终了时形成一定的气流运动，提高混合气燃烧速度。半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短、燃烧速率高、散热少、热效率高。允许气门双行排列，进气口直径较大，充气效率较高。虽然配气机构较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上广泛应用。楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，充气效率高，配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离长。浴盆形燃烧室汽缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比半球形燃烧室差。3.4进、排气道进、排气道是进、排气管与燃烧室相连的通道，通过进、排气门控制打开或关闭。进、排气道的形状与发动机的性能密切相关，特别是进气道的形状对提高发动机转速、改善燃烧都很重要。弯曲气道形状阻力较大，跑车常采用直进气道，柴油机和多气门汽油机常把进气道设计成涡流进气道等形状。4.汽缸垫汽缸垫装于汽缸盖和汽缸体之间，保证汽缸盖与汽缸体间的密封，防止发动机漏气、漏水或漏油，汽缸垫上有冷却水和润滑油流通孔等（二）活塞连杆组活塞连杆组主要由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴承等组成1.活塞活塞是作为一个整体通过锻造或铸造成型后加工而成的，通常把活塞分为三个部分，即活塞顶部、活塞头部和活塞裙部1.1工作条件及要求活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600~700K，且温度分布很不均匀。活塞顶部承受气体压力很大，特别是做功行程压力最大，汽油机高达3~5MPa，柴油机高达6~9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用。活塞在汽缸内以很高的速度（8~12m/s）往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。所以要求活塞要有足够的刚度和强度，良好的导热性，耐高压、耐高温、耐磨损，重量轻，尽可能减小往复惯性力。铝合金材料基本上满足上面的要求，因此活塞一般都采用高强度铝合金。1.2活塞顶部活塞顶部是燃烧室的底部，承受气体压力，其形状、位置和大小与燃烧室的具体形式有关，要满足可燃混合气形成和燃烧的不同要求，活塞顶部形状有平顶、凸顶和凹顶等1.3活塞头部和活塞环槽活塞头部是活塞环的安装部位，常指第一道活塞环槽到活塞销孔以上的部分，又称防漏部。活塞头部具有密封和传热的作用，与活塞环一起密封汽缸，防止可燃混合气泄漏到曲轴箱内，同时将部分热量通过活塞环传递到汽缸壁。为减少活塞头部向裙部的传热，常采用一定的结构措施，如把油环槽内的回油孔设计成相对较长的环槽，具有隔热的作用。内燃机活塞一般有三道槽（上面两道安装气环，下面一道安装油环），在油环槽底面上钻有许多径向小孔，被油环从汽缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件差，一般应离顶部较远些。为减少第一环槽的磨损，需要对其进行耐磨处理或镶嵌铸铁耐磨圈等。1.4活塞裙部活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括装活塞销的销座孔。为了减轻活塞的质量，高速发动机常将活塞销孔的位置设计得较为靠上。活塞裙部对活塞在汽缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。活塞裙部的长短取决于侧压力和活塞直径。为减小裙部摩擦，有些活塞在裙部涂有石墨层。为减小活塞质量，应当尽量缩短活塞裙部的长度，但活塞在往复运动过程中，如果受力不均匀会造成活塞以活塞销为中心的摆动。为了最大限度地防止这种现象，现代活塞常把与活塞销孔平行的侧面（两侧的推力面）下端的长度加长，即拖板式活塞。（1）活塞裙部采用椭圆结构为防止活塞卡住，需要在活塞与汽缸壁间留出一定间隙。然而，间隙过大，冷车时活塞会敲击汽缸壁，甚至漏气或窜机油。因此，必须设法使活塞各部位与汽缸壁之间有大小合适的间隙，可采取的措施主要有：（2）活塞采用锥形结构（3）活塞采用双金属组合（4）裙部开绝热—“膨胀槽”1.5活塞销偏置在压缩行程和做功行程中，作用在活塞顶部气体压力的水平分力（侧压力）使活塞压向汽缸壁。压缩行程和做功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，做功行程中的侧压力也大大高于压缩行程中的侧压力，活塞在发动机运行的过程中会敲击缸壁。因此，必须解决这个问题，有些汽油机把活塞销孔中心线进行偏置。1.6活塞的冷却2.活塞环活塞环是具有弹性的开口环，分为气环和油环2.1工作条件及要求活塞环在高温、高压、高速和润滑困难的条件下工作，特别是第一道环。活塞环工作时受到汽缸中高温高压燃气的作用，第一道环温度可高达600K，活塞环在汽缸内随活塞一起高速运动，由于高温下机油可能变质，润滑条件差，难以保证良好的润滑，使磨损严重。同时，由于汽缸壁的形状误差，活塞环随活塞往复运动时，受到交变应力而易折断。因此，要求活塞环弹性好、强度高、耐磨损。活塞环采用的材料有耐热不锈钢、优质碳素钢、球墨铸铁、合金铸铁等。2.2气环气环在自由状态下外径大于汽缸直径，用专用工具将它与活塞一起装入汽缸后，外表面紧贴在汽缸壁上，形成第一密封面，活塞环与环槽端面形成第二密封面，作用在环背的气体压力也大大加强了第一密封面的密封作用。气环密封效果一般与气环数量有关，漏气的唯一通道是活塞环的开口间隙，多道活塞环的开口相互错开，形成迷宫似的漏气通道，由于侧隙、径向间隙和端隙都比较小、流动阻力大，压力迅速下降，最后漏入曲轴箱的气体很少气环的开口形状将直接影响漏气量，开口形状有直开口、梯形开口、斜切口等。气环的断面形状很多，常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环等（1）矩形环矩形环的断面为矩形，结构简单、制造方便、易于生产，但是矩形环随活塞往复运动时，会把汽缸壁面上的机油不断送入汽缸中，这种现象称为气环的泵油现象。（2）扭曲环扭曲环是在矩形环的内圆上边缘或外圆下边缘切去一部分，使断面呈不对称形状。在环的内圆部分切槽或倒角的称为内切环，在环的外圆部分切槽或倒角的称为外切环。扭曲环装入汽缸后，由于断面不对称，产生不平衡力的作用，使活塞环发生扭曲变形。（3）锥面环锥面环断面呈锥形，外圆工作面上加工有一个很小的锥面，减小了环与汽缸壁的接触面积，提高了表面接触压力，利于磨合和密封。活塞下行时，便于刮油。活塞上行时，由于锥面的“油楔”作用，能在油膜上“飘浮”过去，减小磨损，但不能装反，否则会引起机油上窜。（4）梯形环梯形环断面呈梯形，工作时梯形环在压缩行程和做功行程随着活塞受侧压力的方向不同而不断地改变位置。这样会把沉积在环槽中的积炭挤出去，避免了环被粘在环槽中而折断，可以延长环的使用寿命，经常应用在第一道环上。（5）桶面环桶面环的外圆为凸圆弧形，当桶面环上下运动时均能与汽缸壁形成楔形空间，使机油容易进入摩擦面，减小磨损。由于它与汽缸呈圆弧接触，对汽缸表面的适应性和对活塞偏摆的适应性较好，有利于密封。2.3油环油环的作用是储存一部分机油对活塞与缸壁之间进行润滑并刮除缸壁上多余的机油，防止机油进入燃烧室。油环有槽孔式、槽孔撑簧式和钢带组合式3种类型。3.活塞销活塞销连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传递给连杆。3.1工作条件及要求活塞销用来连接活塞和连杆，并将活塞承受的力传给连杆或相反。活塞销在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷，且由于活塞销在销孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，因此润滑条件较差。为此活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性，质量尽可能小，销与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表质量。在一般情况下，活塞销的刚度尤为重要，如果活塞销发生弯曲变形，可能使活塞销座损坏。3.2活塞销的结构活塞销的内孔有圆柱形、两段截锥与一段圆柱组合、两段截锥形等多种形状。活塞销的结构形状很简单，基本上是一个厚壁空心圆柱。其内孔形状有圆柱形、两段截锥形和组合形。圆柱形孔加工容易，但活塞销的质量较大。两段截锥形孔的活塞销质量较小，且因为活塞销所受的弯矩在其中部最大，所以接近于等强度梁，但锥孔加工较难。3.3活塞销的安装活塞销与活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接配合有“全浮式”和“半浮式”。全浮式一般采用活塞销与活塞销座孔和连杆衬套都采用间隙配合，发动机工作时，活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动，活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，磨损均匀。为了防止“全浮式”活塞销轴向窜动刮伤汽缸壁，需要在活塞销两端装设锁片（或称卡环），进行轴向定位。“半浮式”连接活塞销与连杆小头采用过盈配合，装配时先把铝活塞加热到一定程度，然后再把活塞销装入，或把活塞销进行冷却后进行安装。4.连杆组4.1连杆功用及工作条件连杆组连接活塞与曲轴，功用是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆小头与活塞销连接，同活塞一起作往复运动，连杆大头与曲柄销连接，同曲轴一起作旋转运动，因此在发动机工作时连杆作复杂的平面运动。连杆组主要受压缩、拉伸和弯曲等交变负荷。最大压缩载荷出现在做功行程上止点附近，最大拉伸载荷出现在进气行程上止点附近。在压缩载荷和连杆组作平面运动时产生的横向惯性力的共同作用下，连杆体可能发生弯曲变形。4.2连杆的结构连杆由连杆小头、连杆杆身和连杆大头三部分组成（1）连杆小头（2）连杆杆身（3）连杆大头（4）V形发动机连杆4.3连杆螺栓4.4连杆轴瓦（三）曲轴飞轮组曲轴飞轮组主要由曲轴、飞轮和一些附件等组成。1.曲轴曲轴把活塞连杆组传来的气体作用力转变为旋转的动力，用以驱动汽车传动系统、发动机的配气机构和其他辅助装置，如水泵、机油泵、发电机、风扇等。1.1工作条件及要求曲轴高速旋转时，承受周期性变化的气体作用力，惯性力及其力矩的共同作用，受力大且复杂，承受弯曲、扭转等交变载荷的冲击。因此，曲轴需要保证足够的刚度和强度，具有良好的抗冲击载荷能力和抗弯曲、抗扭转疲劳强度，且轴颈应有足够的承压面，耐磨损和润滑良好。1.2曲轴的材料及加工曲轴一般由锻造钢和球墨铸铁加工而成，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，最后进行精加工。现有汽车发动机广泛采用球墨铸铁曲轴。球墨铸铁价格便宜，耐磨性能好，轴颈不需硬化处理，同时金属消耗量少，机械加工量也少。为提高曲轴的疲劳强度，消除应力集中，轴颈表面应进行喷丸处理，圆角处要经滚压处理。1.3曲轴的结构曲轴包括曲轴前端、曲轴后端和多个曲拐。曲轴的前端又称自由端，装有正时齿轮驱动配气机构，还装有皮带轮用以驱动发电机、风扇、水泵、空调压缩机等附件，后端又称为动力输出端，用于安装飞轮。（1）曲拐一个连杆轴颈（曲柄销），左右两个曲柄臂和左右两个主轴颈构成一个曲拐，曲轴由若干个曲拐组成，直列发动机曲拐数等于汽缸数；V形发动机曲轴的曲拐数等于汽缸数的一半。将若干个曲拐按照一定的相位连接起来，加上曲轴的前端和后端等便组成一根曲轴。（2）主轴颈曲轴通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机汽缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。曲轴的支承方式有全支承和非全支承。（3）连杆轴颈连杆轴颈又称为曲柄销，是曲轴与连杆的连接部分，通过曲柄与主轴颈相连，在连接处用圆弧过渡，减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目和汽缸数相等，V形发动机的连杆轴颈数等于汽缸数的一半。发动机主轴颈和曲柄销是实心的，为减小曲轴的质量和旋转惯性力，有些发动机的主轴颈或曲柄销做成空心。（4）曲柄臂和平衡重曲柄臂是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形。曲柄销偏离曲轴旋转中心，在曲轴旋转过程中，如果单个曲拐的旋转中心不与曲轴的旋转中心重合，偏离曲轴旋转中心的部分将产生不平衡旋转惯性力和力矩。虽然对于整个曲轴来说可能是平衡的，但对于曲轴内部，特别是主轴承部分将承受较大的力和力矩。曲轴若刚度不够会产生弯曲变形，引起主轴颈和轴承偏磨。为了减轻主轴承负荷，改善其工作条件，一般都在曲柄的相反方向设置平衡重用以平衡发动机不平衡的离心力和离心力矩，有时尚可平衡一部分往复惯性力。发动机平衡重与曲柄是一体的，有些发动机则单独制造并用螺钉安装在曲柄上。1.4曲轴的润滑1.5曲轴偏置1.6曲柄布置（1）四冲程直列四缸发动机的点火顺序和曲拐布置曲轴转角第一缸第二缸第三缸第四缸0～180°做功排气压缩进气180°～360°排气进气做功压缩360°～540°进气压缩排气做功540°～720°压缩做功进气排气曲轴转角第一缸第二缸第三缸第四缸0～180°做功压缩排气进气180°～360°排气做功进气压缩360°～540°进气排气压缩做功540°～720°压缩进气做功排气（2）四冲程直列六缸发动机的点火顺序和曲拐布置曲轴转角第一缸第二缸第三缸第四缸第五缸第六缸0～180°60°做功排气进气做功压缩进气120°压缩排气180°进气做功180°～360°240°排气压缩300°做功进气360°压缩排气360°～540°420°进气做功480°排气压缩540°做功进气540°～720°600°压缩排气660°进气做功720°排气压缩（3）四冲程V形八缸发动机的点火顺序曲轴转角第一缸第二缸第三缸第四缸第五缸第六缸第七缸第八缸0～180°90°做功做功进气压缩排气进气排气压缩180°排气压缩进气做功180°～360°270°排气做功压缩进气360°进气做功压缩排气360°～540°450°进气排气做功压缩540°压缩排气做功进气540°～720°630°压缩进气排气做功720°做功进气排气压缩2.扭转减振器3.主轴承主轴承与连杆轴承一样，由上、下两片轴瓦对合而成，承受交变载荷和高速摩擦，应具有足够的抗疲劳强度，且摩擦小、耐磨损和腐蚀。多采用薄壁钢背轴瓦，内表面浇铸有耐磨合金层。4.飞轮飞轮是一个较重的铸铁或精冲钢板圆盘，用螺栓固定在曲轴后端的接盘上，转动惯量大，用来贮存做功行程的能量，克服进气、压缩和排气行程的阻力和其他阻力，使曲轴尽量均匀地旋转。飞轮外缘有与启动电机驱动齿轮啮合的齿圈，供启动发动机用。汽车离合器装在飞轮上，利用飞轮后端面作为驱动件的摩擦面，用来对外传递动力。飞轮高速旋转，要进行精确地平衡校准，以达到静平衡和动平衡。5.平衡轴现代汽车发动机特别重视乘坐的舒适性和振动噪声，须将引起发动机振动和噪声的不平衡力和不平衡力矩降低到最小。曲轴的平衡重只能平衡旋转惯性力和力矩，而往复惯性力及其力矩的平衡需采用专门的平衡机构。曲柄连杆机构往复惯性力的分析相对较复杂，常分解为多阶往复惯性力之和。一阶往复惯性力与曲轴转角的余弦成正比，二阶往复惯性力与二倍曲轴转角的余弦成正比。对于常用的直列四缸机来说，采用平面曲轴，其一阶往复惯性力、一阶往复惯性力矩和二阶往复惯性力矩都平衡，但二阶往复惯性力不平衡。四缸发动机为了平衡二阶往复惯性力，需采用双轴平衡机构。两平衡轴与曲轴平行且与汽缸中心线等距，旋转方向相反，转速为曲轴转速的2倍。平衡轴上装有质量相同的平衡重，其旋转惯性力在垂直于汽缸中心线方向的分力相互抵消。在平行于汽缸中心线方向的分力合成为与二阶往复惯性力大小相等、方向相反的平衡力，从而大大降低发动机的振动和噪声。四.任务实施五、任务评价六、思考与练习1.请你作出四冲程V形六缸发动机的工作循环表（点火顺序为1-2-4-5-3-6）。七、拓展知识1.汽车轻量化汽车轻量化的主要指导思想：在确保稳定提升性能的基础上，节能化设计各总成零部件，持续优化车型谱。汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，若汽车整车质量降低10%，燃油效率可提高6%—8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3—0.6升；汽车质量降低1%，油耗可降低0.7%。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。汽车轻量化的主要途径是：（1）汽车主流规格车型持续优化，规格主参数尺寸保留的前提下，提升整车结构强度，降低耗材用量；（2）采用轻质材料。如铝、镁、陶瓷、塑料、玻璃纤维或碳纤维复合材料等。（3）采用计算机进行结构设计。如采用有限元分析、局部加强设计等。（4）采用承载式车身，减薄车身板料厚度等。其中，当前的主要汽车轻量化措施主要是采用轻质材料。学习目标知识目标：☆了解发动机进气系统；☆了解发动机增压技术。能力目标：☆能区分涡轮增压发动机和自然吸气发动机的区别。一

任务导入王先生在发动机数据表中发现发动机技术中有：自然吸气、涡轮增压和可变惯性进气等名词，不是很清楚，相互之间有什么区别？请你为王先生解释。现在，市场上出现了很多配备小排量增压发动机的轿车，让购车一族在选择的过程中犯难，小排量涡轮增压发动机在保障动力的前提下，较自然吸气发动机省油。但是，配备涡轮增压发动机的汽车维护费用比配备自然吸气发动机的汽车维护费用高出不少。任务2.1中已经学习了发动机的各种分类，已经知道了涡轮增压发动机和自然吸气发动机反映的是发动机进气系统是否采用增压方式。要给王先生解释清楚，必须熟悉发动机的进气系统。二任务分析三相关知识（一）进气系统进气系统的作用是尽可能多、均匀地向各汽缸供给干净新鲜空气。1.进气系统的结构现有轿车的进气系统包括进气导流管、空气滤清器、进气总管、节气门体和进气歧管。车外空气温度比发动机罩下的温度低，一般采用较长的进气导流管有利于实现从车外吸进密度较大的空气，同时也有利于应用进气谐振效应。电控喷射式发动机在进气系统中设有空气流量计，有的发动机还装有谐振器或可变进气歧管等。1.1空气滤清器空气滤清器的形式很多，按滤清方式可以分为惯性式和过滤式，按是否用机油分为干式和湿式。现在轿车广泛使用纸质滤芯空气滤清器，过滤式是根据吸附原理，引导气流通过滤芯（如金属网、丝绵、纸质物质等），将尘土隔离和粘附在滤芯上，从而使空气得到滤清。越野汽车工作在多尘条件下，常采用油浴式空气滤清器，大型载货汽车和矿山用汽车等，有的使用离心式空气滤清器或与纸滤芯结合的双级滤清器。1.2进气歧管进气歧管将来自进气总管的空气送到各汽缸所对应的进气道。为了增大进气量，需控制进气管道截面积的大小、弯曲程度以及管道内表面的形状，以尽力减小进气阻力。同时各缸所对应进气歧管内气体流道的长度应尽可能相等，确保各缸的进气量均匀一致。汽车进气歧管常采用铝合金、工程塑料等材料加工而成。2可变进气系统2.1可变长度进气歧管为了使不同转速下都能充分利用进气波动效应，应使进气歧管长度与发动机的转速相匹配。现代轿车发动机为了尽量兼顾发动机在高、低速下都具有较好的经济性和动力性，常采用可变长度进气歧管技术，在高转速时用粗短的进气歧管，在中、低转速时用细长的进气歧管。2.2可变截面进气歧管直喷柴油机和一些直喷汽油机常通过涡流进气道、切向进气道和直进气道不同方式及其组合形成一定的进气涡流。在不同转速和负荷下，发动机最佳涡流比不同。根据流体力学的原理，管道的截面积越大，流体压力差越小；管道截面积越小，流体压力差越大。可以使发动机在高转速时使用较大的进气歧管截面积，提高进气流量；在低转速时使用较小的进气歧管截面面积，提高汽缸的进气负压，也能在汽缸内充分形成涡流，让空气与汽油更好的混合。（二）发动机增压1.发动机增压的作用和类型发动机增压是将空气预先压缩后再进入汽缸，可以提高空气密度、增加进气量，从而增加发动机功率，提高发动机热效率，降低排放。增压方式主要有机械增压、气波增压、涡轮增压和复合增压等。2.机械增压机械增压是指压气机由内燃机曲轴通过传动装置直接驱动的增压方式。机械增压不增加发动机排气背压，但消耗其有效功率。过多地提高增压压力，会使驱动压气机耗功过大，机械效率下降。机械增压器采用皮带与发动机曲轴皮带轮连接，带动机械增压器内部叶片，使进气获得增压，与废气涡轮增压相比，其低速增压效果好。机械增压器常用的压气机为罗茨式压气机，由转子（二叶或三叶）、转子轴、传动轮、壳体和电磁离合器等组成。当转子旋转时空气从压气机入口吸入，在转子叶片的推动下空气被加速，然后从压气机出口压出。3.废气涡轮增压3.1工作原理与结构废气涡轮增压器由涡轮机和压气机等部分组成，涡轮机进气口与排气歧管相连，涡轮的排气口接在排气管上。压气机进气口与空气滤清器管道相连，压气机的排气口接在进气歧管上。涡轮和叶轮分别装在涡轮机和压气机内，二者同轴刚性连接。3.2离心式压气机离心式压气机结构紧凑、质量小，在较宽的流量范围内具有较高的效率。离心式压气机由进气道、叶轮、扩压器和压气机蜗壳组成。进气道的作用是将外界空气导向压气机叶轮，为了降低流动损失，通道为渐缩形。空气在离心力的作用下沿压气机叶片之间所形成的流道从中心流向周边，并从旋转的叶轮获得能量，使其流速、压力和温度均有提高，然后进入扩压器。扩压器将压气机叶轮出口高速空气的动能转变为压力能。扩压器一般是一渐扩形的扩压管，空气流过扩压管时，流速降低、压力升高，大部分动能转化为压力能，温度上升。压气机蜗壳的作用是收集从扩压器流出来的空气，将其引导到发动机的进气管。压气机蜗壳也有一定的扩压作用，由于从扩压器出来的空气仍有较大的速度，在蜗壳中进一步把动能转化为压力能。3.3涡轮涡轮的工作过程与压气机相反，它把发动机排出废气的能量转化为机械功来驱动压气机叶轮。涡轮分为轴流式涡轮、径流式涡轮和混流式涡轮等。车用增压器常使用径流式涡轮，主要由进气蜗壳、喷嘴环、工作叶轮等部件组成。进气蜗壳的作用是把发动机排出的具有一定能量的废气，以尽量小的流动损失均匀地引导到涡轮喷嘴环的入口。喷嘴环又称导向器，流通截面呈渐缩形，燃气膨胀加速并按规定的方向进入工作叶轮。工作叶轮与压气机叶轮同轴，把气体的动能转化为机械功向压气机输出。排气壳收集叶轮排出的废气并送入后面的排气管。为了降低叶轮的背压，使气体在叶轮中充分膨胀做功，排气壳做成一个渐扩形的管道。3.4转子和浮动轴承涡轮机叶轮、压气机叶轮和密封套等零件安装在增压器轴上，构成涡轮增压器转子。转子的转速很高，最高可达200×104r/min以上。因此，转子的平衡非常重要，对增压器轴承的可靠性也提出了很高的要求。增压器一般采用全浮式滑动轴承，圆环状滑动轴承与轴以及轴承座之间都有间隙，形成双层油膜。轴承浮在轴与轴承座之间，增压器工作时轴承也在轴与轴承座中间转动。3.5增压器的润滑和冷却发动机润滑系统中的机油，经增压器中间体上的机油进口流入增压器，润滑冷却增压器轴和轴承。然后机油经中间体上的出口返回发动机油底壳。汽油机增压器的热负荷大，一些增压器在中间体的涡轮机侧设置冷却水套，并用软管与发动机的冷却系统相通。冷却液自中间体上的冷却液进口流入中间体水套，从冷却液出口流回发动机冷却系统4.复合增压在一些内燃机上，除了应用废气涡轮增压器外，同时还应用机械增压器，即机械涡轮双增压系统，又称复合增压。低速时，流向控制阀关闭，过滤后的空气流向机械增压器进行增压后，再经过废气涡轮增压器进行二次增压，大大提高了低速时的增压效果。高速时，控制阀打开，机械增压器停止工作，主要由废气涡轮增压器进行增压。增压技术在柴油机上的应用相对较早，汽油机由于受到爆震等因素的制约，增压技术的应用相对要困难些。但随着汽油机电控等先进技术的应用，越来越多的汽油机也采用了增压技术。四任务实施五任务评价六思考与练习1.涡轮增压发动机在使用的过程有哪些注意事项？七拓展知识1.涡轮增压发动机优点涡轮增压的最大优点是它可在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高发动机的功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器相比，可增加大约40%甚至更多。2.涡轮增压发动机缺点2.1提速问题2.2加速问题2.3启动机会少3.可变压缩比技术萨博（SAAB）开发的SVC发动机以改变汽缸压缩比的方式来达到控制发动机的燃油消耗量的目的。它的核心就是在缸体与缸盖之间安装楔型滑块，缸体可以沿滑块的斜面运动，使得燃烧室与活塞顶面的相对位置发生变化，改变燃烧室的容积，从而改变汽缸压缩比，如图2-3-16所示。其压缩比可从8:1至14:1之间范围变化。在发动机小负荷时采用高压缩比以实现节约燃油；在发动机大负荷时采用低压缩比，并辅以机械增压器以实现大功率和高转矩输出。SVC发动机采用5缸1.6排量，汽缸缸68mm，冲程88mm，最大功率166kW，最大扭矩305N·m，综合工况油耗比常规发动机降低30%，并能够满足苛刻的欧洲Ⅳ排放标准。学习目标知识目标：☆知道汽油的性能及汽油机对混合气的要求；☆知道现有汽油机燃油供给系统的结构和原理。能力目标：☆会选择合适的汽油；☆会说明汽油机混合气形成的要求；☆会说明电控燃油喷射系统的结构和工作原理；☆会说明直喷式汽油机的结构和工作原理；☆能区分各种燃油供给系统的优缺点。一任务导入王先生对发动机数据表中的燃油标示，供油方式等不是很清楚，请你为王先生解释。二任务分析汽油的标号是怎样的？供油方式有多点电喷和直喷，属于汽油机燃油供给系统，要给王先生解释清楚，必须熟悉汽油机燃油供给系统的结构和工作原理。三相关知识（一）汽油的性能及汽油机对混合气的要求1.汽油的性能汽油是由石油提炼而得的密度小又易于挥发的液体燃料，由多种碳氢化合物组成，是多种烃的混合物，含有约85%左右的碳，15%左右的氢和极少量其他元素。汽油的使用性能指标主要是蒸发性、热值和抗爆性等。随着对排放要求的提高，车用汽油的标准也不断提升。1.1蒸发性在发动机中，汽油先从液态蒸发成气态，并与一定比例的空气混合成为可燃混合气后，才能在汽缸中燃烧。高速车用汽油机，形成可燃混合气的时间很短，一般只有百分之几秒。汽油蒸发性的好坏，对于形成的混合气质量有很大的影响。汽油的蒸发性常通过燃料的蒸馏试验来测定。将汽油加热，分别测定蒸发出10%、50%、90%馏分时的温度及终馏温度，分别称为10%馏出温度、50%馏出温度、90%馏出温度及干点。10%馏出温度表示汽油轻质馏分的多少，此温度过高则低温起动性能差，过低则易形成气阻；50%馏出温度反映汽油的平均蒸发性能，过高则对发动机的加速以及燃料分配的均匀性都不利；90%馏出温度及干点表示汽油中重质馏分的多少，温度过高时燃料蒸发不完全，燃烧性能差。汽油机工作时，汽油供给管路可能受热升温。当温度升高到使汽油蒸气压力达到饱和值，即管路系统压力时，汽油泵和管路中将产生大量汽油蒸气泡，阻止液态汽油畅流，这种现象称为气阻。如果汽油流量减少到不足以维持发动机正常运转，导致发动机失速（转速突然下降），甚至发动机停止工作。发动机所用的汽油蒸发性愈强，愈易发生气阻。因此，在国产汽油质量指标中规定夏季与冬季需要不同的饱和蒸气压力。1.2抗爆性汽油的抗爆性是指汽油抵抗爆燃的能力，是汽油的重要性能指标。一般用辛烷值表示，辛烷值愈高，抗爆性愈好。辛烷值分研究法辛烷值和马达法辛烷值两种，分别是在不同的实验条件下，由一定比例的异辛烷（抗爆震燃烧能力很强的碳氢化合物，规定其辛烷值为100）和正庚烷（抗爆震燃烧能力极弱的碳氢化合物，规定其辛烷值为0）组成混合燃料与被测汽油爆燃程度相等时，混合液中异辛烷的体积百分数即为被测定汽油的辛烷值。我国汽油的牌号就是研究法辛烷值，例如，代号为97（京95）的汽油，其辛烷值不小于97。发动机选用抗爆性较好的汽油，就可以采用较高的压缩比而不发生爆燃，从而提高发动机的热效率。选择汽油的主要依据是发动机的压缩比，压缩比高的汽油机，一般采用辛烷值高的汽油。1.3热值燃料的热值是指lkg燃料完全燃烧后所产生的热量，汽油的热值约为44000kJ/kg。2.汽油机对可燃混合气的要求汽油机可燃混合气形成的时间很短，从进气行程开始到压缩行程结束只有540ms，要形成均匀的可燃混合气关键在于汽油的雾化和蒸发程度。可燃混合气形成就是汽油雾化、蒸发以及与空气混合的过程。其浓度通常用空燃比或过量空气系数表示。2.1空燃比空燃比为可燃混合气中空气质量与燃油质量之比。理论上燃油完全燃烧所需要的空气质量与燃油质量之比为理论空燃比，汽油的理论空燃比为14.7。可燃混合气的空燃比小于14.7为浓混合气，空燃比大于14.7为稀混合气。3.2过量空气系数过量空气系数为燃烧lkg燃油实际供给的空气质量与完全燃烧lkg燃油的化学计量空气质量之比，计作λ。λ=1的可燃混合气即为理论混合气，λ＜1的为浓混合气，λ＞1的为稀混合气。要使混合气中的汽油完全燃烧，混合气λ必须大于1。3.汽油发动机各工况对可燃混合气浓度的要求汽车发动机的工况范围宽广且变动频繁，可燃混合气浓度应该随着发动机转速和负荷的变化调整。汽车发动机的工况分为起动过程、稳定工况以及过渡工况等，根据负荷的大小，发动机的稳定工况分怠速、小负荷、中等负荷、大负荷和全负荷。此外，不同类型的燃油供给系统对混合气浓度的要求也不同。3.1起动过程发动机起动时，特别是冷起动时，汽油的雾化和蒸发条件较差，要求起动时供给非常浓的混合气，保证混合气中有足够的汽油蒸气，以便顺利起动。3.2稳定工况（1）怠速和小负荷（2）中等负荷（3）大负荷和全负荷（4）加速过程（5）减速和制动过程（二）汽油机燃油供给系统的分类按汽油喷射系统的控制方法分为机械控制式、电子控制式及机电混合控制式3种。按喷射部位的不同可分为缸内喷射和缸外喷射两种。（三）现代电控燃油喷射系统1.现代电控燃油喷射系统组成和作用2.燃油供给系统燃油供给系统可根据燃油分配管是否有燃油压力调节装置分为带回油式和无回油式。带回油的燃油供给系统油轨内压力变化，喷油压力恒定，多余的燃油从回油管回到油箱。无回油的燃油供给系统油轨内压力恒定，喷油压力变化，多余的燃油在汽油滤清器内就完成了回流。2.1燃油箱和燃油液面传感器2.2电动燃油泵电动燃油泵安装在燃油箱内，将燃油从油箱输送到发动机燃油管路，并提供足够的燃油压力和富余燃油。电动燃油泵的结构由泵体、永磁电动机和外壳三部分所组成。燃油泵的附加功能有：采用安全阀避免燃油管路阻塞时压力过分升高，使用单向阀使燃油泵停止工作时密封油路，使燃油系统保持一定残压，以便发动机下次起动容易。2.3燃油油轨燃油油轨（分配管）将汽油均匀、等压地输送到各缸喷油器。由于它的容积较大，因此具有储油蓄压、减缓油压脉动的作用。燃油油轨有方形和圆形，上面装有喷油器和燃油压力调节器，无回油式燃油供给系的燃油分配管上没有压力调节装置。2.4油压脉动缓冲器当汽油泵泵油、喷油器喷射及油压调节器的回油平面阀开闭时，都将引起燃油管路中油压的脉动和脉动噪声。燃油压力脉动太大使油压调节器的工作失常。油压脉动缓冲器的作用就是减小燃油管路中油压的脉动和脉动噪声，并能在发动机停机后保持油路中有一定的压力，以利于发动机重新起动。2.5燃油压力调节器有回路燃油供给系统的燃油压力调节器用于调节燃油系统中的燃油压力，使其与进气歧管的压力差大体上保持一个恒定的数值。它是一个膜片式溢流阀，当系统燃油压力增加，进油口内的油压超过弹簧的预紧弹力和弹簧室内空气压力的合力时，膜片被顶起，溢流阀打开，燃油通过压力调节器中央的回油口泄流回到燃油箱，燃油压力下降，直到阀关闭。2.6喷油器喷油器的作用是根据ECU指令，控制燃油喷射量。按喷油口的结构不同，喷油器可分为轴针式和孔式两种。喷油器主要由滤网、线束连接器、电磁线圈、回位弹簧、衔铁和针阀等组成，针阀和衔铁制成一体。3.进气量的计量3.1空气流量计（1）翼片式空气流量计（2）热线式空气流量计（3）热膜式空气流量计（4）光电检测涡流式空气流量计3.2进气管压力传感器3.3节气门位置传感器节气门位置传感器安装在节气门轴上，与节气门联动。其功用是将节气门的位置或开度转换成电信号传输给电控单元，作为电控单元判定发动机运行工况的依据。节气门位置传感器有开关型和线性输出型两种。3.4进气温度传感器进气温度传感器通常安装在空气流量计上，用来测量进气温度，并将温度变化的信息传输给电控单元作为修正喷油量的依据之一。进气温度传感器内部是一个热敏电阻，空气温度越低，热敏电阻的阻值越大，反之亦然。4.转速和相位测量4.1曲轴转速和位置传感器（1）磁感应曲轴位置传感器（2）光电式曲轴位置传感器（3）霍尔式曲轴转速和位置传感器该传感器由霍尔元件、永久磁铁和带缺口的叶片组成。霍尔元件是带有集成电路的半导体基片，当把霍尔元件置于磁场中并通以电流，使电流方向与磁场方向垂直。这时霍尔元件将在垂直于电流及磁场的方向产生霍尔电压。改变磁场强度可以改变霍尔电压的大小，磁场消失霍尔电压为零。4.2凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器（CPS）又称为汽缸识别传感器（CIS），为了区别于曲轴位置传感器（CPS），凸轮轴位置传感器一般都用CIS表示。凸轮轴位置传感器的功用是采集配气凸轮轴的位置信号，并输入ECU，以便ECU识别汽缸1压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆燃控制。此外，凸轮轴位置信号还用于发动机起动时识别出第一次点火时刻。因为凸轮轴位置传感器能够识别哪一个汽缸活塞即将到达上止点，所以称为汽缸识别传感器。凸轮轴位置传感器也称相位传感器。不同电控系统的相位传感器形式和原理也不尽相同，主要有磁电式和霍尔式。5.特殊工况控制5.1启动控制5.2怠速控制5.3急加速和急减速急加速会引起进气歧管内压力增大，燃油的气化率降低，进气管道内的油膜增加。喷射的燃油有一部分会凝聚在管道壁上，在短时间内使吸入汽缸的混合气变稀，直到油膜重新稳定为止。突然减速的情况刚好相反，会使得混合气变浓。此外，在动态情况下，进气管内压力变化会导致压力传感器或质量流量计不能真实反映汽缸进气量的变化。因此，在加速和减速过程中需要进行相应的燃油修正。在汽车行驶中，驾驶员快速松开加速踏板（节气门全闭）减速时，一般将燃油供应切断使发动机倒拖，发动机降到一定转速后再恢复喷油。倒拖断油可以节省燃油，但在长时间滑行断油后，催化器中充满氧气，不利于NOX的转化，需要用过浓的混合气将其中的氧气快速消耗掉。6.电子节气门6.1电子节气门组成6.2电子加速踏板6.3带有电子节气门的发动机管理系统（四）直喷式汽油机电控燃油喷射系统1.直喷式汽油机的特点直喷汽油机采用内直喷技术，就是将燃油喷嘴安装于汽缸内，直接将燃油喷入汽缸内与进气混合。喷射压力相比得到了提高，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。例如由于汽油的气化作用，燃烧室温度降低，从而提高充气系数。温度降低后，可以采用更大的压缩比且不易产生早燃、爆燃等不正常燃烧现象，并彻底消除了回火现象的发生。同时，由于对喷嘴位置、喷雾形状、进气气流控制以及活塞顶形状等进行了特别的设计，使油气能够在整个汽缸内充分、均匀的混合，从而使燃油充分燃烧，能量转化效率更高。2.直喷汽油机的燃油供给系结构燃油系统被分为低压燃油系统和高压燃油系统。燃油从低压油泵输往高压油泵并由高压油泵将燃油压力提高到1215MPa后送往油轨，最后通过电磁高压涡流喷油器喷入汽缸。当燃油压力传感器检测到燃油蓄压器的压力超过燃油压力特性场中该工况下的设定值时，ECU传输指令使装在燃油蓄压器上的燃油压力控制阀让多余的燃油泄漏，借此实现燃油压力闭环控制。为了尽可能减少油箱受热，多余的燃油不流回油箱2.1低压油泵低压油泵是一电动泵，并联一个机械式燃油压力调节器，出口压力0.35~0.45MPa。2.2高压油泵高压油泵由发动机的凸轮轴驱动，在低压油泵产生的0.35~0.45MPa基础上将燃油压力提高到12~15MPa。MED7的汽油直接喷射系统采用多柱塞泵。多柱塞泵的三个柱塞泵组件在凸轮轴的径向上等间隔排列。柱塞数目越大，流量脉动越小。当凸轮轴带动驱动轴旋转时，偏心凸轮推动泵柱塞运动，三个位置相隔120°的泵柱塞能使得燃油分配管中燃油压力变化最小化。泵柱塞向下运动时，泵油腔的体积增加，压力下降，当空心泵柱塞中的压力大于泵油腔中的压力时，进油阀打开，燃油流入泵油腔；当泵柱塞向上运动时，泵油腔中的压力上升且进油阀关闭；当泵油腔中的压力大于燃油分配管中的压力时，出油阀打开，燃油被输送至燃油分配管。2.3油轨油轨用铝材料制成管状，上面有很多开口用于连接高压油泵、喷油器、燃油压力传感器和燃油压力控制阀。由于周期性的喷油和高压油泵流量的脉动造成油轨的压力脉动，油轨需要有足够的柔度以阻止这种压力脉动，柔度主要取决于燃油的可压缩性和油轨的容量。同时油轨的压力必须按照发动机的要求迅速地得到调整，所以油轨也必须保证足够的刚度。2.4燃油压力传感器燃油压力传感器用于测定油轨中的压力。采用焊入式的不锈钢膜片作为传感元件，测量电阻以薄膜技术植入其中。调节电路、补偿电路和对比例信号输出进行评价的电路均集成于传感器壳体内。2.5燃油压力控制阀燃油压力控制阀在发动机的整个运行范围内按照特性场数据调节系统压力，而不依赖于油泵供油量和喷油器喷射油量的大小2.6电磁高压涡流喷油器喷油器的任务是在受控状态下并根据操作模式的要求尽快地使得燃油雾化。它直接安装在缸盖上，并与油轨连接。喷油器在在分层充气模式中燃油集中在火花塞的周围；而在均质稀薄充气模式和均质模式中，雾化的燃油均匀地分布在整个燃烧室中。喷油器的构造对油束特性有明显的影响。喷油器有多孔型和涡流型等。四任务实施五任务评价六思考与练习七拓展知识1.汽车动力装置及燃料的现状与发展趋势学习目标知识目标：☆知道我国的排放标准；☆知道排放系统的结构；☆知道排放污染净化系统的结构和工作原理。能力目标：☆能解释随着排放标准的提高，排放净化系统的技术改进。一.任务导入王先生在研究发动机数据表时对于排放标准和达到相应标准的方法不是很清楚，请你进行解释。二.任务分析从世界范围看，空气污染的一个重大原因是汽车尾气。汽车尾气中含有一氧化碳、氮氧化物以及对人体产生不良影响的其他一些固体颗粒，尤其是含铅汽油，对人体的危害更大。我国在20世纪80年代就开始实施汽车排放标准，随着标准的要求越来越高，汽车排放污染净化手段也越来越多。要给王先生解释清楚疑点，必须对排放系统和排放净化系统结构有一定的了解。三.相关知识（一）排放标准1.我国的排放标准从20世纪80年代初期开始采取了先易后难分阶段实施的具体方案，其具体实施至今主要分为四个阶段（国I、国II、国III、国IV）。1.1第一阶段排放标准1.2第二阶段排放标准1.3第三阶段排放标准1.4第四阶段排放标准2.欧洲的排放标准3.排放OBD标准（二）排气系统的类型和结构发动机排气系统应尽可能多地把燃烧后的废气排出汽缸，同时还兼具排气消声、废气净化等功能。直列发动机在排气行程时，缸内的废气经排气门进入排气道和排气歧管，进入排气管、催化转换器和消声器，最后由排气尾管排到大气中，这种排气系统为单排气系统。V形发动机有两个排气歧管，一些V形发动机仍采用单排气系统，通过一个叉形管将两个排气歧管连接到一个排气管上。有些V形发动机采用两个单排气系统，即每个排气歧管各自都连接一个排气管、催化转换器、消声器和排气尾管，这种布置形式为双排气系统。双排气系统降低了排气系统内的压力，使发动机排气更为顺畅，汽缸中残余的废气较少，可以充入更多的空气或可燃混合气，使发动机的功率和转矩相应提高。1.排气歧管排气歧管，一般由铸铁或球墨铸铁制造。近年来，采用不锈钢排气歧管的汽车愈来愈多，主要是不锈钢排气歧管质量小，耐久性好，同时内壁光滑且排气阻力小。2.消声器由于发动机排气具有间歇性，在排气管内会引起排气压力的脉动。排气的温度、压力和速度也很高，具有一定的能量，将其直接排放到大气中，将产生强烈的、频谱比较复杂的噪声。消声器通过逐渐降低排气压力并衰减排气压力的脉动，使排气能量和排气脉动耗散，从而降低排气噪声。排气消声器的基本结构形式有吸收式、扩张式、共振式和干涉式等，实际消声器是多种基本形式的组合（三）汽车排放污染物及净化1.汽车排放污染物汽油机从排气管排出的气体除原来空气中所包含的N2外，大部分是完全燃烧产物CO2和H20，还包括一些污染物CO，HC和NOx等。CO是不完全燃烧的产物，在汽油机中，CO主要由于混合气较浓；排出HC的原因主要是低温缸壁的冷却作用、电火花微弱不能点燃混合气而失火、气门重叠期间新鲜混合气的流出、曲轴箱窜气和燃油的蒸发等生成的不完全燃烧产物和未燃烃。NOX是在燃烧过程的高温条件下生成的，其生成量取决于氧的浓度、温度及反应时间。温度越高、氧浓度越大，生成的NOX越多。柴油机也同样有CO、HC、NOX等废气产生，与汽油机相比，柴油机的平均过量空气系数大，燃烧相对较完全，CO、HC也相对较少。由于柴油机在燃烧过程中局部温度很高，并有过量空气，NO，产生量相对较多。柴油机混合气没有汽油机混合均匀，总有部分燃料不能完全燃烧，分解为以C为主体的微粒，对人体的呼吸极为有害。炭烟由多孔性粒状物构成，是柴油在高温缺氧区脱氢反应所致。2.发动机排放污染物的净化发动机排放污染物的净化方法可以分为两大类：机内净化和机外净化。2.1机内净化机内净化是通过优化工作过程，改善可燃混合气的品质和燃烧状况，彻底减少有害气体，使排气中的有害气体减至最少。2.2机外净化（1）催化转换在排气管中安装催化转换器，当排放污染物进入排气管，流经催化转换器后，在催化剂的作用下将CO、HC和NOX转换为对人体无害的气体。催化转换器有氧化催化转换器、还原催化转换器和三元催化转换器。三元催化转换器以排气中的CO和HC作为还原剂，把NO、还原为N2和O2，同时CO和HC被氧化为CO2和H2O，是常用的催化转换器三元催化转换器多用金属外壳封闭，中间加有隔热减振层。将带有很多小孔的蜂窝状陶瓷作为载体，表面有一层薄的氧化铝中间镀层，再在其上镀以催化剂，催化剂大多用铂、钯、锗等贵金属。催化转换器的使用有一定的要求：①由于铅会使催化剂失效，要求使用无铅汽油。②温度超过350℃时才起催化反应，温度较低时转换效率急剧下降。③发动机的混合气浓度必须始终保持在理论空燃比，只允许极小的偏差才能有较好的转换效果，长期过浓或过稀都会使三元催化转换器失效。（2）二次空气在发动机冷启动和暖机过程中，混合气比较浓，并且由于催化转换器的温度太低催化转换过程不能较好地完成。为了使催化转换器的温度尽快升高，可采用推迟点火、电加热和二次空气喷射等方法。二次空气喷射就是在每缸排气门后面输入空气，可使高温废气中的HC和CO在排气管中继续燃烧，产生的热量使催化转换器尽快升温。二次空气喷射系统，一般由二次空气泵、继电器、电磁阀、单向阀等组成。空气经过滤器过滤后由二次空气泵加压，然后由单向阀等流向控制元件进入排气管或排气道。为防止高温排气进入二次空气系统，单向阀在背压较高时关闭，阻止废气倒流。（3）排气再循环排气再循环（EGR）就是通过回引部分废气与新鲜空气共同参与燃烧反应，利用废气中含有的大量惰性气体（CO2、N2、H2O等）具有较高的比热容特性，降低燃烧温度，从而达到降低NOX的目的。当这些不活泼气体被吸入燃烧室后，燃烧状况就会发生改变。大量的N2和CO2起到了稀释汽缸内反应气体的作用，从而减慢了燃烧反应速度，降低了最高燃烧温度。高热容量的水蒸气和CO2气体温度上升需吸收较多的热量，有效地降低了汽缸内的燃烧温度，使NOX生成量减少。外部EGR系统利用专门的管道将废气引入进气管，使废气与新鲜充量在进入汽缸前充分混合。它可以通过电控系统精确控制EGR率，优化发动机性能，还可以在外部系统中通过加装EGR冷却器有效降低燃烧温度。再循环的废气量由EGR阀自动控制，当EGR阀开启时，部分废气将从排气门经排气再循环通道进入进气歧管。EGR阀分机械式和电控式两种，其中机械式主要有直接控制式EGR阀和正背压式EGR阀。直接控制式EGR阀，进气管真空度经真空传送管传入膜片室。当真空度较小或没有时，在膜片弹簧的作用下，锥阀将排气再循环通道关闭。真空度较大时，膜片、膜片推杆和锥阀一起上升，将排气再循环通道打开。正背压式EGR阀，通气膜片上有一通气孔。当通气阀打开时，膜片室与大气连通。发动机转速较低或节气门开度很小时，排气压力不大，不足以克服通气阀弹簧弹力而使通气阀打开，膜片室与大气继续连通，传递到膜片室的真空度减弱或消除，锥阀保持关闭。排气压力增大时，膜片被推动向上并将通气阀关闭，使膜片室与大气的通路隔断，进气管真空度传到膜片室，吸引膜片、膜片推杆和锥阀上升，排气再循环通道开启。一般发动机EGR系统通过电磁式EGR控制阀来控制EGR背压，从而控制EGR阀的开度和排气再循环量，也有发动机直接通过电控式EGR阀来控制排气再循环量。EGR降低了发动机的有效功率，甚至导致燃烧不稳定且失火率增加。通常要求在怠速下不进行排气再循环。随着负荷的增加逐渐增加排气再循环量，在全负荷和高速下，为了使发动机有足够的动力性，也不进行排气再循环。（4）燃油蒸发控制系统汽油箱内的汽油随时都在蒸发气化，由于油箱不可能密封，且需要有调节油箱压力的装置，汽油蒸气一旦进入大气，将造成环境污染和燃油浪费。所以，必须严格控制汽油的蒸发。汽油蒸发控制系统将汽油蒸气收集和储存在炭罐内，在发动机工作时将其送入汽缸燃烧。现代车用发动机采用电子控制汽油蒸发控制系统。炭罐与油箱连接，内部装有活性炭，来自油箱的燃油蒸气经过压力控制阀进入炭罐。炭罐控制阀安装在炭罐至进气歧管的真空管路上，用于控制燃油蒸发控制系统再生气流的流量。控制器控制炭罐控制阀打开，由于进气歧管的真空作用，新鲜空气经通风口被吸入，与炭罐中饱和的燃油蒸气形成再生气流，重新引入发动机进气管。控制器根据发动机工况的不同，改变输送给炭罐控制阀电磁线圈脉冲信号的占空比，从而对再生气流的流量进行控制，该流量还受两端压力差的影响。节流阀可以确保排空活性炭罐。（5）强制曲轴箱通风（PCV）发动机工作时，有部分可燃混合气和燃烧产物经活塞环由汽缸窜入曲轴箱内从而导致曲轴箱内压力升高、机油加速变质。这些气体中含有HC及其他污染物，不能直接排放到大气中。现代车用发动机采用强制曲轴箱通风将曲轴箱内的窜气引入到进气系统，然后进入燃烧室烧掉。在PCV系统中，控制元件是PCV阀，其上端出口接进气管，下端进口接曲轴箱。一些发动机PCV阀常直接安装在汽缸盖罩上，进行曲轴箱通风。它根据发动机工况的变化，自动调节曲轴箱通风气体流量。如果机油随曲轴箱通风进入到燃烧室，会使机油油耗增加，造成发动机积炭等现象。因此，需要采取一些使油气分离的结构措施，减小随通风而消耗的机油量。如在汽缸盖罩或其他部位设计一定的迷宫结构，使机油小液滴在通过迷宫时滞留在壁面上，然后流回油底壳。四任务实施五任务评价六思考与练习七拓展知识柴油机颗粒物排放净化1.颗粒捕集器颗粒是柴油机排放的突出问题。对车用柴油机排气微粒的处理，主要采用颗粒捕集器（DPF）。颗粒捕集器过滤体的滤芯由多孔陶瓷制造，具有较高的过滤效率。排气穿过多孔陶瓷滤芯进入排气管，颗粒则滞留在滤芯上。捕集器工作一段时间后，需及时清除积存在滤芯上的颗粒，以恢复过滤体的工作能力和减小排气阻力。为此，常在过滤体入口处设置一个燃烧器，通过喷油器向燃烧器内喷入少量燃油，并供入二次空气，利用火花塞或电热塞将其点燃，将滞留在滤芯上的颗粒烧掉。2.催化再生催化再生技术是一种连续再生的方法（CRT）。将催化器与捕集器集成一整体，在过滤体的表面浸渍催化剂，此时，颗粒捕集器对颗粒的捕集与过滤体的再生同时进行。柴油机排出的废气首先经过一个氧化催化器，在CO和HC被净化的同时，NO被氧化成NO2。NO2本身是化学活性很强的氧化剂，在DPF中，NO2与颗粒进行氧化反应，变成CO，NO气态排出，大大降低了颗粒排放。现代柴油机的排气后处理要求越来越严格，常采用多种方式组合的形式。一些发动机采用四元净化方法。第一级为氧化催化器，主要将CO和HC氧化为CO2和H2O，部分NO被氧化成NO2。第二级为连续再生捕集器（CRT），完成对颗粒的捕集和过滤体再生。第三级为选择性催化还原（SCR）转化器，将还原剂氨或尿素喷入废气流，使NOX还原为N2。第四级为二级氧化催化器，去除废气中夹带的氨。学习目标知识目标：☆了解配气机构的组成；☆了解配气相位；☆了解可变配气相位技术。能力目标：☆说出配气机构的结构和工作原理；☆说出可变配气机构的结构和原理。二任务分析一任务导入DOHC是双凸轮轴配气机构的简称，要搞清楚EcotecDVVT的结构、作用和工作原理，必须对配气机构的组成、结构和工作原理熟悉，进而知道可变配气机构的类型、组成和结构。三相关知识（一）配气机构的作用配气机构的作用是按照发动机每一汽缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭各汽缸的进、排气门，使新鲜充量得以及时进入汽缸，废气得以及时从汽缸排出。在压缩与膨胀行程中，保证燃烧室的密封。新鲜充量对于汽油机而言是汽油和空气的混合气，对于柴油机而言是纯空气。（二）配气机构的总体结构气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成。现有汽车发动机均采用顶置气门，即进、排气门置于汽缸盖内，倒挂在汽缸顶上。（三）配气机构的类型1.按凸轮位置分有凸轮轴顶置式、凸轮轴下置式和凸轮轴中置式2.按传动方式分有链条传动、齿形带传动和齿轮传动3.按每缸气门数