汽车构造与原理(最详细)

1、汽车构造与原理 （发动机-001）,汽 车 总 论,1、汽车简介,汽车的概念： 汽车是由动力驱动、一般具有四个或者四个以上的车轮的非轨道承载车。,汽车总体组成： 通常汽车由发动机、底盘、车身、电气设备四个部分组成。,汽车的诞生： 卡尔本茨世界第一辆内燃机驱动三轮汽车的发明人，德国奔驰汽车公司的创始人， 设计的第一辆汽车的功率为1.103KW，最高时速为18km/h,同一年，德国人戈特利布戴姆勒改制为功率0.8千瓦的汽油内燃机四轮汽车，被称为第一辆实用汽车。因此本茨和戴姆勒被成为汽车之父。,世界汽车工业的发展及现状： 世界汽车工业发展至今总体经历了创造、发展、全盛、稳定、兼改组、再发展等过程。主

2、要分为以下三个阶段。 （1）汽车快速发展阶段 （2）汽车发展全盛时期 （3）汽车企业兼并改组，汽车产量相对稳定时期,中国汽车工业发展与现状 1）创建成长阶段（1953-1981） 2）汽车工业改革阶段（1982-1993） 3）汽车工业快速增长期（1994至今）,汽车发展趋势： 1、新型汽车动力及代用燃料的发展 2、汽车电子设备的大量应用 3、新的汽车生产方式开始形成 4、信息技术成为汽车产业的核心技术 5、汽车新材料及新工艺的大量应用,2、汽车的分类 及代号,汽车分类： 根据我国制定的有关汽车分类标准（GB/3730.12001）。 按照用途汽车分为两大类：乘用车和商用车 乘用车（不超过9座

3、）分为普通乘用车、活顶乘用车、高级乘用车、小型乘用车、敞篷车、仓背乘用车、旅行车、多用途乘用车、短头乘用车、越野乘用车、专用乘用车等11类。 商用车分为客车、货车和半挂牵引车等3类。客车细分为小型客车、城市客车、长途客车、旅游客车、铰接客车、无轨客车、越野客车、专用客车。货车细分为普通货车、多用途货车、全挂牵引车、越野货车、专用作业车、专用货车。,汽车若按发动机的位置和驱动形式可分为前置后驱(FR)、前置前驱(FF)、后置后驱(RR)、中置后驱(MR)和四轮驱动(4WD)等形式 。 宝马5系的前置后驱,奥迪A6的前置前驱,保时捷911的后置后驱,法拉利F360的中置后驱,奥迪quattro四轮

4、驱动,同样，按车身分类可以分为一箱式、二箱式、三箱式三类。按轿车顶盖可否开启分为闭式和开式 按货车设计最大总质量可分为小于3500Kg、大于3500Kg小于12000Kg和大于12000Kg三类。 按汽车动力装置类型，可分为内燃机汽车、电动汽车、燃气轮汽车。,2、汽车代号,目前世界汽车公司生产的汽车大部分都使用VIN(Vehicle Identification Number)车辆识别码。VIN码由17位字符组成，所以俗称十七位码。它包含了车辆的生产国家、厂家、年代、车型、车身型式及代码、发动机代码及组装地点等信息。正确解读VIN码，对于我们正确地识别车型，以致进行正确地诊断和维修都是十分重要

5、的。 VIN主要由三部分组成，第一部分为世界制造厂识别代号（WMI）；第二部分为车辆说明部分 （VDS）；第三部分为车辆指示部分（VIS）,第1位：生产国家代码 ：J 日本 S 英国 K 韩国 W 德国 L 中国 等。 第2位：汽车制造商代码 ：BBMW MHyundai AAudi JJeep ZMazda 第3位：汽车类型代码 (不同的厂商有不同的解释) 第48位(VDS)：车辆特征 第9位：校验位，按标准加权计算 第10位：车型年款 第11位：装配厂 第1217位：顺序号,举例： VIN：JT8UF11E6R0126347 J:日本 T：丰田汽车公司 8：载人小汽车 U：1UZ-FE 4

6、.0L V8 （发动机型号代码） F：LS400 （车型代码） 1：LS400 UCF10型 （车型与型号代码） 1：LS400/SC300 （系列/级别代码） E：四门轿车（车身类型代码） 6：VIN检验数代码 R：1994年（车型年款代码） 0：总装工厂代码 126347：出厂顺序号代码,3、汽车主要技术 参数,汽车主要尺寸参数：,汽车的主要尺寸参数包括轴距、轮距、总长、总宽、总高、前悬、后悬等。,汽车的质量参数：,（1）汽车的装载质量 （2）汽车的整备质量 （3）汽车的总质量 （4）汽车的整备质量利用系数 （5）汽车的轴荷分配,汽车主要性能指标：,1、汽车的动力性能 （1）汽车最高车速

7、（2）汽车的加速时间 （3）汽车的爬坡性能 2、汽车的经济性能 （1）汽车的燃油消耗量 3、汽车的制动性能 （1）制动的效能 （4）制动距离 （2）制动效能的恒定性 （3）制动时方向的稳定性,4、通过性能 （1）最小转弯半径,（2）汽车最小离地间隙,（4）接近角、离去角、纵向通过角,5、汽车其他使用性能 （1）环保性能 （2）货物拆卸方便性 （3）操作简易性,4、汽车行驶的基本 原理,1、汽车行驶的驱动力与行驶阻力,（1）汽车驱动力Ft Ft =Tt/r,（2）汽车的行驶阻力F 汽车行驶时需要克服各种阻力，主要有滚动阻力Ff、空气阻力Fw、上坡时的坡度阻力Fi和加速阻力Fj Ff =Wtf F

8、i=Gsin F= Ff+ Fw+ Fi + Fj,（3）汽车的行驶方程及驱动条件 行驶方程： Ft=F阻=Ff+ Fw+ Fi + Fj 驱动条件： Ft Ff+ Fw+ Fi,2、汽车行驶的附着条件及影响因素 汽车行驶的附着条件： FtF=Fz 汽车驱动-附着条件： Ff+ Fw+ Fi Ft F,驱动力大,动力性强,驱动力大,足够的附着力 （切向力）,动力性强,满足轮胎与地面的附着条件,驱动力,附着力,汽车附着力影响因素： （1）附着系数 （2）驱动轮的法向反作用力,汽车的附着力,地面附着系数,法向反作用力,行驶车速,车轮的运动状况,汽车的总体布置,行驶的状况,车身的形状,道路的坡度,路

9、面的种类和状况,本章小结： 1）汽车总体组成 2）汽车按发动机位置和驱动分类的种类 3）主要名词解释：轴距、前悬、后悬、汽车整备质量、汽车整备质量利用系数、汽车加速时间、最小转弯半径、纵向通过角 4）汽车行驶附着条件,第一章 发动机基本构造与 工作原理,1、四冲程发动机基本结构与工作原理,1.1 发动机的概念和种类,发动机概念： 发动机是一种能够把一种形式的能量转化为机械能的机器，通常是把化学能转化为机械能。 发动机种类： 1、往复式活塞发动机 2、旋转活塞式发动机（转子发动机）,1.2 四冲程汽油机基本结构与工作原理,1、四冲程汽油机基本结构：,2、四冲程汽油机基本工作原理：,四冲程发动机工

10、作过程,3、4冲程发动机主要基本学术用语 (1) 排量： 一台发动机所有气缸工作容积之和称为该发动机的排量。 气缸工作容积：Vs=D2s/4 (2) 压缩比： 压缩比表示气缸内气体压缩的程度，主要由气缸燃烧室容积比上气缸总容积表示。 =Va/Vc 现代汽油机的压缩比一般为7-11.,4、多缸发动机结构特点 单缸发动机工作原理可知，只有作功行程产生动力，其它三个行程都要消耗动力。为了维持运动，单缸发动机必须有一个贮备能量较大的飞轮。即使如此，发动机运转仍然是不平稳的，作功行程快，其它行程慢。因此，现在汽车大多采用多缸发动机。它是由若干个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力所组成。现代汽

11、车上用的较多是四缸、六缸、八缸发动机。,多缸发动机是在曲轴转角720内(四冲程发动机) ，各缸都要象单缸发动机一样完成一个工作循环。为了使发动机运转平稳，各缸作功间隔角大都均等。如四冲程六缸发动机各缸作功间隔角为： =720/6=120即曲轴每转120就有一个缸作功，各缸作功行程略有搭接，这样发动机运转与四缸发动机相比较为平稳。所以发动机缸数越多，发动机运转越平稳。,5、示功图,1.3 四冲程柴油机基本结构与工作原理,2、二冲程发动机结构特点与工作原理,概念： 二冲程发动机是指活塞在上、下止点间往复移动两个行程，完成进气、压缩、做功、排气一个工作循环的发动机。 1、二冲程汽油机结构特点与工作原

12、理 二冲程发动机与四冲程发动机相比主要是取消了进气门和排气门，由活塞圆柱面控制其开闭，并增加了扫气孔使曲轴箱和气缸向连接。,二冲程汽油机工作原理： 第一行程（换气压缩行程） 第二行程（做功换气行程）,二冲程汽油机与四冲程汽油机比较：,2、二冲程柴油机结构特点与工作原理,（1）二冲程柴油机结构特点： 二冲程柴油机与二冲程汽油机相比在气缸盖上安装了排气门和燃油泵-喷嘴，并且安装了废气涡轮增压装置，可使进气口空气加压，使新鲜空气以高压形式进入气缸，并也进一步使废气排出气缸。,（2）二冲程柴油机工作原理：,3、内燃机分类及型号,1、内燃机分类： （1）按冲程数分：二冲程内燃机、四冲程内燃机 （2）按着

13、火方式分：点燃式内燃机、压燃式内燃机 （3）按使用燃料种类分：液体燃料内燃机、气体燃料内燃机、多种燃料内燃机 （4）按进气状态分类：非增压内燃机、增压内燃机 （5）按冷却方式分类：水冷式内燃机、风冷式内燃机 （6）按气缸数分类：单缸内燃机、多缸内燃机 （7）按气缸布置分类：直列式、V型、水平对置式、W型、转子发动机,（8）按用途分类：汽车用、船用、坦克用、工程机械用等 2、内燃机型号 根据国家标准GB/T725-2008规定，我国内燃机型号由四部分组成： 第一部分：主要显示系列符号、换代标志、企业代号。 第二部份：首位表示缸数符号、第二位表示气缸布置形式（无符号表示为多缸直列或单缸、V表示为V

14、型、P表示为平卧型）、第三位表示冲程类型（E表示二冲程、四冲程不标示）、第四位表示缸径。 第三部分：首位表示内燃机的结构特征符号（无符号为水冷、F为风冷、N为凝气冷却、Z为增压等）、,第二位表示用途特征符号（无符号为通用型、Q为车用、M为摩托车用、J为铁路机车用、L为林业机械用等）；第三位表示燃料符号（无符号为柴油，P为汽油，T为天然气，CNG为天然气等） 第四部分：为区分符号 8V150Q /P 4E100FM /P 6P160Q 代表什么？,4、发动机性能指标,1、动力性能指标 （1）有效转矩： 发动机曲轴输出的平均转矩，以Te表示，单位 N.m。 （2）平均有效压力： 指单位气缸工作容积

15、所输出的有效功，以Pme表示，单位kPa 。 （3）有效功率 发动机曲轴输出的功率成为有效功率，用Pe表示（单位kW）,有效功率可由有效转矩和平均有效压力计算表示： （4）标定功率： 发动机制造厂按国家规定标定的有效功率称为标定功率。 标定功率是根据发动机用途、使用特点以及连续运转时间来确定的，我国内燃机功率标定为四级，分别为15min功率、1h功率、12h功率和持续功率。,（5）升功率： 发动机在标定工况下每升气缸工作容积所发出的有效功率，以Pc表示，单位kW/L。 2、经济性能指标 （1）燃油消耗率 每小时单位有效功率消耗的燃油量，用be表示，单位为g/(kW.h),计算公式：,（2）有效

16、热效率 燃料中所含的热量转变为有效功的比例，用e表示 计算公式为： 当测得发动机有效功率Pe和每小时的燃油消耗质量B时，e还可表示为： 一般，现代汽车的汽油机e值为0.30左右，柴油机为0.40左右。,3、运行性能指标 （1）排放指标 （2）噪音 （3）起动性能 4、可靠性欲耐久性指标 （1）可靠性 （2）耐久性,5、汽车发动机的 总体组成,汽车汽油发动机总体是在一个机体上安装一个机构（曲柄连杆机构）和六大系统（配气系统、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统），而柴油机则为五大系统，没有点火系统 （1）机体组件 主要由气缸体、气缸盖、汽缸垫组成 主要作用为构成发动机的骨架，支承

17、着发动机的所以零部件。,（2）曲柄连杆机构 主要由活塞、飞轮、连杆、曲轴组成 主要功用将活塞的往复运动转换成曲轴的圆周运动，并经曲轴对外输出动力。,（3）换气系统 主要组成空气滤清器、进排气管系、配气机构、排气消声器 主要功用按照发动机的需求定时开关气门，实现换气过程 。,（4）燃料供给系统 汽油机主要有汽油箱、输油泵、滤清器、压力调节器、电控喷油器、电控单元等 柴油机主要有柴油箱、输油泵、滤清器、高压油泵、调速器、喷油泵等 主要功用为根据发动机的需求，定时定量向发动机所需燃料。,（5）点火系统 主要由蓄电池、点火开关、点火线圈、火花塞、电控装置组成。 主要功用为按规定时刻点燃气缸内的混合气。

18、,（6）润滑系统 主要由油底壳、机油泵、机油滤清器、油压表等组成 主要功用为发动机工作起到润滑、减少摩擦的作用，并也可起到清洁、防锈的作用,（7）冷取系统 主要由冷却水泵、风扇、节温器、冷却水道组成 主要功用为保证发动机在适宜的温度下工作,（8）起动系统 主要由蓄电池、启动开关、起动马达组成 主要功用起动发动机,本章重点小结,1）四冲程发动机基本结构和工作原理； 2）衡量发动机性能主要指标； 3）汽车发动机总体组成,第二章 曲柄连杆机构与机体组件,1、机体组件,机体组件主要由机体（汽缸体和曲轴箱）、气缸盖和汽缸垫 、油底壳组成。 气缸体,气缸体一般用灰铸铁或铝合金铸成，气缸体也可称为气缸体曲轴

19、箱，因为气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。 气缸体应具有足够的强度和刚度。根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式： （1）一般式 （2）龙门式 （3）隧道式,为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作用。,对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构

20、特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到汽车的总体布置。按照气缸的排列方式不同，气缸体主要分成单列式，V型和对置式三种。,（1）直列式 发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的。单列式气缸体结构简单，加工容易，但发动机长度和高度较大。一般六缸以下发动机多采用单列式。例如捷达轿车、富康轿车、红旗轿车所使用的发动机均采用这种直列式气缸体。 （2）V型 气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角180，称为V型发动机，V型发动机与直列发动机相比，缩短了机体长度和高度，增加了气缸体的刚度，减轻了发动机的重量，但加大了发动机的宽度，且形状较复杂，加工困难，一般用于8缸以上的发动机，但也有的6缸发动

21、机也有采用这种形式的气缸体。,（3）对置式 气缸排成两列，左右两列气缸在同一水平面上，即左右两列气缸中心线的夹角 180，称为对置式。它的特点是高度小，总体布置方便，有利于风冷。这种气缸应用较少。,气缸套 气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸，整体式气缸强度和刚度都好，能承受较大的载荷，这种气缸对材料要求高，成本高。如果将气缸制造成单独的圆筒形零件(即气缸套)，然后再装到气缸体内。这样，气缸套采用耐磨的优质材料制成，气缸体可用价格较低的一般材料制造，从而降低了制造成本。同时，气缸套可以从气缸体中取出，因而便于修理和更换，并可大大延长气缸体的使用寿命。气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种,（1）干式

22、气缸套 干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为13mm。它具有整体式气缸体的优点，强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便，散热不良。,（2）湿式气缸套 湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁直接与冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为59mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，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，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。 曲轴箱 气缸体下部用来安装曲轴的部位称为

23、曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲,轴箱，故又称为油底壳图。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。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。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。,气缸盖 气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通

24、。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。,气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。,(1) 半球形燃烧室 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，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允

25、许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上被广泛地应用。 (2) 楔形燃烧室 楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动，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。气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离长些，切诺基轿车发动机采用这种形式的燃烧室。,(3) 盆形燃烧室 盆形燃烧室，气缸盖工艺性好，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。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。,3、气缸垫 气缸垫装在气缸盖和

26、气缸体之间，其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。 气缸垫的材料要有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以确保密封，同时要有好的耐热性和耐压性，在高温高压下不烧损、不变形。目前应用较多的是铜皮棉结构的气缸垫，由于铜皮棉气缸垫翻边处有三层铜皮，压紧时较之石棉不易变形。有的发动机还采用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。,安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完好程度，并且要将光滑的一面朝向气缸体。所有气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐。其次要严格按照说明书上的要求上好气缸盖螺栓。拧紧气缸盖螺栓时，必须由中央对称地向四周扩展的顺序分23

27、次进行，最后一次拧紧到规定的力矩。,4、发动机支撑 发动机一般通过机体和飞轮壳支撑在车架上，常见的支撑方式有三点式支撑和四点式支撑方式。,2、曲柄连杆机构,作用及组成 ： 曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。曲柄连杆机构由活塞连杆组和曲轴飞轮组的零件组成。 （1）活塞连杆组件 活塞连杆组件主要由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦组成。,活塞： 1活塞的功用及工作条件 活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。此外活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃

28、烧室。 活塞要求具有足够的刚度和强度，传力可靠、导热性能好，耐高温、高压，耐磨损，质量小，尽可能减小往复惯性力。 2 活塞材料 现代汽车发动机不论是汽油机还是柴油机广泛采用高强度铝合金活塞，只在极少数低速柴油发动机上采用铸铁或耐热钢活塞。,3活塞构造 活塞可视为由顶部、头部、槽部和裙部等4部分构成。 （1）活塞顶部 汽油机活塞顶部的形状与燃烧室形状和压缩比大小有关。其顶部可分为平顶、凸顶和凹顶三种。大多数汽油机采用平顶活塞，其优点是受热面积小，加工简单。采用凸顶活塞，起导向作用，有利于改善换气作用。采用凹顶活塞，可以通过改变活塞顶上凹坑的尺寸来调节发动机的压缩比。,柴油机活塞顶部形状取决于混合

29、气形成方式和燃烧室形状。在分隔式燃烧室柴油机的活塞顶部设有形状不同的浅凹坑，以便在主燃烧室内形成二次涡流，增进混合气形成与燃烧。柴油机还有另一类燃烧室，称为直喷式燃烧室。其全部容积都集中在气缸内，且在活塞顶部设有深浅不一、形状各异的燃烧室凹坑。在直喷式燃烧室的柴油机中， 喷油器,将燃油直接喷入燃烧室凹坑内，使其与运动气流相混合，形成可燃混合气并燃烧。,（2）活塞头部 活塞顶部至活塞第一道气环之间的部分，用来承受气体压力和传递热量。,（3）活塞槽部 由活塞头部以下活塞环槽部的部分称为活塞槽部。在活塞槽部用来安装气环和油环，起到密封和传热的作用，汽油机一般有三个环槽，其中为两个气环槽和一个油环槽，

30、在油环槽底部还加工有回油孔或横向切槽，油环从气缸壁上刮下来的多余机油，经回油孔或横向切槽流回油底壳。而柴油机由于压缩比比较高，安装了四个环槽，其中有三个为气环槽，一个为油环槽。 活塞环槽的磨损是影响活塞使用寿命的重要因素。在强化程度较高的发动机中，第一道环槽温度较高，磨损严重。为了增强环槽的耐磨性，通常在第,一环槽或第一、二环槽处镶嵌耐热护圈。,（3）活塞裙部 活塞裙部是指从油环槽以下的活塞部分。活塞裙部的形状应该保证活塞在气缸内得到良好的导向的作用，其次，活塞裙部使气缸与活塞之间在任何工况下都应保持均匀的、适宜的间隙。间隙过大，活塞敲缸；间隙过小，活塞可能被气缸卡住。此外，裙部应有足够的实际

31、承压面积，以承受侧向力。 发动机工作时，活塞在气体力和侧向力的作用下发生机械变形，而活塞受热膨胀时还发生热变形。这两种变形的结果都是使活塞裙部在活塞销孔轴线方向及活塞顶部的尺寸增大。因此，为了使活塞在正常工作温度时保持较均匀的间隙，避免出现在气缸内卡死或加大磨损的现象，所以:,1） 预先冷状态下把活塞裙部加工成特定的形状 2） 预先给活塞裙部开槽 3） 在活塞裙部铸入热膨胀系数低的恒范钢片。 4） 实现活塞冷却 5） 采用活塞销孔偏移结构。,活塞环： 活塞环是具有弹性开口的环，活塞环可分气环和油环两种。 （1）气环 气环的主要功用是密封和传热。保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸内的可燃混合气和

32、高温燃气漏入曲轴箱，并将活塞顶部接受的热传给气缸壁，避免活塞过热。 气环的密封原理： 当活塞环装入气缸后，在其自身的弹力作用下环的外圆面与气缸壁贴紧形成第一密封面，气缸内的高压气体不可能通过第一密封面泄漏。高压气体可能通过活塞顶岸与气缸壁之间的间隙进入活塞环的,侧隙和径向间隙中。进入侧隙中的高压气体使环的下侧面与环槽的下侧面贴紧形成第二密封面，高压气体也不可能通过第二密封面泄漏。进入径向间隙中的高压气体只能环的外圆面与气缸壁更加贴紧。最后漏入曲轴箱内的气体就很少了，一般仅为进气量的0.21.0。 气环的种类： 气环的按断面的形状可分为矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环、和桶面环等,（2）油环 油环

33、的主要功用是刮除飞溅到气缸壁上的多余的机油，并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜。既可以防止 机油窜入汽缸燃烧，又可以减少活塞、活塞环与气缸壁的摩擦阻力，同时还可以起到封气的辅助作用。 油环种类： 油环分普通油环和组合油环（钢片组合油环、螺旋撑簧油环）两种。 普通油环：这种油环应用最广泛，在环的外表面中间有环形槽，槽中钻有长方形或圆形小孔，刮下的机油经小孔流回油底壳，以便减少环与气缸壁的接触面积，提高接触压力。,组合油环： 1）钢片组合油环，这种油环由衬环、刮片环组成。它具有对缸壁接触压力高而均匀、刮油能力强、密封良好、使用寿命长等优点;但其加工费时，成本高 2）螺旋撑簧油环，这种油环是在普通油环内

34、径环面内安装一个螺旋弹簧，以增加对缸壁的接触压力，当油环磨损后弹簧能够自动补偿，使油环仍能保持良好的刮油性能。这种油环制造和安装较方便。,活塞销： （1）活塞销功用和工作条件 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面质量。 （2）活塞销内孔形状分类 活塞销内孔形状分为三类，分别为：圆柱形、两段截锥形、组合形。,（3）活塞销的连接方式 活塞销与活塞销座孔及连杆小头衬套孔的

35、连接方式有两种，分别全浮式和半浮式。,连杆组： 连杆组包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等零件。习惯上常常把连杆体、连杆盖和连杆螺栓合起来称作连杆，有时也称连杆体为连杆。,连杆组的功用及工作条件 : 连杆组的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作功行程下止点附近，最大拉伸载荷出现在进气行程上止点附近。因此，连杆体和连杆盖一般采用高强度的优质中碳钢或中碳合金钢作为其材料。,连

36、杆构造 ： 连杆由小头、杆身和大头等部分构成。 （1） 连杆小头 小头的结构形状取决于活塞销的尺寸及其与连杆小头的连接方式。在汽车发动机中连杆小头与活塞销的连接方式有两种，即全浮式和半浮式。,（2）连杆杆身 杆身断面为工字形，刚度大、质量轻、适于模锻。工字形断面的Y-Y轴在连杆运动平面内。有的连杆在杆身内加工有油道，用来润滑小头衬套或冷却活塞。如果是后者，须在小头顶部加工出喷油孔。,（3）连杆大头 连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连，连杆大头除应具有足够的刚度外，还应外形尺寸小，质量轻，拆卸发动机时能从气缸上端取出。连杆大头分为整体式和分开式，而分开式连杆大头又分为平分式和斜分式两种。,（4）连杆螺

37、栓 连杆盖和连杆大头用连杆螺栓连在一起，工作时连杆螺栓承受交变载荷，因此在结构上应尽量增大连杆螺栓的弹性，而在加工方面要精细加工过渡圆角，消除应力集中，以提高其抗疲劳强度。连杆螺栓用优质合金钢制造。,（5）连杆轴瓦 连杆大头内的瓦片式滑动轴承称为连杆轴瓦。轴瓦分为上下两个半片，在自由状态下非半圆形，通过安装如连杆大头内时，可过剩，所以两个瓦片均匀的紧贴在大头壁孔上，轴瓦材料目前多采用薄壁钢背轴瓦，在其内表面浇铸有减磨合金层，因此在连杆工作时具有很好的承受载荷和导热能力。,V型发动机连杆： V型发动机左右两个气缸的连杆安装在同一个曲柄销上，其结构随安装形式可分为并列连杆 、主副连杆 、叉式连杆。

38、,1)并列连杆 两个完全相同的连杆一前一后并列地安装在同一个曲柄销上。连杆结构与上述直列式发动机的连杆基本相同。并列连杆的优点是前后连杆可以通用，左右两列气缸的活塞运动规律相同。缺点是两列气缸沿曲轴纵向须相互错开一段距离，从而增加了曲轴和发动机的长度。 2)主副连杆 一个主连杆一个副连杆组成主副连杆，副连杆通过销轴铰接在主连杆体或主连杆盖上。主连杆大头安装在曲轴的曲柄销上。两列气缸中活塞的运动规律和上止点位置均不相同。采用主副连杆的V型发动机，其两列气缸不需要相互错开，因而也就不会增加发动机的长度。 3)叉形连杆 指一列气缸中的连杆大头为叉形；另一列气缸中的连杆与普通连杆类似，只是大头的宽度较

39、小，一般称其为内连杆。叉形连杆的优点是两列气缸中活塞的运动规律相同，两列气缸无需错开。缺点是叉形连杆大头结构复杂，制造比较困难，维修也不方便，且大头刚度较差。,(2)曲轴飞轮组件 曲轴飞轮组件主要由曲轴、飞轮及其他一些附件组成。,曲轴： （1）曲轴的功用及工作条件： 曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。曲轴在周期性变化的气体力、惯性力及其力矩的共同作用下工作，承受弯曲和扭转交变载荷。因此，曲轴应有足够的抗弯曲、抗扭转的疲劳强度和刚度；轴颈应有足够大的承压表面和耐磨性；曲轴的质量应尽量小；对各轴颈的润滑应该充分。,（2）曲轴材

40、料 曲轴一般由中碳钢和中碳合金钢模锻而成，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，最后进行精加工。现代汽车发动机广泛采用球墨铸铁曲轴。 （3）曲轴构造 曲轴一般由主轴颈、曲柄销、曲柄臂、平衡重块、主轴瓦等组成，一般由两个主轴颈、一个曲柄销、两个曲柄臂组成一个曲柄，单缸发动机的曲轴只有一个曲柄，多缸直列式发动机曲轴的曲柄数与气缸数相同，V型发动机曲轴的曲柄数等于气缸数的一半。,1）主轴颈 主轴颈是曲轴的支承部分，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气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。曲轴的支承方式一般有两种，一种是全支承曲轴，另一种是非全支承曲轴。,2）曲柄销 曲柄销也叫连杆轴颈

41、，是曲轴与连杆的连接部分。 3）曲柄臂 曲柄臂是主轴颈与曲柄销的连接部分。一般为了平衡惯性力，曲柄臂处一般铸有平衡重块，从而使曲轴旋转平稳。,4）曲轴前端及曲轴轴向定位,定时齿轮,起动爪,甩油盘,止推片,滑动推力轴承,滑动推力轴承,带轮,（4）曲柄布置与多缸发动机的工作顺序 各曲柄的相对位置或曲柄布置取决于气缸数、气缸排列形式和发动机工作顺序。当气缸数和气缸排列形式确定之后，曲柄布置就只取决于发动机工作顺序。 在选择发动机工作顺序时，应注意以下几点： 1）应该使接连作功的两个气缸相距尽可能的远，以减轻主轴承载荷和避免在进气行程中发生抢气现象。 2）各气缸发火的间隔时间应该相同。发火间隔时间若以

42、曲轴转角计则称发火间隔角。对于气缸数为 i 的四冲程发动机，其发火间隔角应为720/i,3）V型发动机左右两列气缸应交替发火。 以四冲程直列四缸发动机为例 ，其发火间隔角为720/4180。4个曲柄在同一平面内。发动机工作顺序为1-3-4-2或1-2-4-3，其工作循环见表：,若以四行程直列六缸发动机的发火顺序和曲柄布置：四行程直列六缸发动机发火间隔角为720/ 6=120，六个曲柄分别布置在三个平面内，发火顺序是1-5-3-6-2-4或1-4-2-6-3-5，其工作循环表见表：,四冲程V型六缸发动机的发火间隔角为720/6 ，3个曲柄互成120。工作顺序R1-L3-R3-L2-R2-L1。面

43、对发动机的冷却风扇，右列气缸用R表示，由前向后气缸号分别为R1、R2、R3；左列气缸用L表示，气缸号分别为L1、L2和L3，工作循环见表： 四冲程V8发动机的发火间隔角为720/890, 4个曲柄互成90。工作顺序基本上有两种：R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2和L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1,曲轴扭转减振器 当发动机工作时，曲轴在周期性变化的转矩作用下，各曲柄之间发生周期性相对扭转的现象称为扭转振动，简称扭振。当发动机转矩的变化频率与曲轴扭转的自振频率相同或成整数倍时，就会发生共振。共振时扭转振幅增大，并导致传动机构磨损加剧，发动机功率下降，甚至使曲轴断裂。为了消

44、减曲轴的扭转振动，现代汽车发动机多在扭转振幅最大的曲轴前端装置扭转减振器。汽车发动机多采用橡胶扭转减振器、硅油扭转减振器和硅油-橡胶扭转减振器等。,1）橡胶扭转减振器 减振器壳体与曲轴连接，减振器壳体与扭转振动惯性质量粘结在硫化橡胶层上。发动机工作时，减振器壳体与曲轴一起振动，由于惯性质量滞后于减振器壳体，因而在两者之间产生相对运动，使橡胶层来回揉搓，振动能量被橡胶的内摩擦阻尼吸收，从而使曲轴的扭振得以消减。橡胶扭转减振器结构简单，工作可靠，制造容易，在汽车上广为应用。但其阻尼作用小，橡胶容易老化，故在大功率发动机上较少应用。 2）硅油扭转减振器 由钢板冲压而成的减振器壳体与曲轴连接。侧盖与减

45、振器壳体组成封闭腔，其中滑套着扭转振动惯性质量。惯性质量与封闭腔之间留有一定的间隙，,里面充满高粘度硅油。当发动机工作时，减振器壳体与曲轴一起旋转、一起振动，惯性质量则被硅油的粘性摩擦阻尼和衬套的摩擦力所带动。由于惯性质量相当大，因此它近似作匀速转动，于是在惯性质量与减振器壳体间产生相对运动。曲轴的振动能量被硅油的内摩擦阻尼吸收，使扭振消除或减轻。硅油扭转减振器减振效果好，性能稳定，工作可靠，结构简单，维修方便，所以在汽车发动机上的应用日益普遍。但它需要良好的密封和较大的惯性质量，致使减振器尺寸较大。 3）硅油橡胶扭转减振器 硅油橡胶扭转减振器集中了硅油扭转减振器和橡胶扭转减振器二者的优点，即

46、体积小、质量轻和减振性能稳定等。,飞轮： 飞轮是转动惯量很大的盘形零件，其作用如同一个能量存储器。在作功行程中发动机传输给曲轴的能量，除对外输出外，还有部分能量被飞轮吸收，从而使曲轴的转速不会升高很多。在排气、进气和压缩三个行程中，飞轮将其储存的能量放出来补偿这三个行程所消耗的功，从而使曲轴转速不致降低太甚。 除此之外，飞轮还有下列功用：飞轮是摩擦式离合器的主动件；在飞轮轮缘上镶嵌有供起动发动机用的飞轮齿圈；在飞轮上还刻有上止点记号，用来校准点火定时或喷油定时以及调整气门间隙,3、曲柄连杆机构的 运动与受力,曲柄连杆机构的运动 将曲柄连杆机构的曲轴中心设为原点，曲柄半径设为R，连杆长度设为L，

47、为曲轴转角，为曲轴转速。根据力学推导，活塞的位移x，速度v，加速度a的推导公式如下： 其中为连杆比， =R/L,因此，根据活塞位移，速度，加速度的变化曲线可以得出曲柄连杆机构的运动特点如下： （1）即使曲轴做匀速运动，而活塞的速度却是不均匀的，在上、下止点处的速度为0，在=90稍前和270稍后的位置达到速度最大值。 （2）由于活塞速度的变化，导致加速度的变化，在速度为零处的加速度最大，而速度最大处的加速度为0。,曲柄连杆机构的受力分析 （1）气体作用力 发动机工作时气体作用力主要来自做功行程和压缩行程，而在进气和排气行程中气体压力较小，所以对机体的影响可以忽略。 （2）往复惯性力和离心力 发动

48、机工作时活塞在不同工况受到向下或向上往复惯性力，同时，在曲柄销和连杆大头在旋转工作时受到了离心力。 （3）摩擦力 在发动机工作时，发动机诸多零件表面都存在一定的摩擦运动，其摩擦力的大小取决与摩擦面形成的正压力和摩擦系数。一般采取润滑油来减少摩擦,4、可变气缸控制技术,概述： 可变气缸技术能够让汽车在起步、加速或爬坡等任何需要大功率输出的情况下保证全部汽缸投入工作。而在中速巡航和低发动机负荷工况下，仅运转一个汽缸组，即较少汽缸参与工作，另一排汽缸组停止工作。在中等加速、高速巡航和缓坡行驶时，发动机将会用较多汽缸来运转，保证发动机输出良好的动力。,工作原理： 全负荷工作时：在车辆起步、加速或爬坡等

49、任何需要大功率输出的情况下，该发动机将会把全部6个气缸投入工作。 怠速或低速工作时：在发动机怠速和低速工作时系统仅将运转一个气缸组，即三个气缸工作。 中负荷工作时：在中等加速、高速巡航和缓坡行驶时发动机将会用4个气缸来运转。,机体组件和曲柄连杆机构常见故障,机体组件常见故障： 1）活塞敲击缸壁 现象：活塞敲击缸壁清脆、尖锐 原因： 冷起动时，活塞与气缸的间隙较大；热机后敲缸声将会减弱 混合气燃烧不正常 点火提前角增大 活塞裙部磨损严重，圆柱误差较大 缸筒和活塞磨损严重。间隙过大 排除：拆卸气缸进行检修，并更换汽缸套,2）汽缸垫漏水漏气 现象： 汽缸垫漏气时，发动机转速和功率下降 汽缸垫流水时，

50、造成即有乳化，排出排气管，出现“突突”响声 原因： 汽缸垫装配时不平整，位置不正确 固紧汽缸盖时，未按规定的次序及力矩拧紧螺钉，致使汽缸垫封闭不严 汽缸垫安装时沾有杂物或者污物，致使汽缸垫封闭不严 发动机长时间燃烧时不正常，如爆燃或过热导致汽缸垫烧蚀。,排除：更换汽缸垫，并按规定的力矩及次序安装汽缸垫 3）气缸拉缸 拉缸就是气缸臂沿活塞运动的方向，出现深浅不一的沟纹，刮痕 现象： 气缸拉伤后，出现敲缸声 机油或汽油中含有杂质，导致润滑不良 缸壁油膜在高温下被破坏，出现干摩擦 排除： 检测气缸压力，若出现某缸压力过低，便检测缸筒尺寸，若出现拉伤缸筒，则需更换。,本章重点小结： 1、机体组件的构成

51、； 2、气缸体的种类可以分为一般式、龙门式、隧道式；气缸套可分为干式和湿式；汽油机的燃烧室可分为半球形、锲形、浴盆形燃烧室。 3、曲柄连杆结构包括活塞连杆组件和曲柄连杆组件 4、活塞环的分类及其功用； 5、多缸发动机的点火顺序； 6、曲柄连杆机构的受力种类及受力分析,第三章 换气系统与换气过程,1、换气系统的作用与 组成,换气系统功用： 根据发动机各缸的工作循环和着火次序实时地打开或关闭各气缸的进、排气门，使足量的纯净空气或燃油与空气的混合气及时的进入气缸，同时并及时将废气排出。 换气系统的构成： 换气系统主要由空气滤清器、进气管系、配气机构、排气管系和消声系组成。,1、空气滤清器 （1）空气

52、滤清器的作用及组成 空气滤清器是对空气进行净化的装置，它由壳体和滤芯组成，滤芯布置在壳体内。 （2）空气滤清器种类及工作原理 1）惯性式空气滤清器 工作原理是利用气流的高速旋转的离心作用，将空气种的杂质分离。 2）过滤式空气滤清器 工作原理是利用滤芯材料滤除空气的尘埃和杂质，其中滤芯可分为纸滤芯和铁丝滤芯，而纸质滤芯又可进一步分为干式和湿式，其中汽车较多使用干式,恒温进气装置 功用：根据发动机运行情况，调节进气温度，将温度控制在35-40之间，减少排放污染。,2、进气管系 进气管系由进气总管和进气支管组成。 （1）进气总管 进气总管是指从空气滤清器到进气支管之间的管道，其中在进气总管与进气支管

53、连接处通常有一个气室，用来减少因节气门频繁变化而产生的进气脉冲 （2）进气支管 进气支管是指进气总管后向各气缸分配的空气的支管，由于考虑到对有化油器的汽车，防止可燃混合气体在进气支管凝结成液体，因此，进气支管需要进行加热，加热方式有：,1）利用陶瓷加热器加热 2）利用高温排气加热 3）利用循环冷却液加热,3、排气管系 排气管系同进气管系类似，也是由排气支管和排气总管组成。其主要作用是汇集发动机各缸的废气，使之排入大气中。 排气系统根据排气管数可分为单排气系统和双排气系统。其中，直列发动机一般采用单排气系统，而v型发动机可采用单排气系统，也可采用双排气系统。 4、催化转化器 催化转换器(Cata

54、lytic Converter)，又叫催化净化器。该装置安在汽车的排气系统内，其作用是减少发动机排出的大部分废气污染物。,三元催化转换器由一个金属外壳，一个网底架和一个催化层(含有铂、铑等贵重金属)组成，可除去HC(碳氢化合物)、CO(一氧化碳)和NOx(氮氧化合物)三种主要污染物质的90%(所谓三元是指除去这三种化合物时所发生的化学反应)。当废气经过净化器时，铂催化剂就会促使HC与CO氧化生成水蒸汽和二氧化碳；铑催化剂会促使NOx还原为氮气和氧气。 5、消音器 （1）消声器的功用和工作原理 汽车消声器的功用是减少因发动机的排气间隙性，而产生的气流脉冲噪声，并同时消除废气中的火,焰或火星。 消

55、声器的工作原理是通过多次改变排气气流方向，或者重复使气流通过收缩又扩大的断面，或者气流分割成许多小的支流沿不平滑的平面流动等方法来消除废气中的能量，从而降低噪音。 （2）消声器的结构,2、配气机构,1、配气机构的功用： 配气机构是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜充量得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出；在压缩与膨胀行程中，保证燃烧室的密封。 2、配气机构总体组成及工作原理： 配气机构主要由气门组件、气门驱动机构、进排气凸轮轴、凸轮轴传动机构组成。其中气门组件主要由进、排气门、气门座、气门弹簧、气门锁夹、气门导管组成；气门驱动机构

56、主要由挺柱、摇臂、挺杆组成；凸轮轴传动机构曲轴正齿带轮凸轮轴传动带轮、齿形带、张紧轮等组成。,工作原理： 发动机工作时，凸轮轴是由曲轴通过正时齿轮驱动的。当凸轮的凸起部分顶起挺柱(杆)时，通过推杆、调整螺钉使摇臂摆动，在消除气门间隙s后，压缩气门弹簧，使气门开启。应当指出，由于摇臂的两臂不等长(ab)，它们使摇臂绕着摇臂轴摆动时，左右两侧升程不同。当凸轮的凸起部分离开挺杆后，气门便在弹簧张力的作用下压紧在气门座上，这时气门关闭。,一个四冲程发动机凸轮轴转2周，曲轴转几周？ 四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴转两周，各缸的进、排气门各开启一次，即凸轮轴只须转一周。因此，曲轴与凸轮轴的转速比为2

57、：1。,3、配气机构分类 （1）按气门布置分类： 按气门布置分可分为侧置气门式和顶置气门式,（2）按凸轮轴布置分 按凸轮轴布置可分为下置凸轮轴配气机构、中置凸轮轴配气机构、顶置凸轮轴配气机构。,（3）按曲轴和配气凸轮轴的传动方式分 按曲轴和配气凸轮轴的传动方式可分为齿轮传动、链传动和齿带传动。,（4）按每缸气门数目分类 按每气缸气门数可分为2气门、3气门、4气门和5气门。,4、配气机构主要组件和零件 配气机构组成：,配气机构,气门组件,凸轮轴组件,凸轮轴传动机构,气门驱动机构,（1）气门组件 气门组件主要由气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门锁夹零件组成。 要求： 气门头部与气门座贴合严密；

58、 气门导管与气门杆上下运动有良好的导向； 气门弹簧的两端面与气门杆的中心线相垂直； 气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的运动惯性。,1）气门 组成：气门头部、杆身和气门盘组成 功用：头部是用来密封气缸的进、排气通道；杆部是用来为气门的运动导向。 工作条件：受高温、气体压力、气门弹簧力以及传动零件惯性力的作用。 材料：进气门：中碳合金钢、耐热合金钢； 排气门：耐热合金钢；,气门头部的结构形式：,气门锥角： 概念：气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面的夹角。 锥角作用： A、获得较大的气门座合压力，提高密封性和导热性。 B、气门落座时有较好的对中、定位作用。 C、避免气流拐弯过大而降低流速。,边缘应保持一定的厚度，13mm。,2）气门座 气门座概念： 气缸盖的进、排气道与气门锥面相结合的部位。 作用： 靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。接受气门传来的热量。,气门座,气门座圈： 以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。 镶嵌式气门座特点： 优点：提高气门座的使用寿命，便于更换。 缺点：导热性差，加工精度高，脱落时易造 成严重事故。 汽油机：排气门采用镶嵌式气门座 柴油机：进气门采用镶嵌式气门座,气门