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汽车发动机构造与维修（第二版）第1章汽车发动机总论学习目标知识目标：1.能正确描述发动机的基本结构、作用和发动机的常用术语定义；2.能简单叙述发动机基本工作原理；3.能够正确描述发动机的总体构造。第一节汽车发动机的类型及工作原理一、汽车发动机类型–往复活塞式发动机–转子式发动机–二冲程发动机–四冲程发动机–单缸发动机–多缸发动机•水冷式发动机•风冷式发动机•直列式发动机•V形发动机和对置式发动机•汽油机•柴油机•现代汽车采用：四冲程、多缸、水冷式往复活塞式转子式二冲程发动机四冲程发动机直列式发动机V形发动机二、发动机工作原理发动机的工作过程是周期性地将燃料燃烧的热能转变为机械能的过程。经过进气、压缩、作功、排气，每进行一次称为一个工作循环。曲轴旋转两周，活塞往复运动四次完成一个工作循环，称为四冲程发动机。曲轴旋转一周，活塞往复运动二次完成一个工作循环，称为二冲程发动机。单缸发动机基本结构1-机油泵；2-曲轴正时齿轮；3-凸轮轴正时齿轮；4-凸轮轴；6-排气歧管；7-进气歧管；8-进气门；9-排气门；10-化油器；11-火花塞；12-气缸盖；14-气缸；15-活塞；18-活塞销；21-飞轮；22-曲轴；24-油底壳发动机基本术语1.上止点活塞离曲轴回转中心最远处，一般指活塞上行到最高位置，一般用英文缩写词TDC表示。2.下止点活塞离曲轴回转中心最近处，一般指活塞下行到最低位置，一般用英文缩写词BDC表示。3.活塞行程（S）上、下止点间的距离。4.曲柄半径（R）与连杆下端（即连杆大头）相连的曲柄销中心到曲轴回转中心的距离（mm）。显然，S=2R。曲轴每转一周，活塞移动两个行程。5.气缸工作容积(Vh)活塞从上止点到下止点所让出的空间容积(L)。Vh=πD2s/4×106式中D——气缸直径,mm。6.燃烧室容积(Vc)活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积(L)。7.发动机排量(VL)：发动机所有气缸工作容积之和（L）。设发动机的气缸数为i，则VL=Vhi8.气缸总容积(Va)活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积（L）。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即Va=Vh+Vc9.压缩比（ε）气缸总容积与燃烧室容积的比值，即ε=Va/Vc=1+Vh/Vc它表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。一般车用汽油机的压缩比为7~10，柴油机的压缩比为15~22。四冲程汽油机工作原理1.进气行程活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动。进气门打开，排气门关闭。活塞上腔容积增大，在真空吸力的作用下，经过滤清的空气与汽油形成混合气，经进气门被吸入气缸，至活塞运动到下止点时，进气门关闭，停止进气，进气行程结束。2.压缩行程活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动。进、排气门均关闭，活塞上腔容积不断减小，混合气被压缩，至活塞到达上止点时，压缩行程结束。气体压力和温度同时升高，混合气进一步混合，形成可燃混合气。此时，气缸内压力为600~1500kPa,温度600~800K,远高于汽油的点燃温度,很容易点燃3.作功行程压缩行程末，火花塞产生电火花,点燃气缸内的可燃混合气，并迅速着火燃烧，气体产生高温、高压，推动活塞由上止点向下止点运动，再通过连杆驱动曲轴旋转向外输出作功。4.排气行程在作功行程终了时，排气门被打开，活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动。废气在自身的剩余压力和活塞的驱赶作用下，自排气门排出气缸，至活塞运动到上止点时，排气门关闭，排气行程结束。小结1.发动机自行运转之前需要外力完成进气和压缩两个冲程，通常用人力、电动机等带动发动机曲轴和运转。2.在四个冲程中只有作功冲程是活塞带动曲轴转动，其他三个冲程都是曲轴带动活塞运动。3.在整个循环过程中，进气门、排气门各开启一次。一个工作循环曲轴旋转720°（2圈）；活塞上、下运动四次（4个行程）。4.发动机着火的基本条件是油：有油，混合气浓度合适。电：能产生足够的火花,点燃可燃混合气。气：气缸有足够压力。点火正时：压缩冲程上止点前点火。配气正时：定时将进、排气门开关四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理1.进气行程曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，进气门开启，排气门关闭，气缸内活塞上腔容积逐渐增大，形成真空度，在真空吸力作用下，新鲜空气被吸入气缸。2.压缩行程曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，进气门开启，排气门关闭，气缸内活塞上腔容积逐渐减小，空气被压缩，压力、温度升高。3.作功行程压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器喷入气缸内的高压空气中，迅速汽化并与空气形成可燃混合气，柴油自行着火燃烧，气缸内压力、温度急剧升高，推动活塞由上止点向下止点运动，带动曲轴旋转作功。4.排气行程在作功终了时，排气门被打开，曲轴带动活塞由下止点向上止点运动，废气在自身的剩余压力和活塞的驱赶作用下，自排气门排出气缸。第二节发动机的总体构造•机体组•曲柄连杆机构•配气机构•供油系统•冷却系统•润滑系统•起动系统•点火系统第三节发动机的主要性能指标及编号规则一、主要性能指标包括动力性指标(有效转矩、有效功率及升功率)和经济性指标(有效燃油消耗率)。1.有效转矩发动机曲轴对外输出的转矩称为有效转矩，用Me表示，单位为N·m。2.有效功率发动机曲轴对外输出的功率称为有效功率，用Pe表示，单位为kW。它等于有效转矩与角速度的乘积。有效转矩Me和曲轴转速n可用测功器和转速计测定，然后用以下的公式计算出发动机有效功率:3.升功率在标定工况(标定功率、标定转速)下发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率称为升功率，用PL表示，单位是kW/L。4.有效燃油消耗率发动机在lh内持续发出lkW有效功率所消耗的燃油量，称为有效燃油消耗率，也称有效比油耗或有效耗油率，用ge表示，单位是g／(kW·h)。发动机型号编制举例(1)EQ6100—1型汽油机：表示二汽生产、六缸、四冲程、缸径100mm、水冷、通用型、第一种变型产品。(2)6120Q柴油机：表示6缸、四冲程、缸径120mm、水冷、车用。(3)12V135Z柴油机：表示12缸、V形、四冲程、缸径135mm、水冷、增压。第2章曲柄连杆机构的构造与维修学习目标知识目标1.能够正确描述曲柄连杆机构的组成、构造和装配关系；2.能够正确叙述曲柄连杆机构主要机件的受力情况和工作原理；3.能够正确描述曲柄连杆机构的装配要求。能力目标1.会进行易损零件检测、修理或更换；2.会进行曲柄连杆机构的装配与调整；3.能对曲柄连杆机构常见故障进行分析、判断，并能排除故障。第一节曲柄连杆机构的构造和工作原理一、概述1.曲柄连杆机构的组成机体组活塞连杆曲轴飞轮组机体组•气缸盖•气缸垫•气缸体•油底壳活塞连杆组•活塞•活塞环•活塞销•连杆曲轴飞轮组•曲轴•飞轮•扭转减振器•2.工作条件和受力分析•工作条件：•高温、高压、高速、有化学腐蚀•受力分析：•气体作用力、往复惯性力、离心力、摩擦力、外界阻力（1）气体作用力•作功行程气体压力压缩行程气体压力（2）往复惯性力与离心力（3）摩擦力任何一对互相压紧并作相对运动的零件表面之间必定存在摩擦力。物体所受摩擦力的大小与正压力和摩擦系数成正比，方向总是与物体运动的方向相反。二、机体组气缸体与气缸套气缸体的上半部有引导活塞作往复运动的圆筒，称为气缸。下半部分有供安装曲轴用的上曲轴箱，有承孔、油道、水道。气缸体的上、下表面是气缸体维修的基准。前后两个平面加工，安装正时齿轮盖和飞轮壳。气缸的排列形式对置式V形式直列式气缸有整体式和镶套式气缸套的形式干式缸套定义：其外表面不直接与冷却水接触。特点：1)壁较薄（1～3mm）；2)与刚体承孔过盈配合；3)不易漏水漏气。湿式缸套定义：其外表面直接与冷却水接触。特点：1)壁较厚（5～9mm）;2)散热效果好；3)易漏水漏气;4)易穴蚀。定位：1)径向靠上下两个凸出的、与气缸体间为动配合的圆环带。2)轴向利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。密封：1)下部靠1～3个耐热耐油的橡胶密封圈。2)上部缸套顶面高出缸体0.05～0.15mm，当气缸盖螺栓拧紧后，缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫接合处，承受较大的压紧力，具有防止水套漏水、气缸漏气和保证缸套定位的作用。气缸盖1.结构气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气门座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。燃烧室楔形燃烧室1)气门斜置，气流导流较好，充气效率高；2)有挤气—冷激面，可形成挤气涡流；3)燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO排放稍高。盆形燃烧室1）气门平行于气缸轴线；2）有挤气—冷激面，可形成挤气涡流；3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较高而NO排放较低。半球形燃烧室：1）气门成横向V形排列，气门头部直径可以做得较大，换气好；2）火花塞位于燃烧室的中部，火焰行程短，燃烧速度最高，动力性、经济性最好，是高速发动机常用的燃烧室；3）CO和HC排放最少，而NO排放较高。气缸垫作用：保证气缸体与气缸盖间的密封，防止漏水、漏气。构造：(1)金属—石棉垫(2)金属骨架—石棉垫(3)纯金属垫安装注意：金属皮的金属—石棉垫，缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形。油底壳油底壳的主要作用贮存机油并密封曲轴箱。内有稳油挡板、放油螺塞，有的还有磁铁。三、活塞连杆组活塞连杆组由活塞、连杆、活塞环、活塞销和连杆等组成。活塞功用与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室；承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋转。材料汽车发动机活塞广泛采用铝合金。质量小（为铸铁活塞的50%～70%）；导热性好（约为铸铁的3倍）；热膨胀系数大。组成可分为顶部、环槽部、裙部。活塞顶部是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。汽油机活塞的顶部形状有：（1）平顶：受热面积小，广泛采用。（2）凸顶：与半球形燃烧室配用。（3）凹顶：高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也可用凹坑的深度来调整压缩比。（4）组合顶。活塞环槽部环槽部部分切有若干道用以安装活塞环的槽。活塞裙部为活塞运动导向和承受侧压力。其型式有（1）全裙式：裙部为一薄壁圆筒。（2）拖板式：将非承压面的裙部全部去掉。活塞裙部变形活塞的变形及采取的相应措施变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。变形规律：（1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁。（2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁上厚下薄。（3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。结构措施（1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。（2）活塞横断面制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。（3）销座处凹陷0.5～1.0mm。（4）裙部开绝热—膨胀槽（“T”形或“∏”形槽），其中横槽叫绝槽，竖槽叫膨胀槽。（5）采用双金属活塞：即在活塞裙部或销座内嵌入铸钢片，以减少裙部的膨胀量。偏置销座定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面偏移1～2mm。作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击噪声。原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换向。偏置销座使活塞换向分成了两步：第一步是在气体压力较小时进行，且裙部弹性好，有缓冲作用；第二步虽气体压力大，但它是个渐变过程。为此，两步过渡使换向冲击力大为减弱。活塞环（一）气环作用：（1）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳；（2）传热：将活塞头部的热量传给气缸壁；（3）辅助刮油、布油。活塞环的间隙（1）端隙Δ1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25～0.50mm。（2）侧隙Δ2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道环因温度高，一般为0.04～0.10mm；其他气环一般为0.03～0.07m