项目一发动机总体构造.

项目一发动机总论知识目标：1.掌握发动机的作用、类型和型号编制规则；2.了解发动机的主要性能指标；3.了解发动机的燃烧过程；4.掌握发动机的基本术语和作原理。发动机是将其他形式的能量转变为机械能的一种机械装置。汽车所采用的发动机是内燃机。内燃机是燃料在发动机内部燃烧的一种热力机。内燃机每实现一次热功转换，都要经历一系列连续的工作过程，构成一个循环，否则，就不能实现热功的转换。本项目主要介绍四冲程往复活塞式汽油发动机和柴油发动机的总体构造、基本术语、工作原理、发动机基本理论，发动机总成从汽车上拆卸和安装及发动机主要性能指标等内容。一、发动机类型发动机是将某种能量转变为机械能的一种机器。它是汽车的心脏，是汽车的动力源。现代汽车用发动机主要采用的是往复活塞式内燃机。它是将燃料在气缸内燃烧，使热能直接转变成机械能的机器。活动一发动机总体构造汽车用发动机可以根据不同的特征来分类。1.按活塞的运动方式分类按活塞运动方式的不同，活塞式内燃机可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。前者活塞在气缸内做往复直线运动，后者活塞在气缸内做旋转运动。2.按所用的燃料种类分类根据所用的燃料不同，发动机主要分为汽油发动机（简称汽油机）、柴油发动机（简称柴油机）和气体燃料发动机3类。汽油机以汽油为燃料，柴油机以柴油为燃料，而使用天然气、液化石油气和其他气体燃料的发动机称为气体燃料发动机。3.按点火方式分类根据点火方式不同，发动机可分为点燃式和压燃式2种。点燃式发动机利用电火花使可燃混合气着火，如汽油机。压燃式发动机则是通过喷油泵和喷油器，将燃油直接喷入气缸，使其与在气缸内经压缩后升温的空气混合，使之在高温下自燃，如柴油机。4.按冷却方式分类根据冷却方式不同，发动机可分为水冷式和风冷式2种。水冷式发动机以水或冷却液为冷却介质，而风冷式发动机以空气为冷却介质。汽车发动机多采用水冷式。5.按活塞行程数分类在发动机气缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转变成机械能的一系列连续过程（进气、压缩、做功、排气）称发动机的一个工作循环。对于往复活塞式发动机，可以根据每一个工作循环所需的活塞行程数来分类。凡活塞往复4个单程完成一个工作循环的称为四冲程发动机；活塞往复两个单程即完成一个工作循环的则称为二冲程发动机。汽车发动机多为四冲程发动机。目前，应用最广、数量最多的汽车发动机为水冷式四冲程往复活塞式内燃机。其中，汽油机用于轿车和轻型客、货车上，而大客车和中、重型货车发动机多为柴油机。不少轿车和轻型客、货车发动机也用柴油机作动力，但以风冷或二冲程活塞式内燃机为动力的汽车为数不多。图1-1发动机整体结构二、发动机总体构造发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂的机器，其结构形式很多。由于发动机的基本原理相似，故基本构造也大同小异。传统汽油机通常由两大机构、五大系组成，而柴油机由两大机构、四大系组成。两大机构是指曲柄连杆机构和配气机构，五大系是指燃料供给系、冷却系、润滑系、点火系（柴油机无此系）和起动系。图1-1所示为发动机的总体结构，图1-2所示为发动机内部结构。图1-2发动机内部结构（一）两大机构1．曲柄连杆机构曲柄连杆机构包括机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。该机构是发动机借以产生动力，并将活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力的机构。2．配气机构配气机构包括气门组和气门传动组。其作用是使可燃混合气及时进入气缸，并在燃烧后及时将废气从气缸中排出。（二）五大系1．燃料供给系汽油机的燃料供给系由汽油箱、汽油滤清器、汽油泵、化油器（节气门体）、喷油器、供油管（燃油喷射式发动机）、空气滤清器和进气歧管等组成。其作用是向气缸内供给已配好的可燃混合气（缸内喷射式发动机为空气），并控制进入气缸内的可燃混合气的数量，以调节发动机的输出功率和转速，最后将燃烧后的废气排出气缸。柴油机燃料供给系由柴油箱、输油泵、喷油泵、柴油滤清器、喷油器、进排气管和排气消声器等组成。其作用是定时向气缸内喷入一定数量和一定压力的柴油，以调节发动机输出的功率和转速，最后将燃烧后的废气排出气缸。2．冷却系冷却系有水冷和风冷2种，现代汽车一般都采用水冷式。由水泵、散热器、风扇、节温器、水套等组成。其作用是利用冷却水冷却高温零件，并通过散热器将热量散发到大气中去，从而保证发动机在最适宜的温度范围内工作。3．润滑系润滑系由机油泵、集滤器、滤清器、油道、油底壳、调压阀和安全阀等组成。其作用是将润滑油分送至各个摩擦零件的摩擦面，以减小摩擦力，减缓机件磨损，并清洗、冷却摩擦表面，从而延长发动机使用寿命。4．点火系汽油机传统点火系包括电源（蓄电池和发电机）、分电器、点火线圈和火花塞等。其作用是按一定时刻向气缸内提供电火花，以点燃缸内的可燃混合气。5．起动系由起动机及附属设备组成。其作用是带动飞轮旋转以获得必要的动能和起动转速，使静止的发动机起动并转入自行运转状态。三、发动机基本术语发动机的基本术语如图1-3所示。图1-3发动机基本术语1.上止点上止点是指活塞离曲轴回转中心最远处，即活塞的最高位置。活塞在上止点处，运动速度为零。2.下止点下止点是指活塞离曲轴回转中心最近处，即活塞的最低位置。活塞在下止点处，运动速度为零。3.活塞行程上、下止点间的距离S称活塞行程。4.曲柄半径曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离R（即曲轴的回转半径）称曲柄半径。曲轴每回转一周，活塞移动2个活塞行程。对于气缸中心线通过曲轴回转中心的发动机，S＝2R。5.活塞冲程活塞由一个止点到另一个止点运动一次的过程称活塞冲程。6.气缸工作容积气缸工作容积是指活塞上、下止点间的容积，也称气缸排量，以Vh表示。7.发动机工作容积发动机工作容积是指各气缸工作容积的总和，也称发动机排量，以VL表示。VL＝Vhi＝πD２/4×10６S（L）式中D—气缸直径（mm）；S—活塞行程（mm）；i—气缸数。8.燃烧室容积燃烧室容积是指活塞在上止点时，活塞顶上面的空间容积以Vc表示。9.气缸总容积气缸总容积是指活塞在下止点时，活塞顶以上的空间容积以Va表示。Va＝Vh＋Vc10.压缩比气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，以ε表示。ε＝Va/Vc＝(Vｈ＋Vc)/Vc＝1＋Vh/Vc压缩比表示活塞由下止点移动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。压缩比愈大，压缩终了时气缸内的压力和温度就愈高。目前，一般车用汽油机的压缩比约为7～12，柴油机的压缩比一般为16～22。11.工作循环发动机将热能转变成机械能的过程，是通过进气、压缩、做功和排气4个连续过程组成的封闭过程来实现的。周而复始地进行这4个过程，发动机才能持续做功。在发动机气缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转变成机械能的一系列连续过程（进气、压缩、做功、排气）称发动机的一个工作循环。活动二发动机工作原理四冲程发动机的一个工作循环包括4个活塞行程，即进气、压缩、做功和排气。四冲程发动机的每个气缸都进行这种循环，但进行的时间不同。各缸做功行程错开，可使发动机输出功率连续平稳。一、四冲程汽油机的工作原理（一）工作原理1．进气行程为使发动机做功，必须将汽油和空气混合形成可燃混合气，而后吸入气缸，这就需要一个进气行程。在进气行程中，进气门打开，排气门关闭。活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动，如图1-4所示。由于活塞下移，活塞上方的空间容积增大，气缸内的气体压力降至大气压力以下，形成一定的真空度。在真空吸力的作用下，可燃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。由于进气系统有阻力，进气终了时气缸内压力比大气压力要低，约为0.08～0.09MPa，且气缸壁、活塞等高温机件的传导及残留高温废气的加热，气体温度有所升高，气体温度约为320～380K。图1-4进气行程图1-5压缩行程2．压缩行程为了使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧，产生较大的压力，从而使发动机产生较大的功率，在燃烧前将可燃混合气压缩，使其体积缩小、密度加大、温度升高，即要有压缩过程。在压缩行程中，进、排气门全部关闭，活塞在曲轴带动下，由下止点向上止点运动，如图1-5所示。随着活塞的上移，活塞上方的空间容积不断减小，混合气被压缩，至活塞到达上止点时压缩行程结束。压缩终了时气缸内的气体压力约为0.8～1.5MPa，温度约为600～750K。3．做功行程压缩行程末，火花塞产生电火花，点燃气缸内的可燃混合气。此时，进、排气门均关闭，活塞刚开始下移，燃烧着的气体不能及时充分地膨胀，其压力和温度都迅速地升高，达到的最高压力约为3.0～5.0MPa，相应的温度可达2200～2800K。缸内的高压气体推动活塞向下移动，通过连杆驱动曲轴旋转而做功，如图1-6所示。至活塞到达下止点时，做功行程结束。做功终了时，气缸内气体压力约为0.35～0.5MPa，温度约为1200～1500K。图1-6做功行程图1-7排气行程4．排气行程可燃混合气燃烧做功后变成废气。为使发动机能继续工作必须把废气排出气缸，以便为下一个进气行程做准备，这就需要一个排气行程。在排气行程中，排气门打开，进气门关闭。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下，经排气门排出气缸，如图1-7所示。至活塞到达上止点时，排气门关闭，排气行程结束。排气终了时，由于燃烧室容积的存在，气缸内还存在少量废气，称残余废气。气体压力也因排气系统有阻力而高于大气压。此时，气缸内气体压力约为0.105～0.12MPa，温度约为900～1100K。排气行程结束后，进气门再次开启，又开始下一个工作循环。如此周而复始，发动机就连续运转。（二）工作循环的特点由上述四冲程汽油机的工作原理可知，四冲程汽油机工作循环具有以下特点：1．发动机每完成一个工作循环曲轴转2圈（720°），进、排气门各开启1次，活塞在上、下止点间移动4次，每一行程曲轴旋转半圈（180°）。2．在4个行程中，只有做功行程产生动力，其余3个行程则是为做功行程作准备的辅助行程，还消耗一定能量。可见，曲轴的转速是不均匀的，即发动机的运转是不平稳的。3．混合气是利用电火花点燃的。4．发动机起动时必须有外力将曲轴带动。（三）多缸发动机的结构特点由于单缸发动机功率小，转速不均匀，工作时振动大，现代汽车发动机基本上不用单缸发动机，都采用多缸发动机，用得最多的是四缸、六缸和八缸等发动机。多缸四冲程发动机则是在曲轴转角720°内，各缸都要像单缸发动机一样完成一个工作循环。如六缸发动机，曲轴每转120°就有一个缸做功；四缸发动机，曲轴每转180°就有一个缸做功。这样，发动机的运转就比单缸发动机平稳得多。多缸发动机各缸做功行程发生的顺序，称为发动机的工作顺序或发火顺序，如国产直列六缸发动机的工作顺序为1-5-3-6-2-4；直列四缸发动机的工作顺序为1-3-4-2或1-2-4-3。多缸发动机是由多个结构相同的气缸组成的，它们一般共用一个机体、一根曲轴。曲轴的曲柄布置应该使各缸做功行程均匀分布在720°曲轴转角内。如直列四缸发动机曲轴相邻工作缸的曲柄夹角为180°，曲轴每转180°便有一个气缸做功；直列六缸发动机曲轴每转120°便有一个气缸在做功。气缸数越多，发动机工作越平稳，但结构也越复杂。图1-8单缸四冲程柴油机工作原理二、四冲程柴油机的工作原理四冲程柴油机和四冲程汽油机一样，每个工作循环也是由进气、压缩、做功和排气4个行程组成。但柴油和汽油性质不同，柴油机在可燃混合气的形成、着火方式等方面与汽油机有着较大的区别。这里主要介绍柴油机与汽油机工作原理的不同之处。图1-8所示为单缸四冲程柴油机工作原理示意图。（1）进气行程活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动，吸入气缸的是纯空气，而不是混合气。进气终了时，气缸内气体压力约为0.085～0.095MPa，温度约为310～340K。（2）压缩行程活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动纯空气被压缩。由于柴油机压缩比大，压缩终了时的温度和压力都比汽油机高，其压力可达3～5MPa、温度可达750～1000K。（3）做功行程此行程与汽油机有很大的不同。压缩行程末喷油泵泵出的高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的