汽车发动机

汽车发动机构造与维修一、发动机组成•1、曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要零件。由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等三部分组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。2、配气机构配气机构的功用是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。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。3、燃料供给系汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，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；柴油机燃料供给系的功用是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。4、冷却系冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。•5、点火系统在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。6、润滑系润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。•7、启动系启动系要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的启动。完成启动过程所需的装置，称为发动机的启动系。第一章总体构造及工作原理•二、发动机的分类•1、按照所用燃料分类•内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。•2、按照行程分类•内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机。•3、按照冷却方式分类•内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。•4、按照气缸数目和排列型式分类•5缸以下的发动机的气缸多采用直列方式排列，少数6缸发动机也有直列方式的。大多6到12缸发动机采用V形排列。•5、按照进气系统是否采用增压方式分类•内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。•6、转子发动机以上介绍的都属于一般的往复式活塞发动机。工作时活塞在气缸里做往复直线运动，为了把活塞的直线运动转化为旋转运动，必须使用曲柄连杆机构。还有一种知名度很高，但应用很少的发动机，转子式发动机。它采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放，与传统的活塞往复式发动机的直线运动迥然不同。直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与传统的发动机相比，转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，重量较轻，而且振动和噪声较低，具有较大优势。第二节发动机的工作原理•一、四冲程汽油机工作原理•活塞在气缸内往复四个行程（相当于曲轴旋转两周）完成一个工作循环的发动机，称为四冲程发动机。四冲程发动机每个工作循环中的四个活塞行程分别为进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程。•1．进气行程•活塞在曲轴带动下由上止点向下止点运动，气缸容积增大，产生真空，此时，进气门打开，排气门关闭。空气与汽油混合后经进气道和进气门被吸入气缸，直到活塞达下止点时，进气门关闭，进气行程结束。进气终了时气缸内气体压力约为0.075-0.09MPa，混合气的温度升高到370~440K。•在示功图（动画）上，进气行程用曲线ra表示。曲线ra位于大气压力线的纵座标以下，它与大气压力线纵座标之差即表示气缸内的真空度。•2．压缩行程•为了使得吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩。所以在进气行程结束时，活塞在曲轴继续带动下，从下止点向上止点运动，进气门和排气门均关闭，可燃混合气被压缩后密度增大、温度升高，并使混合气进一步混合均匀。•在示功图（动画）上，压缩行程用曲线ac表示。压缩终了时，活塞到达上止点，此时，混合气被压缩到活塞上方的燃烧室中。可燃混合气压力升高到0.6-1.2MPa，温度为600-800K。压缩比越大，则压缩终了时气缸内的压力和温度就越高，燃烧速度越快，发动机发出的功率越大，经济性越好。•但压缩比太高，容易引起爆燃（不正常燃烧现象）。现代汽油发动机压缩比一般为6~10。•3．做功行程•在这个过程中，进、排气门仍然关闭。当活塞接近上止点时，火花塞产生电火花点燃被压缩的可燃混合气，并迅速燃烧放出大量热能，使气体的温度和压力迅速升高而膨胀，所能达到的最高压力约3-5Mpa，相应的温度为2200-2800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，除了用于维持发动机本身继续运转外，其余用于对外做功。•示功图（动画）曲线zb表示活塞向下运动时，气缸内容积增加，气体压力和温度都降低。在作功行程终了的b点，压力降至0.3~0.5Mpa，温度则降为1300~1600K。•4．排气行程•当膨胀接近终了时，排气门开启，进气门仍关闭，靠废气剩余压力进行自由排气，活塞到达下止点再向上止点运动时，继续将废气强制排到大气中。活塞到达上止点附近时，排气行程结束。•示功图（动画）上用曲线br表示。排气终了时，由于燃烧室容积的存在，气缸内还存有少量的废气，气体压力也因排气系统存在排气阻力而略高于大气压力。此时，气体压力为0.105~0.115Mpa，温度为900~1200K。•综上所述，四冲程汽油发动机经过进气、压缩、燃烧做功和排气四个行程，完成一个工作循环。这期间活塞在上、下止点间往复运动了四个行程，相应地曲轴旋转了两周。二、四冲程柴油机工作原理•柴油机所用的燃料是柴油、其粘度比汽油大、不易蒸发，而自燃温度比汽油低，故可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。•1．进气行程•柴油机在进气行程吸入的是纯空气。由于进气阻力比汽油机小，上一行程残留的废气温度也比汽油机低，进气行程终了的压力为0.075~0.095Mpa，温度为320~350K。进气行程•2．压缩行程•压缩的是纯空气，在压缩行程接近终了时，由于柴油机的压、缩比高（一般为16~22），所以压缩终了时气缸内空气温度和压力都比汽油机高，压力可达3~5Mpa，同时温度高达800~1000K。压缩行程•3．做功行程•此行程与汽油机有很大差异，柴油经喷油泵将油压提高到10Mpa以上，经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温高压空气中，被迅速汽化并与空气混合，形成可燃混合气（可燃混合气是在气缸内部形成）。由于此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度，（约500K左右），柴油混合气便立即自行着火，且此后一段时间内边喷油边燃烧，气缸内压力和温度急剧升高，推动活塞下行做功。做功行程中，瞬时压力可达5~10Mpa，瞬时温度可达1800~2200K，做功行程终了时，压力为0.2~0.4Mpa，温度为1200~1500K。做功行程•4．排气行程•此行程与汽油机基本相同。排气行程终了的气缸压力为0.105~0.125Mpa，温度为800~1000K。排气行程三、四冲程发动机工作特点•每个工作循环曲轴转2周（720°），每一行程曲轴转半周，（180°）。四个行程中，只有一个行程做功，其他三个行程是为做行程做准备工作的辅助行程，都要消耗一部分能量。发动机起动时的第一循环，必须有外力将曲轴转动，以完成进气和压缩行程；做功行程开始后，做功能量便通过曲轴储存在飞轮内，以维持以后的行程和循环得以继续进行。四、转子发动机工作原理•转子发动机采用三角转子旋转运动来完成工作循环，与往复活塞式发动机活塞的直线运动迥然不同。转子发动机直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩，取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，重量较轻，而且振动和噪声较低，运转平稳，具有较大优势。但由于从生产装配到维护修理，转子发动机都与传统的发动机大不一样，开发成本大。加上往复式活塞发动机在功率、重量、排放、能耗等方面都比过去有了显著提高，转子发动机没有显出明显的优势，因此各大汽车企业都没有积极性去开发利用。•1）结构特点：•转子发动机有一个转子而不是活塞，它之所以被称为转子发动机，是因为转子作行星运动而不是往复运动。转子形状类拟一个三角形，在一个具有双弧长短弧旋门线外形的特殊几何形状的气缸壁旋转。2）工作情况（见动画）进气孔打开时，混合气进入工作室，转子带动混合气运动，压缩混合气使工作室变小，在压缩到顶点时达到最小，这时混合气被点燃，受热膨胀的气体对转子施加作用力，产生能量脉冲而推动转子转动，这个能量脉冲也叫做膨胀。当转子顶端露出排气孔，废气被排到室外。这就完成了一个工作循环。这是转子发动机的一个工作循环，其中包括四个过程，即进气、压缩、膨胀做功和排气过程。五、国产内燃机型号编制规则如下表：•内燃机作为一种动力装置在各类机械中得到了广泛应用，为了便于内燃机产品的设计、生产、使用及维修，我国于1982年颁布于新的国家标准(GB725-1982)，对内燃机产品的名称飞型号及编制规则进行了规范广该标准的主要内容如下：•(1)内燃机产品的名·称均按所采用的燃料类型命名，例如柴油机、汽油机、石油天然气发动机等。•(2)内燃机型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。•(3)内燃机型号由四部分组成，其排列顺序及符号意义如上面框图所示例：•型号编制举例•(1)汽油机1E65F：表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型4100Q-4：表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品•(2)柴油机195：表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型165F：表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型发动机的主要性能指标和特性•一、发动机的主要性能指标•指示指标和有效指标。•指示指标用来评价发动机实际工作循环的好坏，以及燃料的热能转变为功的完善程度。以发动机曲轴对外输出功率为基础的指标称为有效指标。•1、有效转矩Me和有效功率Pe发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，用Me表示，有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率，用Pe表示，它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的有效功率可以用台架试验方法测定，即用测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后运用以下的公式便可计算出发动机的有效功率。Me＝Te·(2∏·n／60)／1000＝Te·n／9550(kW)其中：Te——有效转矩，N·mn——发动机转速，r／min有效转矩的最大值称为最大转矩，有效功率的最大值称为最大功率。•2、有效耗油率gege是有效经济性指标。它是发动机每发出一千瓦的有效功率，在一小时内所消耗的燃油克数。二、发动机的特性•汽车的效率大小很大程度上决定于发动机的性能。当发动机运转的时候，其功率、扭矩和耗油量这三个基本性能指标都会随着负荷的变化而变化。这些变化遵循一定的规律，将这些有规律的变化描绘成曲线，就有了反映发动机特性的曲线图。根据发动机的各种特性曲线，可以全面地判断发动机的动力性和经济性。反映发动机运行状况常用速度特性和负荷特性。•1、速度特性发动机的速度特性曲线，表示有效功率Pe（千瓦）、扭矩Me（牛顿米）、比燃料消耗量ge（克/千瓦小时）随发动机转速n而连续变化的表现。发动机的速度特性是在制动试验台架上测出的。保持发动机在一定节气门开度情况下，稳定转速，测取在这一工况下的功率、比耗油等，然后调整被测机载荷（扭距变化），使发动机转速改变，再测得另一转速下的功