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发动机的构造及工作原理机械工业出版社模块一发动机定义内燃机是将液体和气体燃料与空气混合后在内燃机内燃烧而产生热能，再将热能转化为机械能的机械。现代拖拉机汽车多采用往复活塞式内燃机。这种发动机具有热效率高、结构紧凑、体积小、便于拆装、起动性能良好等优点。发动机分类按使用燃料不同分按工作循环分按冷却方式分按气门布置位置分按气缸排列方式分按气缸数目分汽油机柴油机四冲程发动机二冲程发动机水冷式发动机风冷式发动机顶置气门式发动机侧置气门式发动机直列式发动机单缸发动机多缸发动机发动机分分类V型和对置式发动机燃气机四冲程发动机的工作原理柴油机发动机主要包括曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统和起动系统等组成。汽油发动机多了点火系统。一、发动机的一般构造和基本名词术语（一）发动机的一般构造（二）基本名词术语1、上止点：指活塞在气缸内运动，其活塞顶部达到最高点处的位置，称为上止点。即活塞顶部距离曲轴回转中心最远处。2、下止点：指活塞在气缸内运动，其活塞顶部达到最低点处的位置，称为下止点。即活塞顶部距离曲轴的回转中心最近处。3、活塞冲程：活塞在气缸内运动，其上、下止点间的距离，称为活塞冲程，用S来表示。4、曲柄半径：曲轴连杆轴颈的轴心线到主轴颈轴心线的距离，称为曲柄半径，用R来表示。活塞行程的大小取决于曲柄半径，其关系为：活塞行程S等于曲柄半径R的2倍，即S=2R。活塞在下止点时，活塞顶上方空间的容积，称为气缸总容积，用Va表示。5、燃烧室容积：活塞在上止点时，活塞顶与气缸盖之间的容积，称为燃烧室容积，用Vc表示。6、气缸总容积：7、气缸工作容积：活塞从上止点移动到下止点或由下止点移动到上止点时活塞所扫过的空间容积，用Vh表示。8、压缩比：气缸总容积与燃烧室容积的比值，用ε表示，ε=Va/Vc。压缩比是表示气缸内气体被压缩程度的指标。压缩比越大，压缩终了时，气缸内的气体压力越大温度越高。9、内燃机排量：多缸机气缸工作容积之和称为排量，用VL表示，VL=i×Vh，i为气缸数10、工作循环：内燃机每完成一个吸气、压缩、作功和排气工作过程，称为工作循环。11、二冲程内燃机：曲轴每转一圈完成一个工作循环的内燃机。12、四冲程内燃机：曲轴每转两圈完成一个工作循环的内燃机。13、工况：指内燃机在某一时刻所处的工作状况。一般用内燃机的转速和负荷来表示。为使发动机产生动力，必须先将燃料和空气供入气缸，经点火后使之燃烧产生热，以气体为工作介质推动活塞，通过连杆使曲轴旋转，使热能转化为机械能，最后将燃烧后的废气排出气缸。至此，发动机完成一个工作循环。此循环周而复始地进行，发动机便产生连续的动力。第一节单缸四冲程汽油机的工作原理活塞在气缸内往复四个行程：1、进气行程进气门打开，排气门关闭，通过曲轴旋转带动活塞从上止点向下止点运动，气缸内容积增大，压力降低而形成真空，将可燃混合气吸入气缸。四冲程汽油机工作原理图2、压缩行程压缩行程如图b所示。为使吸入缸内的混合气迅速燃烧，释放出更多的热量，使发动机发出更大的功率，必须在混合气燃烧前对其进行压缩，使其容积变小、温度升高。为此，进气终前便进入压缩行程。3、作功行程在压缩行程接近终了时，火花塞产生电火花点燃混合气，此时进、排气门仍关闭。混合气的迅速燃烧，使缸内气体温度和压力迅速升高，最高压力可达5MPa～9MPa，最高温度可达2200K～2800K。在高温高压气体的作用力推动下，活塞向下止点运动，活塞下移通过连杆使曲轴旋转运动，产生转矩而作功。4、排气行程混合气燃烧后成为废气，应从气缸内排出，以便下一个工作循环得以进行。至此发动机完成一个工作循环，接着又开始了下一个工作循环。四冲程柴油机（压燃式发动机）和汽油机一样，每一个工作循环也需经历进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程。但由于柴油机用的燃料是柴油，其黏度比汽油大，不易蒸发，自燃温度却比汽油低，故可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同，故采用压燃式。第二节单缸四冲程柴油机的工作原理进气行程如图1-4a）所示。它不同于汽油机的是进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。1、进气行程2、压缩行程压缩行程如图1-4b）所示。不同于汽油机的是压缩的是纯空气，且由于柴油机压缩比高，压缩终了时的温度和压力都比汽油机高，压力可达3MPa～5MPa，温度可达800K～1000K。3、作功行程作功行程如图1-4c）所示。此行程与汽油机有很大的差异，第一阶段，在柴油机压缩行程终了前，喷油泵使柴油产生高压经喷油器呈雾状喷入气缸内与高温、高压的空气迅速气化形成混合气，此时气缸内的温度远远高于柴油的自燃温度（约500K左右），柴油便立即自行着火燃烧，由于喷油的持续,致使第二阶段，边喷油边燃烧，气缸内压力、温度急剧升高，推动活塞下行作功。1-喷油器2-排气门3-进气门4-气缸5-喷油泵6-活塞7-连杆8-曲轴图1-4四冲程柴油机工作原理图1－4作功行程时瞬时压力可达5～10MPa瞬时温度可达1800K～2200K作功终了时压力约为0.2MPa～0.4MPa温度约为1200K～1500K排气终了时气缸温度为800K～1000K4、排气行程排气行程如图1-4d）所示，与汽油机基本相同排气终了时气缸压力为0.105MPa～0.125MPa其余两个行程进、排气门均关闭四、四冲程发动机工作特点：（1）每一个工作循环，曲轴转两圈720°每一个行程曲轴转半圈180°进气行程是进气门开启排气行程是排气门开启只有作功行程对曲轴产生旋转动力其他三个行程是作功行程的辅助行程没有辅助行程就没有作功行程（2）四个行程中（3）在发动机开始运转时必须有外力使曲轴旋转完成进气压缩（火花塞点火）着火后完成作功行程依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自行完成以后的行程以后的工作循环无需外力就可以自行完成。第三节内燃机的工作原理图1-5直列式四缸机曲轴布置图一、四缸四冲程内燃机的工作1、作功间隔角2、曲轴布置（如图1-5所示）3、工作顺序：1-3-4-2或1-2-4-3两种4、工作情况（如表1-1所示）表1－11缸2缸3缸4缸0°～180°作功排气压缩吸气180°～360°排气吸气作功压缩360°～540°吸气压缩排气作功540°～720°压缩作功吸气排气曲轴转角工作顺序1-3-4-2表1-1四缸四冲程内燃机工作情况二、六缸四冲程内燃机的工作1、作功间隔角120°2、曲轴布置（如图1-6所示）3、工作顺序：1-5-3-6-2-44、工作情况（如表1-2所示）图1-6直列式六缸机曲轴布置图1缸2缸3缸4缸5缸6缸0°～60°吸气作功60°～120°120°～180°180°～240°240°～300°300°～360°360°～420°420°～480°480°～540°540°～600°600°～660°660°～720°排气压缩排气吸气作功作功排气压缩曲轴转角工作顺序1—5—3—6—2—4作功排气压缩吸气压缩吸气压缩排气吸气表1-2六缸四冲程内燃机工作情况作功吸气压缩排气吸气作功排气压缩作功发动机是由许多机构和系统组成的。即使是同一类型的发动机，其具体构造也是有很大差异的，但就其总体功能而言，基本上都是由如下的机构和系统组成：曲柄连杆机构、配气机构、供给系、润滑系、冷却系、起动系。我们可以通过一些典型的发动机的结构实例来分析发动机的总体构造。曲柄连杆机构由三部分组成缸体与曲轴箱组活塞连杆组曲轴飞轮组配气机构的功用是使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排出废气。供给系的功用是把汽油和空气混合成合适的可燃混合气供入气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机体外。冷却系的主要功用以保证发动机的正常工作。是把受热机件的热量散到大气中去，润滑系的功用是将润滑油以一定的压力送到相对运动的零件表面，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，同时起到冷却摩擦零件，清洗零件摩擦表面的作用。起动系的功用使静止的发动机起动并转入正常运转状态。四、发动机性能评定指标发动机除要求具有良好的动力性、经济性和较高的强化程度外，还必须具有良好的排气清净性、较低的噪声度、较小的振动和可靠的低温起动性。1、排气品质发动机排放的有害气体对形成极大的污染，危害人类健康与动植物生长，受到各国日趋严格的排放法规限制。2、噪声发动机噪声污染对人的生活及环境的影响极大。已成为一种环境的公害，必须严格控制。发动机的噪声主要由气体的噪声、燃烧噪声和机械噪声三部分组成。为保护人类生存环境，噪声法规日益严厉。对车辆噪声的限制也就相当于对发动机提出了降低相应噪声级的要求。3、起动性发动机的起动性能是其质量的重要考核指标之一，尤其是对柴油机。我国有关标准规定，在不采用特殊低温起动措施的条件下，汽油机在-10℃。柴油机在-5℃以下的气温环境下。接通起动机15s时间以内，发动机应能顺利起动，自行运转。第四节常用量具在维修中，通常需要用量具对零件的磨损及配合状况进行检查，以确定其可用程度。现主要介绍游标卡尺、千分尺、百分表、量缸表、厚薄规的使用方法。一、游标卡尺可用来测量零件的长度、宽度、深度和内外圆直径等。游标卡尺按精度分为0.10、0.05和0.02㎜等。游标卡尺的规格有l25、200、300、500和1000㎜等。游标卡尺的构造，如图所示。游标卡尺的构造二、外径千分尺外径千分尺是一种精密量具，测零件的外径尺寸精度高，使用方便、准确。如图所示。1-尺架2-固定测杆3-活动测杆4-固定套管5-刻度套管6-测力装置外径千分尺构造示意图其规格以测量范围划分0-25、25-50、50-75、75-100、100-125、125-150㎜等一般的测量精度通常在0.01㎜所以实际上是百分尺三、百分表百分表如图所示是一种测量精度较高的量具，常用来测量零件的平面度、圆度、同轴度和平行度等。它的测量精度为0.01㎜。其规格以测量范围划分，一般有0-3㎜、0-5㎜、0-10㎜等几种。1-测杆2-主动齿轮3-主动齿轮固定架4-小表针齿轮5-大表针齿轮6-游丝弹簧7-测杆回位块8-弹簧9-测杆套10-旋转表盘百分表四、量缸表量缸表如图1-10所示是用来测量气缸的圆度、圆柱度和磨损情况的，是维修测量不可缺少的量具。其规格以测量范围划分，一般有0-10、10-18、18-30、30-50㎜和50-160㎜等.1-百分表2、13-表架3-测头4、6-可换量杆5-定位支架7-可换测头伸出孔8-活动量杆固定座量缸表五、厚薄规厚薄规（又称塞尺）是用来测量或校验两平行接合面之间的间隙，如通常检验气门间隙和活塞环开口间隙等。如图所示，它是由一组厚薄不等的薄钢片组成，每片都有两个平行的测量面。各片上均刻有厚度数字。厚度为0.03-0.10㎜的厚薄规，其每片厚度相差0.01㎜；厚度为0.1-1.0㎜的厚薄规，其每片厚度相差0.05㎜。厚薄规的长度有50、100和200㎜三种。图1-11厚薄规第五节CA6110型柴油发动机的解体一、CA6110型柴油机解体的要求1、为了保证在解体过程中零件不受损坏和刮伤，要使用合适的专用工具。2、解体前应彻底清洗外部灰尘和油污。3、为了保证零件装复后恢复到原始工作状态，对无须更换又易于装错位置的零件，在适当的位置上作出标记或配挂标签。4、与各缸相关的零件，应按其装配关系妥善保管好；对其它的零件，应选择适当地方分别摆放好，以备清洗、检测、装配。5、对个别零部件在难以却认损伤原因的，要作好记录，以备进行综合故障分析。二、CA6110型柴油发动机的构造CA6110型柴油机是该系列中的基本型，为六缸直列、水冷、四冲程直接喷射式柴油机。1、燃烧室与喷油器燃烧室置于活塞顶部，为“ω”形，喷油器是通过喷油器套管装在气缸盖上。为了加强对喷油器的冷却散热，喷油器套管选用了导热性能良好的黄铜制成；为了保证清洁防尘，喷油器套管上端采用了“O”型橡胶圈密封。2、配气机构顶置式气门1）进、排气门采用耐热钢制成；并且进行了热处理，以提高使用寿命；2）采用旋向不同的内外气门弹簧；3）摇臂采用45号钢精密锻造而成，并进行了淬火处理。摇臂轴为圆管形两端各压入一个堵盖密封。润滑油在轴管内流动以润滑各摩擦副等零件；