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79第三章汽车构造第一节发动机基本知识一、发动机的分类汽车使用的发动机种类繁多，大多数汽车采用水冷式四缸发动机。汽车发动机的主要类型如下：转子式发动机往复运动式发动机按工作原理分电子燃油喷射式发动机化油器式发动机按燃油供给方式分风冷发动机水冷发动机按冷却方式分多缸发动机双缸发动机单缸发动机按缸数分型发动机直列式发动机按结构特点分二冲程发动机四冲程发动机需的冲程数分按完成一个工作循环所双燃料发动机燃气发动机柴油发动机汽车发动机按作用燃料分发动机121086543V1．汽油机和柴油机发动机按所使用的燃料进行分类，可以分为汽油机和柴油机（图3-1）。燃用汽油的为汽油机，燃用柴油的为柴油机，汽油和柴油都是石油精炼时所得到的产品，化学成份十分相似。汽油沸点低、容易气化和点燃、点燃温度比柴油低。80（a）汽油机（b）柴油机图3-1汽油机与柴油机汽油机是利用电火花点火，使空气和汽油蒸气所组成的混合气燃烧（图3-2a）。而柴油的点燃温度高，且需要较强的点火能量，否则很难点燃。大家都知道，空气被压缩之后温度将升高，使用自行车打气筒给轮胎充气时，打气筒会变热就是这个道理。出于同样道理，柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度，使空气温度超过柴油的自然温度，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧（图3-2b）。（a）汽油机（b）柴油机图3-2汽油机与柴油机的点火方式德国人狄塞尔想出了这个办法并取得了专利权，所以柴油机又叫狄塞尔发动机。和汽油81机相比，柴油机的优点是柴油经济性好，但柴油机缺点也较多。例如由于工作压力过大。所以要求各有关零件有较高的结构强度和刚度。使柴油机和同等水平的汽油机相比重量重、尺寸大。为了把燃料强力地喷入到高压空气中去，需要装用高精密的高压喷射油泵，这将增加柴油机的制造成本。此外柴油机工作粗暴、振动和品噪声大。由于上述原因，目前小轿车主要装用汽油机。此外也有人按点火方式把发动机分为二大类，即把汽油机叫火花点火式发动机，把柴油机叫做压燃点火发动机。2．转子发动机汽油机是一种往复运动式发动机。工作时活塞在气缸里做往复直线运动，为了使活塞的直线运动转化为旋转运动，必须使用曲轴。转子发动机则不同，它不使用曲轴，直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩（图3-3）。图3-3转子发动机和往复式发动机相比，转子发动机取消了无用的直线往复运动，因而同样功率的转子发82动机尺寸较小，重量轻，而且振动和噪声低，具有较大的优势。但是转子发动机在技术上有其独特的困难。转子发动机工作时其转子前端沿壳体壁面滑动，受燃烧气体冲刷使润滑油的消耗量较大，此外尚有其他一些技术问题尚待解决。3．二冲程发动机往复式发动机按其工作循环分类可分可二冲程发动机和四冲程发动机（图3-4）。当曲轴每转一圈时，发动机能同时完成进气、压缩、燃烧和排气工作过程的为二冲程发动机。四冲程发动机在曲轴转一圈时只完成进气和压缩工作行程，在曲轴转第二圈时才完成燃烧和排气工作行程。和四冲程发动机相比，二冲程发动机机构简单、重量轻、成本低，同时单位重量功率（通常比功率）大。二冲程汽油机排气的时候也正是新鲜混合气吸入的时候，这使废气和可燃气互相混杂，结果导致一部分新鲜混合气白白地排出了发动机之外。由于上述缺点，二冲程汽油机排量都不大，一般多用于摩托车或小型机动船上。在中大型船舶上使用的都是二冲程柴油机。（a）四冲程发动机（b）二冲程发动机图3-4四冲程发动机与二冲程发动机二、发动机的基本组成发动机由曲轴连杆机构、配气机构、燃料供给系、点火系、冷却系、润滑系及起动系等主要部分组成（图3-5和图3-6）。83图3-5汽油发动机的组成图3-6发动机的外形三、基本术语84在图3-7中，活塞置于气缸中，活塞可在气缸内作往复直线运动，活塞通过连杆和曲轴相连，曲轴可绕其轴线旋转。图3-7发动机基本术语1．上止点活塞离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上行到最高位置。2．下止点活塞离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行到最低位置。3．活塞行程上、下两止点间的距离。4．曲柄半径与连杆下端（即连杆大头）相连的曲柄销中心到曲轴回转中心距离。显然，曲轴每转一转，活塞移动两个行程。5．气缸工作容积活塞从上止点到下止点所让出的空间容积。6．发动机排量发动机所有气缸工作容积之和。7．燃烧室容积活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积。8．气缸容积活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和。9．压缩比气缸总容积与燃烧室容积的比值。压缩比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6~10，柴油机的压缩比为15~22。10．发动机的工作循环在气缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转化为机械能的一系列连续（进气、压缩、作功和排气）称发动机的工作循环。11．二冲程发动机活塞往复两个行程完成一个工作循环的称为二冲程发动机。12．四冲程发动机活塞往复四个行程完成一个工作循环的称为四冲程发动机。四、汽车发动机的工作原理1．四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机是由进气、压缩、作功和排气完成一个工作循环的，图3-8为单缸四冲程汽油机工作原理示意图。85（a）进气（b）压缩（c）作功（d）排气图3-8单缸四冲程汽油机的工作原理（1）进气行程活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动。此时，进气门开启，排气门关闭。由于活塞下移，活塞上腔容积增大，形成一定真空度，在真空吸力的作用下，经过滤清的空气与化油器供给的汽油形成混合气，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）压缩行程进气行程结束时，活塞在曲轴的带动下，从下止点向止点运动。此时，进、排气门均关闭，随着活塞上移、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。（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，在气体压力的作用下，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，至活塞运动到下止点时，作功行程结束。（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，至活塞运动到期上止点时，排气门关闭，排气行程结束。排气行程结束后，进气门再次开启，又开始了下一个工作循环，如此周而复始，发动机就自行运转。862．四冲程柴油机的工作原理四冲程柴油机和四冲程汽油机工作原理一样，每个工作循环也是由进气、压缩、作功和排气四个行程所组成。但柴油和汽油性质不同，柴油机在可燃混合气的形成、着火方式等到与汽油机有较大区别。图3-9为单缸四冲程柴油机工作原理示意图。（a）进气行程（b）压缩行程（c）作功行程（d）排气行程图3-9单缸四冲程柴油机的工作原理（1）进气行程不同于汽油机的是进入气缸的不是混合气，而是纯空气。（2）压缩行程不同于汽油机的是压缩的是纯空气，且由于柴油机压缩比大，压缩终了的温度和压力都比汽油机高。（3）作功行程此行程与汽油机有很大不同，压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温空气中，迅速汽化并与空气形成可燃混合气。因为此时气缸的温度远高于柴油的自燃温度（约500Ｋ左右），柴油自行着火燃烧，且以后的一段时间内边喷边燃烧，气缸内的温度、压力急剧升高，推动活塞下行作功。（4）排气行程与汽油机排气行程基本相同。3．四冲程汽油机与四冲程柴油机的区别由上述四冲程汽油机和柴油机的工作原理可知：（1）两种发动机工作循环的基本内容相似，其共同特点是：每个工作循环曲轴转两转（720度）每一行程曲轴转半转（180度），进气行程是进气门开启，排气行程是排气门开启，其余两个行程进、排气门均关闭。四个行程中，只有作功行程产生动力，其它三个行程是为作功行程做准备工作的辅助行程，虽然作功行程是主要行程，但其它三个行程也不可缺少。发动机运转的第一个循环，必须有外力使曲轴旋转完成进气、压缩行程，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，以后的工作循环发动机无87需外力就可自行完成。（2）两种发动机工作循环的主要不同之处是：汽油机的汽油和空气在气缸外混合，进气行程进入气缸的是可燃混合气。而柴油机进气行程进入气缸的是纯空气，柴油是在作功行程开始阶段喷入气缸，在气缸内与空气混合，即混合形成方式不同。汽油机用电火花点燃混合气，而柴油机是用高压将柴油喷入气缸内，靠高温气体加热自行着火燃烧，即着火方式不同。所以汽油机有点火系，而柴油机则无点火系。4．二冲程发动机的工作原理二冲程发动机是在曲轴旋转一周（360º）活塞上下两个行程内完成工作循环的。发动机气缸上有三个孔，即进气孔、排气孔和换气孔，如图3-10所示。这三个孔分别在一定时刻由活塞关闭。进气孔与化油器相通，可燃混合气经过进气孔流入曲轴箱，继而从换气孔进入气缸；而废气则从排气孔排出。图3-10二冲程发动机的工作原理（1）第一行程活塞自下止点向上移动，三个气孔被关闭后，已进入气缸的混合气被压缩；活塞下方的曲轴箱因容积增大，形成一定的真空度，在进气孔露出时，可燃混合气自化油器经进气孔流入曲轴箱内（2）第二行程活塞行到上止点时，火花塞跳火点燃可燃混合气，高温高压的燃气膨胀，推动活塞下移88而作功。活塞下移作功时进气关闭，密封的曲轴箱内可燃混合气被压缩，当活塞接近下止点时，排气孔开启，废气冲出，随后换气孔开启，受予压的可烯燃混合气冲入气缸，驱除废气。进行换气过程。此过程一直进行到下一行程活塞上移，三个气孔关闭为止。简而言之，活塞上行时进行换气、压缩、曲轴箱进气；活塞下行时进行作功、压缩，曲轴箱混合气、换气。5．二行程发动机的特点与四冲程发动机相比有如下优点：（1）曲轴每旋转一周（360º）就有一个作功行程，理论上讲二行程发动机功率等于四行程发动机的两倍。（2）作功频率大，发动机运转均匀平稳。（3）结构简单，维修方便。缺点是燃烧不完全，经济性差，故一般被用在摩托车及微型汽车上。第二节曲柄连杆机构与配气机构一、曲柄连杆机构1．功用曲柄连杆机构的功用是将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。2．组成曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组等三部分组成。（1）机体组机体组主要包括气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖和气缸垫等不动件（图3-11）。89图3-11机体组气缸体是气缸的壳体，曲轴箱是支承曲轴作旋转运动的壳体，二者组成了发动机的机体。其结构型式有整体式和分体式两种。（2）活塞连杆组活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销和连杆等主要机件组成（图3-12）。图3-12活塞连杆组活塞的功用是与气缸壁等共同组成燃烧室，承受气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。活塞环可分为气环和油环两大类（图3-13）。图3-13活塞环气环也叫压缩环，用来密封活塞与气缸壁的间隙，防止气缸内的气体窜入油底壳，以及将活塞头部的热量传给气缸壁，再由冷却水或空气带走。另外还起到刮油、布油的辅助作用。一般发动机的每个活塞装有2~3道气环。90油环用来刮气缸壁上多余的机油，并在气缸壁上涂一层均匀的机油膜，这样可以防止机油窜入燃烧室燃烧，又可以减小活塞、活塞环与气缸的磨损和磨擦阻力。此外，油环也起到密封的辅助作用。通常发动机有1~2道油环。连杆组由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件组成（图3-14）。习惯上常把整个连杆组（或除去连杆轴瓦）称作连杆，也有的将连杆体称作连杆。Ｖ型发动机连杆的结构如图3-15所示。连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴，把活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。图3-14连杆组（a）并列式（b）主副式（c）叉式图3-15Ｖ型发动机连杆示意图连杆可分为大头、小头和杆身三部分连杆小头用来安装活塞销，以连接活塞