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发动机-1汽车发动机单元一发动机基础知识一、汽车的总体构造汽车的总体结构主要由发动机、底盘、电气设备和车身等部分组成。发动机是汽车的动力装置，使供入其中的燃料燃烧而发出动力。底盘是将发动机输出的动力传给驱动车轮，支承全车并保证汽车正常行驶的装置，包括传动系、行驶系、转向系、制动系四部分。车身是是驾驶员工作和装载乘客、货物的场所。电气设备是汽车点火、启动、电源、照明、仪表、信号、报警、空调装置等二、发动机的概念发动机是给汽车提供动力的部件，是汽车的核心总成。它先将燃料燃烧，使燃料的化学能转化成热能，最终转变为机械能并输出。图1-1发动机示意图三、发动机的种类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。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。2、按照行程分类。内燃机按照工作行程的不同可以分为二行程和四行程发动机。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、按照气缸数目分类。内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。5、按照气缸排列方式分类。发动机-2内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。6、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）发动机四、发动机基本结构汽油机的两大机构和五大系统：曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系。柴油机的两大机构和四大系统：曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系。柴油机是压燃的，不需要点火系。五、发动机基本术语◆上止点：活塞在气缸内做往返运动时，活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的位置。◆下止点：活塞在气缸内做往返运动时，活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的位置。◆冲程/行程：活塞从一个止点到另一个止点移动的距离，称为活塞行程。◆气缸工作容积：活塞从一个止点运动到另一个止点所经过的容积，称为气缸的工作容积。◆燃烧室容积：活塞位于上止点时其顶部与气缸盖之间的容积称为燃烧室容积。◆排量：多缸发动机各缸工作容积的总和，称为发动机排量。压缩比：图1-2发动机相关术语图示六、发动机工作原理1．四行程汽油机工作原理汽油机的工作过程可分为：进气行程、压缩行程、作功行程、排气行程。◆进气行程在进气行程开始时，活塞于上止点，进气门开启，排气门关闭。曲轴转动活塞从上止点向下止点移动，活塞上方容积增大，压力降低，可燃混合气在压力差作用下进入气缸。◆压缩行程发动机-3压缩行程开始，进、排气门关闭。活塞从下止点向上止点移动。活塞上方容积缩小，压缩混合气，使其压力和温度升高到易燃的程度。◆作功（爆发）行程作功行程时，进、排气门仍然关闭，当压缩接近终了时，火花塞发出电火花，点燃混合气作功。◆排气行程排气行程开始，进气门仍关闭，排气门开启，使活塞由下止点向上止点移动，把燃烧后的废气挤出气缸。图1-3四冲程汽油机工作原理示意图2．四行程柴油机工作原理柴油机与汽油机不同点：燃料采用柴油，为压燃式结构，无化油器和火花塞；柴油机吸入气缸的为纯净空气，柴油由喷油泵和喷油器直接喷入气缸，与压缩后的高温空气混合并进行自燃。喷油泵和喷油器是柴油机燃料供给系中最为重要的部件。四行程柴油机工作原理：每个工作循环都经历进气、压缩、作功、排气四个行程。燃料是柴油，其黏度比汽油大，不易蒸发，而自燃温度低，所以点火方式是压燃式。图1-5四行程柴油机工作过程图1-4柴油机示意图发动机-4七、汽车产品编号规则1988年国家颁布了国家标准GB9417-88《汽车产品型号编制规则》。汽车型号应能表明汽车的厂牌、类型和主要特征参数等。该项国家标准规定，国家汽车型号均应由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。1998年我国又颁布了国标GB9417-88《汽车产品型号编制规则》。该标准规定自1989年1月1日起，新设计的汽车及半挂车的型号一律按新标准来确定，并规定汽车的产品型号及企业名称代号。对于专用车及专用半挂车还应增加专用汽车分类代号。图1-6汽车产品编号规则1．企业代号企业代号一般为汽车制造厂的拼音缩写。2．汽车类别代号及主参数代号汽车类别代号用一位数字代表。主参数代号用两位阿拉伯数字表示。发动机-5车辆类别代号车辆种类主参数1载货汽车汽车总质量（单位t）2越野汽车汽车总质量（单位t）3自卸汽车汽车总质量（单位t）4牵引汽车汽车总质量（单位t）5专用汽车汽车总质量（单位t）6客车汽车总长度（单位0.1m）7轿车汽车总排量（单位0.1L）9半挂车及专用半挂车汽车总质量（单位t）八、发动机的性能指标1．动力性指标动力性指标是表征发动机作功能力大小的指标，一般用发动机的有效转矩、有效功率等作为评价发动机动力性好坏的指标。（1）有效转矩发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作Te，单位为N·m。（2）有效功率发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作Pe单位为KW。发动机的有效功率可以用台架试验方法测定。2．经济性指标发动机经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率等。（1）有效热效率燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率，记作ηe。（2）有效燃油消耗率发动机每输出1kW的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率，记作ge，单位为g/（kW·h）。显然，有效燃油消耗率越低，经济性越好。发动机-6单元二曲柄连杆机构一、概述曲柄连杆机构是发动机产生动力和输出动力的主要部件。它的功用：把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的扭矩，输出机械能。曲柄连杆机构由活塞连杆组和曲轴飞轮组二大部分组成。图2-1曲柄连杆机构结构图二、机体组发动机机体组包括气缸体、气缸套、气缸盖、气缸盖罩、油底壳等零件。图2-2机体组结构图发动机-71．气缸体气缸体是发动机的基础骨架，它不仅要承受着高温高压气体的作用力，而且发动机的几乎所有零件都安装在气缸体上，因此气缸体应具有足够的强度和刚度。气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。图2-4气缸体的三种形式一般式气缸体：特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。龙门式气缸体：特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。隧道式气缸体：这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当的冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。图2-5气缸体的冷却方式2．气缸套气缸可直接镗在气缸体上叫做整体式气缸。也可将气缸制造成单独的圆筒形零件（即气缸套），然后再装到气缸体内。水冷式发动机气缸套根据是否与冷却水接触，将其分为干式和湿式两种。图2-3气缸体发动机-8图2-6气缸套的形式3．气缸盖气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比。图2-7气缸盖气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。气缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。4．油底壳气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。油底壳的主要功用是储存机油和封闭机体或曲轴箱。图2-8油底壳5．气缸垫气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是：保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。按所用材料的不同，气缸衬垫可分为金属—石棉衬垫、金属—复合材料衬垫和全金属衬垫等多种。发动机-9图2-9气缸垫三、活塞连杆组活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销、连杆和连杆轴等。其作用是：将燃烧过程中获得的动力传递给曲轴。图2-10活塞连杆组1．活塞活塞主要是承受燃烧气体的作用力，并将此力通过活塞销传递给连杆以推动曲轴旋转。其材料常用铝合金、合金铸铁或耐热钢等。活塞在选配时应选用同一修理尺寸和同一分组尺寸的活塞；选用同一发动机必须选用同一厂牌的活塞；在选配的成套活塞中，尺寸差和质量差应符合要求；尺寸差一般为0.02~0.025mm，质量差一般为4~8g。2、活塞销活塞销连接活塞和连杆，把活塞所承受的力传给连杆，因此活塞销要有足够的刚度和较轻的重量。多用低碳钢和低碳合金钢制成。活塞销的选配原则：同一台发动机应选用同一厂牌、同一修理尺寸的成组活塞销；活塞销表面应无任何锈蚀和斑点；质量差应在10g以内。图2-11活塞与活塞销发动机-103．气环和油环气环：保证活塞与气缸壁之间的密封，防止气缸中的高温、高压燃气大量窜入曲轴箱，同时还将活塞顶部的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水带走。油环：刮掉气缸壁上多余的机油，并重新在气缸壁上涂一层均匀的油膜。活塞环在选配时，应注意：以气缸的修理尺寸为依据，同一台发动机应选用与气缸和活塞修理尺寸等级相同的活塞环；不换活塞，只换活塞环时，也应选配与气缸同一级别的活塞环。图2-12活塞环4．连杆连杆的作用是承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复运动时的惯性力，并将力传给曲轴。连杆由杆身、连杆盖、连杆螺栓、连杆轴承等组成。图2-13连杆1-连杆大头；2-连杆轴承；3-止推凸唇；4-衬套；5-连杆小头；6-连杆杆身；7-连杆螺栓；8-连杆盖四、曲轴飞轮组曲轴飞轮组包括曲轴、飞轮及装在曲轴上的各零件（曲轴正时齿轮、轴瓦、止推片、V形皮带轮）等。发动机-11图2-14曲轴飞轮组1．曲轴曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。图2-15曲轴飞轮组2．曲轴扭转减振器为了消减曲轴的扭转振动，现代汽车发动机多在扭转振幅最大的曲轴前端装置扭转减振器。汽车发动机多采用橡胶扭转减振器、硅油扭转减振器和硅油橡胶扭转减振器等。3．飞轮飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，其主要作用是：将作功行程中输入曲轴的一部分能量贮存起来，用作在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上止点和下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出扭矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷。图2-16扭转减振器图2-17飞轮发动机-12单元三配气机构一、概述配气机构的作用是：按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和点火次序的要求，开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜混合气及时地进入气缸，废气得以及时地排出气缸外。配气机构由气门组和气门传动组两大部分组成。图3-1配气机构结构图二、气门组气门组在配气机构中气相当于一个阀门，它的主要作用是：准时接通和切断进排气系统与气缸之间的通道。气门组一般由气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座及锁片等零件组成。图3-2气门组的组成气门导管的作用：是对气门的运动导向，保证气门作直线往复运动，使气门与气门座圈能正确贴合，此外还将气门杆接受的部分热量传给气缸盖。发动机-13气门弹簧的作用：保证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴合，并克服气门开启时配气机构产生的惯性力，使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离。三、气门传动组气门传动组的作用：使进、排气门按规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。它主要包括凸轮轴、正时齿轮、挺柱、摇臂轴、摇臂以及推杆等零件。图3-3配气机构组成1．凸轮轴凸轮轴的布置形式有顶置、中置和下置式三种，根据顶置式凸轮轴的数量，又可将其分为顶置双凸轮轴和顶置单凸轮轴。这两种气门传动机构都没有推杆，主要应用于高速发动机。图3-4凸轮轴结构及布置2．正时链轮或正时齿轮曲轴正时齿轮一般采用45号钢或40Cr钢制造，为了减小发动机的噪声，凸轮轴正时齿轮多采用铸铁、夹布胶木或尼龙材料制造。凸轮轴的动力来源于曲轴，曲轴通过三种传动方式来驱动凸轮轴：◆正时齿轮传动：曲轴正时齿轮有的直接与凸轮轴正时齿轮啮合，有的通过惰轮与凸轮轴正时齿轮啮合。◆正时皮带轮传动◆正时链条传动发动机-143．挺柱、推杆、摇臂挺杆又叫挺柱，它是介于凸轮和推杆之间的传动件。挺柱是将凸轮的推力传给推杆或（气门杆）的零件，可分为平面挺柱、滚子挺柱和液压