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交通学院四川工业科技学院汽车机械结构与基础--发动机篇交通学院四川工业科技学院目录₪发动机基本知识₪曲柄连杆机构₪配气机构₪汽油机燃料供给系₪发动机进排气系统₪发动机排放控制与稀薄燃烧₪发动机可变气门机构₪冷却系统₪润滑系统交通学院四川工业科技学院奔驰OM6512.1Ldieselengine交通学院四川工业科技学院₪发动机基本知识1.发动机分类①按活塞运动形式分为往复活塞式发动机和旋转活塞式发动机(如马自达转子发动机)②按发动机完成一个工作循环的行程数分为两冲程和四冲程发动机③按发动机使用燃料种类不同分为汽油发动机、柴油发动机、LPG发动机、氢发动机等④按燃料喷射方式分为进气道喷射（MPFI）发动机和缸内直喷（GDI）发动机⑤按冷却方式分为风冷发动机和水冷发动机⑥按气缸数分为单缸发动机和多缸发动机2.发动机常用术语工作循环上下止点气缸工作容积燃烧室容积缸径行程发动机排量压缩比缸心距交通学院四川工业科技学院上、下止点①活塞顶离曲轴回转中心最远处，即活塞最高位置，称为上止点（TopDeadCenter,TDC）；②活塞顶离曲轴回转中心最近处，即活塞最低点，称为下止点（BottomDeadCenter,BDC）；③在上、下止点处，活塞的运动速度为零。气缸工作容积活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积；式中：D－气缸直径mm；S－活塞行程mm。压缩比是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。压缩比表示了气体的压缩程度，汽油机压缩比约8～13；柴油机16～24交通学院四川工业科技学院3.发动机基本工作原理进气行程活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动，此时进气门打开，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，空气与汽油混合物被吸入气缸，至活塞运动到下止点时进气门关闭，进气行程结束，由于进气过程中进气管和进气门等有阻力，气缸压力低于大气压约为75-90kpa，由于气缸壁、活塞等高温部件及残留高温废气的加热，进气温度约为370-440K。压缩行程进气行程结束时，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动，此时进、排气门均关闭，混合气被压缩，直至活塞到达上止点时为止。压缩比越大压缩终了可燃混合气的压力和温度越高，燃烧速度越快，热效率越高，发动机动力性和经济性越好。但压缩比的提高受到爆燃的限制。（提问：如何解释爆燃？它都有哪些影响？）交通学院四川工业科技学院3.发动机基本工作原理作功行程压缩行程末，火花塞产生电火花，点燃缸内的混合气，并迅速着火燃烧产生高温高压气体，活塞由上止点向下止点运动，通过连杆驱动曲轴对外作功，活塞运行至下止点时作功行程结束。排气行程作功行程终了时，排气门打开，活塞在曲轴的带动下从下止点向上止点运动，废气被活塞推出缸外，直至活塞到达上止点时为止。由于燃烧室的存在，缸内还存有少量废气，气体压力也因排气门和排气道有阻力而高于大气压力。此时压力约105-125kpa，温度约900-1200K。交通学院四川工业科技学院4.发动机性能和经济性指标①动力性能指标有效转矩(Te)指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的转矩，是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的转矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净转矩。有效功率(Pe)指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效转矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用下面公式计算出有效功率。式中：Te－有效转矩（N·m）,n－曲轴转速（r/min）平均有效压力(Pme)单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，单位MPa。Pme可以看作是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个循环所作的功，即每循环所作的有效功。平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。②经济性能指标有效热效率(ηe)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。有效热效率越高，发动机的经济性越好。有效燃油消耗率(ge)发动机每发出1kW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量。GT－每小时的燃油消耗量（kg/h）Pe－有效功率（kW）交通学院四川工业科技学院5.发动机型号编制规则例如：EQ6100-1，表示东风汽车工业公司生产，六缸，四冲程，直列，缸径100mm，水冷汽油机，区分符号1表示为第一类型产品。CA6100，表示第一汽车集团公司生产，六缸，四冲程，直列，缸径110mm，水冷，基本型柴油机。交通学院四川工业科技学院₪曲柄连杆机构曲柄连杆机构包括机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分。1、机体组：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。曲轴箱气缸体气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳交通学院四川工业科技学院机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度机体组由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。1、气缸体水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体或曲轴箱，汽油机的气缸体一般用铝合金铸成，柴油机的气缸体一般用灰铸铁铸成（也有球铁、蠕墨铸铁缸体，通常由缸体承受的最大爆压、热负荷和热变形综合决定），气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。VW3.0V6缸体GMV8缸体VW2.0TFSI缸体FordV8缸体HONDAL4缸体交通学院四川工业科技学院名称性能应用一般式（平分式）机体高度小、重量轻、结构紧凑，便于加工拆卸。刚度和强度差。492Q汽油机，90系列柴油机。（中小负荷）龙门式强度和刚度较好。工艺性差、结构笨重、加工困难。（大中型发动机）中大负荷柴油机上隧道式结构紧凑、刚度和强度好。难加工、工艺性差、曲轴拆卸不方便。主轴承同轴度易保证，主轴承用滚动轴承负荷很大的柴油机上油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式。油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。交通学院四川工业科技学院整体式气缸体和镶嵌式气缸体•(1)、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。•(2)、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。类型构造性能及应用整体式气缸直接镗在气缸体上强度和刚度好，能承受大负荷。成本高。镶嵌式用耐磨优质材料制成气缸套，再装到一般材料制成的气缸体内。降低了制造成本，便于修理和更换气缸套，延长了气缸体的使用寿命。交通学院四川工业科技学院气缸套目的：解决成本与寿命之间的矛盾。气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量轻的铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，又节省了材料。名称特点示意图干缸套外壁不直接与冷却水接触。1）壁厚较薄（1mm～3mm）；2）与缸体承孔过盈配合；3）不易漏水漏气。湿缸套外壁直接与冷却水接触。1）壁厚较厚（5mm～9mm）；2）散热效果好；3）易漏水漏气；4）易穴蚀。强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。散热良好、冷却均匀、加工容易。强度和刚度不如干缸套，易漏水。交通学院四川工业科技学院2.型式（1）干式缸套定义：其外表面不直接与冷却水接触。特点：1)壁厚较薄（1mm～3mm）；2)与缸体承孔过盈配合；3)不易漏水漏气。1~3mm（2）湿式缸套定义：其外表面直接与冷却水接触。特点：1)壁厚较厚（5mm～9mm）；2)散热效果好；3)易漏水漏气；4)易穴蚀5~9mm0.05~0.15mm交通学院四川工业科技学院定位：1）径向：靠上下两个凸出的、与气缸体间为动配合的圆环带A和B。2）轴向：利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。0.05~0.15mmAB密封：上部：缸套顶面高出缸体0.05mm～0.15mm，当气缸盖螺栓拧紧后，缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫接合处，承受较大的压紧力。0.05~0.15mm缸套下部密封：1～3个耐热耐油的橡胶密封圈。交通学院四川工业科技学院2、气缸盖与燃烧室1)、气缸盖（汽油机多为整体式；柴油机多为分开式）•功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。•工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。•材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。•气缸盖上有冷却水套、燃烧室、进排气门道、气门导管孔和进排气门座、火花塞孔（汽油机）或喷油器座孔。多缸一盖安装时：由中央对称向四周扩展拧紧螺栓分2～3次。拆卸相反顺序。铝合金缸盖冷机拧紧即可；铸铁缸盖冷机拧紧后热机还需拧紧一次交通学院四川工业科技学院2）汽油机燃烧室要求：结构紧凑，冷却面积小；在压缩行程中形成良好的涡流和滚流运动以在缸内尽快形成可燃混合气名称特点示意图应用半球形结构紧凑、排气效果好火焰行程短、燃烧速率高、热损失小、热效率高桑塔纳夏利富康楔形结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长,燃烧速度较快切诺基盆形工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室,燃烧速度较低捷达奥迪交通学院四川工业科技学院2）、汽油机燃烧室（1）盆形燃烧室：其特点为：1）气门平行于气缸轴线；2）有挤气冷激面，可形成挤气涡流；3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较高而NO的排放较低。（2）楔形燃烧室：其特点为：1）气门斜置，气流导流较好，充气效率高；2）有挤气—冷激面，可形成挤气涡流；燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO的排放稍高。（3）半球形燃烧室：其特点为1)气门成横向V型排列，因此气门头部直径可以做得较大，换气好；2)火花塞位于燃烧室的中部火焰行程短，燃烧速度最高，动力性、经济性最好。是高速发动机常用的燃烧室；3)CO和HC排放最少，而NO的排放较高。交通学院四川工业科技学院3、气缸垫1）.作用：保证缸体与缸盖间的密封，防止漏水、漏气、窜油。2）.材料：有弹性、耐热性、耐压性3）.安装时注意方向交通学院四川工业科技学院4）缸垫构造（1）金属—石棉垫：（见a、b）外包铜皮和钢片，且在缸口、水孔、油道口周围卷边加强，内填石棉（常掺入铜屑或钢丝，以坚强导热）。（2）金属骨架—石棉垫：以编织的钢丝网（图c）或有孔钢板（图e）为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。（3）纯金属垫：（见图e）由单层或多层金属片（铜、铝或低碳钢）制成，用于某些强化发动机。（4）安装注意：金属皮的金属—石棉垫，缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面。因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形。交通学院四川工业科技学院4、油底壳1).功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。2).构造：（1）用薄钢板冲压而成。(2)内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波动。(3)最低处有放油塞(磁性)(4)曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。交通学院四川工业科技学院2、活塞连杆组：由活塞、活塞环、活塞销和连杆------运动件气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖交通学院四川工业科技学院3、曲轴飞轮组：曲轴、飞轮减振器起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮飞轮螺栓曲轴交通学院四川工业科技学院三、工作条件：发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。工作条件:高温,高压,高速,化学腐蚀受力分析:气体作用力,往复惯性力,离心力，摩擦力交通学院四川工业科技学院三、受力分析曲柄连杆机构受的力主要有气压力P，往复惯性力Pj，旋转离心力Pc和摩擦力F。PPjPCF交通学院四川工业科技学院1、气压力：气压力P的集中力PP分解为侧压力NP和SP，SP分解为RP和TP，RP使曲轴主轴颈处受压，TP为周向产生转矩的力。(1)作功行程：侧压力NP向左，活塞的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重NPSPPRPTP交通学院四