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单元二汽车的动力源学习目标知识目标1．简单叙述发动机工作原理及其性能指标；2．正确描述发动机各部分结构及其作用；3．简单叙述汽油机燃料供给系及LPG、CNG等其他燃料系统的组成；4．简单叙述化油器的基本构造及工作原理；5．简单叙述汽油喷射系统发展历史和类型，正确描述电子控制汽油喷射系统的原理：6．正确描述触点式点火系的组成、构造与功用；7．简单叙述发动机冷却系和润滑系的功用，正确描述冷却系和润滑系的组成与工作原理；8．简单叙述进排气系统组成、构造；9．简单描述排放控制装置的作用与简单原理。能力目标1．会分析汽油喷射技术的优势；2．会正确使用发动机拆装工具；3。会做发动机构造认识性拆装。发动机是汽车的心脏，为汽车的行走提供动力。简单来讲，发动机就是一个能量转换机构，它将汽油(柴油)的热能，通过在密封气缸内燃烧气体膨胀时，推动活塞作功，转变为机械能。发动机所有结构都是为能量转换服务的，虽然发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计上、制造上、工艺上还是在性能上、控制上都有很大的提高，其基本原理仍然未变。这是一个富于创造的时代，发动机设计者们不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完善的程度，世界各著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点。随着石油资源的剩余储量日益减少和环境的不断恶化，人类正在积极发展清洁代用燃料比如液化石油气、天然气、氢气、二甲醚和生物燃料等的汽车，并把电动汽车作为21世纪汽车工业改造和发展的主要方向。1发动机本体1-1热机概论利用燃料燃烧放出热量来做功的机械叫做热力发动机(简称热机)，热机有蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、喷气发动机、内燃机等。热机的种类虽然很多，但是它们的主要工作原理都是利用高温高压的气体或蒸气膨胀做功，而汽车上主要是使用内燃机。内燃机是将燃料引入气缸内，利用燃料和空气在气缸里燃烧，产生高温高压气体急剧膨胀对外做功，推动活塞运动。为了使内燃机连续工作，必须把已膨胀做r力后的气体排出，重新吸人燃料和空气。内燃机的特点是液体或气体燃料和空气混合后直接进入机器内部燃烧而产生热能，然后再转变为机械能。而外燃机，如蒸气机，其特点是燃料在机器外部的锅炉内燃烧，将锅炉内的水加热，使之变为高温、高压的水蒸汽，送至机器内部，使所含的热能转变为机械能。内燃机与外燃机相比，具有热效率高，体积小，便于移动，起动性能好等优点，因而广泛地应用于汽车、拖拉机、坦克等各种机械上。但是内燃机一般要求使用石油燃料，同时排出的废气中所含有害气体的成分较高。根据将热能转变为机械能的主要构件的形式，车用内燃机可分为活塞式内燃机和内燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式内燃机在汽车上应用最为广泛。在汽车发动机内每一次将热能转化为机械能，都必须经过空气吸入、压缩和输人燃料，使之着火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排出这样一系列连续过程，此过程称为发动机的一个正作循环。对于往复活塞式发动机，可以根据每一工作循环所需活塞行程数来分类。凡活塞往复4个单程完成一个工作循环的称为四冲程发动机。下面简单介绍四冲程发动机工作原理。图2．1为发动机工作示意图。活塞顶离曲轴中心最远处，即活塞最高位置，称为上止点。活塞顶部离曲轴中心最近处，即活塞最低位置，称为下止点。上、下止点间的距离S称为活塞行程，曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离R为曲柄半径。活塞每走一个行程相应于曲轴转角180。。对于气缸中心线通过曲轴中心线的发动机，活塞行程s等于曲柄半径R的两倍。活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积或气缸排量，可用符号Vk表示。多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机工作容积或发动机排量，用符号Vl示。四冲程发动机的工作循环包括4个活塞行程，即进气行程、压缩行程、作功行程(膨胀行程)和排气行程。(1)进气行程。化油器式汽油机将空气与燃料先在气缸外部的化油器中进行混合，形成V燃混合气，然后再吸人气缸。图2一l发动机工作示意图(2)压缩行程。为使吸人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，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动。(3)作功行程。在这个过程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，装在气缸盖上的火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气，可燃混合气燃烧后，放出大量的热能，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。(4)排气行程。此时，排气门打开，将可燃混合气燃烧后生成的废气从气缸中排除，以便进行下一个行程进气行程。综上所述，四冲程汽油发动机经过进气、压缩，作功和排气4个行程，完成一个工作循环。这期间活塞在上下止点之间往复移动了四个行程，相应地曲轴旋转了两周。评价发动机主要性能的指标有动力性指标(有效转矩、有效功率、转速等)和经济性指标(燃油消耗率)。有效转矩是指发动机通过飞轮对外输出的转矩。有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡，故有效转矩越大，克服外界阻力的能力就越大。有效功率是指发动机通过飞轮对外输出的功率，它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。汽车发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。燃油消耗率是指发动机每发出1kw有效功率，在1h内所消耗的燃油质量。很明显，燃油消耗事越低，经济性越好。1.2、发动机总体构造汽车发动机属内燃机，是一部由许多机构和系统组成的复杂机器。现代汽车发动机的结构形式很多。即使是同一类型的发动机其具体改造也各式各样。图2-2是以四缸四冲程汽油发动机立体结构简图。(1)曲柄连杆机构。曲柄连杆机构由气缸体与曲轴箱组、活塞连杆组、曲轴飞轮组等3部分组成。其中气缸体与曲轴箱组由气缸体14、曲轴箱、气缸盖16、气缸套、气缸垫及油底壳7等组成；活塞连杆组由活塞13、活塞环、活塞销、连杆12等组成；曲轴飞轮组由曲轴4、飞轮ll、扭转减振器、平衡重等组成。有的发动机将气缸分铸成上下两部分，上部称为气缸体、下部称为曲轴箱。气缸体是发动机各机构、各系统的装配基体，其本身的许多部分又分别是曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、冷却系和润滑系的组成部分。气缸盖和气缸体的内壁共同组成燃烧室的一部分，是承受高温、高压的机件。它的功用是将燃料燃烧时产生的热量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)配气机构。配气机构由进气门20、排气门19、挺柱、推杆、摇臂、凸轮轴24、以及凸轮轴正时齿轮26(由曲轴正时齿轮25驱动)等组成。它的功用是使可燃混合气及时吸入气缸并及时从气缸中将废气排出。(3)供给系。供给系由汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器17、空气滤清器21，进气管、排气管、排气消声器等组成。它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。(4)点火系。点火系由供给低压电流的蓄电池10、发电机5、将低压电流变成高压电流的断电器(与分电装置等组合成为分电器22)和点火线圈29、把高压电流按规定时刻通过分电装置通气缸的火花塞23等组成。它的功用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。图2-2四缸四冲程汽油机构造1一散热器；2一冷却风扇；3一曲轴正时齿轮；4一曲轴；5一发电机；6一机油集滤器；7-油底壳；8一起动机；9一起动机齿轮；10一蓄电池；11．飞轮；12一连杆；13一活塞；14．气缸体；15一水套；16一气缸盖；17一化油器；18一空气滤清器内芯；19一排气门；20一进气门；2l一空气滤清器壳；22．分电器；23一火花塞；24-凸轮轴；25一凸轮轴正时齿带轮；26-正时齿带；27一水泵；28一点火开关；29．点火线圈(5)冷却系。冷却系主要由水泵27、散热器1、风扇2、分水管、气缸体放水阀以及气缸体和气缸盖里铸出的空腔——水套等组成。它的功用是把受热机件的热量散到大气中去，以保证发动机正常工作。(6)润滑系。润滑系由机油泵、集滤器6、限压阀、润滑油道、机油粗滤器、机油细滤器和机油冷却器等组成。它的功用是将润滑油供给作相对运动的零件以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。(7)起动系。起动系由起动机8及其附属装置等组成，它的功用是用以使静止的发动机起动并转入自行运转。汽油机一般都由上述两个机构和五个系统组成。对于汽车用柴油机，由于其混合气是自行着火燃烧的，所以柴油机没有点火系。因此柴油机由两个机构和四个系统组成。2汽油机燃料供给系2．1燃料与燃烧汽油机所用的燃料主要是汽油。汽油是由石油提炼而得的密度小且易于挥发的液体燃料。汽油由多种碳氢化合物组成，其基本成分是85％的碳和15％的氢。汽油的使用性能指标主要是蒸发性、热值和抗爆性。它们对发动机性能有很大的影响。在发动机中，汽油只有先从液态蒸发成蒸汽，并与一定比例的空气混合成为可燃混合气后，才能在气缸中燃烧。对于高速发动机，形成可燃混合气过程的时间很短，一般只有百分之几秒，因此，汽油蒸发性的好坏，即容易蒸发的程度对于所形成的混合气质量有很大的影响。燃料的热值是指lkg燃料完全燃烧后所产生的热量。汽油的热值约为44000kJ／kg。汽油的抗爆性是指汽油在发动机气缸中燃烧时，避免产生爆燃的能力，是汽油的一项主要性能指标。爆燃是汽油机的一种异常燃烧现象，它会引起发动机过热，排气冒烟，油耗增大，功率下降等不良后果。发动机选用抗爆性较好的汽油，就可能采用较高的压缩比而不至于发生爆燃。汽油抗爆性的好坏程度一般用辛烷值表示。辛烷值越高，抗爆性越好。2．2燃料供给系的组成汽油在未进入气缸前，须先喷散成雾状(雾化)和蒸发，并按一定的比例与空气混合形成均匀的混合气。这种按一定比例混合的汽油空气混合物，称为可燃混合气。可燃混合气中燃油含量的多少称为可燃混合气浓度。汽油机供给系的任务是，根据发动机各种不同工况的要求，配制出一定数量和浓度的可燃混合气并供人气缸，使之在临近压缩终止时点火燃烧而膨胀作功。消音器汽油泵最后，供给系还应将燃烧产物——图2．3汽油机供给系组成示意图废气排至大气中。一般汽油机供给系由下列装置组成(图2-3)：汽油自汽油箱流经汽油滤清器，滤去所含杂质后，被吸人汽油泵；汽油泵将汽油泵入化油器中；空气则经空气滤清器滤去所含灰尘后，流人化油器；汽油在化油器中实现雾化和蒸发，并与空气混合形成可燃混合气，经过进气管分配到各个气缸；混合气燃烧生成的废气经排气管与排气消声器被排到大气中；为检查油箱内的汽油量，还装有汽油油面指示表。如何根据发动机工作的要求配制出不同浓度、不同数量的可燃混合气，是汽油机供给系所要解决的主要问题，因而化油器是其中关键的部件。化油器一般是由主供油系统、怠速系统、加浓系统、加速系统和起动系统五个系统组成(图2-4)。通过这些系统能够基本实现汽油机各种工况对可燃混合气的要求。主供油系统的功用是保证发动机正常工作时，化油器所供给的混合气随着节气门开度的加大而逐渐变稀。怠速系统的功用是保证在怠速和很小负荷时供给很浓的混合气。它是由怠速喷口、怠速调整螺钉、怠速过度喷孑L、怠速油道、怠速空气量孔等组成。怠速时，发动机转速低，节气门近于关闭，节气门上方的喉管真空度很低，以致根本无法将汽油从主喷管吸出。但节气门下方的真空度却很高，汽油通过怠速油道从怠速喷口和过渡喷孔喷出。加浓系统的功用是在大负图2_4化油器结构示意图荷和全负荷时，除主供油系统正常供油外，化油器能够额外供油，保证在全负荷时形成浓混合气，使发动机发出最大功率。只有当节气门开度达到80％～85％时，推杆才顶开加浓阀。汽油从浮子室经过加浓阀流入主喷管，与从主量孔来的汽油，一起由主喷管喷出，这样就增加了汽油的供给量，混合气浓度变大。加速系统的功用是在节气门突然开大时及时将一定量的额外燃油一次喷入喉管，使混合气临时加浓，以适应发动机加速的需要。在浮子室内有一泵缸，泵缸内有活塞和弹簧，组成加速泵。当节气门迅速地开