汽車概論第四講發(fā)動機總體構(gòu)造概述

2020/6/9,1,汽車發(fā)動機總體構(gòu)造概述,2020/6/9,2,一、發(fā)動機的類型（一）汽車發(fā)動機的定義概念：發(fā)動機是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的機器。汽車的發(fā)動機一般為內(nèi)燃機。,內(nèi)燃機的特點：熱效率高，體積小，質(zhì)量小。啟動性能好。便于維修。（一般采用石油燃料）排出的廢氣中所含有害氣體成分較高。,發(fā)動機的類型、一般構(gòu)造及基本術(shù)語,2020/6/9,3,發(fā)動機的一般構(gòu)造,四行程汽油機示意圖,兩大機構(gòu)：,五大系統(tǒng)：,曲柄連桿機構(gòu),配氣機構(gòu),燃油供給系統(tǒng),冷卻系統(tǒng),潤滑系統(tǒng),點火系統(tǒng),起動系統(tǒng),2020/6/9,4,汽車的發(fā)動機一般為內(nèi)燃機，是能量轉(zhuǎn)變的機器,曲柄連桿機構(gòu),配氣機構(gòu),燃油供給系統(tǒng),點火系統(tǒng),潤滑系統(tǒng),冷卻系統(tǒng),起動系統(tǒng),工作場所基本機械裝置,供氧氣排廢氣,內(nèi)燃機原理壓縮燃燒（氧化）條件及工作環(huán)境,供燃料混合適當(dāng),燃燒點火,高速零件減摩,保證工作溫度,克服起動阻力,2020/6/9,5,單缸四沖程柴油機一般構(gòu)造,柴油機壓燃，不需要點火，故無點火系，其它機構(gòu)與汽油機相同。,柴油機可燃混合氣是在氣缸內(nèi)形成：純空氣空氣濾清器進氣管吸入汽缸壓縮；柴油經(jīng)油箱輸油泵柴油濾清器噴油泵（加壓）噴油器噴入汽缸。,柴油機點火方式和混合氣的形成與汽油機不同。,2020/6/9,6,三、發(fā)動機基本術(shù)語,1.上止點（TopDeadCenter）：活塞運動到汽缸最高位置，即活塞頂離曲軸中心最遠(yuǎn)處。2.下止點（BottomDeadCenter）：活塞運動到汽缸最低位置，即活塞頂離曲軸中心最近處。3.活塞行程（S）：從上止點到下止點活塞的位移。對應(yīng)一個活塞行程，曲軸旋轉(zhuǎn)180。4.曲柄半徑（R）：曲軸與連桿下端的連接中心到曲軸中心的距離。s=2R5.汽缸工作容積（Vh）：活塞由上止點移到下止點所掃過的容積。式中：D氣缸直徑，單位mm；S活塞行程，單位mm；,2020/6/9,7,發(fā)動機基本術(shù)語,6.燃燒室容積（Vc）：活塞在上止點時，活塞頂以上的容積。7.汽缸總?cè)莘e（Va）：活塞在下止點時，活塞頂以上的容積，VaVcVh。8.發(fā)動機排量（VL）：多缸發(fā)動機各汽缸工作容積的總和，VLVh，汽缸數(shù)。9.壓縮比（）：汽缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比，achc。表示活塞由下止點（BDC）移到上止點(TDC)汽缸內(nèi)氣體的壓縮程度，汽油機一般710，柴油機一般142210.工作循環(huán)：每一個工作循環(huán)包括進氣、壓縮、作功和排氣過程，即完成進氣、壓縮、作功和排氣四個過程叫一個工作循環(huán)。,2020/6/9,8,第二節(jié)四沖程發(fā)動機的簡單工作原理,1、進氣行程2、壓縮行程3、作功行程4、排氣行程,2020/6/9,9,四行程汽油機的工作原理,四行程汽油機的運轉(zhuǎn)是按進氣行程、壓縮行程、作功行程和排氣行程的順序不斷循環(huán)反復(fù)的?？偨Y(jié)：發(fā)動機經(jīng)過四個行程完成一個工作循環(huán)?；钊蒚DCBDC間往復(fù)移動四個行程，曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周。,2020/6/9,10,二、國產(chǎn)發(fā)動機型號編制規(guī)則,內(nèi)燃機的名稱和型號(GB7251991)內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則,2020/6/9,11,型號編制舉例,(1)汽油機1E65F：表示單缸，二行程，缸徑65mm，風(fēng)冷通用型4100Q：表示四缸，四行程，缸徑100mm，水冷車用4100Q-4：表示四缸，四行程，缸徑100mm，水冷車用，第四種變型產(chǎn)品CA6102：表示六缸，四行程，缸徑102mm，水冷通用型，CA表示系列符號8V100：表示八缸，四行程、缸徑100mm，V型，水冷通用型TJ376Q：表示三缸，四行程，缸徑76mm，水冷車用，TJ表示系列符號CA488：表示四缸，四行程，缸徑88mm，水冷通用型，CA表示系列符號(2)柴油機195：表示單缸，四行程，缸徑95mm，水冷通用型165F：表示單缸，四行程，缸徑65mm，風(fēng)冷通用型495Q：表示四缸，四行程，缸徑95mm，水冷車用6135Q：表示六缸，四行程，缸徑135mm，水冷車用X4105：表示四缸，四行程，缸徑105mm，水冷通用型，X表示系列代號,2020/6/9,12,三、發(fā)動機的主要性能指標(biāo),用來衡量發(fā)動機性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)動力性能指標(biāo)：表征內(nèi)燃機對外作功能力，有效扭矩Me、有效功率Ne等；經(jīng)濟性能指標(biāo):發(fā)動機油耗，有燃料消耗率ge,百公里燃料消耗量等。環(huán)境指標(biāo)：排放性和噪聲水平,2020/6/9,13,發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性,發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性：指發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩和燃油消耗率三者隨曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。其可以通過發(fā)動機臺架測試實驗求得。節(jié)氣門全開時的速度特性叫發(fā)動機的外特性；節(jié)氣門不全開的任意位置所得到的速度特性都稱為部分特性。發(fā)動機的外特性代表了發(fā)動機所具有的最高動力性能。,2020/6/9,14,奧迪4.2LDOHCV8引擎,發(fā)動機型式：V型8缸雙頂置凸輪軸排量：4163cc壓縮比：11.5：1缸徑?jīng)_程：84.5mm92.8mm最大功率：253Kw/7900rpm最大扭矩：410N.m/4900rpm升功率：60Kw/L搭載車型：AUDIS4Avant,2020/6/9,15,寶馬3.2LDOHCL6引擎,發(fā)動機型式：直列6缸雙頂置凸輪軸排量：3246cc壓縮比：11.5：1缸徑?jīng)_程：87mm91mm最大功率：252Kw/7900rpm最大扭矩：365N.m/4900rpm升功率：78Kw/L搭載車型：BMWM3,2020/6/9,16,斯巴魯2.5LDOHCH-4渦輪增壓引擎,發(fā)動機型式：水平對置4缸渦輪增壓排量：2457cc壓縮比：8.2：1缸徑?jīng)_程：99.5mm79mm最大功率：223Kw/6000rpm最大扭矩：407N.m/4000rpm升功率：89Kw/L搭載車型：SUBARUWRXSTi,2020/6/9,17,本田3.0LSOHCVTECV6引擎,發(fā)動機型式：V型6缸單頂置凸輪軸排量：2997cc壓縮比：10.0：1缸徑?jīng)_程：86mm86mm最大功率：177Kw/6250rpm最大扭矩：288N.m/5000rpm升功率：59.9Kw/L搭載車型：HONDAAccord,2020/6/9,18,豐田1.5LDOHCI-4Hybrid,發(fā)動機型式：直列4缸雙頂置凸輪軸排量：1497cc壓縮比：13.0：1缸徑?jīng)_程：75.0mm84.7mm最大功率：57Kw/5000rpm最大扭矩：111N.m/4200rpm升功率：38Kw/L搭載車型：TOYOTAPrius,2020/6/9,19,一、曲柄連桿機構(gòu),組成：機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組。,功用：將燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運動的機械能，再轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)運動而對外輸出動力。,2020/6/9,20,功用：骨架作用，安裝各個機構(gòu)和系統(tǒng)；與氣缸蓋內(nèi)水套-冷卻系統(tǒng)；機體與氣缸蓋內(nèi)油道-潤滑系統(tǒng)氣缸蓋：密封氣缸構(gòu)成燃燒室氣缸體：構(gòu)成氣缸曲軸箱：安裝支承曲軸。上曲軸箱與氣缸體鑄成一體，下曲軸箱貯存潤滑油，又稱為油底殼氣缸墊：保證缸蓋與缸體密封，防止漏氣、漏水和漏油。,1.機體組,組成：氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋和氣缸墊等。,2020/6/9,21,2.活塞連桿組,組成：活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、連桿軸瓦等功用：承受氣缸中的燃?xì)鈮毫?；將燃?xì)庾饔昧νㄟ^活塞銷和連桿傳給曲軸，推動曲軸旋轉(zhuǎn)；參與組成燃燒室,2020/6/9,22,活塞連桿組裝配動畫,2020/6/9,23,3.曲軸飛輪組,組成：曲軸、飛輪及附件,飛輪,曲軸,曲軸軸承,2020/6/9,24,曲軸飛輪組的組成,2020/6/9,25,功用,曲軸,氣體壓力,轉(zhuǎn)矩,飛輪,汽車傳動系,曲軸驅(qū)動配氣機構(gòu)和其它輔助裝置；飛輪貯存作功行程的能量，克服阻力，使曲軸能均勻地旋轉(zhuǎn)。飛輪外緣壓有齒圈與起動電機的驅(qū)動齒輪嚙合，供起動發(fā)動機用；,2020/6/9,26,曲軸前端,曲軸帶輪,空調(diào)壓縮機,動力轉(zhuǎn)向泵,張緊輪,導(dǎo)向輪,發(fā)電機,曲軸正時齒形帶輪,曲軸鏈輪,凸輪軸正時齒形帶輪,水泵,機油泵,2020/6/9,27,曲軸后端,曲軸帶輪,曲軸正時齒形帶輪,曲軸鏈輪,安裝飛輪用凸緣,飛輪,2020/6/9,28,二、配氣機構(gòu),組成：氣門組、氣門傳動組、配氣凸輪軸傳動系統(tǒng)功用：按照發(fā)動機的工作順序和工作循環(huán)的要求定時開啟和關(guān)閉進排氣門。按照：（四沖程發(fā)動機）的傳動比來傳動。即曲軸轉(zhuǎn)過720，配氣凸輪軸轉(zhuǎn)過360。,凸輪軸,挺柱,推桿,搖臂,氣門與氣門座,氣門導(dǎo)管,氣門彈簧,2020/6/9,29,配氣機構(gòu),2020/6/9,30,型式,2020/6/9,31,雙頂置凸輪軸配氣機構(gòu)(DOHC),2020/6/9,32,多氣門技術(shù),現(xiàn)在大多數(shù)發(fā)動機都采用了多氣門設(shè)計，主流發(fā)動機使用的每缸4氣門設(shè)計（兩進兩排），也有極少數(shù)廠家使用每缸5氣門設(shè)計（三進兩排）。,5氣門奧迪V84.2發(fā)動機,2020/6/9,33,4氣門配氣機構(gòu),5氣門配氣機構(gòu),雙凸輪軸上置直接驅(qū)動氣門,2020/6/9,34,多氣門技術(shù),一個進氣歧管中裝入一個可隨電腦控制開閉的氣閥。當(dāng)發(fā)動機處于高轉(zhuǎn)速時，氣閥打開，這時兩根進氣歧管同時進氣，獲得大流量的混合氣體；當(dāng)發(fā)動機處于低轉(zhuǎn)速時，氣閥關(guān)閉，進氣歧管的截面積就減小了一倍。提高汽缸的進氣負(fù)壓，能在汽缸內(nèi)充分形成渦流，讓空氣跟汽油更好的混合,電控制氣閥,2020/6/9,35,多氣門汽車的特點,（1）擴大了氣門通道截面Audi4氣門發(fā)動機與2氣門發(fā)動機相比，進氣通道截面增大30%，排氣通道截面增大50%，從而減少換氣損失，提高充氣效率。（2）采用稀燃技術(shù)。燃燒室內(nèi)混合氣形成了對燃燒十分有利的滾流（Tumble）形式。在采用分層燃燒、變渦流技術(shù)和多次噴射等方式后，可進一步提高燃燒質(zhì)量和著火穩(wěn)定性，其稀混合氣空燃比可達40以上，可以提高燃油經(jīng)濟性和降低NOX值。,2020/6/9,36,多氣門汽車的特點,（3）改善燃燒過程：雙火花塞和緊湊形燃燒室。（4）配氣機構(gòu)的慣性減小，有利于提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速和增大功率。（5）EGR廢氣再循環(huán)用于多氣門時，再循環(huán)率可大大提高。CCVS可控縱滾流分層燃燒4氣門發(fā)動機，其中一個進氣門是進可燃混合氣，另一個進氣門進廢氣，其廢氣再循環(huán)率提高到40%。,2020/6/9,37,多氣門技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展,多氣門發(fā)動機升功率大，早期的多氣門技術(shù)只用于賽車。多氣門技術(shù)現(xiàn)在多用于3L以下的發(fā)動機，大排量的通常限于賽車。日本、歐洲等國家均已對發(fā)動機排量征稅,我國生產(chǎn)的捷達王，采用了Audi公司新開發(fā)的EA1134缸20氣門發(fā)動機，三進二排，功率從二氣門的53kw增至5氣門的74KW，轉(zhuǎn)矩從121Nm，增加至150Nm，升功率很大接近50KW/L。,2020/6/9,38,可變配氣技術(shù),VVT-i，豐田，吸引買主的法寶VariableValveTimingwithintelligence中文翻譯是“智能可變配氣正時系統(tǒng)”。i-VTEC，本田，沖擊市場的利器VariableValveTimingandValveLiftElectronicControlSystem中文意思是“可變氣門配氣正時和氣門升程電子控制系統(tǒng)”。Mitsubishi公司的系統(tǒng)叫MIVEC，BMW公司叫做VANOS，3M公司所用的叫VACC。,2020/6/9,39,VVT概述,氣門開度大，高轉(zhuǎn)速時功率能提高，但低轉(zhuǎn)速時由于進氣量太小，會讓發(fā)動機的扭力下降，工作不穩(wěn)定，嚴(yán)重時甚至熄火；反之較小的氣門開度，那么低轉(zhuǎn)速時的扭力雖然提高了，但高轉(zhuǎn)速時的功率卻發(fā)揮不出來。可變氣門行程機構(gòu)就是隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速而改變氣門的行程。當(dāng)發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時使用短行程，高轉(zhuǎn)速時使用長行程。發(fā)動機的進氣機構(gòu)、排氣機構(gòu)以及增壓和柴油機的噴油等都應(yīng)該是可變的，才能使發(fā)動機發(fā)揮出較好的性能，也即發(fā)動機應(yīng)該是一個可變化系統(tǒng)，可變氣門正時是其中的一種，是近年來應(yīng)用較有成效的一種可變化系統(tǒng)。,2020/6/9,40,可變配氣正時及氣門升程機構(gòu),正時板,輔助進氣搖臂,主進氣搖臂,凸輪軸,中間進氣搖臂,進氣門,排氣門,廣本雅閣VTEC結(jié)構(gòu)圖,2020/6/9,41,發(fā)動機氣門正時及升程電子控制系統(tǒng),思域R18A11.8Li-VTEC發(fā)動機,本田i-VTEC,2020/6/9,42,1.VTEC功用,VTEC使配氣正時和氣門升程根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化作出相應(yīng)的實時調(diào)整使氣缸的充氣量同時滿足發(fā)動機低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速下的不同需要從而提高了發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。,2020/6/9,43,寶時捷可變配氣相位系統(tǒng),每個進氣門分別有兩組凸輪控制，一組是高速凸輪，一組是低速凸輪。當(dāng)發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速范圍時，氣門由低速凸輪驅(qū)動氣門頂向下行程，氣門開度就較小。當(dāng)發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速范圍時，控制活塞在液壓的驅(qū)動下從氣門座推入到氣門頂中，等于是把氣門座和氣門剛性的連接在一起，當(dāng)高速凸輪驅(qū)動氣門座時就能帶動氣門向下行程獲得較大的氣門開度。,2020/6/9,44,本田R18A1發(fā)動機VTEC系統(tǒng),裝備第八代思域，排量1.8L，最大功率103kW/6300rpm，最大扭矩174Nm/4300rpm，采用SOHC16V（2進2排）,2020/6/9,45,本田R18A1發(fā)動機VTEC系統(tǒng),當(dāng)發(fā)動機達到轉(zhuǎn)速4000rpm時，電磁閥啟動開始控制液壓鎖止活塞使三根搖臂連成一體運轉(zhuǎn)，并且一并由較高的中間凸輪驅(qū)動，氣門的開啟時間還是開度都比普通凸輪驅(qū)動時要大。發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低到預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速1500rpm時，搖臂的驅(qū)動液壓降低，鎖止活塞則自動歸位使中間搖臂與兩側(cè)分開，恢復(fù)到兩側(cè)凸輪驅(qū)動狀態(tài)。,2020/6/9,46,第三代i-VTEC技術(shù),本田R18A1發(fā)動機應(yīng)用了第三代i-VTEC技術(shù)。VTEC技術(shù)可以延長進氣門關(guān)閉時間，提高發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速時的進氣量，進而使功率和扭矩的提升。思域R18A發(fā)動機VTEC機構(gòu)被用于節(jié)省燃油消耗。,2020/6/9,47,寶馬的可變氣門行程控制機構(gòu),氣門行程能夠在一定范圍內(nèi)無段級調(diào)節(jié)。電機通過蝸桿傳動齒輪，由齒輪上的凸輪帶動搖臂運動來改變搖臂的控制角，在凸輪軸的驅(qū)動下由搖臂帶動氣門運動。通過改變搖臂的角度就可以改變氣門的行程了。在一定區(qū)域內(nèi)做無段級調(diào)節(jié)氣門開度，舒適性更強，配氣機構(gòu)在各轉(zhuǎn)速下的適應(yīng)性也更強，能最大限度的提高發(fā)動機充氣效率。寶馬745i,530i,330i為代表的直列6缸發(fā)動機和V型8缸發(fā)動機裝備該系統(tǒng)。,2020/6/9,48,小結(jié),配氣機構(gòu)有三種傳動方式齒輪驅(qū)動、鏈驅(qū)動和齒形皮帶驅(qū)動。四沖程發(fā)動機曲軸與凸輪軸之比(即傳動比)應(yīng)為2：1即曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機采用多氣門布置和排列方式，進、排氣門配氣相位早開晚關(guān)，以改善進、排氣狀況。凸輪軸上主要配置有各缸進、排氣凸輪，凸輪的輪廓保證氣門開啟和關(guān)閉的持續(xù)時間符合配氣相位的要求，凸輪軸有軸向定位裝置。轎車發(fā)動機采用液力挺柱，可消除配氣機構(gòu)中的間隙，減小各零件的沖擊載荷和噪聲。,2020/6/9,49,三、燃料供給系統(tǒng),功用：根據(jù)發(fā)動機的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去；柴油機燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。,2020/6/9,50,汽油的性質(zhì),物理特性：粘度小、流動性好、自潤性差使用性能指標(biāo)：蒸發(fā)性、熱值、抗爆性抗爆性：在燃燒中，避免產(chǎn)生爆燃的能力。（辛烷值越高，抗爆性越強）標(biāo)號：標(biāo)號越高，抗爆性越強。按辛烷值不同分，以RQ打頭，后跟汽油的辛烷值。例如代號為RQ-90，“R”是燃的漢語拼音字頭，“Q”是汽的漢語拼音字頭，代表燃汽油-90是辛烷值（表示研究法辛烷值為90），壓縮比大的汽油機應(yīng)選用較高牌號的汽油。我國在2000年7月1日推廣使用無鉛汽油，含鉛量小于2.5mg/L為無鉛汽油。,2020/6/9,51,3、燃油供給系統(tǒng),2020/6/9,52,可燃混合氣,按一定比例混合的汽油空氣混合物,燃料系的功用,功用,根據(jù)發(fā)動機工況配制合適的可燃混合氣，供給氣缸,將燃燒產(chǎn)物排至大氣中,2020/6/9,53,燃料供給系統(tǒng)組成,燃油供給裝置：汽油油箱、汽油泵、汽油濾清器、油管空氣供給裝置：空氣濾清器可燃混合氣形成裝置：化油器廢氣排出裝置：排氣管道、排氣消音器，三元崔化轉(zhuǎn)換器,2020/6/9,54,四、潤滑系統(tǒng),功用：向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。組成：潤滑系一般由機油泵，油底殼，機油濾清器，機油散熱器，各種閥，傳感器和機油壓力表、溫度表等組成。,2020/6/9,55,潤滑,密封,冷卻,利用油膜減少機件間的磨損,利用油膜防止燃?xì)獾男孤?潤滑油可以吸收熱量,清潔防銹,減振緩沖,液壓,帶走金屬屑、雜質(zhì)及酸性物,利用油膜緩沖振動,兼做液壓油，起液壓作用,一、潤滑系功用,2020/6/9,56,組成,潤滑系一般由機油泵，油底殼，機油濾清器，機油散熱器，各種閥，傳感器和機油壓力表、溫度表等組成?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機潤滑系的組成及油路布置方案大致相似，只是由于潤滑系的工作條件和具體結(jié)構(gòu)的不同而稍有差別。,2020/6/9,57,五、冷卻系統(tǒng),功用：將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。組成：冷卻水套、水泵、風(fēng)扇、水箱、節(jié)溫器等組成。,2020/6/9,58,1.發(fā)動機過熱、過冷的危害,發(fā)動機過熱,發(fā)動機過冷,充氣效率低，早燃和爆燃易發(fā)生，發(fā)動機功率下降運動機件易損壞潤滑油粘度減小、潤滑油膜易破裂加劇零件磨損,燃燒困難，功率低及油耗高潤滑油粘度增大，零件磨損燃油凝結(jié)而流入曲軸箱，增加油耗，且機油變稀，從而導(dǎo)致功率下降，磨損增加,一、冷卻系作用,2020/6/9,59,2.冷卻系