第一章 發(fā)動機基本知識

1、第一章 發(fā)動機基本知識1.1 汽車發(fā)動機的分類21.2 汽車發(fā)動機的基本術(shù)語71.3 發(fā)動機的基本工作原理91.4 發(fā)動機的總體構(gòu)造131.5 發(fā)動機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則15學(xué)習(xí)目標(biāo)： 通過本次課的講述，使學(xué)生對發(fā)動機有一個直觀的了解和認(rèn)識1.了解發(fā)動機的分類方法； 2.掌握有關(guān)發(fā)動機的基本術(shù)語； 3.掌握發(fā)動機的工作原理；4.了解發(fā)動機的總體構(gòu)造。學(xué)習(xí)方法：介紹發(fā)動機的基本術(shù)語，通過多媒體課件動態(tài)演示發(fā)動機的工作原理，并分析典型車型發(fā)動機的總體構(gòu)造，這是今后學(xué)習(xí)發(fā)動機構(gòu)造的基礎(chǔ)。 學(xué)習(xí)內(nèi)容： 1.1 概述 1.2 發(fā)動機的工作原理 1.3 發(fā)動機總體構(gòu)造 學(xué)習(xí)重點： 1.發(fā)動機的排量以及壓

2、縮比的概念；2.四沖程汽油機的工作原理；3.發(fā)動機的總體構(gòu)造。 作業(yè)習(xí)題： 1.發(fā)動機由哪些機構(gòu)系統(tǒng)組成 ? 各部分功用是什么 ?2.柴油機與汽油機在總體構(gòu)造上有何異同 ? 它們之間的主要區(qū)別是什么 ?3.二沖程與四沖程發(fā)動機比較有何優(yōu)缺點 ?4.舉例說明國產(chǎn)發(fā)動機的型號編制規(guī)則。 1.1 汽車發(fā)動機的分類汽車發(fā)動機，這里專指汽車用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其分類方法很多，按照不同的分類方法可以把發(fā)動機分成不同的類型。1.1.1按著火方式分類 發(fā)動機根據(jù)所使用的燃料的不同，著火方式也不相同，具體可分為點燃式發(fā)動機（汽油機屬于此類）和壓燃式發(fā)動機（柴油機屬于此類）。 （如圖1-1-1）1.1.2按使用燃

3、料分類 發(fā)動機按照所使用的燃料的不同可分為汽油機、柴油機、煤氣機、氣體燃料發(fā)動機、多種燃料發(fā)動機等。 （如圖1-1-2）1.1.3按冷卻方式分類 發(fā)動機按照冷卻方式的不同可分為水冷發(fā)動機、風(fēng)冷發(fā)動機、油冷發(fā)動機。水冷發(fā)動機利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進(jìn)行循環(huán)的冷卻液作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻；風(fēng)冷發(fā)動機利用流動于氣缸體和氣缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻；油冷發(fā)動機利用油冷卻氣缸和氣缸蓋等零件。水冷發(fā)動機冷卻均勻、工作可靠、冷卻效果好，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代車用發(fā)動機。 1.1.4按進(jìn)氣狀態(tài)分類 發(fā)動機按照進(jìn)氣狀態(tài)可以分為增壓式發(fā)動機和非增壓式發(fā)動機。汽油機常采用非增壓式，柴油機常采用增壓

4、式。 （如圖1-1-4）1.1.5按燃料供給方式分類 發(fā)動機按燃料供給方式可分為化油器式發(fā)動機、汽油噴射式發(fā)動機、直接噴射式柴油機等。1.1.6按沖程分類發(fā)動機按照完成一個工作循環(huán)所需的行程數(shù)，可分為四沖程發(fā)動機和二沖程發(fā)動機。曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈( 720)，活塞上下往復(fù)四次，經(jīng)過四個行程，完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機，稱為四沖程發(fā)動機。曲軸旋轉(zhuǎn)一圈(360)，活塞上下往復(fù)兩次，經(jīng)過兩個行程，完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機，稱為二沖程發(fā)動機。汽車發(fā)動機廣泛采用的是四沖程發(fā)動機。 （如圖1-1-5）1.1.7按氣缸數(shù)及布置分類 發(fā)動機按照氣缸數(shù)及布置的不同可分為單缸發(fā)動機、多缸發(fā)動機（如圖1-1-6）、直列式發(fā)

5、動機、對置式發(fā)動機、 V 型式發(fā)動機、斜置式發(fā)動機、臥式發(fā)動機、星形發(fā)動機等?，F(xiàn)代車用發(fā)動機多采用四缸、六缸、八缸、十二缸發(fā)動機。直列式發(fā)動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的。若為了降低高度，有時把氣缸布置成傾斜的（斜置式發(fā)動機），甚至水平的（臥式發(fā)動機）。具有兩列氣缸，兩列之間的夾角小于 180（一般為 90）的發(fā)動機，稱為 V 型式發(fā)動機，兩列之間的夾角等于 180時稱為對置式發(fā)動機。（如圖1-1-7）圖 1-1-6圖 1-1-71.2 汽車發(fā)動機的基本術(shù)語圖1-2-1 為發(fā)動機示意圖，描述發(fā)動機的基本術(shù)語如下(圖1-2-2)：圖 1-2-1圖 1-2-2工作循環(huán)包括進(jìn)氣、壓縮、膨脹和

6、排氣等過程的周而復(fù)始的循環(huán)。即發(fā)動機完成進(jìn)氣、壓縮、膨脹和排氣四個過程叫做一個工作循環(huán)。 上止點 TDC 活塞頂面離曲軸中心線最遠(yuǎn)時的止點。通常即活塞的最高位置。 下止點 BDC 活塞頂面離曲軸中心線最近時的止點。通常即活塞的最低位置?；钊谐蹋?S ）活塞運行的上、下兩個止點之間的距離。曲柄半徑（ R ）從曲軸主軸頸中心線到連桿軸頸中心線的垂直距離。氣缸工作容積（活塞排量 Vs ）一個氣缸中活塞運動一個行程所掃過的容積。即活塞面積與行程的乘積。 發(fā)動機工作容積（發(fā)動機排量 Vst ）一臺發(fā)動機全部氣缸工作容積的總和。氣缸余隙容積（燃燒室總?cè)莘e、壓縮室容積 Vce ）活塞在上止點時的氣缸容積。

7、活塞頂上面空間叫做燃燒室，它的容積叫做燃燒室總?cè)莘e。它是氣缸的最小容積。 氣缸最大容積（ Va ）活塞在下止點時氣缸的容積。它是氣缸工作容積和燃燒室總?cè)莘e之和。壓縮比（）氣缸最大容積和燃燒室總?cè)莘e的比值。 負(fù)荷率內(nèi)燃機在某一轉(zhuǎn)速下的功率與該轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大功率之比，以百分?jǐn)?shù)表示。工況指內(nèi)燃機在某一時刻所處的工作狀況，一般用功率和曲軸轉(zhuǎn)速來表示，也可用負(fù)荷與轉(zhuǎn)速來表示。1.3 發(fā)動機的基本工作原理1.3.1 四沖程汽油機的工作原理 四沖程汽油機的工作循環(huán)包括進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個行程。( 1 ) 進(jìn)氣行程活塞由曲軸帶動由上止點向下止點運動，此時排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門開啟，如圖1-3-1a 所

8、示，由于活塞下移，氣缸內(nèi)容積逐漸增大，形成一定的真空度，于是經(jīng)燃料供給系形成的可燃混合氣，通過進(jìn)氣門被吸入氣缸?；钊竭_(dá)下止點時，進(jìn)氣門關(guān)閉，進(jìn)氣停止。進(jìn)氣行程結(jié)束時，由于進(jìn)氣過程中燃料供給系、進(jìn)氣管、進(jìn)氣門等處都存在進(jìn)氣阻力，此時氣缸內(nèi)壓力略低于大氣壓，約為 75 90kPa ；由于氣缸壁、活塞等高溫件及上一循環(huán)殘留高溫廢氣的加熱，氣體溫度約為 370 440K 。 圖1-3-1a 圖1-3-1b 圖1-3-1c 圖1-3-1d( 2 ) 壓縮行程 進(jìn)氣行程結(jié)束時，活塞在曲軸的帶動下，從下止點向上止點運動，如圖1-3-1b 所示，氣缸內(nèi)容積逐漸減小，由于進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，可燃混合氣被壓縮，活

9、塞到達(dá)上止點時，壓縮結(jié)束。在壓縮過程中，氣體壓力和溫度同時升高，并進(jìn)一步均勻混合，壓縮終了時，氣缸內(nèi)壓力約為 600 1500kPa ，溫度約為 600 800K ，遠(yuǎn)高于汽油的點燃溫度（約 263K ），因而很易被點燃。 ( 3 ) 作功行程 在壓縮行程末，如圖1-3-1c 所示，火花塞產(chǎn)生電火花點燃混合氣，并迅速燃燒，使氣體溫度、壓力迅速升高并膨脹，從而推動活塞由上止點向下止點運動，再通過連桿驅(qū)動曲軸轉(zhuǎn)動作功，活塞到達(dá)下止點時作功結(jié)束。在作功過程中，初始階段氣缸內(nèi)氣體壓力和溫度急劇上升，瞬時壓力可達(dá) 3 5MPa ，瞬時溫度可達(dá) 2200 2800K 。隨著活塞的下移，壓力、溫度下降，作功

10、行程終了時壓力約為 300 500kPa ，溫度約為 1500 1700K 。 ( 4 ) 排氣行程 在作功行程結(jié)束時，排氣門打開，如圖1-3-1d 所示，曲軸通過連桿推動活塞由下止點向上止點運動，廢氣在自身剩余壓力和活塞的推力作用下，排出氣缸?；钊竭_(dá)上止點時，排氣門關(guān)閉，排氣結(jié)束。排氣終了時，由于燃燒室容積的存在，氣缸內(nèi)還存有少量廢氣，氣體壓力因排氣門和排氣管的阻力而略高于大氣壓，此時壓力約為 105 125kPa ，溫度約為 900 1200K 。排出廢氣是為了下一個工作循環(huán)再吸入新鮮空氣。排氣行程結(jié)束時，排氣門關(guān)閉，同時進(jìn)氣門開啟，又開始了下一個工作循環(huán)。排氣過程和進(jìn)氣過程又合稱為換氣

11、過程 。 1.3.2 四沖程柴油機的工作原理 四沖程柴油機和四沖程汽油機一樣，每個工作循環(huán)也包括進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個行程。但由于柴油和汽油的性質(zhì)不同，使可燃混合氣的形成、著火方式等，與汽油機有很大區(qū)別。( 1 ) 進(jìn)氣行程 它不同于汽油機的是進(jìn)入氣缸的不是可燃混合氣，而是純空氣。由于進(jìn)氣阻力比汽油機小，上一行程殘留的廢氣溫度比較低等原因，進(jìn)氣終了時的壓力和溫度與汽油機略有不同，壓力約為 80 95kPa ，溫度約為 320 350K 。( 2 ) 壓縮行程 不同于汽油機的是壓縮的是純空氣，且由于柴油機壓縮比較大，壓縮終了時的溫度和壓力都比汽油機高，壓力可達(dá) 3 5MPa ，溫度可達(dá) 80

12、0 1000K 。( 3 ) 作功行程 此行程與汽油機有很大不同，壓縮行程末了，噴油泵將高壓柴油經(jīng)噴油器呈霧狀噴入氣缸內(nèi)的高溫空氣中，迅速汽化并與空氣形成混合氣，因為此時氣缸內(nèi)的溫度遠(yuǎn)高于柴油的自燃溫度（約 500K 左右），柴油便立即自行著火燃燒，且此后一段時間內(nèi)邊噴射邊混合邊燃燒，氣缸內(nèi)壓力、溫度急劇升高，推動活塞下行作功。瞬時壓力可達(dá) 5 10MPa ，瞬時溫度可達(dá) 1800 2200K 。隨著活塞的下移，壓力、溫度下降，作功行程終了時壓力約為 200 400kPa ，溫度約為 1200 1500K 。( 4 ) 排氣行程 與汽油機排氣行程基本相同，排氣終了時氣缸內(nèi)壓力約為 105 12

13、5kPa ，溫度約為 800 1000K 。 1.3.3 二沖程汽油機的工作原理 二沖程發(fā)動機的工作循環(huán)也包括進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個過程，但它是在活塞往復(fù)兩個行程內(nèi)完成的。工作循環(huán)（圖1-3-3 ）如下。 第一行程：在曲軸的旋轉(zhuǎn)帶動下，活塞由下止點向上止點運動，當(dāng)活塞上行至關(guān)閉換氣孔和排氣孔時，已進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮空氣開始被壓縮，直至活塞到達(dá)上止點，壓縮行程結(jié)束。由于活塞上行，其下方即曲軸箱內(nèi)形成一定的真空度，當(dāng)進(jìn)氣孔開啟時，燃油供給系供給的可燃混合氣在真空度的作用下，被吸入曲軸箱內(nèi)。 第二沖程：當(dāng)活塞接近上止點時，火花塞產(chǎn)生電火花，點燃混合氣，混合氣燃燒后膨脹作功，推動活塞從上止點向下止點

14、運動作功。當(dāng)活塞下行到關(guān)閉進(jìn)氣孔后，活塞下方曲軸箱內(nèi)的可燃混合氣被預(yù)壓。當(dāng)活塞下行至排氣孔開啟時，部分燃燒后的廢氣靠自身壓力經(jīng)排氣孔排出，緊接著換氣孔開啟，曲軸箱內(nèi)預(yù)壓的可燃混合氣經(jīng)換氣孔進(jìn)入氣缸，并掃除氣缸內(nèi)的廢氣，這一過程稱為換氣過程，它一直延續(xù)到下一行程活塞再上行到關(guān)閉換氣孔和排氣孔時為止。由上可知，第一行程活塞上方進(jìn)行換氣、壓縮，活塞下方進(jìn)氣；第二沖程活塞上方進(jìn)行作功、換氣，活塞下方預(yù)壓縮。換氣過程縱跨兩個行程。1.4 發(fā)動機的總體構(gòu)造發(fā)動機是一種由許多機構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機器無論是汽油機還是柴油機，無論是四沖程還是二沖程發(fā)動機，無論是單缸還是多缸發(fā)動機，要完成能量轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)工作循環(huán)，

15、保持長時間連續(xù)正常工作，一般應(yīng)具備下列機構(gòu)和系統(tǒng)（柴油機無點火系統(tǒng)）：曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中，活塞承受燃?xì)鈮毫υ跉飧變?nèi)做直線運動，通過連桿轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，并向外輸出動力。而在進(jìn)氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放的能量又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成活塞的直線運動。配氣機構(gòu) 配氣機構(gòu)的功能是根據(jù)發(fā)動機的工作順序和工作過程，定時開啟和關(guān)閉進(jìn)氣門和排氣門，使可燃混合氣進(jìn)入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實現(xiàn)換氣過程。配氣機構(gòu)大多采用頂置氣門式配氣機構(gòu)，由氣門組和氣門傳動組組成)。燃油供給系統(tǒng) 汽油機燃油供

16、給系統(tǒng)的功能是根據(jù)發(fā)動機的要求，配置出一定數(shù)量和濃度的可燃混合氣，均勻的分配到各個氣缸中，并匯集各個氣缸燃燒后的廢氣，從排氣消聲器排出。柴油機燃油供給系統(tǒng)的功能是把柴油和空氣分別均勻的分配到各個氣缸中，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，然后匯集各個氣缸燃燒后的廢氣，從排氣消聲器排出。潤滑系統(tǒng) 潤滑系的功能是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(jìn)行清洗和冷卻。潤滑系統(tǒng)由潤滑油道、機油泵、機油濾清器和一些閥門等組成。冷卻系統(tǒng) 冷卻系的功能是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機的冷卻系通常由冷卻

17、水套、水泵、風(fēng)扇、水箱、節(jié)溫器等組成。點火系統(tǒng)在汽油機中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。點火系統(tǒng)的功能是定時在火花塞電極間產(chǎn)生電火花，點燃?xì)飧變?nèi)的可燃混合氣。點火系通常由蓄電池、發(fā)電機、點火線圈、分電器、火花塞等組成。起動系統(tǒng) 要使發(fā)動機由靜止?fàn)顟B(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機的曲軸，使活塞做往復(fù)運動，同時使氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機才能自行運轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動進(jìn)行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機開始自動地怠速運轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機的

18、起動系統(tǒng))。桑塔納 JV1.8 發(fā)動機總體構(gòu)造該機裝有 Keihin 化油器，無觸點霍爾傳感式晶體管點火，凸輪軸頂置，直接驅(qū)動液力挺桿，采用正時齒輪帶傳動配氣機構(gòu)。 1.5 發(fā)動機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則為了便于發(fā)動機的生產(chǎn)管理和使用，國家標(biāo)準(zhǔn) (GB725 82) 中對發(fā)動機的名稱和型號編制方法作了統(tǒng)一規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容如下： 發(fā)動機產(chǎn)品名稱均按所采用的燃料命名，例如柴油機、汽油機、煤氣機、沼氣機、雙 ( 多種 ) 燃料發(fā)動機等。 發(fā)動機型號由阿拉伯?dāng)?shù)字和漢語拼音字母組成。發(fā)動機型號包括以下四部分：( 1 )首部： 為產(chǎn)品系列符號和 ( 或 ) 換代標(biāo)志符號，由制造廠根據(jù)需要自選相應(yīng)字母表示，但需主管部門或由部門主管標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)核準(zhǔn)。( 2 )中部： 由缸數(shù)符號、行程符號、氣缸排列形式符號和缸徑符號組成。( 3 )后部： 結(jié)構(gòu)特征和用途特征號，以字母表示。 ( 4 )尾部： 區(qū)分符號。同一系列產(chǎn)品因改進(jìn)等原因需要區(qū)分時，由制造廠選用適當(dāng)?shù)姆柋硎?。發(fā)動機型號的排列順序及符號所代表的意義規(guī)定如 圖1-5-1 所示：型號編制示例 柴油機： 165F 表示單缸，四沖程，缸徑 65mm ，風(fēng)冷。 R175 表示單缸，四沖程，缸徑 75mm ，水冷，通用型 ( 這里取 R 表示 175