發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)與工作原理

1、/t*o-1 發(fā)動機的殼體(1) 氣缸蓋罩(2) 氣缸蓋(3) 氣缸蓋密封墊(4) 曲軸箱(5) 油底殼密封墊(6) 油底殼帶有氣門桿密封件2 氣門機構(gòu)氣門機構(gòu)由下列部件共同構(gòu)成：凸輪軸傳動元件（壓桿、挺桿）氣門（整個總成）可能包括液壓氣門間隙補償器（hva1進氣門2底部氣門彈簧座,3上部氣門彈簧座4 hva元件5進氣凸輪軸6排氣門7氣門彈瞥8滾子式氣門搖臂9排氣凸輪軸蟲 辺33 曲軸傳動機構(gòu)曲軸傳動機構(gòu)，是一個將燃燒 室壓力轉(zhuǎn)化為動能的功能分組在此過程中，活塞的往復運動 轉(zhuǎn)化為曲軸的轉(zhuǎn)動此外曲軸傳動機構(gòu)還包括一些 外圍設備，這些設備并不執(zhí)行 主要功能而是提供相關(guān)輔助。 輔助設備基本包括飛輪、

2、皮帶 輪（帶有扭轉(zhuǎn)減振器）和正時 鏈曲軸傳動機構(gòu)主要包括以下部件: 活塞2連桿3曲軸曲軸將活塞的直線運動轉(zhuǎn)化為 轉(zhuǎn)動曲軸傳動機構(gòu)（曲軸）1扭轉(zhuǎn)減振器的固定裝置2用于驅(qū) 動機油泵的齒輪3主軸承軸頸 4連桿軸承軸頸5輸出端6平衡 重塊7油孔8正時鏈鏈輪曲軸傳動機構(gòu)（活塞）3活塞是汽油發(fā)動機所有傳動部件的 第一個壞節(jié)。活塞的任務是吸收燃 燒過程中產(chǎn)生的壓力并通過活塞銷 和連桿將其傳至曲軸。在此過程中 將燃燒熱能轉(zhuǎn)化為運動活塞銷座固定活塞內(nèi)的活塞銷活塞下部的活塞裙用于在氣缸內(nèi)引 導活塞活塞主要尺寸包括直徑、總長度和 壓縮高度。壓縮高度是指活塞銷軸 線與活塞頂上沿之間的距離 一套活塞環(huán)通常包括兩個氣環(huán)和

3、一 個刮油環(huán)活塞的主要部分包括活塞頂、活塞 環(huán)部分、活塞銷座和活塞裙1.活塞頂2氣環(huán)3活塞銷4活塞裙5刮油環(huán)6氣環(huán)33jexsool3曲軸傳動機構(gòu)（連桿）1 油孔2滑動軸承3連桿4軸瓦5軸瓦6連桿軸承蓋7 連桿螺栓在曲軸傳動機構(gòu)中，連桿負責連接 活塞和曲軸。活塞的直線運動 通過連桿轉(zhuǎn)化為曲軸的轉(zhuǎn)動。 此外，連桿還要將燃燒壓力產(chǎn) 生的作用力由活塞傳至曲軸上曲軸傳動機構(gòu)確定旋轉(zhuǎn)方向時，在發(fā)動機動 力輸出端（離合器或飛輪一側(cè)） 相對側(cè)進行觀察s8z51站在確定發(fā)動機旋轉(zhuǎn)方向時的 相同位置，距離最近的是氣缸1 隨后各氣缸向動力輸出端依次 編號曲軸傳動機構(gòu)如果是v形的發(fā)動機，確定氣缸的順序與直列的發(fā)動機

4、相似，止爰動機劫力輸出端（離合器或飛輪一狽i）相對側(cè)進行觀察左手邊的氣缸列為1氣缸 歹lb氣缸順序依次編號。 右手邊的是2氣缸列，氣 缸順序依次編號，如圖所 示曲軸傳動機構(gòu)點火順序mm i nc v酬慮炯|«iam180°-180° kw1-3-4-2im120°im120°kwv g ah90°90。kwv型十二缸60°90。60° kw17-5-1149-6-12-2-84-10曲軸傳動機構(gòu)點火間隔= 720° :氣缸數(shù)四缸：180°曲軸轉(zhuǎn)角六缸：120°曲軸轉(zhuǎn)角八缸：90

5、6;曲軸轉(zhuǎn)角十二缸：60°曲軸轉(zhuǎn)角氣缸數(shù)越多，點火間隔越小。點火 間隔越小，發(fā)動機運行越平穩(wěn)。 至少從理論上來講，質(zhì)量平衡 因素也起到了一定作用，該因 素取決于發(fā)動機結(jié)構(gòu)形式和點 火順序下圖展示了點火間隔為120°六缸直列 發(fā)動機的曲軸圖屮編號表示各氣缸的點火順序。從編 號一數(shù)到編號六需轉(zhuǎn)動曲軸兩圈即 720°。各編號z間的距離相等，即 120°4 氣缸蓋罩氣缸蓋罩執(zhí)行以下任務：1 使氣缸蓋頂端與外部隔離2 隔音3 固定曲軸箱通風系統(tǒng)4 固定安裝件為了達到較好的減振效果，氣缸 蓋罩與氣缸蓋以非剛性方式連 接。使用螺栓連接時，通過彈 性密封墊和去耦元件達到

6、上述 目的氣缸蓋罩可由鋁合金、塑料或鎂 合金制成氣缸蓋罩通常也稱作氣缸蓋蓋 板或氣門蓋。它構(gòu)成了發(fā)動機 殼體的頂部5 發(fā)動機油底殼油底殼是發(fā)動機殼體的底部。油底 殼用于存儲發(fā)動機油油底殼執(zhí)行以下任務：發(fā)動機油的收集容器回流發(fā)動機油的收集容器曲軸箱的底部固定安裝件1油底殼2 導流板6 曲軸箱曲軸箱的任務是：構(gòu)成燃燒室固定曲軸傳動機構(gòu)吸收燃燒產(chǎn)生的作用力固定冷卻液和潤滑油輸送通道以 及曲軸箱通風通道固定安裝件使曲軸空間與外界隔離密封所有氣缸都組裝在曲軸箱內(nèi)。曲 軸箱采用雙層鋼板結(jié)構(gòu)，以便 安裝冷卻水套。曲軸箱下部區(qū) 域稱為曲軸傳動機構(gòu)殼體，因 為包含曲軸傳動機構(gòu)。曲軸箱 內(nèi)有很多開孔和通道于不同系

7、 統(tǒng)，彳列如供油系統(tǒng)曲軸箱可以說是所有發(fā)動機的 核心組件，因此又稱為發(fā)動機 缸體曲軸箱的結(jié)構(gòu) v型發(fā)動機的“v”型角也必須 大小相等，以確保兩個氣缸列 能夠具有相同的點火間隔。因 此，bmw a缸的氣缸列夾角為 90° ,十二缸為60。但在特殊情況下，點火間隔不 均勻時可產(chǎn)生獨特的發(fā)動機聲曲軸箱的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分為直列式或v形結(jié)構(gòu) 端蓋的類型a. 封閉式端蓋結(jié)構(gòu)b. 敞開式端蓋結(jié)構(gòu)氣缸套不與水套接觸時稱為“干式氣缸套”與水套直接接觸時稱為“濕式 氣缸套”a.十式氣缸套b濕式汽缸套37 汽缸蓋氣缸蓋是一個非常復雜的部件, 責執(zhí)行多項功能。發(fā)動機正i 控制幾乎都在氣缸蓋內(nèi)進行氣缸蓋的任務是：構(gòu)

8、成燃燒室頂固定氣門機構(gòu)固定換氣通道吸收燃燒產(chǎn)生的作用力固定冷卻液和潤滑油輸送通道 及曲軸箱通風通道固定安裝件6ls,3q1汽缸蓋的結(jié)構(gòu)氣缸蓋形狀在很大程度上取決于所 包含的部件：氣門的數(shù)量和位置凸輪軸的位置和數(shù)量火花塞、預熱塞或噴射閥的位 置換氣通道的形狀此外還根據(jù)以下標準對氣缸蓋進行 分類：部件數(shù)量氣門數(shù)量冷卻方式下圖為帶有兩氣門和四氣門的燃燒 室頂對比。雖然兩氣門氣缸蓋的氣門直徑 較大，但四氣門氣缸蓋的總氣 門面積和氣流橫截面顯然更大 a.雙氣門 b.四氣門汽缸蓋的結(jié)構(gòu)采用橫流冷卻方式吋，氣缸蓋 內(nèi)的冷卻液由較熱的排氣側(cè)流 向較涼的進氣側(cè)。這種方式的 優(yōu)點是整個氣缸蓋內(nèi)熱量分布 比較均勻與

9、之相反，采用縱流冷卻方式 時，冷卻液沿氣缸蓋縱軸流動, 即由端面一側(cè)流向動力輸出端 或相反。冷卻液在流經(jīng)各個氣 缸的過程中逐漸加熱，因此熱 量分布非常不均衡。此外還會 造成冷卻循環(huán)回路內(nèi)壓力降低。也可以組合使用兩種冷卻方式3a. 橫流冷卻方式b. 縱流冷卻方式s2201汽缸蓋的結(jié)構(gòu)氣缸蓋作為氣缸的頂部構(gòu)成了燃燒室頂。它與活塞幾何因素一起決定 了燃燒室的形狀。燃燒室是由活塞、氣缸蓋和氣缸壁圍成的空間圖c中的布置方式非常有利，因為油氣混合氣可以非常有效地環(huán)繞火 花塞流動，相對于燃燒室體積而言燃燒室表面較小，因此熱力學損耗 較少。氣門傾斜角度最大可達25。發(fā)動機工作的基本原理氣花氣氣塞桿軸進火排排活

10、連曲1 2 3 4 5 6 78油底殼9曲軸箱10水套11燃燒室12排氣通道13氣缸蓋汽油發(fā)動機的工作原理四沖程發(fā)動機1 進氣行程新鮮空氣或汽油空氣混合氣被 吸入燃燒室內(nèi)。2壓縮行程吸入的新鮮空氣或汽油空氣混 合氣被活塞壓縮。3 作功行程燃油空氣混合氣開始燃燒。產(chǎn) 生的壓力促使活塞向下移動4 排氣行程排出燃燒室內(nèi)的廢氣。為了完成進氣和排氣行程在燃 燒室頂裝有氣門，這些氣門根 據(jù)需要打開或關(guān)閉。不同氣門 的功能不同。進氣門負責吸入 新鮮空氣或汽油空氣混合氣。 排氣門負責排出廢氣96gorim第一沖程：進氣行程第一沖程開始時，活塞位于上 止點，向下止點方向移動。進 氣門打開?；钊蛳乱苿訒r，燃燒室

11、容積 增大。此時產(chǎn)生輕微真空壓力, 從而使新鮮汽油空氣混合氣通 過打開的進氣門吸入燃燒室內(nèi)活塞到達下止點時，燃燒室內(nèi) 充滿汽油空氣混合氣。進氣門 關(guān)閉第二沖程：壓縮氣門都關(guān)閉時，活塞從下止點 向上止點移動由于燃燒室容積 減小且汽油空氣混合氣無法排 出，因此混合氣經(jīng)過高度壓縮。 燃燒室內(nèi)的壓力明顯增大進行快速壓縮時，燃燒室內(nèi)的 溫度也隨之升高?；钊磳⒌?達上止點前，混合氣被火花塞 的火花點燃。此時稱為點火時 亥0。汽油空氣混合氣開始燃燒 并釋放出熱能。溫度升高時氣 體迅速膨脹。但燃燒室是一個 封閉空間，氣體無法快速膨脹。 因此燃燒室內(nèi)的壓力急劇增大§0.-05i第三沖程：作功燃燒室內(nèi)

12、的高壓向其邊界面 （燃燒室壁、燃燒室頂和活塞） 施加作用力?；钊谧饔昧ο?向下止點方向移動。此時容積 增大，氣體能夠膨脹，燃燒室 內(nèi)的壓力減小。因此進行作功。燃油內(nèi)存儲的 化學能轉(zhuǎn)化為機械功。氣體膨 脹還導致燃燒室內(nèi)的溫度下降活塞到達下止點時排氣門打開, 壓力值降至環(huán)境壓力gemow.第四沖程：排氣活塞從下止點向上止點移動燃燒室容積減小。通過打開的 排氣門排出燃燒空氣。燃燒室 內(nèi)的壓力短時稍稍增大，最后 重新降至環(huán)境壓力第四沖程結(jié)束且活塞到達上止 點時，排氣門關(guān)閉。四沖程過程重新開始基準參數(shù)每進行一個沖程，曲軸旋轉(zhuǎn) 180° ,活塞由一個止點移動到 另一個止點。因此四沖程發(fā)動 機完

13、成整個一個循環(huán)時曲軸旋 轉(zhuǎn)720。即轉(zhuǎn)動兩圈。正時時間：吸入新鮮汽油空氣 混合氣和排出廢氣稱為換氣。 通過進氣門和排氣門控制換氣。 氣門的開啟和關(guān)閉時刻也取決 于曲軸轉(zhuǎn)角。這些時刻又稱為 正時時間，因為通過它們決定 發(fā)動機的換氣控制下表展示了汽油發(fā)動機正時時間的參照值。nn打開關(guān)團進氣tdc前bdc b10-15。40-60°排氣bdc前45-60°tdc 后 5-20°基準參數(shù)活塞即將開始向下移動前進氣 門打開，活塞重新開始向上移 動后進氣門關(guān)閉排氣門的運行方式相似。活塞 開始向上移動前排氣門打開， 活塞重新開始向下移動后排氣 門關(guān)閉正時時間的質(zhì)量即與發(fā)動機準

14、確同步，以及準確保持正時時 間對以下方面有重要影響：1 最大功率2 最大扭矩3 排氣質(zhì)量4 耗油量5 運行特性。a進氣b壓縮c作功d排氣1上止點(tdc) 2下止點(bdc) 3進氣門 打開4進氣門關(guān)閉5點火時刻6排氣 門打開7排氣門關(guān)閉8氣門重疊燃燒室充氣燃燒室充氣指的是進氣行程中進入氣缸內(nèi)的新鮮空氣量（汽油空氣混 合氣或空氣）。燃燒室充氣量越大，發(fā)動機輸出功率就越高。因此發(fā)動機設計最重要的一個方面就是盡可能達到最高燃燒室充氣效 率。盡可能減小用于換氣過程的能量也非常重要提高充氣效率：使進氣門開啟時間超過曲軸轉(zhuǎn)角180?？商岣呷紵?充氣效率和發(fā)動機功率。進氣門在活塞到達tdc前打開并在活塞

15、到 達bdc后關(guān)閉。在活塞到達tdc前打開表示進氣門在排氣行程期間 打開。排氣行程結(jié)束時，高速排出的氣體產(chǎn)生吸力。如果進氣門在活 塞到達上止點前打開，即使活塞正在向上移動，也可通過燃燒室內(nèi)的 真空壓力吸入新鮮空氣。進氣門和排氣門同時打開的這種狀態(tài)稱為氣 門重疊。設計為活塞到達bdc后關(guān)閉可確保開始壓縮行程時進氣門 仍處于打開狀態(tài)。這樣可使進氣過程中加速的新鮮空氣在其慣性作用 下繼續(xù)流入燃燒室內(nèi)?；钊蛏弦苿铀a(chǎn)生的壓力阻止新鮮空氣流入 時，該作用結(jié)束。最遲在該時刻，進氣門必須關(guān)閉。但是延長進氣時 間也只能使充氣效果最多達到理論最大充氣量的80 %,因為進氣時 存在真空壓力凝嚮翳繍胡飜發(fā)動機通過

16、氣門開啟時間提高充氣效率的 問題在于，這種方法只有在特疋轉(zhuǎn) 速范圍內(nèi)才能達到最佳效果。轉(zhuǎn)速 變化時，吸入新鮮空氣和排出廢氣 的疝力性也會隨之衣化。因此蕪法 隨吋根據(jù)需要準確控制氣門打開或 關(guān)閉的時刻。由于在傳統(tǒng)發(fā)動機中 這些時刻固定不變，因此可以接受 在特定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進行準確控制而 在其它轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無法確保最佳充反之排氣過程更加輕松，因為發(fā)動有助于排出廢氣并減輕曲軸傳動機 構(gòu)負荷。提前打開排氣門可使燃燒 室內(nèi)的壓力降至環(huán)境壓力。反正此 時的壓力也不足以繼續(xù)進行有效功機無需克服高壓作功。此外還能進從而有氣門重疊角基本概念1上止點(tdc)2行程3下止點(bdc)4連桿長度5曲軸半徑6缸徑7壓縮室8排量基本概念氣缸：氣缸是進行燃燒和活塞移動的空間。根據(jù)圓柱形的形狀命名為氣缸。 它所指的不是可以通過活塞改變?nèi)莘e的空間，而是由發(fā)動機金屬壁構(gòu)成 的工作腔缸徑：缸徑是指一個氣缸的直徑行程：行程指的是活塞在氣缸內(nèi)上下止點間移動的距離行程長短由曲軸決定。 相當于曲軸半徑的兩倍止點：止點指的是活塞移動的終點，活塞在止點處改變移動方向，止點分為 上止點（tdc）和下止點（bdc） o排量：一個氣缸的排量指的是活塞在一個行程過程中經(jīng)過的空間?；蛘叻Q作: 活塞上止點與下止點位置之間的氣缸空間。在發(fā)動機的技術(shù)數(shù)據(jù)中，排 量通常指的是發(fā)動機的總排量?？偱帕考此袣飧椎膯蝹€排量之和壓縮室：指的是活