汽車發(fā)動機結(jié)構(gòu)

1、汽車全面結(jié)構(gòu)發(fā)動機是汽車的動力源。迄今為止除為數(shù)不多的電動汽車外，汽車發(fā)動機都是熱能動力裝置，或簡稱熱機。在熱機中借助工質(zhì)的狀態(tài)變化將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。熱機有內(nèi)燃機和外燃機兩種。直接以燃料燃燒所生成的燃燒產(chǎn)物為工質(zhì)的熱機為內(nèi)燃機，反之則為外燃機。內(nèi)燃機包括活塞式內(nèi)燃機和燃氣輪機。外燃機則包括蒸汽機、汽輪機和熱氣機等。內(nèi)燃機與外燃機相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕和容易起動等許多優(yōu)點。因此，內(nèi)燃機尤其是活塞式內(nèi)燃機被極其廣泛地用作汽車動力。按活塞運動方式的不同，活塞式內(nèi)燃機可分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。2.根據(jù)所用燃料種類，活塞式內(nèi)燃機主要分為汽油機、柴油機和氣體燃料發(fā)動機三

2、類。以汽油和柴油為燃料的活塞式內(nèi)燃機分別稱作汽油機和柴油機。使用天然氣、液化石油氣和其他氣體燃料的活塞式內(nèi)燃機稱作氣體燃料發(fā)動機。3.按冷卻方式的不同，活塞式內(nèi)燃機分為水冷式和風(fēng)冷式兩種。以水或冷卻液為冷卻介質(zhì)的稱作水冷式內(nèi)燃機，而以空氣為冷卻介質(zhì)的則稱作風(fēng)冷式內(nèi)燃機4.往復(fù)活塞式內(nèi)燃機還按其在一個工作循環(huán)期間活塞往復(fù)運動的行程數(shù)進行分類?；钊絻?nèi)燃機每完成一個工作循環(huán)，便對外作功一次，不斷地完成工作循環(huán)，才使熱能連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。在一個工作循環(huán)中活塞往復(fù)四個行程的內(nèi)燃機稱作四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，而活塞往復(fù)兩個行程便完成一個工作循環(huán)的則稱作二沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機。5.按照氣缸數(shù)目分類可以分

3、為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機。僅有一個氣缸的發(fā)動機稱為單缸發(fā)動機；有兩個以上氣缸的發(fā)動機稱為多缸發(fā)動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動機?，F(xiàn)代車用發(fā)動機多采用四缸、六缸、八缸發(fā)動機。6.內(nèi)燃機按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式。單列式發(fā)動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的；雙列式發(fā)動機把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動機，若兩列之間的夾角=180°稱為對置式發(fā)動機7.按進氣狀態(tài)不同，活塞式內(nèi)燃機還可分為增壓和非增壓兩類。若進氣是在接近大氣

4、狀態(tài)下進行的，則為非增壓內(nèi)燃機或自然吸氣式內(nèi)燃機；若利用增壓器將進氣壓力增高，進氣密度增大，則為增壓內(nèi)燃機。增壓可以提高內(nèi)燃機功率。目前，應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的汽車發(fā)動機為水冷、四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其中汽油機用于轎車和輕型客、貨車上，而大客車和中、重型貨車發(fā)動機多為柴油機。少數(shù)轎車和輕型客、貨車發(fā)動機也有用柴油機的。以風(fēng)冷或二沖程活塞式內(nèi)燃機為動力的汽車為數(shù)不多。特別是從20世紀80年代起，在世界范圍內(nèi)，就不再有以二沖程活塞式內(nèi)燃機為動力的轎車了。一、基本結(jié)構(gòu)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的工作腔稱作氣缸，氣缸內(nèi)表面為圓柱形。在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸相連，構(gòu)

5、成曲柄連桿機構(gòu)。因此，當活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動時，連桿便推動曲軸旋轉(zhuǎn)，或者相反。同時，工作腔的容積也在不斷的由最小變到最大，再由最大變到最小，如此循環(huán)不已。氣缸的頂端用氣缸蓋封閉。在氣缸蓋上裝有進氣門和排氣門，進、排氣門是頭朝下尾朝上倒掛在氣缸頂端的。通過進、排氣門的開閉實現(xiàn)向氣缸內(nèi)充氣和向氣缸外排氣。進、排氣門的開閉由凸輪軸控制。凸輪軸由曲軸通過齒形帶或齒輪或鏈條驅(qū)動。進、排氣門和凸輪軸以及其他一些零件共同組成配氣機構(gòu)。通常稱這種結(jié)構(gòu)形式的配氣機構(gòu)為頂置氣門配氣機構(gòu)?，F(xiàn)代汽車內(nèi)燃機無一例外地都采用頂置氣門配氣機構(gòu)。構(gòu)成氣缸的零件稱作氣缸體，支承曲軸的零件稱作曲軸箱，氣缸體與曲軸箱的連鑄體稱作

6、機體。二、基本術(shù)語1. 工作循環(huán) 活塞式內(nèi)燃機的工作循環(huán)是由進氣、壓縮、作功和排氣等四個工作過程組成的封閉過程。周而復(fù)始地進行這些過程，內(nèi)燃機才能持續(xù)地作功。2.上、下止點活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠處為上止點；活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處為下止點。在上、下止點處，活塞的運動速度為零3.活塞行程上、下止點間的距離 S 稱為活塞行程。曲軸的回轉(zhuǎn)半徑 R 稱為曲柄半徑。顯然，曲軸每回轉(zhuǎn)一周，活塞移動兩個活塞行程。對于氣缸中心線通過曲軸回轉(zhuǎn)中心的內(nèi)燃機，其 S2R 。4.氣缸工作容積上、下止點間所包容的氣缸容積稱為氣缸工作容積5.內(nèi)燃機排量內(nèi)燃機所有氣缸工作容積的總和稱為內(nèi)燃機排量。排量=工作容積 X 汽

7、缸數(shù)6.燃燒室容積活塞位于上止點時，活塞頂面以上氣缸蓋底面以下所形成的空間稱為燃燒室，其容積稱為燃燒室容積，也叫壓縮容積。7.氣缸總?cè)莘e氣缸工作容積與燃燒室容積之和為氣缸總?cè)莘e。8.壓縮比氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比 e 。 壓縮比的大小表示活塞由下止點運動到上止點時，氣缸內(nèi)的氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮終了時氣缸內(nèi)的氣體壓力和溫度就越高9.工況內(nèi)燃機在某一時刻的運行狀況簡稱工況，以該時刻內(nèi)燃機輸出的有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速表示。曲軸轉(zhuǎn)速即為內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速。10.負荷率內(nèi)燃機在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值稱為負荷率，以百分數(shù)表示。負荷率通常簡稱負荷一、四

8、沖程汽油機工作原理四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機在四個活塞行程內(nèi)完成進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程，即在一個活塞行程內(nèi)只進行一個過程。因此，活塞行程可分別用四個過程命名。1.進氣行程 活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時排氣門關(guān)閉，進氣門開啟。在活塞移動過程中，氣缸容積逐漸增大，氣缸內(nèi)形成一定的真空度?？諝夂推偷幕旌衔锿ㄟ^進氣門被吸入氣缸，并在氣缸內(nèi)進一步混合形成可燃混合氣。2.壓縮行程進氣行程結(jié)束后，曲軸繼續(xù)帶動活塞由下止點移至上止點。這時，進、排氣門均關(guān)閉。隨著活塞移動，氣缸容積不斷減小，氣缸內(nèi)的混合氣被壓縮，其壓力和溫度同時升高。3.作功行程壓縮行程結(jié)束時，安裝在氣缸蓋上的火花塞產(chǎn)生電

9、火花，將氣缸內(nèi)的可燃混合氣點燃，火焰迅速傳遍整個燃燒室，同時放出大量的熱能。燃燒氣體的體積急劇膨脹，壓力和溫度迅速升高。在氣體壓力的作用下，活塞由上止點移至下止點，并通過連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)作功。這時，進、排氣門仍舊關(guān)閉。4.排氣行程排氣行程開始，排氣門開啟，進氣門仍然關(guān)閉，曲軸通過連桿帶動活塞由下止點移至上止點，此時膨脹過后的燃燒氣體(或稱廢氣)在其自身剩余壓力和在活塞的推動下，經(jīng)排氣門排出氣缸之外。當活塞到達上止點時，排氣行程結(jié)束，排氣門關(guān)閉。二、 四沖程柴油機工作原理四沖程柴油機的工作循環(huán)同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程，在各個活塞行程中，進、排氣門的開閉和曲柄連桿機構(gòu)的運動與汽油機

10、完全相同。只是由于柴油和汽油的使用性能不同，使柴油機和汽油機在混合氣形成方法及著火方式上有著根本的差別。1.進氣行程在柴油機進氣行程中，被吸入氣缸的只是純凈的空氣。0 o$ M0 l* H" l! u% e) U& X$ h: B, W2.壓縮行程因為柴油機的壓縮比大，所以壓縮行程終了時氣體壓力高。3.作功行程在壓縮行程結(jié)束時，噴油泵將柴油泵入噴油器，并通過噴油器噴入燃燒室。因為噴油壓力很高，噴孔直徑很小，所以噴出的柴油呈細霧狀。細微的油滴在熾熱的空氣中迅速蒸發(fā)汽化，并借助于空氣的運動，迅速與空氣混合形成可燃混合氣。由于氣缸內(nèi)的溫度遠高于柴油的自燃點，因此柴油隨即自行著火燃燒

11、。燃燒氣體的壓力、溫度迅速升高，體積急劇膨脹。在氣體壓力的作用下，活塞推動連桿，連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)作功。, s4 z/ V; W# c* U6 S+ ?$ j# Q3 k4.排氣行程排氣行程開始，排氣門開啟，進氣門仍然關(guān)閉，燃燒后的廢氣排出氣缸。三、二沖程汽油機工作原理二沖程內(nèi)燃機的工作循環(huán)是在兩個活塞行程即曲軸旋轉(zhuǎn)一周的時間內(nèi)完成的。在四沖程內(nèi)燃機中，常把排氣過程和進氣過程合稱為換氣過程。在二沖程內(nèi)燃機中換氣過程是指廢氣從氣缸內(nèi)被新氣掃除并取代的過程。這兩種內(nèi)燃機工作循環(huán)的不同之處主要在于換氣過程。1.第一行程活塞在曲軸帶動下由下止點移至上止點。當活塞還處于下止點時，進氣孔被活塞關(guān)閉，排氣孔和

12、掃氣孔開啟。這時曲軸箱內(nèi)的可燃混合氣經(jīng)掃氣孔進入氣缸，掃除其中的廢氣。隨著活塞向上止點運動，活塞頭部首先將掃氣孔關(guān)閉，掃氣終止。但此時排氣孔尚未關(guān)閉，仍有部分廢氣和可燃混合氣經(jīng)排氣孔繼續(xù)排出，稱其為額外排氣。當活塞將排氣孔也關(guān)閉之后，氣缸內(nèi)的可燃混合氣開始被壓縮。直至活塞到達上止點，壓縮過程結(jié)束。2.第二行程活塞由上止點移至下止點。在壓縮過程終了時，火花塞產(chǎn)生電火花，將氣缸內(nèi)的可燃混合氣點燃。燃燒氣體膨脹作功。此時排氣孔和掃氣孔均被活塞關(guān)閉，惟有進氣孔仍然開啟。空氣和汽油經(jīng)進氣孔繼續(xù)流入曲軸箱，直至活塞裙部將進氣孔關(guān)閉為止。隨著活塞繼續(xù)向下止點運動，曲軸箱容積不斷縮小，其中的混合氣被預(yù)壓縮。此

13、后，活塞頭部先將排氣孔開啟，膨脹后的燃燒氣體已成廢氣，經(jīng)排氣孔排出。至此作功過程結(jié)束，開始先期排氣。隨后活塞又將掃氣孔開啟，經(jīng)過預(yù)壓縮的可燃混合氣從曲軸箱經(jīng)掃氣孔進入氣缸，掃除其中的廢氣，開始掃氣過程。這一過程將持續(xù)到下一個活塞行程中掃氣孔被關(guān)閉時為止。四、 二沖程柴油機工作原理1第一行程活塞由下止點移至上止點。當活塞還處于下止點位置時，進氣孔和排氣門均已開啟。掃氣泵將純凈的空氣增壓到0.120.14MPa后，經(jīng)空氣室和進氣孔送入氣缸，掃除其中的廢氣。廢氣經(jīng)氣缸頂部的排氣門排出。當活塞上移將進氣孔關(guān)閉的同時，排氣門也關(guān)閉，進入氣缸內(nèi)的空氣開始被壓縮。活塞運動至上止點，壓縮過程結(jié)束。2第二行程活

14、塞由上止點移至下止點。當壓縮過程終了時，高壓柴油經(jīng)噴油器噴入氣缸，并自行著火燃燒。高溫高壓的燃燒氣體推動活塞作功。當活塞下移2/3行程時，排氣門開啟，廢氣經(jīng)排氣門排出。活塞繼續(xù)下移，進氣孔開啟，來自掃氣泵的空氣經(jīng)進氣孔進入氣缸進行掃氣。掃氣過程將持續(xù)到活塞上移時將進氣孔關(guān)閉為止。 發(fā)動機的基本知識簡介1.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，活塞承受燃氣壓力在氣缸內(nèi)作直線運動，通過連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，并從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和

15、排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成活塞的直線運動。2.配氣機構(gòu)      配氣機構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動機的工作順序和工作過程，定時開啟和關(guān)閉進氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸，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)，一般由氣門組、氣門傳動組和氣門驅(qū)動組組成。3.燃料供給系統(tǒng)      汽油機燃料供給系的功用是根據(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

16、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。4.潤滑系統(tǒng)      潤滑系的功用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。并對零件表面進行清洗和冷卻。潤滑系通常由潤滑油道、機油泵、機油濾清器和一些閥門等組成。5.冷卻系統(tǒng)      冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風(fēng)扇、水箱、節(jié)溫器等組成。6.點火

17、系統(tǒng)      在汽油機中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是*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)。能夠按時在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備稱為點火系，點火系通常由蓄電池、發(fā)電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。7.起動系統(tǒng)      要使發(fā)動機由靜止狀態(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，使活塞作往復(fù)運動，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，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)才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)

18、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)動機的起動系。8.上止點      活塞在氣缸里作往復(fù)直線運動時，當活塞向上運動到最高位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠的極限位置，稱為上止點。9.下止點      活塞在氣缸里作往復(fù)直線運動時，當活塞向下運動到最低位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的極限位置，稱為下止點。10.活塞行程      活塞從一個止點到另一個止點移動的距離

19、，即上、下止點之間的距離稱為活塞行程。一般用s表示，對應(yīng)一個活塞行程，曲軸旋轉(zhuǎn)180°。11.曲柄半徑     曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心之間的距離稱為曲柄半徑，一般用R表示。通?；钊谐虨榍霃降膬杀?，即s=2R。 12.氣缸工作容積     活塞從一個止點運動到另一個止點所掃過的容積，稱為氣缸工作容積。一般用Vh表示。 13.燃燒室容積     活塞位于上止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為燃燒室容積。一般用Vc表示。 14.氣缸總?cè)莘e   

20、  活塞位于下止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為氣缸總?cè)莘e。一般用Va表示，顯而易見，氣缸總?cè)莘e就是氣缸工作容積和燃燒室容積之和，即VaVcVh。 15.發(fā)動機排量     多缸發(fā)動機各氣缸工作容積的總和，稱為發(fā)動機排量。一般用VL表示。 16.壓縮比     壓縮比是發(fā)動機中一個非常重要的概念，壓縮比表示了氣體的壓縮程度，它是氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比值，即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比。一般用表示。 17.工作循環(huán)     每一個工

21、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)。 18.動力性能指標     動力性能指標指曲軸對外作功能力的指標，包括有效扭矩、有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速。 19.有效扭矩     指發(fā)動機通過曲軸或飛輪對外輸出的扭矩，通常用Te表示，單位為N·m。有效扭矩是作用在活塞頂部的氣體壓力通過連桿、傳給曲軸產(chǎn)生的扭矩，并克服了摩擦，驅(qū)動附件等損失之后從曲軸對外輸出的凈扭矩。 20.有效功率     指發(fā)動機通過曲軸或飛輪對外輸出的功率，

22、通常用Pe表示，單位為kW。有效功率同樣是曲軸對外輸出的凈功率。它等于有效扭矩和曲軸轉(zhuǎn)速的乘積。發(fā)動機的有效功率可以在專用的試驗臺上用測功器測定，測出有效扭矩和曲軸轉(zhuǎn)速，然后用下面公式計算出有效功率。 21.轉(zhuǎn)速     指發(fā)動機曲軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為r/min。發(fā)動機產(chǎn)品銘牌上標明的功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速稱為額定功率和額定轉(zhuǎn)速。按照汽車發(fā)動機可*性試驗方法的規(guī)定汽車發(fā)動機應(yīng)能在額定工況下連續(xù)運行3001000小時。 22.經(jīng)濟性能指標     通常用燃油消耗率來評價內(nèi)燃機的經(jīng)濟性能。燃油消耗率是指單位有效功的燃油消耗量，也就是發(fā)動機每發(fā)出1kW有效功率在1小時內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量(以g為單位)，燃油消耗率通常用ge表示，其單位為g/kW·h。 23.排放性能     排放性能指標包括排放煙度、有害氣體(CO，HC，NOx)排放量、噪聲等。發(fā)動機基本工作