汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與工作原理1概要

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與工作原理1概要第1頁(yè)/共31頁(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)基本知識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的本質(zhì):發(fā)動(dòng)機(jī)是發(fā)出動(dòng)力的機(jī)器，是汽車(chē)的心臟，是汽車(chē)的動(dòng)力裝置，目前的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)都是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，再由熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械動(dòng)力，并通過(guò)底盤(pán)的傳動(dòng)系和行駛系驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛。第2頁(yè)/共31頁(yè)第一章汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造和工作原理第一節(jié)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)

內(nèi)燃機(jī)的分類(lèi)方法很多，按照不同的分類(lèi)方法可以把內(nèi)燃機(jī)分成不同的類(lèi)型，下面讓我們來(lái)看看內(nèi)燃機(jī)是怎樣分類(lèi)的。1、按照所用燃料分類(lèi)：（如圖1-1）內(nèi)燃機(jī)按照所使用燃料的不同可以分為汽油機(jī)和柴油機(jī)。

圖1-1內(nèi)燃機(jī)按使用燃料分類(lèi)第3頁(yè)/共31頁(yè)2、按照行程分類(lèi)：（如圖1-2）

內(nèi)燃機(jī)按照完成一個(gè)工作循環(huán)所需的行程數(shù)可分為四行程內(nèi)燃機(jī)和二行程內(nèi)燃機(jī)。圖1-2內(nèi)燃機(jī)按行程分類(lèi)第4頁(yè)/共31頁(yè)3、按照冷卻方式分類(lèi)：（如圖1-3）

內(nèi)燃機(jī)按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)。圖1-3內(nèi)燃機(jī)按冷卻方式分類(lèi)第5頁(yè)/共31頁(yè)4、按照氣缸數(shù)目分類(lèi)：（如圖1-4）

內(nèi)燃機(jī)按照氣缸數(shù)目不同可以分為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。圖1-4內(nèi)燃機(jī)按氣缸數(shù)目分類(lèi)第6頁(yè)/共31頁(yè)5、按照氣缸排列方式分類(lèi)：（如圖1-5）

內(nèi)燃機(jī)按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式。直列式V型W型H型圖1-5氣缸排列形式第7頁(yè)/共31頁(yè)6、按照進(jìn)氣系統(tǒng)是否采用增壓方式分類(lèi)：（如圖1-6）內(nèi)燃機(jī)按照進(jìn)氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣（非增壓）式發(fā)動(dòng)機(jī)和強(qiáng)制進(jìn)氣（增壓式）發(fā)動(dòng)機(jī)。圖1-6內(nèi)燃機(jī)按進(jìn)氣系統(tǒng)是否采用增壓方式分類(lèi)第8頁(yè)/共31頁(yè)第二節(jié)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)布局1.前置發(fā)動(dòng)機(jī)(如圖2-1）

目前在國(guó)內(nèi)車(chē)市所能看到的絕大部分車(chē)型都是采用的前置發(fā)動(dòng)機(jī)，即發(fā)動(dòng)機(jī)位車(chē)前輪軸之前。前置發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了車(chē)子變速器與驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)于目前占絕對(duì)主流的前輪驅(qū)動(dòng)車(chē)型而言，發(fā)動(dòng)機(jī)將動(dòng)力直接輸送到前輪上，省略了長(zhǎng)長(zhǎng)的傳動(dòng)軸，不但減少了功率傳遞損耗，也大大降低了動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和故障率。因外，將發(fā)動(dòng)機(jī)置駕駛員的前方，在正面撞車(chē)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以保護(hù)駕駛員免受沖擊，從而提高了車(chē)的安全性。圖2-1前置發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖第9頁(yè)/共31頁(yè)2.中置發(fā)動(dòng)機(jī)（如圖2-2）中置發(fā)動(dòng)機(jī)，即發(fā)動(dòng)機(jī)位于汽車(chē)的前后輪軸之間，對(duì)于一些極端追求性能的車(chē)型而言，將發(fā)動(dòng)機(jī)中置是一種最理想的方式，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的位置正好位于車(chē)子重心附近，而不是重量過(guò)于集中在車(chē)頭或車(chē)尾，達(dá)到最佳的配重比，這將大大提高車(chē)子的操控性和行駛穩(wěn)定性。包括法拉利、蘭博基尼在內(nèi)的不少經(jīng)典跑車(chē)都采用的是中置發(fā)動(dòng)機(jī)布局。

圖2-2中置發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖第10頁(yè)/共31頁(yè)3.后置發(fā)動(dòng)機(jī)（如圖2-3）一般來(lái)說(shuō)，最純正的后置發(fā)動(dòng)機(jī)就是將發(fā)動(dòng)機(jī)布置在后軸之后，最有代表性的就是大客車(chē)，而后置發(fā)動(dòng)機(jī)的乘用車(chē)屈指可數(shù)，最有代表性的就是保時(shí)捷911，當(dāng)然smart也是后置發(fā)動(dòng)機(jī)。曾經(jīng)的經(jīng)典車(chē)型大眾老甲殼蟲(chóng)和菲亞特126P也是后置發(fā)動(dòng)機(jī)圖2-3后置發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖第11頁(yè)/共31頁(yè)4.橫置發(fā)動(dòng)機(jī)（如圖2-4）橫置發(fā)動(dòng)機(jī)是指發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車(chē)前橋平行。簡(jiǎn)單的講就是你站在車(chē)頭前面向發(fā)動(dòng)機(jī)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)橫著放在你眼前，就是橫置發(fā)動(dòng)機(jī)。

優(yōu)點(diǎn)：橫置發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸、變速器的輸入輸出軸以及車(chē)橋都是平行的，所以如果是前驅(qū)車(chē)的話，最適合的就是前橫置發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力傳輸距離短，方向一致，因此傳動(dòng)效率較高。另一方面，由于橫置發(fā)動(dòng)機(jī)占用的縱向空間小，可以極大限度縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)艙的縱向空間，換來(lái)的是寬敞的駕乘空間，尤其是前排乘客的腿部拓展的空間。這對(duì)于尺寸有限的緊湊型轎車(chē)來(lái)講尤為重要。缺點(diǎn)：前后重量分布不平衡的問(wèn)題則橫置發(fā)動(dòng)機(jī)的最大缺陷，由于橫置發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸變速箱輸入軸平行連接在一起的，使其可以布置在發(fā)動(dòng)機(jī)前軸之前，但是這些重量最重的汽車(chē)部件全部集中在車(chē)頭前方就使得前軸負(fù)荷過(guò)大，從而容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足的情況，而頭重腳輕的前后軸配重也會(huì)在高速過(guò)彎時(shí)使車(chē)尾的后輪缺乏重壓，某些軸荷分配不合理的橫置發(fā)動(dòng)機(jī)轎車(chē)甚至達(dá)到了前70%后30%，其性能可想而知。另一方面，由于橫置發(fā)動(dòng)機(jī)變速器安裝位置過(guò)于偏向一側(cè)的原因，其驅(qū)動(dòng)軸是一長(zhǎng)一短的，當(dāng)巨大的驅(qū)動(dòng)力作用在不等長(zhǎng)的傳動(dòng)軸上時(shí)，會(huì)使車(chē)兩個(gè)前輪有轉(zhuǎn)速差，從而導(dǎo)致急加速時(shí)車(chē)頭有左右擺動(dòng)現(xiàn)象，也就是我們常說(shuō)的扭力轉(zhuǎn)向，這一點(diǎn)在大排量前置前驅(qū)車(chē)型上尤為明顯.圖2-4橫置發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖第12頁(yè)/共31頁(yè)5.縱置發(fā)動(dòng)機(jī)（如圖2-5）縱置發(fā)動(dòng)機(jī)是指發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車(chē)的前橋垂直，簡(jiǎn)單的講就是你站在車(chē)頭前面向發(fā)動(dòng)機(jī)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)豎著放在你眼前，那就是縱置式發(fā)動(dòng)機(jī)。圖2-5縱置發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖第13頁(yè)/共31頁(yè)第三節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與原理要實(shí)現(xiàn)上述能量轉(zhuǎn)換，需要這樣一個(gè)裝置，這個(gè)裝置可以分為以下部分：曲柄連桿機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)供給系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)起動(dòng)系統(tǒng)3.1.兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)（如圖3.1-1）圖3.1-1汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)第14頁(yè)/共31頁(yè)3.1.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)：（如圖3.1-2）圖3.1-2曲柄連桿機(jī)構(gòu)第15頁(yè)/共31頁(yè)3.1.2.配氣機(jī)構(gòu)：（如圖3.1-3）圖3.1-3配氣機(jī)構(gòu)第16頁(yè)/共31頁(yè)3.1.3.燃料供給系統(tǒng)：（如圖3.1-4）汽油機(jī)燃料供給系是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的可燃混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去。圖3.1-4燃油供給系統(tǒng)第17頁(yè)/共31頁(yè)3.1.4潤(rùn)滑系統(tǒng)：（如圖3.1-5）圖3.1-5潤(rùn)滑系統(tǒng)第18頁(yè)/共31頁(yè)圖3.1-6冷卻系統(tǒng)3.1.5冷卻系統(tǒng)：（如圖3.1-6）

冷卻系的功用：是將受熱零件吸收的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。第19頁(yè)/共31頁(yè)3.1.6點(diǎn)火系統(tǒng)：（如圖3.1-7）在汽油機(jī)中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點(diǎn)燃的，為此在汽油機(jī)的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。圖3.1-7點(diǎn)火系統(tǒng)第20頁(yè)/共31頁(yè)3.1.7起動(dòng)系統(tǒng)：（如圖3.1-8）

曲軸在外力作用下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)到發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始自動(dòng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的全過(guò)程，稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。完成起動(dòng)過(guò)程所需的裝置，稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系。圖3.1-8起動(dòng)系統(tǒng)第21頁(yè)/共31頁(yè)3.2、汽油機(jī)工作原理3.2.1、四行程汽油機(jī)工作原理：（如圖3.2-1所示）圖3.2-1四行程汽油機(jī)工作過(guò)程第22頁(yè)/共31頁(yè)基本術(shù)語(yǔ)1.上止點(diǎn)：活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處，通常指活塞上行到最高位置。2.下止點(diǎn)：活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處，通常指活塞下行到最低位置。3.活塞行程(S)：上、下兩止點(diǎn)間的距離(mm)。4.曲柄半徑(R)：與連桿下端(即連桿大頭)相連的曲柄銷(xiāo)中心到曲軸回轉(zhuǎn)中心的距離(mm)。

S=2R

曲軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，活塞移動(dòng)兩個(gè)行程。5.氣缸工作容積(Ⅴh)：活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所讓出的空間容積(L)。

Ⅴh=πD2S/(4×106)(L)

式中：D——?dú)飧字睆?mm)。6.發(fā)動(dòng)機(jī)排量(ⅤL)：發(fā)動(dòng)機(jī)所有氣缸工作容積之和(L)。設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)為i，則

ⅤL=Ⅴhi(L)

第23頁(yè)/共31頁(yè)7.燃燒室容積(ⅤC)：活塞在上止點(diǎn)時(shí)，活塞上方的空間叫燃燒室，它的容積叫燃燒室容積(L)。8.氣缸總?cè)莘e(Ⅴa)：活塞在下止點(diǎn)時(shí)，活塞上方的容積稱(chēng)為氣缸總?cè)莘e(L)。它等于氣缸工作容積與燃燒室容積之和，即

Ⅴa=Ⅴh+ⅤC

9.壓縮比(ε)：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，即

ε=Ⅴa/ⅤC=(Ⅴh+ⅤC)/ⅤC=1+Ⅴh/ⅤC

它表示活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)的氣體壓力和溫度就越高。一般車(chē)用汽油機(jī)的壓縮比為6~10，柴油機(jī)的壓縮比為15~22。10.發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)：在氣缸內(nèi)進(jìn)行的每一次將燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一系列連續(xù)過(guò)程(進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣)稱(chēng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)。

11.二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)：活塞往復(fù)兩個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的稱(chēng)為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。12.四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)：活塞往復(fù)四個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的稱(chēng)為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。第24頁(yè)/共31頁(yè)3.2.2、二行程汽油機(jī)的工作原理：（如圖3.2-1）二行程汽油機(jī)各個(gè)行程工作情況：

◆第一行程活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，事先已充滿活塞上方氣缸內(nèi)的混合氣被壓縮，新的可燃混合氣又從化油器被吸入活塞下方的曲軸箱內(nèi)。◆第二行程活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，活塞上方進(jìn)行作功過(guò)程和換氣過(guò)程，而活塞下方則進(jìn)行可燃混合氣的預(yù)壓縮。圖3.2-1二行程汽油機(jī)工作過(guò)程第25頁(yè)/共31頁(yè)3.3柴油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與原理柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)基本相同，不同點(diǎn)是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是壓燃式，不用點(diǎn)火系統(tǒng)，所以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)由兩大機(jī)構(gòu)（曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)）、四大系統(tǒng)（燃料供給系、潤(rùn)滑系、冷卻系和起動(dòng)系）組成。四行程柴油機(jī)工作原理：每個(gè)工作循環(huán)都經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)行程，如圖3.3-1。圖3.3-1四行程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程第26頁(yè)/共31頁(yè)圖3.3-2帶有掃氣泵的二行程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程二行程柴油機(jī)的工作原理：

二行程柴油機(jī)各個(gè)行程工作情況：如圖3.3-2所示。

◆第一行程：活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，行程開(kāi)始前不久，進(jìn)氣孔和排氣門(mén)均以開(kāi)啟，利用從掃氣泵流出的空氣使氣缸換氣。

◆第二行程：活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，開(kāi)始時(shí)氣體膨脹，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)外作功，當(dāng)活塞下行到大約2/3行程時(shí)，排氣門(mén)開(kāi)啟，排出廢氣，氣缸內(nèi)壓力降低，進(jìn)氣孔開(kāi)啟，進(jìn)行換氣，換氣一直延續(xù)到活塞向上運(yùn)動(dòng)1/3行程進(jìn)氣孔關(guān)閉結(jié)束。第27頁(yè)/共31頁(yè)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)又稱(chēng)為米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，由德國(guó)人菲加士?汪克爾發(fā)明，之后這項(xiàng)技術(shù)由馬自達(dá)公司收購(gòu)。我們都知道：傳統(tǒng)的氣缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)，工作時(shí)活塞在氣缸里做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，而為了把活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，必須使用曲柄連桿機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)則不同，它直接將可燃?xì)獾娜紵蛎浟D(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)扭矩。與往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)取消了無(wú)用的直線運(yùn)動(dòng)，因而同樣功率的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸較小，重量較輕，而且振動(dòng)和噪聲較低，具有較大優(yōu)勢(shì)。第28頁(yè)/共31頁(yè)工作原理：在三角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，以三角轉(zhuǎn)子中心為中心的內(nèi)齒圈與以輸出軸中心為中心的齒輪嚙合，齒輪固定在缸體上不轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)齒圈與齒輪的齒數(shù)之比為3:2。上述運(yùn)動(dòng)關(guān)系使得三角轉(zhuǎn)子頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡（即汽缸壁的形狀）似“8”字形。三角轉(zhuǎn)子把汽缸分成三個(gè)獨(dú)立空間，三個(gè)空間各自先后完成進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一圈就作功一次。

與一般的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)每旋轉(zhuǎn)兩圈才作功一次相比，具有高功率容積比（發(fā)動(dòng)機(jī)容積較小就能輸出較多動(dòng)力）的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向運(yùn)轉(zhuǎn)特性，它不需要精密的曲軸平衡就能達(dá)到較高的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)只有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，與一般的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)具有進(jìn)、排氣門(mén)等二十多個(gè)活動(dòng)部件相比結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，故障的可能性也大大減小。除了以上的優(yōu)點(diǎn)外，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)亦包括體積