《汽車發(fā)動機構(gòu)造與維修》課件項目1

1.1發(fā)動機的基本工作原理1.2發(fā)動機的總體構(gòu)造與型號編制規(guī)則1.3發(fā)動機的性能指標與熱平衡1.4汽油機可燃混合氣的形成與燃燒過程1.5柴油機可燃混合氣的形成與燃燒過程1.6國外發(fā)動機型號的含義1.7一汽大眾邁騰轎車CEA發(fā)動機總成從車上整體拆裝項目一發(fā)動機基本知識

1.1發(fā)動機的基本工作原理

1.1.1四沖程汽油機的基本結(jié)構(gòu)

1.基本結(jié)構(gòu)

如圖1-1所示，單缸四沖程汽油發(fā)動機由正時皮帶或正時鏈、氣缸體、活塞、連桿、曲軸、油底殼、飛輪、起動機、蓄電池、電子控制單元(ECU)、點火線圈、火花塞、點火開關(guān)、噴油器、空氣濾清器、油路、分電器、凸輪軸、進氣門、排氣門等組成。

圖1-1單缸四沖程汽油機構(gòu)造示意圖

2．常用術(shù)語

(1)上、下止點：如圖1-2所示，活塞頂部離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠的位置稱為上止點；活塞頂部離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近的位置稱為下止點。

(2)活塞行程：上、下止點間的距離稱為活塞行程，用S表示。曲軸的回轉(zhuǎn)半徑R稱為曲柄半徑(見圖1-2)，顯然S?=?2R。曲軸每轉(zhuǎn)一周，活塞移動兩個行程。圖1-2發(fā)動機常用術(shù)語示意圖

(3)氣缸工作容積：指上、下止點間所包容的氣缸容積(見圖1-2)，用Vh表示，其單位是升(L)。

多缸發(fā)動機各缸工作容積的總和稱為發(fā)動機工作容積(俗稱發(fā)動機排量)，用VL表示。若發(fā)動機的氣缸數(shù)為i，則

VL?=?iVh

(4)燃燒室容積：指活塞在上止點時，活塞頂部上方的容積(見圖1-2)，用Vε表示。

(5)氣缸總?cè)莘e：指活塞在下止點時，活塞頂部上方的整個空間(見圖1-2)，用Va表示。氣缸總?cè)莘e等于氣缸工作容積與燃燒室容積之和，即

Va?=?Vh?+?Vε

(6)壓縮比：指氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比，用ε表示。壓縮比表示活塞由下止點運動到上止點時，氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，則壓縮終了時氣缸內(nèi)氣體的壓力和溫度就越高。汽油機的壓縮比一般為8～10，柴油機的壓縮比一般為16～22。

3．工作原理

四沖程汽油機的工作循環(huán)是由進氣、壓縮、作功和排氣

四個行程組成的。圖1-3為單缸四沖程汽油機的工作循環(huán)示

意圖。圖1-3單缸四沖程汽油機的工作循環(huán)示意圖(a)進氣行程；(b)壓縮行程；(c)作功行程；(d)排氣行程1.1.2四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)也是由進氣、壓縮、作功和排氣四個行程組成的。但由于柴油機使用的燃料是柴油，其黏度比汽油大，不易蒸發(fā)，其自燃溫度卻比汽油低，故柴油機可燃混合氣的形成和著火方式等與汽油機的有很大區(qū)別。單缸四沖程柴油機的工作原理如圖1-4所示。圖1-4單缸四沖程柴油機的工作原理圖(a)進氣行程；(b)壓縮行程；(c)作動行程；(d)排氣行程

1.2發(fā)動機的總體構(gòu)造與型號編制規(guī)則

1.2.1發(fā)動機的總體構(gòu)造

汽油機通常由兩大機構(gòu)、五大系組成，柴油機通常由兩大機構(gòu)、四大系組成，下面將分別介紹。

1.曲柄連桿機構(gòu)

曲柄連桿機構(gòu)主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋、活塞、連桿、曲軸和飛輪等組成。其功用是將燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運動的機械能，再通過連桿將活塞往復(fù)運動的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動而對外輸出的動能。

2.配氣機構(gòu)

配氣機構(gòu)主要由進氣門、排氣門、搖臂、推桿、凸輪軸和凸輪軸正時齒輪等組成。其功用是使可燃混合氣或空氣適時充入氣缸并及時從氣缸排出廢氣。

3.燃料供給系

1)汽油機燃料供給系

化油器式汽油機燃料供給系主要由汽油箱、汽油泵、汽油濾清器、空氣濾清器、化油器、進氣歧管、排氣歧管、排氣消聲器等組成。

2)柴油機燃料供給系

高壓油泵-噴油器的柴油機燃料供給系主要由柴油箱、柴油濾清器、輸油泵、噴油泵、噴油器、空氣濾清器、進氣歧管、排氣歧管、排氣消聲器等組成。

4.潤滑系

潤滑系主要由機油泵、集濾器、限壓閥、潤滑油道、機油濾清器、油底殼等組成。其功用是減小摩擦力，減緩機件磨損，并部分地冷卻摩擦零件，清洗摩擦表面。

5.冷卻系

冷卻系主要由散熱器、風(fēng)扇、水泵、水套等組成。其功用是將機件多余的熱量散發(fā)到大氣中，以保持發(fā)動機正常的工作溫度。

6.點火系

點火系由火花塞、點火線圈、電子點火控制器、電子控制單元、高壓電路、低壓電路等組成。其功用是根據(jù)發(fā)動機的工作要求，定時點燃可燃混合氣。柴油機無點火系。

7.起動系

起動系主要由起動機及其附屬裝置組成。其功用是使靜止的發(fā)動機起動并轉(zhuǎn)入自行運轉(zhuǎn)。

圖1-5和圖1-6分別為上海別克君威轎車2.5L發(fā)動機前剖面圖和側(cè)剖面圖。圖1-5上海別克君威轎車2.5L發(fā)動機前剖面圖圖1-6上海別克君威轎車2.5L發(fā)動機側(cè)剖面圖1.2.2發(fā)動機的型號編制規(guī)則

1.型號的編制總則

國家標準《內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則》(GB/T725—2008)規(guī)定，發(fā)動機的型號由阿拉伯數(shù)字(以下簡稱數(shù)字)、漢語拼音字母或國際通用的英文縮略字母(以下簡稱字

母)組成。

2.型號的組成

發(fā)動機的型號包括下列四部分，表示方法如圖1-7所示。圖1-7發(fā)動機的型號表示方法

3.型號的示例

1)柴油機的型號

YZ6102Q——YZ表示揚州柴油機制造公司生產(chǎn)、六缸、直列、四沖程、缸徑102mm、液冷卻、汽車用。

2)汽油機的型號

492Q/P—A——四缸、直列、四沖程、缸徑92mm、液冷卻、汽車用(P為燃料符號，A為區(qū)分符號)。

EQ6100Q—1——EQ表示東風(fēng)汽車制造公司生產(chǎn)、六缸、直列、四沖程、缸徑100mm、液冷卻、汽車用、第一種變型產(chǎn)品。

3)天燃氣機的型號

12V190ZL/T——12缸、V形、四沖程、缸徑190mm、液冷卻、增壓中冷、通用、燃氣為天然氣。

4)雙燃料發(fā)動機的型號

G12V190ZLS——12缸、V形、四沖程、缸徑190mm、液冷卻、增壓中冷、通用、燃氣為柴油/天然氣雙燃料(G為系列代號)。

1.3發(fā)動機的性能指標與熱平衡

1.3.1發(fā)動機的性能指標

發(fā)動機的性能指標又稱發(fā)動機的有效性能，它是以曲軸的輸出功率為基礎(chǔ)的指標。發(fā)動機的性能指標用來評價發(fā)動機的設(shè)計與制造水平，并可將其作為評價各類發(fā)動機性能優(yōu)劣的依據(jù)。

1.動力性指標

1)有效功率

發(fā)動機對外輸出的功率稱為發(fā)動機的有效功率，記為Pe，單位為kW。Pe可用臺架試驗來測定，也可用測功器測定有效轉(zhuǎn)矩Me和曲角速度n，然后用如下公式計算出發(fā)動機的有效功率Pe

(1-1)

2)有效轉(zhuǎn)矩

發(fā)動機對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為發(fā)動機的有效轉(zhuǎn)矩，記為Me，單位為N·m。Me可通過發(fā)動機臺架試驗來測定，也可用下式

進行計算：

(1-2)

3)平均有效壓力

發(fā)動機單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功稱為發(fā)動機的平均有效壓力，記為Pe。平均有效壓力從發(fā)動機實際輸出功的角度來評定氣缸工作容積的利用率。

對于氣缸工作總?cè)莘e和一定的發(fā)動機，Pe值越大，則其對外輸出的功越多、扭矩越大，所以Pe是發(fā)動機重要的動力性能指標。

柴油機的Pe值的一般范圍為600～950kPa；汽油機Pe值的一般范圍為650～1200kPa。

4)轉(zhuǎn)速

發(fā)動機曲軸每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)稱為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，記為n，單位為r/min。

2.經(jīng)濟性指標

1)有效熱效率

燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為有效功的百分數(shù)稱為有效熱效率，記為ηe。這說明，為獲得一定數(shù)量的有效功所消耗的熱量越少，有效熱效率越高，發(fā)動機的經(jīng)濟性越好。

2)有效燃油消耗率

發(fā)動機每輸出1kW·h的有效功所消耗的燃油量稱為有效燃油消耗率，記為ge，單位為g/(kW·h)。有效燃油消耗率越低，經(jīng)濟性越好。ge可用測功器與油耗儀測定。

3．強化指標

強化指標是指發(fā)動機承受熱負荷和機械負荷能力的評價指標。評價指標主要是升功率，記為PL。

4.緊湊性指標

1)比容積

發(fā)動機的外廓體積與其標定功率的比值稱為比容積。

2)比質(zhì)量

發(fā)動機的干質(zhì)量與其標定功率的比值稱為比質(zhì)量。干質(zhì)量是指未加注燃油、機油和冷卻液的發(fā)動機質(zhì)量。

比容積和比質(zhì)量越小，發(fā)動機結(jié)構(gòu)越緊湊。

5.環(huán)境保護指標

環(huán)境保護指標主要指發(fā)動機的排氣品質(zhì)和噪聲水平。由于環(huán)境保護關(guān)系到人類的健康及其賴以生存的環(huán)境，因此各國政府都制定出了嚴格的控制法規(guī)，這是控制機動車排氣污染的有效措施。當前，發(fā)動機的排放品質(zhì)和噪聲水平已成為發(fā)動機的重要性能指標。

6.可靠性指標

可靠性指標是表征發(fā)動機在規(guī)定的使用條件下，正常持續(xù)工作能力的指標?？煽啃杂卸喾N評價方法，如首發(fā)故障行駛里程、平均故障間隔里程、主要零件的損壞率等。

7.耐久性指標

耐久性指標是指發(fā)動機的主要零件磨損到不能繼續(xù)正常工作的極限時間，通常用發(fā)動機的大修里程即發(fā)動機從出廠到第一次大修之間汽車行駛的里程數(shù)來衡量。

大修里程的長短與發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特點、強化程度、零件的材料及加工精度和使用條件等諸多因素有密切關(guān)系。1.3.2發(fā)動機的熱平衡

在發(fā)動機的氣缸中，燃料燃燒后所放出的總熱量，只有25%～40%轉(zhuǎn)化為有效功，其他部分均以不同方式散失于外界。

燃料燃燒發(fā)出的總熱量在有效功和各種損失之間的分配利用情況，稱為發(fā)動機的熱平衡，它通常由實驗測定。研究熱平衡對改善發(fā)動機的熱力過程的設(shè)計、使用具有重要意義。1.3.3機械損失

1.機械損失的組成

1)發(fā)動機內(nèi)部運動件的摩擦損失

摩擦損失約占整個機械損失的60%～75%。在摩擦損失中，活塞和活塞環(huán)與氣缸壁間的摩擦所占的比例最大，因其摩擦面積大，相對速度高，潤滑又不好；其次是軸承與軸頸之間的摩擦、氣門傳動機構(gòu)的摩擦等。

2)驅(qū)動附屬機構(gòu)的損耗

這部分損耗約占全部損失的10%～20%。驅(qū)動附屬機構(gòu)的損耗包括驅(qū)動配氣機構(gòu)、冷卻水泵、風(fēng)扇、機油泵、噴油泵、調(diào)速器、點火裝置等的損耗。

3)泵氣損失

進、排氣過程所消耗的功在測定機械損失時很難分離出去，所以把它包括在機械損失中。泵氣損失約占全部機械損失的10%～20%。

機械損失功率可通過發(fā)動機臺架試驗來測定。常用的試驗方法有倒拖法和滅缸法。

2.機械效率

有效功率Pe和指示功率Pi?(在單位時間內(nèi)，發(fā)動機完成

一個工作循環(huán)工質(zhì)對活塞所作的功)的比值稱為機械效率，記為ηm。

ηm用于比較各種不同發(fā)動機的機械損失大小。ηm值愈高，說明機械損失愈小，發(fā)動機性能愈好。

3.影響機械損失的主要因素

1)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速

2)發(fā)動機的負荷

3)潤滑油的黏度和冷卻液的溫度

1.4汽油機可燃混合氣的形成與燃燒過程

1.4.1車用汽油的主要性能與選用

1．汽油的主要性能

1)汽油的蒸發(fā)性

汽油的蒸發(fā)性可通過燃料的蒸餾試驗來測定。

2)燃料的熱值

燃料的熱值是指1kg燃料完全燃燒后所產(chǎn)生的熱量。汽油的熱值約為44000kJ/kg。

3)抗爆性

抗爆性是指汽油在汽油機內(nèi)燃燒時不產(chǎn)生爆燃的性能，它是汽油的一項主要性能指標。汽油抗爆性的評價指標通常用辛烷值來表示。汽油的辛烷值愈高，其抗爆性愈好，使發(fā)動機有可能采用較高的壓縮比，有利于提高發(fā)動機的熱效率。

4)氧化安定性

汽油的氧化安定性是指熱穩(wěn)定性，即防止生成高溫沉積物的能力。

2．車用汽油標準

根據(jù)GB17930—2011《車用汽油》標準，我國車用汽油按研究法辛烷值(RON)劃分為90號、93號和97號三個牌號，其對應(yīng)的抗爆指數(shù)不小于90、93和97(目前，國際質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局批準了個別省和直轄市提出98號汽油標準，加油站也出售98號汽油)。

3．車用汽油的選用

使用汽車時，應(yīng)選用廠家規(guī)定的汽油牌號，或根據(jù)發(fā)動機壓縮比來選擇汽油牌號，壓縮比越大，汽油的牌號越高。1.4.2汽油機可燃混合氣的形成過程

1.電子控制汽油缸外噴射可燃混合氣的形成過程

電子控制汽油缸外噴射(ElecteonicFuleInjection，EFI)系統(tǒng)的發(fā)動機在排氣行程末和進氣行程初，在發(fā)動機電子控制單元(ECU)的控制下，噴油器噴射出來的霧狀汽油在進氣門前方的進氣道中與空氣進行初步混合后，經(jīng)進氣門進入氣缸，在氣缸內(nèi)汽油又不停地進行吸熱、蒸發(fā)、汽化，與空氣進一步混合，直至壓縮行程接近終了，才形成良好的可燃混合氣。

2.電子控制汽油缸內(nèi)直接噴射可燃混合氣的形成過程

缸內(nèi)直接噴射(GasolineDirectInjection，GDI)系統(tǒng)的發(fā)動機是將汽油直接噴入氣缸，利用缸內(nèi)氣流和活塞表面的燃料霧化與空氣形成混合氣進行燃燒。1.4.3汽油機可燃混合氣濃度的表示方法

1．空燃比

空燃比就是混合氣中所含空氣質(zhì)量(kg)與燃料質(zhì)量(kg)的比值，即

2．過量空氣系數(shù)

過量空氣系數(shù)是在燃燒過程中，實際供給的空氣質(zhì)量與理論上燃料完全燃燒時所需的空氣質(zhì)量之比，也等于實際空燃比與理論空燃比之比，即1.4.4發(fā)動機工況對可燃混合氣濃度的要求

1.怠速和小負荷工況

怠速是指發(fā)動機對外無功率輸出的工況，作功行程產(chǎn)生的動力只用來克服發(fā)動機的內(nèi)部阻力，維持發(fā)動機以最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。

2.中等負荷工況

發(fā)動機的負荷在25%～85%之間的稱為中等負荷。由于中等負荷時，節(jié)氣門開度較大，故進入氣缸的混合氣數(shù)量增多，燃燒條件較好。此外，由于發(fā)動機大部分的時間處在中等負荷下工作，為提高發(fā)動機的經(jīng)濟性，應(yīng)供給較稀的可燃混合氣(α=0.9～1.1)。

3.大負荷和全負荷工況

發(fā)動機的負荷在85%以上和100%的分別稱為大負荷和全負荷。此時，為了克服較大的外部阻力，或加速行駛，要求發(fā)動機發(fā)出盡可能大的功率。因此，必須將節(jié)氣門開大到接近全開或全開，供給較濃的可燃混合氣(α=0.85～0.95)。1.4.5汽油機的正常燃燒過程

高速汽油機的燃燒過程持續(xù)時間很短。通常借助于展開示功圖分析汽油機的燃燒過程。展開示功圖的橫坐標為曲軸轉(zhuǎn)角φ，縱坐標為氣缸內(nèi)氣體壓力p，故展開示功圖也稱為p-φ圖。為研究方便，可根據(jù)展開示功圖上壓力變化的特征，將汽油機的燃燒過程劃分為三個階段，如圖1-8所示。圖1-8汽油機的燃燒過程

1.著火延遲期

著火延遲期是指從火花塞點火開始到火焰中心形成的

階段。

2.急燃期

急燃期是指從火焰中心形成開始到氣缸內(nèi)出現(xiàn)最高壓力為止的階段。

3.補燃期

補燃期是指從最高壓力出現(xiàn)到燃油基本上完全燃燒的

階段。1.4.6汽油機的不正常燃燒過程

1．爆震燃燒

1)現(xiàn)象與危害

在汽油機的燃燒過程中，燃燒室內(nèi)有明顯的火焰前鋒在

推進。

嚴重的爆燃會有下列危害：

(1)機件過載。

(2)機件燒損。

(3)性能指標下降。

2)預(yù)防措施

在發(fā)動機的設(shè)計和使用中，應(yīng)采取各種措施來防止爆燃的產(chǎn)生。

2．表面點火

不靠火花塞點火而由燃燒室內(nèi)熾熱物點燃混合氣的燃燒現(xiàn)象，稱為表面點火。表面點火是由燃燒室內(nèi)熾熱物作為點火源而形成的新的著火現(xiàn)象，是一種不正常的燃燒現(xiàn)象。燃燒室內(nèi)熾熱物有過熱的火花塞電極、熱的排氣門、熱的燃燒表面沉積物等。由表面點火產(chǎn)生的新的火焰前鋒以正常的速度傳播。1.4.7使用因素對汽油機燃燒過程的影響

1.進氣初始態(tài)p1與T1

2.點火提前角

3.混合氣濃度

4.轉(zhuǎn)速

5.負荷

6.燃燒沉積物

1.5柴油機可燃混合氣的形成與燃燒過程

1.5.1車用柴油的主要性能與選用

1.柴油的主要性能

1)柴油的發(fā)火性

2)柴油的蒸發(fā)性

3)柴油的黏度

4)柴油的凝點與牌號

2．車用柴油使用時的注意事項

使用柴油時，必須防止錯用汽油或混入汽油，以免引起柴油機起動困難。在嚴寒條件下，若用普通柴油不能起動時，則可用起動燃料幫助發(fā)動。1.5.2柴油機可燃混合氣的形成過程

柴油機采用高壓噴射的方法，即在壓縮行程接近終了時，借助噴油器將柴油噴入燃燒室，與氣缸中高溫、高壓的空氣混合形成可燃混合氣。經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)準備后，著火燃燒；隨后，混合氣的形成與燃燒便重疊進行，即一邊噴油、混合，一邊燃燒。1.5.3柴油機的燃燒過程

柴油機的燃燒過程是從壓縮行程上止點前噴油開始到作

功行程燃燒終了為止的整個過程。它所占的時間很短(約為50°～70°曲軸轉(zhuǎn)角，高速柴油機的燃燒過程時間只有0.003～0.006s)，整個過程非常復(fù)雜。我們把它分為四個階

段(見圖1-9)。圖1-9柴油機的燃燒過程

1．著火延遲期(滯燃期)

從噴油開始(A點)到壓力脫離壓縮線開始急劇上升(B點)為止，這一階段稱為著火延遲期，如圖1-9中的Ⅰ線段所示。

2．速燃期(急燃期)

從壓力偏離壓縮線的B點開始到最高壓力點C為止，這一階段稱為速燃期，如圖1-9中的Ⅱ線段所示。

3．緩燃期

從最高壓力點C開始到氣缸內(nèi)介質(zhì)溫度達到最高溫度點D為止，這一階段稱為緩燃期，如圖1-9中的Ⅲ線段所示。

4．補燃期(后燃期)

從出現(xiàn)最高溫度點D開始到柴油基本燒完為止，這一階段稱為補燃期，如圖1-9中的Ⅳ線段所示。當放熱量已達到循環(huán)放熱量的95%～97%時，即認為補燃期結(jié)束。

1.6國外發(fā)動機型號的含義

國外發(fā)動機型號無統(tǒng)一編制規(guī)則，由生產(chǎn)廠家自定。

1.日本豐田汽車公司發(fā)動機型號

2.瑞典沃爾沃汽車公司發(fā)動機型號

3．奧地利斯太爾汽車公司發(fā)動機型號

國產(chǎn)斯太爾重型汽