汽车发动机构造课件.ppt

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1、汽车的总体构造,1）发动机 2）底盘 3）车身 4）电气设备,http:/ 是将化学能 转变为机械能并输出， 为汽车运行和发电机、空 调、动力转向等其他系 统的工作提供动力 的机器。,曲柄连杆 机构,配气机构,燃油供给系,润滑系,冷却系,起动系,点火系,http:/ 汽车发动机, 发动机工作原理和总体构造,http:/ 发动机的分类,冷却方式分,水冷发动机,风冷发动机,燃 料,冲 程,四冲程发动机,二冲程发动机,汽油发动机,柴油发动机,化油器式发动机,直接喷射式发动机,http:/ 缸 数,单缸发动机,多缸发动机,气缸的排列,单列式发动机,双列式发动机,（双列发动机两列之间的夹角小于180的，

2、又称为型发动机）,进气系统是否采用增压方式,增压式 （强制进气）,非增压式 (自然吸气）,http:/ a=Vc+Vh,9.发动机排量,多缸发动机所有气缸工作容积的总和即为发动机排量。,发动机基本术语说明如上图所示：,http:/ a/Vc=（c+Vh）/Vc,表示气缸内的气体被压缩的程度，或者说体积缩小的倍数。 压缩比越大，则发动机热功转化的热效率越高。,柴油机为保证柴油自燃的最小压缩比约为12，一般为16-22； 汽油机的压缩比一般为7-11。,发动机基本术语说明如上图所示：,http:/ ：,曲柄旋转两圈，活塞上下往复四个行程完成一个工作循环。 进气行程压缩行程作功行程排气行程,二）单缸

3、四冲程汽油机的工作循环 ：,http:/ 单缸四冲程汽油机工作循环 各个行程的工作特点,http:/ 0180,特点： 活塞上方气缸容积增大，产生真空，将空气与汽油的混合气吸入气缸；混合气被气缸壁和上一循环形成的残留气体加热，提高了温度，形成了工作混合气。,http:/ 随着气缸容积的减小和气流的扰动，压力和温度升高，气油和空气间的混合更加完善，为混合气燃烧做准备。,曲柄转角 180360,http:/ 360540,特点： 压缩行程末期，火花塞点火，混合气迅速燃烧，缸内压力急剧升高，推动活塞下行，通过连杆使曲轴旋转，将力矩输出。,http:/ 活塞上行，将燃烧后的废气压出。,曲柄转角 540

4、720,http:/ 柴油机在进气行程吸入纯空气，压缩行程中压缩纯空气，在压缩行程终了时，安装在气缸盖上的喷油器将经喷油泵加压的高压柴油以雾状喷入气缸内的高温、高压空气中，柴油与空气迅速混合自燃，推动活塞作功。,http:/ 1、特点： 汽油机：转速高（最高可达50006000r/min）、质量轻、噪声小、易起动、成本低。 在轿车和中小型载货汽车上广泛应用。 柴油机：压缩比高，热效率较汽油机高，相同排量的柴油机比汽油机省油30%左右，燃料经济性较好。 2、 柴油机的着火方式为压燃式，没有火花塞。其燃料供给系与汽油机也有较大区别。,http:/ 3.1.1、每个工作循环曲轴转两周，每一行程曲轴转

5、半周。 3.1.2、只有作功行程产生动力。,http:/ 不同点,http:/ 多缸发动机有多个结构相同的气缸，共用一个缸体，共用一根曲轴，曲轴上曲拐布置使各缸作功行程均匀布置在720曲轴转角内，使发动机的功率符合使用要求，且运转平稳。 二）、 四冲程直列四缸发动机发火间隔角为720/4=180。 四个曲柄布置在同一平面内，相邻两工作缸曲柄夹解为180，曲柄每转180就有一个气缸作功。,三、多缸发动机的结构特点：,http:/ 即1-2-4-3或1-3-4-2 .,三、多缸发动机的结构特点：,http:/ 配气机构 曲柄连杆机构,http:/ 将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能，

6、再通过连杆将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。 在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。 而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。,http:/ 一、机体组（气缸体、曲轴箱组）： 气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套、气缸衬垫、油底壳 二、活塞连杆组： 活塞、活塞环、活塞销、连杆 三、曲轴飞轮组： 曲轴、飞轮、扭转减振器,http:/ 水冷发动机的汽缸体和曲轴箱常铸成一体，称为汽缸体曲轴箱，简称为汽缸体。 一般采用铸铁或铝合金材料铸造而成。,http:/ 是发动机的装配基体。 上半部

7、有若干个为活塞在其中运动导向的圆柱形空腔（气缸）， 下半部为支承曲轴的曲轴箱，用于安装和保护曲轴，也可用于安装发动机附件。其内腔为曲轴运动的空间。 气缸体内部铸有冷却水套和润滑油道，还铸有许多加强筋。,气缸是活塞运动和燃烧的主要场所，如果磨损严重，将导致发动机功率下降、油耗增高、起动困难等。 现代汽车发动广泛采用在气缸内镶入气缸套，形成气缸工作表面。气缸套用耐磨性较好的合金铸铁或合金钢制造，以延长其使用寿命，同时便于修理和更换。,http:/ 功用： 封闭汽缸上部，并与活塞顶部、汽缸壁共同构成燃烧室。同时，汽缸盖也为其他零部件提供安装位置。 一般采用铸铁或铝合金材料铸成。,2、汽缸盖,2.2

8、组成： 与气缸体相通的冷却水套、进、排气门座及气门导管孔和进、排气通道、燃烧室、火花塞座孔或喷油器座孔、上置凸轮轴式发动机的气缸盖上还有用以安装凸轮轴的轴承座。,http:/ 安装位置： 3.2 功 用： 3.3 结构特点： 3.4 注 意：,3、汽缸垫,缸体与缸盖之间。,保证缸体与缸盖间的密封，防止漏水、漏气、漏油 。,金属与石棉和粘合剂压制，有一定弹性，水套孔、气缸孔、油道孔、螺栓孔均有镶边。,3.4.1安装汽缸垫时，应把光滑的一面朝向汽缸体，否则容易被高压气体冲坏。 3.4.2如果气缸盖由铝合金制成，则装配最后必须在发动机冷态下拧紧； 3.4.3铸铁气缸盖则应该在发动机热态时最后拧紧。,

9、http:/ 功 用： 4.2 结 构：,贮存机油并封闭曲轴箱 。,一般采用薄钢板冲压而成。装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。底部装有放油螺塞（其上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减轻磨损）。 在曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。,4、油底壳,http:/ 主要由活塞、活塞环、活塞销和连杆等运动件组成。,功用： 将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩。,http:/ 成：,1.1功 用：,它与气缸盖共同构成燃烧室，承受汽缸中气体的压力，并通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。同时也是燃烧室的组成部分。,由顶部、头部、裙部组成。

10、 一般采用高强度铝合金制成。,http:/ 是燃烧室的组成部分，承受高温气体的压力。 类型： 可制成各种形状，以促进可燃混合气的形成与燃烧。 平顶、凸顶、凹顶、成形顶。,http:/ 塞,1.2.2活塞头部,第一道活塞槽与最后一道油环槽之间的部分。 功用：加工有环槽，以安装活塞环。 特点：34道环槽，油环槽底部有泄油孔或泄油槽。,工作条件最恶劣，应离顶部远些。,http:/ 部,自油环槽下端面至活塞最下端的部分，包括销座孔。,http:/ 对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。,http:/ 作用：保证活塞与气缸壁间的密封，防止漏气，同时还将活塞顶部的大部分热量传导到气缸壁，再由冷

11、却水或空气带走。 一般发动机上装有23个气环。,2.2油环： 作用：刮除气缸壁上多余的机油，并在气缸壁上布上一层均匀的油膜，这样既可以防止机油窜入气缸燃烧，又可以减小活塞、活塞环与气缸的磨损和摩擦阻力。此外油环还起到封气的辅助作用。通常发动机上每个活塞装有12道油环。,http:/ 连接活塞与连杆小头，并将活塞承受的气体压力传给连杆。,3、活塞销,3.2构造： 空心管状，外表面为圆柱形，内孔形状有圆柱形、截锥形和组合形。,http:/ 连接活塞与曲轴，将活塞承受的力传给曲轴，推动曲轴转动，将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动。 4.2.组成: 连杆小头、杆身和连杆大头（包括连杆盖）三部分组成

12、。,http:/ 1.1 功用 将活塞连杆组传来的力转变成转矩然后通过飞轮输出力矩对外输出，并驱动配气机构及其他辅助装置（如发电机、水泵、风扇等）工作。,http:/ 结构,前端轴,连杆轴颈,曲轴主轴颈,后端轴,平衡重,曲拐,曲柄,1、曲轴,http:/ 组成,1、曲轴,主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、曲轴前端和后端凸缘。 一个连杆轴颈和它两端的曲柄及相邻两个主轴颈构成一个曲拐。,曲轴前端第一道主轴颈之前的部分，其上装有正时齿轮（驱动凸轮轴）、带轮（驱动风扇和水泵）。 连杆轴颈和主轴颈上钻有油孔，并有斜向油道相通，再与机体的主油道相连通，从而对轴颈及轴承进行润滑。 中、小型发动机的曲轴前端还装

13、有起动爪。,http:/ 结构特点： 2.1.1 中间薄、轮缘厚，转动惯量大。 2.1.2 压装有起动齿圈。 2.1.3 有点火正时标记。,2、飞轮,飞轮上的点火正时标记,http:/ 功用： 2.2.1 储存能量，以带动曲柄连杆机构工作； 2.2.2 带动活塞越过上、下止点，保证曲轴运转均匀，并使发动机克服短时间的超负荷； 2.2.3 通过飞轮齿圈与启动机小齿轮啮合，以启动发动机； 2.2.4 通过飞轮将发动机的动力传递给离合器或自动变速器。,2、飞轮,2.3点火正时记号： 飞轮上通常刻有第一缸点火正时记号，以便校准点火时间，当这个记号与飞轮壳上的刻线对正时，即表示一缸和末缸的活塞处在上止点

14、位置。,http:/ 气 机 构,http:/ 达到进气尽可能充分、排气尽可能干净的目的（吸足排净） 。,二、组成：,配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组组成。,http:/ 1.2作用：保证气门能够实现气缸的密封。 1.3气门: 进气门和排气门 工作条件： 高温、高压冲击、腐蚀、磨损、润滑困难等。 要求： 足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击。 材料： 进气门：合金钢，如40Cr、 35CrMo等。 排气门：高级耐热合金钢， 如4Cr9Si2等。,http:/ 2.1功用：将由曲轴传来的动力传给气门，使进、排气门能按照配气相位规定时刻开闭，并保证有足够的开度

15、。 2.2组成：正时齿轮、配气凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、气门间隙调整螺钉等。,凸轮,凸轮轴正时齿轮,推杆,摇臂,摇臂轴,挺柱,http:/ 功用： 控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。 工作条件： 承受气门间歇性开启的冲击载荷。 耐磨，抗冲击韧性，刚度好。 材料： 优质钢、合金铸铁、球墨铸铁,凸轮,驱动分电器的螺旋齿轮,凸轮轴轴颈,http:/ 按布置形式分： 按凸轮轴的位置可分为： 凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴顶（上）置式。,http:/ 按传动方式分： 齿轮传动、链传动和正时带（也叫同步带）传动。,http:/ 按发动机每缸气门数量的不同可分

16、为： 两气门式和多气门式。,http:/ 采用四气门后还可适当减小气门升程，改善配气机构的动力性，四气门的汽油机还有利于改善排放性能。,为提高充气性能，大排量、高转速、高功率的汽车发动机上采用多气门机构。,http:/ ：,4.1为了使发动机进气充分、排气彻底， 进气门应在活塞上止点前开启，在下止点后关闭。 同样，排气门应在下止点前开启，在上止点后关闭。 4.2 配气相位： 用曲轴转角表示的进、排气门的实际开闭时刻和开启的持续时间。,http:/ ：,4.2.1配气相位演示,http:/ ：,4.3 配气相位图： 用曲轴转角的环形图来表示配气相位，这种图形称为配气相位图。,http:/ ：,4

17、.4 配气相位角包括进气提前角、进气迟闭角、排气提前角、排气迟闭角、气门重叠角+ 。 进气门打开持续时间： 180+ 排气门打开持续时间： 180+,http:/ ：,4.4.2 理论上讲进、压、功、排各占180，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180。但实际上，高速发动机各个行程持续时间非常短，使发动机进气不足，排气不净，因此需对简单配气相位进行改进。改进措施有：,http:/ ：,4.4.2 进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。 进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。 排气门早开：借助气缸内的

18、高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。 排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。,http:/ ：,4.4.3气门重叠 由于进气门早开，排气门晚关，进气门在上止点前开启，而排气门在上止点后关闭，势必造成在同一时间内两个气门同时开启的现象，这个现象叫气门重叠，把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角+ 。,http:/ ：,在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？,不会的，这是因为： a. 进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门

19、排出； b. 进气门附近有降压作用，有利于进气。,http:/ ：,4.5 使用中配气机构零部件的磨损、变形或安装、调整不当，都会使配气相位产生变化，应定期进行检查调整。 4.6 传统的发动机按最常用工况设计配气相位，配气相位一旦安装好后，配气相位角及气门行程便无法改变。 有些现代轿车发动机采用可变气门控制系统。,http:/ 汽油机燃料供给系,http:/ 汽油机燃料供给系,一、汽油机燃料供给系的基本要求：,2、混合气的浓度通常用空燃比来表示： 空燃比（/F）混合气中的空气质量/混合气中的燃油质量 对于汽油机而言： 空燃比为14.7的可燃混合气为理论混合气（标准混合气）; 空燃比大于14.7

20、的可燃混合气为稀混合气; 空燃比小于14.7的可燃混合气为浓混合气.,1、汽油机燃料供给系的作用： 储存、输送、清洁燃料，并根据发动机的不同工况要求，供给气缸不同浓度和数量的汽油和空气的可燃混合气体，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去。,http:/ 汽油机燃料供给系,二、汽油机燃料供给系的分类：,1、汽油机混合气的形成有两种方式： 化油器式和电控燃油喷射式。 2、化油器式燃油供给系的可燃混合气形成装置是化油器。,http:/ 汽油机燃料供给系,2.1 化油器式供给系 简单化油器与可燃混合气的形成,喉部（喉管）,浮子（室）,节气门,2.2 简单化油器的结构: 浮子室、针阀、喉部、节气门（油

21、门）,http:/ 汽油机燃料供给系,喉部（喉管）,浮子（室）,节气门,2.3 工作原理： 在供油时，化油器的节气门上方有一喉管，空气流动时在喉管处产生真空度，将浮子室内的汽油吸出，然后高速流过的空气流将汽油吹散雾化，形成混合气，经进气管进入发动机气缸。,http:/ 汽油机燃料供给系,喉部（喉管）,浮子（室）,节气门,该形式对汽油的精确控制比较难于实现，导致燃油经济性、排放性较差。 2000年起，我国已严禁生产化油器式燃油供给系的轿车。而由电控燃油喷射式所取代。,http:/ 汽油机燃料供给系,三、电子控制汽油喷射式供给系的组成：,电控汽油喷射系统一般由： 空气供给系统、燃油供给系统、电子控

22、制系统组成。,空气供给系统： 提供新鲜空气； 燃油供给系统： 向发动机提供所需汽油； 电子控制系统： 检测发动机工况，精确控制燃油喷射量、喷油正时和点火时刻。,http:/ 汽油机燃料供给系,1）、空气供给装置,http:/ 汽油机燃料供给系,1）、空气供给装置,1.1 功用： 控制并测量吸入发动机空气量，提供可燃混合气形成所需的空气。,电控汽油喷射发动机在运行时，空气经空气滤清器过滤，由空气流量计或进气压力传感器计量后，进入进气管，再分配到各进气歧管。在进气歧管内，空气与喷油器喷出的汽油混合后被吸入气缸内燃烧。怠速控制阀可根据发动机指令对发动机怠速进行控制。,1.2 控制原理：,http:/

23、 汽油机燃料供给系,1）、空气供给装置,1.3 分类： 根据对空气量的检测方式不同分为： 歧管压力计量式（D型）和空气流量计量式（L型）。,http:/ 空气供给系统 1节气门；2空气流量计；3进气温度传感器；4空气滤清器,1.3.1空气流量计量式（L型）。,http:/ 控制过程：,型电控汽油喷射系统通过各种空气流量计检测空气流量来测量发动机吸入的空气量。空气流量计将吸入的空气量转换为电信号输送给发动机的，再根据此信号和其他信号来最终确定发动机的基本喷油量。,http:/ 控制过程： D型系统通过进气压力传感器检测进气歧管绝对压力来测量发动机吸入的空气量，同时将进气歧管内的绝对压力转变为电压

24、信号输送到发动机电子控制单元（），根据此数据和发动机转速信号确定进气量。,http:/ 组成：,空气滤清器、空气流量计（或进气压力传感器）、节气门体、进气管、进气歧管和怠速控制阀等组成。,http:/ 清除流向发动机的空气中所含的尘土和砂粒，以减少气缸、活塞、活塞环的磨损，延长发动机使用寿命，并可以消除发动机吸气行程中产生的一定程度的噪声。,http:/ 干式空气滤清器 纸质，效果好、寿命长；不能重复使用。 油浴式空气滤清器 金属网，效果较好，可重复使用。 离心式空气滤清器 聚氨酯式空气滤清器,http:/ 功用： 是将吸入的空气量转换为电信号送给发动机ECU，此信号作为发动机ECU确定发动机

25、的基本喷油量的重要信号之一。 是测量发动机进气量的装置。 用于L型电控燃油喷射系统（EFI）中。,1.4.2.2 分类： 根据测量原理的不同，空气流量计常见的有叶片式、卡门旋涡式、热式等。,http:/ 热式空气流量计: 能测出空气质量流量，避免了海拔高度（压力）引起的误差，并且其响应时间短，测量精度高。 现已成为电控汽油喷射系统较流行的空气流量计， 一般安装在节气门体前，空滤器后。 常用的有热线式和热膜式空气流量计。,http:/ 在空气通道中放置一发热体，空气流经发热体时带走其热量，对发热体进行冷却。发热体周围通过的空气流量越多，被带走的热量越多。 热式空气流量计就是利用发热体与空气之间的

26、这种热传递现象进行空气流量的测量,http:/ 是测量进气歧管内的绝对压力，并将其转变为电压信号输送到发动机ECU，发动机ECU据此和发动机转速信号来确定实际进气量。,1.4.3.2、分类： 就其信号产生原理可分为半导体压敏电阻式、电容式、三线高灵敏度可变电阻式和膜盒传动可变电感式等。 半导体压敏电阻式进气压力传感器是利用半导体的压阻效应制造而成的，因其具有尺寸小、精度较高、成本低、响应性和抗振性较好等优点，而被广泛使用。,http:/ 驾驶员通过加速踏板控制节气门体上的节气门开度可改变发动机的进气量，进行发动机的功率调节。 节气门体上一般装有节气门、节气门位置传感器和用于控制发动机怠速的怠速空气阀等部件。,http:/ 、功用：将可燃混合气较均匀地分配到各个气缸的进气门。 、材料：铝合金铸造。,http:/ 其目的是消耗废气流的能量，并平衡气流的压力波动，以消除强烈的排气噪声。,http:/ 陶瓷-蜂窝三元催化器：,三元催化器,http:/ 。由于这种催化器可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质， 故称三元。,1.4.6、 陶瓷-蜂窝三元催化器：,http:/