第1章 發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)及工作原理

第一章汽車發(fā)動機的基本構(gòu)造與工作原理2第1章發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)與工作原理學習目標與要求掌握四沖程發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理理解二沖程內(nèi)燃機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理掌握內(nèi)燃機的分類掌握內(nèi)燃機的主要工作性能指標理解發(fā)動機特性與速度特性曲線分析掌握汽車內(nèi)燃機的總體組成和功用學會汽車常見拆裝工具選用

3發(fā)動機：是將某種形式的能量轉(zhuǎn)化為機械能的機器。內(nèi)燃機：燃料在氣缸內(nèi)部燃燒產(chǎn)生的熱能直接轉(zhuǎn)化為機械能的動力機械。內(nèi)燃機往復(fù)活塞式

旋轉(zhuǎn)活塞式

4內(nèi)燃機特點單機功率范圍大（0.6-74760kW）熱效率高(汽油機0.3，柴油機0.4)體積小質(zhì)量輕便于移動起動性能好操作簡單

排氣污染噪音大51.1

四沖程發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)與工作原理1.1.1四沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)與工作原理1.四沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)多缸四沖程汽油機6單缸四沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)及工作原理71.四沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)2.四沖程汽油機基本工作原理9進氣0o~180o↓開關(guān)壓縮180o~360o↑關(guān)關(guān)作功360o~540o↓關(guān)關(guān)排氣540o~720o↑關(guān)開排氣門進氣門活塞行向曲軸轉(zhuǎn)角行程名稱5MPa，2800K10四沖程汽油機基本工作原理113.工作過程分析（1）四沖程發(fā)動機

活塞在上、下止點間往復(fù)移動四個行程（相當曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周），完成進氣、壓縮、作功、排氣一個工作循環(huán)的發(fā)動機稱四沖程發(fā)動機。

12（2）沖程與活塞行程★沖程:指發(fā)動機的類型★活塞行程:指活塞運行的上、下兩個止點之間的距離S。13★氣缸工作容積（排量Vs）一個活塞在一個行程中所掃過的容積?！锇l(fā)動機總排量一臺發(fā)動機所有氣缸工作容積之和。14（3）壓縮行程的作用★提高進入氣缸混合氣的壓力和溫度（壓縮終了氣缸壓力0.6-1.2MPa，溫度600-700K），為混合氣迅速燃燒創(chuàng)造條件；★可以有效提高發(fā)動機燃燒熱效率.熱力學第一定律T1為燃燒所達到的最高溫度；T2為排氣溫度15奧托（Otto）機1876年，德國人奧托研制出第一臺實用的往復(fù)式四行程內(nèi)燃機,稱Otto機。單缸、臥式、2.94Kw、壓縮比2.66,熱效率高達14％，每分鐘轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)?！飰嚎s比（ε）★壓縮比：7～11（汽油機），16～22（柴油機）。17（4）示功圖

示功圖:一個工作循環(huán)里,氣缸內(nèi)氣體的壓力隨氣缸工作容積變化關(guān)系的圖形。18發(fā)動機示功圖特征點參數(shù)

aczbr汽油機P0.075～0.090.6～1.23～50.3～0.50.105～0.115T370～400600～7002200～28001300～1600900～1200柴油機P0.08～0.093.5～4.56～90.2～0.40.105～0.125T300～370750～10002000～25001200～1500800～1000注：P-氣缸氣體壓強（MPa）；T-氣缸氣體溫度（K）整個工作過程的示功圖20（5）單缸機存在的問題及解決途徑問題1：功率小問題2：四個行程中，只有一個行程作功，造成曲軸轉(zhuǎn)速不均勻，工作振動大。途徑1：在曲軸后端安裝了一個質(zhì)量較大的飛輪，以減少轉(zhuǎn)速不均勻度。途徑2：多缸機214.多缸發(fā)動機結(jié)構(gòu)特點

（1）共用一個機體，一根曲軸；（2）曲軸的曲柄分布應(yīng)該使各缸作功行程均勻分布在7200曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，使發(fā)動機工作平穩(wěn)。

4缸，相鄰的工作缸的曲柄夾角180°，曲柄每轉(zhuǎn)180°便有一缸做功；6缸，相鄰的工作缸的曲柄夾角120°，曲柄每轉(zhuǎn)120°便有一缸做功；22多缸發(fā)動機工作原理231.1.2四沖程柴油機結(jié)構(gòu)特點與工作原理

1.結(jié)構(gòu)特點沒有火花塞設(shè)有噴油器24（1）進氣行程進入氣缸的是純空氣；（2）著火方式屬于壓燃式。2.工作原理25四沖程柴油機各行程示意圖進氣行程壓縮行程作功行程排氣行程新鮮空氣開始噴油26四沖程柴油機工作原理汽油機和柴油機的特征點參數(shù)對比28柴油機與汽油機比較

性能汽油機柴油機著火方式點燃壓燃燃油消耗高低熱效率30%左右40%左右工作平穩(wěn)性柔和粗暴29發(fā)動機轉(zhuǎn)速高低升功率大小起動性易難制造維修成本低高比質(zhì)量小大使用壽命短長排放CO、HC大，NOX、黑煙少CO、HC小，NOX、黑煙多301.2

二沖程發(fā)動機結(jié)構(gòu)特點與

工作原理

二沖程發(fā)動機：指活塞在上、下止點間往復(fù)移動兩個行程（相當曲軸旋轉(zhuǎn)了一周），完成進氣、壓縮、作功、排氣一個工作循環(huán)的發(fā)動機。1.2.1二沖程汽油機結(jié)構(gòu)特點與工作原理1.二沖程汽油機結(jié)構(gòu)特點與四沖程汽油機比較：沒有進、排氣門及驅(qū)動機構(gòu)，設(shè)進、排氣孔和掃氣孔，由活塞控制開閉。1-氣缸2-掃氣孔3-活塞4-連桿5-曲軸箱6-曲軸7-進氣孔8-排氣孔9-火花塞曲軸箱掃氣掃氣泵工作原理排氣孔掃氣孔進氣孔曲軸箱掃氣1.2.3二沖程柴油機結(jié)構(gòu)特點與工作原理1.二沖程柴油機結(jié)構(gòu)特點

1-活塞2-缸套上的空氣進氣孔3-排氣門4-泵-噴嘴5-傳動輪（由柴油機驅(qū)動）6-單向傳動離合器7-廢氣排出口8-排氣渦輪葉輪9-離心式風機10-排水口11-增壓空氣冷卻器12-進水口13-集流箱GM公司710G3B二沖程柴油機掃氣泵工作原理421.3

內(nèi)燃機分類及型號往復(fù)活塞式旋轉(zhuǎn)活塞式活塞式內(nèi)燃機燃氣輪機內(nèi)燃機按熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的方式分1.3.1內(nèi)燃機的分類43按沖程數(shù)分類二沖程內(nèi)燃機內(nèi)燃機四沖程內(nèi)燃機44按著火方式分類

點燃式

壓燃式內(nèi)燃機45按燃料種類分

液化石油氣沼氣氣體燃料發(fā)動機柴油機汽油機液體燃料發(fā)動機醇類柴油甲醇多種燃料發(fā)動機天燃氣內(nèi)燃機46按進氣狀態(tài)分類非增壓內(nèi)燃機增壓47按冷卻方式分類水冷內(nèi)燃機風冷48按氣缸數(shù)及布置分類（1）單缸內(nèi)燃機：只有一個氣缸的內(nèi)燃機。（2）多缸內(nèi)燃機：具有兩個或兩個以上氣缸的內(nèi)燃機。（3）立式內(nèi)燃機：氣缸布置于曲軸上方且氣缸中心線垂直于水平面的內(nèi)燃機。（4）臥式內(nèi)燃機：氣缸中心線平行于水平面的內(nèi)燃機。（5）直列式內(nèi)燃機：具有兩個或兩個以上直立氣缸，并呈一列布置的內(nèi)燃機。49具有兩個或兩列氣缸，其中心線夾角呈V形，并共用一根曲軸輸出功率的內(nèi)燃機。（8）斜置式內(nèi)燃機：氣缸中心線與水平面呈一定角度(不是直角)的內(nèi)燃機。按用途分類：有汽車用、機車用、船用…（7）對置氣缸式內(nèi)燃機：兩個或兩列氣缸分別排列在同一曲軸的兩邊呈1800夾角的內(nèi)燃機。（6）V形內(nèi)燃機：501.3.2內(nèi)燃機型號（GB725-91）地方、企業(yè)代號系列符號換代標志首部結(jié)構(gòu)特征符號用途特征符號區(qū)分符號后部尾部沖程符號（E表示二沖程，四沖程不標）缸徑（以直徑mm整數(shù)表示）氣缸布置形式缸數(shù)符號中部無符號-多缸直列及單缸V-型P-平臥形無符號-水冷F-風冷N-凝氣冷卻S-十字頭式Z-增壓ZL-增壓中冷DZ-可倒轉(zhuǎn)無符號-通用型T-拖拉機用M-摩托車用G-工程機械Q-車用J-鐵路機車D-發(fā)電機組C-船用主機，右機基本型CZ-船用主機，左機基本型Y-農(nóng)用運輸車L-林業(yè)機械示例1）汽油機型號492Q/P-A：四缸、直列、四沖程、缸徑92mm、冷卻液冷卻、汽車用（A為區(qū)分符號）2）柴油機型號YZ6102Q：六缸、直列、四沖程、缸徑102mm、冷卻液冷卻、汽車用（YZ為揚州柴油機廠代號）3）雙燃料發(fā)動機G12V190ZLS：12缸、V型、缸徑190mm、冷卻液冷卻、增壓中冷、燃料為柴油/天然氣雙燃料（G為系列代號）531.4

發(fā)動機性能指標

動力性能指標經(jīng)濟性能指標運轉(zhuǎn)性能指標可靠性、耐久性能指標

1.4.1動力性能指標1.有效轉(zhuǎn)距（Te

,單位N·m）：發(fā)動機曲軸輸出的平均轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，與阻力矩相平衡。2.平均有效壓力（Pme,單位kPa）：單位氣缸工作容積所輸出的有效功,平均有效壓力越大，動力性能越好。543.有效功率（Pe）：發(fā)動機曲軸輸出的功率稱為有效功率。Te-有效轉(zhuǎn)距（Nm）n-曲軸轉(zhuǎn)速（r/min）Pme-平均有效壓力（kPa）Vs-氣缸工作容積（m3）i-氣缸數(shù)τ-沖程數(shù)55標定功率(1)標定功率：發(fā)動機制造廠按國家規(guī)定標定的有效功率（發(fā)動機產(chǎn)品名牌上標明的功率）。(2)標定轉(zhuǎn)速：標定功率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。(3)我國內(nèi)燃機功率標定分以下四級：★15min功率：在標準環(huán)境條件下，內(nèi)燃機能連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)15min時的最大有效功率?！?h功率

★12h功率★持續(xù)功率56升功率

在標定工況下每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。571.4.2經(jīng)濟性能指標

1.燃油消耗率：每小時單位有效功率消耗的燃油質(zhì)量（以g/kw.h為單位）。B-發(fā)動機每小時消耗的燃油質(zhì)量（kg/h）Pe-發(fā)動機的有效功率（kw）582.有效熱效率：燃料中所含的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ谋壤?/p>

Q1-燃料中所含的熱量（kJ）We-發(fā)動機有效功（kJ）Pe-發(fā)動機有效功率（kw）B-發(fā)動機每小時消耗的燃油質(zhì)量（kg/h）be-燃油消耗率（g/（kwh））Hu-燃料低熱值（kJ/kg）ηe：汽油機一般0.30左右柴油機一般0.40左右591.4.3運轉(zhuǎn)性能指標

排放指標噪聲起動性能可靠性耐久性601.排放指標

（1）CO無色、無臭的有毒氣體，吸入人體后，就能以比氧強210倍的親和力同血液中的血紅蛋白結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，阻礙血液向心、腦等器官輸送氧氣，使人會發(fā)生惡心、頭暈、疲勞等缺氧癥狀，嚴重時窒息死亡。61（2）Nox氮氧化物的總稱，其中NO2毒性較大，它是一種赤褐色帶剌激性的氣體，被人體吸收后會變?yōu)橄跛幔跛崤c血紅蛋白結(jié)合會變成變性血紅蛋白，因而降低了血流的輸氧能力，對心、肝、腎等都有不良影響。NO2的另一大危害是它參與光化學反應(yīng)會形成臭氧和醛等。臭氧有一種獨特的臭味，氧化力極強，會使植物變黑，橡膠發(fā)裂。動物在臭氧1PPm濃度環(huán)境中停留4h，就會出現(xiàn)輕微肺氣腫現(xiàn)象。62（3）HC包括未燃和未完全燃燒的燃油，潤滑油及其裂解產(chǎn)物和部分氧化產(chǎn)物，人體內(nèi)吸入較多的HC，會破壞造血機能，造成貧血、神經(jīng)弱，并會降低肺對傳染病的抵抗力。HC的另一危害是它與NO2經(jīng)光化反應(yīng)后會形成臭氧。63（4）光化學煙霧

它是HC與NOx在陽光作用下所形成的煙霧，有刺激性。光化學煙霧會降低大氣可見度，傷害眼睛、咽喉，影響植物生長64（5）醛類是燃料未完全氧化的產(chǎn)物，它包括甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛、丁醛等，它會使排氣產(chǎn)生臭味，具有較強的剌激性。長時間受濃度較大的甲醛的作用，將使眼睛、上呼吸道系統(tǒng)中樞神經(jīng)受到損害。65（6）微粒（含碳煙）燃用無鉛汽油的汽油機可以認為不產(chǎn)生微粒。微粒主要來自柴油機排放物，它被人體吸入呼吸道及肺組織，并在其中沉積，從而引起人體肺組織等的病變。66（7）二氧化硫（SO2）是一種無色的氣體，對人體的呼吸系統(tǒng)具有剌激作用。當SO2的濃度達到8ppm時，人開始感到難受，它會使呼吸道內(nèi)腔縮小，呼吸量少，并剌激鼻喉，引起咳嗽。如濃度進一步增大，則會引起呼吸困難，呼吸道紅腫、腦悶，形成支氣管炎、哮喘病甚至肺氣腫等。2000年EU1標準；2003年EU2標準；2005年EU3、4標準；2007年對輕型柴油機實施EU4標準；682.噪聲

噪聲是發(fā)動機工作時發(fā)出的一種聲強和頻率無一定規(guī)律的聲音。它損害人的聽覺器官、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)，容易使人性情煩躁，反應(yīng)遲鈍，甚至耳聾，誘發(fā)高血壓和神經(jīng)系統(tǒng)的疾病。我國的噪聲標準（GB/T18697—2002）中規(guī)定，轎車的噪聲不大于79dB（A）。693.起動性能

起動性能是表征發(fā)動機起動難易的指標。我國標準規(guī)定，不采用特殊的低溫起動措施，汽油機在-10℃、柴油機在-5℃以下的氣溫條件下起動發(fā)動機，在15s以內(nèi)發(fā)動機要能自行運轉(zhuǎn)。701.4.4可靠性與耐久性能指標

1.可靠性：是指發(fā)動機在規(guī)定的運轉(zhuǎn)條件下，具有持續(xù)工作，不至因為故障而影響正常運轉(zhuǎn)的能力。2.耐久性：是指發(fā)動機在規(guī)定的運轉(zhuǎn)條件下，長期工作而不大修的能力。711.5發(fā)動機特性曲線1.5.1發(fā)動機特性與特性曲線1．發(fā)動機特性

發(fā)動機性能指標隨調(diào)整情況及運轉(zhuǎn)情況而變化的關(guān)系稱為發(fā)動機特性。發(fā)動機性能指標主要有功率、轉(zhuǎn)矩、燃料消耗率、排氣溫度、排氣煙度等；調(diào)整情況主要指柴油機的供油提前角、汽油機的點火提前角、發(fā)動機燃料等可調(diào)因素對發(fā)動機性能的影響；運轉(zhuǎn)情況一般指發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷等。發(fā)動機工作狀況發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)表征：功率與轉(zhuǎn)速負荷與轉(zhuǎn)速發(fā)動機負荷：發(fā)動機驅(qū)動從動機械所耗費的功率或有效轉(zhuǎn)矩的大小某一轉(zhuǎn)速下的負荷：發(fā)動機發(fā)出的功率與同一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的最大功率之比不要把負荷和功率混淆742．特性曲線以曲線形式表示的發(fā)動機特性稱為發(fā)動機特性曲線。奧迪2.4L四缸5氣門V6汽油機外特性753.發(fā)動機特性分類（1）調(diào)節(jié)特性：指發(fā)動機的性能指標隨調(diào)節(jié)情況而變化的關(guān)系。如柴油機的供油提前角調(diào)節(jié)特性、汽油機的點火提前角調(diào)節(jié)特性、汽油機的燃料調(diào)節(jié)特性等。（2）性能特性：指內(nèi)燃機的性能指標隨運行工況而變化的關(guān)系。如負荷特性、速度特性、調(diào)速特性、萬有特性等，它們可以通過試驗測得。汽車應(yīng)用較多的是速度特性。761.5.2發(fā)動機速度特性速度特性：指當燃料供給調(diào)節(jié)機構(gòu)（汽油機的節(jié)氣門或柴油機噴油泵的油量控制拉桿）位置不變時，發(fā)動機性能指標（轉(zhuǎn)矩、功率、燃油消耗率等）隨轉(zhuǎn)速的改變而變化的關(guān)系。對應(yīng)的曲線稱為速度特性曲線。外特性：當燃料供給調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在全負荷位置（汽油機節(jié)氣門全開位置或柴油機的油量控制拉桿在額定供油量位置）時，所測得的速度特性稱外特性或全負荷速度特性。部分負荷速度特性：當燃料供給調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在全負荷以內(nèi)各位置時，所測得的速度特性就稱為部分負荷速度特性。77Audi2.4L5氣門V6汽油機外特性1.6汽車發(fā)動機的總體組成791.5汽車發(fā)動機總體組成

一個機體上安裝一個機構(gòu)和六大系統(tǒng)(汽油機）（柴油機是五大系統(tǒng)）機體組件曲柄連桿機構(gòu)換氣系統(tǒng)燃油系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)點火系統(tǒng)（汽油機）起動系統(tǒng)機體組件點火系統(tǒng)換氣系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)曲柄連桿機構(gòu)潤滑系統(tǒng)起動系統(tǒng)燃料系統(tǒng)80汽車發(fā)動機總體組成汽車發(fā)動機總體組成發(fā)動機組成及工作原理82汽車發(fā)動機總體組成

1.機體組件:發(fā)動機的骨架，支承著發(fā)動機的所有零部件。氣缸罩氣缸蓋氣缸墊氣缸曲軸箱水道、油道氣缸體油底殼墊油底殼832.曲柄連桿機構(gòu)將活塞頂?shù)娜細鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩，輸出機械能?；钊h(huán)活塞活塞銷連桿連桿軸承曲軸曲軸齒輪曲軸帶輪曲軸軸承飛輪843.換氣系統(tǒng)：按照發(fā)動機要求，定時開閉進、排氣門，吸入干凈空氣，排除廢氣。凸輪軸排氣管系消聲器氣門組件空氣濾清器進氣管系曲柄連桿機構(gòu)、換氣系統(tǒng)動畫864.燃油供給系統(tǒng)：按照發(fā)動機要求，定時、定量供給所需要的燃料。燃油供給系統(tǒng)汽油機柴油機化油器式電控燃油噴射87汽油機電控燃油噴射系統(tǒng)88柴油機燃油系統(tǒng)895.點火系統(tǒng)：按規(guī)定的時刻，準時點燃汽油機氣缸內(nèi)的可燃混合氣。點火系統(tǒng)916.潤滑系統(tǒng)：潤滑、減摩、延長壽命、密封、清潔、冷卻、防銹蝕。潤滑系統(tǒng)潤滑系作用、

組成、

工作原理937.冷卻系統(tǒng)：保持發(fā)動機在適宜的溫度下工作。1-百葉窗2-散熱器3-散熱器蓋4-風扇5-水泵6-節(jié)溫器7-水溫表8-水套9-分水管10-放水開關(guān)冷卻系統(tǒng)958.起動系統(tǒng)：作用是起動發(fā)動機。主要部件：蓄電池、起動開關(guān)、起動馬達等。起動過程1.7發(fā)動機的拆裝（實訓(xùn)部分）發(fā)動機拆