汽車發(fā)動機構造與工作原理1概要

1、汽車發(fā)動機構造與維汽車發(fā)動機構造與維 修修 第一講：發(fā)動機構造與原理第一講：發(fā)動機構造與原理 時間：45Min 主講：鄒主講：鄒 俊俊 發(fā)動機基本知識 發(fā)動機的本質發(fā)動機的本質: : 發(fā)動機是發(fā)出動力的機器，是汽車的心臟，是汽車的動力裝置， 目前的傳統(tǒng)發(fā)動機都是將燃料的化學能轉變?yōu)闊崮?，再由熱能轉變 為機械動力，并通過底盤的傳動系和行駛系驅動汽車行駛。 第一節(jié) 汽車發(fā)動機的分類 內燃機的分類方法很多，按照不同的分類方法可以把內燃機分成不 同的類型，下面讓我們來看看內燃機是怎樣分類的。 （如圖1-1）內燃機 按照所使用燃料的不同 可以分為汽油機和柴油 機。 圖1-1 內燃機按使用燃料分類 （如圖

2、1-2） 內燃機按照完成一個工作循環(huán)所需的行程數可分為四行程內燃機 和二行程內燃機。 圖1-2 內燃機按行程分類 （如圖1-3） 內燃機按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動機和風冷發(fā)動機。 圖1-3 內燃機按冷卻方式分類 （如圖1-4） 內燃機按照氣缸數目不同可以分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機。 圖1-4 內燃機按氣缸數目分類 內燃機按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式。 直列式直列式 V型 型 W型型 H型 型 圖圖1-51-5氣缸排列形式氣缸排列形式 （如圖1-6） 內燃機按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣（非增壓） 式發(fā)動機和強制進氣（增壓式）發(fā)動機。 圖1-6 內燃機按進氣系統(tǒng)

3、是否采用增壓方式分類 第二節(jié)汽車發(fā)動機布局 目前在國內車市所能看到的 絕大部分車型都是采用的前置發(fā) 動機，即發(fā)動機位車前輪軸之前。 前置發(fā)動機的優(yōu)點是簡化了車子 變速器與驅動橋的結構，特別是 對于目前占絕對主流的前輪驅動 車型而言，發(fā)動機將動力直接輸 送到前輪上，省略了長長的傳動 軸，不但減少了功率傳遞損耗， 也大大降低了動力傳動機構的復 雜性和故障率。因外，將發(fā)動機 置駕駛員的前方，在正面撞車時， 發(fā)動機可以保護駕駛員免受沖擊， 從而提高了車的安全性。 圖圖2-1 2-1 前置發(fā)動機示意圖前置發(fā)動機示意圖 中置發(fā)動機，即發(fā)動機 位于汽車的前后輪軸之間， 對于一些極端追求性能的 車型而言，將發(fā)

4、動機中置 是一種最理想的方式，因 為發(fā)動機的位置正好位于 車子重心附近，而不是重 量過于集中在車頭或車尾， 達到最佳的配重比，這將 大大提高車子的操控性和 行駛穩(wěn)定性。包括法拉利、 蘭博基尼在內的不少經典 跑車都采用的是中置發(fā)動 機布局。 圖圖2-2 2-2 中置發(fā)動機示意圖中置發(fā)動機示意圖 一般來說，最純正的后置發(fā)動機就是 將發(fā)動機布置在后軸之后，最有代表性的就是大客車，而后置發(fā)動機的 乘用車屈指可數，最有代表性的就是保時捷911，當然smart也是后置 發(fā)動機。曾經的經典車型大眾老甲殼蟲和菲亞特126P也是后置發(fā)動機 圖圖2-3 2-3 后置發(fā)動機示意圖后置發(fā)動機示意圖 橫置發(fā)動機是指發(fā)動

5、機和汽車前橋平行。 簡單的講就是你站在車頭前面向發(fā)動機，如果發(fā)動機橫著放在你眼前，就是橫置 發(fā)動機。 優(yōu)點：優(yōu)點： 橫置發(fā)動機的曲軸、變速器的輸入輸出軸以及車橋都是平行的，所以如果是前驅車的話，最適合的就是前橫置發(fā)動 機，動力傳輸距離短，方向一致，因此傳動效率較高。 另一方面，由于橫置發(fā)動機占用的縱向空間小，可以極大限度縮短了發(fā)動機艙的縱向空間，換來的是寬敞的駕乘空 間，尤其是前排乘客的腿部拓展的空間。這對于尺寸有限的緊湊型轎車來講尤為重要。 缺點：缺點： 前后重量分布不平衡的問題則橫置發(fā)動機的最 大缺陷，由于橫置發(fā)動機發(fā)動機曲軸變速箱輸 入軸平行連接在一起的，使其可以布置在發(fā)動 機前軸之前，

6、但是這些重量最重的汽車部件全 部集中在車頭前方就使得前軸負荷過大，從而 容易出現轉向不足的情況，而頭重腳輕的前后 軸配重也會在高速過彎時使車尾的后輪缺乏重 壓，某些軸荷分配不合理的橫置發(fā)動機轎車甚 至達到了前70%后30%，其性能可想而知。 另一方面，由于橫置發(fā)動機變速器安裝位置過 于偏向一側的原因，其驅動軸是一長一短的， 當巨大的驅動力作用在不等長的傳動軸上時， 會使車兩個前輪有轉速差，從而導致急加速時 車頭有左右擺動現象，也就是我們常說的扭力 轉向，這一點在大排量前置前驅車型上尤為明 顯. 圖圖2-4 2-4 橫置發(fā)動機示意橫置發(fā)動機示意 圖圖 縱置發(fā)動機是指發(fā)動機與汽車的前橋垂直，簡單的

7、講就是你站在車頭前面向發(fā)動 機，如果發(fā)動機豎著放在你眼前，那就是縱置式發(fā)動機。 圖圖2-5 2-5 縱置發(fā)動機示意圖縱置發(fā)動機示意圖 第三節(jié) 發(fā)動機結構與原理 要實現上述能量轉換，需要這樣一個裝置，這個裝置可以分為以下部分：要實現上述能量轉換，需要這樣一個裝置，這個裝置可以分為以下部分： 曲柄連桿機構 配氣機構 供給系統(tǒng) 潤滑系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng) 點火系統(tǒng) 起動系統(tǒng) 圖圖3.1-1 3.1-1 汽車發(fā)動機結構汽車發(fā)動機結構 （如圖3.1-2） 圖3.1-2 曲柄連桿機構 （如圖3.1-3） 圖3.1-3 配氣機構 （如圖3.1-4） 汽油機燃料供給系是根據發(fā)動機的要求，配制出一定數量和濃度的可燃混合

8、 氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內排出到大氣中去。 圖3.1-4 燃油供給系統(tǒng) （如圖3.1-5） 圖3.1-5 潤滑系統(tǒng) 圖3.1-6 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散發(fā)出去，保 證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。 （如圖3.1-7） 在汽油機中，氣缸內的可燃混合氣是靠電火花點燃的，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。 圖3.1-7 點火系統(tǒng) （如圖3.1-8） 曲軸在外力作用下開始轉動到發(fā)動機開始自動怠速運轉的全過程， 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。 圖3.1-8 起動系統(tǒng) 3.2、汽

9、油機工作原理 （如圖3.2-1所示） 圖3.2-1 四行程汽油機工作過程 基本術語基本術語 1 1. .上止點上止點：活塞離曲軸回轉中心：活塞離曲軸回轉中心 最遠最遠處，通常指活塞上行到處，通常指活塞上行到最高最高 位置。位置。 2.2.下止點：活塞離曲軸回轉中心下止點：活塞離曲軸回轉中心 最近處最近處，通常指活塞下行到，通常指活塞下行到最低最低 位置。位置。 3.3.活塞活塞行程行程(S(S) )：上、下兩止點上、下兩止點 間的距離間的距離(mm)(mm)。 4.4.曲柄半徑曲柄半徑(R)(R)：與連桿下端：與連桿下端( (即即 連桿大頭連桿大頭) )相連的曲柄銷中心到曲相連的曲柄銷中心到曲

10、 軸回轉中心的距離軸回轉中心的距離(mm)(mm)。 S=2RS=2R 曲軸每轉一轉，活塞移動兩曲軸每轉一轉，活塞移動兩 個行程。個行程。 5.5.氣缸氣缸工作容積工作容積(h)(h)：活塞從活塞從 上止點到下止點所讓出的空間容上止點到下止點所讓出的空間容 積積(L)(L)。 h h =D =D2 2S/(4S/(410106 6) (L) (L) 式中：式中：D D氣缸直徑氣缸直徑(mm)(mm)。 6.6.發(fā)動機發(fā)動機排量排量(L(L) )：發(fā)動機所發(fā)動機所 有氣缸工作容積之和有氣缸工作容積之和(L)(L)。設發(fā)設發(fā) 動機的氣缸數為動機的氣缸數為i i，則，則 L L = =h h i (

11、L) i (L) 7.7.燃燒室容積燃燒室容積(C C) )：活塞在：活塞在上止上止點時，點時，活塞上方的空間叫燃燒活塞上方的空間叫燃燒室，室， 它的容積叫燃燒室容積它的容積叫燃燒室容積(L)(L)。 8.8.氣缸總容積氣缸總容積(a(a) )：活塞在：活塞在下止點時，活塞上方的容積稱為氣缸總下止點時，活塞上方的容積稱為氣缸總 容積容積(L)(L)。它等于氣。它等于氣缸工作容積與燃燒室容積之和缸工作容積與燃燒室容積之和，即，即 a =a =h h +C C 9.9.壓縮比壓縮比()()：氣缸：氣缸總容積與燃燒室容積總容積與燃燒室容積的比值，即的比值，即 =a / =a /C C =( =(h

12、h + +C C)/ )/ C C =1+ =1+h h / /C C 它表示活塞由下止點運動到上止點時，氣缸內氣體被壓縮的程度。它表示活塞由下止點運動到上止點時，氣缸內氣體被壓縮的程度。 壓縮比越大壓縮比越大，壓縮終了時氣缸內的，壓縮終了時氣缸內的氣體壓力和溫度就越高氣體壓力和溫度就越高。一般車用。一般車用 汽油機汽油機的壓縮比為的壓縮比為61610 0，柴油柴油機的壓縮比為機的壓縮比為15221522。 10.10.發(fā)動機的工作循環(huán)：在氣缸內進行的每一次將燃料燃燒的熱能轉發(fā)動機的工作循環(huán)：在氣缸內進行的每一次將燃料燃燒的熱能轉 化為機械能的一系列連續(xù)過程化為機械能的一系列連續(xù)過程( (進氣

13、、壓縮、作功和排氣進氣、壓縮、作功和排氣) )稱發(fā)動機稱發(fā)動機 的工作循環(huán)。的工作循環(huán)。 11.11.二沖程二沖程發(fā)動機：活塞往復發(fā)動機：活塞往復兩個行程完成一個工作循環(huán)兩個行程完成一個工作循環(huán)的稱為二沖的稱為二沖 程發(fā)動機。程發(fā)動機。 12.12.四沖程四沖程發(fā)動機：活塞往復發(fā)動機：活塞往復四個行程完成一個工作循環(huán)四個行程完成一個工作循環(huán)的稱為四沖的稱為四沖 程發(fā)動機。程發(fā)動機。 （如圖3.2-1） 二行程汽油機各個行程工作情況： 第一行程 活塞從下止點向上止點運動，事先已充滿活塞上方氣缸內的混合氣被壓縮，新的可燃混 合氣又從化油器被吸入活塞下方的曲軸箱內。 第二行程 活塞從上止點向下止點運

14、動，活塞上方進行作功過程和換氣過程，而活塞下方則進行可 燃混合氣的預壓縮。 圖3.2-1 二行程汽油機工作過程 3.3柴油發(fā)動機結構與原理 柴油發(fā)動機與汽油發(fā)動機結構基本相同，不同點是柴油發(fā)動機是壓燃 式，不用點火系統(tǒng)，所以柴油發(fā)動機由兩大機構（曲柄連桿機構、配氣機 構）、四大系統(tǒng)（燃料供給系、潤滑系、冷卻系和起動系）組成。 四行程柴油機工作原理：每個工作循環(huán)都經歷進氣、壓縮、作功、排 氣四個行程，如圖3.3-1。 圖3.3-1 四行程柴油發(fā)動機工作過程 圖3.3-2 帶有掃氣泵的二行程柴油發(fā)動機工作過程 二行程柴油機各個行程工作情況：如圖3.3-2所示。 第一行程：活塞從下止點向上止點運動，

15、行程開始前不久，進氣孔和排 氣門均以開啟，利用從掃氣泵流出的空氣使氣缸換氣。 第二行程：活塞從上止點向下止點運動，開始時氣體膨脹，推動活塞向 下運動，對外作功，當活塞下行到大約2/3行程時，排氣門開啟，排出廢氣， 氣缸內壓力降低，進氣孔開啟，進行換氣，換氣一直延續(xù)到活塞向上運動1/3 行程進氣孔關閉結束。 轉子發(fā)動機又稱為米勒循環(huán)發(fā)動機，由德國人菲加士汪克爾發(fā)明，之后這項技術 由馬自達公司收購。我們都知道：傳統(tǒng)的氣缸往復運動式發(fā)動機，工作時活塞在氣缸 里做往復直線運動，而為了把活塞的直線運動轉化為旋轉運動，必須使用曲柄連桿機 構。轉子發(fā)動機則不同，它直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉化為驅動扭矩。與往

16、復式發(fā) 動機相比，轉子發(fā)動機取消了無用的直線運動，因而同樣功率的轉子發(fā)動機尺寸較小， 重量較輕，而且振動和噪聲較低，具有較大優(yōu)勢。 工作原理：在三角轉子轉動時，以三角轉子中心 為中心的內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動，內齒圈與齒輪的 齒數之比為3:2。上述運動關系使得三角轉子頂點 的運動軌跡（即汽缸壁的形狀）似“8”字形。三 角轉子把汽缸分成三個獨立空間，三個空間各自 先后完成進氣、壓縮、做功和排氣，轉子發(fā)動機 的轉子每旋轉一圈就作功一次。 與一般的四沖程發(fā)動機每旋轉兩圈才作功一次 相比，具有高功率容積比（發(fā)動機容積較小就 能輸出較多動力）的優(yōu)點。另外，由于轉子發(fā)

17、 動機的軸向運轉特性，它不需要精密的曲軸平 衡就能達到較高的運轉轉速。整個發(fā)動機只有 兩個轉動部件，與一般的四沖程發(fā)動機具有進、 排氣門等二十多個活動部件相比結構大大簡化， 故障的可能性也大大減小。 除了以上的優(yōu)點外，轉子發(fā)動機的優(yōu)點亦包括 體積較小、重量輕、低重心等。相應缺點是發(fā) 動機在使用一段時間之后容易因為油封材料磨 損而造成漏氣問題，增加油耗。另外其獨特的 機械結構也造成這類引擎較難維修。 本課主要介紹了發(fā)動機的總體結構和工作原理，我們要對發(fā)動 機有個總體認識，對發(fā)動機工作過程有深入了解，尤其要記住四沖程 發(fā)動機的工作循環(huán):進氣、壓縮、做工、排氣。下節(jié)課我們將到實習教 室對照學習，下面

18、給10分鐘時間把思考與練習做一下。 （如圖1-2） 內燃機按照完成一個工作循環(huán)所需的行程數可分為四行程內燃機 和二行程內燃機。 圖1-2 內燃機按行程分類 （如圖1-3） 內燃機按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動機和風冷發(fā)動機。 圖1-3 內燃機按冷卻方式分類 第二節(jié)汽車發(fā)動機布局 目前在國內車市所能看到的 絕大部分車型都是采用的前置發(fā) 動機，即發(fā)動機位車前輪軸之前。 前置發(fā)動機的優(yōu)點是簡化了車子 變速器與驅動橋的結構，特別是 對于目前占絕對主流的前輪驅動 車型而言，發(fā)動機將動力直接輸 送到前輪上，省略了長長的傳動 軸，不但減少了功率傳遞損耗， 也大大降低了動力傳動機構的復 雜性和故障率。因外，將發(fā)動機 置駕駛員的前方，在正面撞車時， 發(fā)動機可以保護駕駛員免受沖擊， 從而提高了車的安全性。 圖圖2-1 2-1 前置發(fā)動機示意圖前置發(fā)動機示意圖 中置發(fā)動機，即發(fā)動機 位于汽車的前后輪軸之間， 對于一些極端追求性能的 車型而言，將發(fā)動機中置 是一種最理想的方式，因 為發(fā)動機的位置正好位于 車子重心附近，而不是重 量過于集中在車頭或車尾， 達到最佳的配重比，這將 大大提高車子的操控性和 行駛穩(wěn)定性。包括法拉利、 蘭博基尼在內的不少經典 跑車都采用的是中置發(fā)動 機布局。 圖圖2-2 2-2 中置發(fā)動機示意圖中置發(fā)動機示意圖 （如