發(fā)動機基本結構與工作原理

1、發(fā)動機機械結構發(fā)動機機械結構1.發(fā)動機的殼體（1） 氣缸蓋罩（2）氣缸蓋（3）氣缸蓋密封墊（4）曲軸箱（5）油底殼密封墊（6）油底殼2.氣門機構氣門機構由下列部件共同構成： 凸輪軸 傳動元件（壓桿、挺桿） 氣門（整個總成） 可能包括液壓氣門間隙補償器（HVA）1 進氣門 2 底部氣門彈簧座，帶有氣門桿密封件3 上部氣門彈簧座 4 HVA 元件 5 進氣凸輪軸6 排氣門7 氣門彈簧8 滾子式氣門搖臂9 排氣凸輪軸3.曲軸傳動機構曲軸傳動機構，是一個將燃燒室壓力轉(zhuǎn)化為動能的功能分組在此過程中，活塞的往復運動轉(zhuǎn)化為曲軸的轉(zhuǎn)動此外曲軸傳動機構還包括一些外圍設備，這些設備并不執(zhí)行主要功能而是提供相關輔助

2、。輔助設備基本包括飛輪、皮帶輪（帶有扭轉(zhuǎn)減振器）和正時鏈曲軸傳動機構主要包括以下部件： 1活塞 2連桿 3曲軸曲軸傳動機構（曲軸）曲軸將活塞的直線運動轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動1 扭轉(zhuǎn)減振器的固定裝置 2 用于驅(qū)動機油泵的齒輪 3 主軸承軸頸 4 連桿軸承軸頸 5 輸出端6 平衡重塊 7 油孔 8 正時鏈鏈輪曲軸傳動機構（活塞）活塞是汽油發(fā)動機所有傳動部件的第一個環(huán)節(jié)?；钊娜蝿帐俏杖紵^程中產(chǎn)生的壓力并通過活塞銷和連桿將其傳至曲軸。在此過程中將燃燒熱能轉(zhuǎn)化為運動活塞銷座固定活塞內(nèi)的活塞銷活塞下部的活塞裙用于在氣缸內(nèi)引導活塞活塞主要尺寸包括直徑、總長度和壓縮高度。壓縮高度是指活塞銷軸線與活塞頂上沿之間的距離

3、一套活塞環(huán)通常包括兩個氣環(huán)和一個刮油環(huán)活塞的主要部分包括活塞頂、活塞環(huán)部分、活塞銷座和活塞裙1.活塞頂 2.氣環(huán) 3.活塞銷4.活塞裙 5.刮油環(huán) 6.氣環(huán)曲軸傳動機構（連桿）1.油孔 2.滑動軸承 3.連桿4.軸瓦 5.軸瓦 6.連桿軸承蓋7.連桿螺栓在曲軸傳動機構中，連桿負責連接活塞和曲軸?；钊闹本€運動通過連桿轉(zhuǎn)化為曲軸的轉(zhuǎn)動。此外，連桿還要將燃燒壓力產(chǎn)生的作用力由活塞傳至曲軸上曲軸傳動機構確定旋轉(zhuǎn)方向時，在發(fā)動機動力輸出端（離合器或飛輪一側(cè)）相對側(cè)進行觀察站在確定發(fā)動機旋轉(zhuǎn)方向時的相同位置，距離最近的是氣缸1隨后各氣缸向動力輸出端依次編號曲軸傳動機構 如果是V形的發(fā)動機，確定氣缸的順序

4、與直列的發(fā)動機相似，在發(fā)動機動力輸出端（離合器或飛輪一側(cè)）相對側(cè)進行觀察 左手邊的氣缸列為1氣缸列，氣缸順序依次編號。右手邊的是2氣缸列，氣缸順序依次編號，如圖所示曲軸傳動機構 點火順序曲軸傳動機構點火間隔 = 720 : 氣缸數(shù) 四缸：180 曲軸轉(zhuǎn)角 六缸：120 曲軸轉(zhuǎn)角 八缸：90 曲軸轉(zhuǎn)角 十二缸：60 曲軸轉(zhuǎn)角氣缸數(shù)越多，點火間隔越小。點火間隔越小，發(fā)動機運行越平穩(wěn)。至少從理論上來講，質(zhì)量平衡因素也起到了一定作用，該因素取決于發(fā)動機結構形式和點火順序下圖展示了點火間隔為 120 六缸直列發(fā)動機的曲軸圖中編號表示各氣缸的點火順序。從編號一數(shù)到編號六需轉(zhuǎn)動曲軸兩圈即 720。各編號之間

5、的距離相等，即 1204.氣缸蓋罩氣缸蓋罩執(zhí)行以下任務：1.使氣缸蓋頂端與外部隔離2.隔音3.固定曲軸箱通風系統(tǒng)4.固定安裝件 為了達到較好的減振效果，氣缸蓋罩與氣缸蓋以非剛性方式連接。使用螺栓連接時，通過彈性密封墊和去耦元件達到上述目的 氣缸蓋罩可由鋁合金、塑料或鎂合金制成氣缸蓋罩通常也稱作氣缸蓋蓋板或氣門蓋。它構成了發(fā)動機殼體的頂部5.發(fā)動機油底殼油底殼是發(fā)動機殼體的底部。油底殼用于存儲發(fā)動機油油底殼執(zhí)行以下任務： 發(fā)動機油的收集容器 回流發(fā)動機油的收集容器 曲軸箱的底部 固定安裝件1 .油底殼2 .導流板6.曲軸箱曲軸箱的任務是： 構成燃燒室 固定曲軸傳動機構 吸收燃燒產(chǎn)生的作用力 固定

6、冷卻液和潤滑油輸送通道以及曲軸箱通風通道 固定安裝件 使曲軸空間與外界隔離密封 所有氣缸都組裝在曲軸箱內(nèi)。曲軸箱采用雙層鋼板結構，以便安裝冷卻水套。曲軸箱下部區(qū)域稱為曲軸傳動機構殼體，因為包含曲軸傳動機構。曲軸箱內(nèi)有很多開孔和通道于不同系統(tǒng)，例如供油系統(tǒng)曲軸箱可以說是所有發(fā)動機的核心組件，因此又稱為發(fā)動機缸體曲軸箱的結構V 型發(fā)動機的“V”型角也必須大小相等，以確保兩個氣缸列能夠具有相同的點火間隔。因此，BMW 八缸的氣缸列夾角為 90，十二缸為60但在特殊情況下，點火間隔不均勻時可產(chǎn)生獨特的發(fā)動機聲音曲軸箱的結構結構分為直列式或V形結構端蓋的類型A.封閉式端蓋結構B.敞開式端蓋結構氣缸套不與

7、水套接觸時稱為“干式氣缸套”與水套直接接觸時稱為“濕式氣缸套”A.干式氣缸套B濕式汽缸套7.汽缸蓋氣缸蓋是一個非常復雜的部件，負責執(zhí)行多項功能。發(fā)動機正時控制幾乎都在氣缸蓋內(nèi)進行氣缸蓋的任務是： 構成燃燒室頂 固定氣門機構 固定換氣通道 吸收燃燒產(chǎn)生的作用力 固定冷卻液和潤滑油輸送通道以及曲軸箱通風通道 固定安裝件汽缸蓋的結構氣缸蓋形狀在很大程度上取決于所包含的部件：氣門的數(shù)量和位置 凸輪軸的位置和數(shù)量 火花塞、預熱塞或噴射閥的位置換氣通道的形狀此外還根據(jù)以下標準對氣缸蓋進行分類：部件數(shù)量氣門數(shù)量 冷卻方式下圖為帶有兩氣門和四氣門的燃燒室頂對比。雖然兩氣門氣缸蓋的氣門直徑較大，但四氣門氣缸蓋的

8、總氣門面積和氣流橫截面顯然更大A.雙氣門 B.四氣門汽缸蓋的結構采用橫流冷卻方式時，氣缸蓋內(nèi)的冷卻液由較熱的排氣側(cè)流向較涼的進氣側(cè)。這種方式的優(yōu)點是整個氣缸蓋內(nèi)熱量分布比較均勻與之相反，采用縱流冷卻方式時，冷卻液沿氣缸蓋縱軸流動，即由端面一側(cè)流向動力輸出端或相反。冷卻液在流經(jīng)各個氣缸的過程中逐漸加熱，因此熱量分布非常不均衡。此外還會造成冷卻循環(huán)回路內(nèi)壓力降低。也可以組合使用兩種冷卻方式A.橫流冷卻方式B.縱流冷卻方式汽缸蓋的結構氣缸蓋作為氣缸的頂部構成了燃燒室頂。它與活塞幾何因素一起決定了燃燒室的形狀。燃燒室是由活塞、氣缸蓋和氣缸壁圍成的空間圖 C 中的布置方式非常有利，因為油氣混合氣可以非常

9、有效地環(huán)繞火花塞流動，相對于燃燒室體積而言燃燒室表面較小，因此熱力學損耗較少。氣門傾斜角度最大可達25。發(fā)動機工作的基本原理1 進氣門 2 火花塞3 排氣門4 排氣通道5 活塞6 連桿7 曲軸8 油底殼9 曲軸箱10 水套11 燃燒室12 排氣通道13 氣缸蓋汽油發(fā)動機的工作原理四沖程發(fā)動機1.進氣行程 新鮮空氣或汽油空氣混合氣被吸入燃燒室內(nèi)。2.壓縮行程 吸入的新鮮空氣或汽油空氣混合氣被活塞壓縮。3.作功行程 燃油空氣混合氣開始燃燒。產(chǎn)生的壓力促使活塞向下移動4.排氣行程 排出燃燒室內(nèi)的廢氣。為了完成進氣和排氣行程在燃燒室頂裝有氣門，這些氣門根據(jù)需要打開或關閉。不同氣門的功能不同。進氣門負責

10、吸入新鮮空氣或汽油空氣混合氣。排氣門負責排出廢氣第一沖程：進氣行程第一沖程開始時，活塞位于上止點，向下止點方向移動。進氣門打開。活塞向下移動時，燃燒室容積增大。此時產(chǎn)生輕微真空壓力，從而使新鮮汽油空氣混合氣通過打開的進氣門吸入燃燒室內(nèi)活塞到達下止點時，燃燒室內(nèi)充滿汽油空氣混合氣。進氣門關閉第二沖程：壓縮氣門都關閉時，活塞從下止點向上止點移動由于燃燒室容積減小且汽油空氣混合氣無法排出，因此混合氣經(jīng)過高度壓縮。燃燒室內(nèi)的壓力明顯增大進行快速壓縮時，燃燒室內(nèi)的溫度也隨之升高?；钊磳⒌竭_上止點前，混合氣被火花塞的火花點燃。此時稱為點火時刻。汽油空氣混合氣開始燃燒并釋放出熱能。溫度升高時氣體迅速膨脹。

11、但燃燒室是一個封閉空間，氣體無法快速膨脹。因此燃燒室內(nèi)的壓力急劇增大第三沖程：作功燃燒室內(nèi)的高壓向其邊界面（燃燒室壁、燃燒室頂和活塞）施加作用力?；钊谧饔昧ο孪蛳轮裹c方向移動。此時容積增大，氣體能夠膨脹，燃燒室內(nèi)的壓力減小。因此進行作功。燃油內(nèi)存儲的化學能轉(zhuǎn)化為機械功。氣體膨脹還導致燃燒室內(nèi)的溫度下降活塞到達下止點時排氣門打開，壓力值降至環(huán)境壓力第四沖程：排氣活塞從下止點向上止點移動燃燒室容積減小。通過打開的排氣門排出燃燒空氣。燃燒室內(nèi)的壓力短時稍稍增大，最后重新降至環(huán)境壓力第四沖程結束且活塞到達上止點時，排氣門關閉。四沖程過程重新開始基準參數(shù)每進行一個沖程，曲軸旋轉(zhuǎn) 180，活塞由一個止點

12、移動到另一個止點。因此四沖程發(fā)動機完成整個一個循環(huán)時曲軸旋轉(zhuǎn) 720 即轉(zhuǎn)動兩圈。正時時間：吸入新鮮汽油空氣混合氣和排出廢氣稱為換氣。通過進氣門和排氣門控制換氣。氣門的開啟和關閉時刻也取決于曲軸轉(zhuǎn)角。這些時刻又稱為正時時間，因為通過它們決定發(fā)動機的換氣控制基準參數(shù)活塞即將開始向下移動前進氣門打開，活塞重新開始向上移動后進氣門關閉排氣門的運行方式相似?；钊_始向上移動前排氣門打開，活塞重新開始向下移動后排氣門關閉正時時間的質(zhì)量即與發(fā)動機準確同步，以及準確保持正時時間對以下方面有重要影響：1.最大功率2.最大扭矩3.排氣質(zhì)量4.耗油量5.運行特性。A 進氣 B 壓縮 C 作功 D 排氣 1 上止點

13、（TDC） 2 下止點（BDC） 3 進氣門打開 4 進氣門關閉 5 點火時刻 6 排氣門打開 7 排氣門關閉 8 氣門重疊燃燒室充氣燃燒室充氣指的是進氣行程中進入氣缸內(nèi)的新鮮空氣量（汽油空氣混合氣或空氣）。燃燒室充氣量越大，發(fā)動機輸出功率就越高。因此發(fā)動機設計最重要的一個方面就是盡可能達到最高燃燒室充氣效率。盡可能減小用于換氣過程的能量也非常重要 提高充氣效率：使進氣門開啟時間超過曲軸轉(zhuǎn)角 180 可提高燃燒室充氣效率和發(fā)動機功率。進氣門在活塞到達 TDC 前打開并在活塞到達 BDC 后關閉。在活塞到達 TDC 前打開表示進氣門在排氣行程期間打開。排氣行程結束時，高速排出的氣體產(chǎn)生吸力。如果

14、進氣門在活塞到達上止點前打開，即使活塞正在向上移動，也可通過燃燒室內(nèi)的真空壓力吸入新鮮空氣。進氣門和排氣門同時打開的這種狀態(tài)稱為氣門重疊。設計為活塞到達 BDC 后關閉可確保開始壓縮行程時進氣門仍處于打開狀態(tài)。這樣可使進氣過程中加速的新鮮空氣在其慣性作用下繼續(xù)流入燃燒室內(nèi)?；钊蛏弦苿铀a(chǎn)生的壓力阻止新鮮空氣流入時，該作用結束。最遲在該時刻，進氣門必須關閉。但是延長進氣時間也只能使充氣效果最多達到理論最大充氣量的 80 %，因為進氣時存在真空壓力此外還能通過減小新鮮空氣進氣阻力和降低燃燒室溫度提高充氣效率通過氣門開啟時間提高充氣效率的問題在于，這種方法只有在特定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)才能達到最佳效果。轉(zhuǎn)速

15、變化時，吸入新鮮空氣和排出廢氣的動力性也會隨之變化。因此無法隨時根據(jù)需要準確控制氣門打開或關閉的時刻。由于在傳統(tǒng)發(fā)動機中這些時刻固定不變，因此可以接受在特定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進行準確控制而在其它轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無法確保最佳充氣效果的折衷方案。但現(xiàn)代發(fā)動機提供了改革正時時間的可能。提前排氣：進行排氣行程時，排氣門在活塞到達 TDC 前打開。這樣有助于排出廢氣并減輕曲軸傳動機構負荷。提前打開排氣門可使燃燒室內(nèi)的壓力降至環(huán)境壓力。反正此時的壓力也不足以繼續(xù)進行有效功。反之排氣過程更加輕松，因為發(fā)動機無需克服高壓作功。此外還能進一步降低燃燒室內(nèi)的溫度，從而有利于下一個充氣過程 氣門重疊角基本概念1 上止點（TDC）

16、2 行程3 下止點（BDC）4 連桿長度5 曲軸半徑6 缸徑7 壓縮室8 排量基本概念氣缸：氣缸是進行燃燒和活塞移動的空間。根據(jù)圓柱形的形狀命名為氣缸。它所指的不是可以通過活塞改變?nèi)莘e的空間，而是由發(fā)動機金屬壁構成的工作腔缸徑：缸徑是指一個氣缸的直徑行程：行程指的是活塞在氣缸內(nèi)上下止點間移動的距離行程長短由曲軸決定。 相當于曲軸半徑的兩倍止點：止點指的是活塞移動的終點，活塞在止點處改變移動方向，止點分為 上止點（TDC）和下止點（BDC）。排量：一個氣缸的排量指的是活塞在一個行程過程中經(jīng)過的空間?；蛘叻Q作：活塞上止點與下止點位置之間的氣缸空間。在發(fā)動機的技術數(shù)據(jù)中，排量通常指的是發(fā)動機的總排量?？偱帕考此袣飧椎膯蝹€排量之和壓縮室：指的是活塞到達上止點位置時活塞以