汽车发动机基础知识PPT.ppt

CompanyLogo 汽车构造及工作原理 CompanyLogo 底盘 电气设备 汽车构造及工作原理 发动机 车身 1 2 3 4 汽车燃料 CompanyLogo 1 汽车发动机 CompanyLogo 汽车发动机 发动机是汽车的心脏 为汽车的行走提供动力 简单讲 发动机就是一个能量转换机构 即将燃料放在密封汽缸内燃烧 气体膨胀推动活塞作功 使热能转变为机械能 这是发动机最基本原理 虽然发动机伴随着汽车走过了100多年的历史 天才的发动机设计者们 不断地将最新科技与发动机融为一体 把发动机变成一个复杂的机电一体化产品 使发动机性能达到近乎完美的程度 但发动机的工作原理仍然未变 CompanyLogo 5 发动机的定义及分类 定义 把某种能源转化成机械能的装置分类 返回 CompanyLogo 1 1发动机的分类 按冷却方式 水冷发动机 风冷发动机 按汽缸数 按使用燃料 按冲程数 四冲程发动机 二冲程发动机 汽油发动机 柴油发动机 单缸发动机 多缸发动机 化油器式发动机 直接喷射式发动机 按着火方式 压燃式发动机 点燃式发动机 CompanyLogo Typeofcooling Water coolingengine air coolingengine CompanyLogo Four strokeengine Two strokeengine Numberofcycles CompanyLogo CompanyLogo Single cylinderengine Multi cylinderengine Numberofcylinders CompanyLogo in lineorstrightengines Arrangementofcylinders V engines Opposedcylinderengine CompanyLogo 气缸排列方式分类 CompanyLogo 气缸排列方式分类 H CompanyLogo reciprocatingengine rotaryengine theinternalmotion CompanyLogo 燃料种类分类 CompanyLogo 燃料种类分类 二甲醚 CH3 O CH3 CNG compressednaturalgas CH4 LPG liquidpetrolgas 丙 丁烷 煤气 CO 木炭 煤粉 C 返回 CompanyLogo 是否采用增压分类 CompanyLogo 1 2发动机常用术语 CompanyLogo 上止点 TDC topdeadcenter CompanyLogo 下止点 BDC bottomdeadcenter CompanyLogo 活塞行程 pistonstroke CompanyLogo 曲柄半径 crankthrow CompanyLogo 气缸工作容积 cylinderdisplacement 发动机工作容积 排量 enginestrokevolume CompanyLogo 燃烧室容积 combustionchambervolume 气缸总容积 cylindervolume CompanyLogo 压缩比 ratioofcompression CompanyLogo 1 3四冲程汽油机的工作原理 工作循环 发动机将热能转化为机械能 必经过进气 压缩 作功 排气四个过程 每完成一次这样的过程称一个工作循环 1 进气行程2 压缩行程3 作功行程4 排气行程 CompanyLogo 进气行程 示功图 上止点 下止点 示功图 表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况 进气门开启 活塞 排气门关闭 温度370 440K 压力75 90kPa CompanyLogo 压缩行程 示功图 上止点 下止点 排气门关闭 进气门关闭 温度600 800K压力600 1500kPa 活塞 CompanyLogo 作功行程 作功终了 温度1500 1700K压力300 500kPa 排气门关闭 瞬时最高 温度2200 2800K压力3 5MPa 进气门关闭 活塞 CompanyLogo 排气行程 进气门关闭 排气门打开 上止点 下止点 温度900 1200K压力105 125kPa 残余废气 活塞 CompanyLogo 四冲程柴油机 CompanyLogo 进气过程 CompanyLogo 压缩过程 CompanyLogo 做功冲程 CompanyLogo 排气冲程 CompanyLogo 思考 四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么不同呢 CompanyLogo CompanyLogo 压缩比过大的不良后果 CompanyLogo 1 4二冲程发动机的工作原理 二冲程柴油机工作原理示意图 CompanyLogo 二冲程柴油机工作原理示意图 CompanyLogo 思考 二冲程发动机与四冲程发动机相比 有何不同点 理论上它的功率应等于四冲程发动机的二倍 由于作功频率较大 二冲程发动机的运转比较均匀平稳 构造简单 质量较小 易受磨损和经常需要修理的运动部件数量较少 CompanyLogo CompanyLogo 1 2 1汽车发动机4 发动机构造 汽油机 CompanyLogo 1 2 1汽车发动机4 发动机构造 汽油机 曲柄连杆机构组成 由汽缸体 汽缸盖 活塞 连杆曲轴和飞轮等机件组成 功能 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环 完成能量转换的主要运动零件 它由机体组 活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成 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 CompanyLogo 2 1概述 将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能 再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力 1 机体组2 活塞连杆组3 曲轴飞轮组 一 曲柄连杆机构的功用 二 组成 CompanyLogo CompanyLogo 多缸发动机的曲柄连杆机构演示 CompanyLogo 2 2机体组 机体组组成 曲轴箱 气缸垫 气缸盖 气缸 油道和水道 油底壳 气缸体 气缸盖罩 CompanyLogo 一 气缸体 1 气缸体 气缸体的上半部有引导活塞作往复运动的圆筒 称为气缸 下半部分有供安装曲轴用的上曲轴箱 有承孔 油道 水道 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体 称为气缸体 曲轴箱 CompanyLogo 2 根据气缸的排列方式 结构简单 加工容易 但发动机长度和高度较大 缩短了机体的长度和高度 增加了刚度 减轻了发动机重量 形状复杂 加工困难 高度小 总体布置方便 CompanyLogo 二 油底壳 1 概念 贮存机油并封闭曲轴箱 又称为下曲轴箱 2 使用特点 油底壳底部还装有放油螺塞 通常放油螺塞上装有永久磁铁 以吸附润滑油中的金属屑 减少发动机的磨损3 材料 薄钢板冲压 CompanyLogo 三 气缸盖 气缸垫和气缸盖罩 功用 密封气缸的上部 与活塞 气缸等共同构成燃烧室 气缸盖上有冷却水套 燃烧室 进排气门道 气门导管孔和进排气门座 火花塞孔 汽油机 或喷油器座孔 材料 灰铸铁或合金铸铁 铝合金 分类 整体式 汽油机因缸径较小 缸盖负荷较轻 一般采用整体式气缸盖分开式 功率较大 缸径较大的柴油机多采用分开式气缸盖 即一缸 二缸或三缸一盖 优点 制造和维修方便 减小变形对密封的影响 1 气缸盖 CompanyLogo 气缸垫 功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封 防止漏气 漏水和漏油 气缸盖 气缸盖罩 衬垫 安装火花塞 2 气缸盖罩和气缸垫 CompanyLogo 4 气缸垫1 作用 保证缸体与缸盖间的密封 防止漏水 漏气 窜油 2 构造 1 金属 石棉垫 2 金属骨架 石棉垫 3 纯金属垫安装注意 金属皮的金属 石棉垫 缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面 因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形 CompanyLogo 2 3活塞连杆组 气环 油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖 CompanyLogo 2 4曲轴飞轮组 一 曲轴飞轮组的组成 起动爪 正时齿轮 主轴瓦 皮带轮 扭转减振器 飞轮 曲轴 CompanyLogo 二 曲轴 1 功用 把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出 还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置 2 工作条件 受气体压力 惯性力 惯性力矩 承受交变载荷的冲击 CompanyLogo 组成 由气门 气门弹簧 凸轮轴 挺杆 凸轮轴传动机构等组件等组成 功能 配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程定时开启和关闭进气门和排气门 使可燃混合气或空气进入气缸 并使废气从气缸内排出 实现换气过程 CompanyLogo 三 类型 1 按气门的布置 气门顶置式 气门侧置式2 按凸轮轴的布置位置 下置式 中置式 上置式3 按曲轴与凸轮轴的传动方式 齿轮传动 链条传动 齿带传动4 按每气缸气门数目 二气门式 四气门式等 CompanyLogo 3 1配气机构的总布置 一 配气机构的组成与工作情况 气门驱动组 气门驱动组是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件 其功用是定时驱动气门使其开闭 气门组 其功用主要是维持气门的关闭 CompanyLogo CompanyLogo 一 气门传动组 功用 定时驱动气门开闭 并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙 凸轮轴 挺柱 推杆 摇臂 凸轮轴正时齿轮 摇臂轴 3 3气门传动组与气门组 CompanyLogo 可变进气配气凸轮轴设计一定 发动机的配气定时便确定 转速高时 进气气流流速高 惯性能量大 希望进气门早些打开 晚些关闭转速低时 进气流速低 惯性能量小 如果进气门过早开启 由于此时活塞正在上行排气 容易把新鲜气体挤出汽缸 希望进气门晚些开启 CompanyLogo 组成 化油器式由汽油箱 汽油泵 汽油滤清器等组成 电控燃油喷射式由空气供给系统 燃油供给系统和电子控制系统组成 功能 汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求 配制出一定数量和浓度的混合气 供入气缸从气缸内排出到大气中去 柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸 在燃烧室内形成混合气并燃烧 最后将燃烧后的废气排出 CompanyLogo 一 汽油机燃料供给系的任务 将空气与雾化后的汽油充分混合后 形成可燃混合气 提供给发动机并对可燃混合气的供给量及其浓度进行有效的控制 使发动机在各种工况下都能连续 稳定运转 4 1汽油机供给系统的组成及燃料 二 化油器式汽油机燃料供给系的组成 燃油供给装置 汽油油箱 汽油泵 汽油滤清器 油管 空气供给装置 空气滤清器 可燃混合气形成装置 化油器 废气排出装置 排气管道 排气消音器 三元催化转换器 CompanyLogo 油箱 汽油滤清器 汽油泵 化油器 混合 空气滤清器 排气管 排气消声器 在气缸内燃烧 CompanyLogo 油箱 油管 汽油泵 汽油滤清器 化油器 空气滤清器 桑塔纳轿车汽油供给系示意图 CompanyLogo 1 物理特性 粘度小 流动性好 自润性差 2 使用性能指标 蒸发性 能被蒸发的性能 热值 1kg燃料完全燃烧后所产生的热量 抗爆性 在燃烧中 避免产生爆燃的能力 辛烷值越高 抗爆性越强 3 牌号 牌号越高 抗爆性越强 三 汽油的使用性能 CompanyLogo 4 2简单化油器及可燃混合气的形成 一 可燃混合气成分的表示方法 将实际吸入发动机中的空气的质量与燃料的质量比值称为空燃比 用符号R表示 多为欧美国家采用 1 空燃比 2 过量空气系数 理论上完全燃烧1kg燃料时所需要的空气质量 燃烧1kg燃料实际供给的空气量 1为标准混合气 1为浓混合气 1为稀混合气 CompanyLogo 喉管 产生真空度 吸出喷管中的燃油 主喷嘴 让汽油喷入空气中形成可燃混合气 节气门 控制混合气流量的开关 关闭时留有通气间隙 针阀 控制汽油进入化油器浮子室的开关 量孔 控制汽油精确的出油量 转速一定时 节气门开度越大 喉部真空度越大 油量越多 功率越大 节气门开度一定时 转速越高 功率也越大 二 简单化油器的结构及其工作过程 1 简单化油器的结构 CompanyLogo 三 简单化油器特性 简单化油器特性曲线 混合气浓度随喉管处的真空度增大而升高 混合气浓度趋于稳定 CompanyLogo 发动机各工况对可燃混合气成分的要求 冷起动极浓混合气 怠速和小负荷 中等负荷随节气门的开大 混合气由浓变稀 加速额外供油 大负荷功率混合气 少而浓的混合气 怠速 发动机在对外无功率输出的情况下以最低转速运转 此时混合气燃烧释放的功 只用以克服发动机内部的阻力 一 汽油喷射的基本概念 汽油喷射是用喷油器将一定数量和压力的汽油直接喷射到气缸或进气歧管中 与进入的空气混合而形成可燃混合气 二 汽油喷射优点 1 提高了发动机的充气效率 2 可采用较高的压缩比 3 可使发动机燃用稀薄的可燃混合气 4 冷起动性和加速性能较好 5 使发动机在任何工况下都处于最佳工作状态 6 使各缸可燃混合气分配更加均匀 7 可节省燃油并减少废气中的有害成分 CompanyLogo 三 基本组成 CompanyLogo 3 电子控制系统 电控单元 接受来自各个传感器传来的信号 并完成对这些信息的处理和发出指令控制执行器的动作 组成 各种传感器 把各种反映发动机工况和汽车运行状况的参数 非电量参数 转变为电信号 电压或电流 提供给电控单元 使电控单元正确地控制发动机运转或汽车运行 执行器 用来完成电控单元发出的各种指令 是电控单元指令的执行者 CompanyLogo 1 电子控制系统的基本组成 反馈信号 传感器 控制基础 ECU 控制核心 执行器 控制对象 CompanyLogo ECU 反馈传感器 修正传感器 执行器 基本传感器 基本参数 执行参数 反馈参数 修正参数 CompanyLogo 基本传感器 CompanyLogo 组成 由机油泵 集滤器 限压阀 油道 机油滤清器等组成 功能 润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油 以实现液体摩擦 减小摩擦阻力 减轻机件的磨损 并对零件表面进行清洗和冷却 CompanyLogo 7 1概述 润滑作用 润滑运动零件表面 减小摩擦阻力和磨损 减小发动机的功率消耗 清洗作用 机油在润滑系内不断循环 清洗摩擦表面 带走磨屑和其它异物 冷却作用 机油在润滑系内循环带走摩擦产生的热量 起到冷却作用 密封作用 在运动零件之间形成油膜 提高它们的密封性 有利于防止漏气或漏油 防锈蚀作用 在零件表面形成油膜 对零件表面起保护作用 防止腐蚀生锈 减震缓冲作用 在运动零件表面形成油膜 吸收冲击并减小振动 起减震缓冲作用 一 润滑系功用 CompanyLogo 二 润滑方式 压力润滑 利用机油泵 将具有一定压力的润滑油源源不断地送往摩擦表面 例如 曲轴主轴承 连杆轴承及凸轮轴轴承 摇臂等处形成油膜以保证润滑 飞溅润滑 利用发动机工作时运动零件飞溅起来的油滴或油雾来润滑摩擦表面的润滑方式称为飞溅润滑 可使裸露在外面承受载荷较轻的气缸壁 相对滑动速度较小的活塞销 以及配气机构的凸轮表面 挺柱等得到润滑 定期润滑 对于负荷较小的发动机辅助装置则只需定期 定量加注润滑脂进行润滑 例如水泵及发电机轴承等 它不属于润滑系的工作范畴 近年来在发动机上采用含有耐磨润滑材料 如尼龙 二硫化钼等 的轴承来代替加注润滑脂的轴承 CompanyLogo 三 润滑系的组成 润滑系一般由油底壳 机油泵 限压阀及旁通阀 机油滤清器 机油散热器 传感器和机油压力表 温度表等组成 CompanyLogo 复合式润滑系统的润滑油路 发动机工作时 机油经集滤器机油泵机油滤清器 主油道主轴承连杆轴承活塞销喷溅至活塞 主油道的垂直油道凸轮轴轴径气缸盖回油孔细滤器曲轴箱 CompanyLogo 基本润滑油路综合演示 CompanyLogo 组成 水冷式由水套 水泵 散热器 风扇 节温器等组成 风冷式由风扇和散热片等组成 功能 冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去 保证发动机在最适宜的温度状态下工作 CompanyLogo 1 冷却系功用使发动机得到适度的冷却 并保持其在最适宜地温度范围内工作 CompanyLogo 2 发动机过冷过热的危害 CompanyLogo 3 冷却系的分类 水冷风冷 CompanyLogo 1 水冷系的组成 水套 CompanyLogo 2 工作原理 强制循环式水冷却系是用水泵把该系统的冷却液体加压 使之在水套中流动 冷却水从气缸壁吸收热量 温度升高 热水向上流入气缸盖 继而从缸盖流出并进入散热器 由于风扇的强力抽吸 空气从前向后高速流过散热器 不断地将流经散热器的水的热量带走 冷却了的水由水泵从散热器底部重新泵入水套 水在冷却系中不断循环 为了控制冷却水温度 冷却系中设有冷却强度调节装置 如百叶窗 节温器和风扇离合器等 CompanyLogo 冷却水在冷却系内的循环流动路线有两条 一条为大循环 另一条为小循环 所谓大循环是水温高时 水经过散热器而进行的循环流动 而小循环就是水温低时 水不经过散热器而进行的循环流动 从而使水温升高 小循环 大循环 节温器 3 水冷却系的大 小循环 CompanyLogo 1 大循环 冷却水经水泵 水套 节温器 散热器 又经水泵压入水套的循环 其水流路线长 散热强度大 称水冷却系的大循环 2 小循环 冷却水经水泵 水套 节温器后不经散热器 而直接由水泵压入水套的循环 其水流路线短 散热强度小 称水冷却系的小循环 CompanyLogo 水冷系的主要部件 1 散热器散热器又称为水箱 由上水室 散热器芯和下水室等组成 CompanyLogo 常用散热器芯的结构型式 1 管片式由若干扁形或圆形冷却管组成 空气吹过扁形冷却管和散热片 使管内流动的水得到冷却 管片式散热器因结构刚度较好广为汽车发动机所使用 2 管带式由若干扁平冷却管组成水管与散热器相间排列 在散热器带上常开有形似百叶窗的孔 以破坏气流在散热器表面上的附面层 提高散热能力 冷却管为何制成扁圆形 CompanyLogo 3 水泵 水泵的作用 对冷却水加压 使之在冷却系中循环流动 汽车上广泛使用离心式水泵 它具有结构紧凑 泵水量大及因故障而停止工作时 不妨碍水在冷却系内部自然循环等优点 CompanyLogo 4 风扇 功用 风扇通常安排在散热器后面并与水泵同轴 用来提高流经散热器的空气流速和风量 增强散热器的散热能力 同时对发动机其他附件也有一定的冷却作用 CompanyLogo 5 节温器 功用 根据发动机负荷大小和水温的高低自动改变水的循环流动路线 从而控制通过散热器冷却水的流量 推杆 弹簧 主阀门 石蜡 胶管 外壳 旁通阀 CompanyLogo 1 冷却水 汽车发动机中使用的冷却水应是清洁的软水 如雨水 自来水等 而井水 河水等硬水中含有矿物质 在高温下易生成水垢 不能作为发动机冷却水 2 防冻液 功用 为防止在冬季寒冷地区 因冷却水结冰而发生散热器 气缸体 气缸盖变形或胀裂的现象 在冷却水中加入一定量的防冻液以达到降低冰点 提高沸点的目的 配成防冻液的材料 乙二醇或酒精 CompanyLogo 组成 传统式由蓄电池 发电机 点火线圈 断电器 火花塞等组成 普通式和传统式点火系统类似 只是用电子元件取代了断电器 电子点火式全部是全电子点火系统 完全取消了机械装置 由电子系统控制点火时刻 包括蓄电池 发电机 点火线圈 火花塞和电子控制系统等 功能 在汽油机中 气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的 为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞 火花塞头部伸入燃烧室内 能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系 CompanyLogo 二 分类 传统点火系半导体点火系微机控制点火系磁电机点火系 一 功用 将汽车电源供给的低压电转变为高压电 并按发动机的作功顺序和点火时间要求 配送至各缸的火花塞 在其间隙处产生火花 点燃可燃混合气 CompanyLogo 1 电源 2 点火开关 3 点火线圈 断电器 4 分电器 配电器 电容器 点火提前调节装置 5 火花塞 一 组成 传统分电器式点火系 CompanyLogo 二 工作原理 点火系统将12v或24v的低压电转变为1000v以上的高压电是由点火线圈和断电器共同完成的 并由配电器分配到各缸火花塞 点火线圈 配电器 断电器 火花塞 CompanyLogo 四缸点火演示简图 CompanyLogo CompanyLogo CompanyLogo CompanyLogo 自感电压 一次绕组产生 电流方向与原一次电流的方向相同 产生触点火花 危害 触点氧化 烧蚀 一次电流的的变化率下降 二次绕组中感应的电压降低 火花能量下降 解决方法 并联一个电容 二次电压与断电器断开时一次电流的大小有关 一次电流受自感电压影响 逐渐增大 因此 一次电流受转速变化的影响 解决方法 一次绕组电路中串联附加电阻 CompanyLogo 三 点火提前 1 点火提前的概念 火花塞点火时 曲轴位置与活塞位于压缩上止点时曲轴位置之间的夹角称为点火提前角 2 后果 点火过迟 混合气开始燃烧时活塞已下行一段距离 则P 发动机N 点火过早 则气体压力作用的方向与活塞运动的方向相反 使P 发动机N CompanyLogo 4 自动调节装置 分类 3 影响因素 当发动机转速一定时 随着负荷的加大 节气门开大 进入气缸的可燃混合气量增多 压缩终了时的压力和温度增高 同时 残余废气在气