汽车发动机贵州交职院——张华

第 1 部分 发动机的维修基础 1 发动机的分类 1 按运动方式不同 活塞式内燃机可分为往复活塞式和旋转活塞式两 种 2 按所用燃料种类 活塞式内燃机主要分为汽油机 柴油机和气体燃料发动机三类 3 根据冷却方式的不同 发动机可分为水冷式和风冷式 4 按照气缸排列方式的不同 发动机可分为单列式和双列式 5 按进气系统是否采用增压方式分类 活塞式内燃机可分为增压和非增压两类 2 发动机的组成 1 汽油机 由两大机构五大系统组成 曲柄连杆机构 配气机构 点火系统 润滑系统 冷却系统 燃料供给系统 启动系统 2 柴油机 由两大机构四大系统组成 曲柄连杆机构 配气机构 润滑系统 冷却系统 燃料供给系统 启动系统 3 国产内燃机型号的识别 1 表示系列符号 2 表示换代标志符号 3 缸数符号 4 表示气缸的排列形式符号 5 行程符号 6 缸径符号 7 结构特征符号 8 用途特征符号 9 区分符号 例子 1E65F 表示单缸 E 表示两行程 缸径 65 F 表示风冷通用型 X6135Q 表示六缸 四行程 缸径 135 水冷通用型 X 表示系列代号 4 发动机的工作容积 1 发动机的工作容积是指各气缸工作容积总和 也称发动机排量 LSDi VV hL 62 10 4 式中 D 表示气缸直径 mm S 表示活塞行程 mm i 表示气缸数 123456789 例子 6135Q 发动机的活塞行程翁 180mm 求发动机的排量或者工作容积 解 由题意可知 6135Q 为六缸四行程 缸径为 135mm 的水冷型通用发动机 由可得 LSDi VV hL 62 10 4 已知 D 135mm i 6 S 180mm 带入的 L 1 43x10 L VL10135 62 4 2 2 压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比 用表示 5 发动记的性能指标 发动机的性能指标是用来表征发动机的性能特点 并作为评价各发动机性能优劣的依据 1 动力性指标表征发动机做工能力的大小的指标 一般用发动机的有效转矩 有效功率 转速和平均有效压力等作为评价发动机的动力性好坏的指标 2 有效功率 Pe KW 式中 Te 表示有效转矩 N m n 表示曲轴转速 9550 Ten r min 例子 已知发动机的转矩为 200N m 但是有效率为 80 100 并知道凸轮轴转速为 400r min 则有效功为多少 解 由题可知 Te 200N m X 160N m 因为曲轴转速与凸轮轴转速为 2 1 100 80 所以曲轴转速为 800r min 由 Pe KW 将上带入得 Pe KW 13 4 KW 9550 Ten 9550 min 800 160rmN 发动机经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率等 第二部分 曲柄连杆机构 1 曲柄连杆机构的功用 是将往复活塞式内燃机燃料的化学能通过燃烧放出热能 再转化 为机械能的主要机构 并且通过曲柄连杆机构 将活塞的往复直线运动 经过连杆的摆动 转变为曲轴的旋转运动 向外输出转矩 2 曲柄连杆及机构的组成 由机体组 活塞连杆组和曲轴飞轮组三个部分组成 1 机体组是曲柄连杆机构的重要组成部分 机体是发动记的骨架 是发动 机的各个机构和系统的装配机体 机体是气缸体与曲轴箱的连铸体 2 机体的组成 气缸盖罩 气缸盖 气缸垫 气缸体 油底壳 3 气缸体的不同形式 1 按曲轴箱的型式来分 气缸体有一般式 龙门式 隧道式三种 2 按冷却方式不同可分为水冷式和风冷式 3 根据气缸的排列方式可分为直列式 v 型和对置式 4 按气缸套的有无及种类可分为无气缸套式 干气缸套式和湿气缸套式 4 气缸盖 1 气缸盖的作用 密封气缸的上部 与活塞 气缸等共同构成燃烧室 也是安装气门组和 气门传动组的载体 2 气缸盖的分类 整体式气缸盖 块状气缸盖 单体气缸盖 3 燃烧室的分类 半球形燃烧室 楔形燃烧室 盆形燃烧室 4 气缸垫的作用 气缸垫装在汽缸盖和气缸体之间 其作用是保证气缸盖与气缸体接触面 的密封 防止漏气 漏水 漏油 5 气缸垫有金属 石棉汽缸垫 金属骨架 石棉垫和金属片式汽缸垫多种类型 五 气缸盖与气缸体的检修 1 气缸体与气缸盖产生裂纹的部位常发生在主轴承隔墙 气缸套承孔 缸盖螺栓孔 火花 塞孔处 2 气缸盖与气缸体产生裂纹的原因 1 气缸体在设计制造中有缺陷 2 冻裂 3 高温状态下突加冷水 4 镶装缸套时 过盈量过大胀裂 5 意外事故撞裂 六 气缸压缩压力的检验 1 实际测试时 要做好以下准备 1 发动机转速预热到正常温度 2 拆下空气滤清 器 3 节气门处于全开位置 4 机油压力和温度正常 5 拆除全部火花塞 断开 喷油器电插头及分电器插接器 柴油机拆除全部喷油器 6 用起动机带动发动机运转 转速应符合原厂规定 七 活塞连杆组是发动机的传动部件 它吧可燃气体燃烧压力通过活塞 连杆传递给曲轴 使曲轴旋转并输出动力 1 活塞的结构可分为活塞顶部 活塞头 活塞裙部 2 活塞按顶部区分为平顶活塞 凸顶活塞 凹顶活塞 成型定活塞 3 按活塞裙部分为全裙式 半拖板式和拖板式 八 活塞环是具有弹性的开口环 有气环和油环之分 1 气环也叫压缩环 用来密封活塞与气缸间隙 以防止汽缸内的气体串入油底壳 以及将 活塞头部热量传给汽缸壁 再由冷却水或空气带走 另外 还起到刮油和布油的辅助作用 2 油环有普通油环和组合油环两种 油环的作用是刮油和布油 3 连杆由小头 杆身和大头三部分组成 4 连杆主要存在弯曲变形和扭曲变形两种 当弯曲与扭曲变形并存时应先校正扭曲后校正 弯曲 5 将活塞连杆组件装入气缸时 在气缸壁 活塞 连杆轴承表面上涂抹发动机机油 6 曲轴的作用 把活塞连杆组传来的压力转为转矩并对外输出 同时 还驱动发动机的配 气机构和其他辅助装置 7 曲轴可分为全支承曲轴和非全支承曲轴两大种 8 曲拐 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 九 四缸四行程发动机的发火次序和曲拐布置 1 四缸发动机工作循环表 工作顺序 1 2 4 3 曲轴转角 第一缸第二缸第三缸第四缸 0 180做功排气压缩进气 180 360排气做功进气压缩 360 540进气进气排气做功 540 720压缩压缩做功排气 2 四缸发动机工作循环表 工作顺序 1 3 4 2 曲轴转角 第一缸第二缸第三缸第四缸 0 180做功排气压缩进气 180 360排气进气做功压缩 360 540进气压缩排气做功 540 720压缩做功进气排气 3 六缸的工作顺序为 1 5 3 6 2 4 和 1 4 2 6 3 5 v8 发动机工作顺序为 1 8 4 3 6 5 7 2 4 飞轮边缘一侧有正时标志 用以作为调整和检查正时的依据 第三部分 配气机构 1 配气过程主要是实现发动机的排除废气和充入新气的 如果没有配气过程 发动机不可 能持续运转 1 配气机构由气门组和气门传动组组成 2 配气机构的类型 1 按气门布置方式分为气门侧置式和气门顶置式 2 按凸轮轴 布置方式分为凸轮轴下置式 凸轮轴中置式和凸轮轴上置式 3 按凸轮轴传动方式分为 齿轮传动 链条传动和齿形带传动 4 按气门数及气道布置分为两气门 三气门 四气 门 五气门 3 配气相位 用曲轴转角表示气门开启与关闭时刻和开启的持续时间 称为配气相位 4 气门重叠角 由于进气门早开和排气门晚关 致使活塞在上止点附近出现进排气门同时 开启的现象 称为气门重叠 5 配气机构的原理 当发动机工作时 曲轴通过正时皮带轮 正时齿轮 驱动凸轮轴旋转 当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起气门传动组件时 压缩气门弹簧 使气门离座 即气门 开启 当凸轮轴凸起部分离开后 气门便在气门弹簧力作用下而落座 即气门关闭 在压 缩和做功行程中 气门在弹簧张力的作用下严密关闭 此时曲轴与凸轮轴的转速之比为 2 1 6 当发动机工作时 气门受冲击性交变载荷出现跳动 当配气机构间隙过大时 载荷显著 增加 在搞机械负荷下 易造成气门杆及气门头部变形 漏气及严重磨损 特别是排气门 还承受高温负荷 7 气门常见的损坏有 气门和气门座工作面磨损和烧蚀 气门杆弯曲和磨损 气门杆端面 磨损 气门杆与导管配合松旷等 8 气门顶面的形状一般有 凸顶 平顶和凹顶三种 9 气门密封性检验 常用方法有 渗油法 画线法 怕打法 用检验仪器检查 二 机械挺住 1 气门顶置式配气机构采用的挺住有筒式和滚轮式两种 2 气门间隙的定义 是指气门完全关闭时 气门杆尾端与摇臂或挺住之间的间隙 3 气门间隙的作用 给预热膨胀留有余地 保证气门密封 三 气门过大与过小的危害 1 间隙过大 进排气门开启迟后 缩短进排气时间 降低了气门开启高度 改变了正常的 配气相位 使发动机因进气不足 排气不净而功率下降 此外 间隙过大还使配气机构零 件的撞击增加 磨损加快 2 间隙过小 发动机工作后 零件受热膨胀 将气门推开 使气门关闭不严 造成漏气 功率下降 并使气门的密封表面严重积碳或烧坏 甚至气门撞击活塞 3 采用液压挺住的发动机 靠挺住轴向自动调整功能改变挺住长度 随时补偿气门的热膨 胀量 故不需要预留气门间隙 4 气门调整的方法有两种 逐缸调整法和两次调整法 5 气门的调整只能对气门关闭的进行调整 第四部分 电控燃油喷射系统 1 可燃混合气中 燃料含量的多少称为可燃混合气的浓度 可燃混合气浓度常用空燃比 A F 和过量空气系数 来表示 1 空燃比 A F 就是混合气中所含空气质量 kg 与燃料质量 kg 的比值 即 A F 空气质量 kg 燃料质量 kg 2 过量空气系数 指燃烧 1kg 燃料实际供给的空气质量与理论上完全燃烧 1kg 燃料 所需的空气质量之比 也等于实际空燃比与理论空燃比之比 即 燃烧 1kg 燃料实际供给空气质量 理论上完全燃烧 1kg 燃料所需的空气质量 实 际空燃比 理论空燃比 2 发动机不同工况中对混合气浓度的要求 工况混合气性 质 工作环境 对的要求 启动工况极浓冷启动 转速低 发动机温度低 汽油雾 化和蒸发不良 部分油在进气歧管形成油 膜 进入气缸的燃油很少 必须供给多而浓的混 合气 0 4 0 6 暖机工况极浓 过 浓 发动机温度逐渐升高 雾化条件稍有改善 供给混合气由 0 4 0 6 0 6 0 8 怠速工况过浓节气门开度小 进气量小 发动机转速低 汽油雾化 蒸发条件仍然很差 需要少而浓的混合气 提高燃烧速度 小负荷工 况 稍浓发动机输出功率小节气门稍开 混合气量 小 气缸残留废气比例高 稀释混合气 混合气浓度稍小 0 7 0 9 中等负荷 工况 经济发动机负荷工作范围大 时间长 节气门 开度适中 转速高 雾化 蒸发好 经济混合气 1 05 1 15 大 全负 荷工况 浓需克服很大阻力 节气门开度 85 以上 进气量很多 多而浓的混合气 功 率混合气 0 85 0 95 加速工况过浓节气门突然加大 发动机转速提高 由于 空气流量比汽油喷出量增大快得多 致使 混合气瞬间过稀 会导致熄火 额外加农 0 7 0 9 3 汽油发动机的燃烧过程 1 着火延迟期 从火花塞跳火到火焰中心形成的这段时间 2 急燃期 从火焰中心 到以速度 30 60m s 按近球面形状传播到整个燃烧室 绝大部 分混合燃烧完毕 气缸内压力达到最大 3 补燃期 由于空气混合不均匀 有少部分在急燃期内未燃烧 形成补燃期 四 汽油机的非正常燃烧 1 爆燃 在火焰传播过程中 火焰前面尚未达到之前 未燃混合气已达到自燃条件 在其 内部产生多个火焰中心 引起爆炸式燃烧 发出尖锐的金属敲击声 这种现象称为爆燃 2 表面点火 不靠火花塞点火 而由燃烧室内的炽热表面 如排气门头部 过热的火花塞 炽热的积碳 点燃混合气而引起的不正常燃烧 称为表面点火 五 电子控制燃油喷射系统发动机与传统的化油器式汽油供给发动机相比有如下优点 1 能提高发动机的最大功率 10 左右 2 耗油量降低 10 左右 经济性能好 3 可减小排气污染 20 左右 4 提高发动机低温起动性能 5 怠速平稳 工况过度圆滑 工作可靠 灵敏度高 六 电控燃油喷射系统的分类 1 按喷油器的布置方式分类 缸内喷射 进气管喷射 单点喷射 多点喷射 2 按汽油喷射方式分类 连续喷射 间隙喷射又称为脉冲喷射或同步喷射 同时喷射 分 组喷射 顺序喷射 3 按进气系统空气量的检测方式分类 之间接测量 流量型 方式 L 形 又称质量流量方 式 间接测量 压力型 方式 D 形 又称速度密度方式 4 按电控系统的控制模式分类 开环控制 闭环控制 5 电控单元为 ECU 为控制核心 以空气流量和发动机转速为控制基础 6 电控燃油喷射系统大致可分为空气供给系统 燃油供给系统和电子控制系统三个部分 7 电子控制系统由传感器 电控单元 ECU 和执行器三部分组成 8 喷油量控制 电控单元根据发动机转速和负荷信号作为主控信号 确定基本供油量 在 根据其他相关输入信号加以修正 最后确定实际喷油量 9 断油控制 减速断油控制 限速断油 清楚溢油控制 减矩断油控制 七 空气供给系统的作用及组成 1 作用是根据发动机工作状态提供适量的空气 同时 向 ECU 传递此信息 并根据 ECU 的 指令完成空气量的调节 2 组成是由空气滤清器 空气流量计 进气歧管压力传感器 节气门体 节气门位置传感器 怠速控制装置 进气总管 进气歧管等组成 3 空气流量计的作用 空气流量计通常安装在空气滤清器后方 节气门的前方 通过空气 流量计测量进入发动机的空气流量 将此信号输送给 ECU ECU 根据此信号 决定将要喷 射的油量 4 节气门位置传感器分为 开关式节气门位置传感器 线性输出型节气门位置传感器 5 怠速控制系统的怠速控制的实质是对进气量 喷油量和点火提前角的控制 八 发动机的进气增压系统 1 定义 利用增压器将空气或可燃混合气进行压缩 再送入发动机气缸的过程 2 作用 可增加每循环进入气缸的新鲜充量密度 使实际充量增加 从而达到提高发动机 功率和改善经济性的目的 3 按增压系统的机构分类可分为机械增压 废气涡轮增压和复合增压三种类型 4 机械增压的优缺点 1 优点 机械增压器从发动机直接获得动力 介入直接 油门响 应迅速 无滞后 加速流畅 无迟滞和突然爆发 当发动机在 4000 转以上时 车的推背感 和加速性更为明显 泵气损失小 排气温度高 可以提高催化转换器的转换效率 2 缺点 由发动机曲轴带动 消耗部分输出功 且功耗随着增压 比的升高而迅速提高 它适合于高速小功率的汽油机 5 废气涡轮增压系统的优缺点 1 优点 利用了废气的能量 增压效果高于机械增压 2 缺点 涡轮迟滞是涡轮增压发动机面临的最大问题 在启动时 低速运转 废气排量小 增压不能同步起效 在低转速时 涡轮增压没有介入 同时 废气仍然要驱动涡轮旋转 排气没有自然吸气发动机顺畅 此时扭力输出比同等排 量的自然吸气式发动机还弱 发动机转速升高到 3000 转以后 涡轮增压介入 这个时候产 生的动力将陡增 这种动力的突然增加影响了动力输出的平顺性 从而给驾驶的舒适性带 来一定的影响 9 喷油器的类型 1 喷油器的类型 1 喷油器按结构不同可分为 轴针式喷油器 孔式喷油器 2 按电阻值分类 高阻值喷油器 低阻值喷油器 3 按电磁线圈的驱动方式分类 电压驱动式 电流驱动式 4 根据供油位置或供油方式的不同可分为 上部供油式喷油器 下部供油式喷油器 2 检测发动机工况的传感器有 水温传感器 进气温度传感器 发动机转速 曲轴位置传 感器 节气门位置传感器 车速传感器 氧传感器 爆震传感器 空调离合器开关等 3 曲轴位置传感器有 磁脉冲式 霍尔式 光电式曲轴位置传感器三种 4 热敏电阻 NTC 利用半导体的电阻随温度变化而变化的特性 温度越低 电阻越高 温度越高 电阻越小 5 爆震传感器分为共振型与非共振型两种 6 氧传感器包括氧化锆式氧传感器和氧化钛式氧传感器两种 第 5 部分 柴油机燃料供给系统 1 柴油机的特点 1 压缩比 15 22 热效率高 30 40 经济性好 无点火系 油路系统机件精密 耐用 故障少 2 混合气的形成 点火和燃烧方式不同于汽油机 高压柴油喷入燃烧室 混合气在燃烧室 内形成 压燃后边喷射边燃烧 3 柴油机的 CO 和 HC 排放低 NOx 排放多 大负荷易产生碳烟 4 柴油机结构复杂 质量大 材料好 加工精度高 制造成本高 5 柴油机排气噪声大 废气中含量较多 SO2 二 柴油机燃料供给系统的组成 1 柴油机燃料供给系统由燃油供给系统 空气供给装置 混合气形成装置 废气排出装置 组成 2 低压油路油压一般为 0 15pa 0 3pa 高压油路的油压一般为 10Mpa 以上 3 通常车用柴油机实际燃烧过程中常采用了下列措施来保证混合气良好的燃烧的 1 过量供给空气 柴油机的过量空气系数 通常值在 1 3 1 5 增压和中冷技术可大大 增强气体密度 保证供给足量的纯空气 2 较高的压缩比 柴油机的压缩比一般为 15 22 以提高压缩终了时缸内空气的温度 3 较高的喷射压力以及多孔喷油 油束在燃烧室内均布 改善柴油的雾化性能 4 适当的燃烧室形状 利用进气涡流 压缩挤流等加速油雾与空气的混合 三 柴油机的燃烧过程 柴油机的燃烧过程 1 滞燃期 AB 段 从燃料喷入气缸到压力线脱离压缩压力线开始急剧升高这一段燃前准备时间 滞燃期过长 压力升高率和最高燃烧压力高 柴油机工作粗暴 滞燃期过短 扩散燃烧增加 易恶化 柴油机性能和颗粒排放 2 急燃期 BC 段 柴油机的预混燃烧期 在上止点附近快速进行 压力升高率大 形成第一 峰放热 平均压力升高率不宜超过 0 6 MPa CA 3 缓燃期 CD 段 柴油机的扩散燃烧期 缸内温度和压力高 扩散燃烧速度快 气缸工作 容积不断变化缓 缓燃期对应于放热规律曲线的第二峰 后燃期 DE段 少量柴油的后续燃烧 过浓混合气未燃烧的燃料 尾喷燃料 碳烟等 的燃烧 膨胀行程的中后期 膨胀比低 做功能力小 增加排温和向冷却水的散热 损失 使发动机的热负荷增加 经济性下降 对应于放热规律曲线的第二峰 柴油机燃烧缸内 T 图 而书本上的是 P 图 结合书本得知 速燃期压力最大 缓燃期温度最高 4 燃烧室的分类 1 燃烧室按组织燃烧过程的特点和结构不同分为 统一式 开式 半开式 分隔式 预燃室式和涡流式 2 对多缸柴油机喷油泵有以下几点要求 1 各缸的供油顺序应符合发动机的工作顺序 2 保证定时 严格按照规定供油时刻开始供油 并保证一定的供油持续时 间 3 保证定量 根据柴油机的负荷的大小供给相应的油量 4 保证圧力 供给喷油器的柴油应达到规定的压力 以获得良好的喷雾质量 5 各缸的相对供油时刻 供油量和供油压力应均匀 保持发动机运转平稳 6 供油开始和结束应迅速干脆 喷油器不得存在滴漏或不正常喷射现象 五 喷油泵供油提前角的调整方法有两种 1 一是改变喷油泵凸轮轴与柴油机曲轴的相对位置 通过调整联轴节或调整供 油提前角自动调节器来实现 二是改变滚轮传动部件的高度 通过转动调整螺 钉来实现的 当松开锁定螺母拧出调整螺钉时 滚轮传动部件高度 h 增大 供 油提前角增大 反之供油提前角减小 2 组成 VE 型分配泵由壳体 驱动机构 二级滑片式输油泵 高压分配泵和电磁 式断油阀等部分组成 3 喷油泵共有时间的调试有益油法和测时管法两种 4 柱塞有进油过程 泵油过程 停油过程和压力平衡过程四个工作过程 5 调速器的类型 1 按工作原理分 机械式调速器 液压式调速器 气动式调 速器 电子调速器四类 2 按其作用的转速范围分 单程式调速器 全程式调速器 两极式调速器 极限式调速器四类 6 输油泵有活塞式 滑片式 膜片式 内外转子式和齿轮式等 六 空气滤清器的要求 1 空气滤清器应具有长期稳定高效的滤清能力 而且气流阻力小 维护周期长 维护修理操作方