发动机构造培训课件

汽车机械结构与基础,-发动机篇,目录发动机基本知识曲柄连杆机构配气机构汽油机燃料供给系发动机进排气系统发动机排放控制与稀薄燃烧发动机可变气门机构冷却系统润滑系统,奔驰OM6512.1Ldieselengine,发动机基本知识1.发动机分类按活塞运动形式分为往复活塞式发动机和旋转活塞式发动机(如马自达转子发动机)按发动机完成一个工作循环的行程数分为两冲程和四冲程发动机按发动机使用燃料种类不同分为汽油发动机、柴油发动机、LPG发动机、氢发动机等按燃料喷射方式分为进气道喷射（MPFI）发动机和缸内直喷（GDI）发动机按冷却方式分为风冷发动机和水冷发动机按气缸数分为单缸发动机和多缸发动机2.发动机常用术语,工作循环,上下止点,气缸工作容积,燃烧室容积,缸径行程,发动机排量,压缩比,缸心距,上、下止点活塞顶离曲轴回转中心最远处，即活塞最高位置，称为上止点（TopDeadCenter,TDC）；活塞顶离曲轴回转中心最近处，即活塞最低点，称为下止点（BottomDeadCenter,BDC）；在上、下止点处，活塞的运动速度为零。,气缸工作容积活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积；式中：D气缸直径mm；S活塞行程mm。压缩比是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。压缩比表示了气体的压缩程度，汽油机压缩比约813；柴油机1624,3.发动机基本工作原理进气行程活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动，此时进气门打开，排气门关闭；由于活塞下移，活塞上腔容积增大形成一定真空度，空气与汽油混合物被吸入气缸，至活塞运动到下止点时进气门关闭，进气行程结束，由于进气过程中进气管和进气门等有阻力，气缸压力低于大气压约为75-90kpa，由于气缸壁、活塞等高温部件及残留高温废气的加热，进气温度约为370-440K。压缩行程进气行程结束时，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动，此时进、排气门均关闭，混合气被压缩，直至活塞到达上止点时为止。压缩比越大压缩终了可燃混合气的压力和温度越高，燃烧速度越快，热效率越高，发动机动力性和经济性越好。但压缩比的提高受到爆燃的限制。（提问：如何解释爆燃？它都有哪些影响？）,3.发动机基本工作原理作功行程压缩行程末，火花塞产生电火花，点燃缸内的混合气，并迅速着火燃烧产生高温高压气体，活塞由上止点向下止点运动，通过连杆驱动曲轴对外作功，活塞运行至下止点时作功行程结束。排气行程作功行程终了时，排气门打开，活塞在曲轴的带动下从下止点向上止点运动，废气被活塞推出缸外，直至活塞到达上止点时为止。由于燃烧室的存在，缸内还存有少量废气，气体压力也因排气门和排气道有阻力而高于大气压力。此时压力约105-125kpa，温度约900-1200K。,4.发动机性能和经济性指标动力性能指标有效转矩(Te)指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的转矩，是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的转矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净转矩。有效功率(Pe)指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效转矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用下面公式计算出有效功率。式中：Te有效转矩（Nm）,n曲轴转速（r/min）平均有效压力(Pme)单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，单位MPa。Pme可以看作是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个循环所作的功，即每循环所作的有效功。平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。经济性能指标有效热效率(e)燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率。有效热效率越高，发动机的经济性越好。有效燃油消耗率(ge)发动机每发出1kW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量。,GT每小时的燃油消耗量（kg/h）Pe有效功率（kW）,5.发动机型号编制规则,例如：EQ6100-1，表示东风汽车工业公司生产，六缸，四冲程，直列，缸径100mm，水冷汽油机，区分符号1表示为第一类型产品。CA6100，表示第一汽车集团公司生产，六缸，四冲程，直列，缸径110mm，水冷，基本型柴油机。,曲柄连杆机构曲柄连杆机构包括机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分。1、机体组：包括气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖和气缸垫等不动件。,曲轴箱,气缸体,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度机体组由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。1、气缸体水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体或曲轴箱，汽油机的气缸体一般用铝合金铸成，柴油机的气缸体一般用灰铸铁铸成（也有球铁、蠕墨铸铁缸体，通常由缸体承受的最大爆压、热负荷和热变形综合决定），气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。,VW3.0V6缸体,GMV8缸体,VW2.0TFSI缸体,FordV8缸体,HONDAL4缸体,油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。,气缸体上曲轴的主轴承孔为整体式。,油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。,整体式气缸体和镶嵌式气缸体,(1)、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。(2)、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。,气缸套目的：解决成本与寿命之间的矛盾。气缸内镶了用耐磨的高级铸铁材料制成的气缸套，而缸体则可用价廉的普通铸铁或质量轻的铝合金制成，这样，既延长了使用寿命，又节省了材料。,强度和刚度都较好，加工复杂，拆装不便，散热不良。,散热良好、冷却均匀、加工容易。强度和刚度不如干缸套，易漏水。,2.型式（1）干式缸套定义：其外表面不直接与冷却水接触。特点：1)壁厚较薄（1mm3mm）；2)与缸体承孔过盈配合；3)不易漏水漏气。,（2）湿式缸套定义：其外表面直接与冷却水接触。特点：1)壁厚较厚（5mm9mm）；2)散热效果好；3)易漏水漏气；4)易穴蚀,定位：1）径向：靠上下两个凸出的、与气缸体间为动配合的圆环带A和B。2）轴向：利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶。,密封：上部：缸套顶面高出缸体0.05mm0.15mm，当气缸盖螺栓拧紧后，缸套与缸体凸台接合处、缸套与缸垫接合处，承受较大的压紧力。,缸套下部密封：13个耐热耐油的橡胶密封圈。,2、气缸盖与燃烧室1)、气缸盖（汽油机多为整体式；柴油机多为分开式）,功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。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。,多缸一盖安装时：由中央对称向四周扩展拧紧螺栓分23次。拆卸相反顺序。铝合金缸盖冷机拧紧即可；铸铁缸盖冷机拧紧后热机还需拧紧一次,2）汽油机燃烧室要求：结构紧凑，冷却面积小；在压缩行程中形成良好的涡流和滚流运动以在缸内尽快形成可燃混合气,2）、汽油机燃烧室（1）盆形燃烧室：其特点为：1）气门平行于气缸轴线；2）有挤气冷激面，可形成挤气涡流；3）盆的形状狭窄，气门尺寸受限，换气质量较差，燃烧速度较低，CO和HC排放较高而NO的排放较低。,（2）楔形燃烧室：其特点为：1）气门斜置，气流导流较好，充气效率高；2）有挤气冷激面，可形成挤气涡流；燃烧速度较快，CO和HC排放较低而NO的排放稍高。,（3）半球形燃烧室：其特点为1)气门成横向V型排列，因此气门头部直径可以做得较大，换气好；2)火花塞位于燃烧室的中部火焰行程短，燃烧速度最高，动力性、经济性最好。是高速发动机常用的燃烧室；3)CO和HC排放最少，而NO的排放较高。,3、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）.材料：有弹性、耐热性、耐压性3）.安装时注意方向,4）缸垫构造（1）金属石棉垫：（见a、b）外包铜皮和钢片，且在缸口、水孔、油道口周围卷边加强，内填石棉（常掺入铜屑或钢丝，以坚强导热）。（2）金属骨架石棉垫：以编织的钢丝网（图c）或有孔钢板（图e）为骨架，外覆石棉，只在缸口、水孔、油道口处用金属片包边。（3）纯金属垫：（见图e）由单层或多层金属片（铜、铝或低碳钢）制成，用于某些强化发动机。（4）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。,4、油底壳1).功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。2).构造：（1）用薄钢板冲压而成。(2)内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波动。(3)最低处有放油塞(磁性)(4)曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。,2、活塞连杆组：由活塞、活塞环、活塞销和连杆-运动件,气环,油环,活塞销,活塞,连杆,连杆螺栓,连杆轴瓦,连杆盖,3、曲轴飞轮组：曲轴、飞轮减振器,起动爪,正时齿轮,主轴瓦,皮带轮,扭转减振器,飞轮,飞轮螺栓,曲轴,三、工作条件：发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。,工作条件:高温,高压,高速,化学腐蚀受力分析:气体作用力,往复惯性力,离心力，摩擦力,三、受力分析曲柄连杆机构受的力主要有气压力P，往复惯性力Pj，旋转离心力Pc和摩擦力F。,1、气压力：气压力P的集中力PP分解为侧压力NP和SP，SP分解为RP和TP，RP使曲轴主轴颈处受压，TP为周向产生转矩的力。,(1)作功行程：侧压力NP向左，活塞的左侧面压向气缸壁，左侧磨损严重,NP,SP,P,RP,TP,(2)压缩行程：侧压力NP向右，活塞的右侧面压向气缸壁，左侧磨损严重,2、往复惯性力Pj：活塞在上半行程时，惯性力都向上，下半行程时，惯性力都向下。在上下止点活塞运动方向改变，速度为零，加速度最大，惯性力也最大；在行程中部附近，活塞运动速度最大，加速度为零，惯性力也等于零。,Pj,3、离心惯性力PC：旋转机件的圆周运动产生离心惯性力，方向背离曲轴中心向外。离心力加速轴承与周颈的磨损，也引起发动机振动而传到机体外。,Pc,4、摩擦力F：指相互运动件之间的摩擦力，它是造成配合表面磨损的根源。,销座,1活塞1）功用：(1)与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室；(2)承力传力：承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋转。2）工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度高达600-700K，且分布不均匀；高速，线速度达到10m/s，承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达3-5MPa（汽油机）的压力，使之变形，破坏配合联结。3）材料：铝合金：质量小（约为铸铁活塞的50%70%）；导热性好（约为铸铁的三倍）；3.热膨胀系数大。灰铸铁,4）构造：活塞可分为顶部、头部、裙部,销座,(1)、顶部：是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。,结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。,凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。,凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。（高压缩比发动机为了防止碰撞气门，也可用凹坑的深度来调整压缩比),2）活塞头部,位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。,气环槽,油环槽,工作条件最恶劣，应离顶部远些。,(1)、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸(2)、防止可燃混合气漏到曲轴箱内(3)、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。,作用：,活塞销孔,3）活塞裙部,(1)位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。(2)作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，防治破坏油膜。,（3）活塞的变形及采取的相应措施a、变形原因：热膨胀、侧压力和气体压力。,b、变形规律（1）活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量，使配缸间隙变小。因活塞温度高于气缸壁，且铝合金的膨胀系数大于铸铁；（2）活塞自上而下膨胀量由大而小。因温度上高下低，壁厚上厚下薄；（3）裙部周向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大，以及侧压力作用的结果。,c.结构措施（1）活塞纵断面制成上小下大的截锥形。,（2）活塞裙部制成椭圆形，长轴垂直于销座孔轴线方向，即侧压力方向。销座处凹陷0.5mm1.0mm。,（3）裙部开隔热膨胀槽，其中横槽叫隔热槽，竖槽叫膨胀槽。(柴油机一般不开),（4）偏置销座1、定义：活塞销座朝向承受作功侧压力的一面（图示左侧）偏移1mm2mm。2、作用：减轻活塞换向时对气缸壁的敲击。,3、原理：因销座偏置，在接近上止点时，作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边，使活塞倾斜，裙部下端提前换向。而活塞在越过上止点，侧压力反向时，活塞才以左下端接触处为支点，顶部向左转（不是平移），完成换向。可见偏置销座使活塞换向分成了两步，第一步是在气体压力较小时进行，且裙部弹性好，有缓冲作用；第二步虽气体压力大，但它是个渐变过程。为此，两步过渡使换向冲击力大为减弱。,二、活塞环是具有弹性的开口环，分为气环和油环。工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。平均寿命：6万公里1气环1）.作用：（1）密封：防止气缸内的气体窜入油底壳；（2）传热：将活塞头部的热量传给气缸壁；（3）辅助刮油、布油。,气环尽量少（2-3）；安装时切口错开（迷宫）,活塞环的间隙（1）端隙1：又称开口间隙，是活塞环装入气缸后开口处的间隙。一般为0.25mm0.50mm；,2）.结构与密封原理：,（2）侧隙2：又称边隙，是环高方向上与环槽之间的间隙。第一道0.04mm0.10mm；其它气环0.03mm0.07mm。油环一般侧隙较小，0.025mm0.07mm；（3）背隙3：是活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部的间隙。0.5mm1mm；,2,3,气环的密封原理（1）第一密封面的建立：环在自由状态下，环外径缸径，装缸后在其弹力P0作用下与缸壁压紧，形成第一密封面。,第一密封面,（2）第二密封面的建立：活塞环在运动时产生惯性力Pj，与缸壁间产生摩擦力F，以及侧隙有气体压力P1，在这三个力的共同作用下，使环靠在环槽的上侧或下侧，形成第二密封面。,第二密封面,（3）气环的第二次密封：窜入背隙和侧隙的气体，使环对缸壁和环槽进一步压紧，加强了第一、二密封面的密封。,3）.活塞环的泵油作用及危害原因：（1）存在侧隙和背隙；（2）环运动时在环槽中靠上靠下。,危害：（1）增加了润滑油的消耗；（2）火花塞沾油不跳火；（3）燃烧室积炭增多，燃烧性能变坏；（4）环槽内形成积炭，挤压活塞环而失去密封性；（5）加剧了气缸的磨损。,措施：（1）采用扭曲环；（2）采用组合式油环；（3）油环下设减压腔,4）.气环的断面形状,气环的断面形状a)矩形环；b)锥形环；c)内切口扭曲环；d)外切口扭曲环；e)梯形环；f)桶形环,（1）矩形环：结构简单，与缸壁接触面积大，散热好，但易泵油。,（2）锥形环1）特点：与缸壁线接触，有利于密封和磨合。下行有刮油作用，上行有布油作用，并可形成楔形油膜。2）安装注意：锥角朝下（在环端有向上或TOP等标记）；安装时，不能装反，否则会引起机油上窜锥形环传热性差，常装到第二、三道环槽上。,（3）扭曲环：将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角而成。扭曲原理：当活塞环装入气缸后，环受到压缩产生弯曲变形，断面中性层以外产生拉应力、中性层以外产生压应力，矩形环由于中性层内外断面不对称，使F和F不在同一平面内，从而形成力偶M，在力偶的作用下，活塞环发生微量的扭曲变形。,1）特点具有锥形环的特点；减小了泵油作用；作功行程环不再扭曲，两个密封面达到完全接触，利于散热。安装：内上切扭曲环装入第一道环槽，外下切扭曲环装入第二、三道环槽。安装：注意断面形状和方向，内切口朝上，外切口朝下，不能装反。,（4）桶形环：其特点为1）环的外圆面为凸圆弧形；2）环面与缸壁圆弧接触，避免了棱角负荷；环上下运动时，均能形成楔形油膜。,（5）梯形环：当活塞在侧压力作用下左、右换向时，环的侧隙和背隙将不断变化，使胶状油焦不断从环槽中被挤出。梯形环用于热负荷较大的柴油机的第一道环。,气环断面形状：,（二）油环（一般为一道，柴油机一般两道）1.作用：刮油。即将气缸壁上多余的润滑油刮下来。,2.类型（1）整体式其外圆上切有环形槽，槽底开有回油用的小孔或窄槽。,（2）组合式：由上下刮油片和产生径向、轴向弹力的衬簧组成。1-钢片；2-衬簧；3-径向衬簧；4-轴向衬簧；5-活塞,其特点为,1）密封好：第一密封面，靠径向力，因衬簧长大于刮片长而产生径向力。第二密封面，靠轴向力，因衬簧和钢片总厚度大于环槽高而产生轴向力。2)无侧隙，不窜油。3)刮油能力强：因钢片薄，对缸壁比压大。4)上下片可分别动作，适应性好。5)回油能力强。,三、活塞销1作用：连接活塞和连杆，并传递活塞的力给连杆。2结构：用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体。,3连接方式,1.全浮式（1）定义：在发动机正常工作温度下，活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动。(2)装配：1）销与销座孔在冷态时为过渡配合，采用分组选配法。2）热装合：将活塞放入热水或热油中加热后，迅速将销装入。,2.半浮式(1)定义：销与销座孔和连杆小头两处，一处固定，一处浮动。（一般固定连杆小头）(2)装配：加热连杆小头后，将销装入，冷态时为过盈配合。,四、连杆,1功用：将活塞的力传给曲轴，变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。,1-小头；2-杆身；3-大头；4、9-装配记号（朝前）；5-螺母；6-连杆盖；7-连杆螺栓；8-轴瓦；10-连杆体；11-衬套；12-集油孔,2组成1)、小头：用来安装活塞销，以连接活塞。（全浮式有油沟）2)、杆身：常做成“工”字形断面。3)、大头：与曲轴的连杆轴颈相连。大头一般做成分开式，即连杆体大头和连杆盖。,连杆一般都采用中碳钢或合金钢锻造而成，少数球墨铸铁,3连杆大头,（1）切口形式：有平切口(汽油机)和斜切口(柴油机)两种。,（2）定位方式连杆螺栓定位：靠连杆螺栓的光圆柱部分与螺栓孔的配合来定位。其定位精度较差，用于切口连杆。锯齿形定位：依靠接合面的齿形定位。套或销定位：依靠套或销与连杆体（或盖）的孔紧配合定位。止口定位,斜切口（30-60一般45）,(3)喷油孔：有的连杆的大头面对气缸主承压面的一侧，钻一喷油孔（1mm1.5mm），以润滑气缸主承压面。,4连杆的安装,(1)、不能破坏连杆杆身与盖的配对及装合方向，在二在者的同一侧打有配对标记。(2)、不能装反，也不能乱缸，在杆身上有方向标记，大头侧面有缸号标记。,4连杆轴承（俗称小瓦）1.作用：保护连杆轴颈及连杆大头孔。2.组成：由钢背和减磨层组成。钢背由1mm3mm的低碳钢制成。减磨层为0.3mm0.7mm的减磨合金，层质较软能保护轴颈。,连杆轴瓦上制有定位凸键，供安装时嵌入连杆大头和连杆盖的定位槽中，以防轴瓦前后移动或转动，有的轴瓦上还制有油孔，安装时应与连杆上相应的油孔对齐。,3.减磨层材料（1）白合金（巴氏合金）：减磨性能好，但机械强度低，且耐热性差。常用于负荷不大的汽油机。（2）铜铅合金：机械强度高，承载能力大，耐热性好。多用于高负荷的柴油机。但其减磨性能差。（3）铝基合金：有铝锑镁合金、低锡铝合金和高锡铝合金三种。1）铝锑镁合金和低锡铝合金：机械性能好，负载能力强，但其减磨性能差。主要用于柴油机。2）高锡铝合金：具有较好的机械性能和减磨性能，广泛应用于柴油机和汽油机。4、轴瓦的自由弹势（1）定义：轴瓦在自由状态下的曲率半径略大于座孔半径，其直径之差称为自由弹势或张开量。（2）配合过盈：因轴瓦外径周长较座孔周长稍大，连杆螺栓紧固后，便产生一定的配合过盈量。靠合适的过盈量保证轴瓦在工作时不转、不移、不振，并可使轴瓦与座孔紧密贴合，以利散热。,2.3曲轴飞轮组由曲轴、飞轮、减振器等组成。,起动爪,正时齿轮,主轴瓦,皮带轮,扭转减振器,飞轮,飞轮螺栓,曲轴,一、曲轴,（一）功用1.把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。2.驱动配气机构及其它附属装置。材料：大多采用优质中碳钢或中合金碳钢。有的采用球墨铸铁。,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。,（二）构造：,曲轴包括前端轴、主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重、后端轴等，一个连杆轴颈和它两端的曲柄及主轴颈构成一个曲拐。,前端轴,连杆轴颈,曲轴轴颈,后端轴,平衡重,曲拐,曲柄,曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。,1.主轴颈和连杆轴颈1)主轴颈是曲轴的支承部分(主轴承)。每个连杆轴颈两边都有一个主轴颈者，称为全支承曲轴；主轴颈数等于或少于连杆轴颈数者称为非全支承曲轴。,2)曲轴上有贯穿主轴颈、曲柄和连杆轴颈的油道，以便润滑主轴颈和连杆轴颈。,1-主轴颈；2-曲轴；3-连杆轴颈；4-圆角；5-积污腔；6-油管；7-开口销；8-螺塞；9-油道；10-挡油盘；11-回油螺纹；12-飞轮结合盘,2.曲轴臂：曲轴臂是用来连接主轴颈和连杆轴颈的。平衡重的作用是平衡各机件产生的离心惯性力及其力矩。,3.前端轴与后端轴,（1）作用：前端轴用来安装正时齿轮、皮带轮、扭转减振器及起动爪等；后端轴有飞轮结合盘(凸缘盘)，用来安装飞轮。,（2）前后端的密封：,曲轴前后端都伸出曲轴箱，为了防止润滑油沿轴颈流出，在曲轴前后都设有防漏装置。,常用的防漏装置有挡油盘、填料油封、自紧油封、回油螺纹等。,4.曲轴的轴向定位,（1）结构：止推片：在某一道主轴承的两侧装止推片。止推片由低碳钢背和减磨层组成。翻边轴瓦：,（2）安装注意：止推片有减磨层的一面朝向转动件(有油槽一面)。当曲轴向前窜动时，后止推片承受轴向推力；向后窜动时，前止推片承受轴向推力。,（3）曲轴的轴向间隙的调整：更换止推片的厚度。,5.曲拐的布置（1）布置原则1）使各缸作功间隔角尽量相等。对直列多缸四冲程发动机，作功间隔角为7200/缸数。2)连续作功的两缸相隔尽量远，减少主轴承连续载荷和避免相邻两缸进气门同时开启的抢气现象。3）V型发动机左右两气缸尽量交替作功,（2）常用曲拐布置,1）直列四冲程四缸发动机曲拐对称布置于同一平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/4=1800。发动机工作顺序有13421243,工作顺序：各缸完成同名行程的次序。,2)直列四冲程六缸发动机,曲拐对称布置于三个平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/6=1200。,发动机工作顺序有153624;142635,(1)直列式分左手排列和右手排列两种形式。左手排列即：从曲轴前端看第二缸在第一缸左侧，右手排列，即：从曲轴前端看，第二缸在第一缸的右侧。第一缸与第六缸、第二缸与第五缸、第三缸与第四缸在同一平面内，曲轴配角为120，使用四道或七道轴颈。点火顺序：左手曲轴为15一3624。右手曲轴为l一42635(2)v型，左右排的相对气缸共用一道曲柄销，使用四道轴颈，点火顺序为l6一5一4一32(右1一左3一右3一左2一右2一左1)。,1.6,3.4,2.5,1-4-2-6-3-5,3)四行程V型八缸发动机,曲拐对称布置于四个平面内（或1个）。相邻作功气缸的曲拐夹角为7200/8=900。,发动机工作顺序有18436572,(1)直列式：八缸直列式曲轴又分44型和242型。用两根直列四缸曲轴成90连接在一起，称为44曲轴，将一根四缸直列曲轴断成二节，分别接在另一根曲轴的前后端的称为242曲轴。44曲轴第一与第四缸，第二与第三缸，第五与第八缸，第六与第七缸在同一平面，点火顺序为1837452一6，242曲轴第一与第八缸，第二与第七缸，第三与第六缸第四与第五缸在同一平面，点火顺序为：l一6258374，这两种型式的曲轴使发动机整体结构变长，且平衡性较差现代发动机已不采用。(2)V式:左右相对的气缸共用一个曲柄销，曲轴配角为90，使用三道或五道轴颈，因各发动机标法不同，点火顺序也不相同，但基本的点火顺序有两种，即154863一7一2(左1一右1一左4一右2一左3一右3一左2)；l一8436572(右1一右4一左2一右2一左3一右3一右4一左1)，,二、飞轮,（一）功用1、贮存能量：在作功行程贮存能量，用以完成其它三个行程，使发动机运转平稳。2、利用飞轮上的齿圈起动时传力。3、将动力传给离合器。4、克服短暂的超负荷。,发动机使用的飞轮因离合器不同而不同，分机械式离合器和液力偶合器两类。,(1)用于机械式离合器的飞轮机械式离合器使用的飞轮，用铸铁制成，用螺丝与曲轴凸缘相连接。中间有支承曲承，飞轮与离合器摩擦片接触的平面经精密加工而成。圆周装有齿环，安装齿环时通常将齿环加热后套入，冷却后即紧密结合在一起。有些飞轮上打有上止点及点火正时记号。(2)用于液力偶合器的飞轮液力偶合器用的飞轮。飞轮与主动叶轮焊在一起，被动叶轮与导轮等包在内部，而形成液力偶合器组。,（二）构造,1、飞轮为一外缘有齿圈的铸铁圆盘。,飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯量,齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。,一缸上止点记号,圆周装有齿环，安装齿环时通常将齿环加热后套入，冷却后即紧密结合在一起。,2、有的飞轮上有一缸上止点记号和点火提前角刻度线（汽油机）或供油提前角刻度线（柴油机），以便调整和检验点火正时，供油提前角和气门间隙。,3、飞轮与曲轴在制造时一起进行过动平衡实验，在拆装时为了不破坏它们之间的平衡关系，飞轮与曲轴之间应有严格不变的相对位置。通常用定位销和不对称布置的螺栓来定位。,三、曲轴扭转减振器,（一）扭转振动,在发动机工作过程中，经连杆传给连杆轴颈的作用力的大小和方向都是周期性变化的，所以曲轴各个曲拐的旋转速度也是忽快忽慢呈周期性变化。安装在曲轴后端的飞轮转动惯量最大，可以认为是匀速旋转，由此造成曲轴各曲拐的转动比飞轮时快时慢，这种现象称之为曲轴的扭转振动。当曲轴第一、二缸作功行程时，有使曲轴前部向前转动的倾向，而曲轴后部则因飞轮惯性不能立刻跟随转动，此时曲轴产生扭曲现象。第一，二缸作功行程以后飞轮惯性反使曲轴后都较前部转得快，而发生另一方向扭转。这种来回扭转若不加以控制，在某种转速时会产生共振，而曲轴经长时间承受扭转应力会产生疲劳而折断。减振器就是起吸收振动的作用。当曲轴前端发生加速或减速时，减振器上的配重就发生迟滞作用，而吸收扭转振动。减振器有磨擦片式、橡胶式和液体式三种。,（二）扭转减振器,皮带盘,惯性盘,橡胶垫,减振器圆盘,皮带轮毂,曲轴前端,功用：吸收曲轴扭转振动的能量，消减扭转振动。,当曲轴发生扭转振动时，力图保持等速转动的惯性盘便与橡胶层发生了内摩擦，从而消耗了扭转振动的能量，消减了扭振。,橡胶摩擦式扭转减振器,曲轴的平衡曲轴如果局部重量不均运转时将产生剧烈振动，致使曲轴疲劳折断。因此，在曲柄销对面必须加上配重以保持平衡。配重有些可用螺丝固定，可拆卸，有的配重直接铸造在曲轴上。现代的高速发动机为减小噪音，平衡轴来提高平衡度。平衡轴通常使用两根，断面为半圆，使用胶木齿轮与曲轴齿轮相啮合，平衡轴与曲轴转动方向相反，以消除曲轴转动的惯性力。,发动机构造培训,配气机构1.配气机构的功用2.充气效率的概念(为什么小于1?)3.凸轮轴布置形式,气门顶置下置凸轮轴(OHV),气门顶置上置凸轮轴(1),气门顶置上置凸轮轴(2),DOHC,气门顶置上置凸轮轴(双摇臂),发动机构造培训,发动机构造培训,配气机构4.配气机构的传动(齿轮传动皮带传动链传动),发动机构造培训,配气机构5.气门传动组(凸轮轴挺柱推杆摇臂)凸轮轴凸轮轴的作用凸轮轴的构造(凸轮凸轮轴轴颈凸轮轴轴承凸轮轴轴向限位凸轮轴信号轮)挺柱采用液力挺柱可消除配气机构中的间隙,减小各零件的冲击载荷和噪声,同时凸轮轮廓可设计的比较陡,气门开启关闭更快,以减少进排气阻力,改善换气,特别是提高高速性能,推杆推杆的作用是将凸轮轴经挺柱传来的推力传给摇臂，它是气门机构中最易弯曲的零件，因此要求应有很高的刚度。,=0.10.2mm,发动机构造培训,摇臂摇臂是改变推杆和凸轮传来的力的方向，使其作用到气门杆端以推开气门，摇臂通常套在摇臂轴上，摇臂上钻有油孔，机油经摇臂轴内腔对摇臂两端进行润滑，为了防止摇臂轴向窜动，在摇臂轴上每两摇臂之间装有定位弹簧。摇臂多是45钢锻压，也有铸铁或铸钢的。,1-浮动摇臂；2-柱塞；3-壳体；4-进油孔；5-单向阀；6-柱塞弹簧；7-高压腔；8-单向阀支架及单向阀弹簧；9-滚轮；10-销轴；11-滚针,浮动摇臂,普通摇臂,发动机构造培训,配气机构6.气门组(气门气门弹簧上座气门弹簧下座气门锁片气门弹簧气门导管气门座圈)气门的工作条件气门受高温气体压力、气门弹簧力、传动组件的惯性力等，润滑冷却条件差气门的材料（进气门通常采用铬钢或镍铬钢，排气门采用耐热合金钢）气门杆与气门导管有较小的间隙配合，起导向传热作用,结构简单受热面积小,刚度大受热面积大,质量轻，惯性小，弹性大，易热变形,对气门座的适应性好,锥角越大，相同升程下气流流通截面越小，气门头部边缘厚度大，不易变形，气门落座压力也越大，密封和导热性越好进气门由于热负荷较小，为获得大的通道截面，往往采用较小的锥角（30度）。,发动机构造培训,配气机构6.气门组(气门气门弹簧上座气门弹簧下座气门锁片气门弹簧气门导管气门座圈)气门导管其作用是给气门运动导向，并为其传热，通常被压入缸盖的孔中（过盈配合），由于润滑困难多用含石墨较多的铸铁或粉末冶金制成来提高自润滑性能。气门导管与气门杆的间隙为0.05-0.12mm。气门座气缸盖的进排气道与气门锥面相结合的部位称为气门座。气门座的锥角与气门锥角相适应，保证可靠密封。气门座通常由耐热合金钢或合金铸铁单独制成后压入气缸盖中。气门弹簧气门弹簧的作用是使气门自动回位关闭，并保证气门与气门座的座合压力，承受频繁的交变载荷，此外还吸收传动组件的惯性力,发动机构造培训,配气机构7.配气相位1.进气门的配气相位进气门提前角，既是从气门开始开启到上止点所对应的曲轴转角。一般为10-30度，可以获得较大流通截面积，减少进气阻力。进气门迟后角，既是从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角。一般40-80度，如进气迟后角过大将进入气缸的气体重新又压回进气管。2.排气门的配气相位排气提前角，既是从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角，一般为40-80度。排气迟后角，既是从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角，一般10-30度，排气门晚关可使废气排得较干净。结论：由于进气门关闭时，活塞上行距下止点已较远，其速度已相当大，因而进气迟后角的变化对气缸内的容积及充气量的影响较大。所以进气迟后角的大小对发动机性能的影响最大。3.气门叠开由于进气门早开和排气门晚关，就出现了进排气门同时开启的现象。,进气行程延续角180排气行程延续角180气门叠开角,发动机构造培训,配气机构8.气门间隙调节,气门间隙,即在发动机在冷态下，气门完全关闭时，气门杆未端与传动件（或直动式凸轮与挺柱）之间的间隙。它给热膨胀留有余地，保证气门密封。气门间隙不能过大、过小，要适当。进气门：0.250.30mm排气门：0.300.35mm气门机构传动链磨损，导致气门间隙变化，需定期调整（液压间隙调节器可自动弥补间隙变化）。机械方法：调整螺钉、垫片,发动机构造培训,发动机构造培训,汽油机燃料供给系汽油机燃料供给系的作用是不断输送滤清的燃油和清洁的空气,根据发动机各种不同情况的要求,配制出不同的可燃混合气,进入气缸燃烧做功.汽油机燃料供给系的分类按燃料供给方式不同分为化油器式燃料供给系和电控汽油喷射系统电控汽油喷射系统按控制方式不同可分为流量型喷射系统和压力型喷射系统电控汽油喷射系统按喷射位置分为：节气门体喷射系统（单点喷射系统）进气管喷射系统（多点喷射系统，MPI）缸内直喷系统（GDI）电控燃油喷射系统组成空气供给系统其作用是向发动机提供与负荷相适应的清洁空气，同时测量和控制进入发动机气缸的空气量，使它们在系统中与喷油器喷出的汽油形成符合要求的可燃混合气。主要包括空气滤清器、空气流量计（或进气压力传感器）、节气门体、怠速控制阀、进气软管进气歧管等。燃油供给系统燃油供给系统的功用是用电动汽油泵向喷油器提供足够压力的汽油，喷油器根据来自ECU的控制信号向进气歧管内进气门上方喷射定量的汽油。主要包括汽油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、压力调节器、分配管、喷油器、油管等。电子控制系统电子控制系统的主要作用是根据发动机和汽车不同的运行工况，对喷油时刻、喷油量以及点火时刻等进行确定和修正，检测各传感器的工作，并将工作参数储存和输出。主要包括传感器、开关信号、电控单元和执行器等。,发动机构造培训,汽油机燃料供给系1.可燃混合气过量空气系数，即燃烧1kg燃油实际供给的空气质量与理论上完全燃烧1kg燃油所需要空气质量之比为过量空气系数，记作。=1的可燃混合气称为理论混合气，1称为浓混合气，1称为稀混合气。空燃比即可燃混合气中空气的质量与燃油质量之比为空燃比，记为。根据化学反应方程式的当量关系，可求出1kg汽油完全燃烧所需空气质量约为14.7kg，因此14.7为浓混合气，14.7为稀混合气，=14.7称为理论空燃比或化学计量空燃比。不同成分的混合气对发动机性能的影响标准混合气（=1）为何在气缸中不能得到完全燃烧稀混合气（1），在1.051.15之间时经济性最好，如过稀时（1.051.15）,燃烧速度减小，热量损失加大，导致发动机过热，加速性能变坏，排气管出现突噜声。浓混合气（1），在0.850.95之间时燃烧速度最快，热量损失小，平均有效压力和发动机功率大。0.85时由于燃烧不完全，产生大量CO，在高温高压下析出自由碳，导致发动机排气管冒黑烟、放炮、燃烧室积炭、功率下降、油耗增大，排放污染严重。燃烧极限，即可燃混合气太浓（0.4）或太稀（1.4）时，虽能着火但火焰无法传播，将导致发动机熄火。发动机负荷和工况的概念发动机工况是其工作情况的简称，它包括发动机转速和负荷情况。发动机的负荷就是汽车所施加给发动机的阻力矩，这一阻力矩包括匀速运转的阻力矩和变速运转的阻力矩，它随汽车工作情况（如道路状况、车速、装载量等）变化而变化，发动机发出等量的转矩与之平衡。由于发动机的转矩是随节气门开度而变化的，节气门开度大小就代表了负荷大小。不同工况对可燃混合气的要求1.正常工况怠速，即发动机对外无功率输出的工况。节气门接近关闭，残余废气严重稀释混合气，使燃烧速度减慢甚至熄火，此时应供给=0.6-0.8的浓混合气。小负荷，节气门开度在25%以内，残余废气对混合气的稀释减弱，此时应该供给=0.7-0.9的浓混合气。中等负荷，节气门开度在25%-85%以内，为保证良好的经济性应供给=1.05-1.15的经济混合气。大负荷和全负荷，节气门接近全开，发动机需发出最大功率以克服外界阻力或加速行驶，此时应该供给=0.85-0.95的功率混合气2.过渡工况冷启动工况，温度低，转速低，缸内混合气少，混合气过稀，应供应=0.2-0.6的浓混合气暖机工况，低温启动，转速渐高，仍需较浓混合气加速工况，节气门突然开大，会出现混合气瞬时变稀的状况，急减速工况，节气门在短时间内快速关闭，进气量迅速减少，要求减少喷油量，甚至停喷。,发动机构造培训,发动机构造培训,汽油机燃料供给系,热膜式空气流量计1-热膜,2-空气流量计壳体,3-测量管,卡门涡流式空气流量计响应速度快，测量精度高，进气阻力小，无磨损等优点但它成本高，通常用于高档车型中,发动机构造培训,汽油机燃料供给系,喷油压力=燃油压力-进气歧管压力,进气歧管压力随节气门开度不同而改变,造成喷油压力不断变化,导致ECU无法通过控制喷油时间的长短来精确控制喷油量.,油压调节器用于调节燃油压力,是不同开度下喷油压力保持定值,轴针式喷油器是由喷油器体、衔铁、针阀、电磁线圈、复位弹簧,孔式喷油器喷孔较小，汽油雾化质量好，但喷孔易堵塞,发动机构造培训,汽油机燃料供给系,目前多采用这种无回油管路的单管路供油系统，燃油分配管内的压力是恒定的，多余燃油在油箱内完成回流，能防止燃油箱内部温度升高，减少燃油蒸气排放量,油箱材料有两种，一种是高分子高密度聚乙烯吹塑制成，具有重量轻、强度高、密封性好，防爆省空间等优点；另一种是薄钢板冲压件焊接而成。,发动机构造培训,汽油机燃料供给系,缸内直喷的优点：更少的泵气损失，高压缩比，热效率高，低辛烷值要求，排放和经济性改善，冷启动时需要燃油更少，可燃混合气在缸内形成，响应更快。,缸内直喷的难点：分层充量在整个运行工况的控制，较复杂的电控喷射控制技术，轻负荷时较高的HC排放，重负荷时较高的NOX排放，高负荷时soot排放大，由于高压和较低的润滑条件导致燃油系统零部件的磨损,发动机构造培训,汽油机燃料供给系,传统MPFI(进气道喷射)有哪些缺点?燃油在气缸中滞留时间过长(接近360度曲轴转角),燃油黏结损耗较大,加速响应性低,极易产生爆燃,对气缸的磨损也加大缸内直接喷射能有效提高缸内充气系数,降低爆震极限,提高压缩比,改善发动机性能,燃油经济性提高25%左右.缸内直喷的关键技术是什么?在于产生与传统发动机不同的缸内气流运动状态,通过技术手段使喷入汽缸内的汽油与空气形成一种多层次的旋转涡流,因此通常采用立式吸气口，弯曲顶面活塞，高压旋转喷射器等三种技术手段。缸内直喷的主要结构：1.轨道燃油压力传感器为ECU提供轨道压力的高低，当压力达到5Mpa时，ECU指令停供电磁阀动作，使高低压油泵同步停止供油，维持规定的油压2.停供电磁阀根据ECU指令，使其推杆动作，高压油泵停止供油3.限压阀为柱塞式溢流阀，当轨道油压高于规定值时，即泄压降压，维持轨道油压，起保护作用4.柱塞式高压油泵为往复柱塞泵，常由凸轮轴驱动，使燃油轨道油压不断堆积，产生5Mpa的喷射油压，经喷油器高速喷入汽缸，提高雾化质量，形成旋转的燃气涡流5.高压旋流式喷油器频率响应高，由ECU直接用脉冲电流控制喷油量多少，利用特殊的喷孔形状，喷出旋转的燃油雾，与挤压涡流快速的混合，以便点火燃烧6.直立式进气管用于产生大进气流，直接流入气缸，充气效果好。与传统横向进气管相比，它的进气涡流方向是相反旋转，喷油后能在火花塞处形成浓油雾区。7.顶面弯曲活塞引导空气产生进气涡流和挤压高速旋转涡流，以便形成理想地分层燃烧的可燃混合气。,直喷的优点1.提升燃油经济性更少的泵气损失（分层燃烧系统无节气扼杀）更少的热损失（分层燃烧系统无节气扼杀）高压缩比（在吸气时燃油喷射伴随着充量冷却）低辛烷值需求（在吸气时燃油喷射伴随着充量冷却）增加了体积效率（在吸气时燃油喷射伴随着充量冷却）在整车减速时燃油可以切断（无进气歧管内燃油混合气形成）2.提升瞬态响应更少的加速加浓需求（无进气歧管内燃油混合气形成）3.更精确的空燃比控制更快的启动更少的冷启动过量喷油4.扩大EGR的使用限制5.降低冷启动未燃HC排放，降低CO2排放6.系统优化的潜在提升,直喷面临的难点较困难控制分层充量燃烧覆盖在整个所需要的运行工况范围内较复杂的控制和喷射技术来实现无代价的负荷改变较高的喷油器积碳或点火污垢轻负荷时产生高的未燃HC排放重负荷时产生高的NOx排放高负荷运行时soot形成颗粒排放物的增加三元催化器不能达到最大效率由于高压的存在和较低的润滑增加了燃油系统零件的磨损增加了缸孔的磨损速率增加了喷油器和其他装置的功率和电压需求提高了燃油系统的压力和燃油泵的固有损失,燃油系统需要满足发动机在不同负荷工况下对良好雾化混和气形成的要求。其中喷射压力是关键因素，它决定了燃油雾化的效果、油滴的平均直径和油束的贯穿度。目前GDI燃油系统较普遍采用的是共轨结构，可变喷射压力的燃油系统。PFI发动机喷射压力范围：0.25-0.45MpaGDI发动机喷射压力范围：4-13Mpa柴油机喷射压力范围：50-160Mpa5-7.5Mpa是目前GDI发动机最常见的喷射压力范围7-10Mpa是未来GDI燃油系统最有可能设定的喷射压力范围燃油泵的寿命、噪声和燃油系统延迟是一个重要的考虑（三菱的例子）尤其是在8.5Mpa以上的情况可变喷射压力是一种可行的系统策略,发动机构造培训,汽油机燃料供给系,缸内直喷的燃烧模式：1.气缸内涡流运动采用直立式进气管，在气缸吸力的作用下产生强大的下降气流，使充气效率提高。又在顶面弯曲活塞作用下形成比传统汽油机更强大的滚动涡流。2.高压旋转油雾的产生高压喷射出的旋转油雾卷入滚动涡流中，迅速吸热汽化，以层状混合状态被卷到火花塞附近。此时火花塞附近为高浓度混合气，极易点燃，缸内的燃气呈“稀包浓”状态，在旋转中逐层的剥离，并从内向外稳定地彻底地分层燃烧。超稀薄的混合气空燃比可达30-40，与传统汽油机相比节油率可达40%，使排气中的CO、HC、NOx等有害物质大幅度降低。3.空燃比与负荷的关系中小负荷工况时，在压缩行程后期喷油，以经济超稀薄混合气成分为主。大负荷工况时，一个工作循环中ECU对喷油器发出两次喷油脉冲信号，一次在进气行程时完成，一次在压缩行程后期完成，脉冲宽度各不相同，以加浓可燃混合气。二次喷射也可在起动工况、急加速工况出现，以调节空燃比大小，改善使用性能4.高压缩比的实现第一，喷入缸内的燃料汽化，可降低气体温度和增大空气密度，因而不易产生爆燃第二，由于吸入的空气量大幅度增加，进气冷却效果较好，有抑制爆燃的作用第三，采用缸内直喷是在压缩行程后期喷油，燃油在燃烧室内滞留时间极短，使得大幅度提高压缩比成为可能5.结合涡轮增压进一步提高充气效率，增大空气密度，改善动力和经济性,发动机构造培训,汽油机燃料供给系,燃油雾化特性,Air-assistedinjector和Singlefluidswirlinjector两种喷油器油滴尺寸的分配图，明显看出后者油滴尺寸在27um左右，偏差较小，一致性好；前者油滴尺寸偏差范围较广，不利于形成均质混和气。,Air-assistedinjector和Singlefluidswirlinjector两种喷油器油雾贯穿度的比较图，明显看出后者油雾贯穿度远大于前者。,早期研究缸内直喷发动机,本田CVCC燃烧系统通过一个预燃室和一个主燃室实现分层直喷YesorNO？,戴姆勒奔驰300SLGDI燃烧系统1954年最早的喷油器实现均匀的空燃混和,FordPROCO燃烧系统1970-1979尽管BSFC较低，但是未燃HC在轻负荷时难以控制NOx排