汽车概论第四讲发动机总体构造概述

2020/6/9,1,汽车发动机总体构造概述,2020/6/9,2,一、发动机的类型（一）汽车发动机的定义概念：发动机是将某一种形式的能量转变为机械能的机器。汽车的发动机一般为内燃机。,内燃机的特点：热效率高，体积小，质量小。启动性能好。便于维修。（一般采用石油燃料）排出的废气中所含有害气体成分较高。,发动机的类型、一般构造及基本术语,2020/6/9,3,发动机的一般构造,四行程汽油机示意图,两大机构：,五大系统：,曲柄连杆机构,配气机构,燃油供给系统,冷却系统,润滑系统,点火系统,起动系统,2020/6/9,4,汽车的发动机一般为内燃机，是能量转变的机器,曲柄连杆机构,配气机构,燃油供给系统,点火系统,润滑系统,冷却系统,起动系统,工作场所基本机械装置,供氧气排废气,内燃机原理压缩燃烧（氧化）条件及工作环境,供燃料混合适当,燃烧点火,高速零件减摩,保证工作温度,克服起动阻力,2020/6/9,5,单缸四冲程柴油机一般构造,柴油机压燃，不需要点火，故无点火系，其它机构与汽油机相同。,柴油机可燃混合气是在气缸内形成：纯空气空气滤清器进气管吸入汽缸压缩；柴油经油箱输油泵柴油滤清器喷油泵（加压）喷油器喷入汽缸。,柴油机点火方式和混合气的形成与汽油机不同。,2020/6/9,6,三、发动机基本术语,1.上止点（TopDeadCenter）：活塞运动到汽缸最高位置，即活塞顶离曲轴中心最远处。2.下止点（BottomDeadCenter）：活塞运动到汽缸最低位置，即活塞顶离曲轴中心最近处。3.活塞行程（S）：从上止点到下止点活塞的位移。对应一个活塞行程，曲轴旋转180。4.曲柄半径（R）：曲轴与连杆下端的连接中心到曲轴中心的距离。s=2R5.汽缸工作容积（Vh）：活塞由上止点移到下止点所扫过的容积。式中：D气缸直径，单位mm；S活塞行程，单位mm；,2020/6/9,7,发动机基本术语,6.燃烧室容积（Vc）：活塞在上止点时，活塞顶以上的容积。7.汽缸总容积（Va）：活塞在下止点时，活塞顶以上的容积，VaVcVh。8.发动机排量（VL）：多缸发动机各汽缸工作容积的总和，VLVh，汽缸数。9.压缩比（）：汽缸总容积与燃烧室容积之比，achc。表示活塞由下止点（BDC）移到上止点(TDC)汽缸内气体的压缩程度，汽油机一般710，柴油机一般142210.工作循环：每一个工作循环包括进气、压缩、作功和排气过程，即完成进气、压缩、作功和排气四个过程叫一个工作循环。,2020/6/9,8,第二节四冲程发动机的简单工作原理,1、进气行程2、压缩行程3、作功行程4、排气行程,2020/6/9,9,四行程汽油机的工作原理,四行程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程的顺序不断循环反复的。总结：发动机经过四个行程完成一个工作循环。活塞由TDCBDC间往复移动四个行程，曲轴旋转了两周。,2020/6/9,10,二、国产发动机型号编制规则,内燃机的名称和型号(GB7251991)内燃机产品名称和型号编制规则,2020/6/9,11,型号编制举例,(1)汽油机1E65F：表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型4100Q：表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用4100Q-4：表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品CA6102：表示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通用型，CA表示系列符号8V100：表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷通用型TJ376Q：表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号CA488：表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号(2)柴油机195：表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型165F：表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型495Q：表示四缸，四行程，缸径95mm，水冷车用6135Q：表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用X4105：表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号,2020/6/9,12,三、发动机的主要性能指标,用来衡量发动机性能好坏的标准动力性能指标：表征内燃机对外作功能力，有效扭矩Me、有效功率Ne等；经济性能指标:发动机油耗，有燃料消耗率ge,百公里燃料消耗量等。环境指标：排放性和噪声水平,2020/6/9,13,发动机转速特性,发动机转速特性：指发动机的功率、转矩和燃油消耗率三者随曲轴转速变化的规律。其可以通过发动机台架测试实验求得。节气门全开时的速度特性叫发动机的外特性；节气门不全开的任意位置所得到的速度特性都称为部分特性。发动机的外特性代表了发动机所具有的最高动力性能。,2020/6/9,14,奥迪4.2LDOHCV8引擎,发动机型式：V型8缸双顶置凸轮轴排量：4163cc压缩比：11.5：1缸径冲程：84.5mm92.8mm最大功率：253Kw/7900rpm最大扭矩：410N.m/4900rpm升功率：60Kw/L搭载车型：AUDIS4Avant,2020/6/9,15,宝马3.2LDOHCL6引擎,发动机型式：直列6缸双顶置凸轮轴排量：3246cc压缩比：11.5：1缸径冲程：87mm91mm最大功率：252Kw/7900rpm最大扭矩：365N.m/4900rpm升功率：78Kw/L搭载车型：BMWM3,2020/6/9,16,斯巴鲁2.5LDOHCH-4涡轮增压引擎,发动机型式：水平对置4缸涡轮增压排量：2457cc压缩比：8.2：1缸径冲程：99.5mm79mm最大功率：223Kw/6000rpm最大扭矩：407N.m/4000rpm升功率：89Kw/L搭载车型：SUBARUWRXSTi,2020/6/9,17,本田3.0LSOHCVTECV6引擎,发动机型式：V型6缸单顶置凸轮轴排量：2997cc压缩比：10.0：1缸径冲程：86mm86mm最大功率：177Kw/6250rpm最大扭矩：288N.m/5000rpm升功率：59.9Kw/L搭载车型：HONDAAccord,2020/6/9,18,丰田1.5LDOHCI-4Hybrid,发动机型式：直列4缸双顶置凸轮轴排量：1497cc压缩比：13.0：1缸径冲程：75.0mm84.7mm最大功率：57Kw/5000rpm最大扭矩：111N.m/4200rpm升功率：38Kw/L搭载车型：TOYOTAPrius,2020/6/9,19,一、曲柄连杆机构,组成：机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。,功用：将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。,2020/6/9,20,功用：骨架作用，安装各个机构和系统；与气缸盖内水套-冷却系统；机体与气缸盖内油道-润滑系统气缸盖：密封气缸构成燃烧室气缸体：构成气缸曲轴箱：安装支承曲轴。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱贮存润滑油，又称为油底壳气缸垫：保证缸盖与缸体密封，防止漏气、漏水和漏油。,1.机体组,组成：气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等。,2020/6/9,21,2.活塞连杆组,组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等功用：承受气缸中的燃气压力；将燃气作用力通过活塞销和连杆传给曲轴，推动曲轴旋转；参与组成燃烧室,2020/6/9,22,活塞连杆组装配动画,2020/6/9,23,3.曲轴飞轮组,组成：曲轴、飞轮及附件,飞轮,曲轴,曲轴轴承,2020/6/9,24,曲轴飞轮组的组成,2020/6/9,25,功用,曲轴,气体压力,转矩,飞轮,汽车传动系,曲轴驱动配气机构和其它辅助装置；飞轮贮存作功行程的能量，克服阻力，使曲轴能均匀地旋转。飞轮外缘压有齿圈与起动电机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用；,2020/6/9,26,曲轴前端,曲轴带轮,空调压缩机,动力转向泵,张紧轮,导向轮,发电机,曲轴正时齿形带轮,曲轴链轮,凸轮轴正时齿形带轮,水泵,机油泵,2020/6/9,27,曲轴后端,曲轴带轮,曲轴正时齿形带轮,曲轴链轮,安装飞轮用凸缘,飞轮,2020/6/9,28,二、配气机构,组成：气门组、气门传动组、配气凸轮轴传动系统功用：按照发动机的工作顺序和工作循环的要求定时开启和关闭进排气门。按照：（四冲程发动机）的传动比来传动。即曲轴转过720，配气凸轮轴转过360。,凸轮轴,挺柱,推杆,摇臂,气门与气门座,气门导管,气门弹簧,2020/6/9,29,配气机构,2020/6/9,30,型式,2020/6/9,31,双顶置凸轮轴配气机构(DOHC),2020/6/9,32,多气门技术,现在大多数发动机都采用了多气门设计，主流发动机使用的每缸4气门设计（两进两排），也有极少数厂家使用每缸5气门设计（三进两排）。,5气门奥迪V84.2发动机,2020/6/9,33,4气门配气机构,5气门配气机构,双凸轮轴上置直接驱动气门,2020/6/9,34,多气门技术,一个进气歧管中装入一个可随电脑控制开闭的气阀。当发动机处于高转速时，气阀打开，这时两根进气歧管同时进气，获得大流量的混合气体；当发动机处于低转速时，气阀关闭，进气歧管的截面积就减小了一倍。提高汽缸的进气负压，能在汽缸内充分形成涡流，让空气跟汽油更好的混合,电控制气阀,2020/6/9,35,多气门汽车的特点,（1）扩大了气门通道截面Audi4气门发动机与2气门发动机相比，进气通道截面增大30%，排气通道截面增大50%，从而减少换气损失，提高充气效率。（2）采用稀燃技术。燃烧室内混合气形成了对燃烧十分有利的滚流（Tumble）形式。在采用分层燃烧、变涡流技术和多次喷射等方式后，可进一步提高燃烧质量和着火稳定性，其稀混合气空燃比可达40以上，可以提高燃油经济性和降低NOX值。,2020/6/9,36,多气门汽车的特点,（3）改善燃烧过程：双火花塞和紧凑形燃烧室。（4）配气机构的惯性减小，有利于提高发动机转速和增大功率。（5）EGR废气再循环用于多气门时，再循环率可大大提高。CCVS可控纵滚流分层燃烧4气门发动机，其中一个进气门是进可燃混合气，另一个进气门进废气，其废气再循环率提高到40%。,2020/6/9,37,多气门技术的应用和发展,多气门发动机升功率大，早期的多气门技术只用于赛车。多气门技术现在多用于3L以下的发动机，大排量的通常限于赛车。日本、欧洲等国家均已对发动机排量征税,我国生产的捷达王，采用了Audi公司新开发的EA1134缸20气门发动机，三进二排，功率从二气门的53kw增至5气门的74KW，转矩从121Nm，增加至150Nm，升功率很大接近50KW/L。,2020/6/9,38,可变配气技术,VVT-i，丰田，吸引买主的法宝VariableValveTimingwithintelligence中文翻译是“智能可变配气正时系统”。i-VTEC，本田，冲击市场的利器VariableValveTimingandValveLiftElectronicControlSystem中文意思是“可变气门配气正时和气门升程电子控制系统”。Mitsubishi公司的系统叫MIVEC，BMW公司叫做VANOS，3M公司所用的叫VACC。,2020/6/9,39,VVT概述,气门开度大，高转速时功率能提高，但低转速时由于进气量太小，会让发动机的扭力下降，工作不稳定，严重时甚至熄火；反之较小的气门开度，那么低转速时的扭力虽然提高了，但高转速时的功率却发挥不出来。可变气门行程机构就是随发动机转速而改变气门的行程。当发动机低转速时使用短行程，高转速时使用长行程。发动机的进气机构、排气机构以及增压和柴油机的喷油等都应该是可变的，才能使发动机发挥出较好的性能，也即发动机应该是一个可变化系统，可变气门正时是其中的一种，是近年来应用较有成效的一种可变化系统。,2020/6/9,40,可变配气正时及气门升程机构,正时板,辅助进气摇臂,主进气摇臂,凸轮轴,中间进气摇臂,进气门,排气门,广本雅阁VTEC结构图,2020/6/9,41,发动机气门正时及升程电子控制系统,思域R18A11.8Li-VTEC发动机,本田i-VTEC,2020/6/9,42,1.VTEC功用,VTEC使配气正时和气门升程根据发动机转速变化作出相应的实时调整使气缸的充气量同时满足发动机低转速和高转速下的不同需要从而提高了发动机的动力性和经济性。,2020/6/9,43,宝时捷可变配气相位系统,每个进气门分别有两组凸轮控制，一组是高速凸轮，一组是低速凸轮。当发动机在低转速范围时，气门由低速凸轮驱动气门顶向下行程，气门开度就较小。当发动机在高转速范围时，控制活塞在液压的驱动下从气门座推入到气门顶中，等于是把气门座和气门刚性的连接在一起，当高速凸轮驱动气门座时就能带动气门向下行程获得较大的气门开度。,2020/6/9,44,本田R18A1发动机VTEC系统,装备第八代思域，排量1.8L，最大功率103kW/6300rpm，最大扭矩174Nm/4300rpm，采用SOHC16V（2进2排）,2020/6/9,45,本田R18A1发动机VTEC系统,当发动机达到转速4000rpm时，电磁阀启动开始控制液压锁止活塞使三根摇臂连成一体运转，并且一并由较高的中间凸轮驱动，气门的开启时间还是开度都比普通凸轮驱动时要大。发动机转速降低到预设转速1500rpm时，摇臂的驱动液压降低，锁止活塞则自动归位使中间摇臂与两侧分开，恢复到两侧凸轮驱动状态。,2020/6/9,46,第三代i-VTEC技术,本田R18A1发动机应用了第三代i-VTEC技术。VTEC技术可以延长进气门关闭时间，提高发动机在高转速时的进气量，进而使功率和扭矩的提升。思域R18A发动机VTEC机构被用于节省燃油消耗。,2020/6/9,47,宝马的可变气门行程控制机构,气门行程能够在一定范围内无段级调节。电机通过蜗杆传动齿轮，由齿轮上的凸轮带动摇臂运动来改变摇臂的控制角，在凸轮轴的驱动下由摇臂带动气门运动。通过改变摇臂的角度就可以改变气门的行程了。在一定区域内做无段级调节气门开度，舒适性更强，配气机构在各转速下的适应性也更强，能最大限度的提高发动机充气效率。宝马745i,530i,330i为代表的直列6缸发动机和V型8缸发动机装备该系统。,2020/6/9,48,小结,配气机构有三种传动方式齿轮驱动、链驱动和齿形皮带驱动。四冲程发动机曲轴与凸轮轴之比(即传动比)应为2：1即曲轴旋转两周，凸轮轴旋转一周。现代汽车发动机采用多气门布置和排列方式，进、排气门配气相位早开晚关，以改善进、排气状况。凸轮轴上主要配置有各缸进、排气凸轮，凸轮的轮廓保证气门开启和关闭的持续时间符合配气相位的要求，凸轮轴有轴向定位装置。轿车发动机采用液力挺柱，可消除配气机构中的间隙，减小各零件的冲击载荷和噪声。,2020/6/9,49,三、燃料供给系统,功用：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，并将燃烧后的废气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。,2020/6/9,50,汽油的性质,物理特性：粘度小、流动性好、自润性差使用性能指标：蒸发性、热值、抗爆性抗爆性：在燃烧中，避免产生爆燃的能力。（辛烷值越高，抗爆性越强）标号：标号越高，抗爆性越强。按辛烷值不同分，以RQ打头，后跟汽油的辛烷值。例如代号为RQ-90，“R”是燃的汉语拼音字头，“Q”是汽的汉语拼音字头，代表燃汽油-90是辛烷值（表示研究法辛烷值为90），压缩比大的汽油机应选用较高牌号的汽油。我国在2000年7月1日推广使用无铅汽油，含铅量小于2.5mg/L为无铅汽油。,2020/6/9,51,3、燃油供给系统,2020/6/9,52,可燃混合气,按一定比例混合的汽油空气混合物,燃料系的功用,功用,根据发动机工况配制合适的可燃混合气，供给气缸,将燃烧产物排至大气中,2020/6/9,53,燃料供给系统组成,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，三元崔化转换器,2020/6/9,54,四、润滑系统,功用：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。组成：润滑系一般由机油泵，油底壳，机油滤清器，机油散热器，各种阀，传感器和机油压力表、温度表等组成。,2020/6/9,55,润滑,密封,冷却,利用油膜减少机件间的磨损,利用油膜防止燃气的泄露,润滑油可以吸收热量,清洁防锈,减振缓冲,液压,带走金属屑、杂质及酸性物,利用油膜缓冲振动,兼做液压油，起液压作用,一、润滑系功用,2020/6/9,56,组成,润滑系一般由机油泵，油底壳，机油滤清器，机油散热器，各种阀，传感器和机油压力表、温度表等组成。现代汽车发动机润滑系的组成及油路布置方案大致相似，只是由于润滑系的工作条件和具体结构的不同而稍有差别。,2020/6/9,57,五、冷却系统,功用：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。组成：冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。,2020/6/9,58,1.发动机过热、过冷的危害,发动机过热,发动机过冷,充气效率低，早燃和爆燃易发生，发动机功率下降运动机件易损坏润滑油粘度减小、润滑油膜易破裂加剧零件磨损,燃烧困难，功率低及油耗高润滑油粘度增大，零件磨损燃油凝结而流入曲轴箱，增加油耗，且机油变稀，从而导致功率下降，磨损增加,一、冷却系作用,2020/6/9,59,2.冷却系