第一章《汽车构造(第2版) 》关文达主编

1、第一章发动机的基本知识一、发动机的定义、分类及特点一、发动机的定义、分类及特点发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。汽发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。汽车的动力来自发动机。车的动力来自发动机。车用发动机可分为活塞式内燃机与燃气轮机两大类。活车用发动机可分为活塞式内燃机与燃气轮机两大类。活塞式内燃机按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两塞式内燃机按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两种。车用内燃机根据其燃料不同分为汽油机和柴油机。种。车用内燃机根据其燃料不同分为汽油机和柴油机。第一节概述第一节概述汽油机是利用化油器将一定数量的汽油和空气混合，或汽油机是利用化油器将一

2、定数量的汽油和空气混合，或将汽油直接喷入进气管道使汽油和空气混合后再吸入发动机将汽油直接喷入进气管道使汽油和空气混合后再吸入发动机气缸内，用电火花强制点燃使其燃烧，产生热能而膨胀做功。气缸内，用电火花强制点燃使其燃烧，产生热能而膨胀做功。柴油机是利用喷油泵使柴油在高压下由喷油器直接喷入发动柴油机是利用喷油泵使柴油在高压下由喷油器直接喷入发动机气缸内，并与气缸内已经被压缩的高温空气混合形成混合机气缸内，并与气缸内已经被压缩的高温空气混合形成混合气，自燃后产生热能而膨胀做功。气，自燃后产生热能而膨胀做功。二、往复活塞式内燃机的分类二、往复活塞式内燃机的分类对于往复活塞式发动机，每一次能量转换都必须

3、经过吸对于往复活塞式发动机，每一次能量转换都必须经过吸入空气、压缩和输入燃料，使之着火燃烧而膨胀做功，再将入空气、压缩和输入燃料，使之着火燃烧而膨胀做功，再将生成的废气排出这样一个连续的工作过程。该过程称之为发生成的废气排出这样一个连续的工作过程。该过程称之为发动机的一个工作循环。根据每一个工作循环所需活塞行程数动机的一个工作循环。根据每一个工作循环所需活塞行程数又可将往复活塞式内燃机分为四冲程发动机与二冲程发动机。又可将往复活塞式内燃机分为四冲程发动机与二冲程发动机。若完成一个循环需要活塞往复四个行程的称为四冲程发动机，若完成一个循环需要活塞往复四个行程的称为四冲程发动机，完成一个循环需要活

4、塞往复两个行程的便称为二冲程发动机。完成一个循环需要活塞往复两个行程的便称为二冲程发动机。一、发动机结构基本术语一、发动机结构基本术语单缸汽油发动机的基本构造如单缸汽油发动机的基本构造如图图1 11 1所示。气缸所示。气缸7 7内内装有活塞装有活塞8 8，活塞通过活塞销，活塞通过活塞销1010、连杆、连杆1111与曲轴与曲轴1414相连接。相连接。活塞在气缸内作往复运动，通过连杆推动曲动。为了吸入活塞在气缸内作往复运动，通过连杆推动曲动。为了吸入新鲜空气和排出废气，还设有进气门新鲜空气和排出废气，还设有进气门2 2和排气门和排气门3 3。第二节四冲程发动机的工作原理第二节四冲程发动机的工作原理

5、图图11单缸四冲程汽油机结构示意图单缸四冲程汽油机结构示意图1进气管进气管2进气门进气门3排气门排气门4化油器化油器5火花塞火花塞6气缸盖气缸盖7气缸气缸8活塞活塞9水泵水泵10活塞销活塞销11连杆连杆12曲轴曲轴13飞轮飞轮14曲轴曲轴15机油管机油管16油底壳油底壳17机油泵机油泵图图1 12 2示出了发动机能示出了发动机能量转换机构的最基本组成及量转换机构的最基本组成及其运动关系和一些基本术语。其运动关系和一些基本术语。 图图12发动机示意图发动机示意图 1进气门进气门2排气门排气门3气缸气缸4活塞活塞 5连杆连杆 6曲轴中心曲轴中心7曲柄曲柄 （1 1）上止点）上止点活塞顶部离曲轴中心

6、最远处，即活塞最高活塞顶部离曲轴中心最远处，即活塞最高位置。位置。 （2 2）下止点）下止点活塞顶部离曲轴中心最近处，即活塞最低活塞顶部离曲轴中心最近处，即活塞最低位置。位置。 （3 3）活塞行程）活塞行程S S上、下止点间的距离。上、下止点间的距离。 （4 4）曲柄半径）曲柄半径R R曲轴与连杆大头连接中心至曲轴与连杆大头连接中心至曲轴中心的距离。曲轴中心的距离。 （5 5）气缸工作容积）气缸工作容积V Vh h活塞从上止点到下止点所扫过的活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积或气缸排量。容积称为气缸工作容积或气缸排量。 （6 6）燃烧室容积）燃烧室容积V Vc c活塞在上止点时，

7、活塞顶上面的空活塞在上止点时，活塞顶上面的空间为燃烧室，它的容积叫燃烧室容积（单位为间为燃烧室，它的容积叫燃烧室容积（单位为L L）。）。 （7 7）气缸总容积）气缸总容积V Va a活塞在下止点时，活塞顶上面整个活塞在下止点时，活塞顶上面整个空间的容积（单位为空间的容积（单位为L L）。）。二、四冲程汽油机的工作原理二、四冲程汽油机的工作原理 四冲程发动机每完成四冲程发动机每完成一个工作循环需要经过进一个工作循环需要经过进气、压缩、膨胀（做功）气、压缩、膨胀（做功）和排气四个行程，对应活和排气四个行程，对应活塞上下往复运动四次，相塞上下往复运动四次，相应的曲轴旋转了应的曲轴旋转了720720

8、（两圈）。四冲程汽油机（两圈）。四冲程汽油机的示功图如图的示功图如图1 13 3所示。所示。图图13四冲程汽油机的示功图四冲程汽油机的示功图a）进气行程）进气行程b）压缩行程）压缩行程c）膨胀行程（做功行程）膨胀行程（做功行程）d）排气行程）排气行程三、四冲程柴油机工作原理三、四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机（压燃式四冲程柴油机（压燃式发动机）每个工作循环也经发动机）每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气历进气、压缩、做功、排气四个行程。图四个行程。图1 14 4为四冲程为四冲程柴油机示意图。柴油机示意图。图图14四冲程柴油机示意图四冲程柴油机示意图1喷油器喷油器2喷油泵喷油泵通常，汽油机由

9、两大机构五大系统组成，柴油通常，汽油机由两大机构五大系统组成，柴油机由两大机构四大系统组成（无点火系）。下面以机由两大机构四大系统组成（无点火系）。下面以一汽奥迪一汽奥迪100100型轿车发动机（型轿车发动机（图图1 15 5）为例，介绍四）为例，介绍四冲程汽油机的一般构造。冲程汽油机的一般构造。第三节发动机的总体构造第三节发动机的总体构造图图15一汽奥迪一汽奥迪100型轿车发动机型轿车发动机1气缸垫气缸垫2气缸盖气缸盖3火花塞火花塞4活塞销活塞销5曲轴后端封油挡板曲轴后端封油挡板6飞轮齿圈飞轮齿圈7油底壳油底壳8活塞活塞9油标尺油标尺10连杆总成连杆总成11机油机油集滤器集滤器12中间轴轴承

10、中间轴轴承13放油螺塞放油螺塞14曲轴主轴承曲轴主轴承15曲轴曲轴16曲轴轴承盖曲轴轴承盖17曲轴前端封油挡板曲轴前端封油挡板18曲轴正时齿轮曲轴正时齿轮19空气空气压缩机平带压缩机平带20调整垫片调整垫片2l正时齿轮拧紧螺栓正时齿轮拧紧螺栓22压紧盖压紧盖23空空气压缩机带轮气压缩机带轮24水泵、发电机曲轴带轮水泵、发电机曲轴带轮25正时齿轮下罩盖正时齿轮下罩盖26空气空气压缩机支架压缩机支架27中间轴正时齿轮中间轴正时齿轮28中间轴中间轴29正时传动带正时传动带30偏心轮张紧机构偏心轮张紧机构3l气缸体气缸体32正时齿轮上罩盖正时齿轮上罩盖33凸轮轴正时齿轮凸轮轴正时齿轮34凸轮轴前端油封

11、凸轮轴前端油封35凸轮轴罩盖凸轮轴罩盖36机油加油口盖机油加油口盖37凸轮轴凸轮轴机油挡油板机油挡油板38凸轮轴轴承盖凸轮轴轴承盖39排气门排气门40气门弹簧气门弹簧41进气进气门门42液力挺杆总成液力挺杆总成43凸轮轴凸轮轴一、机体组一、机体组一汽奥迪一汽奥迪100100型发动机的机体组包括气缸盖型发动机的机体组包括气缸盖2 2、气缸盖、气缸盖罩盖、气缸体罩盖、气缸体3131及油底壳及油底壳7 7等。气缸盖和气缸体的内壁共等。气缸盖和气缸体的内壁共同组成燃烧室的一部分，是承受高温、高压的机件。机体同组成燃烧室的一部分，是承受高温、高压的机件。机体作为发动机各机构、各系统的装配基体，其本身的许

12、多部作为发动机各机构、各系统的装配基体，其本身的许多部分又分别是曲柄连杆机构、燃料供给系、冷却系和润滑系分又分别是曲柄连杆机构、燃料供给系、冷却系和润滑系的组成部分。在进行结构分析时，常把机体列为曲柄连杆的组成部分。在进行结构分析时，常把机体列为曲柄连杆机构。有的发动机将气缸体分铸成上下两部分，上部称为机构。有的发动机将气缸体分铸成上下两部分，上部称为气缸体，下部称为曲轴箱。气缸体，下部称为曲轴箱。二、曲柄连杆机构二、曲柄连杆机构曲柄连杆机构包括活塞曲柄连杆机构包括活塞8 8，连杆总成，连杆总成1010，带有，带有飞轮齿圈飞轮齿圈6 6的曲轴的曲轴1515等。这是发动机借以产生动力，等。这是发

13、动机借以产生动力，并将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动并将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力的机构。而输出动力的机构。三、配气机构三、配气机构配气机构包括进气门配气机构包括进气门4141、排气门、排气门3939、液力挺杆总成、液力挺杆总成4242、凸轮轴、凸轮轴4343、凸轮轴正时齿轮、凸轮轴正时齿轮3333（由曲轴正时齿轮（由曲轴正时齿轮1818通过正时传动带通过正时传动带2929驱动）。其作用是将可燃混合气及时驱动）。其作用是将可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排出废气。充入气缸并及时从气缸排出废气。四、燃料供给系四、燃料供给系 燃料供给系包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器

14、、油燃料供给系包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管、空气滤清器、化油器、进气歧管、排气歧管、排气管、空气滤清器、化油器、进气歧管、排气歧管、排气消声器等。其作用是根据发动机各种工况要求，配制具消声器等。其作用是根据发动机各种工况要求，配制具有一定数量和浓度的可燃混合气供入气缸，并将燃烧生有一定数量和浓度的可燃混合气供入气缸，并将燃烧生成的废气排出发动机。成的废气排出发动机。五、点火系五、点火系 点火系包括电源（蓄电池和发电机）、分电器、点火系包括电源（蓄电池和发电机）、分电器、点火开关、点火线圈、火花塞点火开关、点火线圈、火花塞3 3等。其作用是保证按等。其作用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被

15、压缩的可燃混合气。规定时刻及时点燃气缸中被压缩的可燃混合气。六、冷却系六、冷却系冷却系主要包括水泵、散热器、风扇、节温器、冷却系主要包括水泵、散热器、风扇、节温器、水温表以及气缸体水温表以及气缸体3131和气缸盖和气缸盖2 2里铸出的水套等。其功里铸出的水套等。其功用是散发受热机件的热于大气之中，以保证发动机在用是散发受热机件的热于大气之中，以保证发动机在最适宜的温度下工作。最适宜的温度下工作。七、润滑系七、润滑系润滑系包括油底壳润滑系包括油底壳7 7、机油集滤器、机油集滤器1111、机油、机油泵、限压阀、润滑油道及油管、油温和油压传感泵、限压阀、润滑油道及油管、油温和油压传感器、油温和油压表

16、、油标尺等。润滑系的功用是器、油温和油压表、油标尺等。润滑系的功用是将润滑油不断地供给作相对运动的零件以减少它将润滑油不断地供给作相对运动的零件以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。八、起动系八、起动系 包括起动机、冷起动加热器及其附属装置，用包括起动机、冷起动加热器及其附属装置，用以使静止的发动机起动并转入自行运转。以使静止的发动机起动并转入自行运转。 红旗红旗CA7220CA7220型轿车装用的型轿车装用的CA488CA4883 3型发动机的纵、横型发动机的纵、横剖面图分别见剖面图

17、分别见图图1 16a6a、图图1 16b6b 。该发动机为四冲程、。该发动机为四冲程、直列四缸、水冷、顶置气门、化油器式发动机。直列四缸、水冷、顶置气门、化油器式发动机。 图图16一汽红旗一汽红旗CA4883型发动机型发动机 a）纵剖面图）纵剖面图图图16一汽红旗一汽红旗CA4883型发动机（续）型发动机（续）b）横剖面图）横剖面图 上海桑塔纳轿车装用的汽油发动机如图上海桑塔纳轿车装用的汽油发动机如图1 17 7所示，其所示，其结构与一汽奥迪结构与一汽奥迪100100型轿车发动机基本相同。型轿车发动机基本相同。图图17上海桑塔纳轿车汽油发动机上海桑塔纳轿车汽油发动机 夏利夏利TJ7100TJ7

18、100、TJ7100UTJ7100U型轿车装用型轿车装用的的TJ376QTJ376Q型汽油机的型汽油机的结构示意图见图结构示意图见图1 18 8。该发动机质量小、油该发动机质量小、油耗低、噪声小、转速耗低、噪声小、转速高。高。图图18天津夏利天津夏利TJ376Q型汽油发动机型汽油发动机 图图1 11010所示为东风所示为东风EQ1090EEQ1090E型载货汽车用的东风型载货汽车用的东风EQ6100EQ61001 1型汽油机的纵、横剖面图。其结构的主要特点型汽油机的纵、横剖面图。其结构的主要特点是：凸轮轴布置在气缸体侧面的中部，且采用齿轮传动。是：凸轮轴布置在气缸体侧面的中部，且采用齿轮传动。

19、图图110二汽东风二汽东风EQ61001 汽油机汽油机图图110二汽东风二汽东风EQ61001 汽油机汽油机 图图110二汽东风二汽东风EQ61001 汽油机（续）汽油机（续）1风扇风扇2水泵水泵3气缸盖气缸盖4小循环水管小循环水管5进、排气歧管总成进、排气歧管总成6曲轴箱通风装置曲轴箱通风装置7化油器化油器8气缸盖出水管气缸盖出水管9摇臂机构摇臂机构10曲轴箱曲轴箱通风管通风管11气缸体气缸体12后挺杆室盖后挺杆室盖13曲轴箱通风挡油板曲轴箱通风挡油板14飞轮壳飞轮壳15飞轮飞轮16发动机后悬置螺栓、螺母发动机后悬置螺栓、螺母17限位板限位板18发动机后悬置软发动机后悬置软垫垫19油底壳衬垫

20、油底壳衬垫20凸轮轴凸轮轴21曲轴止推片曲轴止推片22曲轴曲轴23主轴承主轴承盖盖24机油泵、分电器总成机油泵、分电器总成25活塞、连杆总成活塞、连杆总成26油底壳油底壳27机油机油泵泵28发动机前悬置软垫总成发动机前悬置软垫总成29发动机前悬置支架总成发动机前悬置支架总成30风扇传动风扇传动带带31正时齿轮室盖及曲轴前油封正时齿轮室盖及曲轴前油封32曲轴正时齿轮曲轴正时齿轮33凸轮轴正时齿凸轮轴正时齿轮轮34空气压缩机平带空气压缩机平带35曲轴箱通风单向阀曲轴箱通风单向阀36进气管进气管37绝热垫绝热垫及衬垫及衬垫38空气滤清器空气滤清器39气缸套气缸套40定位销定位销41挺杆室衬垫挺杆室衬

21、垫42挺杆室盖挺杆室盖43分电器分电器44加机油管和盖加机油管和盖45汽油泵汽油泵46机油粗滤器机油粗滤器47联轴套联轴套48出水软管出水软管49机油细滤器机油细滤器50放水阀放水阀51排气管排气管52弯管接头弯管接头53弹簧弹簧54单向阀单向阀55阀体阀体图图1 11212所示为意所示为意大利产佩尔利尼大利产佩尔利尼T20T20自自卸汽车上采用的二冲卸汽车上采用的二冲程柴油发动机。其特程柴油发动机。其特点是采用喷油泵和喷点是采用喷油泵和喷油器合为一体的燃料油器合为一体的燃料供给系。供给系。图图112二冲程柴油发动机二冲程柴油发动机一、动力性指标一、动力性指标 （1 1）有效转矩发动机通过飞轮

22、对外输出的转矩称为）有效转矩发动机通过飞轮对外输出的转矩称为发动机的有效转矩，用发动机的有效转矩，用T Ttqtq表示，单位为表示，单位为NmNm。 （2 2）有效功率发动机通过飞轮对外输出的功率称为）有效功率发动机通过飞轮对外输出的功率称为发动机的有效功率，用发动机的有效功率，用P Pe e表示，单位为表示，单位为kWkW。它等于有效。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。转矩与曲轴角速度的乘积。第四节发动机的主要性能指标与特性第四节发动机的主要性能指标与特性二、经济性指标二、经济性指标一般用燃油消耗率表示发动机的经济性指标。燃一般用燃油消耗率表示发动机的经济性指标。燃油消耗率指发动机每发出油消

23、耗率指发动机每发出1kW1kW有效功率，在有效功率，在1h1h内所消内所消耗的燃油质量（以耗的燃油质量（以g g为单位），称为燃油消耗率，用为单位），称为燃油消耗率，用b be e表示。表示。很明显，燃油消耗率越低，燃油经济性越好。很明显，燃油消耗率越低，燃油经济性越好。三、发动机速度特性三、发动机速度特性 发动机速度特性指发动机的功率、转矩和燃油消耗率发动机速度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。试验时，当节气门开度达到三者随曲轴转速变化的规律。试验时，当节气门开度达到最大时，所得到的速度特性称为发动机外特性。相应地把最大时，所得到的速度特性称为发动机外特性。相应地把在节气门其他开度情况下得到的速度特性称为部分特性。在节气门其他开度情况下得到的速度特性称为部分特性。发动机外特性代表了发动机所具有的最高动力性能。发动机外特性代表了发动机所具有的最高动力性能。图图1 11313为汽油发动机外特性。为汽油发动机外特性。图图113汽油发动机外特性汽油发动机外特性 图图1 11414中表示某汽油发动机的一组特性曲线。中表示某汽油发动机的一组特性曲线。图图113汽油