发动机构造与维修

发动机构造与维修第1页/共81页单元一发动机总体构造一、发动机的作用和基本工作原理提问：你能说出发动机的作用吗？发动机的作用：将燃料的化学能转化为热能再转化为机械能并对外输出动力。提问：你了解发动机从哪怎么对外输出动力吗？（主要作用通过进气、压缩、作功、排气，把燃烧汽油产生的作用力转变为曲轴的扭距力，以向底盘输出扭距。也就是为汽车提供动力的源泉。）第2页/共81页（一）发动机常用术语（实物、教具演示）上止点下止点SVcVh2RVa＝Vh＋VcS＝2R第3页/共81页

第4页/共81页发动机常用术语（P4—6）1、上止点：活塞离曲轴回转中心最远处。2、下止点：活塞离曲轴回转中心最近处。3、活塞行程（S）：上、下两止点间的距离（单位：mm）冲程：从一个止点运动到另一个止点的过程。4、曲柄半径（R）：从曲柄销中心线到曲轴回转中心线的距离。（显然，曲轴每转一圈，活塞运动两个行程）S＝2R5、气缸工作容积（Vh）：活塞从上止点到下止点所让出的空间容积。Vh＝Πd2/4×10

6×S第5页/共81页6、排量（VL，发动机工作容积）：发动机所有气缸工作容积的总和。VL＝Vh×ii—气缸数。7、燃烧室容积（Vc）：活塞处于上止点时活塞上方的空间容积。8、气缸总容积（Va）：活塞处于下止点时活塞上方的空间容积。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和。即Va＝Vh＋Vc9、压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积的比值。ε＝Va/Vc＝（Vh＋Vc）/Vc＝1＋Vh/Vc

一般汽油机的压缩比约为6—10，柴油机的压缩比约为15—22。发动机常用术语（P4—6）第6页/共81页（一）四冲程发动机的简单工作原理（工作循环）工作循环：发动机每完成一次进气、压缩、作功、排气的过程就叫一个工作循环。四冲程发动机：曲轴转两圈活塞运动四个行程完成一个工作循环的发动机。第7页/共81页1、四冲程汽油机的工作循环

1）进气冲程要点：

活塞向下止点运动，进气门开、排气门关，汽油和空气的混合气被吸入气缸。进气终了的缸内压力为0.075—0.09MPa（低于外界压力），进气终了缸内气体温度为370K—440K。排气门关闭进气门开启第8页/共81页2）压缩冲程四冲程汽油机的工作循环要点：活塞向上止点运动，进、排气门都关闭，气缸中的气体被压缩。压缩终了的缸内压力为0.6—1.2MPa，压缩终了缸内气体温度为600K—800K。进气门关闭排气门关闭第9页/共81页3）作功冲程四冲程汽油机的工作循环要点：

活塞运动到接近压缩上止点时，活花塞跳火点燃混合气。活塞冲向下止点，进、排气门都关闭。最高压力3—5MPa，最高温度2200K—2800K。进气门关闭排气门关闭瞬时最高：温度2200~2800K，压力3~5MPa第10页/共81页4）排气冲程四冲程汽油机的工作循环要点：活塞向上止点运动，进气门关、排气门开，废气依靠自身的压力及活塞的驱赶作用被排出气缸。排气终了的缸内压力为0.105—0.115MPa（略高于大气压力），排气终了缸内气体温度为900K—1200K。进气门关闭排气门打开残余废气第11页/共81页四冲程汽油机的工作循环第12页/共81页2、四冲程柴油机的工作循环1）进气冲程与汽油机的区别：

吸入气缸的是纯空气。第13页/共81页四冲程柴油机的工作循环2）压缩冲程与汽油机的区别：压缩的是纯空气。压缩终了的缸内压力为3—5MPa，压缩终了缸内气体温度为800K—1000K。（压力和温度都远高于汽油机）第14页/共81页四冲程柴油机的工作循环3）作功冲程与汽油机的区别：

在压缩冲程接近上止点时，喷油器将柴油以雾状喷入燃烧室与压缩后的高温空气混合并燃烧。最高压力5—10MPa，最高温度1800K—2200K。第15页/共81页4）排气冲程四冲程柴油机的工作循环第16页/共81页四冲程柴油机的工作循环小结1)两种发动机工作循环的共同特点：（讨论）（1）每个工作循环曲轴转两圈（720°），每个冲程曲轴转半圈（180°），进、排气门各开启一次。（2）四个冲程中只有一个作功冲程，其它三个冲程都是消耗功的辅助冲程。（3）发动机开始运转时必须靠外力起动，依靠曲轴和飞轮储存的能量（或其它缸作功）使进气、压缩和排气冲程得以进行。第17页/共81页四冲程柴油机的工作循环小结2）两种发动机工作循环的主要不同之处：（讨论）（1）进气成分不同。汽油机——混合气；柴油机——纯空气。（2）混合气形成的地点不同。汽油机——进气管和气缸；柴油机——气缸。（3）着火方式。汽油机——点燃；柴油机——压燃。第18页/共81页（三）二冲程发动机的简单工作原理1、二冲程汽油机的简单工作原理（了解）第一冲程：活塞向上运动，活塞上方换气、压缩，活塞下方进气；第二冲程：活塞向下运动，活塞上方作功、换气，活塞下方预压混合气。第19页/共81页第一冲程：活塞向上运动，压缩，喷油并燃烧；第二冲程：活塞下行至2/3行程时排气，换气。二冲程汽油机多用在摩托车上，二冲程柴油机用于中型汽车。（三）二冲程发动机的简单工作原理1、二冲程汽油机的简单工作原理（了解）第20页/共81页二、发动机的总体构造（一）发动机的组成1、汽油机（简单解释）两大机构：曲柄连杆机构、配气机构。五大系统：燃料供给系、冷却系、润滑系、点火系、起动系。2、柴油机（简单解释）两大机构、四大系统（无点火系）。（二）国产内燃机型号编制规则（阅读P13）例1：EQ6100－1例2：1E65F例3：12V135Z第21页/共81页三、发动机主要性能指标和特性（一）主要性能指标1、动力性指标1）有效功率（Pe）：从发动机飞轮输出的功率，单位：Kw。2）有效转矩（Me）：从发动机飞轮输出的转矩，单位：N.m。

Pe和Me之间的关系：Pe＝Me×n/9550

式中n—发动机转速（r/min）2、经济性指标燃油消耗率（ge）发动机每发出1Kw的有效功率，在1h内所消耗的燃油克数。第22页/共81页（二）发动机的特性1、速度特性：节气门开度（或喷油泵供油拉杆位置）一定时，有效功率（Pe）、有效转矩（Me）和燃油消耗率（ge）随发动机转速（n）变化的特性。

速度特性包括部分特性和外特性。部分特性：

节气门部分开启时（或喷油泵供油拉杆所处位置供油量小于标定功率的循环供油量位置时）的速度特性。外特性：

节气门全开时（或喷油泵供油拉杆在标定功率的循环供油量位置时）的速度特性。第23页/共81页1）汽油机外特性曲线分析

要点：（1）最大功率和最大转矩都对应某一转速。例：丰田威驰轿车用5A—FE发动机最大功率：77Kw/6000rpm。最大转矩：135Nm/4800rpm。（2）最低油耗点出现在最大功率和最大转矩点之间。第24页/共81页2）柴油机外特性曲线分析

要点：（1）有效转矩(Me)曲线比较平缓，超负荷能力较差。（2）燃油消耗率(ge)曲线平坦，可在较大转速范围内省油。第25页/共81页单元二曲柄连杆机构构造与维修一、概述（一）曲柄连杆机构的功用与组成1、功用：将燃气作用在活塞顶上的压力转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。（P21）2、组成：机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。1）机体组：气缸盖、气缸垫、气缸套、气缸体、上下曲轴箱。第26页/共81页曲柄连杆机构的组成第27页/共81页曲柄连杆机构的组成2）活塞连杆组：活塞、活塞环、活塞销、连杆等。3）曲轴飞轮组：曲轴、飞轮等。（二）工作条件1、高温：最高温度在2800K。2、高压：最高压力5—10MPa。3、高速：发动机最高转速：4000—6000r/min。（n＝6000r/min时，活塞1S要完成200个行程）4、受力复杂：气体压力、惯性力、摩擦力等。第28页/共81页二、机体组的结构与工作原理（一）气缸体与曲轴箱1、基本结构与功用第29页/共81页2、气缸体的常用材料：灰铸铁、铝合金。3、上曲轴箱的基本结构形式气缸体与曲轴箱a）平分式b）龙门式c）隧道式第30页/共81页1）平分式特点：主轴承座孔中心线位于曲轴箱分开面上，结构简单，刚度小，密封性差，多用于中小型发动机，如BJ492Q。2）龙门式特点：主轴承座孔中心线高于曲轴箱分开面，结构较复杂，刚度大，密封性好，多用于大中型发动机。如EQ6100—13）隧道式特点：刚度最大，主轴承同轴度好，拆装困难，多用于大型柴油机。如6135Q、8V120柴油机。上曲轴箱的基本结构形式第31页/共81页4）下曲轴箱（油底壳，常用薄钢板冲压而成）1－衬垫2－稳油挡板3－放油塞第32页/共81页4、气缸与气缸套1）多缸发动机气缸排列形式直列式：多用于六缸以下的发动机。V型：多用于六缸以上发动机。对置式:应用较少。

第33页/共81页2）气缸套提问：你认为有必要镶气缸套吗？为什么？使用气缸套的目的：延长缸体的使用寿命，降低成本。常用材料：合金铸铁或合金钢。第34页/共81页形式：湿式气缸套，干式气缸套。气缸套提问：仔细观察上图，你能说出两种缸套各有什么特点吗？干式气缸套的特点：

不易漏水、漏气，刚体刚度大，修理更换不便，散热较差。装配后缸套上平面与缸体上平面平齐。湿式气缸套的特点：

散热好，便于修理更换，易漏水、漏气，易产生穴蚀，缸体刚度差。装配后缸套上平面高出缸体上平面0.05—0.15mm。第35页/共81页5、气缸盖与气缸垫功用：封闭气缸构成燃烧室。常用材料：灰铸铁、铝合金。结构特点：（对照实物）1）气缸盖汽缸盖上有：冷却水套、进排气门座及气门导管孔、火花塞（喷油器）孔。第36页/共81页汽油机常见燃烧室类型：盆形、楔形、半球形。气缸盖与气缸垫第37页/共81页各种燃烧室的特点（P28）汽油机常见燃烧室半球形燃烧室：

气门尺寸大，换气好；火花塞位于燃烧室中部，燃烧迅速；无挤气间隙，低速性能差；配气机构复杂。楔形燃烧室：

气门斜置，导流好，充气效率高；有挤气涡流，燃烧好。盆形燃烧室：

气门尺寸小，换气差；有挤气涡流；燃烧速度较慢。第38页/共81页2）气缸垫作用：密封缸体与缸盖之间的结合面，防止漏气、漏水。形式：金属——石棉气缸垫，金属骨架——石棉垫，纯金属气缸垫。（国外开始使用耐热密封胶）（气缸垫安装时应注意卷边的朝向，原则是朝向易修整的接触面或硬平面）第39页/共81页6、发动机的支撑采用弹性支撑（三点、四点）第40页/共81页三、机体的检修（一）气缸体与气缸盖的常见损伤及检修常见损伤：裂纹、变形和磨损1、裂纹部位及原因：气缸体的薄弱部位，气缸盖的进、排气门座之间的过梁处。因薄厚不均，冷热不均，振动，镶缸套时过盈量大，螺栓紧固力矩过大。气缸盖进、排气门座之间的过梁处，因镶气门座或气门导管时过盈量大。危害：漏气、漏水。检查：通过水压试验，压力0.3—0.4MPa，保持5min不渗漏。修理：更换。第41页/共81页2、变形原因：高温时拆卸气缸盖，紧固顺序、力矩不符合要求。危害：在缸体、缸盖结合面处漏气、漏水；造成曲轴弯曲。检查：用直尺、厚薄规检查。技术要求（P31）修理：局部不平可铲修、磨修；变形较大时，可利用磨床进行磨削。气缸体与气缸盖的常见损伤及检修第42页/共81页对缸盖进行磨削加工后应测量燃烧室容积。想一想：你知道为什么要测量燃烧室容积吗？测量要点：

清除积炭和污垢，将火花塞和进、排气门按规定装配好，并保证不泄漏；将量杯中80％煤油和20％机油的混合油注入燃烧室。要求：

所测容积不小于公称容积的5％，各燃烧室容积的公差为公称容积的1—2％。气缸体与气缸盖的常见损伤及检修第43页/共81页3、磨损1）气缸磨损的特点及原因（1）气缸磨损的特点（不均匀磨损）；沿轴向磨成上大下小的不规则的锥形，最大磨损部位出现在活塞处于上止点时，第一到活塞环所对应的缸壁处。（缸肩）原因：侧压力，空气脏，润滑差。（2）沿径向磨成不规则的椭圆形，椭圆的长轴在前后或左右方向。原因：侧压力，曲轴前、后窜动（轴向间隙大）。（3）沿轴向磨成两头小、中间大的“腰鼓形”。原因：润滑油脏。气缸体与气缸盖的常见损伤及检修第44页/共81页2）气缸磨损的测量量具：量缸表。（对照实物）测量要点：（实物）（1）选择合适接杆并装在量缸表的下端；（2）校正量缸表尺寸；（3）测量（在上、中、下三个位置、每个位置垂直测量两个尺寸。上位置在最大磨损处，下位置在距气缸下边缘10—20mm处）；第45页/共81页（4）计算圆度和圆柱度误差；圆度误差是指同一横截面最大直径与最小直径差值的一半；圆柱度误差是指任意横截面最大直径与最小直径差值的一半。技术标准圆度公差：汽油机为0.05mm，柴油机为0.065mm；圆柱度公差：汽油机为0.20mm，柴油机为0.25mm。超出公差要求应进行镗缸修理。3）气缸的修理方法：修理尺寸法，镶套修复法。（1）修理尺寸法：对气缸进行机械加工，通过尺寸的改变来恢复气缸的几何形状和配合性质的方法。设备：镗缸机（固定式、移动式）（2）镶套修复法（可一次恢复原始尺寸）第46页/共81页（二）气缸盖的拆装要求1、在冷态下拆装，不能碰擦平面；2、缸盖螺栓紧固顺序：从中间向两端对称拧紧；3、按规定力矩分2—3次紧固，铸铁缸盖应在热态下再紧固一次。第47页/共81页四、活塞连杆组的构造与工作原理第48页/共81页活塞连杆组的构造与工作原理（一）活塞1、功用、工作条件及材料1）功用：

封闭气缸和气缸盖、气缸壁共同构成燃烧室，承受气体压力并通过活塞销和连杆传给曲轴。2）工作条件：

高温、冲击性高压及交变载荷。3）常用材料：

铝合金、铸铁。第49页/共81页2、活塞的结构（结合实物）第50页/共81页1）活塞顶部作用：承受气体压力并构成燃烧室。形式：平顶、凸顶、凹顶、成型顶。活塞的结构平顶活塞多用于汽油机，凹顶、成型顶活塞多于柴油机。第51页/共81页2）活塞头部（环槽部）作用：安装活塞环。3）活塞裙部作用：引导活塞运动，承受侧压力。4）活塞销座作用：安装活塞销。（为限制活塞销的轴向窜动，大部分活塞在销座孔内接近外端面处车有卡环槽，用以装卡环）活塞的结构第52页/共81页3、活塞的变形及相应的结构措施1）活塞的变形及原因（1）活塞的热膨胀量大于气缸的的膨胀量；原因：活塞的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；原因：温度上高下低且活塞的壁厚上厚下薄。（3）裙部圆周方向向近似椭圆形变化，长轴沿销座孔轴线方向。原因：销座处金属量多，膨胀量大；侧压力使裙部产生挤压变形。第53页/共81页侧压力作功冲程压缩冲程第54页/共81页侧压力第55页/共81页2）结构措施（1）活塞头部直径上小下大，且头部直径小于裙部。（2）活塞裙部呈上小下大的截锥形。第56页/共81页（3）活塞裙部沿圆周近似呈椭圆形，椭圆的长轴在垂直于活塞销座的轴线方向。结构措施第57页/共81页(4)活塞裙部沿销座外端面在铸造时凹陷0.5—1mm。或深陷为特殊形销座。结构措施第58页/共81页（5）裙部开膨胀槽和绝热槽

膨胀槽的作用：

使裙部具有弹性，并减小裙部受热时的外涨尺寸。绝热槽的作用：

避免过多的热量从头部传到裙部。结构措施第59页/共81页（6）双金属活塞例：恒范钢片式活塞恒范钢是含镍33％——36％的低碳钢，它的膨胀系数仅是铝合金的十分之一左右，活塞销座通过恒范钢片与裙部相连。4、其它结构1）控温结构（如：Passat2L发动机喷油冷却）结构措施喷嘴第60页/共81页2）活塞裙部表面处理其它结构镀锡（充当润滑膜、防止拉毛）；涂石墨（加快磨合、不熔接）；表面粗糙化（改善润滑、加快磨合）。第61页/共81页3）偏置销座（将销座向承受作功侧压力一侧偏移1—2mm）作用：减小活塞换向时的冲击。其它结构第62页/共81页（二）活塞环（气环、油环）1、功用、工作条件及材料1）功用气环的功用：封气、传热。油环的功用：刮油、布油。2）工作条件：高温、高压、高速、润滑困难。3）常用材料：优质灰铸铁、球墨铸铁或合金铸铁，弹簧钢片（组合油环）。活塞环表面进行多孔镀铬或喷钼，以增加耐磨性。第63页/共81页2、活塞环的间隙活塞环（气环、油环）1）端隙：

活塞环装入气缸后开口处的间隙。水冷式发动机一般在0.25—0.50mm。提问：端隙过大、过小会有什么不良影响？端隙的合理摆放：迷宫式（三道环、四道环）。第64页/共81页活塞环的间隙2）侧隙（边隙）：环高方向与环槽之间的间隙。第一道环一般为0.04—0.1mm，其它气环一般为0.03—0.07mm，油环一般为0.025—0.07mm。3）背隙：活塞及活塞环装入气缸后，活塞环背面与环槽底部间的间隙。一般为0.5—1.0mm。为了测量方便，维修中以环的厚度与环槽的深度差来表示背隙，此数值比实际背隙要小。第65页/共81页3、气环1）气环的密封原理提问：你认为气环漏气有几条通道？分别在哪儿？第一密封面第二密封面（1）第一密封面的建立：活塞环的自身弹力（活塞环自由直径大于缸径），背压力（2）第二密封面的建立：侧压力、活塞环的惯性力及环与缸壁之间摩擦力的代数和。第66页/共81页2）活塞环的泵油作用及危害（1）泵油作用：由于存在侧隙和背隙，当活塞上下运动时，使活塞环在环槽中作有规律的上下移动，将飞溅到气缸壁上的润滑油一步步地泵入燃烧室。（2）危害：机油消耗量大，可能使火花塞无法跳火，使燃烧室内和环槽内形成积碳。第67页/共81页3）气环的断面形状（1）矩形环：结构简单、散热好、泵油。（2）锥形环：有利于密封和磨合，有布油作用，传热差，有安装方向要求。（安装记号：“TOP”）（3）梯形环：工作中侧隙和背隙不断变化，可避免环被粘在环槽中，用于热负荷较大的柴油机的第一道环。第68页/共81页气环的断面形状

（4）桶面环：上下行都可以形成楔形油膜，避免了棱角负荷，密封好。（5）扭曲环：可减小泵油作用，能刮油、布油。扭曲原理：活塞环装入气缸后，拉、压应力的合力不在同一平面内，从而形成力偶，使环发生微量扭曲变形。第69页/共81页扭曲环的安装要求：内上、外下。内上：在内侧倒角的环，安装时，被倒角的一侧要朝上。外下：在外侧倒角的环，安装时，被倒角的一侧要朝下。（6）扭曲锥形环（反扭环）：可克服正扭曲环下边由于存在积碳而漏气的缺点。气环的断面形状第70页/共81页4、油环1）整体式：外圆上切有环形槽，槽底开有回油小孔或窄槽。2）组合式：刮油作用好，质量小，对气缸的适应性好。第