汽车发动机构造与检修 课件 单元一 汽车发动机基本知识

2024/8/2汽车发动机构造与检修

全国交通运输职业教育高职汽车运用与维修技术专业规划教材2024/8/2发动机配气机构构造与检修汽油发动机燃料供给系统构造与检修发动机润滑系统构造与检修发动机冷却系统构造与检修单元三单元四单元五单元六单元七单元八单元九发动机排放控制系统构造与检修

发动机拆装与维护

发动机综合故障诊断与排除单元二发动机曲柄连杆机构构造与检修单元十柴油发动机单元一汽车发动机基本知识

单元一

汽车发动机基本知识学习任务1发动机概述学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性思考与练习学习任务1发动机概述学习目标☞知识目标1．能正确描述发动机的定义；2．能正确叙述发动机的分类；3．能正确描述发动机的基本结构及其作用。☞技能目标能在汽油发动机上正确找出两大机构、五大系统的部件。建议课时2～3课时。学习任务1发动机概述一、理论知识准备发动机是一种能够把其他形式的能转化为机械能的机器，包括内燃机、外燃机（蒸汽机等）、电动机等。内燃机是燃料在机器内部燃烧，首先将化学能转变成热能，进而将热能再转化为机械能的发动机。目前汽车上应用最广泛的是往复活塞式内燃机。学习任务1发动机概述1．发动机分类发动机通常可按下列特征分类：（1）按照燃料分类：汽油发动机、柴油发动机、生物燃料发动机等。（2）按照点火方式分类：点燃式发动机、压燃式发动机。（3）按照冷却方式分类：水冷发动机、风冷发动机。

（4）按照缸数分类：单缸发动机、多缸发动机。（5）按照排列方式：直列式、V形、对置式。（6）按照行程分类：四冲程发动机、二冲程发动机。学习任务1发动机概述2．发动机总体结构汽油机和柴油机总体结构略有区别。汽油机一般由两大机构和五大系统组成，即曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统，而柴油机则缺少了点火系统。发动机总体结构如图1-1所示。学习任务1发动机概述图1-1发动机总体结构学习任务1发动机概述1）曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。曲柄连杆机构主要由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。2）配气机构配气机构是按照发动机每一汽缸内所进行的工作循环和点火顺序的要求，定时开启和关闭各汽缸的进、排气门，使新鲜的可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及时进入汽缸，废气得以及时从汽缸排出，在压缩与做功行程中，关闭气门保证燃烧室的密封。配气机构大多采用顶置式气门配气机构，主要包括气门组和气门传动组两部分。学习任务1发动机概述3）燃料供给系统汽油机燃料供给系统是根据发动机各种不同工况的要求，配制出一定数量和浓度的可燃混合气，供入汽缸，使之在临近压缩终了时点火燃烧而膨胀做功。汽油发动机燃料供给系统由空气供给系统、燃油喷射系统和电子控制系统组成。4）润滑系统发动机工作时，各运动零件均以一定的力作用在另一个零件上，很多传动零件都是在很小的间隙下做高速相对运动，有了相对运动，零件表面必然要产生摩擦，加速磨损。因此，为了减轻磨损，减小摩擦阻力，延长使用寿命，发动机上都必须有润滑系统。润滑系统主要包括机油泵、集滤器、限压阀、润滑油道、机油滤清器、油底壳等部件。学习任务1发动机概述5）冷却系统发动机工作过程中产生的热量会使发动机的温度越来越高，如果不及时疏散热量，将导致发动机无法工作。冷却系统主要利用液体循环将发动机多余的热量带走并散发掉，确保发动机的工作温度正常。冷却系统主要由发动机缸体水套、水泵、节温器、散热器、冷却风扇、储液罐以及水管等组成。6）点火系统点火系统的功用是在不同的工作情况下产生足够的高压电火花，点燃汽缸内的可燃混合气，保证发动机的正常运转。电子控制点火系统一般由低压电源、发动机控制模块（或点火控制模块）、点火线圈、火花塞、传感器等部件组成。学习任务1发动机概述7）起动系统因发动机不能自行由静止转入工作状态，必须用外力转动曲轴，直到曲轴达到发动机开始燃烧所必需的转速，保证混合气的形成、压缩和点火能够顺利进行。发动机由静止转入工作状态的全过程，称为发动机的起动过程。发动机起动系统主要由蓄电池、起动机和起动控制电路等组成，起动控制电路包括点火开关、起动继电器、线束连接器以及导线等。学习任务1发动机概述二、任务实施———发动机总体结构认知1．准备工作（1）将发动机台架摆放在实训区域，确保人员和设备的安全。（2）检查实训室通风系统设备工作是否正常。（3）准备汽油发动机台架1台、柴油发动机台架1台、V形发动机台架1台。学习任务1发动机概述2．操作步骤（1）将学生分成3个实训小组，每组确定一名组长。（2）在实训指导老师的同意下，按照工作单的引导，完成发动机总体结构的认知。（3）观察实训发动机，本次实训所用的发动机型号是___________。（4）观察发动机，认识发动机外围各部件，说出其名称并记录。本次实训所用发动机外围主要的附件有_______________________________________________________________________________________________。学习任务1发动机概述（5）分组讨论发动机的总体结构，做好记录并向指导老师汇报。两大机构是：________________________________________________。五大系统是：________________________________________________。（6）完成实训任务后，对工作过程进行自我评价，提交实训工作单，接受指导老师的技能考核。（7）整理清洁工作场所，把发动机台架放回原处并确保安全。学习任务1发动机概述三、评价与反馈1．自我评价（1）通过本学习任务的学习你是否已经知道以下问题：①发动机通常按哪些特征分类?②发动机总体结构主要有哪些?（2）发动机总体结构认知过程中用到了哪些发动机?（3）实训过程完成情况如何?（4）通过本学习任务的学习，你认为自己的知识和技能还有哪些欠缺?

签名：______________年____月____日学习任务1发动机概述学习任务1发动机概述四、技能考核标准（表1-2）学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理学习目标☞知识目标1．能正确描述发动机的基本术语；2．能正确叙述发动机的基本工作原理。☞技能目标1．能正确测量发动机活塞的行程；2．能正确计算发动机的工作容积和压缩比。建议课时1～2课时。学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理一、理论知识准备1．发动机基本术语1）上止点、下止点活塞顶部离曲轴回转中心最远处为上止点，活塞顶部离曲轴回转中心最近处为下止点，如图1-2所示。图1-2发动机常用术语示意图学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理2）活塞行程活塞行程是指活塞上、下止点间的距离，如图1-2所示。曲轴每旋转一周，活塞移动两个行程。3）汽缸工作容积汽缸工作容积是指活塞在运动过程中从上止点到下止点间所扫过的容积，如图1-2所示。4）燃烧室容积燃烧室容积是指活塞位于上止点时，其顶部与汽缸盖之间的容积如图1-2所示。5）汽缸总容积汽缸总容积是指活塞位于下止点时，其顶部上方整个空间的容积，如图1-2所示。它等于汽缸工作容积与燃烧室容积之和。学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理6）发动机工作容积发动机工作容积是指发动机各缸工作容积的总和，即汽缸工作容积乘以缸数，也称发动机排量。7）工作循环在汽缸内进行的每一次将燃料燃烧所释放出的热能转化为机械能的一系列过程（包括进气、压缩、做功和排气），称为发动机的工作循环。四冲程发动机中，每完成一个行程，曲轴旋转180°，每完成一个工作循环，曲轴旋转720°。学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理8）压缩比汽缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。压缩比的大小表示汽缸内气体被压缩的程度，压缩比越大，压缩终了时汽缸内气体的压力和温度越高。9）空燃比可燃混合气中空气质量与燃油质量之比称为空燃比，用A/F（A：air———空气，F：fuel———燃料）表示。从理论上说，每克燃料完全燃烧所需的最少的空气克数，称为理论空燃比。汽油发动机理论空燃比为14.7。学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理2．汽油发动机工作原理四冲程汽油发动机工作过程依次为进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程，如图1-3所示。1）进气行程进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方的汽缸容积增大，产生一定真空度，在真空吸力作用下，通过汽油喷射装置雾化的汽油，与空气混合形成可燃混合气，由进气道和进气门吸入汽缸内。进气过程一直延续到活塞过了下止点进气门关闭为止。2）压缩行程进排气门全部关闭，活塞从下止点开始向上止点运动，压缩缸内可燃混合气，混合气温度升高，压力上升。活塞临近上止点前，可燃混合气压力上升到0.6～1.2MPa，温度可达330～430℃。学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理图1-3四冲程发动机工作过程学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理3）做功行程在压缩行程接近上止点时，装在汽缸盖上方的火花塞产生电火花，点燃所压缩的可燃混合气。可燃混合气燃烧后放出大量的热量，缸内燃气压力和温度迅速上升，最高燃烧压力可达3～6MPa，最高燃烧温度可达2200～2500℃。高温高压燃气推动活塞快速向下止点移动，通过曲柄连杆机构对外做功。4）排气行程排气门开启，进气门依然关闭，活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运行。废气在汽缸内部压力和活塞的驱赶作用下从排气门被强制排出汽缸。至活塞运行到上止点时，排气门关闭，排气行程结束。排气行程结束后，进气门再次开启，发动机又开始下一个工作循环。如此周而复始，发动机就自行运转起来。学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理二、任务实施———发动机活塞行程的测量1．准备工作（1）将发动机摆放在实训区域，确保人员和设备的安全。（2）检查实训室通风系统设备工作是否正常。（3）准备汽油发动机台架1台、发动机检修工作台1台、游标卡尺1个、扭力扳手1把、常用工具1套。（4）与实训用发动机配套的维修手册1本（纸质或电子版及电脑终端）。学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理2．操作步骤（1）将工具分类摆放，观察并认识工具，记录本次实训所领用的主要工具。（2）查阅维修手册，按照维修手册的指导拆卸发动机相关附件。（3）查阅维修手册，按照维修手册的指导拆卸发动机汽缸盖罩和汽缸盖。（4）通过转动曲轴，把活塞摇转到上止点，记录上止点的位置。（5）通过转动曲轴，把活塞摇转到下止点，用游标卡尺测量上止点和下止点间的距离。（6）完成实训任务后，对工作过程进行自我评价，提交实训工作单，接受指导老师的技能考核。（7）整理并清洁工作场所，清点和收拾借出的工具、设备和资料，交回实训室。学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理三、评价与反馈1．自我评价（1）通过本学习任务的学习你是否已经知道以下问题：①如何确定发动机上止点、下止点的位置?②如何测量发动机的活塞行程?（2）发动机活塞行程测量过程中用到了哪些设备和工具?（3）实训过程完成情况如何?（4）通过本学习任务的学习，你认为自己的知识和技能还有哪些欠缺?签名：______________年____月____日学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理学习任务2汽油发动机基本术语和工作原理四、技能考核标准（表1-4）学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性学习目标☞知识目标1．能正确描述发动机主要性能指标；2．能简单叙述发动机万有特性。☞技能目标1．能根据发动机外特性和负荷特性曲线图对发动机的性能进行正确分析；2．能根据发动机万有特性曲线图对发动机燃油经济性进行正确分析。建议课时1课时。学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性一、理论知识准备1．发动机主要性能指标发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点，并作为评价各类发动机性能优劣的依据。发动机的性能指标主要有动力性指标、经济性指标、环境指标、可靠性指标和耐久性指标。1）动力性指标动力性指标是表征发动机做功能力大小的指标，一般用发动机的有效功率、有效转矩作为评价指标。（1）有效功率。发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率，用Pe表示，单位为kW。它等于发动机的有效转矩与曲轴角速度的乘积。有效功率可以利用测功机在发动机试验台架上测出。学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性（2）有效转矩。发动机对外输出的转矩称为有效转矩，用Me表示，单位一般是N·m。Me和Pe之间有如下关系：式中：n———发动机转速，r/min。学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性2）经济性指标发动机经济性指标一般用有效燃油消耗率表示。发动机每输出1kW·h的有效功所消耗的燃油量（以g为单位）称为有效燃油消耗率，用ge表示。ge可用下式计算：式中：GT———发动机工作时每小时耗油量，kg/h（可由试验确定）。学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性3）环境指标环境指标主要指发动机排放性能和噪声水平。（1）发动机排放性能。排放指标主要是指从发动机油箱、曲轴箱排出的气体和从汽缸排出的废气中所含的有害排放物的量。汽车排放的主要污染物有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、二氧化碳（CO2）和微粒物（PM），如图1-4所示。图1-4发动机的污染源及其污染物学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性这些有害气体产生的原因各异，CO是燃油氧化不完全的中间产物，当氧气不充足时会产生CO，混合气浓度大及混合气不均匀都会使排气中的CO增加。HC是燃料中未燃烧的物质，由于混合气不均匀、燃烧室壁冷等原因造成部分燃油未来得及燃烧就被排放出去。NOx是燃料（汽油）在燃烧过程中高温产生的一种物质。PM也是燃油燃烧时缺氧产生的一种物质。（2）发动机噪声。发动机噪声是发动机工作时产生的声强很大的声音，直接从发动机机体及其主要附件向空间传出的声音，都属于发动机噪声。发动机噪声随机型、转速、负荷及运行情况等的不同而有差异。发动机噪声主要来源于燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声。燃烧噪声是由于汽缸内周期变化的气体压力的作用而产生的；机械噪声是由于运动件之间以及运动件与固定件之间周期性变化的机械运动而产生的，主要有活塞敲击噪声和气门机械噪声；空气动力噪声是由于气体扰动以及气体和其他物体相互作用而产生的噪声，包括进气噪声、排气噪声和风扇噪声。学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性4）可靠性指标和耐久性指标可靠性指标是表征发动机在规定的使用条件下，在规定的时间内，正常持续工作能力的指标。可靠性有多种评价方法，如首次故障行驶里程、平均故障间隔里程等。耐久性指标是指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性2．发动机特性发动机的主要性能指标（动力性能与经济性能等）随工况变化而变化的关系称发动机特性。其中与发动机有关的性能特性主要有发动机速度特性、负荷特性及万有特性等。将发动机功率、转矩与发动机曲轴转速之间的函数关系以曲线表示，此曲线称为发动机特性曲线。1）速度特性发动机速度特性是指发动机节气门开度、功率和转矩随转速变化的关系，包括外特性和部分速度特性，目的是研究发动机的动力性。速度特性是用实验方法在内燃机试验台上测定的。学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性（1）外特性。发动机外特性曲线是当发动机节气门开度为1%时测得的发动机输出功率（转矩）随转速变化的曲线。功率曲线和转矩曲线都呈现凸形曲线，但两者表现是不一样的。功率曲线在较低转速下数值很小，但随转速增加而迅速增长，转速增加到一定区间后，功率增长速度变缓，直至最大值后就会下降，尽管此时转速仍会继续增长，大众EA2111.6L自然吸气发动机外特性曲线如图1-5所示。图1-5EA211发动机外特性曲线学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性（2）部分速度特性。当汽油机节气门部分开启时所测得的速度特性称为部分速度特性。汽油机在全、中、小三种负荷时速度特性曲线如图1-6所示，其中be表示燃油消耗率，bi表示每小时消耗油量。图1-6汽油机部分速度特性曲线学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性2）负荷特性发动机负荷特性是指发动机的转速不变时，其性能指标随负荷的变化关系。发动机负荷特性曲线是指发动机在转速不变的情况下，其动力性能指标和经济性能指标的变化规律，即发动机每小时燃油消耗量及燃油消耗率等指标随发动机负荷而变化的关系曲线，汽油机部分负荷特性曲线如图1-7所示。图1-7汽油机部分负荷特性曲线学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性汽油机负荷特性曲线的特征，开始起动时ge最大，但随节气门逐渐开启负荷增大而ge减少直至最低点，此时节气门接近全开。继续开大节气门，ge又会开始上升，曲线呈现一条内凹抛物线。曲线的最小ge值越低越好，同时ge随负荷的变化越平缓，发动机在不同负荷下工作的经济性越好。从曲线的形状，可以分析出哪一个负荷区域是最经济的。学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性3）万有特性内燃机的速度特性和负荷特性都只能表达两个参数之间的关系，为了表示三个或者三个以上参数之间的关系，可以采用多参数特性，即万有特性。万有特性曲线是以转速为横坐标，以转矩或平均有效压力为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线，如图1-8所示。万有特性曲线实质上是所有负荷特性和速度特性曲线的合成。它可以表示发动机在整个工作范围内主要参数的变化关系，用它可以确定发动机最经济的工作区域，当然也可以确定某一排放污染物的最小值区域等。学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性图1-8发动机万有特性曲线学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性二、任务实施———发动机特性曲线的认知1．准备工作（1）准备某一款发动机的外特性和负荷特性曲线图。（2）准备某一款发动机万有特性曲线图。2．操作步骤（1）观察发动机的外特性曲线图，外特性曲线图是_______________。（2）观察发动机的外特性曲线图的功率曲线，最大功率对应的发动机转速是___________________________________________________________。学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性（3）观察发动机的外特性曲线图的转矩曲线，最大转矩对应的发动机转速是_________________________________。（4）观察发动机的负荷特性曲线图，负荷特性曲线图是___________。（5）观察发动机的万有特性曲线图，万有特性曲线图是___________。（6）观察发动机的万有特性曲线图，找出发动机最经济工作区域。（7）完成实训任务后，对工作过程进行自我评价，提交实训工作单，接受指导老师的技能考核。（8）整理并清洁工作场所，清点和收拾借出的资料，交回实训室。学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性三、评价与反馈1．自我评价（1）通过本学习任务的学习你是否已经知道以下问题：①发动机外特性曲线表示什么意思?②发动机负荷特性曲线表示什么意思?③发动机万有特性曲线表示什么意思?（2）通过发动机万有特性曲线如何确定发动机最经济的工作区域?（3）实训过程完成情况如何?（4）通过本学习任务的学习，你认为自己的知识和技能还有哪些欠缺?签名：______________年____月____日学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性学习任务3汽油发动机主要性能指标和特性四、技能考核标准（表1-6）思考与练习（一）选择题1．在四冲程发动机中，曲轴在整个进气行程中转过的角度是（

）。A．180°B．360°C．540°D．720°2．四冲程发动机每完成一个工作循环曲轴旋转的角度是（

）。A．180°B．360°C．540°D．720°3．进气门和排气门同时关闭的行程是（

）。A．进气行程B．压缩行程C．做功行程D．排气行程4．在四冲程发动机工作循环中，汽缸内压力最大的行程是（

）。A．进气行程B．压缩行程C．做功行程D．排气行程