《汽车发动机构造与维修》-项目一

任务１-１检测发动机的汽缸压力一、发动机的基本结构１.发动机的组成发动机是由多个机构和系统组成的结构复杂的机器，它的结构形式有很多，即使是同一类型的发动机，其具体构造也是千差万别的。但是，为完成发动机工作循环所需要的基本构造则是大体相同的(图１-１)。各类发动机都是由曲柄连杆机构、配气机构、润滑系统、冷却系统、燃油系统、进排气系统及排污净化装置和起动系统等组成。此外，汽油机还包括点火系统。(１)曲柄连杆机构下一页返回任务１-１检测发动机的汽缸压力曲柄连杆机构主要由汽缸体、汽缸盖、活塞、连杆总成、曲轴、飞轮和油底壳等组成，是发动机的能量和运动转换机构。作用:在做功行程，它把燃气推动活塞做功的直线运动转变成曲轴的旋转运动，向外输出转矩；在进气、压缩和排气三个行程，它把曲轴的旋转运动转变成活塞的直线往复运动，以完成做功的准备工作。(２)配气机构配气机构主要由进气门、排气门、摇臂机构、推杆、挺柱、凸轮轴及其传动装置等组成。作用:使新鲜气体适时充入汽缸并及时从汽缸排出废气。上一页下一页返回任务１-１检测发动机的汽缸压力(３)润滑系润滑系主要由机油泵、集滤器、限压阀、油道、机油粗滤器、机油细滤器及机油散热器等组成。作用:润滑摩擦件，减小摩擦力和机件的磨损，以及冷却摩擦零件和清洗摩擦表面。(４)冷却系冷却系主要由水泵、风扇、节温器、水套、散热器等组成。作用:冷却受热机件，保持发动机在正常工作温度下工作。(５)进、排气系统及排污净化装置１)进气系统主要由空气滤清器与进气导流管和进气歧管组成。上一页下一页返回任务１-１检测发动机的汽缸压力作用:在进气行程将可燃混合气或洁净的空气导入汽缸。２)排气系统主要由排气歧管、排气管、消声器等组成。作用:在排气行程将燃烧完的气体导出并消减其噪声。３)排污净化装置主要由催化转换器(氧化催化转换器、三元催化转换器)、二次空气喷射装置、柴油机微粒过滤器、排气再循环(ＥＧＲ)装置、恒温进气系统、强制式曲轴箱通风装置和汽油蒸发控制装置等组成。作用:减少汽车污染物向大气中的排放量。(６)起动系上一页下一页返回任务１-１检测发动机的汽缸压力起动系由起动机、起动继电器、起动开关及蓄电池等组成。作用:使发动机达到混合气燃烧做功所需要的转速，从而使发动机从静止状态过渡到稳定运转状态(即怠速)。(７)燃油系统１)电控汽油机燃油系统主要由油箱、电动汽油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器和喷油器等组成。化油器式汽油机燃油系统主要由油箱、汽油泵、燃油滤清器和化油器等组成。作用:向汽缸内提供一定浓度和数量的可燃混合气。２)柴油机燃油系统主要由油箱、燃油滤清器、输油泵、喷油泵、调速器、喷油提前器和喷油器等组成。上一页下一页返回任务１-１检测发动机的汽缸压力电控柴油机共轨燃油喷射系统主要由输油泵、高压供油泵、油轨、喷油阀以及燃油压力传感器和限压阀等组成。作用:向汽缸内定时、定量、定压地喷射雾化良好的柴油。(８)汽油机点火系汽油机点火系主要由电源、点火线圈、分电器和火花塞等组成。作用:使火花塞适时、可靠地产生电火花，点燃汽缸内的可燃混合气。２.汽车发动机的类型现代汽车所用的发动机，除个别转子式发动机外，绝大多数是往复活塞式内燃机。上一页下一页返回任务１-１检测发动机的汽缸压力其分类如下:按完成一个工作循环活塞的往复次数不同，分为四行程与二行程发动机；按冷却方式不同，分为水冷式与风冷式发动机；按汽缸数不同，分为单缸与多缸发动机(其中多缸发动机又可按汽缸的排列形式分为直列、Ｖ形和对置式发动机)；按所用燃料不同，分为汽油机和柴油机(其中又分为电控汽油机和柴油机；普通汽油机和柴油机)；按进气是否增压，分为增压式与非增压式发动机。现代汽车大多采用四行程、多缸(直列或Ｖ形)、水冷式汽油机或柴油机。二、发动机的工作原理１.单缸四行程汽油机的工作原理上一页下一页返回任务１-１检测发动机的汽缸压力四行程汽油机的活塞每运动四个行程，完成一个工作循环，这四个行程依次称为:进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程，如图１-２所示。(１)进气行程活塞在曲轴带动下从上向下运动，此时进气门开启，排气门关闭。活塞上方汽缸容积不断增大，而使气压不断降低形成一定的真空度。这样，空气便经过由滤清器与喷油器供给的汽油形成可燃混合气，通过进气门被吸入汽缸。(２)压缩行程上一页下一页返回任务１-１检测发动机的汽缸压力进气行程结束后，活塞继续在曲轴带动下从下向上运动，此时进气门、排气门均关闭，由于活塞上方汽缸容积逐渐减小，进入汽缸的可燃混合气被压缩(最终可燃混合气都被压缩到燃烧室中)，使缸内可燃混合气温度和压力不断升高，并使混合气进一步均匀混合，此时汽缸内的压力即为需要测量的汽缸压力。(３)做功行程当活塞运动到接近压缩行程终了时，火花塞产生电火花点燃可燃混合气，并迅速燃烧，由于此时进气门、排气门均处于关闭状态，使缸内气体的温度、压力急剧升高，气体膨胀。上一页下一页返回任务１-１检测发动机的汽缸压力从而推动活塞从上向下运动，并通过连杆使曲轴旋转并输出机械能。(４)排气行程做功行程将近终了时，排气门开启，进气门仍然处于关闭状态，活塞在曲轴带动下从下向上运动，废气在自身残余压力(高于大气压)和活塞推力的挤压下，从汽缸内经排气门被排出汽缸。排气行程结束后，进气门再次开启，又开始下一个工作循环。如此周而复始，维持发动机的连续运转。发动机工作时，需要连续不断地进行循环，在每个循环中都是依次完成进气、压缩、做功、排气四个行程。上一页下一页返回任务１-１检测发动机的汽缸压力如图１-２的弧形箭头所示，从汽车发动机曲轴的前端看，活塞在上、下止点间每移动一个行程，曲轴转过１８０°。四行程发动机每完成一个工作循环，活塞移动四个行程，曲轴转过两周(７２０°)。其中在进气和做功行程中，活塞都是从上向下运动；在压缩和排气行程中，活塞都是从下向上运动。２.单缸四行程柴油机的工作原理如图１-３所示，与汽油机一样，四行程柴油机的每个工作循环也是由进气、压缩、做功和排气四个行程组成的。但由于柴油和汽油使用性能的不同，柴油机在可燃混合气的形成方式、着火方式等方面与汽油机有着较大的区别。不同之处如下:上一页下一页返回任务１-１检测发动机的汽缸压力(１)进气行程柴油机进入汽缸的是纯空气，而不是可燃混合气。(２)压缩行程柴油机压缩的是进气行程进入汽缸内的纯空气。由于柴油机压缩比高，压缩终了时缸内气体的温度和压力均高于汽油机。(３)做功行程柴油机的做功行程与汽油机的做功行程有很大区别。在压缩行程接近终了时，喷油泵泵出的高压柴油(１０ＭＰａ以上)经喷油器呈雾状喷入汽缸内的高温空气中，柴油迅速吸热、蒸发、扩散并与空气混合形成可燃混合气。上一页下一页返回任务１-１检测发动机的汽缸压力(４)排气行程与汽油机的排气行程基本相同。柴油机与汽油机相比，压缩比高，燃油消耗率低，故燃油经济性较好，环保性也较好，且柴油机没有电气和点火系统的故障，但柴油机转速低、质量大、制造和维修费用高，柴油机的这些缺点逐渐得到克服，其应用越来越广，目前部分轿车也采用柴油机。３.多缸四行程发动机的工作原理在四行程发动机工作循环的四个行程中，只有一个行程是做功的，其余三个行程是做功的准备行程。上一页下一页返回任务１-１检测发动机的汽缸压力因此现代汽车基本不用单缸机，用得最多的是四缸、六缸和八缸发动机。显然，曲轴的转速在做功行程时，比其他三个行程时要大，因此，曲轴转速时快时慢，发动机运转很不平稳。为此，通常采用多缸发动机来解决这个问题，例如，四缸发动机，曲轴每转两周，各缸都完成了一个工作循环。它在曲轴转动过程中总有一个汽缸在做功推动曲轴转动，从而使曲轴转速变得比较均匀。因此现代汽车基本不用单缸机，用得最多的是四缸、六缸和八缸发动机。上一页返回任务１-２评价发动机的工作性能一、发动机的技术术语１.发动机的工作循环发动机的工作过程是一个周期性地将燃料燃烧的热能转变为机械能的过程。发动机每一次将热能转变为机械能都必须经过进气、压缩、做功、排气四个连续的过程，每进行一次这样的工作过程就称为一个工作循环(周期)。２.四行程发动机与二行程发动机曲轴旋转两周，活塞往复四个行程才能完成一个工作循环的，称为四行程发动机。曲轴旋转一周，活塞往复两个行程即完成一个工作循环的，称为二行程发动机。下一页返回任务１-２评价发动机的工作性能３.上止点活塞离曲轴回转中心最远处称为上止点，如图１-６所示。４.下止点活塞离曲轴回转中心最近处称为下止点。５.活塞行程上、下止点间的距离称为活塞行程，用Ｓ表示，单位为ｍｍ。６.曲柄半径曲轴连杆轴颈的中心至曲轴主轴颈中心的距离称为曲柄半径，用Ｒ表示，Ｓ＝２Ｒ。上一页下一页返回任务１-２评价发动机的工作性能７.汽缸工作容积上、下止点间汽缸的容积称为汽缸工作容积或汽缸排量，用Ｖｈ表示。８.发动机排量多缸发动机各缸工作容积之和称为发动机排量或发动机工作容积，用ＶＬ表示。若发动机的汽缸数为ｉ，则９.燃烧室容积上一页下一页返回任务１-２评价发动机的工作性能当活塞位于上止点时，活塞顶上方的空间容积称为燃烧室容积，用Ｖｃ表示。１０.汽缸总容积当活塞位于下止点时，活塞顶上方的空间容积称为汽缸总容积，用Ｖａ表示。１１.压缩比汽缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。压缩比表示活塞由下止点运动到上止点时，汽缸内气体被压缩的程度，用ε表示。上一页下一页返回任务１-２评价发动机的工作性能压缩比ε越大，则压缩终了时汽缸内气体的压力和温度就越高。汽油机压缩比一般为６~９(有的轿车为９~１１)，柴油机压缩比一般为１６~２２。二、发动机的主要性能指标发动机的主要性能指标包括动力性指标(有效转矩、有效功率及发动机转速)、经济性指标(有效燃油消耗率)以及用来评价发动机排气品质和噪声水平的环境指标等。１.有效转矩发动机曲轴对外输出的转矩称为有效转矩，用Ｍｅ表示，单位为Ｎ·ｍ。上一页下一页返回任务１-２评价发动机的工作性能２.有效功率发动机曲轴对外输出的功率称为有效功率，用Ｐｅ表示，单位为ｋＷ。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。有效转矩Ｍｅ和曲轴转速ｎ可用测功器与转速计测定，然后用以下公式计算出发动机有效功率:３.发动机转速发动机曲轴每分钟的转数称为发动机转速，用ｎ表示，单位为ｒ/ｍｉｎ。上一页下一页返回任务１-２评价发动机的工作性能从上式可以看出，在发动机的有效转矩Ｍｅ不变时，转速ｎ越高(单位时间内做功次数越多)，有效功率Ｐｅ越大，反之则小，即发动机的有效功率随转速的不同而改变。因此，在说明发动机有效功率的大小时，必须同时指明其相应的转速，发动机所能输出的最大有效转矩及其相应的转速是评价发动机动力性的一个指标。４.有效燃油消耗率发动机每输出１ｋＷ·ｈ的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率或耗油率(有效燃油消耗率越低，经济性越好)，用ｇｅ表示，