《汽车发动机》-模块一 发动机的总体结构及基础知识

课题1.1发动机的工作原理大多数的汽车用的都是四冲程发动机。冲程指的是活塞由一端向另一端的运动，例如活塞从上端运动到下端就是一个冲程。当活塞从下端又回到上端则是另外一个冲程。在四冲程发动机里，一个工作循环是由四个冲程所组成的。任务1:汽油发动机工作原理内燃机必须首先吸入空气一燃油混合气，然后将之压缩，进而点燃它，最后排出废气。这些都是在活塞的四个冲程中完成的(图1-1)。循环的第一个过程叫做进气行程(图1-1(a))。在活塞由上止点(TDC)向下移动的过程中，进气门打开以便汽化的空气一燃油混合物能由大气压入汽缸。下一页返回课题1.1发动机的工作原理在活塞移动过程中，汽缸内形成一定的真空度(低压)。因为气体都是由高压向低压运动，所以空气和燃料的混合物就由进气门被压入汽缸。在活塞到达下止点(BDC)后，进气门关闭，进气行程结束。在活塞到达下止点之后关闭进气门可以增加进气量。即使活塞运动到了其行程的末端不能再产生真空，但由于混合气比纯空气重，所以还是有多余的混合气进入汽缸。另外，在活塞到达BDC后，气流的惯性也可以帮助增加进气。上一页下一页返回课题1.1发动机的工作原理当活塞开始返回TDC时，压缩行程就开始了(图1-1(b))。这时，进、排气门均关闭，将空气一燃油混合气困在燃烧室内。随着活塞向TDC移动，混合气被压缩。当混合气分子被紧紧压在一起时，它们开始生热。活塞到达TDC时，混合气被充分压缩并高度可燃。压缩混合气是为了方便点火和燃烧剧烈。点火系统恰好在曲轴转过TDC约100的时刻跳火来产生最大的发动机功率。这确保了活塞在刚要向下移动、汽缸容积显著增大之前峰值压力能够作用在活塞上。上一页下一页返回课题1.1发动机的工作原理当电火花将压缩的混合气点燃时，燃烧迅速引起气体体积急剧膨胀，就开始了做功行程(图1-1(c))。膨胀的气体产生一个作用于活塞的压力推动活塞向下运动。只有做功行程中活塞的向下运动才能使发动机输出功率。在做功行程进、排气门都保持关闭。当做功行程结束且活塞到达BDC时，排气行程开始(图1-1(d))。在活塞到达BDC前，排气门就预先打开。活塞由BDC移至TDC，废气在活塞的推动下经排气门排入汽车排气系统。活塞达到TDC时，进气门开启，在曲轴转过TDC几度后排气门关闭。在一定的曲轴转角内进、排气门同时开启的现象叫做气门重叠。气门重叠利用空气的流动性使进气更充分，排气更干净。在活塞开始进气行程时，又开始下一个工作循环。上一页下一页返回课题1.1发动机的工作原理任务2:柴油发动机工作原理柴油发动机和汽油发动机有许多相似的部件，但柴油发动机没有火花塞和点火线圈组成的点火系统。柴油发动机用燃烧室内压缩空气的热量来点燃混合气，而不是点火系统发出的电火花。喷油器将燃料直接喷入燃烧室。活塞完成其压缩行程时，燃油将在高压下被雾化并从喷油器喷出。压缩空气产生的热量足以点燃被喷入汽缸的燃油，这就开始了做功行程(图1-2)。上一页下一页返回课题1.1发动机的工作原理既然柴油机是依靠将进气加热到一定的温度来点燃燃油的，那么可以利用进气预热的方法来解决发动机的冷启动，一些厂商利用电热塞来完成这项工作。进气预热的其他方法包括在进气系统中采用加热电网。除了点火方式不同之外，柴油机和汽油机还有其他的不同(表1-1)。柴油发动机的燃烧室设计是根据不同燃烧特性来设计的，一般有三种常用的燃烧室设计:①直喷式燃烧室。直喷式燃烧室位于活塞内，燃油被直接喷入燃烧室中央，由于燃烧室的形状，会产生涡流效应。上一页下一页返回课题1.1发动机的工作原理②预燃室燃烧室。预燃室燃烧室是一个更小的，与主燃烧室相连的第二个燃烧室。燃料被喷入预燃室，在那里开始燃烧，然后传播到主燃室。因为燃料不是直接喷入活塞顶部，因此也称这类柴油喷射为间接喷射。③涡流室式燃烧室。涡流室式燃烧室的设计是为了在压缩空气时能够产生涡流。当燃料被喷入空气涡流中时，可以实现更高效的燃烧。柴油发动机也分为两冲程和四冲程的，但是和汽油发动机一样，当前的汽车采用的都是四冲程柴油发动机。上一页下一页返回课题1.1发动机的工作原理相关知识:发动机通常可按照循环数、汽缸数、汽缸的布置形式以及气门机构进行分类。发动机的其他描述还包括凸轮轴数、燃油与点火系统的种类。发动机的大小用发动机排量来区别。一个汽缸不足以满足现代汽车的动力要求。大多数汽车的发动机都是4缸、5缸、6缸、8缸、10缸或12缸。厂商要采用多少汽缸是由发动机的工作量决定的。一般来讲，发动机的汽缸数越多，它的动力输出就越多，并且缸数越多，一个720度的工作循环所产生的功率脉冲就越多，这样发动机的运行就较平稳。上一页下一页返回课题1.1发动机的工作原理汽车厂商都试图在动力、经济、重量和工作特性之间取得一个平衡点。一般来说，一台发动机它的汽缸数越多，发动机工作得越平稳。这是因为两个做功行程间的曲轴转动较少，然而增加更多的汽缸会使发动机的重量和成本增加。发动机可以按汽缸的布置形式进行分类。汽缸的布置形式是由汽车的设计宗旨决定的。最常用的发动机设计是直列式和V型。各缸排成一列的称为直列式发动机(图1-3)，其优点是制造和维修方便;其缺点是机体高度大，这样汽车就很难满足空气动力学。许多厂商通过在前轮驱动的汽车上安装横置发动机而克服了这一缺点。上一页下一页返回课题1.1发动机的工作原理V型发动机的两列汽缸相互成60度~90度排列成V形(图1-4)V型设计机体高度小，比较容易实现空气动力学。相同缸数下机体的长度比直列发动机的长度小。对于发动机后置的汽车和前轮驱动的斯巴鲁，一种常用的设计是对置发动机(图1-5)。这种发动机设计有两列汽缸水平相对排列。它的主要优点是垂直高度低。发动机也可以按气门机构的类型分类。最常用的三种气门机构是顶置气门机构、顶置凸轮轴式气门机构、双顶置凸轮轴气门机构。上一页下一页返回课题1.1发动机的工作原理(1)顶置气门机构(OHV)进排气门都安装在汽缸盖上，同时凸轮轴和挺杆安装在发动机缸体内(图1-6)。这种类型的气门机构包括挺杆、推杆和摇臂。(2)顶置凸轮轴式气门机构(OHC)进排气门以及凸轮轴都安装在汽缸盖上。气门直接由凸轮轴及从动件控制，相对于OHV省去了许多部件。由于每个汽缸盖上只有一个凸轮轴，因此这种发动机称为单顶置凸轮轴式气门(SOHC)发动机。即便发动机只有两个汽缸盖并且每个汽缸盖配有一根凸轮轴也如是称呼。(3)双顶置凸轮轴气门机构(DOHC)DOHC进气门和排气门各有一根凸轮轴。一台V8的DOHC发动机总共装配有四根凸轮轴(图1-7)。上一页返回课题1.2发动机的总体结构汽车发动机的类型众多，并且有的结构相差较大，但为完成发动机工作循环所需的基本结构则大同小异。汽油机由两大机构和五大系统组成，柴油机由两大机构和四大系统组成。发动机总成结构如图1-8所示，一台分解后的发动机如图1-9所示。下面以四冲程汽油机为例，认识发动机的基本结构。任务1:了解曲柄连杆机构发动机通过曲柄连杆机构，可将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动，并通过曲轴向外输出动力。曲柄连杆机构通常由汽缸体、汽缸盖、活塞、连杆、曲轴与飞轮等组成。下一页返回课题1.2发动机的总体结构1.汽缸、气缸盖的结构(1)汽缸体汽缸体(图1-10)是发动机的基础。它覆盖了底部所有旋转和往复运动的部件并提供润滑和冷却。传统的缸体利用灰口铸铁的强度和抗扭曲能力作材料。铸造完成后，它更易于加工，以便为活塞、曲轴和挺杆(如果应用的话还有凸轮轴)提供刚性的孔径。缸体的顶部、底部和端部都要通过加工来为汽缸盖、油底壳驱动桥和定时端盖提供较好的密封面(图1-11)。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构很多新型发动机用铸造铝合金作缸体材料，以减轻发动机的重量，从而在不牺牲动力性的前提下提高了燃油经济性。由于铸造铝合金缸体在过热时易于出现裂纹和弯曲，因而汽缸壁要有可替换或有适当位置的钢制衬套。没有冷却液直接流过表面的衬套被称为干式汽缸套，而冷却液环绕着的可替换衬套被称为湿式汽缸套。衬套用顶部和底部的0型垫圈密封。(2)汽缸盖汽缸盖上有气门，常常凸轮轴也安装在汽缸盖上。这种汽缸盖结构的发动机被称为顶置凸轮轴发动机(图1-12)。汽缸盖与汽缸体构成了燃烧室(图1-13)，为了密封，中间装有汽缸垫(图1-14)。典型的汽缸盖部件如图1-15所示。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构(3)汽缸盖密封衬垫汽缸盖衬垫或许是工作要求最高的衬垫(图1-16)。它必须能够保证燃烧室在压力高达18616kPa(2700psi)下保持密封并能承受1100摄氏度的高温。另外它还得保证在高压下冷却液和机油的密封。更进一步，汽缸盖螺栓必须在金属受热变形产生切向运动的情况下完成上述的这些功能。这个切向运动发生在汽缸盖和机体之间。2.活塞-连杆组的结构活塞和连杆相连，它能将燃烧室中燃烧产生的力传给曲轴(图1-17、图1-18)。活塞必须能经受各种不同的工况条件。例如因为高温而产生的压力和膨胀问题作用在活塞顶上;另外，活塞的快速移动也会产生高压。为了控制这种高压环境，大多数活塞是铝制的。因为轻质的铝能在高转速的发动机中减小往复运动质量。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构(1)活塞汽车发动机上常用的几种活塞头如图1-19所示。(2)连杆连杆将燃烧产生而作用在活塞顶上的力传递到曲轴上(图1-20、图1-21)。连杆盖和连杆就像一个整体，必须成套。当汽缸体不是整体式时，连杆和连杆盖必需做好标记，确保配对和安装正确。曲轴-飞轮组的结构(1)曲轴当活塞在动力冲程推动连杆下降时，曲轴要承受很大的负荷。它将往复运动转化为有用的旋转运动。曲轴可以用铸铁、球墨铸铁或锻钢制造(图1-22)。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构在汽车中铸铁曲轴最常见。锻钢曲轴更坚固，经常用于高性能汽车、有被迫感应系统的发动机和柴油机上。根据发动机的不同，曲轴有很多不同的构造。正是因为它们的构造使得在一个完整的工作行程中汽缸点火才能有平均的时间间隔。一个4缸发动机每180度一个动力行程，它的连杆轴颈间的角度就是180度。点火顺序为1-3-4-2的典型4缸发动机将在曲柄旋转到180度时点燃第一个汽缸，360度时点燃第三个汽缸，540度点燃第四个汽缸，720度点燃第二个汽缸，这样就完成了一个循环行程。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构在汽缸旋转过程中，让第一和第四汽缸、第二和第三汽缸所处的位置相同(图1-23)。从末端看过去，连杆轴颈和主轴颈连成一条直线。连续点火的V8发动机曲轴有四个弯程，两组轴颈(图1-24)。曲柄每转过90度曲轴就产生一个动力行程，这就是为什么V8发动机工作很平稳;每90度曲轴绕连杆旋转一周，这样曲轴加速和减速的时间都很短。在V8发动机的曲轴上，两个连杆共用一个轴颈，注意油孔要能把油液送到每个连杆轴承。曲轴油孔:曲轴上钻孔来形成一个油液的通道，以供应连杆和主轴颈的需要。油液可以靠轴颈和轴承紧密配合产生的压力作用而保存。轴承上也有油孔和曲轴上的钻孔连成一条线相通(图1-25)。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构(2)飞轮飞轮是一块很重的大圆盘，连在曲轴后面，用来使曲轴的旋转更平稳(图1-26)。它通过储藏惯量使曲轴在点火脉冲间能平稳加速。外齿圈与起动机驱动齿轮啮合，可以启动发动机。已加工中心端面就是为离合器摩擦片提供了一个表面来传递曲轴的转动。(3)轴承轴承可分为曲轴主轴承、连杆轴承及凸轮轴轴承(图1-27)。发动机轴承在设计过程中要考虑磨损因素。将轴承插入机盖和连杆盖，用螺栓固定在曲轴轴颈上。轴承和轴颈间的间隙是一个临界值，这个间隙形成了一层薄薄的油膜来润滑轴承和曲轴。油膜还能吸收曲柄向下时造成的冲击。曲轴旋转时也应该有油膜保护，以保证曲轴不与轴承直接接触(图1-28)。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构发动机轴承通常平均地放入主轴孔或连杆轴孔和底座间。轴承的外圈是钢制的，用来抵御曲轴带来的巨大冲击。承受载荷较大的轴瓦用较软的金属材料来保护曲轴。轴承各部分的名称如图1-29所示。轴承外圈通常用铸钢，而附加的衬片使用其他的材料。附加衬片经常使用的材料包括巴氏合金、铜铅合金、铸造铜铅、铝。轴承外圈与座孔的配合如图1-30和图1-31所示。推力轴承:曲轴通过一个推力轴承来固定它在机体上的轴向位置(图1-32)。曲轴应该在水平方向有一个移动的间隙，避免部件过热等情况。曲柄在孔中来回移动时，推力轴承保护它，使它不会与缸壁碰撞(图1-33)。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构任务2:了解配气机构配气机构的作用是将足够的新鲜气体冲入汽缸，并及时地从汽缸排出废气。其主要由进气系统、排气系统、气门组和气门驱动机构等组成。进气系统进气系统由空气导入管、空气滤清器、风道、节气孔和进气歧管组成(图1-34)。(1)空气滤清器的结构空气滤清器是由细钢丝网支撑的拆状滤纸，丝网不仅可以提高滤纸的强度，而且还可以滤除较大的尘粒(图1-35、图1-36)。在滤清器两端通常都有类似塑料的厚衬垫，衬垫可以提高滤芯强度，并将滤芯密封在壳体中。如果滤芯在壳体中密封不严，沙尘就会随着气流进入汽缸。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构近些年许多空气滤清器都在壳体内安装了一个气流堵塞指示器(图1-37)。如果滤芯没有被堵塞，指示器的屏幕上显示为绿色。当滤芯被堵塞时，指示器的屏幕显示为橙色并有“更换空气滤清器”的字样。(2)进气温度(IAT)传感器一些空气滤清器将MAF传感器和IAT传感器一起固定于空气滤清器壳体上的空气出口。MAF传感器必须固定到空气滤清器上，这样气流可以按照传感器壳体上的箭头所指方向流过传感器(图1-38)。如果气流是以反方向流过传感器的，那么动力控制模块(PCM)就会提供较大的空燃比，这样就增加了耗油量。另外，一些空气滤清器将IAT传感器分开来安装(图1-39)。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构(3)进气歧管进气歧管将过滤后的空气或空气与燃油混合气尽可能均匀地分配到发动机的各个汽缸(图1-40、图1-41)。燃油在靠近燃烧室的进气管凸块的末端被喷射出去。进气歧管也是许多与进气相关附件和传感器的安装部位。此外，进气歧管还是EGR系统、自动变速器真空调节器、动力制动和暖风与空调气流控制阀门的真空源。还有一些装置位于或连接到进气歧管，包括进气管绝对压力(MAP)传感器、爆震传感器、多个温度传感器和EGR通道。2.排气系统典型的排气系统包括以下各种部件:排气歧管、排气管及密封垫、催化转化器、消声器、谐振器、尾管、隔热罩、卡箍、支架和悬吊、排气氧传感器。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构排气系统的所有部件都被设计得与汽车的底部空间相适应，并与道路保持一定的安全距离。(1)排气歧管排气歧管(图1-42)收集从汽缸流出的燃烧废气并将其送入排气管中。大多数汽车的排气歧管都由铸铁或球墨铸铁制成，而许多新型的汽车采用冲压的厚钢板或不锈钢板制成。V型发动机可能配用双排气系统，这种系统在同一汽车上有两套几乎一样但彼此独立的排气系统。在排气管上也可以安装空气喷射反应(AIR)管。该管将冷空气从AIR系统引入排气气流中。排气气流中增加的空气有助于在发动机热机阶段燃烧掉废气中的多余燃油使催化转化器温度升高得更快。有些排气歧管具有为排气再循环(EGR)管预留的接口，这样就可以从排气中取样，并将其供给EGR阀，另外，排气歧管还设有安装氧传感器的安装孔(图1-43)。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构(2)催化转化器催化转化器(图1-44)是排气系统的一个部分，而且是排放控制系统非常重要的一部分。OBDII汽车的排放系统如图1-45所示。3.气门组的构造气门组包括气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座及锁片等零件组成。(1)气门现代的汽车发动机采用提升阀气门(图1-46)。提升阀气门由作用于它末端的推力开启。这个力是由凸轮轴上的凸轮经过气门机构部件传递给气门的。气门的关闭是由弹簧压力完成的。密封是由气门面与汽缸盖上的气门座紧密接触来实现的。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构气门座可以镶嵌在汽缸盖上或者加工在汽缸盖上。为了提供良好的密封，要将气门面磨到一定的角度。这个角度通常是45度，也有些厂家的气门和气门座采用30度。这样就使得气门关闭时密封面间能够契合得更紧密，而在气门打开时空气和燃油的混合气能够自由流通。气门面和气门头之间的区域被称作气门边缘(图1-47)。气门边缘有利于气门面的加工以及气门面和气门杆的散热。气门边缘增加了气门的结构性。如果在表面加工的时候把气门边缘切的太薄，就会使气门灼伤和变形而泄漏汽缸压力。气门杆通过其自身的直线运动来引导气门。在靠近杆顶部的地方还加工有气门锁片槽，用来使气门弹簧座的锁片保持锁止状态。气门杆支承在汽缸盖上的气门导管里。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构进气门的头部直径一般比排气门的要大，因为通常认为使进气门最大化比排气门更为重要。由于燃烧室用来固定气门的面积有限，因此进气门越大，排气门就越小。小的排气门之所以可以高效地工作是因为排气是由活塞的向上运动和燃烧产生的热量压出去的，因此它们对节流不是很敏感，然而空气和燃油进气仅仅是由真空吸入汽缸的，节流会降低发动机的效率。较大的进气门通过节流，提高了体积利用率。大多数的气门是由高强度的钢制成的;但是，一些厂家正在试制陶瓷气门。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构除了选择合金，厂家还通过设计气门和汽缸盖来消散气门的热量(图1-48)。大多数的热量是经过气门面和气门座的接触表面消散掉的，然后热量被转移到汽缸盖。钠冷式气门是在空心的气门杆内部充入金属钠(图1-49)。当气门打开的时候，钠向下运动到气门头并带走热量。当气门关闭的时候，钠在气门杆内向上运动带走气门和气门头最热部位的热量。热量由气门杆转移到气门导管然后消散在围绕气门管的冷却液道中。钠冷式气门不能进行机械加工;如果将气门切断，里面的钠可能会爆炸。在修复汽缸盖的时候，应该更换这些气门。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构(2)气门座当气门关闭的时候，气门座必须能够形成密封防止压缩和燃烧压力的损失。气门面落到气门座上就能完成这个任务(图1-50)。除了密封压缩压力，气门座和气门面也为热量由气门头到汽缸盖的传递提供了路径。气门座有两种基本的类型:一体式和镶入式。一体式气门座直接在汽缸盖上加工而成。气门座经过感应淬火来获得耐久性的光洁表面。大多数铝制汽缸盖(以及许多铸铁汽缸盖)使用压入凹槽部位的气门座镶圈(图1-51)。硬度最高的气门座是由钨铬钻合金制成的。气门座采用钨铬钻合金可以抗氧化和腐蚀，并且提高了抗磨损的能力。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构(3)气门导管气门导管可以铸造在汽缸中或者压装在汽缸中。铸铁汽缸盖通常采用整体式气门导管。汽缸盖上要钻孔以安装气门。在铝制的汽缸盖上，钻的孔稍大，利于气门导管压入汽缸盖(图1-52)。青铜是一种较软的材料，并且它具有有利于抗磨损的润滑质量。气门导管能确保气门笔直的上下运动并能准确地与气门座座合。(4)气门油封为了控制沿气门杆流下为之提供润滑的机油量，就要设置气门油封。这些油封是由合成橡胶或塑料制成，用来控制机油的流动，而不是阻止它。有三种基本的气门杆油封:O形密封圈、伞形油封和刚性油封。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构O形密封圈是一个由橡胶制成的切成方形的密封圈(图1-54)。气门杆上方加工有切槽来容纳O形圈。O形圈在气门杆与弹簧座之间形成密封。同时也使用了一个防护罩使气门杆上的机油改变方向。伞形油封安装在气门导管的上方(图1-55)，与气门杆配合较紧密而与气门导管配合较松。这种设计使得油封能够随着气门而上下移动。刚性油封通常是由橡胶和聚四氟乙烯(商标名称)制成的(图1-56)。通过轻弹簧、弹簧夹或者压力装配都可以使之与气门导管紧密配合。很多人都认为刚性油封是最好的气门杆油封。它可能会取代O形密封圈或者伞形油封。如果原来的气门导管不合适安装刚性油封，可以经过研磨来调整。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构4.气门驱动机构气门驱动机构所有的部件共同作用是打开或关闭气门。常见的组成部分有:凸轮轴、挺杆或气门间隙调整机构、推杆、摇臂或凸轮从动件、气门、气门弹簧、气门衔铁、气门弹簧座、气门旋转器正时链条、皮带或正时齿轮、凸轮轴传动链轮。(1)凸轮轴凸轮轴就是用来控制气门的打开(图1-57)。凸轮轴可以通过齿轮、皮带或者链条带动。挺杆形式的不同使凸轮轴的设计也相应不同。凸轮轴主要类型有滚轮式凸轮轴、液压式凸轮轴以及机械式凸轮轴。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构一些新型的凸轮轴采用钢管制成(图1-58)。其中凸轮连接到钢管上，凸轮尖通过摩擦作用连接。凸轮轴的轴向间隙通过一在凸轮轴前端刚性的轴瓦控制。这种形式的凸轮轴的刚度比铸钢或球墨铸铁凸轮轴的刚度更大。由于提高了刚度，因此这样的凸轮轴可以减轻发动机的震动。凸轮设计决定了气门开启的开度与时间，其外形如图1-59所示。(2)挺杆挺杆是在凸轮轴和气门之间的机械式或液力式连接。挺杆通过凸轮的轮廓打开气门。机械式挺杆提供刚性的连接，而液力式挺杆利用压力油吸收气门机构运转产生的震动。每种形式的设计都有它的优点与缺点。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构机械式挺杆(图1-60)需要预留一定的气门间隙，并且需要调整机构保持气门间隙。液力式挺杆(图1-61)通过液压油自动补偿发动机温度升高和气门机构磨损带来的间隙。一些发动机生产商使用滚轮式液力挺杆来减少摩擦(图1-62)。这种形式的挺杆安装了一个滚轮与凸轮接触。由于挺杆本身不与凸轮摩擦从而减少了摩擦力(图1-63)。滚轮式挺杆同样也可设计应用于高性能重型柴油发动机的机械式挺杆。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构液力挺杆自动调整以保持零间隙。当液力挺杆与凸轮的基圆接触时，气门处于关闭状态，此时通过柱塞弹簧保持气门的零间隙(图1-64)。液力挺杆的内部组成结构如图1-65所示。一些顶置凸轮轴发动机采用液压间隙调节器(图1-66、图1-67)。液压间隙调节器的工作原理与液力挺杆一样。在一些v6双顶置凸轮轴发动机气门机构中，凸轮轴轴颈安装在汽缸盖内孔中并通过支座保持轴颈与汽缸盖的相对位置。摇臂轴与摇臂安装在汽缸盖的下方。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构(3)推杆凸轮轴固定在机体上的顶置气门发动机，使用推杆传递挺杆的作用给摇臂(图1-68)推杆除了作为连接摇臂的部件，它也作为挺杆与摇臂间的机油管路(图1-69)。其机油被送到推杆的中空部分。(4)摇臂摇臂是一个可转动的用来传递推杆和气门杆间运动的杠杆。在顶置凸轮轴发动机中，凸轮轴可以直接操纵摇臂(图1-70)。摇臂改变凸轮升程和弹簧作用力的方向，并在气门打开时提供杠杆作用。凸轮轴侧置式发动机摇臂由气门推杆驱动(图1-71)。大多数摇臂采用铸铁、铸铝或者冲压钢制造。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构(5)气门弹簧气门弹簧有两个基本功用:一是反作用于支座而关闭气门;二是当气门打开时保持拉力，以防止气门浮动。有的气门弹簧采用双弹簧(图1-72)与变距弹簧(图1-73)。(6)气门弹簧保持架和旋转器气门弹簧通过保持架固定在有锁止片的气门上(图1-74)。在气门杆上锁止片是变截面的以防止保持架开口超过锁止片。保持架可以就是简单的一块用来固定弹簧的钢材。也有其他的设计，即在保持架中安装了旋转器。旋转器的作用是使气门在其座上旋转，它们看上去比普通的保持架薄，通常是球状或弹簧状。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构球状旋转器通过小的球轴承在斜轨道上旋转来转动气门。弹簧状旋转器通过一不等高的弹簧来达到相同的效果。一般情况下，它们只在排气门上使用。旋转器帮助清除气门和气门座上的积炭以除去气门上的热点(图1-75)。5.气门正时机构气门正时机构在维持凸轮轴和曲轴的良好旋转关系上起着重要的作用，并且通过控制气门的开闭来实现。进气阀在排气行程结束前就打开(图1-76)，也要在合适的时间关闭，避免压力降低。图1-76为进、排气门开启与关闭相位图，用曲轴转角来表示，即为配气相位图。配气相位由气门正时机构来保障。气门正时机构一般有链传动系统、皮传动系统以及齿轮传动系统三种形式。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构(1)链传动系统链传动系统可用于凸轮内置或凸轮顶置的发动机中。正时链是凸轮到曲柄的坚固长效的连接。无声平环链产生的噪声比滚子链要小得多。但是链传动系统还是有噪声的，这就引起了一些消费者的反感，而且对制造商来说，链条比皮带成本更高，各种定时机构的形式如图1-77、图1-78所示)。张紧器有一个簧载离合系统。当链条或导板磨损达到一定限度时，弹簧会推动活塞多出来一点，作用在棘齿上。这也可以在油压顶开塞子之前避免启动时噪声过大，正时链条张紧器依靠弹簧压力和油压保证链条合适的拉紧(图1-79)。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构使用平衡轴的发动机要用到两条正时链:一条用来带动凸轮轴，另一条用来带动平衡轴(图1-80)。(2)带传动系统正时带通常用于凸轮轴顶置发动机中。正时带很结实而且很安静。对制造商来说，它的成本要比齿轮和链条高。很多新的正时带系统都使用自动调节带张紧力的自动张紧器，而其他的则要求定期进行调整(图1-81)。正时带还可以驱动其他的组成元件。在老式发动机上，它经常用于驱动连接分电器的轴(图1-82)。其他一些制造商用它来驱动水泵。维修正时带的时候，连同带一起替换水泵。在双凸轮轴顶置(DOHC)的V6发动机上，一条单独的正时带可能被用于驱动四个凸轮轴和导轮(图1-83)。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构在其他DOHCV6发动机上，用正时链围绕曲轴链轮和中间轴链轮，用链条驱动中间轴链轮。(3)齿轮传动系统齿轮传动已经不像以前那么流行了，一部分原因就是它只能用于凸轮轴内置的发动机中(图1-84)。尽管有一点噪声，但它仍是一个可靠而精确的系统。因为这里没有链条或皮带松弛的问题，气门相位的控制也接近完美。只要有足够的润滑油，齿轮是很耐用的。任务3:了解燃油供给系统燃油供给系统的功用是在发动机的任何工况下为各个汽缸输送适量的燃油。一般由油箱、燃油泵、供油管、燃油滤清器、油轨、压力调节器与回油管等组成(图1-85)。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构任4:了解润滑系统发动机工作时，传力零件的相对运动表面(如曲轴与主轴承、活塞与汽缸壁、正时齿轮副等)之间必然产生摩擦。要消除发动机内部的摩擦是不可能的，但运行良好的润滑系统会减小摩擦(图1-86)。润滑系统会在运动部件表面形成油膜防止它们彼此直接接触(图1-87)。机油分子相当于滚动在运动表面间的小轴承，这样就可以减小摩擦(图1-88)。润滑系统的另一个功用是吸收连杆与曲轴的冲击。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构除了减小摩擦之外，发动机机油还能吸收热量并将其转移到其他区域以起到冷却作用。润滑系统主要包含以下部件:发动机机油、油底壳或集油槽、机油滤清器、机油泵、回游孔、机油冷却器(大功率发动机应用)。(1)机油泵机油泵是润滑系统的核心部件，它能产生油压使机油在发动机内部循环流动。机油泵有两种基本类型:转子式和齿轮式，两种泵都是等排量泵。转子式机油泵通常都有一个四凸齿的内转子和一个五凸齿的外转子(图1-89)。外转子由内转子啮合转动。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构齿轮泵采用一对相互啮合的齿轮或者两个齿轮和一个新月形的设计(图1-90)。两种类型齿轮泵的工作原理都与转子泵相同。转子式机油泵的优点是供油量大，这是因为它的工作腔比较大。现今许多发动机都是用曲轴的前端来驱动机油泵(图1-91)。过去，大多数的机油泵是在凸轮轴下方，由装入分电器轴末端的驱动轴来驱动的(图1-92)，但现在没多少发动机还在使用分电器。(2)机油滤清器机油在发动机内部循环的过程中会清洗内部零件产生的污垢和沉淀物，这些杂质会随同机油进入油底壳或机油箱并沉淀。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构当机油泵进油口从机油箱内吸取机油时，也会把这些杂质吸上来。进油口中有一层滤网可以滤除较大的杂质并使之返回机油箱。机油中的细小的杂质必须被滤除以防止它随同机油进入发动机。机油滤清器中有一个由纸或纤维材料制成的滤芯可以滤除粒径在20~30μm之间的杂质(图1-93)。大多数滤清器采用全流式系统。在机油泵的压力下，机油从滤清器滤芯外围进入滤清器中心。一旦机油泵被堵塞，旁通阀打开使机油进入机体主油道。这时，机油就不能被过滤了(图1-94)。如果油压太高，释压阀就会开启使机油退回机油箱(图1-95)。止回阀用来在发动机停机后防止机油从机油泵回流。止回阀就是将一层橡胶刮板包覆在进口内侧。当发动机启动机油泵开始工作时，止回阀打开机油进入滤清器。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构任务5:了解冷却系统燃烧过程产生的热量会迅速升高到一点，在这一点上发动机将会受到损伤。冷却系统的功用就是把热量分散到大气中去。冷却系统能使发动机冷启动快速升温并为发动机提供一个适当的工作温度，对于使排放最小化以及保证发动机的工作效率是很重要的。另外，冷却系统还能为乘客车厢供热。冷却系统的组成包括:冷却液、散热器、散热器盖、补偿系统、水套、软管、水泵、节温器、冷却风扇、加热系统、变速器冷却器、温度预警系统(图1-96)。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构(1)散热器散热器包括一系列的可以将冷却液的热量传递到空气中的散热管或散热片。散热器有两种基本设计:纵流式和横流式。纵流式散热器芯竖直布置，上接进水室，下接出水室，冷却液由进水室自上而下的进入出水室(图1-97)。横流式散热器芯横向布置，冷却液经散热器芯横向流过散热器(图1-98)。散热器盖上的压力阀可以使散热器的压力保持在0.65~0.8MPa(图1-99)。如果压力超过散热器盖的预定值时，那么散热器盖上的密封衬垫就会打开，一部分冷却液将流入冷却液回收罐(图1-100)。散热器盖上还有真空阀。当发动机停机后，冷却液温度下降，系统内会出现真空。真空阀就是用来消除这些真空的。如果真空阀装在冷却系统内部，那么散热器可能会被大气压力压坏。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构补偿系统包括一个用软管和散热器相连的冷却液回收罐。当冷却液受热膨胀时，部分冷却液流入冷却液回收罐。当发动机温度下降时，散热器内会产生空隙，这时散热器盖上的真空阀会打开(图1-101)。在这种情况下，通过大气压力的作用，冷却液回收罐内的冷却液部分地流回散热器。只要发动机修复之后，就应该彻底清洗一下散热器并用压力测试检查一下。散热器盖也应该换一个新的。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构(2)水泵水泵是发动机冷却系统的核心。它对冷却液加压，使其在发动机机体内流动，并流入散热器和加热器。大多数的水泵都采用离心式设计，由旋转的叶轮来带动冷却液(图1-102)。当发动机起动时，叶轮旋转，在离心力的作用下，将冷却液由工作腔内部压向出水管。(3)节温器节温器的功用就是控制发动机的温度(图1-103)。通常节温器布置在从机体到散热器的出水管路中。当冷却液温度低于平常的工作温度时，节温器关闭，阻止冷却液进入散热器。在这种情形下，冷却液经过旁通管直接流回水泵(图1-104)。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构节温器的工作原理是通过位于导热铜杯内的精制的石蜡和粉末金属芯块来实现的(图1-105)。当石蜡受热后，体积开始膨胀。这将引起推杆向外扩张，使阀门打开(图1-106)。(4)冷却风扇为了提高散热器的散热效率，安装了冷却风扇，使空气流过散热器芯或散热管。冷却风扇既可以由发动机机械驱动，又可以由电机驱动(图1-107)。皮带传动的风扇通常都安装在水泵带轮上(图1-108)。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构一些皮带传动的风扇上安装了硅油风扇离合器来提高风扇的性能(图1-109)。该离合器可以根据发动机的热状况通过硅油来调节风扇的冷却强度。当发动机温度高时，离合器内的硅油体积膨胀把风扇锁到水泵毅上(图1-110)。这时风扇和水泵的转速相同。当发动机温度低时，硅油收缩，风扇转速下降。一些离合器采用可以根据发动机的热状况盘绕或展开的热敏线圈来控制(图1-111)这个线圈操纵着一个阀门，阀门打开，储油腔内的硅油流入工作腔;阀门关闭，储油腔内的硅油就不能进入工作腔。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构案例分析现在，很多汽车制造商选择了可变气门正时(VVT)自从1989年就开始应用可变气门正时和气门升程系统了。该系统的设计是为了提高汽车的性能和排放。该系统通过减少发动机怠速时的气门重叠，使碳氢化合物的排放也减少了。本田生产的很流行的电控可变正时和可变升程系统(VTEC)改进了气门正时和气门升程。本田在VTEC的可变气门正时系统中增加了一个导程，用于改善高转速时的性能。与单凸轮无VTEC系统的发动机相比，它的输出性能提高了25%。上一页下一页返回课题1.2发动机的总体结构在VTEC系统中，每对气门都有三个凸轮凸起和三条摇臂。低速运转时，低速摇臂直接推动两个常规转速的凸起。高转速时，PCM决定由第三个凸起提高汽车性能，它发信号通知油液控制阀，使第三条摇臂作用在高速凸轮凸起上。一个销滑出低速摇臂，进入高速摇臂，以便利用有更充分的气门正时、气门升程和更长的持续时间的凸轮轴凸起。在一辆Acura上，高速凸轮凸起的持续时间是旋转290度。这就是一个跑车级别的凸轮轴。图1-112显示了销启动系统的简图。上一页返回图1-1

汽车发动机的一个工作循环返回图1-2

柴油发动机的四个行程返回图1-3

直列式发动机返回图1-4V型发动机返回图1-5

对置发动机设计返回图1-6

顶置气门返回图1-7双顶置凸轮轴气门机构返回图1-8

奥迪V6－3.2发动机总成返回图1-9

分解后的发动机返回图1-10

一台剖开的Ｖ8发动机缸体返回图1-11

汽缸体和相关组成部件返回图1-12

顶置凸轮轴发动机使用摇臂打开气门返回图1-13

汽缸盖底部显示了由气门密封的四个燃烧室返回图1-14

缸体与汽缸盖之间的汽缸盖衬垫返回图1-15

典型的缸盖部件返回图1-16

密封圈和衬垫都位于发动机内部的关键密封部位返回图1-17

活塞－连杆返回图1-18

活塞和连杆的主要构成返回图1-19

汽车发动机上常用的几种活塞头返回图1-20

连杆连接活塞和曲轴返回图1-21

典型的连杆返回图1-22

曲轴结构示意图返回图1-23

典型的连杆半径返回图1-24V8发动机曲轴返回图1-25

曲轴机油道返回图1-26

飞轮返回图1-27

一组新的镀铝主轴承（一半）返回图1-28

油膜保护示意图返回图1-29

轴承各部分名称返回图1-30

有固定轴承间距的轴承是为了确保轴承和全部孔面积的配合返回图1-31

轴承部件上突起的调整片紧密装入座孔中的狭缝中，使轴承被锁住以免它在孔中以其他方式旋转或移动返回图1-32

凸缘推力轴承返回图1-33

带有软铝涂层的推力轴承用突出的边缘控制曲轴移动返回图1-34新款的进气分配系统返回图1-35

空气滤清器返回图1-36

空气滤清器外形与连返回图1-37

气流堵塞指示器返回图1-38

空气流量传感器返回图1-39

进气温度传感器返回图1-40

５缸铸铝进气歧管返回图1-41

进气口燃油喷射发动机的进气歧管返回图1-42

一个４缸发动机的排气歧管返回图1-43

氧传感器位置图返回图1-44

催化转化器位置图返回图1-45

OBDⅡ汽车的排放系统返回图1-46

典型的提升阀气门构造图