烟南院汽车发动机构造与维修课件第1章 汽车发动机总论

第一章汽车发动机总论

第一节概述一、汽车工业发展概况1、汽车的重要性汽车是现代社会不可替代的重要交通工具。汽车工业是一个资金密集、技术密集、人才密集、综合性强且经济效益高的产业，同时汽车工业也是衡量一个国家经济、科学技术发展和工业化程度高的标志。汽车工业的发展可以带动机械制造、电子技术、橡胶工业和城市道路等相关行业的发展，因此，世界各个工业发达国家几乎无一例外地把汽车工业作为国民经济的支柱产业。2、内燃机发展简史（1）1860年，法国发明家勒努瓦发明了世界上最早的内燃机—一台用煤气作燃料的单缸二冲程内燃机；（2）1886年，德国人卡尔.本茨设计制造世界上第一辆装有汽油内燃机的三轮汽车（如图），并于1886年1月29日进行专项立案，后来人们将此日作为世界上第一辆汽车的诞生日；（3）1913年，福特汽车公司在底特律建成世界上第一条汽车装配流水线，首次实现汽车的批量生产。附：世界上第一辆汽车图片3.各国汽车的特点（1）德国汽车特点：沉静、深藏不露、很少以外观“哗众取宠”；（2）英国汽车稳重、内向、有涵养、用料充足，讲传统，没有夸张的外形，给人一种实在的感觉；（3）意大利汽车外形超前，功率强劲，追求速度，艺术色彩浓；（4）法国汽车我行我素，性格独特；（5）日本汽车小巧玲珑，轻便省油，用料精打细算，注重经济性能；（6）美国汽车豪放狂野，不拘小节，注重宽敞豪华，外观大方气派。4、我国汽车工业发展概况我国第一辆汽车于1929年5月在沈阳问世，由张学良将军掌管的辽宁迫击炮厂制造。第一汽车制造厂于1953年7月在吉林省长春市兴建，三年之后生产出国产“解放牌”中型载货汽车，后来又小批量生产红旗CA7560高级轿车第二汽车制造厂于20世纪70年代兴建，生产“东风牌”中型载货汽车。国家在“七五”规划中提出“要把汽车工业作为重要的支柱产业，争取一个较大的发展”，并且把一汽、二汽、上海、北京、天津、广州作为轿车生产的基地。思考：上海、北京、天津、广州轿车生产基地主要生产什么品牌的轿车？二、汽车类型汽车按照下列不同的分类方法可以分成各种类型（一）按用途分类1、运输汽车（1）轿车乘坐2-9个成员（包括驾驶员）的载客汽车。轿车按照发动机工作容积（发动机排量）分级轿车类型微型普通级中级中高级高级发动机排量/L<=1.0>1.0-1.6>1.6-2.5>2.5-4.0>4.0(2)客车乘坐9个以上成员的载客汽车分类：城市公共汽车、长途客车、团体客车、游览客车等客车按照总长分类客车类型微型轻型中型大型特大型总长/m<=3.5>3.5-7>7-10>10-12>12说明：特大型客车——包括铰接式客车（车辆长度大于12m）和双层客车（长度10～12m）两种，如上海客车厂生产的SK6141A3铰接客车和南京金陵双层客车厂生产的JL6121S双层客车。（3）载货汽车简称货车，用于运载各种货物，其驾驶室内还可以容纳2-6个乘员。载货汽车按厂定最大总质量可分为：微型货车——总质量小于1.8t；轻型货车——总质量为1.8～6t；中型货车——总质量为6～14t；重型货车——总质量大于14t。（4）越野汽车越野汽车是一种能在复杂的无路地面上行驶的高通过性汽车。常见的轮式越野汽车都配备越野轮胎并采用全轮驱动的结构形式。越野汽车按厂定最大总质量可分为：轻型越野汽车——总质量小于5t；中型越野汽车——总质量5～13t；重型越野汽车——总质量大于13t。（5）牵引汽车牵引汽车是专门或主要用于牵引挂车的汽车，通常可分为半挂牵引汽车和全挂牵引汽车。半挂牵引汽车后部设有牵引座，用来牵引和支承半挂车前端。全挂牵引汽车本身带有车箱，其外形虽与货车相似，但其车辆长度和轴距较短，而且尾部设有拖钩。2、专用汽车这种汽车根据特殊的使用要求设计或者改装而成，用于承担专门运输任务或特种作业的汽车。娱乐汽车：随着人民物质生活水平的不断提高，设计师们推出了专供假日娱乐消遣的汽车，运输已不是此种汽车的主要任务。娱乐汽车的例子如旅游汽车、高尔夫球场专用汽车及海滩游玩汽车等。竞赛汽车：是按照特定的竞赛规范而设计的汽车。著名的竞赛规范有一级方程式竞赛、拉力赛等。竞赛汽车的结构和设计原理虽然与其他汽车大致相同，但其用途却很特殊。由于竞赛过程中汽车的各种零部件及其性能都需经受极其严峻的考验，往往在竞赛汽车上集中使用了大量尖端科技成就。各厂商为了争夺锦标也不惜大量投资进行代价昂贵的研制工作。（二）按照动力装置的形式分类（1）内燃机汽车现代汽车几乎都采用往复活塞式内燃机作为动力装置。根据使用的燃料不同，活塞式内燃机汽车通常分为汽油车和柴油车。汽油和柴油在近期内仍将是活塞式内燃机的主要燃料，而各种代用燃料的研究工作也在大力开展，例如以丙烷和丁烷为主的液化石油气（LPG）、压缩天然气（CNG）、还有甲醇和乙醇以及它们的衍生产品等等。（2）电动汽车电动汽车动力装置是直流电动机。电动汽车的优点是无废气排出、不产生污染、噪声小、能量转换效率高、易实现操纵自动化。电动机的供能装置通常是化学蓄电池。传统式的铅蓄电池在重量、充电间隔时间、寿命、放电能力等方面还不完全令人满意，从而限制了电动汽车的大量普及。（三）根据汽车行驶机构的特征分类（1）轮式汽车轮式汽车是通过车轮承载车重，并传递驱动和制动力矩的。轮式汽车通常可分为非全轮驱动和全轮驱动两种型式。汽车的驱动型式一般用符号“n×m”表示，其中n为车轮总数（在1个轮毂上安装双轮辋和轮胎仍算1个车轮），m为驱动轮数。例如普通轿车和解放CAl091一类的普通货车属于4×2型，北京2020越野汽车属于4×4型，东风EQ2080越野汽车属于6×6型……等等。（2）其他型式的汽车其他型式的汽车有：履带式、雪橇式、螺旋推进式、气垫式、步行机构式等等三、汽车的编号规则国标GB/T9417-1988《汽车产品型号编制规则》基本示意图如下图所示，国家汽车型号均由汉语拼音和阿拉伯数字组成。包括如下三部分：国产汽车产品型号的构成（1）首部：是企业的识别代号，一般为汽车制造厂的汉语拼音缩写组成，如EQ（二汽）、TJ(天津)、NJ（南京）、JN（济南）、CA(一汽)（2）中部：由4位阿拉伯数字组成车辆类型代号车辆类型代号车辆种类车辆类型代号车辆种类车辆类型代号车辆种类1载货汽车4牵引汽车7轿车2越野汽车5专用汽车83自卸汽车6客车9半挂车及专用半挂车主要特征参数代号主要特征参数代号由两位阿拉伯数字表示。（1）载货汽车、越野汽车、自卸汽车、牵引汽车、专用汽车与半挂车的主要特征参数以车辆的总质量（t）表示。（2）客车的主要特征参数代号用车身长度（m）表示，当长度小于10m时，应该精确到小数点后一位，并以其值的10倍表示。（3）轿车的主要特征参数以发动机排量（L）表示，其数值应精确到小数点后一位，并以其值的10倍表示。

产品序号指企业发展该产品的顺序号。企业自定代号用汉语拼音字母或阿拉伯数字表示，位数由企业自定，用以表示同一种汽车但结构略有变化而需要区别。例：CA1091表示第一汽车集团公司生产的总质量约为9t的第2代载货汽车

说明：CA—第一汽车集团公司

1—载货汽车

09—总质量约为9t1—第2代例：EQ2080表示第二汽车集团公司生产的总质量约为8t的第1代越野汽车

说明：EQ—第二汽车集团公司2—越野汽车

09—总质量约为9t0—第1代例：TJ7131U表示天津汽车工业有限公司生产的发动机排量约为1.3L的第2代轿车，U为厂家自定义

说明：TJ—天津汽车工业有限公司

7—轿车

13—发动机排量为1.3L1—第2代发动机是汽车的动力源，是把某一种形式的能量转变成机械能的机器。现代汽车所使用的发动机多为内燃机。内燃机把燃料燃烧的化学能转变成热能，然后又把热能转变成机械能，并且这种能量转换过程是在发动机气缸内部进行。汽车上使用的内燃机主要是汽油机和柴油机。一、发动机的分类发动机的分类方法有很多，按照不同的特征可以把发动机分成不同的类型。

第二节发动机基本知识

（1）按照行程分类按照完成一个工作循环所需的活塞行程数可分为四冲程发动机和二冲程发动机。※汽车发动机广泛使用四行程内燃机。（2）按照气缸数目分类内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。

仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。(3)按照气缸的布置方式分类内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角<180°(一般为90°)称为V型发动机，若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的（4）按照冷却方式分类内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。（5）按照燃料的类型分类内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。(6)按照进气方式分类内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。大众1.8T涡轮增压发动机(1)大众1.8T涡轮增压发动机(2)NISSAN涡轮增压发动机上海大众帕萨特1.8T轿车上海大众帕萨特1.8T轿车中华尊驰1.8T型号轿车奥迪A4-1.8T型号轿车上止点下止点活塞行程S燃烧室容积Vc工作容积Vh2*R

=S曲柄半径R总容积VaVa=Vc+Vh发动机常用术语1.上止点活塞在气缸内作往复直线运动时，活塞向上运动的最高位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置，称为上止点。2.下止点活塞在气缸内作往复直线运动时，活塞向下运动的最低位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为下止点。3.活塞行程活塞从一个止点到另一个止点移动的距离，即上下止点之间的距离称为活塞行程，一般用S表示。对应一个活塞行程，曲轴旋转180°4.曲柄半径曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径，一般用R表示。通常活塞行程为曲柄半径的两倍，即S=2R.5.气缸工作容积活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为气缸工作容积（L），一般用Vh表示，即D—气缸直径（mm）S—活塞行程（mm）6.燃烧室容积活塞位于上止点时，活塞上方的空间容积称为燃烧室容积一般用Vc表示7.气缸总容积活塞位于下止点时，活塞上方的空间容积称为气缸总容积一般用Va表示※Va=Vc+Vh8.发动机排量多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机的排量（L），一般用VL来表示，即VL＝Vh×i

Vh-----气缸工作容积i—气缸数目9.压缩比压缩比是发动机的一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度，它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积与燃烧室容积之比，一般用ε表示。Va-----气缸总容积Vh-----气缸工作容积Vc-----燃烧室容积※通常汽油机的压缩比为6—10,柴油机的压缩比比较高,一般为16—22.10.工作循环发动机完成进气、压缩、作功和排气四个过程称为一个工作循环.11.四冲程发动机曲轴必须转两圈(720°),活塞上下往复运动四次,才能完成一个工作循环的发动机称为四冲程发动机.12.二冲程发动机曲轴只转一圈(360°),活塞上下往复运动两次,就能完成一个工作循环的发动机称为二冲程发动机.

三、发动机的工作原理

1.四行程汽油机工作原理

四行程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程的顺序不断循环反复。

进气行程：

1.进气过程开始时，活塞位于上止点，气缸内残存有上一循环未排净的废气。

2.随着活塞下移，气缸内容积增大，压力减小，当压力低于大气压时，在气缸内产生真空吸力。

3.进气过程中，受空气滤清器、化油器、进气管道、进气门等阻力影响，进气终了时，气缸内气体压力略低于大气压，约为0.075～0.09MPa，同时受到残余废气和高温机件加热的影响，温度达到370～400K。

4.进气门是在活塞到达上止点之前打开，并且延迟到下止点之后关闭，以便吸入更多的可燃混合气。1.活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，气缸内成为封闭容积。2.可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高，当活塞到达上止点时压缩行程结束。可燃混合气压力可达0.6～1.2MPa，温度可达600～700K(此时气体的压力和温度主要随压缩比的大小而定，压缩比越大，压缩终了时气缸内的压力和温度越高，则燃烧速度越快，发动机功率也越大。压缩行程作功行程:1.作功行程包括燃烧过程和膨胀过程，在这一行程中，进气门和排气门仍然保持关闭。2.当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时，火花塞产生电火花点燃可燃混合气，可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高，最高压力可达3～5MPa，最高温度可达2200～2800K。

3.高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动，随着活塞向下运动，气缸内容积增加，气体压力和温度降低，当活塞运动到下止点时，作功行程结束，气体压力降低到0.3～0.5MPa，气体温度降低到1300～1600K。排气行程:1.当作功接近终了时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的压力先进行自由排气。2.活塞到达下止点再向上止点运动时，继续把废气强制排出到大气中去，进行强制排气。3.活塞越过上止点后，排气门关闭，排气行程结束。4.实际汽油机的排气行程也是排气门提前打开，延迟关闭，以便排出更多的废气。由于燃烧室容积的存在，不可能将废气全部排出气缸。受排气阻力的影响，排气终止时，气体压力仍高于大气压力，约为0.105～0.115MPa，温度约为900～1200K。

小结:可见四行程汽油机经过进气、压缩、作功、排气四个行程完成一个工作循环，这期间活塞在上、下止点往复运动了四个行程，相应地曲轴旋转了两圈。1.四冲程柴油机与四冲程汽油机的比较相同点：每一个工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气四个行程，不同点：柴油机使用的燃料是柴油，柴油与汽油有较大的差别，柴油粘度大，不易蒸发，自燃温度低，故可燃混合气的形成，着火方式，燃烧过程以及气体温度压力的变化都和汽油机不同，

下面主要分析一下柴油机和汽油机在工作过程中的不同点2、四冲程柴油机的工作原理

进气行程

柴油机吸入气缸的是纯空气而不是可燃混合气，在进气通道中没有化油器，进气阻力小，进气终了时气体压力略高于汽油机而气体温度略低于汽油机。进气终了时气体压力约为0.0785～0.0932MPa，气体温度约为300～370K。

压缩行程压缩行程压缩的也是纯空气，在压缩行程接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，柴油和空气在气缸内形成可燃混合气并着火燃烧。柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多(一般为16～22)，压缩终了时气体温度和压力都比汽油机高，大大超过了柴油机的自燃温度。压缩终了时，气体压力约为3.5～4.5MPa，气体温度约为750～1000K，柴油机是压缩后自燃着火的，不需要点火，故柴油机又称为压燃机。

燃烧作功行程柴油喷入气缸后，在很短的时间内与空气混合后便立即着火燃烧，柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的，而不象汽油机那样，混合气主要是在气缸外部的化油器中形成的。柴油机燃烧过程中气缸内出现的最高压力要比汽油机高得多，可高达6～9MPa，最高温度也可高达2000～2500K。作功终了时，气体压力约为0.2～0.4MPa，气体温度约为1200～1500K。

废气排放行程柴油机的排气行程和汽油机一样，废气同样经排气管排入到大气中去，排气终了时，气缸内气体压力约为0.105～0.125MPa，气体温度约为800～1000K。小结：

柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较好。但它的主要缺点是转速低，质量大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。在其发展过程中，柴油机不断发扬其优点，克服缺点，提高速度，有望得到更广泛地应用。

发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作都必须具备一些机构和系统。汽油机由一个机体、两大机构和五大系统组成，即由机体组、曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由一个机体、两大机构和四大系统组成，即由机体组、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成，柴油机是压燃的，不需要点火系.第三节发动机的总体构造

机体组是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。1.机体组

它由活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受