《发动机》-学习情境一

学习情境一发动机整体认识(二)知识目标要求1.熟悉发动机分类。2.熟悉发动机的基本结构。3.掌握基本术语。4.掌握发动机工作原理。三、相关理论知识(一)发动机的总体结构认识发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器，现代汽车发动机主要采用的是内燃机，它是将燃料在气缸内部燃烧产生的热能直接转化成机械能的动力机械。发动机机构如图1.1所示。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识

1.发动机分类内燃机的分类方法很多，按照不同的分类方法可以把内燃机分成不同的类型，下面让我们来看看内燃机是怎样分类的。发动机分类见表1.1。

2.发动机的基本结构发动机的结构形式很多，但基本上都是由两大机构和五大系统组成:包括曲柄连杆机构、配气机构及其燃油供给系、润滑系、冷却系、点火系(汽油机)和起动机系。(1)曲柄连杆机构上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识如图1.2所示，曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成。它的作用是将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动，从而对外输出动力。

(2)配气机构配气机构主要由气门组和气门传动组两部分组成，如图1.3所示。它的主要作用是使可燃混合气及时充入气缸，并及时从气缸内排出废气。

(3)燃油供给系根据使用燃料不同，燃油供给系有汽油机燃料供给系和柴油机燃料供给系。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识汽油机燃料供给系由汽油箱、电动燃油泵(汽油泵)、燃油滤清器、喷油器(化油器)、空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器(图中未画出)，以及一系列传感器等组成，如图1.4所示。它的作用是把汽油和空气混合成合适的可燃混合气供入气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。(4)点火系点火系由供给低压电流的蓄电池、发电机、发动机控制单元(ECU)、带点火控制器的点火线圈、高压线及火花塞等组成，如图1.5所示。它的作用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的可燃混合气。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识

(5)冷却系冷却系主要由水泵、散热器、节温器、风扇、分水管、气缸体放水阀以及水套等组成，如图1.6所示。它的功用是把机件的热量散发到大气中去，以保证发动机正常工作。

(6)润滑系润滑系由机油泵、集滤器、限压阀、润滑油道、机油滤清器等组成，如图1.7所示。它的功用是将润滑油供给到做相对运动的零件表面，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗零件表面。(7)起动机系上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识起动机系由起动机及其附属装置组成，如图1.8所示。它的功用是使静止的发动机起动，并转入自行运转。(二)发动机的工作原理1.基本术语(1)工作循环活塞式内燃机的工作循环是由进气、压缩、做功和排气等四个工作冲程组成的封闭过程。周而复始地进行这些过程，内燃机才能持续地做功。

(2)上、下止点活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点;活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识

(3)活塞冲程(S)上、下止点间的距离S称为活塞冲程。曲轴的回转半径R称为曲柄半径。显然，曲轴每回转一周，活塞移动两个活塞冲程。对于气缸中心线通过曲轴回转中心的内燃机，其S=2R。

(4)气缸工作容积(Vh)上、下止点间所包容的气缸容积称为气缸工作容积。

(5)内燃机排量(Vl)内燃机所有气缸工作容积的总和称为内燃机排量。

(6)燃烧室容积(Vc))上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识活塞位于上止点时，活塞顶面以上气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室，其容积称为燃烧室容积，也叫压缩容积。(7)气缸总容积(Va)气缸工作容积与燃烧室容积之和为气缸总容积。(8)压缩比(ε)气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。压缩比的大小表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内的气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。如图1.9所示。2.发动机工作原理上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识发动机的工作过程可分为:进气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，如图1.10所示。

(1)四冲程汽油机工作原理汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在进气冲程被吸入气缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内完成一个工作循环，然后又是进气、压缩……周而复始，连续不断，这就是四冲程汽油机的工作原理。在活塞的四个冲程中，仅一个冲程是做功的，其他三个冲程都不做功。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识四冲程汽油机各个冲程工作情况如下:1)进气冲程。活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时排气门关闭，进气门开启。在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内形成一定的真空度。空气和汽油的混合物通过进气门被吸人气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。2)压缩冲程。进气冲程结束后，曲轴继续带动活塞由下止点移至上止点。这时，进、排气门均关闭。随着活塞移动，气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压缩，其压力和温度同时升高。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识

3)做功冲程。压缩冲程结束时，安装在气缸盖上的火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃，火焰迅速传遍整个燃烧室，同时放出大量的热能。燃烧气体的体积急剧膨胀，压力和温度迅速升高。在气体压力的作用下，活塞由上止点移至下止点，并通过连杆推动曲轴旋转做功。这时，进、排气门仍旧关闭。

4)排气冲程。排气冲程开始，排气门开启，进气门仍然关闭，曲轴通过连杆带动活塞由下止点移至上止点，此时膨胀过后的燃烧气体(或称废气)在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识当活塞到达上止点时，排气冲程结束，排气门关闭。(2)四冲程柴油机工作原理凡活塞在气缸内运行，经进气、压缩、燃烧膨胀、排气四个冲程完成一次工作循环的柴油机统称为四冲程柴油机，如图1.11所示。柴油机的燃料是柴油，其黏度比汽油大，不易蒸发，而自燃温度低，所以点火方式是压燃式。进气和压缩冲程中都是纯空气，其压缩比比汽油机高得多(一般为16~22)，压缩终了时，气缸内的空气压力可达3.5~4.5MPa，同时温度大大超过了柴油自燃温度，故柴油喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行着火燃烧。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而做功，废气同样经排气门排人大气。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识(3)二冲程汽油机工作原理二冲程内燃机的工作循环是在两个活塞冲程即曲轴旋转一周的时间内完成的。在四冲程内燃机中，常把排气过程和进气过程合称为换气过程。在二冲程内燃机中换气过程是指废气从气缸内被新气扫除并取代的过程。这两种内燃机工作循环的不同之处主要在于换气过程。如图1.12所示。1)第一冲程活塞在曲轴带动下由下止点移至上止点。当活塞还处于下止点时，进气孔被活塞关闭，排气孔和扫气孔开启。这时曲轴箱内的可燃混合气经扫气孔进入气缸，扫除其中的废气。随着活塞向上止点运动，活塞头部首先将扫气孔关闭，扫气终止。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识但此时排气孔尚未关闭，仍有部分废气和可燃混合气经排气孔继续排出，称其为额外排气。当活塞将排气孔也关闭之后，气缸内的可燃混合气开始被压缩。直至活塞到达上止点，压缩过程结束。2)第二冲程活塞由上止点移至下止点。在压缩过程终了时，火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃。燃烧气体膨胀做功。此时排气孔和扫气孔均被活塞关闭，唯有进气孔仍然开启。空气和汽油经进气孔继续流入曲轴箱，直至活塞裙部将进气孔关闭为止。随着活塞继续向下止点运动，曲轴箱容积不断缩小，其中的混合气被预压缩。此后，活塞头部先将排气孔开启，膨胀后的燃烧气体已成废气，经排气孔排出。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识至此做功过程结束，开始先期排气。随后活塞又将扫气孔开启，经过预压缩的可燃混合气从曲轴箱经扫气孔进入气缸，扫除其中的废气，开始扫气过程。这一过程将持续到下一个活塞冲程中扫气孔被关闭时为止。(三)汽油机和柴油机的比较汽油发动机和柴油发动机都属于内燃机，都是燃烧燃料后通过推动气缸内活塞作往返运动来将燃料中的化学能量转换成为驱动车辆前进的机械能量，因此两者的工作原理大体是相同的。汽油发动机与柴油发动机的最主要的区别在于由燃料物理特性所引起的点火方式的不同，从而表现出各自不同的热效率、经济性，以及外形特点等。详见表1.2的比较。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识(四)发动机的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。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转矩、有效功率、转速和平均有效压力等作为评价发动机动力性好坏的指标。

(1)有效转矩发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作Te，单位为N·m。有效转矩与曲轴角位移的乘积即为发动机对外输出的有效功。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识

(2)有效功率发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作Pe，单位为kW。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的有效功率可以用台架试验方法测定，也可用测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后用公式计算出发动机的有效功率Pe:(3)发动机转速发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速，用n表示，单位为r/min。发动机转速的高低，关系到单位时间内做功次数的多少或发动机有效功率的大小，即发动机的有效功率随转速的不同而改变。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识因此，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。汽车发动机以其所能输出的最大转矩及其相应的转速作为评价发动机动力性的一个指标。(4)平均有效压力单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，记作Pem，单位为MPa。2.经济性指标发动机经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率等。(1)有效热效率上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率，记作ηe。

(2)有效燃油消耗率发动机每输出1kW的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率，记作be，单位为g/(kW·h)。公式为:四、项目实施(一)常用拆装工具的使用1.呆扳手(开口扳手)上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识(1)结构与功用呆扳手的特点是使用方便，对标准规格的螺栓螺母均可使用，如图1.13所示。

(2)使用要求①使用时应选用合适的呆扳手，大拇指抵住扳头，另四指握紧扳手柄部往身边拉扳，切不可向外推扳，以免将手碰伤。②扳转时不准在呆扳手上任意加套管或锤击，以免损坏扳手或损伤螺栓螺母。③禁止使用开口处磨损过甚的呆扳手，以免损坏螺栓螺母的六角。④不能将呆扳手当撬棒使用。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识⑤禁止用水或酸、碱液清洗扳手，应用煤油或柴油清洗后再涂上一层薄润滑脂保管。

2.梅花扳手(1)结构与功用梅花扳手的工作部位呈花环状，套住螺母扳转可使六角受力均匀。梅花扳手适应性强，扳转力大，适用于拆装所处空间狭小的螺栓螺母。对标准规格的螺栓螺母均可使用梅花扳手拆装，特别是螺栓螺母需用较大力矩拆装时，应使用梅花扳手，如图1.14所示。

(2)使用要求上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识①使用时，应选用合适的梅花扳手，轻力扳转时，手势与呆扳手相同;重力扳转时四指与拇指应上下握紧扳手手柄，往身边扳转。②扳转时，不准在梅花扳手上任意加套管或锤击。③禁止使用内孔磨损过甚的梅花扳手。④不能将梅花扳手当撬棒使用。3.套筒扳手

(1)结构与功用套筒扳手由一套尺寸不同的套筒和一根弓形的快速摇柄组成，对标准规格的螺栓螺母均可使用。套筒扳手既适合一般部位螺栓螺母的拆装，也适合处于深凹部位和隐蔽狭小部位螺栓螺母的拆装。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识与接杆配合，可加快拆装速度和拆装质量，如图1.15所示。(2)使用要求①使用时根据螺栓螺母的尺寸选好套筒，套在快速摇柄的方形端头上(视需要与长接杆或短接杆配合使用)，再将套筒套住螺栓螺母，转动快速摇柄进行拆装。②用棘轮手柄扳转时，不准拆装过紧的螺栓螺母，以免损坏棘轮手柄。③拆装时，握快速摇柄的手切勿摇晃，以免套筒滑出或损坏螺栓螺母的六角。④禁止用锤子将套筒击入变形的螺栓螺母的六角进行拆装，以免损坏套筒。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识⑤禁止使用内孔磨损过甚的套筒。⑥工具用毕，应清洗油污，妥善放置。

4.扭力扳手(1)结构与功用通常使用的扭力扳手有预调式和指针式两种形式。一般用于有规定拧紧力矩的螺栓螺母的拆装，如缸盖、曲轴主轴承盖、连杆盖等部位螺栓螺母的拆装，如图1.16所示。

(2)使用要求①拆装时用左手把住套筒，右手握紧扭力扳手手柄往身边扳转。禁止往外推，以免滑脱而损伤身体。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识②对要求拧紧力矩较大，且工件较大、螺栓数较多的螺栓螺母，应分次按一定顺序拧紧。③拧紧螺栓螺母时，不能用力过猛，以免损坏螺纹。④禁止使用无刻度盘或刻度线不清的扭力扳手。⑤拆装时，禁止在扭力扳手的手柄上再加套管或用锤子锤击。⑥扭力扳手使用后应擦净油污，妥善放置。⑦预调式扭力扳手使用前应做好调校工作，用后应将预紧力矩调到零位。

5.活动扳手上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识

(1)结构与功用活动扳手由固定和可调两部分组成，扳手的开度大小可以调整。活动扳手一般用于不同尺寸的螺栓螺母的拆装，如图1.17所示。

(2)使用要求①使用活动扳手时，应根据螺栓螺母的尺寸先调好活动扳手的开口，使之与螺栓螺母的六角一致。②扳转时，应使固定部分承受拉力，以免损坏活动部分。③扳转时，不准在活动扳手的手柄上随意加套管或锤击。④禁止将活动扳手当锤子使用。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识

6.管子钳(1)结构与功用管子钳由固定和可调两部分组成，钳口有齿，以增大与工件的摩擦力。管子钳一般用于扳转金属管件或其他圆柱形工件，如图1.18所示。

(2)使用要求①使用时，应根据圆柱件的尺寸预先调好管子钳的钳口，使之夹住管件，并使固定部分承受拉力，以免扳转时滑脱。②管子钳使用时不得用锤子锤击，也不可将管子钳当锤子使用。③禁止用管子钳拆装六角螺栓螺母，以免损坏六角。④禁止用管子钳拆装精度较高的管件，以免改变工件表面的粗糙度。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识7.火花塞套筒(1)结构与功用火花塞套筒属薄壁长套筒，为火花塞的专用拆装工具，如图1.19所示。

(2)使用要求①使用时，根据火花塞的装配位置和火花塞六角的尺寸应选用不同高度和径向尺寸的火花塞套筒。②拆装火花塞时，应套正火花塞套筒再扳转，以免套筒滑脱。③扳转火花塞套筒时，不准随意加长手柄，以免损坏套筒。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识

8.螺钉旋具(1)结构与功用螺钉旋具俗称起子，常用的有一字形和十字形两种，如图1.20所示。螺钉旋具有木柄和塑料柄之分，木柄螺钉旋具又分为普通式和穿心式两种，后者能承受较大的扭矩，并可在尾部作适当的敲击。塑料柄螺钉旋具具有良好的绝缘性能，适于电工使用。

(2)使用要求①应根据螺钉形状、大小选用合适的螺钉旋具。②使用时螺钉旋具不可偏斜，扭转的同时施加一定压力，以免旋具滑脱。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识③使用时手心应顶住柄端，并用手指旋转旋具手柄。如使用较长的螺钉旋具，左手应把住旋具的前端。④螺钉旋具或工件上有油污时应擦净后再用。⑤禁止将螺钉旋具当撬棒或琴子使用。9.钳子(1)结构与功用汽车拆装中常用的是鲤鱼钳和尖嘴钳，一般用于切断金属丝、夹持或弯曲小零件，如图1.21所示。(2)使用要求上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识①使用时，先擦净油污，根据需要选用尖嘴钳或鲤鱼钳。②禁止将钳子当扳手、撬棒或锤子使用。③不准用锤子击打钳子。④禁止用钳子夹持高温机件。10.活塞环拆装钳(1)结构与功用活塞环拆装钳是用来拆装活塞环的专用工具，如图1.22所示。

(2)使用要求上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识①使用时，应将其卡入活塞环的端口，并使其与活塞环贴紧，然后握住手把，慢慢收缩，使活塞环张开，便可将活塞环从活塞环槽内取出或装入槽内。②操作时不得扳转，以免滑脱损坏工具。③操作时不得过快收缩手把，以免折断活塞环。

11.锤子

(1)结构与功用按锤头形状分，有圆头、扁头及尖头三种;按锤头材料分，有铁锤、木锤和橡胶锤等。锤子主要用来敲击物件，如图1.23所示。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识

(2)使用要求①使用时，应握紧锤柄的有效部位，锤落线应与铜棒的轴线保持相切，否则易脱锤而影响安全。②锤击时，眼睛应盯住铜棒的下端，以免击偏。③禁止用锤子直接锤击机件，以免损坏机件。④禁止使用锤柄断裂或锤头松动的锤子，以免锤头脱落伤人。(二)轿车发动机的总体构造认识发动机的总体构造如图1.24所示。1.曲柄连杆机构上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组组成。①机体组包括气门室罩、气缸盖、气缸垫、气缸体、油底壳，如图1.25所示。②活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆瓦等，如图1.26所示。③曲轴飞轮组包括曲轴、飞轮、齿圈等，如图1.27所示。2.配气机构配气机构由气门组和气门传动组组成。①气门组包括进气门、排气门、气门弹簧、锁片等组成。上一页下一页返回学习情境一发动机整体认识②气门传动组由凸轮轴