《发动机结构简介》PPT课件

1、发动机结构简介,发动机简介,2,发动机（Engine）是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机（汽油发动机等）、外燃机（斯特林发动机、蒸汽机等）、电动机等。发动机最早诞生在英国。,发动机的基本参数,3,排量最常见的一个发动机参数。 发动机排量是发动机各汽缸工作容积的总和，一般用升（L）表示。而汽缸工作容积则是指活塞从上止点到下止点所扫过的气体容积，又称为单缸排量，它取决于缸径和活塞行程。发动机排量是非常重要的发动机参数，它比缸径和缸数更能代表发动机的大小，发动机的许多指标都同排气量密切相关。一般来说，排量越大，发动机输出功率越大。,发动机的基本参数,4,缸数 汽车发动机常用缸数

2、有3缸、4缸、6缸、8缸、10缸、12缸等。 汽缸排列形式指多气缸内燃机各个气缸排布的形式。 目前主流发动机汽缸排列形式： L：直列 V：V型排列 其他非主流的汽缸排列方式： W：W型排列 H：水平对置发动机 R：转子发动机,发动机的基本参数,5,直列发动机： 直列布局是如今使用最为广泛的气缸排列形式，尤其是在2.5L以下排量的发动机上。这种布局的发动机的所有气缸均是按同一角度并排成一个平面，并且只使用了一个气缸盖，同时其缸体和曲轴的结构也要相对简单。这种布局发动机的优势在于尺寸紧凑，稳定性高，低速扭矩特性好并且燃料消耗也较少，当然也意味着制造成本更低。同时，采用直列式气缸布局的发动机体积也比

3、较紧凑，可以适应更灵活的布局。也方便于布置增压器类的装置。但其主要缺点在于发动机本身的功率较低，并不适合配备6缸以上的车型,发动机的基本参数,6,V型发动机： V型发动机，简单的说就是将所有汽缸分成两组，把相邻汽缸以一定夹角布置一起（左右两列气缸中心线的夹角180），使两组汽缸形成一个夹角的平面，从侧面看汽缸呈V字形（通常的夹角为60），故称V型发动机。 与直列布局形式相比，V型发动机缩短了机体的长度和高度，而更低的安装位置可以便于设计师设计出风阻系数更低的车身，同时得益于汽缸对向布置，还可抵消一部分振动，使发动机运转更为平顺。,发动机的基本参数,7,W型发动机： W型发动机的汽缸只是近似W形

4、排列。将V型发动机的每侧汽缸再进行小角度的错开，就成了W型发动机。或者说W型发动机的汽缸排列形式是由两个小V形组成一个大V形,两组V型发动机共用一根曲轴。严格说来W型发动机还应属V型发动机的变种。 水平对置发动机： 水平对置发动机的气缸夹角为180度。但是水平对置发动机的制造成本和工艺难度相当高，所以目前世界上只有保时捷和斯巴鲁两个厂商在使用。,发动机的基本参数,8,转子发动机： 转子发动机又称为米勒循环发动机，由德国人菲加士汪克尔发明，之后这项技术由马自达公司收购。转子发动机直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比，转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺

5、寸较小，重量较轻，而且振动和噪声较低，具有较大优势。,发动机的分类,9,按照活塞运动方式分类：可分为往复活塞式和旋转活塞式,发动机的分类,10,按照燃料种类分类：可分为汽油机和柴油机、气体发动机等,发动机的分类,11,按照工作循环的行程数分类：可分为四行程和二行程,发动机的分类,12,按照冷却方式分类：可分为水冷式和风冷式,发动机的分类,13,按气缸数分类：可分为单缸发动机和多缸发动机,发动机的分类,14,按照气缸排列方式分类：可分为立式、卧式、直列、V形和对置式等,发动机的工作原理,15,四冲程发动机：曲轴转两圈，活塞在气缸内上下往复各两次，完成一个工作循环的内燃机。,四冲程汽油机工作循环原

6、理图：从左至右为进气、压缩、作功和排气四个冲程,发动机的工作原理,16,1 进气冲程： 曲轴带动活塞由上止点向下止点运动，此时进气门要打开、而排气门处于关闭状态，因为活塞的下行在进气管形成一定的真空负压，所以气体被吸入气缸。柴油机和汽油机的区别在于：汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合气，柴油机吸入气缸的是纯空气。汽油机的供油系统在提前在进气管将一定比例的汽油和空气混合好。当活塞到达下止点，进气冲程结束。 2 压缩冲程： 压缩时曲轴带动活塞由下止点向上止点运动，此时进气门和排气门均被关闭，气缸内混合气（汽油机）或空气（柴油机）被压缩，压力和温度升高，至活塞到达上止点，压缩冲程结束。 在前面提到压

7、缩比，因为汽油机和柴油机的压缩比不同，汽油机达812，而柴油机可达1522，所以压缩结束对于气缸的压力和温度，柴油机要明显高于汽油机。,发动机的工作原理,17,3 作功冲程： 在作功时，气缸气体需要燃烧膨胀，推动活塞下行输出动力，但是柴油机和汽油机在供油和着火方式有着明显的不同：对于汽油机，气缸内已是汽油和空气的混合气，在压缩冲程即将结束，活塞到达上止点前的某一刻，需要点火系统提供的高压电作用于火花塞，火花塞跳火，点燃气缸的混合气，因为活塞的运行速度极快而迅速的越过上止点，同时混合气迅速燃烧膨胀作功，推动活塞下行。 对于柴油机，先前进气时吸入气缸的空气，所以在压缩冲程即将结束，活塞到达上止点前

8、的某一刻，需要供油提供的高压柴油喷入燃烧室并迅速的形成混合气，因为气缸的高温达到柴油的自燃温度，混合气自行点火。 所以称汽油机为点燃式，而柴油机是压燃式,发动机的工作原理,18,4 排气冲程： 排气冲程汽油机和柴油机相似：曲轴带动活塞由下止点向上止点运动，排气门打开，燃烧后的废气经排气门排出。排气结束，活塞处于上止点，进行下一个进气、压缩、作功和排气的工作循环。,发动机的工作原理,19,基本术语 1、工作循环 定义：在气缸中进行的每一次将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的一系列连续过程。活塞式内燃机的工作循环是由进气、压缩、做功、排气四个工作过程组成 2、上止点（下止点） 定义：活塞顶离曲轴旋转

9、中心最远（近)处。即活塞的最高（低）位置。 3、活塞冲程 S 定义：活塞上、下止点之间的距离。 4、曲柄半径 R 定义：曲轴的回转半径，对于汽缸中心线通过曲轴回转中心的内燃机有： S2R 5、气缸工作容积（气缸排量）VS 定义：上、下止点间所包容的气缸容积（活塞从上止点到下止点所扫过的容积。） 常作为表征内燃机尺寸大小及动力性能的主要结构参数之一。,发动机的工作原理,20,6、内燃机排量（发动机工作容积） VL 定义：发动机所有气缸工作容积的总和。 7、燃烧室容积 Vc 定义：活塞在上止点时，活塞顶以上、气缸盖底面以下所形成的空间容积。 8、气缸总容积 Va 定义：气缸工作容积与燃烧室容积之和

10、（活塞在下止点时，活塞顶以上的空间容积。） VaVsVc 9、压缩比 定义：气缸总容积与燃烧室容积之比（压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比。） 物理意义：表示气缸内气体被压缩的倍数或燃气燃烧后膨胀的倍数。是发动机的重要性能参数。 柴油机：1522 汽油机：610,发动机的构造,21,两大机构五大系统 两大机构：曲柄连杆机构、配气机构 五大系统：燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系、起动系,发动机的构造,22,一、曲柄连杆机构 作用：将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力,发动机的构造,23,二、配气机构 作用：根据

11、发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。,发动机的构造,24,三、燃料供给系统 作用：a、汽油机：根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去。,发动机的构造,25,润滑系统 作用：向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却以及进行防腐、密封等。组成：润滑油道、机油泵、机油滤清器等,发动机的构造,26,五、冷却系统 作用：将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下

12、工作。,组成：水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。,发动机的构造,27,六、点火系统 作用：在汽油机中，将气缸内的可燃混合气用电火花在正确的时刻进行点燃。,组成：蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞、点火模块、电控单元等。,发动机的构造,28,七、起动系统 作用：使发动机由静止状态过渡到工作状态。 组成：起动机及其附属装置,发动机的零部件,29,机体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、汽缸套、气缸盖和气缸垫等零件组成。,发动机的零部

13、件,30,气缸体 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。 气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。 1、一般式气缸体： 2、龙门式气缸体： 3、隧道式气缸体：,发动机的零部件,31,1、一般式气缸体：其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；缺点是刚度和强度较差 2、龙门式气缸体：其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转

14、中心。优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。 3、隧道式气缸体：这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。 为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作用。,发动机的零部件,32,曲轴箱 气缸体下部用来安装

15、曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。,发动机的零部件,33,气缸盖 气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。 它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下

16、端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。 缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。 气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。,发动机的零部件,34,气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大。 汽油机燃烧室常见的三种形式。楔形燃烧室、盆形燃烧室、半球形燃烧室。,发动机的零部件,35,1）半球

17、形燃烧室 半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上被广泛地应用。 2）楔形燃烧室 楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提高了充气效率。气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰传播距离长些，切诺基轿车发动机采用这种形式的燃烧室。 3）盆形燃烧室 盆形燃烧室，气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制

18、，进、排气效果要比半球形燃烧室差。,发动机的零部件,36,气缸垫 气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。 气缸垫的材料要有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以确保密封，同时要有好的耐热性和耐压性，在高温高压下不烧损、不变形。,发动机的零部件,37,凸轮轴 用于驱动气门来实现开启和关闭。顶置式凸轮结构拉近了其与气门间的距离，除了减小底置式长距离往返运动的能量损失外，还使得原本运转较慢的气门开闭动作更为活跃。,凸轮轴常见的故障主要是异常磨损。机油泵若使用时间过长会出现供油压力不足，使得位于发动机润滑系统顶端的凸轮轴润滑不良，特别是凸轮顶端和气门

19、上方液压挺杆的润滑如若不当，便会减小双方的间隙，会出现晚开进气门、早关排气门的情况，大大影响了进排气效率，降低了发动机的功率和扭矩输出。,发动机的零部件,38,正时链条 正时链是发动机凸轮轴和曲轴的连接件，当发动机从静止由起动机转动曲轴，正时皮带便也开始了工作，通过与曲轴的配合，来调节发动机进、排气门开启或关闭的时间，以保证气缸能够正常的吸气和排气。确保时间精准的功臣要属正时链条上的几个明显的标志，按照严格的技术要求和工艺标准安装后，便可以实现曲轴和凸轮轴间的良好配合，来确定进、排气门何时开启何时关闭，来完成燃料化学能向曲轴动能的转变。,发动机的零部件,39,节气门 节气门是控制空气进入引擎的

20、一道可控阀门，气体进入进气管后会和汽油混合成可燃混合气，从而燃烧做工。它上接空气滤清器，下接发动机缸体，被称为是汽车发动机的咽喉。节气门有传统拉线式和电子节气门两种，传统发动机节气门操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端连接油门踏板，另一端连接节气门连动板而工作。电子节气门主要通过节气门位置传感器，来根据发动机所需能量，控制节气门的开启角度，从而调节进气量的大小。,发动机的零部件,40,气门组 气门组的结构主要由气门、气门弹簧、气门锁夹等组成，通常情况下，进气口的直径要大于排气口，主要是为了增加进气量，来提高燃烧效率，从而获得更好的动力输出。,气门个数有2、3、4、5四种情况，其中目前主流

21、的为4气门，原因有二。其一，相比2、3个气门，4气门的气门直径小、同材料的情况质量会更轻，由于物体的惯性与质量成正比，因此4气门的运动惯性相对较小，从而会更加灵活、开启或关闭的角度也更精准。其二，5气门的结构制造上会更复杂，对应的生产成本和维修保养费用也会增加，且气门越多，各气门孔之间的厚度会相应变薄，从而降低了缸盖强度，因此4气门的应用较广泛。,发动机的零部件,41,气门常见的问题由积碳引起，可能产生发动机加速不良、怠速不稳、冷车启动困难等现象。对此建议大家定期做维护保养，保持油、气的清洁，并注意驾驶习惯，避免长时间怠速停车。,发动机的零部件,42,火花塞,火花塞，通过接收高压导线送来的脉冲

22、电压，放电击穿火花塞两电极间的空气，从而产生火花引燃气缸内的混合气体，来完成化学能向动能的转化火花塞由绝缘体和能导电的金属壳体组成,发动机的零部件,43,目前市场在售的火花塞，依据不同的电极材料，主要有普通（镍锰合金）、铂金、铱金三种，其中普通火花塞（镍的熔点接近1500）的寿命约为2-3万公里，铂金、铱金火花塞由于材料熔点接近2000，且均为稀有金属（稀有金属的化学特性比较稳定），其稳定性和抗蚀性均要好于镍，因此寿命要长于普通火花塞可达到10万公里，不过铂金、铱金火花塞的更换成本也更高。,比较常见的火花塞故障有严重积碳、漏电、以及电极被烧断等现象。,发动机的零部件,44,喷油嘴 喷油嘴，为发动机喷油任务的执行装置，它的设计将会影响燃油的雾化效果，进而影响燃油的燃烧效率。喷油孔的数目越多，燃油的雾化效果会更好，不过还要考虑同面积的情况下，喷油孔的数目越多，也意味着孔径越小，就会更容易造成堵塞，影响汽车性能。,喷油嘴堵塞的原因主要是发动机内部的积碳以及燃油中的杂质引起。一般情况，2-3万公里进行清洗。 如果没有定期进行清洗，喷油嘴堵塞现象加重，便会引起发动机喷油不畅、雾化效果不良，使得发动机的功率下降，油耗上升、排放污染物也会增加。,发动机的零部件,45,活塞 活塞所处的工作环境恶劣之外，它还是发动机中最忙碌