发动机的基本工作原理与总体构造.ppt
第1章发动机的基本工作原理与总体构造,1.1发动机的类型1.2发动机的基本工作原理1.3发动机的总体构造1.4发动机的性能指标1.5发动机特性1.6发动机维修常用工具1.7发动机维修常用量具1.8发动机总成拆装,1.1发动机的类型,按着火方式分类，可分为压燃式与点燃式发动机。压燃式发动机为压缩汽缸内的空气或可燃混合气，产生高温，引起燃料自燃的内燃机;点燃式发动机是将压缩汽缸内的可燃混合气，用点火器点燃的内燃机。压燃式发动机如图1-1所示，点燃式发动机如图1-2所示。按使用燃料种类分类，可分为汽油机、柴油机、气体燃料发动机、煤气机、液化石油气发动机以及多种燃料发动机。汽油机与柴油机如图1-3所示。按冷却方式分类，可分为水冷式、风冷式发动机。以水或冷却液为冷却介质的称作水冷式发动机;以空气为冷却介质的称作风冷式发动机。水冷与风冷发动机如图1-4所示。,下一页,返回,1.1发动机的类型,按进气状态分类，可分为非增压(或自然吸气)和增压发动机。非增压发动机是指进入汽缸前的空气或可燃混合气未经气机压缩的发动机，仅带扫气泵而不带增压器的一冲程发动机亦属此类;增压发动机是指进入汽缸前的空气或可燃混合气己经在压气机内压缩，从而增大进气充量密度的发动机。按冲程数分类，可分为一冲程和四冲程发动机。在发动机内，每一次将热能转变为机械能，都必须经过吸入新鲜充量(空气或可燃混合气)、压缩(当新鲜充量为空气时还要输入燃料)，使之着火燃烧而膨胀做功，然后将生成的废气(己燃气体)排出汽缸这样一系列连续过程，成为一个工作循环。对于往复活塞式发动机，可以根据每一工作循环所需活塞行程数来分类。凡活塞往复四个单程(或曲轴旋转两转)完成一个工作循环的称为四冲程发动机;活塞往复两个单程(或曲轴旋转一转)完成一个工作循环的称为二冲程发动机。,上一页,下一页,返回,1.1发动机的类型,按汽缸数及布置分类，仅有一个汽缸的称为单缸发动机，有两个以上汽缸的称为多缸发动机。根据汽缸中心线与水平面垂直、成一定角度和平行的发动机，分别称为立式、斜置式与卧式发动机;多缸发动机根据汽缸间的排列方式可划分为直列式(汽缸呈一列布置)，如图1-7所示、对置式(汽缸呈两列布置、目两列汽缸之间的中心线呈180)如图1-8所示;V形(汽缸呈两列布置，目两列汽缸之间夹角为V形，如图1-9所示;等等发动机。,上一页,返回,1.2发动机的基本工作原理,2.1发动机的基本术语 1.上止点 图1-10所示为发动机示意图，活塞往复运动时，其顶点从一个方向转为相反方向的转变点位置为止点。活塞顶面离曲轴中心线最远时的止点，称为上止点(Top Dead Center,TDC)。2.下止点 活塞顶面离曲轴中心线最近时的止点称为下止点(Bottom Dead Center,BDC)。3.活塞行程 活塞运动的上、下两个止点之间的距离S称为活塞行程。4.曲柄半径 曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的垂直距离称为曲柄半径。一般用R表示，活塞行程为曲柄半径的两倍，即S=2R,下一页,返回,1.2发动机的基本工作原理,5.汽缸工作容积 一个汽缸中活塞运动一个行程所扫过的容积称为汽缸工作容积，可用符号Vh表示，单位为L。即6.燃烧室容积 燃烧室容积:活塞在上止点时，活塞顶部与汽缸盖之间的容积称为燃烧室容积。一般用Vc表示，单位为L,上一页,下一页,返回,1.2发动机的基本工作原理,7.汽缸总容积 活塞在下止点时，活塞顶上方的容积称为汽缸总容积，一般用Va表示，单位为L。显然，汽缸总容积是汽缸工作容积与燃烧室容积之和，即8.发动机排量 多缸发动儿个汽缸工作容积的总和称为发动机排量，一般用VL表示，单位为L。即,上一页,下一页,返回,1.2发动机的基本工作原理,9.压缩比汽缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，一般用表示。10.工作循环 在汽缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转变成机械能的一系列连续过程(进气、压缩、做功、排气)称为发动机的一个工作循环。,上一页,下一页,返回,1.2发动机的基本工作原理,四冲程发动机的工作原理 1.四冲程汽油机的工作原理 四冲程汽油机每一个工作循环包括四个活塞行程，即进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程，如图1-11所示。2.四冲程柴油机的工作原理 与四冲程汽油机一样，四冲程柴油机每个工作循环也是由进气、压缩、做功和排气4个行程组成。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。这里主要介绍四冲程柴油机与四冲程汽油机工作原理的不同之处。四冲程柴油机工作原理如图1-12所示。,上一页,下一页,返回,1.2发动机的基本工作原理,(1)进气行程 柴油机在进气行程中进入汽缸的是纯空气，而不是可燃混合气。(2)压缩行程 柴油机在压缩行程中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 做功行程与汽油机有很大区别。在压缩行程接近上止点时，喷油泵泵出的高压柴油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，与空气混合形成可燃混合气。由于此时汽缸内的温度远高于柴油的自燃温度(约为500 K)，形成的可燃混合气自行着火燃烧，随后的一段时间内边喷油边混合边燃烧，汽缸内的温度和压力迅速升高，推动活塞下行做功。,上一页,下一页,返回,1.2发动机的基本工作原理,(4)排气行程 与汽油机的排气行程基本相同。由上述单缸四冲程汽油机和单缸四冲程柴油机的工作原理可知，四冲程发动机工作循环具有以下特点。每完成一个工作循环曲轴转两圈(720)，每一行程曲轴旋转半圈(180)。进气行程中进气门开启，排气门关闭;排气行程中排气门开启，进气门关闭;其余两个行程进、排气门均关闭。在4个行程中，只有做功行程产生动力，其余二个行程则是为做功行程作准备的辅助行程，都要消耗动力。虽然做功行程是主要的，但其他二个行程也是必不可少的。发动机启动时(第一个工作循环)，必须借助外力带动曲轴旋转以完成进气、压缩行程，在混合气着火做功行程开始后，依靠曲轴和匕轮储存的能量，使发动机转入正常运转状态。,上一页,下一页,返回,1.2发动机的基本工作原理,二冲程发动机的工作原理 1.二冲程汽油机的工作原理 汽缸上有二个孔，利用这二个孔分别在一定时刻被活塞打开或关闭进行进气、换气和排气。工作原理如下:活塞向上运动，将二个孔都关闭，活塞上部开始压缩，当活塞继续上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱，活塞接近上止点时，火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩，当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动，扫气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入汽缸内，并扫除废气。,上一页,下一页,返回,1.2发动机的基本工作原理,2.二冲程柴油机的工作原理 一冲程柴油机和一行程汽油机工作类似，所不同的是，柴油机进入汽缸的不是可燃混合气，而是纯空气。例如，带有扫气泵的二冲程柴油机工作过程如图1-14所示。,上一页,返回,1.3发动机的总体构造,3.1汽油机的总体构造 汽油机通常由两大机构、五大系统组成;柴油机由两大机构、四大系统(较汽油机少点火系统)组成。1.汽油发动机的两大机构(1)曲柄连杆机构 主要由缸盖、缸体、油底壳、活塞、连杆、曲轴及齿轮等组成。其作用是实现功能转换。(2)配气机构 主要由进气门、排气门、气门弹簧、挺杆、推杆、摇臂，凸轮轴、凸轮轴传动机构等组成。其作用是适时开关进、排气门，以便可燃混合气能及时进入汽缸、废气能及时从缸内排出。,下一页,返回,1.3发动机的总体构造,2.汽油发动机的五大系统(1)燃料供给系统(2)点火系统(3)冷却系统(4)润滑系统(5)启动系统,上一页,下一页,返回,1.3发动机的总体构造,柴油机的总体构造 四冲程水冷式柴油机由“两大机构、四大系统”组成，“两大机构”指曲柄连杆机构和配气机构，“四大系统”指燃料供给系统、冷却系统、润滑系统、启动系统。柴油机的曲柄连杆机构、配气机构、冷却系统、润滑系统、启动系统与汽油机基本相同。由于柴油机采用压缩自燃的着火方式，所以不需要点火系统。此外，由于柴油机与汽油机使用的燃料不同，其燃料供给系统存在较大的差异。柴油机燃料供给系统由柴油箱、输油泵、喷油泵、柴油滤清器、喷油器、进气歧管等组成，通常利用高压油泵提高柴油压力后，利用喷油器将高压柴油直接喷入汽缸。,上一页,返回,1.4发动机的性能指标,指示性能指标1.循环指示功Wi2.平均指示压力Pmi平均指示压力Pmi(MPa)是发动机单位汽缸工作容积的指示功。,下一页,返回,1.4发动机的性能指标,3.指示功率Pi指示功率Pi 是指发动机单位时间所做的指示功。4.指示热效率挤 指示热功率i，是实际循环指示功与所消耗的燃料热值之比值。,上一页,下一页,返回,1.4发动机的性能指标,5.指示燃油消耗率bi有效性能指标 1.动力性能指标(1)有效转矩Me 发动机通过飞轮对外输出的平均转矩称为有效转矩，以Me表示。有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。,上一页,下一页,返回,1.4发动机的性能指标,(2)有效功率Pe。发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率。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的方法测定，也可用测功器测定有效转矩和曲轴转速，然后用下式计算发动机的有效功率(kW)，即,上一页,下一页,返回,1.4发动机的性能指标,(3)发动机转速n 发动机转速是指发动机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定，汽车发动机应能在额度工况下连续运行3001 000 h(4)平均有效压力pme平均有效压力pme(MPa)是发动机单位汽缸工作容积输出的有效功。,上一页,下一页,返回,1.4发动机的性能指标,2.经济性能指标(1)有效燃油消耗率ge ge是单位有效功的耗油量(简称耗油率)，通常以每千瓦小时的耗油量表示。(2)有效热效率e 是发动机的有效功W e(J)与所消耗燃料热量Q1之比值。,上一页,下一页,返回,1.4发动机的性能指标,(3)机械效率m 机械效率m是有效功率和指示功率的比。强化指标 1.升功率PL:升功率PL(kW/L)是发动机每升工作容积所发生的有效功率，它用来衡量发动机容积的利用率。,上一页,下一页,返回,1.4发动机的性能指标,2.强化系数Vm其值越大，发动机的热负荷和机械负荷越高。紧凑性指标1.比容积ve,比容积ve是指单位有效功率所占体积(评价工作过程、紧读性),上一页,下一页,返回,1.4发动机的性能指标,2.比质量me 比质量me(kg/kW是发动机的干质量m与所给出的标定功率之比。它表示质量利用程度和结构紧凑性。,上一页,下一页,返回,1.4发动机的性能指标,运转性能指标 发动机的运转性能指标主要指排气品质、噪声、启动性能等。由于这些性能不仅与使用者利益相关，更关系到人类的健康，因此必须指定共同遵守的统一标准，并给予严格控制。1.排放指标 欧洲排放体系见表1-5 2.噪声 3.启动性能,上一页,下一页,返回,1.4发动机的性能指标,可靠性指标 可靠性是指发动机在规定的运转条件下，具有持续工作，不会因为故障而影响正常运转的能力。一般以保证期内的不停车故障数、停车故障数、更换主要零件和重要零件数等具体指标来衡量。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定，我国汽车发动机应能在标定工况下连续运行3001 000 h,上一页,下一页,返回,1.4发动机的性能指标,耐久性指标 耐久性是指发动机在规定的运转条件下，长期工作而不大修的性能。一般以发动机从开始使用到第一次大修前累计运转的时间表示。工艺性指标 工艺性指标是指评价发动机制造工艺性和维修工艺性好坏的指标。发动机结构工艺性好，则便于制造，便于维修，就可以降低生产成本和维修费用。,上一页,返回,1.5发动机特性,发动机特性与特性曲线 1.发动机特性 发动机性能指标随调整情况及运转情况而变化的关系称为发动机特性。发动机性能指标主要有功率、转矩、燃料消耗率、排气温度、排气烟度等;调整情况主要指柴油机的供油提前角、汽油机的点火提前角、发动机燃料等可调因素对发动机性能的影响;运转情况一般指发动机转速和负荷等。,下一页,返回,1.5发动机特性,2.特性曲线 为了直观地显示发动机的特性，常以曲线形式表示，称为发动机特性曲线。图1-17所示为Audi(奥迪)2.4L四缸5气门V6汽油机的外特性曲线。3.发动机特性分类 发动机特性分调节特性和性能特性两大类。调节特性:指发动机的性能指标随调节情况而变化的关系。如柴油机的供油提前角调节特性、汽油机的点火提前角调节特性、汽油机的燃料调节特性等。性能特性:指内燃机的性能指标随运行工况而变化的关系。如负荷特性、速度特性、调速特性、万有特性等，它们可以通过试验测得。汽车应用较多的是速度特性。,上一页,下一页,返回,1.5发动机特性,发动机速度特性1.速度特性曲线发动机的速度特性曲线(如图1-18所示)2.转矩储备系数及转矩适应系数 为了充分表明发动机的动力性能，引入转矩储备系数和转矩适应系数K的概念3.转速适应系数,上一页,下一页,返回,1.5发动机特性,4.柴油机与汽油机外特性的比较柴油机与汽油机外特性的比较如图1-19所示。发动机负荷特性 负荷特性是指当发动机转速一定时，经济性指标的有效比燃油消耗量随发动机负荷的变化关系，如图1-20所示 当发动机转速不变时，有效功率与有效转矩、平均有效压力成正比，因此，负荷特性横坐标可用有效功率、有效转矩或平均有效压力表示。纵坐标是每小时燃料消耗量或比燃油消耗量。负荷特性是选用发动机的依据之一。若小负荷时，比油耗大，经济性差;发动机负荷率在70%80%时，经济性最好。在同一转速下，比油耗越小，曲线越平坦，经济性越好。柴油机比油耗较汽油机低，曲线较平坦。,上一页,返回,1.6发动机维修常用工具,手用工具 1.旋具 旋具分为标准旋具和十字形旋具，如图1-21所示，整体分为二部分:刀口、刀杆和手柄。在使用旋具时，要注意一定要把旋具垂直地顶在螺钉的头部上，一边用力顶压着，一边转动旋具。在旋转时不要把转动方向弄错，若斜着拧螺钉。对螺妊刀和螺钉都有可能造成伤害。2.钳子 钳了有很多类型和规格，常用钳了可分为钢妊钳、鲤鱼钳和尖嘴钳，如图1-22所示，开日钳主要用于夹持机件或拉扭机件，不得使用开日钳拆装螺栓等紧固件。,下一页,返回,1.6发动机维修常用工具,3.扳手 扳手主要用于拧松或拧紧螺栓或螺母，常用扳手类型如图1-23所示。有不同的规格，一般都成套购置。除活动扳手的规格按尺寸大小划分外，标准螺纹件规格划分。4.手锤 手锤分为硬手锤和软手锤手锤用来把钉子钉进木头或使金属材料变形，是有力的敲击工具。使用时手握锤柄1/2以下的部位。注意锤头必须牢固地装在锤柄上，否则在敲击时会飞出伤人。,上一页,下一页,返回,1.6发动机维修常用工具,专用工具 1.千斤顶 千斤顶是一种用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座或底部托爪在行程内顶升重物的轻小起重设备，是一种最常用最简单的起重工具。按照其工作原理可分为机械丝杆式和液压式，按照所能起顶的质量可以分为3 000 kg,5 000 kg,9 000 kg等多种不同规格，日前广泛使用的是液压式千斤顶。,上一页,下一页,返回,1.6发动机维修常用工具,2.火花塞套筒 火花塞套筒是用于拆装火花塞的专用工具，为内六角筒式结构，筒身上加工有手柄穿入孔，如图1-29所示。火花塞套筒有两种规格，一种适用于14.8 mm的火花塞螺套，一种适用于10 mm的火花塞螺套。3.活塞环拆装钳 活塞环拆装钳是用于拆装活塞环的专用工具，如图1-30所示。使用时应将活塞环拆装钳上的环卡卡在活塞环的开口上，轻握手柄慢慢收缩使活塞环张开，以便拆装。4.气门拆装钳 气门拆装钳是用于拆装气门的专用工具，如图1-31所示。在拆装气门时，将气门拆装钳托架抵住气门，压环对正气门弹簧座，压下手柄即可使气门弹簧压缩，然后取出气门弹簧锁止零件，再慢慢放松手柄，便能很容易地取下气门弹簧和气门等。,上一页,下一页,返回,1.6发动机维修常用工具,5.拉器 拉器是用于拆卸过盈配合安装在轴上的齿轮或轴承等零件的专用工具。,上一页,返回,1.7发动机维修常用量具,游标卡尺 游标卡尺是一种能直接测量工件直径、宽度、长度和深度的量具，可用来测量孔径、外径、深度。游标卡尺按照测量功能分普通游标卡尺和深度游标卡尺;按照测量精度可以分为0.10 mm,0.02 mm,0.05 mm等。外径千分尺 外径千分尺是比游标卡尺更精密的量具，其精度为0.01 mm。外径千分尺规格按量程划分，常用的有025 mm,2550 mm,5075 mm,75100 mm,100125 mm等规格，使用时应按零件尺寸选择相应规格。,下一页,返回,1.7发动机维修常用量具,厚薄规(塞尺、间隙规)厚薄规又称塞尺、间隙规，常用来测量间隙，如图1-35所示，是一种由多片不同厚度的标准钢片所组成的测量工具，钢片上标有厚度值。百分表 百分表如图1-36所示，用来测量尺寸偏差，如轴弯曲、轴向间隙、端面跳动等，是利用精密齿条齿轮机构制成的表式通用长度测量工具。通常由测头、量杆、防震弹簧，齿条、齿轮、游丝,圆表盘及指针等组成。常用于形状和位置误差以及小位移的长度测量。,上一页,返回,1.8发动机总成拆装,拆装发动机总成的操作规范 拆卸真空软管和电线插头时，应在接头外用标签注明连接位置，以防安装时出现差错而产生人为故障。卸下真空软管时，应牵拉软管端口处，不能牵拉软管的中间部分。拉开电线插头时，应牵拉插座，不能牵拉引线部分，以免损伤线头，造成通电不良。拆卸传感器或继电器之类的电器时要防止碰伤，如果掉落在硬地上，不可再使用，应予以更换。应正确使用机修工具，不得用套简扳手拆卸和安装温度开关及温度传感器，不能猛敲猛打，以防损坏零件。,下一页,返回,1.8发动机总成拆装,用真空压力表时，不得将软管勉强装入过大的接头上，因为这样可能会由于软骨接头不合适而损坏软管，引起泄漏现象。使用起重设备时应有合适的吊具或专用的吊爪，吊起前应检查吊链、绳索等有无损坏、裂缝，以及工件是否捆扎牢固。不准在吊起或举起的工件下面工作，必须在专用的台架上进行总成或组成合件的分解工作。当汽车用千斤顶顶起而未用支架垫稳时，不准在车上或车底工作。,上一页,下一页,返回,1.8发动机总成拆装,从车上拆下发动机总成的操作步骤 查取车载收录机代码。关闭点火开关，拆下蓄电池搭铁线。拆下发动机罩和油底壳护板。拆下散热器下端的动力转向液压冷却管。拆下动力转向系统相关部件。拆下散热器上的防水堵，排放发动机冷却液。拔出前照灯线束插头和风扇温度传感器线束插头,上一页,下一页,返回,1.8发动机总成拆装,拔出ABS控制单元前的防盗报警装置、空调离合器和喇叭线束插头。拔掉空气流量计和油箱通风电磁阀线束插头。拆下发动机控制单元(ECU)，拔掉ECU线束插头。拆下接地搭铁线和支架 拆下节气门拉线 松开动力转向泵、硅油风扇和多楔带 拆下空调压缩机多楔带张紧器螺栓和空调压缩机多楔带 拆下硅油风扇带轮 拆下水泵带轮和多楔带,上一页,下一页,返回,1.8发动机总成拆装,拆下启动机、前排气管。将拆下的发动机固定在vw540支架上进行检修。,上一页,下一页,返回,1.8发动机总成拆装,将发动机总成安装到车上的操作要点 应更换密封件、衬垫、自锁螺母，安装时按规定力矩拧紧螺栓。在分离轴承与输入轴之间涂少许G000100润滑油，分离轴承的导向套不必润滑。注意安放发动机中间板的正确位置和缸体上的定位销，以确保发动机与变速器同心安装;更换发动机支承的自锁螺母:摇转发动机使其安装到位，并注意有无卡滞现象。查询故障存储并将其删除，匹配发动机控制单元与节气门控制单元。主要螺栓及螺母的拧紧力矩如下所示:M6(10 N m);M8(20 N m);M10 C45 N m);Ml2(60 N m);排气等(30 N m);变速箱与发动机(65 Nm),上一页,返回,表1-5欧洲排放体系,返回,图1一1压燃式发动机,返回,图1-2点燃式发动机,返回,图1-3汽油机与柴油机,返回,图1-4水冷与风冷发动机,返回,图1-7直列式发动机,返回,图1-8对置式发动机,返回,图1-9 V形发动机,返回,图1-10发动机示意图,返回,图1-11四冲程汽油机的工作原理,返回,图1-12四冲程柴油机的工作原理,返回,图1-14二冲程柴油机的工作原理,返回,图l一17,返回,图l一18,返回,图1-19柴油机与汽油机外特性的比较,返回,图1-20发动机负荷特性,返回,图1-21旋具,返回,图1-22 钳子,返回,图1-23常用扳手,返回,图1-29火花塞套筒,返回,图1-30活塞环拆装钳,返回,图1-31气门拆装钳,返回,图1一35厚规尺,返回,图1-36百分表,返回,
