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1绪论

1.1国外发动机的发展动态及技术发展趋势

近期世界汽车发动机的发展出现了新的趋势，为了敦促汽车企业提高燃油经济性，

降低尾气排放污染，各国政府都制定了严格的相关政策，都已意识到环境保护环境和节约能源的重要性，纷纷制定出台各种汽车排放标准和鼓励开发使用新能源，欧共体为了促使汽车企业生产低排放的汽车和提高燃油经济性，也制定了相应的控制或推动政策，一方面引导企业的发展，另一方面控制企业偏离政策，未来的汽车想在世界各地的公路上行驶，就必须符合各地的标准，日、欧、美各国正积极准备制定一项国际协定，旨在把目前因地而宜的汽车标准限制一体化，这样对发动机的排放既符合政府高排放政策要求，又符合顾客的要求。

发动机是汽车的心脏，是影响汽车的动力性、经济性、排放性等性能，要求的最

要的环节，低油耗、低排放、小型化、轻量化是车用发动机的总体发展趋势。

1）应用现代化设计技术手段，缩短产品开发周期，提高产品的创新水平，改善

合性能。

2）车用发动机的产品将走多品种、系列化生产的发展道路，在制造发面将广泛

用高水平的柔性生产系统。

3）降低有害排放物和噪声，满足越来越严格的环保要求。

4）开发全电控内燃机产品，利用微电子技术的成果对发动机燃油、进气、排气、

冷却等系统进行控制，并对环境、工程和故障作出反应，为提高燃油经济性，许多公司还开发了新型活塞、多气门技术，进一步增强发动机的性能。

5）进一步发展高效率，高压比涡轮增压系统中冷技术发动机，增压中冷技术已

多缸机上普遍采用，并满足现代排放法规和噪声法规必需的技术措施之一。

6）展新型喷油系统，提高喷油系统的喷射压力和可控喷油规律，这是改进燃烧

过程，降低燃油消耗，减少废气排放和降低噪声的有效措施。

1.2WTO对我国发动机技术带来的影响

进入WTO，标志着将有更多的汽车发动机产品要进入中国市场，决不能低估全球性采购对发动机行业带来的影响与冲击，目前，国内大部分发动机产品结构调整远没有到位，而自主开发能力不足，已不适应于国外同档的产品不断扩张的现实。

在入世初期的5年，会使汽车发动机行业面临一个艰难困苦的调增期，市场是检验产品是否成功的唯一标准，国外产品对中国市场不敌性已被认证，上世纪合资引进的发动机产品，在本地化过程中，都进行了不同调整改进，汽车发动机企业必须认清形势。

2发动机基本构造及其原理

2.1发动机基本工作原理

汽油发动机将汽油的能量转化为动能来驱动汽车，最简单的办法是通过在发动机内部燃烧汽油来获得动能。

因此，汽车发动机是内燃机----燃烧在发动机内部发生。

2.1.1汽油机

汽油发动机（GasolineEngine），是以汽油作为燃料的发动机。

由于汽油粘性小，蒸发快，可以用汽油喷射系统将汽油喷入气缸，经过压缩达到一定的温度和压力后，用火花塞点燃，使气体膨胀做功。

汽油机的特点是转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便。

汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用，至今不衰。

汽油发动机的工作原理：

一个工作循环包括有四个活塞行程：

进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程。

1）进气行程：

在这个过程中，发动机的进气门开启，排气门关闭。

随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积增大，从而使气缸内的压力降到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸力，这样空气便经由进气管道和进气门被吸入气缸，同时喷油嘴喷出雾化的汽油与空气充分混合。

在进气终了时，气缸内的气体压力约为0.075－0.09MPa。

而此时气缸内的可燃混合气的温度已经升高到370-400K。

6）压缩行程：

为使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机排气

发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。

在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程，即压缩行程。

此时混合气压力会增加到0.6-1.2Mpa，温度可达600-700K。

在这个行程中有个很重要的概念，就是压缩比。

所谓压缩比，就是压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比。

一般压缩比越大，在压缩终了时混合气的压力和温度便越高，燃烧速度也越快，因而发动机发出的功率越大，经济性越好。

一般轿车的压缩比在8-10之间，不过现在最新上市的Polo就达到了10.5的高压缩比，因此它的扭矩表现相对不错。

但是压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。

爆燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。

除了爆燃，过高压缩比的发动机还可能要面对另一个问题：

表面点火。

这是由于缸内炽热表面与炽热处点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。

表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声，产生的高压会使发动机负荷增加，寿命缩短。

3）膨胀行程：

在这个过程中，进、排气门仍旧关闭。

当活塞接近上止点时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。

可燃混合气被燃烧后，放出大量的热能，此时燃气的压力和温度迅速增加，其所能达到的最大压力可达3-5Mpa，相应的温度则高达2200-2800K。

高温高压的燃气推动活塞由上止点向下止点运动，通过连杆使曲柄旋转并输出机械能，除了维持发动机本身继续运转外，其余即用于对外做功。

在活塞的运动过程中，气缸内容积增加，气体压力和温度都迅速下降，在此行程终了时，压力降至0.3-0.5Mpa，温度。

6）排气行程：

当膨胀行程接近终了时，排气门开启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，将废气强制排到大气中，这就是排气行程。

在此行程中，气缸内压力稍微高于大气压力，约为0.105-0.115Mpa。

当活塞到达上止点附近时，排气行程结束，此时的废气温度约为900-1200K。

由此，我们已经介绍完了发动机的一个工作循环，这期间活塞在上、下止点间往复移动了四个行程，相应地曲轴旋转了两周。

2.1.2柴油机

柴油发动机的优点是功率大、经济性能好。

柴油发动机的工作过程与汽油发动机有许多相同的地方，每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个行程。

但由于柴油机用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。

不同之处主要是，柴油发动机气缸中的混合气是压燃的，而不是点燃的。

柴油发动机工作时进入气缸的是空气，气缸中的空气压缩到终点时，温度可达500-700℃，压力可达40—50个大气压。

活塞接近上止点时，发动机上的高压泵以高压向气缸中喷射柴油，柴油形成细微的油粒，与高压高温的空气混合，柴油混合气自行燃烧，猛烈膨胀，产生爆发力，推动活塞下行做功，此时的温度可达1900-2000℃，压力可达60-100个大气压，产生的功率很大，所以柴油发动机广泛的应用于大型柴油汽车上。

汽油机和柴油机的不同：

、较大的压力，从而使发能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机1）使用的燃料不同：

汽油机使用的燃料是汽油，柴油机使用的燃料是柴油；

2）点火方式不同：

汽油机用电弧点燃汽油，柴油机用压力压燃柴油；

3）供油方式不同：

汽油机吸入汽油，柴油机用油泵压入柴油；

4）燃油雾化方式不同：

汽油机用汽化器雾化汽油，柴油机使用喷油嘴喷雾雾化柴油；

5）压缩比不同：

汽油机压缩比小，柴油机压缩比大；

6）工作过程不完全相同：

汽油有二冲程的，也有四冲程的，柴油机只有四冲程的

2.2发动机的内部构造

汽车发动机的内部主要是由曲轴、连杆、活塞、气门、缸体和缸盖构造而成。

2.2.1机体组

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、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。

1）气缸体（图2-1）

水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体——曲轴箱，也可称为气缸体。

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。

（图2-2）

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。

这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；

但其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中心。

它的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（图2-3）。

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。

二）曲轴箱（图2-4）

气缸体下部用来安装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，故又称为油底壳图（图2-4）。

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。

三）气缸盖（图2-5）

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。

图2-7

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。

四）气缸垫（图2-6）

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。

目前应用较多的是铜皮——棉结构的气缸垫，由于铜皮——棉气缸垫翻边处有三层铜皮，压紧时较之石棉不易变形。

有的发动机还采用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。

安装