发动机结构和原理.docx

发动机结构和原理.docx

《发动机结构和原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发动机结构和原理.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

发动机结构和原理

发动机的总体构造

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，都必须具备以下一些机构和系统。

汽油机由以下两大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、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。

1.曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。

它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。

2.配气机构配气机构的功用是根据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。

3.冷却系统冷却系的功用是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工作。

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。

4.燃料供给系统汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，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；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。

5.润滑系统润滑系的功用是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。

润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。

6.点火系统在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。

能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。

7.起动系统要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。

发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。

因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。

完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动

汽车发动机的类型

1.按活塞运动方式的不同，活塞式内燃机可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。

   2.根据所用燃料种类，活塞式内燃机主要分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机三类。

以汽油和柴油为燃料的活塞式内燃机分别称作汽油机和柴油机。

使用天然气、液化石油气和其他气体燃料的活塞式内燃机称作气体燃料发动机。

   3.按冷却方式的不同，活塞式内燃机分为水冷式和风冷式两种。

以水或冷却液为冷却介质的称作水冷式内燃机，而以空气为冷却介质的则称作风冷式内燃机。

   4.往复活塞式内燃机还按其在一个工作循环期间活塞往复运动的行程数进行分类。

活塞式内燃机每完成一个工作循环，便对外作功一次，不断地完成工作循环，才使热能连续地转变为机械能。

在一个工作循环中活塞往复四个行程的内燃机称作四冲程往复活塞式内燃机，而活塞往复两个行程便完成一个工作循环的则称作二冲程往复活塞式内燃机。

   5.按照气缸数目分类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。

   6.内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。

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；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。

   7.按进气状态不同，活塞式内燃机还可分为增压和非增压两类。

若进气是在接近大气状态下进行的，则为非增压内燃机或自然吸气式内燃机；若利用增压器将进气压力增高，进气密度增大，则为增压内燃机。

增压可以提高内燃机功率。

   目前，应用最广、数量最多的汽车发动机为水冷、四冲程往复活塞式内燃机，其中汽油机用于轿车和轻型客、货车上，而大客车和中、重型货车发动机多为柴油机。

少数轿车和轻型客、货车发动机也有用柴油机的。

以风冷或二冲程活塞式内燃机为动力的汽车为数不多。

特别是从20世纪80年代起，在世界范围内，就不再有以二冲程活塞式内燃机为动力的轿车了。

配气定时及气门间隙

一、配气定时（配气相位）

以曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻及其开启的持续时间称作配气定时。

进气门在进气行程上止点之前开启谓之早开。

从进气门开到上止点曲轴所转过的角度称作进气提前角，记作α。

进气门在进气行程下止点之后关闭谓之晚关。

从进气行程下止点到进气门关闭曲轴转过的角度称作进气迟后角，记作β。

整个进气过程持续的时间或进气持续角为180°+α＋β曲轴转角。

一般α＝0°～30°、β＝30°～80°曲轴转角。

排气门在作功行程结束之前，即在作功行程下止点之前开启，谓之排气门早开。

从排气门开启到下止点曲轴转过的角度称作排气提前角，记作γ。

排气门在排气行程结束之后，即在排气行程上止点之后关闭，谓之排气门晚关。

从上止点到排气门关闭曲轴转过的角度称作排气迟后角，记作δ。

整个排气过程持续时间或排气持续角为180°＋γ＋δ曲轴转角。

一般γ＝40°～80°、δ＝0°～30°曲轴转角。

由于进气门早开和排气门晚关，致使活塞在上止点附近出现进、排气门同时开启的现象，称其为气门重叠。

重叠期间的曲轴转角称为气门重叠角，它等于进气提前角与排气迟后角之和，即α＋δ。

二、可变配气定时机构

       采用可变配气定时机构可以改善发动机的性能。

发动机转速不同，要求不同的配气定时。

这是因为：

当发动机转速改变时，由于进气流速和强制排气时期的废气流速也随之改变，因此在气门晚关期间利用气流惯性增加进气和促进排气的效果将会不同。

例如，当发动机在低速运转时，气流惯性小，若此时配气定时保持不变，则部分进气将被活塞推出气缸，使进气量减少，气缸内残余废气将会增多。

当发动机在高速运转时，气流惯性大，若此时增大进气迟后角和气门重叠角，则会增加进气量和减少残余废气量，使发动机的换气过程臻于完善。

总之，四冲程发动机的配气定时应该是进气迟后角和气门重叠角随发动机转速的升高而加大。

如果气门升程也能随发动机转速的升高而加大，则将更有利于获得良好的发动机高速性能。

三、气门间隙

       发动机在冷态下，当气门处于关闭状态时，气门与传动件之间的间隙称为气门间隙。

发动机工作时，气门及其传动件，如挺柱、推杆等都将因为受热膨胀而伸长。

如果气门与其传动件之间，在冷态时不预留间隙，则在热态下由于气门及其传动件膨胀伸长而顶开气门，破坏气门与气门座之间的密封，造成气缸漏气，从而使发动机功率下降，起动困难，甚至不能正常工作。

为此，在装配发动机时，在气门与其传动件之间需预留适当的间隙，即气门间隙。

气门间隙既不能过大，也不能过小。

间隙过小，不能完全消除上述弊病；间隙过大，在气门与气门座以及各传动件之间将产生撞击和响声。

最适当的气门间隙由发动机制造厂根据试验确定。

配气机构的功用及组成

　　气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。

现代汽车发动机均采用顶置气门，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。

凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式3种。

一、凸轮轴下置式配气机构

　　凸轮轴置于曲轴箱内的配气机构为凸轮轴下置式配气机构。

其中气门组零件包括气门、气门座圈、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座和气门锁夹等；气门传动组零件则包括凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、摇臂轴座和气门间隙调整螺钉等。

下置凸轮轴由曲轴定时齿轮驱动。

发动机工作时，曲轴通过定时齿轮驱动凸轮轴旋转。

当凸轮的上升段顶起挺柱时，经推杆和气门间隙调整螺钉推动摇臂绕摇臂轴摆动，压缩气门弹簧使气门开启。

当凸轮的下降段与挺柱接触时，气门在气门弹簧力的作用下逐渐关闭。

四冲程发动机每完成一个工作循环，每个气缸进、排气一次。

这时曲轴转两周，而凸轮轴只旋转一周，所以曲轴与凸轮轴的转速比或传动比为2∶1。

二、凸轮轴中置式配气机构

　　凸轮轴置于机体上部的配气机构被称为凸轮轴中置式配气机构。

与凸轮轴下置式配气机构的组成相比，减少了推杆，从而减轻了配气机构的往复运动质量，增大了机构的刚度，更适用于较高转速的发动机。

有些凸轮轴中置式配气机构的组成与凸轮轴下置式配气机构没有什么区别，只是推杆较短而已，如YC6105Q、6110A、依维柯8210.22S和福特2.5ID等发动机都是这种机构。

三、凸轮轴上置式配气机构

　　凸轮轴置于气缸盖上的配气机构为凸轮轴上置式配气机构（OHC）。

其主要优点是运动件少，传动链短，整个机构的刚度大，适合于高速发动机。

由于气门排列和气门驱动形式的不同，凸轮轴上置式配气机构有多种多样的结构形式。

 气门驱动形式有摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型。

　　1.摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构凸轮轴推动液力挺柱，液力挺柱推动摇臂，摇臂再驱动气门；或凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门。

　　2.摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构由于摆臂驱动气门的配气机构比摇臂驱动式刚度更好，更有利于高速发动机，因此在轿车发动机上的应用比较广泛。

如CA4883、SH680Q、克莱斯勒A452、奔驰QM615、奔驰M115等发动机均为单上置凸轮轴（SOHC）摆臂驱动式配气机构；而本田B20A、尼桑VH45DE、三菱3G81、富士EJ20等发动机都是双上置凸轮轴（DOHC）摆臂驱动式配气机构。

　　3.直接驱动、凸轮轴上置式配气机构在这种形式的配气机构中，凸轮通过吊杯形机械挺柱驱动气门；或通过吊杯形液力挺柱驱动气门。

与上述各种形式的配气机构相比，直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小。

因此，在高度强化的轿车发动机上得到广泛的应用。

如奥迪、捷达、桑塔纳、马自达6、欧宝V6、奔弛320E，还有依维柯8140.01、8140.21等均为直接驱动式配气机构。

配气机构

   目前，四冲程汽车发动机都采用气门式配气机构。

其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。

   进入气缸内的新气数量或称进气量对发动机性能的影响很大。

进气量越多，发动机的有效功率和转矩越大。

因此，配气机构首先要保证进气充分，进气量尽可能的多；同时，废气要排除干净，因为气缸内残留的废气越多，进气量将会越少。

气门组

一、气门

1.气门的工作条件

       气门的工作条件非常恶劣。

首先，气门直接与高温燃气接触，受热严重，而散热困难，因此气门温度很高。

其次，气门承受气体力和气门弹簧力的作用，以及由于配气机构运动件的惯性力使气门落座时受到冲击。

第三，气门在润滑条件很差的情况下以极高的速度启闭并在气门导管内作高速往复运动。

此外，气门由于与高温燃气中有腐蚀性的气体接触而受到腐蚀。

2.气门材料

       进气门一般用中碳合金钢制造，如铬钢、铬钼钢和镍铬钢等。

排气门则采用耐热合金钢制