汽车发动机构造与原理备课.docx

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汽车发动机构造与原理备课

绪论

一．现代汽车的定义：

车身具有动力装置，具有4个或4个以上的车轮，非轨道且无架线，可以单独行驶，并完成运载任务的车辆。

广义上来说也包括汽车列车。

二．世界汽车发展简史

（一）广义汽车（蒸汽汽车）1769~1886

1796法国军事工程师尼古拉斯·约瑟夫·居诺发明了世界上第一辆用来牵引大炮的蒸汽汽车。

1801英国发明家理查德·特莱·维西克制成了世界上第一辆由蒸汽机驱动的公路机动车。

（二）现代汽车（内燃机汽车）1886~

1．第一辆汽车的发明

1886德国人卡尔·奔驰和戴姆勒在德国的二个地方同时创制成功了由单缸汽油机驱动的汽车。

不是：

何种车辆可以叫做汽车：

1．有动力装置

2．少于四个轮子不算

3．有轨道，如火车

4．有架线，电车

5．可以单独行驶，完成运载任务。

货物，人员。

经历两个阶段

1782年瓦特发明了曲柄连杆机构促进了机械加工，材料，及蒸汽机的完善。

一起入蒸汽汽车的大发展和普及单人，双人，轻便客车，二层大巴士……

现在看来，还应包括电动汽车

现代汽车的出现首先应归功于内燃机的发明

1876德国人奥托创造了容四冲煤气机

1881英国人克勒克发明了二冲程内燃机

1883英国人司派尔发明了第一台四冲程汽

但卡尔·奔驰先申请专利

即1886年的3743号专利

故汽车历学者把发明世界上第一辆汽车的桂冠授予奔驰的三轮汽车。

2．马车改制汽车的高潮（1886~1899）

第一辆汽车的诞生，在欧洲的英国

意大利，法国，美国的权贵们为了炫耀自己的财富和地位，纷纷把马车改制成由内燃机驱动的汽车。

3．世界上第一批汽车厂的诞生（1899~1914）

戴姆勒——奔驰公司德国

福特美国

罗尔斯·罗依斯英国

标致；雪铁龙法国

菲亚特意大利

主要重点解决汽车机械工程学上的

问题。

问题，批量比较小，敞蓬，活动布蓬

4．扩大应用范围，提高车速

完善机械工程学性能，降低成本

油机

1883德国人戴姆勒

把马车改成由汽油机驱动没有马的马车。

汽车的出现，它与马车相比所具有的优点。

中产阶段也非常想拥有，这样汽车，但没有钱支付昂贵的改制费。

为了迎合市场的需要，于是诞生了世界上第一批汽车厂

如车轮：

实心→空心

轮径大→小

轮胎窄→宽

灯：

油灯→电石灯→电灯

喇叭：

气喇叭→电喇叭

方向盘：

木制→钢制

1903英国→驾驶执照

（1915~1950）

应用：

小汽→大客车，货车，其它车辆

改进乘坐条件。

蔽蓬→布蓬→厢形

提高车速：

加大发动机功率，单缸→4→6

降车身高度2.7→2.4→1.9→1.3~1.4（现在）

车身流线型VW甲壳虫。

5．以人为本，汽车设计中的人体工程学问题

1949年福特公司提出了汽车设计中的人体工程学的问题。

加强了汽车设计中的以人为本的思想。

6．提高汽车的舒适性，安全性和经济性。

（1960~1980）

汽车设计中的空气动力学问题

汽车的可操纵，乘座的舒适性

石油危机冲击→汽车的使用经济性

7．汽车的节能，环境，安全，方便及电子化。

（1980~

1915年Ford，酷似轿车，故称轿车。

即以科学方法分析人的形体能力，设计与之吻合的机械和器具。

侧向稳定

节能——为环境保护

环境——排放，噪音

安全——防撞

电子化——电控发动机，变速器，悬架

8．未来汽车的发展方向

清洁燃料I、C、E汽车，氢气，液氢

电动汽车，PEMFC电动汽车。

三．国内外汽车工业概况

（一）国外汽车工业概况

汽车工业的特点：

汽车工业是资本和技术的集中垄断为基础，它以高科技有时占领市场以大批量生产方式获得利润。

目前全世界汽车保有量已近6亿辆，全世界产量近6000万辆。

其中美国，日本产量50℅

欧洲30℅

西方八大汽车集团占世界产量的70℅

CO2

代用燃料LPGIGE

通用GM

福特Ford

丰田Toyota

（二）我国汽车工业概况

1956年长春第一汽车制造厂建成投产

至今经40多年的发展,从无到有的快速的发展

特别是1982年以来更是突飞猛进

1980年22万辆（年产）

1989年65万辆（年产）

1997年160万辆

2000年200万辆

四．汽车分类

客车：

微﹤3.5m，轻3.5~7m，中7~10，

大10~12，特大﹥12m。

货车，运货，载负2~6人，微总﹤1.8t，

轻1.8~6t，中6~14t，重﹥14t。

（一）用途分类

1．普通运输车：

轿车，客车，货车，牵引汽车

微﹤1L，中1.6~2.5，高﹥4L，普1~1.6，中高2.5~4。

2．特种用途车

娱乐汽车：

旅游汽车，高尔夫球场专门汽车，海滩游玩汽车

竞赛汽车：

一级方程式竞赛车，拉力赛车。

大众VW

日产Nissan

菲亚特

标致/雪铁龙

雷诺

汽车是指本身具有动力装置，具有4个或4个以上车轮，非轨道上架线，可以单独行驶并完成运载任务的车辆，但广义说来也包括汽车列车。

汽车的分类方法很多，一般可按：

用途，动力装置，行驶道路条件及形式机构的特征来进行分类。

特种作业车：

商业售货车，环卫车，市政工程，农用汽车……

（二）按动力装置形式分类

1．活塞式内燃机汽车

汽油车，柴油车，煤气机车

2．电动汽车：

支流电动机驱动（电

能，蓄电池，太阳能）

3．燃汽轮机汽车：

以燃气轮机作为动力，功率上升，质量下降，转矩特性好，油料不限制，耗油上升，噪声上升。

（三）按行驶道路条件分类

1．公路用车

行驶于公路和城市道路，长，宽，高，轴负荷，均受交通法规限制。

2．非公路用车

超重，超长，宽，高的专用车，越野汽车。

四．

（一）汽车产品型号的构成

前，中，尾

（二）各部所表示的特含义

1．长部

企业名，或企业所在地，

2．中部

（1）车辆类别代号

（2）主参数

（3）产品序号名

3．尾部汽车分类号

五．国产汽车编号规则

（一）汽车产品型号构成

共有三个部分组成

□—用汉语拼音字母表示

○—用阿拉伯数字

—用汉语拼音字母或阿拉伯数

字均可汉语拼音不能用“I”“O”的避免与数字混淆。

（二）各部分表示的意义

1．首部，企业名称代号

用二个或三个汉语拼音字母表示，如一汽CA，二汽EQ，北汽BJ，上海SH…TJ，JN。

2．中部，由三个部分组成

为了便于识别不同车型，使人们能从简单的编号上能识别出各种汽车的厂牌，用途和基本特征。

第一机械工业部于1959年颁布了汽车行业标准

汽130-59《汽车产品编号规则》即书上介绍

1988年6月国家技术监督局发布GB9417-88

“汽车产品型号编制规则”不适用特种车，该标准也于1989.1.1实施。

现在的汽车都采用此规则编制产品型号

1．车辆类别代号

车辆类别代号，主参数代号，产品序号

（1）车辆类别代号，用一位阿拉伯数字表示。

代号车辆种类

1载货汽车

2越野汽车

3自卸汽车

4牵引汽车

5专用汽车

6客车

7轿车

8空缺

9半挂车及专用半挂车

（2）主参数代号

用二位阿拉伯数字表示

对1、2、3、4、5、9车辆种类，主参数代号为车辆的总质量。

CA1091

对6主参数代号为车辆长度（m）

客车CA6440

对7主参数代号为发动机排量（L

轿车TJ7100

（3）产品序号

用阿拉伯数字表示

由0，1，2，3……依次使用

3．尾部

自重+设计载重

9牵引汽车当总质〉100t用三位数字表示

当长度〈10M，精确到小数点后一位

并以长度（M）值的十倍数值表示。

精确到小数点后一位，并以其十倍数值表示。

（1）专用车分类代号

用反映车辆结构和用途特征的三个汉语拼音表示

结构特征代号：

厢式汽车X，罐式汽车G，专用自卸汽车Z，特种结构T，起重举开J，仓栅式汽车C

SH5020XJH

（2）企业自定代号

可用拼音或数字，位数由企业自定

汽车编号举例

一汽生产的第二代载货汽车1

总质量9310㎏

CA1091

二汽生产的第一代越野汽车2

总质量7720㎏

EQ2080

上海汽车厂生产的第二代轿车7

发动机排量2.2321（L）

SH7221

上海汽车厂上海牌改装的救护车5总质量2055㎏

SH5020XJH

六．汽车的总体构造

（一）发动机

它的作用是把所用燃料燃烧后的热能转化为机械能，并通过汽车底盘的传动系驱动汽车行驶。

（二）底盘

接受发动机的动力，使汽车产生运动，并保证正常行驶。

为完成其任务，底盘包括：

①传动系（离合器，变速器，传动轴，驱动桥，方向传动等将发动机的动力传给驱动车轮）

②行驶系（将汽车名总成部件连接成一整体，起支持全车并保证行驶的作用，车架，车桥（从动，驱动）车轮，悬架。

③转向系（保证汽车按驾驶员选的方向行驶，带转向盘的转向器的传动机构）

④制动装置，用以减低汽车速度，适用于停车，它若干个制动系（每个制动系均由供能装置，控制，传动，制动装置）

（三）车身

安置驾驶员，乘客，或货物，除轿车和客车，有一整体的车身外，普通货车是由驾驶员和货厢组成。

（四）电气设备

电源，起动系，点火系，照明及信

一般的汽车构造由如下4个部分组成

传动系，离合器，变速器，传动轴，驱动桥

行驶系，车架，车轴，驱动桥壳，车轮，悬架

转向系，转向器和传动机构，制动装置，供能，抗制，传动，制动。

七．汽车行驶的基本原理

（一）汽车等速行驶中的阻力

1．滚动阻力Ff

①主要是车轮沿路滚动时轮胎与路面的变形产生的

②其次，轮胎与路面的摩擦，车轮轴承内部的摩擦力矩，等等

Ff的近似定性分析公式

Ff=u·G

G—为汽车总质量

u—为滚动阻力系数（0.25~0.015）

影响的因素

Ff主要与汽车总重力

轮胎结构和气压

路面性质

主要是车轮滚动时，轮胎与路面的变形产生的。

硬路面轮胎变形大

软路面路面变形大

如路面凹凸的冲击，高速时轮胎的接地振动等,其大小，主要是与载荷及道路状况有关，f主要与道路条件有关，一般f的近似值

软砂土路面0.25

砂和石灰质路面0.17

砂石铺敷路面0.13

多凹凸石路面0.08

修整过好的砂石路面0.03

沥青及水泥路面0.015

2．空气阻力Fw

汽车行驶时空气与汽车表面相互摩擦，及车身前后部的压差产生的。

试验表明影响Fw的主要，①汽车与空气的相对速度，②汽车正面投影面积，及③汽车外部轮廓和表面质量有关

3．上坡阻力Fi

是由汽车上坡时的汽车总重量沿路面方向的分力所产生。

Fi=G·sina

G—为汽车总重量

—坡路路面的水平面的夹角。

4.汽车加速阻力

汽车加速时除了受到上述二种或三种阻力外，还受到：

加速阻力Fj

加速阻力是汽车作加速运动时由平移质量和回转质量的惯性力所产生

它只存在于加速过程中，且由此清耗的能量→汽车动能的增加，能被利用。

Fj的大小近似为

主要与汽外部轮廓和表面质量有关：

流线型车0.0015（0.31）

近似流线普通车0.0025（0.52）

普通车及公共汽车0.0035（0.73）

卡车及凸出物多的货车0.0045（0.93）

Fi的大小与汽车总重量及坡度有关

以对三种阻力的分析可知

在汽车等速行驶过程中：

1）阻力和空气阻力是始终存在的

2）在一般行驶速度下，Ff是主要，而在高速情况下Fw是主要的。

3）上坡阻力仅产生于汽车上坡时，且汽车发动机为克服上坡阻力所作的功，并未被白白消耗，而是→汽车的势能，当下坡时势能能换成汽车的动能。

（二）汽车行驶原理与牵引力

1．汽车行驶原理

发动机经传动系，在驱动轮上作用了一个扭矩Mt

（欲使车轮旋转）由于车轮与路用附着作用有阻碍这种运动，在车轮对地面作用一个周缘力Fe的同时，地面对车轮作用了一个反力Ft。

这就牵引力Ft

Ft从轮胎传到车轮轴力图推动轮轴前段，足够大，克服最大静摩擦力前，轮轴前移，驱动轮即滚动，通过行驶系，推动从动轮滚动，从而起步。

2．牵引力与汽车行驶状态

（1）若Ft=∑F阻

则汽车将持续原行驶速度，保持匀速行驶状态。

（2）Ft〉∑F阻

则汽车将被加速处于加速度行驶状态，直到达到新的平衡。

即Ft=∑F阻，高速行驶。

（3）Ft〈∑F阻

则汽车的车速将逐渐降低处于减速行驶状态，直至达到新的平衡，甚至停止。

3．影响牵引力的因素

（1）发动机的功率

（2）传动系的传动比

（3）最大附着力F

4．牵引力增大受附着力的限制。

附着作用，使车轮与路面间的摩擦作用和抗滑作用综合在一起。

车轮附着在路面上，作纯滚动，而不产生相对滑动条件

汽车的动能↑，空气阻力↑↑

多余的功，转换为汽车的动能，使车速增加。

在超车，我们看到司机总是加大油门，使发动机的功率增加，因此，可以肯定发动机功率是影响牵引力的一个因素

在上坡或上桥我们可以看到司机除了加油门外，还要换档，从高速档→低速档，即改变了传动比。

因此，在泥泞的道路，或雪地，我们经常看到即使加大油门，挂入抵档，驱动空转，而汽车不能行驶，如果我们在驱动轮下垫点石头，木块，则汽车能行驶了，在积雪路上，经常可以看到轮上捆了防滑链。

1．3汽车发动机分类

一．根据所用的燃料分类

这也是内燃机命名的原则，按此分有汽油机，柴油机，液化石油气（LPG）

……氢气发动机

二．根据每一工作循环，所需的活塞行程分类

凡完成一个工作循环所活塞在气缸里上，下，四次。

四冲程（四行程）

二冲程（二行程）

三．根据可燃混合气的着火方式分类

汽车发动机种类繁多，为了表示和区别各种发动机在构造和工作上的特点，通常按照它们不同的特征，如：

燃料，工作循环，结构型式……

分成若干类，以便识别和了解

发动机内每发生依次热能机械能的转变，都必须经历进气，压缩，燃烧膨胀，排气过程，这样连续发生的过程称为一个工作循环。

强制点燃式发动机（汽LPG）

压燃式发动机（柴）

四．根据发动机的冷却方式分类

水冷发动机

以液态冷却介质为冷却液

风冷发动机

以空气作为冷却介质

五．根据发动机进气方式分类

自由吸气式发动机（非增压）依靠活塞下行时气缸内与大气压着自由吸气的发动

增压发动机（强制进气）依靠空气压缩机对空气予先进行压缩，提高压力，然后再送入气缸。

六．根据气缸数及气缸排列方式分类

气缸数：

单缸机

多缸机

多缸机气缸排列：

直列式

V型，对置

汽油机：

可燃混合气的燃烧是靠电火花点燃的

柴油机：

可燃混合气的燃烧是靠工质经压缩后气缸内的高温而自燃的

发动机工作时，发动机内部的温度很高，必须对受到高温作用的零件进行冷却。

其它分类，按转速，高，中，低

按混合气形成，化油器式，汽油喷射

1．4发动机在汽车上的布置及汽车的驱动型式

一．发动机前置，后轮驱动

优：

前后轴负荷较均匀，对汽车操纵稳定性，行驶平顺性，和轮胎寿命长，较有利，

广泛采用的传统布置及驱动方式，大部分，货车，客车，及部分轿车。

如标致505

二．发动机前置，前轮驱动

优：

省去了传动轴，结构紧凑，乘坐的舒适性提高，由于前轴负荷大，高速行驶时更为安全，转弯加速时，稳定性好。

高速性好。

发动可纵置，可横置

当前轿车中广泛采用的布置和驱动方式

三．发动机前置，全驱动

附着力大，具高通过性

四．发动机中置，后轮驱动

有利于获得最佳的轴荷分配，提高车辆的行驶性能。

五．发动机后置，后轮驱动

省去传动轴，整车质量轻，机动性好

但后轴负荷过大，使车辆操纵稳定性变差，且对发动机的操纵距离过长，复杂。

发动机支承

1、三点支承

前二后一492（BJ212）

前三发动机

后一变速箱处

前一后二均为发动机CA109

2、四点支承

前二后二NJ130

第二章汽车发动机的工作原理

2．1概述

往复活塞式内燃机是一种在发动机内部，将燃料中的化学能，转变成机械能的热力机械。

2．2汽车发动机的燃料

一．汽油品质和选用

规格见P23，23，24，表2.1~2.3

（一）汽油的抗爆性

是指汽油抵抗自燃的一种能力，以辛烷值表示。

汽油自燃温度越高，抗爆能力就越强，抗爆性。

评价汽油抗爆性的指标辛烷值，也即汽油的牌号。

辛烷值高，汽油抵抗自燃的能力强

RON（研究法辛烷值）高

MON（马达法辛烷值）低实验条件苛刻些

（二）汽油的蒸发性

是评价汽油在一定温度范围内汽

油在一定温度范围内汽化难易程度的指标。

主要有二个（馏程，饱和蒸汽压）

1．馏程

10℅馏分馏出温度

反映了汽油中轻质馏分的含量

90#，93#，95#70#≮70℃

该温度低，汽油轻质馏分多，低温下蒸发性好。

发动机冷起动性能好

50℅馏分馏出温度

反映了汽油中间馏分的含量

90#93#95#70#≮120

该温度低，说明汽油的主要部容易挥

它反映了汽油对工况的适应性

90%馏分馏出温度

反映了汽油中难易蒸发的重质馏分的含量

汽油是石油中提炼出来的石油产品汽油机的燃料

关于汽油介绍三个内容

从前面介绍汽油机知，汽油机是点燃式发动机，而不应发生自燃，若在汽油机工作过程，发生自燃，则称发动机发生爆燃，工作温度上升，噪声振动上升，初小性下降，严重时，造成发动机损坏。

2．3汽车发动机工作原理

一．发动机的基本名词术语

（一）曲柄半径Rmm

曲柄与连杆大端的连接中心到曲柄旋转中的距离。

（二）上，下止点与活塞行程S

1．上止点，T.D.C.（Topdeadcenter）

活塞顶距离曲轴旋转中心最远的位置

2．下止点，B.D.C（Bottomdeadcenter）

活塞顶距离曲轴旋转中心最近的位置

3．活塞行程S

上，下止点之间的距离

S=2R

活塞从下止点到上止点（或从上止点到下止点）称为一个活塞行程，曲轴旋转180。

4．气缸工作容积Vn（L）

活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积（注意其不包含压缩容积Vc）

5．气缸总容积Va（L）

活塞位于下止点时，活塞顶上部的气缸空间容积

显见Va=Vc+Vn

6．发动机排量Vh

发动机所有气缸工作容积的总和

（四）压缩比

发动机气缸总容积与燃烧容积的比值

一般范围，汽（6~11）

柴（16~22）

（五）一个工作循环

发动机的一个气缸工作时每经历一次，进气，压缩（燃烧，膨胀）排气这样一个连续的过程，称一个工作循环。

二．四冲程发动机工作原理

（一）四冲程化油器式汽油机工作原理

四冲程汽油机和四行程柴油机，虽然都是四行程发动机，但因为它们使用的燃料不同，因此它们之间既有共性的东西，也有属于它们表现自己的个性的部分。

为了分析工作循环中气体压力P和相应于活塞不同位置的气缸容积V之间的变化关系。

经常用发动机循环的示功图即P-V图

1．进气行程（吸入汽油+空气混合气）

进气门开启，排气门关闭，活塞从上止点向下止移动

曲线r-a表示这一过程

进气行程终点压力Pa0.075~0.09N/m㎡

Ta300~400k

2．压缩行程（对混合气进行压缩）

进气门，排气门均关闭，活塞从下止点向上止点移动

曲线a-c′-c

终点压力Pc0.8~1.4N/m㎡

Tc600~700k

3．作功行程（燃烧膨胀）

进排气门均排关，活塞从上止点向下

止点移动

即c-z-b′-b曲线

在z点压力达到最高称之为最大爆发压力

Pz3~5N/m㎡

温度达到最高

Tz2200~2800k

终点压力

Pb0.3~0.5N/m㎡

Tb1300~1600k

其纵坐标为气缸压力P

其横坐标为气缸容积V

1．进气行程

由活塞↓气缸内压力降低，空气和汽油的混合气在大气压作用下进入气缸

曲线ra，进气始点r压力﹥Po是因上循环剩余废气的影响

进气终点压力Pa﹤Po进气系统的化油器等阻力造成的

Ta﹥To∵受到进气预热，与缸壁活塞顶热交换，残留废气的影响

2．压缩行程

压缩行程终止压力Pc取决于压缩比

Pc↑Tc↑可使Pz↑作功能力↑，但易引起爆燃，随着汽油牌号的提高，有提高的趋势，因与书上0.6~1N/m㎡

C′为开始点火的位置

3．作功行程

从c′点火开始，经过着火准备期燃料燃烧压力急剧↑温度↑当活塞越过止点稍过P.T均达到最大，推动活塞向下运动补充，并通连杆使曲轴，对外输出功，随着活塞↓P↓b′为排门开始打开的位置，是

补充：

在上止点稍后燃烧基本完成，P.Tmax，因此过程容积几乎没有变化故：

等容燃烧过程。

4．排气行程（排出燃烧

进气门关闭，排气门打开，活塞从下止点向上止点移动

即b-r曲线

终点压力Pr=0.105~0.12N/m㎡

Tr=800~1200k

（二）四冲程柴油机工作原理

1．进气行程由于柴油机是内部混合进入的空气，∵没有混合气形成装置，即化油器，所以压力高于汽

∵膨胀彻底，终点温度低，且无须预热，所以Ta也低于汽

2．压缩行程（对空气压缩）

∵柴油机是压燃式，柴油的自燃温度是600k，∴必须终点温度自燃温度

∴柴油机压缩比较大∴终点压力，温度均高于汽

c′为喷油开始位置

进、排气门关，活塞从下止点→上止点

曲线a-c′-c

终点压力Pc=3~5N/m㎡

Tc=750~1000k

3．作功行程（燃烧膨胀）

进，排气门关，活塞从上止点→下止点

曲线c-z-b′-b

最高爆发压力Pz=6~9（12）N/m㎡

稍后Tz=1800~2200k

终点Pb=0.3~0.4N/m㎡

Tb=1000~1200k

从c开始喷油，经过着火准备，柴油开始燃烧压力，温度急剧，到z点达到最大

由于此时柴油仍在喷入，因此尽管活塞已经下行V，但缸内压力可维持不变到z，此时温度达到最高，由在燃烧过程中有一个压力不变的过程，柴油机循环过程为等压燃烧过程与汽油机有质上的不同。

∵Pc高∴Pz也高

4．排气行程

进气门关，排气门开

活塞下止点→上止点

终点

Pr=0.105~0.12N/m㎡

Tr=700~900k

燃烧，膨胀，排气。

1．辅助行程

c为点火开始位置

缸内压缩，燃烧过程

2．作功行程

气体力推动活塞下移，通连杆使曲轴旋

（二）二行程柴油机工作原理（自学）

（五）二行程发动机与四行程发动机比较：

1．在排量，转速，压缩比等参数相同的情况下，二行程发动机比四行程发动机功率可提高50~80%

转向外输出功，即缸内燃烧，膨胀，换气（进气，排气）

二个行程完成了一个工作循环，五个工作过程。

二行柴油机工作原理与汽油机相似

进不同之处

1）进入是空气

2）在燃烧过程，燃烧压力，温度有差别

书上介绍的是一扫气泵扫气的其口一气伐式二冲程柴油机扫气泵的作用相当于1.3.1的曲轴箱予压缩，但压力高于前者

2．4汽油