汽车发动机构造与维修 第一章 汽车发动机总论 第一节 汽车发动机的类型及工作原理 一 汽车发动机类型 往复活塞式发动机转子式发动机二冲程发动机四冲程发动机单缸发动机多缸发动机 水冷式发动机风冷式发动机直列式发动机V形发动机和对置式发动机汽油机柴油机现代汽车采用 四冲程 多缸 水冷式 二 发动机工作原理 发动机的工作过程是周期性地将燃料燃烧的热能转变为机械能的过程 经过进气 压缩 作功 排气 每进行一次称为一个工作循环 曲轴旋转两周 活塞往复运动四次完成一个工作循环 称为四冲程发动机 曲轴旋转一周 活塞往复运动二次完成一个工作循环 称为二冲程发动机 发动机基本术语 1 上止点 活塞离曲轴回转中心最远处 一般指活塞上行到最高位置 一般用英文缩写词TDC表示 2 下止点 活塞离曲轴回转中心最近处 一般指活塞下行到最低位置 一般用英文缩写词BDC表示 3 活塞行程 S 上 下止点间的距离 4 曲柄半径 R 与连杆下端 即连杆大头 相连的曲柄销中心到曲轴回转中心的距离 mm 显然 S 2R 曲轴每转一周 活塞移动两个行程 5 气缸工作容积 Vh 活塞从上止点到下止点所让出的空间容积 L 6 燃烧室容积 Vc 活塞在上止点时 活塞上方的空间叫燃烧室 它的容积叫燃烧室容积 L 7 发动机排量 VL 发动机所有气缸工作容积之和 L 8 气缸总容积 Va 活塞在下止点时 活塞上方的容积称为气缸总容积 L 它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和 9 压缩比 气缸总容积与燃烧室容积的比值 它表示活塞由下止点运动到上止点时 气缸内气体被压缩的程度 压缩比越大 压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高 一般车用汽油机的压缩比为7 10 柴油机的压缩比为15 22 四冲程汽油机工作原理 1 进气行程活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动 进气门打开 排气门关闭 活塞上腔容积增大 在真空吸力的作用下 经过滤清的空气与汽油形成混合气 经进气门被吸入气缸 至活塞运动到下止点时 进气门关闭 停止进气 进气行程结束 2 压缩行程活塞在曲轴的带动下 从下止点向上止点运动 进 排气门均关闭 活塞上腔容积不断减小 混合气被压缩 至活塞到达上止点时 压缩行程结束 气体压力和温度同时升高 混合气进一步混合 形成可燃混合气 此时 气缸内压力为600 1500kPa 温度600 800K 远高于汽油的点燃温度 很容易点燃 3 作功行程压缩行程末 火花塞产生电火花 点燃气缸内的可燃混合气 并迅速着火燃烧 气体产生高温 高压 推动活塞由上止点向下止点运动 再通过连杆驱动曲轴旋转向外输出作功 4 排气行程在作功行程终了时 排气门被打开 活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动 废气在自身的剩余压力和活塞的驱赶作用下 自排气门排出气缸 至活塞运动到上止点时 排气门关闭 排气行程结束 小结 1 发动机自行运转之前需要外力完成进气和压缩两个冲程 通常用人力 电动机等带动发动机曲轴和运转 2 在四个冲程中只有作功冲程是活塞带动曲轴转动 其他三个冲程都是曲轴带动活塞运动 3 在整个循环过程中 进气门 排气门各开启一次 一个工作循环曲轴旋转720 2圈 活塞上 下运动四次 4个行程 4 发动机着火的基本条件是油 有油 混合气浓度合适 电 能产生足够的火花 点燃可燃混合气 气 气缸有足够压力 点火正时 压缩冲程上止点前点火 配气正时 定时将进 排气门开关 四冲程柴油机工作原理 四冲程柴油机工作原理 1 进气行程曲轴带动活塞从上止点向下止点运动 进气门开启 排气门关闭 气缸内活塞上腔容积逐渐增大 形成真空度 在真空吸力作用下 新鲜空气被吸入气缸 2 压缩行程曲轴带动活塞从上止点向下止点运动 进气门开启 排气门关闭 气缸内活塞上腔容积逐渐减小 空气被压缩 压力 温度升高 3 作功行程压缩行程末 喷油泵将高压柴油经喷油器喷入气缸内的高压空气中 迅速汽化并与空气形成可燃混合气 柴油自行着火燃烧 气缸内压力 温度急剧升高 推动活塞由上止点向下止点运动 带动曲轴旋转作功 4 排气行程在作功终了时 排气门被打开 曲轴带动活塞由下止点向上止点运动 废气在自身的剩余压力和活塞的驱赶作用下 自排气门排出气缸 第二节 发动机的主要性能指标及编号规则 一 主要性能指标 包括动力性指标 有效转矩 有效功率及升功率 和经济性指标 有效燃油消耗率 1 有效转矩发动机曲轴对外输出的转矩称为有效转矩 用Me表示 单位为N m 2 有效功率发动机曲轴对外输出的功率称为有效功率 用Pe表示 单位为kW 3 升功率 在标定工况 标定功率 标定转速 下发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率称为升功率 用PL表示 单位是kW L 4 有效燃油消耗率 发动机在lh内持续发出lkW有效功率所消耗的燃油量 称为有效燃油消耗率 也称有效比油耗或有效耗油率 用ge表示 单位是g kW h 二 国产内燃机型号编制规则 1 汽油机1E65F 表示单缸 二行程 缸径65mm 风冷通用型4100Q 4 表示四缸 四行程 缸径100mm 水冷车用 第四种变型产品TJ376Q 表示三缸 四行程 缸径76mm 水冷车用 TJ表示系列符号CA488 表示四缸 四行程 缸径88mm 水冷通用型 CA表示系列符号 2 柴油机195 表示单缸 四行程 缸径95mm 水冷通用型165F 表示单缸 四行程 缸径65mm 风冷通用型6135Q 表示六缸 四行程 缸径135mm 水冷车用X4105 表示四缸 四行程 缸径105mm 水冷通用型 X表示系列代号 第三节 发动机的总体构造 曲柄连杆机构配气机构冷却系统润滑系统供油系统起动系统点火系统 第二章 曲柄连杆机构的构造与维修 学习目标 知识目标1 能够正确描述曲柄连杆机构的组成 构造和装配关系 2 能够正确叙述曲柄连杆机构主要机件的受力情况和工作原理 3 能够正确描述曲柄连杆机构的装配要求 能力目标1 会进行易损零件检测 修理或更换 2 会进行曲柄连杆机构的装配与调整 3 能对曲柄连杆机构常见故障进行分析 判断 并能排除故障 第一节 曲柄连杆机构的构造和工作原理 一 概述 1 曲柄连杆机构的组成机体组活塞连杆组曲轴飞轮组 机体组 气缸盖气缸垫气缸体油底壳 活塞连杆组 活塞活塞环活塞销连杆 曲轴飞轮组 曲轴飞轮扭转减振器 2 工作条件和受力分析工作条件 高温 高压 高速 有化学腐蚀受力分析 气体作用力 往复惯性力 离心力 摩擦力 外界阻力 1 气体作用力 作功行程气体压力 压缩行程气体压力 2 往复惯性力与离心力 3 摩擦力 任何一对互相压紧并作相对运动的零件表面之间必定存在摩擦力 物体所受摩擦力的大小与正压力和摩擦系数成正比 方向总是与物体运动的方向相反 二 机体组 气缸体与气缸套 气缸体的上半部有引导活塞作往复运动的圆筒 称为气缸 下半部分有供安装曲轴用的上曲轴箱 有承孔 油道 水道 气缸体的上 下表面是气缸体维修的基准 前后两个平面加工 安装正时齿轮盖和飞轮壳 气缸的排列形式 对置式 V形式 直列式 气缸 有整体式和镶套式 气缸套的形式 干式缸套定义 其外表面不直接与冷却水接触 特点 1 壁较薄 1 3mm 2 与刚体承孔过盈配合 3 不易漏水漏气 湿式缸套定义 其外表面直接与冷却水接触 特点 1 壁较厚 5 9mm 2 散热效果好 3 易漏水漏气 4 易穴蚀 定位 1 径向靠上下两个凸出的 与气缸体间为动配合的圆环带 2 轴向利用缸套上部凸缘与缸体相应的台阶 密封 1 下部靠1 3个耐热耐油的橡胶密封圈 2 上部缸套顶面高出缸体0 05 0 15mm 当气缸盖螺栓拧紧后 缸套与缸体凸台接合处 缸套与缸垫接合处 承受较大的压紧力 具有防止水套漏水 气缸漏气和保证缸套定位的作用 气缸盖 气缸盖上有冷却水套 燃烧室 进排气门道 气门导管孔和进排气门座 火花塞孔 汽油机 或喷油器座孔 气缸垫 作用 保证气缸体与气缸盖间的密封 防止漏水 漏气 构造 1 金属 石棉垫 2 金属骨架 石棉垫 3 纯金属垫安装注意 金属皮的金属 石棉垫 缸口金属卷边一面应朝向易修整接触面或硬平面 因卷边一面会对与其接触的平面造成压痕变形 油底壳 油底壳的主要作用贮存机油并密封曲轴箱 内有稳油挡板 放油螺塞 有的还有磁铁 三 活塞连杆组 活塞连杆组由活塞 连杆 活塞环 活塞销和连杆等组成 活塞 功用与气缸盖 气缸壁等共同组成燃烧室 承受气体压力 并将此力传给连杆 以推动曲轴旋转 材料汽车发动机活塞广泛采用铝合金 质量小 为铸铁活塞的50 70 导热性好 约为铸铁的3倍 热膨胀系数大 组成可分为顶部 环槽部 裙部 活塞顶部 是燃烧室的组成部分 用来承受气体压力 汽油机活塞的顶部形状有 1 平顶 受热面积小 广泛采用 2 凸顶 与半球形燃烧室配用 3 凹顶 高压缩比发动机为了防止碰撞气门 也可用凹坑的深度来调整压缩比 4 组合顶 活塞环槽部 环槽部部分切有若干道用以安装活塞环的槽 活塞裙部 为活塞运动导向和承受侧压力 其型式有 1 全裙式 裙部为一薄壁圆筒 2 拖板式 将非承压面的裙部全部去掉 活塞的变形及采取的相应措施 变形原因 热膨胀 侧压力和气体压力 变形规律 1 活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量 使配缸间隙变小 因活塞温度高于气缸壁 且铝合金的膨胀系数大于铸铁 2 活塞自上而下膨胀量由大而小 因温度上高下低 壁上厚下薄 3 裙部周向近似椭圆形变化 长轴沿销座孔轴线方向 因销座处金属量多而膨胀量大 以及侧压力作用的结果 结构措施 1 活塞纵断面制成上小下大的截锥形 2 活塞横断面制成椭圆形 长轴垂直于销座孔轴线方向 即侧压力方向 3 销座处凹陷0 5 1 0mm 4 裙部开绝热 膨胀槽 T 形或 形槽 其中横槽叫绝槽 竖槽叫膨胀槽 5 采用双金属活塞 即在活塞裙部或销座内嵌入铸钢片 以减少裙部的膨胀量 偏置销座 定义 活塞销座朝向承受作功侧压力的一面偏移1 2mm 作用 减轻活塞换向时对气缸壁的敲击噪声 原理 因销座偏置 在接近上止点时 作用在活塞销座轴线以右的气体压力大于左边 使活塞倾斜 裙部下端提前换向 而活塞在越过上止点 侧压力反向时 活塞才以左下端接触处为支点 顶部向左转 不是平移 完成换向 偏置销座使活塞换向分成了两步 第一步是在气体压力较小时进行 且裙部弹性好 有缓冲作用 第二步虽气体压力大 但它是个渐变过程 为此 两步过渡使换向冲击力大为减弱 活塞环 一 气环作用 1 密封 防止气缸内的气体窜入油底壳 2 传热 将活塞头部的热量传给气缸壁 3 辅助刮油 布油 活塞环的间隙 1 端隙 1 又称开口间隙 是活塞环装入气缸后开口处的间隙 一般为0 25 0 50mm 2 侧隙 2 又称边隙 是环高方向上与环槽之间的间隙 第一道环因温度高 一般为0 04 0 10mm 其他气环一般为0 03 0 07mm 油环一般侧隙较小 一般为0 025 0 07mm 3 背隙 3 是活塞环装入气缸后 活塞环背面与环槽底部的间隙 一般为0 5 1mm 活塞环的泵油作用及危害 原因 1 存在侧隙和背隙 2 环运动时在环槽中靠上靠下 危害 1 增加了润滑油的消耗 2 火花塞沾油不跳火 3 燃烧室积碳增多 燃烧性能变坏 4 环槽内形成积碳 挤压活塞环而失去密封性 5 加剧了气缸的磨损 措施 1 采用扭曲环 2 采用组合式油环 3 油环下设减压腔 气环的断面形状 1 矩形环结构简单 与缸壁接触面积大 散热好 但易泵油 2 锥形环1 特点与缸壁线接触 有利于密封和磨合 下行有刮油作用 上行有布油作用 并可形成楔形油膜 2 安装注意 锥角朝下 在环端有向上或TOP等标记 3 扭曲环将矩形环内圆上方或外圆下方切成台阶或倒角而成 二 油环 作用刮油 即将气缸壁上多余的润滑油刮下来 类型 1 整体式 其外圆上切有环形槽 槽底开有回油用的小孔或窄槽 2 组合式 由上下刮油片和产生径向 轴向弹力的衬簧组成 油环的刮油作用 活塞销 作用 连接活塞和连杆 并传递活塞的力给连杆 结构 用低碳钢或低碳合金钢制成的厚壁管状体 1 全浮式 1 定义 在发动机正常工作温度下 活塞销在连杆小头