,北京现代 发动机基础知识2大机构,内部使用,目录,汽车构造简介 发动机简介 曲柄连杆机构 配气机构,2,一 汽车构造简介,汽车通常由发动机、底盘、车身、电气设备等主要总成组成。如用人体部位形容可按以下说明：,汽车的心脏 发动机 汽车的骨骼 车身 汽车的手脚 底盘（悬挂、轮胎、变速器、传动机构等） 汽车的血液 各种油液 汽车的皮肤 油漆、内饰 汽车的神经 传感器、电路 汽车的大脑 电脑控制模块,每一部分的正确工作都对车辆的性能起到重要的作用，只有正确使用和维护，才能使车辆达到预期的效果和寿命。,3,1 组成,二 发动机简介,4,发动机主要由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。,2 发动机专业术语,二 发动机简介,5,缸数：发动机气缸的数量。通常有3、4、6、8、12缸。通常情况下，气缸容积2.5升以下为4缸，3.0升以上为6缸，4升以上为8缸，5.5升以上为12缸。排量相同，缸数越多，缸径越小，转速可以提高，从而获得较大的提升功率。 气缸排列形式：一般5缸以下为直列排列方式，以字母L代表，例如L3/L4，代表直列3缸/4缸。6缸以上为V型排列，以字母V代表，例如V6/V8，代表型缸/缸等。12缸为型排列，以字母代表，例如12，代表型12缸。L型发动机结构简单，成本低。V型发动机长度尺寸小，便于布置。型结构更加紧凑。 排气量：气缸工作容积是指活塞从上止点到下止点所扫过的气体容积，发动机排量是指各缸工作容积的总和，一般用升表示。 最高输出功率：最高输出功率一般用千瓦（KW)表示，输出功率与转速有很大关系，但转速达到一定程度，功率降低。例如：260KW/5000r/min，每分钟5000转时最高功率为260千瓦。 最大扭矩：发动机从曲轴点输出的力矩，扭矩的表示方式N.m/r/min，最大扭矩一般出现在中低转速时，随转速增加，扭矩降低。扭矩越大，说明发动机越有力量。,1 概述,三 曲柄连杆机构,6,功能：曲柄连杆机构是发动机的主要运动机构。其功用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动。 组成：曲柄连杆机构由活塞组、连杆组和曲轴飞轮组等零件组成。如下图所示：,2 活塞组,三 曲柄连杆机构,7,组成：主要由活塞、活塞环、活塞销组成 活塞功用：活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。此外，活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。活塞是发动机中工作条件最严酷的零件，活塞顶部与高温燃气直接接触，使活塞顶的温度很高。活塞在侧压力的作用下沿气缸壁面高速滑动，摩擦损失最大，磨损严重。,图1,2 活塞组,三 曲柄连杆机构,8,活塞结构: 活塞可视为由顶部、头部和裙部3部分构成。 活塞顶部的形状与燃烧室形状和压缩比大小有关。通过改变活塞顶上的凹铿的尺寸来调节发动机的压缩比。 活塞顶至油环槽下端面之间的部分称为活塞头部，在活塞头部加工有用来安装气环和油环的气环槽和油环槽，活塞头部应该足够厚。从活塞顶到环槽区的断面变化要尽可能圆滑以减小热流阻力，便于热量从活塞顶经活塞环传给气缸壁，使活塞顶部的温度不致过高。 活塞头部以下的部分为活塞裙部。裙部的形状应该保证活塞在气缸内得到良好的导向，气缸与活塞之间在任何工况下都应保持均匀的、适宜的间隙。间隙过大，活塞敲缸；间隙过小，活塞可能被气缸卡住。此外，裙部应有足够的实际承压面积，以承受侧向力。活塞裙部承受膨胀侧向力的一面称主推力面，承受压缩侧向力的一面称次推力面。,2 活塞组,三 曲柄连杆机构,9,活塞环功用: 气环的主要功用是密封和传热。保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸内的可燃混合气和高温燃气漏入曲轴箱，并将活塞顶部接受的热传给气缸壁，避免活塞过热。 油环的主要功用是刮除飞溅到气缸壁上的多余的机油，并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜。活塞环工作时受到气缸中高温、高压燃气的作用，并在润滑不良的条件下在气缸内高速滑动。由于气缸壁面的形状误差，使活塞环在上下滑动的同时还在环槽内产生径向移动。这不仅加重了环与环槽的磨损，还使活塞环受到交变弯曲应力的作用。,油环,2 活塞组,三 曲柄连杆机构,10,气环的密封原理： 活塞环在自由状态下不是正圆形，其外廓尺寸比气缸直径大。当活塞环装入气缸后，在其自身的弹力作用下环的外圆面与气缸壁贴紧形成第一密封面，气缸内的高压气体不可能通过第一密封面泄漏。高压气体可能通过活塞顶岸与气缸壁之间的间隙进入活塞环的侧隙和径向间隙中。进入侧隙中的高压气体使环的下侧面与环槽的下侧面贴紧形成第二密封面，高压气体也不可能通过第二密封面泄漏。进入径向间隙中的高压气体只能环的外圆面与气缸壁更加贴紧。这时漏气的惟一通道就是活塞环的开口端隙。如果几道活塞环的开口相互错开，那么就形成了迷宫式漏气通道。由于侧隙、径向间隙和端隙都很小，气体在通道内的流动阻力很大，致使气体压力迅速下降，最后漏入曲轴箱内的气体就很少了，一般仅为进气量的0.21.0。,2 活塞组,三 曲柄连杆机构,11,活塞销功用： 活塞销用来连接活塞和连杆，并将活塞承受的力传给连杆。活塞销在高温条件下承受很大的周期性冲击负荷，且由于活塞销在销孔内摆动角度不大，难以形成润滑油膜，因此润滑条件较差。为此活塞销必须有足够的刚度、强度和耐磨性，质量尽可能小，销与销孔应该有适当的配合间隙和良好的表面质量。在一般情况下，活塞销的刚度尤为重要，如果活塞销发生弯曲变形，可能使活塞销座损坏。 活塞销的材料一般为低碳钢或低碳合金钢，外表面渗碳淬硬，再经精磨和抛光等精加工。这样既提高了表面硬度和耐磨性，又保证有较高的强度和冲击韧性。活塞销的结构形状很简单，基本上是一个厚壁空心圆柱。,3 连杆组,三 曲柄连杆机构,12,组成： 包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等零件。一般把连杆体、连杆盖和连杆螺栓合起来称作连杆，有时也称连杆体为连杆。 功用： 是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆小头与活塞销连接，同活塞一起作往复运动；连杆大头与曲柄销连接，同曲轴一起作旋转运动，因此在发动机工作时连杆作复杂的平面运动。连杆组主要受压缩、拉伸和弯曲等交变负荷。最大压缩载荷出现在作功行程上止点附近，最大拉伸载荷出现在进气行程上止点附近。在压缩载荷和连杆组作平面运动时产生的横向惯性力的共同作用下，连杆体可能发生弯曲变形。,连杆,连杆组,3 连杆组,三 曲柄连杆机构,13,连杆结构： 连杆由小头、杆身和大头构成。 连杆小头与活塞销的连接方式有两种，即全浮式和半浮式。全浮式活塞销工作时，在连杆小头孔和活塞销孔中转动，可以保证活塞销沿圆周磨损均匀。半浮式活塞销是用将活塞销夹紧在连杆小头孔内，这时活塞销只在活塞销孔内转动，在小头孔内不转动。,全浮式,半浮式,4 曲轴飞轮组,三 曲柄连杆机构,14,组成：包括曲轴、飞轮。 曲轴的功用: 用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。曲轴在周期性变化的气体力、惯性力及其力矩的共同作用下工作，承受弯曲和扭转交变载荷。因此，曲轴应有足够的抗弯曲、抗扭转的疲劳强度和刚度；轴颈应有足够大的承压表面和耐磨性；曲轴的质量应尽量小；对各轴颈的润滑应该充分。 各曲拐的相对位置或曲拐布置取决于气缸数、气缸排列形式和发动机工作顺序。当气缸数和气缸排列形式确定之后，曲拐布置就只取决于发动机工作顺序。,4 曲轴飞轮组,三 曲柄连杆机构,15,发动机工作顺序的注意事项： 应该使接连作功的两个气缸相距尽可能的远，以减轻主轴承载荷和避免在进气行程中发生抢气现象。 各气缸发火的间隔时间应该相同。发火间隔时间若以曲轴转角计则称发火间隔角。在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次。对于气缸数为 i 的四冲程发动机，其发火间隔角应为720/i，即曲轴每转720/i 时，就有一缸发火作功，以保证发动机运转平稳。,工作顺序：1342,工作顺序：1243,以直列四缸发动机为例：,4 曲轴飞轮组,三 曲柄连杆机构,16,飞轮： 对于四冲程发动机来说，每四个活塞行程作功一次，即只有作功行程作功，而排气、进气和压缩三个行程都要消耗功。因此，曲轴对外输出的转矩呈周期性变化，曲轴转速也不稳定。为了改善这种状况，在曲轴后端装置飞轮。 飞轮的功用： 如同一个能量存储器。是转动惯量很大的盘形零件，在作功行程中除对外输出，还有部分能量被吸收，使曲轴转速不会升高很多。排气、进气和压缩三个行程中，将储存的能量放出补偿这三个行程所消耗的功，使曲轴转速不致降低太多。,同时，飞轮是摩擦式离合器的主动件，在飞轮轮缘上镶嵌有供起动发动机用的飞轮齿圈，在飞轮上还刻有上止点记号，用来校准点火定时或喷油定时以及调整气门间隙。,1 概述,三 配气机构,17,功能： 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。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。,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。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。,2 配气定时（配气相位）,三 配气机构,18,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 。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 。整个进气过程持续的时间或进气持续角为180+ 曲轴转角。一般 030、3080曲轴转角。,2 配气定时（配气相位）,三 配气机构,19,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 。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 。整个排气过程持续时间或排气持续角为180 曲轴转角。一般 4080、030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 。,3 可变配气定时机构,三 配气机构,20,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。,3 配气机构主要部件,三 配气机构,21,气门组 组成： 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。,气门组,气门弹簧,气门间隙：发动机在冷态下，气门完全关闭（凸轮的凸起部分不顶挺柱）时，气门杆尾端与摇臂或挺柱之间的间隙。采用液压挺杆的配气机构不需要留有气门间隙。 发动机工作时，气门及其传动件