发动机机械系统诊断与修复发动机机械系统诊断与修复课程目标n1、是什么：、是什么：知道什么东西在什么地方知道什么东西在什么地方n2、怎么拆装、怎么拆装合适工具合适工具顺序顺序力力n3、工作原理、工作原理n4、有哪些问题、表现、有哪些问题、表现n5、故障诊断、维修、故障诊断、维修第一章第一章 发动机的基本知识发动机的基本知识发动机历史发动机历史发动机的总体构造发动机的总体构造发动机的发动机的型号编制规则及型号编制规则及性能性能 汽油机可燃混合气形成与燃烧汽油机可燃混合气形成与燃烧柴油机可燃混合气形成与燃烧柴油机可燃混合气形成与燃烧发动机特性发动机特性汽车分类汽车用途：汽车用途： 乘用车乘用车 商用车商用车 识别汽车和发动机VIN是英文是英文Vehicle Identification Number(车辆识别码车辆识别码)的缩的缩写。因为写。因为ASE标准规定：标准规定：VIN码由码由17位字符组成，所以俗称位字符组成，所以俗称十七位码。它包含了车辆的生产厂家、年代、车型、车身型十七位码。它包含了车辆的生产厂家、年代、车型、车身型式及代码、发动机代码及组装地点等信息。式及代码、发动机代码及组装地点等信息。VINVehicleIdentific-ationNumber作作业业：常常见见汽汽车车品品牌牌的的WMI（丰丰田田、日日产产、本本田田、马马自自达达、福特、一汽大众、上海大众、上海通用福特、一汽大众、上海大众、上海通用. ）一汽生产的汽车代号：一汽生产的汽车代号：CA；东风的代号是；东风的代号是EQ(二汽二汽)；南京汽车代号；南京汽车代号NJ；天津；天津夏利是夏利是TJ国产汽车型号编制规则国产汽车型号编制规则什么是发动机？ 发动机是将某一种形式的能量机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。成机械能的机器。一、一、发动机的定机的定义： 现代汽代汽车大多使用往复活塞式内燃机。它将燃料在大多使用往复活塞式内燃机。它将燃料在发动机机气缸内部气缸内部进行燃行燃烧，把，把产生的生的热能能转变成机械能。成机械能。外燃机内燃机燃气轮机发动机历史n活塞式内燃机起源于用火药爆炸获取动力n1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机。n1867年，德国人奥托改进煤气发动机。n贡献：奥托循环发动机历史n奔驰奔驰1号配的是单缸二冲程汽油号配的是单缸二冲程汽油发动机发动机1886年被视为汽车的诞生日，那辆奔驰一直为人所津津乐道。但是其动力单元却实在“寒酸”：第一辆“三轮奔驰”搭载的卧式单缸二冲程汽油发动机，最高时速16KM每小时。n四冲程发动机的应用四冲程发动机的应用n戴姆勒，第一个将汽油四冲程发动机装上汽车的人。如今的汽车发动机技术已经基本全部用的是四冲程技术。发动机历史n1892年，德国工程师狄塞尔受面粉厂粉尘爆炸的启发，设想将吸入气缸的空气高度压缩，使其温度超过燃料的自燃温度，再用高压空气将燃料吹入气缸，使之着火燃烧。他首创的压缩点火式内燃机(柴油机)于1897年研制成功，为内燃机的发展开拓了新途径。发动机发展化油器FSITSI电喷发动机柴油机内燃机汽油机成为历史成为历史发动机机编制制规则首部首部：为产品系列符号和品系列符号和换代代标志符号，由制造厂根据志符号，由制造厂根据需要自需要自选相相应字母表示，但需主管部字母表示，但需主管部门核准。核准。 中部中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等径符号等组成。成。后部：后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。构特征和用途特征符号，以字母表示。 尾部尾部：区分符号。同一系列区分符号。同一系列产品因改品因改进等原因需要区分等原因需要区分时，由制造厂，由制造厂选用适当符号表示。用适当符号表示。内燃机型号由以下四部分内燃机型号由以下四部分组成成内燃机型号的排列内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意序及符号所代表的意义(1)(1)汽油机汽油机 1E65F1E65F：表示表示单缸，二行程，缸径缸，二行程，缸径65mm65mm，风冷通用型冷通用型 4100Q-44100Q-4： 表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径100mm100mm，水冷，水冷车用，第四种用，第四种变型型产品品 TJ376QTJ376Q：表示三缸，四行程，缸径表示三缸，四行程，缸径76mm76mm，水冷，水冷车用，用，TJTJ表示系列符号表示系列符号 CA488CA488：表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径88mm88mm，水冷通用型，水冷通用型，CACA表示系列符号表示系列符号 (2)(2)柴油机柴油机 195195：表示表示单缸，四行程，缸径缸，四行程，缸径95mm95mm，水冷通用型，水冷通用型 165F165F：表示表示单缸，四行程，缸径缸，四行程，缸径65mm65mm，风冷通用型冷通用型 6135Q6135Q：表示六缸，四行程，缸径表示六缸，四行程，缸径135mm135mm，水冷，水冷车用用 X4105X4105：表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径105mm105mm，水冷通用型，水冷通用型，X X表示系列代号表示系列代号 三、型号三、型号编制制举例例 汽车性能评价？n1、动力性：最高车速、加速、爬坡n2、燃料经济性n3、汽车制动性：效能、效能恒定性、稳定性n4、汽车操纵性和稳定性n5、汽车行驶稳定性n6、汽车的通过性n7、其他：轻便性、机动性、装卸方便、容量发发动动机机底底盘盘二、发动机的分类二、发动机的分类：1.1 发动机基本工作原理发动机基本工作原理1.1 发动机基本工作原理发动机基本工作原理1 1、按燃料的使用不同分、按燃料的使用不同分汽油机汽油机柴油机柴油机3 3、按冷却方式不同、按冷却方式不同水冷水冷发动机机风冷冷发动机机2 2、按完成一个工作循、按完成一个工作循环所需行程数所需行程数四行程四行程发动机机二行程二行程发动机机4 4、按气缸数及排列方式、按气缸数及排列方式单缸缸发动机机多缸多缸发动机机单列式列式型型对置式置式单列式列式型型对置式置式三、三、发动机机基本基本结构与构与术语 基本基本结构构动态演示动态演示 压缩比压缩比气缸气缸总容容积与燃与燃烧室容室容积之比称之比称为压缩比，用比，用表示表示。例如：例如：现代化油器式代化油器式发动机机压缩比一般比一般为8 811(11(轿车有的达有的达1010以上以上) )。柴油机。柴油机压缩比一般比一般为为16162222。V Va a 气缸气缸总容容积；VVh h 气缸工作容气缸工作容积； VVc c 燃燃烧室容室容积；工作循环工作循环 对于往复活塞式于往复活塞式发动机，每机，每进行一次能量行一次能量转换，均要均要经过进气、气、压缩、作功、排气四个、作功、排气四个过程。程。这种周种周而复始的而复始的连续过程，称程，称为发动机的一个工作循机的一个工作循环。 多缸多缸发动机各气缸工作容机各气缸工作容积的的总和，称和，称为发动机机排量排量，用用表示表示V VL L 。发动机排量发动机排量VL= V h i V Vh h气缸工作容气缸工作容积（气缸排量）（气缸排量）ii 气缸数目气缸数目四、四、 四行程四行程发动机工作原理机工作原理工作原理工作原理l发动机每机每进行一次能量行一次能量转换的的连续过程称程称为一个工作循一个工作循环。l每一个工作循每一个工作循环是由是由进气、气、压缩、作功和排气、作功和排气四个四个过程程组成，成，发动机的工作就是机的工作就是连续不不断地依次断地依次进行着行着这四个四个过程，程，以以实现热能向机械能的能向机械能的转换，向外向外输出出动力。力。汽油发动机四个行程的图示1.1.进气行程气行程. .压缩行程行程. .作功行程作功行程4.4.排气行程排气行程每一行程工作的具体分析如下每一行程工作的具体分析如下1 1、进气行程气行程排气排气门关关闭进气气门开启开启大气大气压力力线PVra示功示功图上上止止点点下下止止点点示功示功图：表示活塞表示活塞在不同位置在不同位置时气缸内气缸内气体气体压力的力的变化情况。化情况。进气气终了了时气缸内气缸内压力力为，温度温度上上升至升至353353403K403K 活活塞塞下下行行2 2、压缩行程行程进气气门关关闭排气排气门关关闭PVra示功示功图大气大气压力力线c上上止止点点下下止止点点压缩终了了时气缸内气缸内压力力上升至，上升至，温度温度继续上升至上升至600600700K700K。活活塞塞上上行行3 3、作功行程、作功行程进气气门关关闭排气排气门关关闭PVra示功示功图大气大气压力力线cZb上上止止点点下下止止点点作功中气缸内作功中气缸内最高最高压力力可达可达3 35Mpa5Mpa，最最高温度高温度可达可达220022002800K2800K；作功；作功终了了时气气缸内缸内压力力下降至，下降至，温度温度下降至下降至130013001600K1600K。 活活塞塞下下行行4 4、排气行程、排气行程进气气门关关闭排气排气门打开打开PVr示功示功图大气大气压力力线cZb上上止止点点下下止止点点残余残余废气气排气排气终了了时气缸内气缸内压力力下降至，下降至，温度温度下下降至降至9009001200K1200K a活活塞塞上上行行四行程四行程柴油机柴油机工作原理工作原理柴油机由于用的柴柴油机由于用的柴油油, ,其粘度比汽油大、其粘度比汽油大、不易蒸不易蒸发，且自燃，且自燃温度又温度又较汽油低，汽油低，所以采用的是所以采用的是压缩自燃式着火。自燃式着火。 进气行程气行程压缩行程行程作功行程作功行程排气行程排气行程新新鲜空气空气四行程柴油机各行程示意图四行程柴油机各行程示意图开始开始喷油油汽油机、柴油机考眼力？分析和比较汽油机、柴油机的工作分析和比较汽油机、柴油机的工作异同异同?首先分首先分别看一下汽油机和柴油机的看一下汽油机和柴油机的图示示火花塞火花塞 喷油器油器 汽油机、柴油机的工作汽油机、柴油机的工作相同相同点：点： 每个工作循每个工作循环曲曲轴转两周两周;每一行程曲每一行程曲轴转半周半周;只有作功行程只有作功行程产生生动力。力。 汽油机、柴油机的工作汽油机、柴油机的工作不同不同点：点：n课下思考题：汽油机可以烧柴油么？课下思考题：汽油机可以烧柴油么？1.2 发动机的机的总体构造体构造 桑塔桑塔纳发动机机结构示意构示意图桑塔桑塔纳发动机的曲柄机的曲柄连杆机构杆机构桑桑塔塔纳发动机机的的配配气气机机构构桑塔桑塔纳轿车汽油供汽油供给系系桑塔桑塔纳发动机冷却系机冷却系桑塔桑塔纳发动机机润滑系示意滑系示意图桑桑塔塔纳发动机机点点火火系系桑桑塔塔纳轿车起起动机机发动机的总体构造n请看一个发动机装配的动画n两大机构五（四）大系统n燃料的化学能-发动机的机械能之间的辅助装置。1.3 发动机的主要性能指标与热平衡发动机的主要性能指标与热平衡一、性能指一、性能指标1 1、动力性指力性指标 1 1）有效有效转矩：矩：发动机通机通过飞轮对外外输出的出的转矩称矩称为发动机的有机的有效效转矩，用矩，用MeMe表示表示。2 2）有效功率：有效功率：发动机通机通过飞轮对外外输出的功率成出的功率成为发动机的有效机的有效功率，用功率，用PePe表示。表示。式中：Te有效扭矩，单位为Nm；n曲轴转速，单位为r/min。式中：Te有效扭矩，单位为Nm；n曲轴转速，单位为r/min。式中：Te有效扭矩，单位为Nm；n曲轴转速，单位为r/min式中：式中：M Me e 有效扭矩，有效扭矩，单位位为NmNm；nn 曲曲轴转速，速，单位位为r/minr/min 二者关系：二者关系： PeMen9550 （KW）3 3）平均有效平均有效压力力p pe e和和发动机机转速速n n单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力3 3、强化指化指标 指指发动机承受机承受热负荷和机械荷和机械负荷能力的荷能力的评价指价指标。主要有。主要有升升功率功率。用。用P PL L表示。它指表示。它指单位位发动机排量机排量输出的有效功率。出的有效功率。2 2、经济性指性指标 有效燃油消耗率：有效燃油消耗率：指指发动机每机每发出出1 1KW有效功率，在有效功率，在1 1小小时内内所消耗的燃油所消耗的燃油质量，成量，成为燃油消耗率，用燃油消耗率，用g ge e表示，表示，单位位为g/KWhg/KWh。常用常用百百车公里燃油消耗量公里燃油消耗量表示。表示。还有有有效有效热效率效率。 4 4、紧凑性指凑性指标 用于表征用于表征发动机机总体体结构的构的紧凑程度。凑程度。比容比容积：发动机外廓体机外廓体积与与标定功率的比定功率的比值。 比比质量：量：发动机干机干质量与量与标定功率的比定功率的比值。5、环境保境保护指指标 指指发动机排放机排放污染物的量和噪音分染物的量和噪音分贝。6、可靠性指、可靠性指标 表征表征发动机再机再规定的使用条件下，正常持定的使用条件下，正常持续工作能力的工作能力的指指标。可通。可通过首首发故障行故障行驶里程、平均故障里程、平均故障间隔里程、零隔里程、零件件损坏率等坏率等来来评价。价。7、耐久性指、耐久性指标 指指发动机主要零件磨机主要零件磨损到不能正常使用的极限到不能正常使用的极限时间。常。常用用发动机大修里程机大修里程来来评价。价。二、二、发动机机热平衡平衡 发动机燃料燃机燃料燃烧后后发出的出的热量量 Q=Qe+Qs+Qr+QQ=Qe+Qs+Qr+QL L式中：式中：QeQe化化为有效功的有效功的热量：占量：占2030%2030%。QsQs传递给冷却介冷却介质的的热量，占量，占2030%2030%。QrQr废气气带走的走的热量，占量，占3545%3545%。QQL L其他其他热损失，占失，占5%5%。三、机械三、机械损失及影响因素失及影响因素机械机械损失失主要包括三个方面：运主要包括三个方面：运动机件的摩擦机件的摩擦损失失（占（占总损失的失的60%60%75%75%），），驱动附属机构的附属机构的损失（占失（占10%10%20%20%），），泵气气损失（失（10%10%20%20%）1 1、机械效率、机械效率m m用于表征机械用于表征机械损失大小。失大小。为有效功率有效功率PePe与指示功与指示功率率PiPi（发动机完成一个工作循机完成一个工作循环工工质对活塞所做的功）活塞所做的功）之比。之比。m m=Pe/Pi=Pe/Pi2 2、影响机械、影响机械损失的主要因素失的主要因素n转速：速：转速越高，机械速越高，机械损失越大。失越大。n负荷：荷：负荷减少，机械荷减少，机械损失加大。失加大。n机油品机油品质：粘度不合适，机械：粘度不合适，机械损失加大。失加大。n冷却水温度：温度合适，冷却水温度：温度合适，损失减少。失减少。1.5 汽油机可燃混合气形成与燃烧汽油机可燃混合气形成与燃烧车用汽油用汽油车用汽油使用性能包括用汽油使用性能包括蒸蒸发性、抗爆性、性、抗爆性、热值和氧化安定性和氧化安定性。其。其标号号说明明抗爆性抗爆性好坏。汽好坏。汽车按照按照压缩比比选用汽油，由厂家用汽油，由厂家规定。定。可燃混合气形成可燃混合气形成化油器机：化油器机：从化油器开始到汽缸内，汽油不从化油器开始到汽缸内，汽油不断断雾化、化、扩散、蒸散、蒸发并与空气混合。并与空气混合。电喷机：机：喷油器将油油器将油喷到到进气气门前或缸内，前或缸内，与空气混合燃与空气混合燃烧。可燃混合气可燃混合气浓度表示方法度表示方法空燃比：空燃比：指混合气中所含空气指混合气中所含空气质量与燃料量与燃料质量之比，量之比，用用R R表示，即：表示，即：理理论上，上，1kg1kg汽油完全燃汽油完全燃烧大大约需要空气，需要空气，R=14.7R=14.7理理论混合气。混合气。R14.7R14.7R14.7稀混合气。稀混合气。对于不同的燃料，其理于不同的燃料，其理论空燃比是不同的。空燃比是不同的。 过量空气系数量空气系数：=1=1理理论混合气（混合气（标准混合气）；准混合气）；111为稀混合气。稀混合气。发动发动机工况机工况对对可燃混合气可燃混合气浓浓度的要求度的要求怠速：怠速：要求供要求供给给少量的少量的浓浓混合气混合气(0.8)；小小负负荷（荷（25%）：要求：要求；中等中等负负荷荷 （25%85% ）：应应供供给较给较稀的可燃混合稀的可燃混合气气(1.1) ；大大负负荷和全荷和全负负荷荷 （85%100% ）：供：供给质浓给质浓量多的量多的可燃混合气可燃混合气(0.95)； 冷起冷起动动：供供给给极极浓浓的混合气的混合气(0.6) ； 暖机：暖机：浓浓度随温度升高而减小，从起度随温度升高而减小，从起动时动时的极的极浓浓减小减小到到稳稳定怠速运定怠速运转转所要求的所要求的浓浓度度为为止；止； 加速（加速（负负荷突然迅速增加荷突然迅速增加 ）：要求：要求额额外多供一些汽外多供一些汽油，加油，加浓浓混合气。混合气。 n汽油机的正常燃汽油机的正常燃烧过程程着火延着火延迟期：期：从火花塞从火花塞电极极间跳跳过火花（点火花（点1)1)起，到形成火焰中起，到形成火焰中心（点心（点2)2)为止的止的这段段时间。急燃期：急燃期：从火焰中心形成起，到从火焰中心形成起，到出出现最高最高压力（点力（点3 3，上止点后，上止点后12121818曲曲轴转角角)为止的止的这段段时间。补燃期：燃期：最高最高压力点后的燃力点后的燃烧。l大部分燃料大部分燃料应在急燃期燃在急燃期燃烧完，完，尽量减少尽量减少补燃。有利于提高燃。有利于提高发动机的机的动力性和力性和经济性。性。n汽油机的不正常燃汽油机的不正常燃烧爆震燃爆震燃烧 ：燃燃烧室内末端混合气的室内末端混合气的自燃自燃现象。象。严重的爆燃会使机件重的爆燃会使机件过载和和烧损、发动机机过热、有效功率降低、有效耗油率增加等。有效功率降低、有效耗油率增加等。表面点火：表面点火：由燃由燃烧室内室内炽热物物点燃点燃混合气的燃混合气的燃烧现象。象。在正常火花塞点火前的表面点火称在正常火花塞点火前的表面点火称为“早火早火”，正常火花塞点火后的表面点火称，正常火花塞点火后的表面点火称为“后后火火”。它会它会导致燃致燃烧过程的不程的不稳定与工作定与工作过程程的粗暴，使的粗暴，使动力性、力性、经济性都受到影响。性都受到影响。p使用因素使用因素对燃燃烧过程的影响：程的影响：进气初始气初始态P1P1、T1T1：降低降低进气初始气初始态P1P1、T1T1，可以避免，可以避免爆燃与表面点火的爆燃与表面点火的产生。生。点火提前角：点火提前角：将点火提前角增大，缸内最高将点火提前角增大，缸内最高压力、温度力、温度增加，爆燃增加，爆燃倾向增加。向增加。混合气混合气浓度：度：混合气混合气浓度度为时火焰火焰传播速度最播速度最大，但着火延大，但着火延迟期也最短。着火延期也最短。着火延迟期期变短爆燃短爆燃倾向加向加大，大，减小（减小（浓度增加）度增加）时，点火提前角，点火提前角应滞后。滞后。转速：速：发动机机转速增加速增加时，火焰，火焰传播速度加快，燃播速度加快，燃烧速速度加快，易度加快，易产生爆燃的部位在自燃准生爆燃的部位在自燃准备尚未完成尚未完成时，火，火焰前焰前锋已已经到达，爆燃到达，爆燃趋势减弱。减弱。负荷：荷：发动机机负荷减小荷减小时，由于残余，由于残余废气的稀气的稀释作用增作用增大，火焰大，火焰传播速度下降，燃播速度下降，燃烧的最高温度与的最高温度与压力下降，力下降，使爆燃的使爆燃的倾向减小。向减小。燃燃烧沉沉积物的影响：物的影响：附于燃附于燃烧室壁面的沉室壁面的沉积物相当于一物相当于一个个热源，源，对终燃混合气起到加燃混合气起到加热作用，因此可能会使爆作用，因此可能会使爆燃和表面点火的燃和表面点火的倾向增大。向增大。1.6 柴油机可燃混合气形成与燃烧柴油机可燃混合气形成与燃烧车用柴油用柴油n柴油使用性能包括柴油使用性能包括发火性、蒸火性、蒸发性、粘度等。性、粘度等。牌号用其凝点表示，有牌号用其凝点表示，有1010号、号、5 5号、号、0 0号、号、-10-10号、号、-20-20号、号、-36-36号等，号等，应根据气温根据气温选用。用。柴油机混合气形成柴油机混合气形成n用用喷油器将柴油油器将柴油喷入汽缸，与高温空气在缸内入汽缸，与高温空气在缸内混合燃混合燃烧。n特点是特点是混合气形成的空混合气形成的空间小，小，时间短，成分不短，成分不均匀均匀n柴油机燃柴油机燃烧过程程着火延着火延迟期（滞燃期期（滞燃期 ）：）：从从喷油开始（点油开始（点1 1）到）到压力脱离力脱离压缩线开始急开始急剧上升（点上升（点2 2）止。）止。速燃期（急燃期）速燃期（急燃期） ：从从压力偏力偏离离压缩线的点的点2 2开始到最高开始到最高压力点力点为3 3止止 。缓燃期：燃期：从最高从最高压力点力点3 3开始到开始到汽缸内工汽缸内工质温度达到最高点温度达到最高点4 4为止。止。补燃期（后燃期）：燃期（后燃期）：从出从出现最最高温度点高温度点4 4开始到柴油基本开始到柴油基本烧完完为止。止。小结发动机机常用常用术语工作原理工作原理发动机是将某一种形式的能量机是将某一种形式的能量转变成成机械能的机器。机械能的机器。分分类定定义按不同的分按不同的分类方法大致分方法大致分为四大四大类十个基本十个基本术语汽油汽油发动机机柴油柴油发动机机（重点）（重点）区区别于汽油机的工作于汽油机的工作过程程四个行程的工作四个行程的工作过程程发动机机总体构造：体构造：汽油机（两大机构五大系汽油机（两大机构五大系统），），柴油机（两大机构四大系柴油机（两大机构四大系统）主要性能主要性能指指标动力性指力性指标：有效：有效转距，有效功率距，有效功率经济性指性指标：燃油燃油消耗率：燃油燃油消耗率内燃机名称及内燃机名称及型号型号编制制规则熟熟练识认内燃机名称和内燃机名称和规格格