汽车发动机基本知识.docx
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汽车发动机基本知识
汽车是指由独立的动力装置驱动，有4个或4个以上的车轮，可以单独行驶并完成运载任务的非轨道无架线的车辆。
汽车的总体构造：
发动机、底盘、电气设备和车身等四个主要部分组成。
发动机工作原理和总体构造
发动机是将热能转化为机械能的机器。
它利用燃料在气缸内燃烧所产生的热能使气体膨胀以推动曲柄连杆机构运动，并通过传动系驱动汽车行驶。
作用是将化学能通过燃烧转化为热能，再通过受热气体膨胀将热能转化为机械能。
现代汽车一般采用往复活塞式内燃机，根据其不同的工作特征和结构可分为：
点燃式与压燃式发动机，四（行）冲程和二（行）冲程发动机，汽油机、柴油机和新型燃料发动机，化油器和喷射式发动机，单缸和多缸发动机，风冷和水冷发动机，增压式和非增压式发动机，气门顶置式和侧置式发动机。
（蓝色加粗为现代常用。
）
发动机基本术语
上止点：
活塞顶部在气缸内的最高位置，即活塞距离曲轴回转中心最远处。
下止点：
活塞顶部在气缸内的最低位置，即活塞距离曲轴回转中心最近处。
活塞行程S：
指气缸上、下止点间的距离。
活塞从一个止点运动到另一个止点间的距离称为一个活塞行程行程，单位为mm。
曲柄半径R：
曲轴连杆轴颈中心的距离。
活塞移动一个行程，曲轴转过半圈（180度），即S=2R。
气缸的工作容积:
指活塞从上止点到下止点让出空间所对的容积。
（即上下止点间的气缸容积）
发动机工作容积：
多缸发动机各缸的工作容积之和，也称发动机的排量。
燃烧室容积：
指活塞在上止点时，活塞顶部以上的空间。
气缸总容积：
指活塞在下止点时，活塞顶部以上的空间。
压缩比：
指气缸总容积和燃烧室容积的比值。
四行程汽油机工作原理：
四行程发动机曲轴转两圈，活塞在气缸内依次往复运动经历进气、压缩、作功和排气四个行程，完成一个工作循环。
进气行程：
曲轴带动活塞从上止点向下止点移动，进气门开启，排气门关闭。
活塞顶部空间增大，气缸内压力降低到小于外界大气压。
空气和汽油经混合形成的可燃混合气通过进气管道、进气门被吸入气缸。
压缩行程：
进气结束，进、排气门都关闭。
曲轴带动活塞由下止点向上止点运动，活塞顶部的可燃混合气被压缩。
作功行程：
当压缩行程接近上止点时，进、排气门都处于关闭状态，火花塞发出电火花点燃可燃混合气，混合气迅速燃烧使气体温度和压力急剧升高，推动活塞下止点运动，经过连杆使曲轴旋转作功，并对外输出功。
排气行程：
曲轴带动活塞从下止点向上止点运动，排气门打开，进气门关闭。
在活塞和废气自身的压力作用下，废气经排气门排出气缸，活塞到达上止点时排气结束。
四行程柴油发动机工作原理：
进气行程：
汽油机在进气行程中吸入的是可燃混合气，而柴油发动机吸入的是纯空气
压缩行程：
汽油机在压缩行程压缩的是可燃混合气，柴油机压缩的是空气。
柴油机靠压缩自燃，其压缩比远大于汽油机。
作功冲程：
压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸高温高压的气体中，迅速形成混合气，而混合气在高温下自行着火燃烧，同时保持边喷射边燃烧，由燃烧产生的高温高压的气体推动活塞下行作功。
排气行程：
与汽油机基本相同。
综合上述：
四行程发动机完成一个工作循环，经历进气、压缩、作功、排气四个行程，发动机的正常运转就是工作循环连续不断交替。
曲轴每转两圈（720度）完成一个工作循环，一个行程对应曲轴转角为180度。
作功和进气行程活塞是从上止点向下止点运动；压缩和排气行程活塞是从下止点向上止点运动。
四个行程中只有作功行程是有效输出动力行程，其余三个是辅助行程，靠飞轮惯性维持转动，因而飞轮转速是不均匀的，必须具有足够的转动惯量才能保证发动机运转平稳。
现代汽车发动机采用多缸，按照一定的工作顺序保证发动机运转平稳。
（四行程内燃机的工作顺序一般为1-3-4-2，六缸发动机大都采用1-5-3-6-2-4）
发动机的组成：
发动机由两大机构，五大系统组成，分别是曲柄连杆机构、配气机构；燃料供给系、冷却系、润滑系、点火系、起动系。
机构或系统名称
主要部件
主要作用
曲柄连杆机构
机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组
活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，把作用在活塞上的气体压力转变为曲轴输出的功
配气机构
凸轮轴、气门与随动件、正时齿轮等
控制发动机进、排气门的开启和关闭
汽油机燃料供给系
化油器或喷油器、燃油箱、燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器等
向气缸提供浓度合适的混合气
柴油机燃料供给系
燃油箱、燃油滤清器、输油泵、喷油泵、喷油器等
向柴油发动机气缸定时定量提供雾化的柴油
点火系
电源、点火线圈、分电器、火花塞等
定时向气缸内的混合气提供电火花
润滑系
机油散热器、机油泵、机油滤清器、油底壳等
对摩擦副进行润滑、冷却、清洗和密封
冷却系
散热器、风扇、水泵和节温器等
对发动机高温部件进行冷却，维持发动机正常温度，降低发动机的热负荷
起动系
起动机和起动继电器与附属装置
使发动机从静止状态转变为运动状态
1.机体组：
气缸体、曲轴箱、气缸盖、气缸套和气缸垫等不动件。
2.活塞连杆组：
活塞、活塞环、活塞销和连杆
3.曲轴飞轮组：
曲轴和飞轮等不动件。
发动机配气机构可分为气门组和气门传动组两部分。
气门组由进排气门、气门导管、气门座、气门内外弹簧、气门弹簧座、气门弹簧锁片和气门油封等组成；气门传动组由凸轮轴、液压挺柱、正时齿形带、正时齿轮与中间轴齿轮、张紧轮等。
配气机构的分类：
顶置式气门和侧置式气门两类。
顶置式配气机构优点很多，如：
进气阻力少，燃烧室结构紧凑等，因此被广泛运用，而侧置式配气机构已被淘汰。
顶置式配气机构按每缸气门的数量可分为双气门式和四气门式；按凸轮轴的位置可分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上（顶）置式；按曲轴和凸轮轴的传动方式可分为齿轮传动式、链条传动式和同步齿形带传动式等。
燃油供给系
汽油机燃油供给系的作用：
1.根据发动机各个工况的不同要求，准确配制合适的空气与燃油的混合比；
2.为汽车储存行驶一定里程的汽油；
3.将燃烧作功后的废气排出。
汽油机燃料供给系两种基本形式：
化油器燃料供给系和汽油喷射式燃料供给系。
燃油供给装置：
汽油箱、汽油滤清器、汽油泵和油管等组成。
作用：
汽油储存、输送和清洁。
空气供给装置：
即空气滤清器。
作用：
空气的输送、清洁和预热。
可燃混合气形成装置：
即化油器。
作用：
将燃料与空气混合成可燃混合气。
可燃混合气供给装置和废气排出装置：
由进、排气管和排气消声器组成。
作用：
可燃混合气供给、排气消声和废气排出。
储油指示装置：
由燃油表、燃油表传感器组成。
作用：
显示储油状态。
可燃混合气：
按一定比例混合的汽油与空气混合物称为可燃混合气。
这种可燃混合气中燃油含量的多少称为可燃混合气浓度。
而可燃混合气浓度通常有两种方法表示，即空燃比（R）和过量空气系数（α）表示：
空燃比（R）=混合气空气质量（kg）／混合气中燃料质量（kg）
理论上讲，1kg汽油完全燃烧需要空气14.8kg。
所以空燃比R=14.8为理论混合气
R<14.8为浓混合气
R>14.8为稀混合气
过量空气系数（α）=燃烧1kg燃料实际供给的空气质量／完全燃烧1kg燃料所需的理论空气质量，可见1.α=1为理论混合气：
理论上推算的完全燃烧的混合气浓度
2.α<1为浓混合气：
由于汽油分子较多，燃烧速度快、压力大、热损失小，发动机输出功率大，因此称其为功率混合气。
但浓混合气燃烧不完全，产生大量的一氧化碳，导致排气冒黑烟、放炮、燃烧室积碳、功率下降、耗油量显著增大，排放污染严重，经济性降低。
3.α>1为稀混合气：
保证所有的汽车分子获得足够的空气实现完全燃烧，因而经济性好，故称经济混合气。
若混合气过稀，因空气量过多，导致发动机过热、动力性和经济性变差，化油器发生回火等现象。
冷却系种类：
根据冷却方式不同，冷却系统分为风冷系统和水冷系统两大类。
1.风冷系统：
是在发动机缸盖和缸体四周装上散热片，空气流导入散热片四周，将气缸内多余的热量带出发动机外的冷却方式。
（该系统使用和维修方便，但冷却不可靠，冷却强度不容易调节和控制，噪声大等缺点，因此只在小型发动机上使用）
2.水冷系统：
是以冷却液（水和各种添加剂）为冷却介质，将冷却液导入发动机缸体和缸盖的水套中，将混合气燃烧的多余热量带出气缸，散发到大气中。
（因为该冷却系统冷却强度大，冷却效果好，噪声小等优点，现代发动机广泛使用）
润滑系
润滑系统功用：
1.润滑作用：
使运动机件表面之间形成油膜接触，减少表面磨损和摩擦功率损失；
2.冷却作用：
压力机油流过接触表面，带走摩擦副产生的热量，维持零件正常工作温度；
3.清洁作用：
利用循环润滑油冲洗零件表面，带走零件摩擦产生的磨屑和其他杂质；
4.密封作用：
利用润滑油的粘性，附在互相运动的表面之间，提高了间隙密封效，减少漏气和窜气。
润滑形式：
1.压力润滑：
利用机油泵将一定压力的润滑油到零件的摩擦表面，形成具有一定厚度并能承受一定机械负荷的油膜，实现可靠的润滑。
主要满足发动机上相对速度高、机械负荷大地零件润滑。
例如曲轴轴颈与轴承、凸轮轴轴颈和轴承、摇臂与摇臂轴之间等部位；
2.飞溅润滑：
利用发动机工作时，曲轴和凸轮轴等运动零件旋转时飞溅起来的，或从连杆大头上设的油孔喷出的油滴，对摩擦表面实行润滑的方式。
润滑的对象是缸壁、凸轮、活塞销等；
3.定期润滑：
采用润滑脂定期加注的方式进行润滑。
润滑的对象主要是发电机、起动机、水泵轴承等。
润滑系统的结构与功能
1.机油泵
发动机上采用的机油泵有齿轮式和转子式两种，机油泵的功能是作为润滑油循环的动力源。
2.机油滤清器
润滑油滤清器的功能是滤清润滑油中的磨屑与机械杂质，防止它们进入各运动件的摩擦表面，避免拉毛、刮伤零件表面，甚至造成堵塞油道、烧轴瓦等严重事故。
点火系
点火提前角：
汽油发动机从点火开始到活塞到达上止点这一段时间，曲轴所转过的角度。
电子控制点火系统主要由传感器、电脑（ECU）和点火执行器三个部分组成。
发动机点火系统的类型
发动机点火系统：
传统点火系统、电子点火系统。
点火系统的作用：
是将汽车电源供给的低压电转变为高压电，并按发动机的作功顺序和点火时间要求，配送至各缸的火花塞，在其间隙处产生火花，点燃可燃混合气。
线圈、点火开关、分电器、火花塞、点火器等部件组成）
电子控制点火系统的分类：
1.按有无分电器分
有分电器式电子点火系统：
主要由点火开关、点火线圈、分电器、高压线、火花塞、发动机转速／转角传感器、曲轴位置传感器、爆震传感器、发动机电脑（ECU）和点火控制模块等组成。
无分电器式电子控制点火系统（又称直接点火系统）：
是在有分电器式电子点火系统基础上取消了分电器，由发动机电脑（ECU）或点火控制模块直接控制点火线圈，实现火花塞点火的点火系统。
该系统又可分为二极管配电和点火线圈配电两种方式。
2.按控制方式分
1）闭环控制：
是带有爆震传感器，能根据发动机是否发生爆震与时修正点火提前角的点火系统。
2）开环控制是不带爆震传感器，仅由电控单元内设定的程序控制点火的点火系统。
传统点火系统：
由蓄电池、点火开关、发电机、分电器、火花塞、点火线圈等组成。
电源是点火系统的能量来源。
发动机起动后，则由发电机向点火系统提供所需的能源。
点火开关负责接通或切断点火系统低电压的电源，控制发动机的起动与熄火。
起动时将附加电阻短接，可增大点火线圈的初级绕组，改善点火特性，同时也可提高起动性能。
点火线圈的作用：
是将蓄电池或发电机提供的低压电变为能击穿火花塞电极间隙的高压电。
分电器的结构与功能
分电器由断电器、配电器、电容器和点火提前调节机构组成。
1）断电器作用是接通和切断低压电路
2）配电器由分火头、分电器盖组成；作用按发动机的工作顺序，通过高压线将高压电依次送到各缸火花塞。
3）电容器与断电器触点并联，作用：
减少触点间的火花，延长触点的使用寿命。
4）点火提前调节机构由离心提前机构和真空提前机构组成，离心提前机构是根据发动机转速的变化而自动改变点火提前角的装置；而真空提前机构是随发动机负荷的大小而自动改变点火提前角的装置。
火花塞：
作用是将高电压引入燃烧室，产生电火花，点燃可燃混合气。
安装在发动机气缸盖的螺孔内，工作条件极为恶劣，它受高温高压与燃烧产物的强烈腐蚀。
要使火花塞工作良好，必须使火花塞绝缘体裙部保持适当的温度。
传统点火系统组成
点火线圈是将电源的低压电转变为高压电的基本元件。
常用的点火线圈分为开磁路点火线圈和闭磁路点火圈两种形式。
（1）开磁路点火线圈 开磁路点火线圈是利用电磁互感原理制成的。
其结构主要由硅钢片叠成的铁芯上的初级线圈和次级线圈、壳体与其外的附加电阻等组成。
开磁路点火线圈有两接线柱式和三接线柱式之分。
（2）闭磁路点火线圈 闭磁路点火线圈，将初级绕阻和次级绕组都绕在口字形或日字形的铁芯上。
初级绕组在铁芯中产生的磁通，通过铁芯构成闭合磁路。
造成点火线圈损坏的原因有:
（1）发动机不工作,而点火开关长时间未关断,由于电流的热效应破坏了点火线圈中的线圈绝缘。
（2）发动机过热,线圈绝缘漆胶被烤化而失效。
（3）火花塞电极间隙过大,增加点火线圈的负荷,使高压线圈击穿,造成短路或断路。
（4）高压线断路,使产生的高压电无路可通,容易造成高压线圈被击穿。
这时发动机不易起动,应检查高压线路是否断路。
互感效应是指两个线圈绕在同一铁芯上，当其中一个线圈电流发生变化时，另一个线圈产生的感应电动势。
电子控制点火系统的优点
电子控制点火系统除了具备晶体管点火系统的优点以外，还具有以下优点
1）能在各种转速范围内提供所需的点火电压和点火持续时间。
2）能在不同的负荷和转速条件下提供最佳的点火提前角。
3）能把点火时间提前到汽油机刚好不发生爆震的范围。
4）提高了发动机的动力性、经济性、净化性。
5）结构紧凑、可靠性高、成本低、耗电少、不需要冷却、响应性好等。
起动系
一般起动系统由点火开关、起动机、驱动齿轮、飞轮、蓄电池等组成。
汽车用起动机的分类：
1）传统型起动机：
驱动齿轮与电枢以相同转速旋转，无减速机构。
2）外啮合减速型起动机：
通过减速齿轮降低电枢转速，增加力矩。
3）行星型齿轮型起动机：
通过行星齿轮传动机构降低电枢转速，增大驱动力矩。
4）行星减速-整流导体（PS）型起动机：
该类型起动机使用永久磁铁产生磁场，并通过传动杆使驱动齿轮与飞轮齿圈啮合或脱开。
起动系统的功能
蓄电池向起动机提供电能，蓄电池容量必须足够大，保证能向起动机提供足够大的起动电流。
（汽车起动时蓄电池为起动机提供电，也就是说汽车起动时靠蓄电池供电）
起动系的作用就是供给发动机曲轴足够的起动转矩，以便使发动机曲轴达到必需的起动转速，使发动机进行正常运转状态。
当发动机进入起动状态后，便结束任务立即停止工作。
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