汽车发动机构造原理.pptx

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1、汽车发动机构造原理,1、发动机概述,2、发动机工作原理,3、发动机分类,4、发动机结构,5、发动机术语,6、发动机新技术与发展,汽车发动机构造目录,1、发动机概述,发动机工作,发动机是汽车的心脏，是汽车的动力源，它能够把其它形式的能量转化成为汽车运动的机械能。,发动机安装位置和驱动形式,发动机前置前轮驱动 FF,发动机前置后轮驱动 FR,发动机前置四轮驱动 4WD, 重要概念：发动机工作循环,发动机工作循环动画,2、发动机工作原理,气缸内油气混合气燃烧产生压力，推动活塞往复运动，通过曲柄连杆机构转化为曲轴的旋转运动进行动力输出。,发动机工作原理动画,进气行程：活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动

2、，此时，进气门开起，排气门关闭。将混合气吸入气缸；,发动机工作循环,压缩行程：活塞由曲轴带动从下止点向上止点运动，此时，进气门和排气门均关闭。混合气被压缩；,排气行程：活塞由曲轴带动从下止点向上止点运动，此时，排气门打开，进气门关闭，将废气排出气缸。,作功行程：进气门和排气门均关闭，火花塞产生电火花点燃混合气，迅速燃烧膨胀，从而推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转作功；,2、发动机工作原理,点燃式发动机,压燃式发动机,3、发动机分类,点火方式分类,汽油自燃温度高，采用火花塞强制点火，汽油发动机为点燃式发动机 柴油自然温度低，采用高压缩比压燃，柴油发动机为压燃式发动机。,3、发动机分

3、类,燃料种类分类,按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。 汽油机特点：转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低； 柴油机特点：压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。,二冲程发动机,四冲程发动机,曲轴旋转一周完成一个工作循环。 由于换气不彻底，经济性较差，但结构简单，因此在摩托车上广泛使用。,曲轴旋转二周完成一个工作循环。 四冲程发动机有独立的进气和排气冲程，换气彻底，在汽车上广泛使用，并已逐渐用于摩托车。,3、发动机分类,行程数分类,按照冷却方式分类,3、发动机分类,水冷发动机,风冷发动机,内燃机按照冷却方式的不同可以分为： 水冷发动机 风冷发动机,按照气缸数目分类,单

4、缸发动机,多缸发动机,3、发动机分类,内燃机按照气缸数目不同可以分为： 单缸发动机 多缸发动机。,L 4 2.4L,V 6 3.0L,直列LINE,4缸,排气量,V形排列,6缸,排气量,直列发动机,V形发动机,水平对置发动机,例如：,3、发动机分类,缸数及排列,按照进气系统是否采用增压方式分类,自然吸气式（非增压式）,3、发动机分类,按进气状态不同，活塞式内燃机还可分为：增压和非增压两类。 涡轮增压简称Turbo，如果在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机。,强制进气（增压式）,4、发动机结构,以汽油发动机为例,其结构按系统划分主要有发动机机体、两大机构和五大系

5、统组成。,发动机机体,曲柄连杆机构,配气机构,4、发动机结构,五大系统组成,起动系,燃油供给系,点火系,润滑系,冷却系,发动机机体,发动机本体: 发动机本体主要包含 缸盖、缸体等零部件 发动机本体既是发动 机各机构、各系统的装配 基体又同时是发动机其它 机构/系统的组成部分,缸盖,缸体,4、发动机结构,发动机机体结构图,发动机本体缸体,缸体结构图,缸体作用: 是发动机的骨架以及相关零部件的安装基体 发动机燃烧室/冷却水道/润滑油道的组成部分 承受发动机工作时可燃混合气产生的气体力以及发动机运动件的惯性力 承受周期性的热冲击,4、发动机结构,发动机本体缸体,曲轴箱通风密封面,机油滤清器安装面,缸

6、体与缸盖的结合面，同时也是冷却水道润滑油道燃烧室的分界面,（缸体下表面,4、发动机结构,发动机本体缸盖与气缸垫,缸盖位置和结构图,缸盖作用: 配气机构的安装本体 密封缸孔上部，并与活塞顶部和缸孔形成燃烧室 承受发动机工作时可燃混合气产生的气体力 承受周期性的热冲击,气缸垫作用： 保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。,4、发动机结构,缸盖燃烧室分类,各种燃烧室简图,发动机燃烧室按照缸盖部分燃烧室的形状可常分为以下三种: 楔形燃烧室: 结构简单、紧凑，在压缩终了时能形成挤气涡流，但对于HC排放不利 盆型燃烧室: 结构简单，但不紧凑 半球形燃烧室：结构更加紧凑，散热面积小，有利于燃

7、料完全燃烧，排放控制好,4、发动机结构,缸盖总成,缸盖总成的凸轮轴孔精加工必须是保持架与缸盖安装后再进行加工,加工后保持架与缸盖是一一对应的关系,组装后加工,4、发动机结构,曲柄连杆机构,曲轴连杆机构安装位置,4、发动机结构,曲柄连杆机构,曲柄连杆机构: 曲柄连杆结构主要包含活塞连杆组和曲轴飞轮组两大部分 曲柄连杆机构的主要作用是把活塞的直线往复运动转变为旋转运动并输出动力,4、发动机结构,曲柄连杆机构结构图,活塞连杆组: 活塞连杆组主要包含活塞、活塞环、活塞销、连杆总成和连杆轴瓦等 活塞连杆组的主要作用是承受气缸中的气体爆发压力，并将此力传递给曲轴,活塞连杆组构成,4、发动机结构,曲柄连杆机

8、构-活塞连杆组,曲柄连杆机构-活塞连杆组,4、发动机结构,气环:是保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气。并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁。 油环:向缸壁和活塞提供机油润滑。,4、发动机结构,活塞环的装配： 活塞环装入发动机时必须确认气环和油环的开口互相错开，避免漏气。,曲柄连杆机构-活塞连杆组,曲柄连杆机构-曲轴飞轮组,曲轴飞轮组构成,曲轴飞轮组: 曲轴飞轮组主要包含曲轴、主轴瓦和飞轮(液力变矩器)等零件 曲轴飞轮组的主要作用是承受活塞连杆组传递来的力,并由此造成绕其本身轴线的力矩,输出旋转运动,4、发动机结构,曲柄连杆机构-曲轴,4、发动机结构,曲轴旋转过程中静态和动态都需要平衡，装

9、平衡器为了平衡旋转的曲轴。 主轴颈和曲柄销有油孔，机油从气缸流曲柄销。油道到油孔，穿过入，进入主轴颈。,曲柄连杆机构-飞轮,4、发动机结构,飞轮是用来贮存作功行程的能量，用于克服进气、压缩和排气行程的阻力和其它阻力，使曲轴能均匀地旋转。 飞轮外缘压有的齿圈与起动电机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用。,配气机构,配气机构的作用: 按照发动机各缸工作循环和点火次序的要求，将曲轴的旋转传递给凸轮轴。 凸轮轴上的凸轮适时地控制相应的气门打开或关闭以完成进排气动作，使新鲜空气及燃烧后的废气及时、充分地进入及排出气缸。,4、发动机结构,配气机构,气门组,气门传动组,4、发动机结构,配气机构主要由气门组和气门

10、传动组组成。,气门组,气门弹簧由弹簧座、弹簧保持架和气门锁块固定，用来关闭气门。 气门座与气门表面相连，以确保燃烧室的密封性。 气门导管热压入缸盖上的气门导管孔内，起气门运动的定向作用。,气门组各组件均直接影响到配气系统的密封性及机械性能。如果错装，漏装或者安装不到位，均会直接导致发动机漏气，甚至气门甩脱等较严重的事故。,气门,4、发动机结构,气门,气门的功能是打开和关闭进排气口和燃烧室之间的口，其由头部和杆部组成。 气门头部的形状有平顶、球面顶和喇叭形顶等。 气门杆呈圆柱形，其与气门导管配合保证了气门往复运动的精度，且负责把气门头部的热量传递至气门导管。,4、发动机结构,气门传动组,气门传动

11、组结构图,4、发动机结构,气门传动组工作过程,凸轮轴及其组件,凸轮的作用是在相应的正时打开和关闭气门。凸轮轴是由各种不同的凸轮构成，为了减少旋转过程的惯性力，部分凸轮轴为中空结构。,4、发动机结构,凸轮轴工作原理简图,配气相位,理论上：四冲程发动机的进气门当曲拐处在上止点时开启,在曲拐转到下止点时关闭;排气门则当曲拐在下止点时开启,在上止点时关闭。进气时间和排气时间各占180曲轴转角。 实际上：发动机的曲轴转速都很高，活塞每一个行程历时都很短,这样短时间的进气或排气过程,往往会使发动机充气不足或排气不净,从而使发动机的功率下降。 早开迟闭：现代发动机都采用延长进、排气时间的方法，即分别提前和延

12、迟一定的曲轴转角，以改善进、排气状况，从而提高发动机的动力性。,4、发动机结构,4、发动机结构,配气相位：就是进、排气门的实际开闭时刻，通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示。 不同发动机，由于结构形式、转速各不相同，因此配气相位也不相同。,起动系统,4、发动机结构,起动系统,发动机由静止状态转入工作状态的全过程称之为起动过程。,起动系：主要由蓄电池、起动机、点火开关和启动电路等组成,典型的起动系工作过程,起动机通过电机轴上的齿轮与发动机曲轴后端的飞轮外缘齿圈相啮合，通电后带动飞轮和曲轴转动。发动机起动后，起动机立即与飞轮齿圈分离。,4、发动机结构,供给系统,供给系统的作用是根

13、据发动机各种不同工况的要求，将汽油和空气混合成一定浓度的可燃混合气，并按需要输送到各缸燃烧室内。 供给系统主要由燃油供给系统、进气系统和排气系统组成。,4、发动机结构,动力传动过程：,发动机 离合器 变速器 传动轴 主减速器 差速器半轴 驱动轮,燃油供给,燃油供给由油箱、燃油滤清器、燃油泵、油管、喷油器等构成。 油箱用来储存燃油；燃油滤清器过滤燃油中的杂质与灰尘；燃油泵将油箱的燃油通过滤清器过滤后加压送到喷油系统，并和燃油压力调节器一起建立起稳定的燃油压力，保证喷油系统在恒定的燃油压力下工作。,燃油供给,4、发动机结构,喷油器,燃油压力调节器,脉动阻尼器,4、发动机结构,等速,起动和,高负荷行

14、驶,进气系统,进气系统主要由空气滤清器和进气歧管组件组成。空气滤清器的作用是清除流向进气歧管的空气中的尘土和砂粒，以减少气缸、活塞和活塞环的磨损，提高发动机的使用寿命。进气歧管组件主要由进气歧管、进气歧管垫等组成。,4、发动机结构,独立喷射式（按点火顺序）,组群喷射式,同步喷射式,360,720,曲轴转角,排气系统,排气系统主要由排气歧管、排气管、催化转化器、排气消声器等组成。排气系统的作用是将混合气燃烧后生成的废气经过净化和消声等处理后排放到大气中。其中V6发动机的排气歧管是和缸盖铸为一体的。,4、发动机结构,点火系统,点火系统的工作时机,点火系统在发动机上的位置,点火系：主要由蓄电池、点火

15、开关、分电器、点火线圈、高压线和火花塞等组成 。,4、发动机结构,A: 火花塞线 E: 分电器 I : 点火线圈 D: 高压线 J : 火花塞,点火系统通过点火线圈产生高电压，由分电器把高电压按照各缸的点火顺序送入火花塞点火。,分电器,4、发动机结构,点火系统,电脑ECU控制点火系统,点火控制模块主要由晶体管等半导体器件组成，根据ECU发出的点火指令来控制点火初级线圈的电流。,点火线圈用来产生火花塞点火所需的高电压。它由缠绕在铁芯上的初级线圈和次级线圈组成，两级线圈的绕数比越大，互感电势越大，因此点火线圈可以产生高达12万伏所需的高电压。,4、发动机结构,ECU控制独立点火系统,点火系统,4、

16、发动机结构,点火线圈产生高压电的原理,传统触电式点火与晶体管点火的对比,晶体管点火过程,4、发动机结构,端子,绝缘 陶瓷,垫,电极,点火机理：火花塞上产生的火花点燃空气与燃油混合物，使其爆发，通常称为燃烧。,火花塞,4、发动机结构,小提示 火花塞使用一定行驶里程后不可避免的存在损耗影响点火性能，所以必需定期进行更换 普通型：10000km到60000km,润滑系统,润滑系统组成,4、发动机结构,润滑系统,润滑系统的作用: 连续不断的将一定压力的机油送到相对运动的各摩擦表面，防止金属表面直接接触，减少零件间的摩擦和磨损，并起到冷却和清除磨粒的作用。,润滑系统组成,4、发动机结构,机油滤清器,油道

17、,主油道,润滑系统油路位置,4、发动机结构,机油润滑油路走向,机油进入机油滤清器过滤后进入主油路，如图所示提供给发动机各润滑点后，最后通过泄油孔流回油底壳。,4、发动机结构,机油泵, 如图机油泵为内啮合齿轮泵，它由一个内转子和一个外转子组成。内转子为偏心装配，以便增大入口侧和减小出口侧内外转子之间的空间，由曲轴直接驱动。,4、发动机结构,集滤器是具有金属网的滤清器，一端伸入油底壳内，一端与机油泵进油口连通，起吸油和过滤较大杂质的作用。,机油集滤器,工作原理示意图,集滤器在安装时应注意不要触及其内部金属网或使其变形。,4、发动机结构,机油滤清器,机油滤清器用于过滤机油中的金属粉末和沉淀物等杂质，

18、以保证润滑系统的正常工作，避免因机油中杂质造成运动件早期磨损和烧瓦。,在机油滤清器中还装有旁通阀，又称安全阀。作用是当滤芯堵塞时，旁通阀门打开，机油直接进入各运动部件，避免因缺油烧损。,纸质滤清器,4、发动机结构,1.缸体底端 2.油底壳,油底壳,油底壳用来收集与存放机油，并有一定散热作用。一般采用钢板冲压或者铝合金压铸两种方式制成。,4、发动机结构,油底壳上作有深凹处和隔断，即使车辆倾斜，油底壳底部也有足量机油可供使用。,4、发动机结构,机油油面必须处于油尺上下刻线之间,机油油量检查,4、发动机结构,1 油压力开关 2 组合仪表 3 油压警告灯（通过点亮警告灯指示异常情况）,(0.20.05

19、kgf/cm2),机油压力警告装置,4、发动机结构,发动机冷却系统在车上的位置,冷却系,水冷系指的是利用冷却水吸收发动机中高温零件的热量，然后再散入大气而进行冷却。,发动机是将热能转变为机械能的动力机械，在燃烧时，瞬时温度可达2000度,4、发动机结构,1 水温传感器 2 组合仪表 3 水温表（通过指针指示发动机水温状态） 冷却温度指示器和水温传感器的位置,主要功能部件,4、发动机结构,冷却水道,水泵,节温器,散热器,冷却水道,冷却水道在铸造时加工在气缸体和气缸盖内，便于冷却水的吸收发动机机件的热量。,4、发动机结构,水泵,离心式水泵,功能：对冷却液加压，使冷却液在发动机各个部位循环，带走发动

20、机产生的热量并流经散热器进行冷却。,水泵安装位置和驱动行式,4、发动机结构,散热器,风扇,散热器,散热器：增大散热面积，加速水的冷却。 风扇：提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果。,4、发动机结构,节温器的开闭控制冷却系统大循环和小循环的切换,节温器内的石蜡在低于70度时呈固态，此时节温器关闭，进行“小循环”；当温度到达石蜡的熔点70度时，石蜡开始熔化为液态，体积膨胀，顶开节温器的阀体，节温器开启，进行“大循环”,节温器,4、发动机结构,启动进行暖机时，节温器关闭，冷却 液不流经散热器，让发动机尽快达到 最佳工作温度，此时成为“小循环”,当循环冷却液达到约70度左右时，节 温器开启，被发动

21、机加热的冷却液流 经散热器冷却后继续循环，此时成为 “大循环”,工作过程,4、发动机结构,发动机术语,上止点,下止点,活塞行程,曲柄半径,气缸工作容积,发动机排量,燃烧室容积,气缸总容积,压缩比,上止点,发动机术语,下止点,发动机术语,气缸工作容积,发动机术语,发动机排量,发动机术语,燃烧室容积,发动机术语,气缸总容积,发动机术语,压缩比,发动机术语,发动机新技术与发展,发动机新技术,气门正时可变技术,缸内直喷汽油发动机,内燃机还在进步:如FSI、GDI发动机的发展,混合驱动发动机,混合动力汽车正在迅速发展,产业化前景光明。,混合动力汽车,发动机新技术与发展,燃料电池汽车: 未来汽车的方向,电动汽车的结构详解,燃料电池车动力系统,发动机新技术与发展,