汽車構造教案制作人；孫桂權教材介紹本課程通過對汽車發動機(汽油機和柴油機)的總體構造、主要系統的功能、組成和基本結構的學習，使學生了解和掌握汽車發動機的基本工作原理，同時培養學生對汽車的興趣和愛好，并為后續專業課程的學習和從事相關科研工作打下堅實的基礎。課程內容總論第一章汽車發動機的工作原理及總體構造第二章機體組及曲柄連桿機構第三章配氣機構第四章發動機的燃油系統第五章柴油機燃油系統第六章進排氣系統及排氣凈化裝置第七章發動機冷卻系統第八章發動機潤滑系統第九章發動機增壓

課程內容第十章汽油機點火系統第十一章發動機起動系統第十二章其它類型車用發動機課程大綱第一章:汽車發動機的工作原理及總體構造◆汽車發動機的類型◆往復活塞式內燃機的基本結構及基本術語◆往復活塞式內燃機工作原理◆發動機的總體構造◆發動機的性能指標◆內燃機產品名稱和型號編制規則第二章:機體組及曲柄連桿機構◆曲柄連桿機構中的作用力及力矩◆機體組◆曲柄連桿機構◆平衡機構第三章:配氣機構◆配氣機構的功用及組成◆配氣定時及氣門間隙◆氣門組◆氣門傳動組第四章:汽油機燃油系統◆汽油及其使用性能◆化油器式發動機燃油系統◆電子控制汽油噴射系統課程大綱第五章柴油機燃油系統◆柴油及其使用性能◆柴油機燃油系統的功用及組成◆噴油器◆柱塞式噴油泵◆分配式噴油泵◆調速器◆電子控制柴油噴射系統◆輔助裝置第六章進排氣系統及排氣凈化裝置◆進氣系統◆排氣系統◆排氣凈化裝置◆強制式曲軸箱通風系統◆汽油蒸發控制系統第七章發動機冷卻系統◆冷卻系統的功用及組成◆水冷系統主要部件的構造◆風冷系統第八章發動機潤滑系統◆潤滑系統的功用及組成◆潤滑劑◆潤滑系統主要部件的構造◆機油冷卻器第九章汽車發動機增壓◆概述◆機械增壓◆渦輪增壓第十章發動機點火系統◆概述◆傳統點火系統的組成與工作原理◆點火時刻◆傳統點火系統主要元件的結構◆電子點火系統◆微機控制點火系統◆汽車電源課程大綱第十一章發動機起動系統◆概述◆起動機◆減速起動機和永磁起動機第十二章其它類型車用發動機◆壓縮天然氣汽車及液化石油汽汽車◆電動汽車第一章發動機基本知識內容提要發動機是汽車的動力源。迄今為止除為數不多的電動汽車外，汽車發動機都是熱能動力裝置，或簡稱熱機。在熱機中借助工質的狀態變化將燃料燃燒產生的熱能轉變為機械能。熱機有內燃機和外燃機兩種。直接以燃料燃燒所生成的燃燒產物為工質的熱機為內燃機，反之則為外燃機。內燃機包括活塞式內燃機和燃氣輪機。外燃機則包括蒸汽機、汽輪機和熱氣機等。內燃機與外燃機相比，具有結構緊湊、體積小、質量輕和容易起動等許多優點。因此，內燃機尤其是活塞式內燃機被極其廣泛地用作汽車動力。第一節汽車發動機的類型1.按活塞運動方式的不同，活塞式內燃機可分為往復活塞式和旋轉活塞式兩種。第一節發動機的分類和基本構造2.根據所用燃料種類，活塞式內燃機主要分為汽油機、柴油機和氣體燃料發動機三類。以汽油和柴油為燃料的活塞式內燃機分別稱作汽油機和柴油機。使用天然氣、液化石油氣和其他氣體燃料的活塞式內燃機稱作氣體燃料發動機。第一節發動機的分類和基本構造3.按冷卻方式的不同，活塞式內燃機分為水冷式和風冷式兩種。以水或冷卻液為冷卻介質的稱作水冷式內燃機，而以空氣為冷卻介質的則稱作風冷式內燃機。第一節發動機的分類和基本構造4.往復活塞式內燃機還按其在一個工作循環期間活塞往復運動的行程數進行分類?；钊絻热紮C每完成一個工作循環，便對外作功一次，不斷地完成工作循環，才使熱能連續地轉變為機械能。在一個工作循環中活塞往復四個行程的內燃機稱作四沖程往復活塞式內燃機，而活塞往復兩個行程便完成一個工作循環的則稱作二沖程往復活塞式內燃機。第一節發動機的分類和基本構造5.按照氣缸數目分類可以分為單缸發動機和多缸發動機。僅有一個氣缸的發動機稱為單缸發動機；有兩個以上氣缸的發動機稱為多缸發動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發動機。現代車用發動機多采用四缸、六缸、八缸發動機。6.內燃機按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式。單列式發動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的；雙列式發動機把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發動機，若兩列之間的夾角=180°稱為對置式發動機。7.按進氣狀態不同，活塞式內燃機還可分為增壓和非增壓兩類。若進氣是在接近大氣狀態下進行的，則為非增壓內燃機或自然吸氣式內燃機；若利用增壓器將進氣壓力增高，進氣密度增大，則為增壓內燃機。增壓可以提高內燃機功率。目前，應用最廣、數量最多的汽車發動機為水冷、四沖程往復活塞式內燃機，其中汽油機用于轎車和輕型客、貨車上，而大客車和中、重型貨車發動機多為柴油機。少數轎車和輕型客、貨車發動機也有用柴油機的。以風冷或二沖程活塞式內燃機為動力的汽車為數不多。特別是從20世紀80年代起，在世界范圍內，就不再有以二沖程活塞式內燃機為動力的轎車了。第二節往復活塞式內燃機的基本結構及基本術語一、基本結構往復活塞式內燃機的工作腔稱作氣缸，氣缸內表面為圓柱形。在氣缸內作往復運動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸相連，構成曲柄連桿機構。因此，當活塞在氣缸內作往復運動時，連桿便推動曲軸旋轉，或者相反。同時，工作腔的容積也在不斷的由最小變到最大，再由最大變到最小，如此循環不已。氣缸的頂端用氣缸蓋封閉。在氣缸蓋上裝有進氣門和排氣門，進、排氣門是頭朝下尾朝上倒掛在氣缸頂端的。通過進、排氣門的開閉實現向氣缸內充氣和向氣缸外排氣。進、排氣門的開閉由凸輪軸控制。凸輪軸由曲軸通過齒形帶或齒輪或鏈條驅動。進、排氣門和凸輪軸以及其他一些零件共同組成配氣機構。通常稱這種結構形式的配氣機構為頂置氣門配氣機構。現代汽車內燃機無一例外地都采用頂置氣門配氣機構。構成氣缸的零件稱作氣缸體，支承曲軸的零件稱作曲軸箱，氣缸體與曲軸箱的連鑄體稱作機體。第二節往復活塞式內燃機的基本結構及基本術語二、基本術語1.工作循環活塞式內燃機的工作循環是由進氣、壓縮、作功和排氣等四個工作過程組成的封閉過程。周而復始地進行這些過程，內燃機才能持續地作功。第二節往復活塞式內燃機的基本結構及基本術語2.上、下止點活塞頂離曲軸回轉中心最遠處為上止點；活塞頂離曲軸回轉中心最近處為下止點。在上、下止點處，活塞的運動速度為零。3.活塞行程上、下止點間的距離S稱為活塞行程。曲軸的回轉半徑R稱為曲柄半徑。顯然，曲軸每回轉一周，活塞移動兩個活塞行程。對于氣缸中心線通過曲軸回轉中心的內燃機，其S＝2R。

4.氣缸工作容積上、下止點間所包容的氣缸容積稱為氣缸工作容積。5.內燃機排量內燃機所有氣缸工作容積的總和稱為內燃機排量。6.燃燒室容積活塞位于上止點時，活塞頂面以上氣缸蓋底面以下所形成的空間稱為燃燒室，其容積稱為燃燒室容積，也叫壓縮容積。7.氣缸總容積氣缸工作容積與燃燒室容積之和為氣缸總容積。8.壓縮比氣缸總容積與燃燒室容積之比稱為壓縮比e。壓縮比的大小表示活塞由下止點運動到上止點時，氣缸內的氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮終了時氣缸內的氣體壓力和溫度就越高。9.工況內燃機在某一時刻的運行狀況簡稱工況，以該時刻內燃機輸出的有效功率和曲軸轉速表示。曲軸轉速即為內燃機轉速。9.工況內燃機在某一時刻的運行狀況簡稱工況，以該時刻內燃機輸出的有效功率和曲軸轉速表示。曲軸轉速即為內燃機轉速。第三節往復活塞式內燃機工作原理一、四沖程汽油機工作原理四沖程往復活塞式內燃機在四個活塞行程內完成進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程，即在一個活塞行程內只進行一個過程。因此，活塞行程可分別用四個過程命名。1.進氣行程活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時排氣門關閉，進氣門開啟。在活塞移動過程中，氣缸容積逐漸增大，氣缸內形成一定的真空度。空氣和汽油的混合物通過進氣門被吸入氣缸，并在氣缸內進一步混合形成可燃混合氣。2.壓縮行程進氣行程結束后，曲軸繼續帶動活塞由下止點移至上止點。這時，進、排氣門均關閉。隨著活塞移動，氣缸容積不斷減小，氣缸內的混合氣被壓縮，其壓力和溫度同時升高。3.作功行程壓縮行程結束時，安裝在氣缸蓋上的火花塞產生電火花，將氣缸內的可燃混合氣點燃，火焰迅速傳遍整個燃燒室，同時放出大量的熱能。燃燒氣體的體積急劇膨脹，壓力和溫度迅速升高。在氣體壓力的作用下，活塞由上止點移至下止點，并通過連桿推動曲軸旋轉作功。這時，進、排氣門仍舊關閉。4.排氣行程排氣行程開始，排氣門開啟，進氣門仍然關閉，曲軸通過連桿帶動活塞由下止點移至上止點，此時膨脹過后的燃燒氣體(或稱廢氣)在其自身剩余壓力和在活塞的推動下，經排氣門排出氣缸之外。當活塞到達上止點時，排氣行程結束，排氣門關閉。二、四沖程柴油機工作原理四沖程柴油機的工作循環同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程，在各個活塞行程中，進、排氣門的開閉和曲柄連桿機構的運動與汽油機完全相同。只是由于柴油和汽油的使用性能不同，使柴油機和汽油機在混合氣形成方法及著火方式上有著根本的差別。1.進氣行程在柴油機進氣行程中，被吸入氣缸的只是純凈的空氣。2.壓縮行程因為柴油機的壓縮比大，所以壓縮行程終了時氣體壓力高。3.作功行程在壓縮行程結束時，噴油泵將柴油泵入噴油器，并通過噴油器噴入燃燒室。因為噴油壓力很高，噴孔直徑很小，所以噴出的柴油呈細霧狀。細微的油滴在熾熱的空氣中迅速蒸發汽化，并借助于空氣的運動，迅速與空氣混合形成可燃混合氣。由于氣缸內的溫度遠高于柴油的自燃點，因此柴油隨即自行著火燃燒。燃燒氣體的壓力、溫度迅速升高，體積急劇膨脹。在氣體壓力的作用下，活塞推動連桿，連桿推動曲軸旋轉作功。4.排氣行程排氣行程開始，排氣門開啟，進氣門仍然關閉，燃燒后的廢氣排出氣缸。三、二沖程汽油機工作原理二沖程內燃機的工作循環是在兩個活塞行程即曲軸旋轉一周的時間內完成的。在四沖程內燃機中，常把排氣過程和進氣過程合稱為換氣過程。在二沖程內燃機中換氣過程是指廢氣從氣缸內被新氣掃除并取代的過程。這兩種內燃機工作循環的不同之處主要在于換氣過程。1.第一行程活塞在曲軸帶動下由下止點移至上止點。當活塞還處于下止點時，進氣孔被活塞關閉，排氣孔和掃氣孔開啟。這時曲軸箱內的可燃混合氣經掃氣孔進入氣缸，掃除其中的廢氣。隨著活塞向上止點運動，活塞頭部首先將掃氣孔關閉，掃氣終止。但此時排氣孔尚未關閉，仍有部分廢氣和可燃混合氣經排氣孔繼續排出，稱其為額外排氣。當活塞將排氣孔也關閉之后，氣缸內的可燃混合氣開始被壓縮。直至活塞到達上止點，壓縮過程結束。2.第二行程活塞由上止點移至下止點。在壓縮過程終了時，火花塞產生電火花，將氣缸內的可燃混合氣點燃。燃燒氣體膨脹作功。此時排氣孔和掃氣孔均被活塞關閉，惟有進氣孔仍然開啟。空氣和汽油經進氣孔繼續流入曲軸箱，直至活塞裙部將進氣孔關閉為止。隨著活塞繼續向下止點運動，曲軸箱容積不斷縮小，其中的混合氣被預壓縮。此后，活塞頭部先將排氣孔開啟，膨脹后的燃燒氣體已成廢氣，經排氣孔排出。至此作功過程結束，開始先期排氣。隨后活塞又將掃氣孔開啟，經過預壓縮的可燃混合氣從曲軸箱經掃氣孔進入氣缸，掃除其中的廢氣，開始掃氣過程。這一過程將持續到下一個活塞行程中掃氣孔被關閉時為止。五、汽油機與柴油機、四沖程與二沖程內燃機的比較四沖程汽油機與四沖程柴油機的共同點是：1)每個工作循環都包含進氣、壓縮、作功和排氣等四個活塞行程，每個行程各占180°曲軸轉角，即曲軸每旋轉兩周完成一個工作循環。2)四個活塞行程中，只有一個作功行程，其余三個是耗功行程。顯然，在作功行程曲軸旋轉的角速度要比其他三個行程時大得多，即在一個工作循環內曲軸的角速度是不均勻的。為了改善曲軸旋轉的不均勻性，可在曲軸上安裝轉動慣量較大的飛輪或采用多缸內燃機并使其按一定的工作順序依次進行工作。不同點

汽油機柴油機汽油與空氣缸外混合，進入可燃混合氣進入氣缸的是純空氣電火花點燃混合氣高溫氣體加熱柴油燃燒有點火系無點火系無噴油器有噴油器二沖程內燃機與四沖程內燃機相比具有下列一些特點。1)曲軸每轉一周完成一個工作循環，作功一次。當曲軸轉速相同時，二沖程內燃機單位時間的作功次數是四沖程內燃機的兩倍。由于曲軸每轉一周作功一次，因此曲軸旋轉的角速度比較均勻。2)二沖程內燃機的換氣過程時間短，僅為四沖程內燃機的1/3左右。另外，進、排氣過程幾乎同時進行，利用新氣掃除廢氣，新氣可能流失，廢氣也不易清除干凈。因此，二沖程內燃機的換氣質量較差。3)曲軸箱換氣式二沖程內燃機因為沒有進、排氣門，而使結構大為簡化。第四節發動機的總體構造發動機是一種由許多機構和系統組成的復雜機器。無論是汽油機，還是柴油機；無論是四行程發動機，還是二行程發動機；無論是單缸發動機，還是多缸發動機，要完成能量轉換，實現工作循環，保證長時間連續正常工作，都必須具備以下一些機構和系統。汽油機由以下兩大機構和五大系統組成，即由曲柄連桿機構，配氣機構、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點火系和起動系組成；柴油機由以上兩大機構和四大系統組成，即由曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系、潤滑系、冷卻系和起動系組成，柴油機是壓燃的，不需要點火系。兩大機構曲柄連桿機構配氣機構五大系統供給系點火系冷卻系潤滑系起動系1.曲柄連桿機構一功用將燃料燃燒時產生的熱量轉變成活塞往復運動的機械能，再通過連桿將活塞的往復運動轉換為曲軸的旋轉運動從而對外輸出動力。在做功行程中，活塞承受燃氣壓力在氣缸內做直線運動，通過連桿轉換成曲軸的旋轉運動。并從曲軸對外輸出動力。而在進氣壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉運動轉換為活塞的直線運動。曲柄連桿機構是發動機實現工作循環，完成能量轉換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。曲柄連桿機構（二）·組成一、機體組（汽缸體，曲軸箱）氣缸體，曲軸箱氣缸蓋氣缸套氣缸忖墊油底殼二、活塞連桿組活塞連桿活塞環活塞銷三、曲軸飛輪組曲軸飛輪扭轉減震器2.配氣機構配氣機構的功用是根據發動機的工作順序和工作過程，定時開啟和關閉進氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸，并使廢氣從氣缸內排出，實現換氣過程。(如下左圖)3.冷卻系統冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發出去，保證發動機在最適宜的溫度狀態下工作。水冷發動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風扇、水箱、節溫器等組成。(如上右圖)4.燃料供給系統汽油機燃料供給系的功用是根據發動機的要求，配制出一定數量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內排出到大氣中去；柴油機燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。5.潤滑系統潤滑系的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。潤滑系通常由潤滑油道、機油泵、機油濾清器和一些閥門等組成。6.點火系統在汽油機中，氣缸內的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內。能夠按時在火花塞電極間產生電火花的全部設備稱為點火系，點火系通常由蓄電池、發電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。7.起動系統要使發動機由靜止狀態過渡到工作狀態，必須先用外力轉動發動機的曲軸，使活塞作往復運動，氣缸內的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉。發動機才能自行運轉，工作循環才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉動到發動機開始自動地怠速運轉的全過程，稱為發動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發動機的起動系。第五節發動機的性能指標發動機的性能指標用來表征發動機的性能特點，并作為評價各類發動機性能優劣的依據。同時，發動機性能指標的建立還促進了發動機結構的不斷改進和創新。因此，發動機構造的變革和多樣性是與發動機性能指標的不斷完善和提高密切相關的。一、動力性指標動力性指標是表征發動機作功能力大小的指標，一般用發動機的有效轉矩、有效功率、轉速和平均有效壓力等作為評價發動機動力性好壞的指標。1.有效轉矩1.有效轉矩發動機對外輸出的轉矩稱為有效轉矩，記作Te，單位為N·m。有效轉矩與曲軸角位移的乘積即為發動機對外輸出的有效功。2.有效功率發動機在單位時間對外輸出的有效功稱為有效功率，記作pe單位為KW。它等于有效轉矩與曲軸角速度的乘積。發動機的有效功率可以用臺架試驗方法測定，也可用測功器測定有效轉矩和曲軸角速度，然后用公式計算出發動機的有效功率pe：式中：Te—有效轉矩，N·m；

n—曲軸轉速，r/min。3.發動機轉速發動機曲軸每分鐘的回轉數稱為發動機轉速，用n表示，單位為r/min。發動機轉速的高低，關系到單位時間內作功次數的多少或發動機有效功率的大小，即發動機的有效功率隨轉速的不同而改變。4.平均有效壓力單位氣缸工作容積發出的有效功稱為平均有效壓力，記作pme，單位為MPa。顯然，平均有效壓力越大，發動機的作功能力越強。二、經濟性指標發動機經濟性指標包括有效熱效率和有效燃油消耗率等。1.有效熱效