2024/8/2汽車發動機構造與檢修

全國交通運輸職業教育高職汽車運用與維修技術專業規劃教材2024/8/2發動機配氣機構構造與檢修汽油發動機燃料供給系統構造與檢修發動機潤滑系統構造與檢修發動機冷卻系統構造與檢修單元三單元四單元五單元六單元七單元八單元九發動機排放控制系統構造與檢修

發動機拆裝與維護

發動機綜合故障診斷與排除單元二發動機曲柄連桿機構構造與檢修單元十柴油發動機單元一汽車發動機基本知識

單元一

汽車發動機基本知識學習任務1發動機概述學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性思考與練習學習任務1發動機概述學習目標?知識目標1．能正確描述發動機的定義；2．能正確敘述發動機的分類；3．能正確描述發動機的基本結構及其作用。?技能目標能在汽油發動機上正確找出兩大機構、五大系統的部件。建議課時2～3課時。學習任務1發動機概述一、理論知識準備發動機是一種能夠把其他形式的能轉化為機械能的機器，包括內燃機、外燃機（蒸汽機等）、電動機等。內燃機是燃料在機器內部燃燒，首先將化學能轉變成熱能，進而將熱能再轉化為機械能的發動機。目前汽車上應用最廣泛的是往復活塞式內燃機。學習任務1發動機概述1．發動機分類發動機通?？砂聪铝刑卣鞣诸悾海?）按照燃料分類：汽油發動機、柴油發動機、生物燃料發動機等。（2）按照點火方式分類：點燃式發動機、壓燃式發動機。（3）按照冷卻方式分類：水冷發動機、風冷發動機。

（4）按照缸數分類：單缸發動機、多缸發動機。（5）按照排列方式：直列式、V形、對置式。（6）按照行程分類：四沖程發動機、二沖程發動機。學習任務1發動機概述2．發動機總體結構汽油機和柴油機總體結構略有區別。汽油機一般由兩大機構和五大系統組成，即曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系統、潤滑系統、冷卻系統、點火系統和起動系統，而柴油機則缺少了點火系統。發動機總體結構如圖1-1所示。學習任務1發動機概述圖1-1發動機總體結構學習任務1發動機概述1）曲柄連桿機構曲柄連桿機構是發動機的主要運動機構。其功用是將活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動，同時將作用于活塞上的力轉變為曲軸對外輸出的轉矩，以驅動汽車車輪轉動。曲柄連桿機構主要由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。2）配氣機構配氣機構是按照發動機每一汽缸內所進行的工作循環和點火順序的要求，定時開啟和關閉各汽缸的進、排氣門，使新鮮的可燃混合氣（汽油機）或空氣（柴油機）得以及時進入汽缸，廢氣得以及時從汽缸排出，在壓縮與做功行程中，關閉氣門保證燃燒室的密封。配氣機構大多采用頂置式氣門配氣機構，主要包括氣門組和氣門傳動組兩部分。學習任務1發動機概述3）燃料供給系統汽油機燃料供給系統是根據發動機各種不同工況的要求，配制出一定數量和濃度的可燃混合氣，供入汽缸，使之在臨近壓縮終了時點火燃燒而膨脹做功。汽油發動機燃料供給系統由空氣供給系統、燃油噴射系統和電子控制系統組成。4）潤滑系統發動機工作時，各運動零件均以一定的力作用在另一個零件上，很多傳動零件都是在很小的間隙下做高速相對運動，有了相對運動，零件表面必然要產生摩擦，加速磨損。因此，為了減輕磨損，減小摩擦阻力，延長使用壽命，發動機上都必須有潤滑系統。潤滑系統主要包括機油泵、集濾器、限壓閥、潤滑油道、機油濾清器、油底殼等部件。學習任務1發動機概述5）冷卻系統發動機工作過程中產生的熱量會使發動機的溫度越來越高，如果不及時疏散熱量，將導致發動機無法工作。冷卻系統主要利用液體循環將發動機多余的熱量帶走并散發掉，確保發動機的工作溫度正常。冷卻系統主要由發動機缸體水套、水泵、節溫器、散熱器、冷卻風扇、儲液罐以及水管等組成。6）點火系統點火系統的功用是在不同的工作情況下產生足夠的高壓電火花，點燃汽缸內的可燃混合氣，保證發動機的正常運轉。電子控制點火系統一般由低壓電源、發動機控制模塊（或點火控制模塊）、點火線圈、火花塞、傳感器等部件組成。學習任務1發動機概述7）起動系統因發動機不能自行由靜止轉入工作狀態，必須用外力轉動曲軸，直到曲軸達到發動機開始燃燒所必需的轉速，保證混合氣的形成、壓縮和點火能夠順利進行。發動機由靜止轉入工作狀態的全過程，稱為發動機的起動過程。發動機起動系統主要由蓄電池、起動機和起動控制電路等組成，起動控制電路包括點火開關、起動繼電器、線束連接器以及導線等。學習任務1發動機概述二、任務實施———發動機總體結構認知1．準備工作（1）將發動機臺架擺放在實訓區域，確保人員和設備的安全。（2）檢查實訓室通風系統設備工作是否正常。（3）準備汽油發動機臺架1臺、柴油發動機臺架1臺、V形發動機臺架1臺。學習任務1發動機概述2．操作步驟（1）將學生分成3個實訓小組，每組確定一名組長。（2）在實訓指導老師的同意下，按照工作單的引導，完成發動機總體結構的認知。（3）觀察實訓發動機，本次實訓所用的發動機型號是___________。（4）觀察發動機，認識發動機外圍各部件，說出其名稱并記錄。本次實訓所用發動機外圍主要的附件有_______________________________________________________________________________________________。學習任務1發動機概述（5）分組討論發動機的總體結構，做好記錄并向指導老師匯報。兩大機構是：________________________________________________。五大系統是：________________________________________________。（6）完成實訓任務后，對工作過程進行自我評價，提交實訓工作單，接受指導老師的技能考核。（7）整理清潔工作場所，把發動機臺架放回原處并確保安全。學習任務1發動機概述三、評價與反饋1．自我評價（1）通過本學習任務的學習你是否已經知道以下問題：①發動機通常按哪些特征分類?②發動機總體結構主要有哪些?（2）發動機總體結構認知過程中用到了哪些發動機?（3）實訓過程完成情況如何?（4）通過本學習任務的學習，你認為自己的知識和技能還有哪些欠缺?

簽名：______________年____月____日學習任務1發動機概述學習任務1發動機概述四、技能考核標準（表1-2）學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理學習目標?知識目標1．能正確描述發動機的基本術語；2．能正確敘述發動機的基本工作原理。?技能目標1．能正確測量發動機活塞的行程；2．能正確計算發動機的工作容積和壓縮比。建議課時1～2課時。學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理一、理論知識準備1．發動機基本術語1）上止點、下止點活塞頂部離曲軸回轉中心最遠處為上止點，活塞頂部離曲軸回轉中心最近處為下止點，如圖1-2所示。圖1-2發動機常用術語示意圖學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理2）活塞行程活塞行程是指活塞上、下止點間的距離，如圖1-2所示。曲軸每旋轉一周，活塞移動兩個行程。3）汽缸工作容積汽缸工作容積是指活塞在運動過程中從上止點到下止點間所掃過的容積，如圖1-2所示。4）燃燒室容積燃燒室容積是指活塞位于上止點時，其頂部與汽缸蓋之間的容積如圖1-2所示。5）汽缸總容積汽缸總容積是指活塞位于下止點時，其頂部上方整個空間的容積，如圖1-2所示。它等于汽缸工作容積與燃燒室容積之和。學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理6）發動機工作容積發動機工作容積是指發動機各缸工作容積的總和，即汽缸工作容積乘以缸數，也稱發動機排量。7）工作循環在汽缸內進行的每一次將燃料燃燒所釋放出的熱能轉化為機械能的一系列過程（包括進氣、壓縮、做功和排氣），稱為發動機的工作循環。四沖程發動機中，每完成一個行程，曲軸旋轉180°，每完成一個工作循環，曲軸旋轉720°。學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理8）壓縮比汽缸總容積與燃燒室容積之比稱為壓縮比。壓縮比的大小表示汽缸內氣體被壓縮的程度，壓縮比越大，壓縮終了時汽缸內氣體的壓力和溫度越高。9）空燃比可燃混合氣中空氣質量與燃油質量之比稱為空燃比，用A/F（A：air———空氣，F：fuel———燃料）表示。從理論上說，每克燃料完全燃燒所需的最少的空氣克數，稱為理論空燃比。汽油發動機理論空燃比為14.7。學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理2．汽油發動機工作原理四沖程汽油發動機工作過程依次為進氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程，如圖1-3所示。1）進氣行程進氣門開啟，排氣門關閉，活塞由上止點向下止點移動，活塞上方的汽缸容積增大，產生一定真空度，在真空吸力作用下，通過汽油噴射裝置霧化的汽油，與空氣混合形成可燃混合氣，由進氣道和進氣門吸入汽缸內。進氣過程一直延續到活塞過了下止點進氣門關閉為止。2）壓縮行程進排氣門全部關閉，活塞從下止點開始向上止點運動，壓縮缸內可燃混合氣，混合氣溫度升高，壓力上升?；钊R近上止點前，可燃混合氣壓力上升到0.6～1.2MPa，溫度可達330～430℃。學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理圖1-3四沖程發動機工作過程學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理3）做功行程在壓縮行程接近上止點時，裝在汽缸蓋上方的火花塞產生電火花，點燃所壓縮的可燃混合氣?？扇蓟旌蠚馊紵蠓懦龃罅康臒崃?，缸內燃氣壓力和溫度迅速上升，最高燃燒壓力可達3～6MPa，最高燃燒溫度可達2200～2500℃。高溫高壓燃氣推動活塞快速向下止點移動，通過曲柄連桿機構對外做功。4）排氣行程排氣門開啟，進氣門依然關閉，活塞在曲軸的帶動下由下止點向上止點運行。廢氣在汽缸內部壓力和活塞的驅趕作用下從排氣門被強制排出汽缸。至活塞運行到上止點時，排氣門關閉，排氣行程結束。排氣行程結束后，進氣門再次開啟，發動機又開始下一個工作循環。如此周而復始，發動機就自行運轉起來。學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理二、任務實施———發動機活塞行程的測量1．準備工作（1）將發動機擺放在實訓區域，確保人員和設備的安全。（2）檢查實訓室通風系統設備工作是否正常。（3）準備汽油發動機臺架1臺、發動機檢修工作臺1臺、游標卡尺1個、扭力扳手1把、常用工具1套。（4）與實訓用發動機配套的維修手冊1本（紙質或電子版及電腦終端）。學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理2．操作步驟（1）將工具分類擺放，觀察并認識工具，記錄本次實訓所領用的主要工具。（2）查閱維修手冊，按照維修手冊的指導拆卸發動機相關附件。（3）查閱維修手冊，按照維修手冊的指導拆卸發動機汽缸蓋罩和汽缸蓋。（4）通過轉動曲軸，把活塞搖轉到上止點，記錄上止點的位置。（5）通過轉動曲軸，把活塞搖轉到下止點，用游標卡尺測量上止點和下止點間的距離。（6）完成實訓任務后，對工作過程進行自我評價，提交實訓工作單，接受指導老師的技能考核。（7）整理并清潔工作場所，清點和收拾借出的工具、設備和資料，交回實訓室。學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理三、評價與反饋1．自我評價（1）通過本學習任務的學習你是否已經知道以下問題：①如何確定發動機上止點、下止點的位置?②如何測量發動機的活塞行程?（2）發動機活塞行程測量過程中用到了哪些設備和工具?（3）實訓過程完成情況如何?（4）通過本學習任務的學習，你認為自己的知識和技能還有哪些欠缺?簽名：______________年____月____日學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理學習任務2汽油發動機基本術語和工作原理四、技能考核標準（表1-4）學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性學習目標?知識目標1．能正確描述發動機主要性能指標；2．能簡單敘述發動機萬有特性。?技能目標1．能根據發動機外特性和負荷特性曲線圖對發動機的性能進行正確分析；2．能根據發動機萬有特性曲線圖對發動機燃油經濟性進行正確分析。建議課時1課時。學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性一、理論知識準備1．發動機主要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。發動機的性能指標主要有動力性指標、經濟性指標、環境指標、可靠性指標和耐久性指標。1）動力性指標動力性指標是表征發動機做功能力大小的指標，一般用發動機的有效功率、有效轉矩作為評價指標。（1）有效功率。發動機通過飛輪對外輸出的功率稱為有效功率，用Pe表示，單位為kW。它等于發動機的有效轉矩與曲軸角速度的乘積。有效功率可以利用測功機在發動機試驗臺架上測出。學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性（2）有效轉矩。發動機對外輸出的轉矩稱為有效轉矩，用Me表示，單位一般是N·m。Me和Pe之間有如下關系：式中：n———發動機轉速，r/min。學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性2）經濟性指標發動機經濟性指標一般用有效燃油消耗率表示。發動機每輸出1kW·h的有效功所消耗的燃油量（以g為單位）稱為有效燃油消耗率，用ge表示。ge可用下式計算：式中：GT———發動機工作時每小時耗油量，kg/h（可由試驗確定）。學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性3）環境指標環境指標主要指發動機排放性能和噪聲水平。（1）發動機排放性能。排放指標主要是指從發動機油箱、曲軸箱排出的氣體和從汽缸排出的廢氣中所含的有害排放物的量。汽車排放的主要污染物有一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、二氧化碳（CO2）和微粒物（PM），如圖1-4所示。圖1-4發動機的污染源及其污染物學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性這些有害氣體產生的原因各異，CO是燃油氧化不完全的中間產物，當氧氣不充足時會產生CO，混合氣濃度大及混合氣不均勻都會使排氣中的CO增加。HC是燃料中未燃燒的物質，由于混合氣不均勻、燃燒室壁冷等原因造成部分燃油未來得及燃燒就被排放出去。NOx是燃料（汽油）在燃燒過程中高溫產生的一種物質。PM也是燃油燃燒時缺氧產生的一種物質。（2）發動機噪聲。發動機噪聲是發動機工作時產生的聲強很大的聲音，直接從發動機機體及其主要附件向空間傳出的聲音，都屬于發動機噪聲。發動機噪聲隨機型、轉速、負荷及運行情況等的不同而有差異。發動機噪聲主要來源于燃燒噪聲、機械噪聲和空氣動力噪聲。燃燒噪聲是由于汽缸內周期變化的氣體壓力的作用而產生的；機械噪聲是由于運動件之間以及運動件與固定件之間周期性變化的機械運動而產生的，主要有活塞敲擊噪聲和氣門機械噪聲；空氣動力噪聲是由于氣體擾動以及氣體和其他物體相互作用而產生的噪聲，包括進氣噪聲、排氣噪聲和風扇噪聲。學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性4）可靠性指標和耐久性指標可靠性指標是表征發動機在規定的使用條件下，在規定的時間內，正常持續工作能力的指標?？煽啃杂卸喾N評價方法，如首次故障行駛里程、平均故障間隔里程等。耐久性指標是指發動機主要零件磨損到不能繼續正常工作的極限時間。學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性2．發動機特性發動機的主要性能指標（動力性能與經濟性能等）隨工況變化而變化的關系稱發動機特性。其中與發動機有關的性能特性主要有發動機速度特性、負荷特性及萬有特性等。將發動機功率、轉矩與發動機曲軸轉速之間的函數關系以曲線表示，此曲線稱為發動機特性曲線。1）速度特性發動機速度特性是指發動機節氣門開度、功率和轉矩隨轉速變化的關系，包括外特性和部分速度特性，目的是研究發動機的動力性。速度特性是用實驗方法在內燃機試驗臺上測定的。學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性（1）外特性。發動機外特性曲線是當發動機節氣門開度為1%時測得的發動機輸出功率（轉矩）隨轉速變化的曲線。功率曲線和轉矩曲線都呈現凸形曲線，但兩者表現是不一樣的。功率曲線在較低轉速下數值很小，但隨轉速增加而迅速增長，轉速增加到一定區間后，功率增長速度變緩，直至最大值后就會下降，盡管此時轉速仍會繼續增長，大眾EA2111.6L自然吸氣發動機外特性曲線如圖1-5所示。圖1-5EA211發動機外特性曲線學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性（2）部分速度特性。當汽油機節氣門部分開啟時所測得的速度特性稱為部分速度特性。汽油機在全、中、小三種負荷時速度特性曲線如圖1-6所示，其中be表示燃油消耗率，bi表示每小時消耗油量。圖1-6汽油機部分速度特性曲線學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性2）負荷特性發動機負荷特性是指發動機的轉速不變時，其性能指標隨負荷的變化關系。發動機負荷特性曲線是指發動機在轉速不變的情況下，其動力性能指標和經濟性能指標的變化規律，即發動機每小時燃油消耗量及燃油消耗率等指標隨發動機負荷而變化的關系曲線，汽油機部分負荷特性曲線如圖1-7所示。圖1-7汽油機部分負荷特性曲線學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性汽油機負荷特性曲線的特征，開始起動時ge最大，但隨節氣門逐漸開啟負荷增大而ge減少直至最低點，此時節氣門接近全開。繼續開大節氣門，ge又會開始上升，曲線呈現一條內凹拋物線。曲線的最小ge值越低越好，同時ge隨負荷的變化越平緩，發動機在不同負荷下工作的經濟性越好。從曲線的形狀，可以分析出哪一個負荷區域是最經濟的。學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性3）萬有特性內燃機的速度特性和負荷特性都只能表達兩個參數之間的關系，為了表示三個或者三個以上參數之間的關系，可以采用多參數特性，即萬有特性。萬有特性曲線是以轉速為橫坐標，以轉矩或平均有效壓力為縱坐標，在圖上畫出許多等耗油率曲線和等功率曲線，如圖1-8所示。萬有特性曲線實質上是所有負荷特性和速度特性曲線的合成。它可以表示發動機在整個工作范圍內主要參數的變化關系，用它可以確定發動機最經濟的工作區域，當然也可以確定某一排放污染物的最小值區域等。學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性圖1-8發動機萬有特性曲線學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性二、任務實施———發動機特性曲線的認知1．準備工作（1）準備某一款發動機的外特性和負荷特性曲線圖。（2）準備某一款發動機萬有特性曲線圖。2．操作步驟（1）觀察發動機的外特性曲線圖，外特性曲線圖是_______________。（2）觀察發動機的外特性曲線圖的功率曲線，最大功率對應的發動機轉速是___________________________________________________________。學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性（3）觀察發動機的外特性曲線圖的轉矩曲線，最大轉矩對應的發動機轉速是_________________________________。（4）觀察發動機的負荷特性曲線圖，負荷特性曲線圖是___________。（5）觀察發動機的萬有特性曲線圖，萬有特性曲線圖是___________。（6）觀察發動機的萬有特性曲線圖，找出發動機最經濟工作區域。（7）完成實訓任務后，對工作過程進行自我評價，提交實訓工作單，接受指導老師的技能考核。（8）整理并清潔工作場所，清點和收拾借出的資料，交回實訓室。學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性三、評價與反饋1．自我評價（1）通過本學習任務的學習你是否已經知道以下問題：①發動機外特性曲線表示什么意思?②發動機負荷特性曲線表示什么意思?③發動機萬有特性曲線表示什么意思?（2）通過發動機萬有特性曲線如何確定發動機最經濟的工作區域?（3）實訓過程完成情況如何?（4）通過本學習任務的學習，你認為自己的知識和技能還有哪些欠缺?簽名：______________年____月____日學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性學習任務3汽油發動機主要性能指標和特性四、技能考核標準（表1-6）思考與練習（一）選擇題1．在四沖程發動機中，曲軸在整個進氣行程中轉過的角度是（

）。A．180°B．360°C．540°D．720°2．四沖程發動機每完成一個工作循環曲軸旋轉的角度是（

）。A．180°B．360°C．540°D．720°3．進氣門和排氣門同時關閉的行程是（

）。A．進氣行程B．壓縮行程C．做功行程D．排氣行程4．在四沖程發動機工作循環中，汽缸內壓力最大的行程是（

）。A．進氣行程B．壓縮行程C．做功行程D．排氣行程