发动机总体构造：汽车拆装与维护

【任务描述】

在学习发动机总体构造之后，能掌握汽油发动机的组成及各组成部分的具体位置。

【理论知识】

一、发动机总体构造

发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器，其结构形式多种多样，即使是同一类型的发动机，其具体构造也各不相同，但由于基本工作原理相同，所以基本构造也是相似的。发动机通常由两大机构（曲柄连杆机构、配气机构）和四大系统（燃料供给系统、冷却系统、润滑系统和起动系统）组成。如果是汽油机，则还应有点火系统。汽油机的结构如图1-2和图1-3所示。

二、发动机各部分的组成及功用

1.曲柄连杆机构

曲柄连杆机构的功用是将燃料燃烧所放出的热能，通过活塞直线往复运动经连杆转变为曲轴旋转运动的机械能对外输出动力，驱动汽车行驶。

图1-2 汽油机解剖图

1—曲轴 2—中间轴 3—气缸体 4—凸轮轴 5—凸轮轴罩盖 6—排气门 7—气门弹簧 8—进气门 9—气门挺杆 10—气缸 11—火花塞 12—飞轮 13—油底壳 14—活塞 15—连杆总成 16—集滤器

图1-3 汽油机横剖面图

1—喷油器 2—排气门 3—排气道 4—氧传感器 5—机油滤清器 6—连杆 7—放油螺塞 8—曲轴箱 9—进气门 10—进气道

2.配气机构

配气机构主要由气门组和气门传动组组成，如图1-4所示。它的功用是按照发动机各缸工作顺序和工作循环的要求，适时地打开或关闭进、排气门，以便发动机进行换气。

图1-4 配气机构的结构

a）气门组 b）气门传动组

3.燃料供给系统

汽油机燃料供给系统的结构如图1-5所示。

汽油机燃料供给系统主要由汽油箱、燃油泵、汽油滤清器、油管、空气滤清器、喷油器、进气歧管、排气歧管、进气管和消声器等组成。它的功用是根据发动机不同工况的要求，向气缸供入一定数量和浓度的可燃混合气，并在燃烧做功后将燃烧后的废气排至大气中。

4.点火系统

如图1-6所示，汽油机的点火系统主要由蓄电池、发电机、点火线圈、点火控制器、分电器、火花塞和点火开关等组成。它的功用是根据发动机的工作需要，及时点燃气缸内的可燃混合气。

图1-5 汽油机燃料供给系统的结构

1—电控单元 2—滤清器 3—燃油泵 4—汽油箱 5—喷油器

图1-6 点火系统的结构

1—蓄电池 2—点火开关 3—点火线圈 4—分电器

5.润滑系统

如图1-7所示，润滑系统主要由机油泵、集滤器、限压阀、油道、机油滤清器和油底壳等组成。它的功用是将润滑油不断地供给作相对运动的零部件，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零部件，清洗摩擦表面。

6.冷却系统

冷却系统有水冷式和风冷式两种，现代汽车一般都采用水冷式。如图1-8所示，水冷式冷却系统主要由水泵、散热器、风扇、水套和节温器等组成，其功用是利用冷却液冷却发动机的高温零部件，并通过散热器将热量散发到大气中去，以保证发动机在最适宜的温度下工作。

7.起动系统

如图1-9所示，起动系统主要包括起动机、冷起动加热器及其附属装置。它的功用是带动飞轮旋转以获得必要的动能和起动转速，使静止的发动机起动并转入自行运转状态。

【技能训练】

一、准备工作及注意事项

图1-7 润滑系统的结构

1—气缸盖油道 2—回油孔 3—主油道 4—滤清器出油道 5—滤清器 6—集滤器 7—滤清器进油道 8—机油泵 9—油底壳

1）准备好发动机电控实训台架。

2）准备好数码相机或带照相功能的手机。

3）工作过程中注意安全及环保工作是否到位。

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图1-8 冷却系统的结构

1—节温器 2—水泵 3—V带 4—散热器 5—电动风扇 6—储液室（蒸气冷却后变为水）

二、发动机各组成部分的指认

1）学生在发动机电控实训台架上指认发动机各组成部分的位置，并拍照。

2）指导教师对学生提出的问题进行解答。

3）学生将总结完的照片发送到指导教师的邮箱里，请指导教师在下一节给出评价。

注意：要求每张照片要有必要的说明。

【知识拓展】

一、发动机分类

发动机的分类方法很多，按不同的特征可以把发动机分成不同的类型。

1.按气缸数分类

按照气缸数目的不同，发动机可分为单缸发动机和多缸发动机（双缸、3缸、4缸、5缸、6缸、8缸、12缸等）。现代车用发动机多为4缸、6缸、8缸发动机。

2.按气缸排列形式分类

按照气缸排列形式的不同，发动机可分为水平对置式发动机、直列式发动机和V形排列式发动机。

3.按工作行程分类

按照完成一个工作循环所需行程数的不同，发动机可分为四冲程发动机和二冲程发动机。曲轴转两圈，活塞在气缸内上、下往复运动四个行程完成一个工作循环的发动机，称为四冲程发动机。曲轴转一圈，活塞在气缸内上、下往复运动两个行程完成一个工作循环的发动机，称为二冲程发动机。

4.按进气方式分类

按照进气方式的不同，发动机可分为自然吸气式（非增压式）发动机和强制进气式（增压式）发动机。增压后同一柴油机的最大功率可提高25%～50%，而且可以降低噪声、排烟及燃油消耗。近年来，增压式汽油机备受重视，并得到了较大发展。

5.按燃油类型分类

按照所用燃料的不同，发动机可分为汽油机、柴油机及使用代用燃料（甲醇、乙醇和液化石油气）的发动机。近年来，为节省石油能源和降低汽车的排放污染，人们不断研制新型汽车动力装置（混合动力装置）。

6.按着火方式分类

按照着火方式的不同，发动机可分为点燃式发动机和压燃式发动机两种。汽油机为点燃式发动机，柴油机为压燃式发动机。

7.按冷却方式分类

按照冷却方式的不同，发动机可分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛用作现代车用发动机。

图1-9 起动系统的结构

1—点火开关 2—起动继电器 3—起动机电缆 4—搭铁电缆 5—蓄电池 6—起动机 7—飞轮

二、四冲程汽油机工作原理

四冲程发动机完成一个工作循环，需要经过进气、压缩、做功和排气四个行程，如图1-10所示。

图1-10 四冲程汽油机的工作原理

a）进气行程 b）压缩行程 c）做功行程 d）排气行程

1.进气行程

进气行程是指发动机将空气或混合气吸入气缸的过程，其作用是为热能与机械能的相互转换做必要的准备。活塞在曲轴的带动下由上止点向下止点移动。此时排气门关闭，进气门开启。进气行程开始后，随着活塞向下运动，首先是上一循环残余废气膨胀，然后气缸内气体压力逐渐下降，直到低于大气压力，在压力差的作用下，新鲜气体经发动机进气系统吸入气缸，并在气缸中与喷入的汽油混合形成可燃混合气。

由于受进气系统阻力的影响，进气终了时气缸内的气体压力低于大气压力，为75～90kPa。因进气门、气缸壁和活塞顶等高温机件及前一循环留下的高温残余废气对混合气的加热，进气终了时混合气的温度会升高到100～130℃。

2.压缩行程

压缩行程是活塞在气缸内压缩工质的过程，其作用是提高气缸内气体的压力和温度为着火燃烧创造有利条件；同时，通过该过程使活塞回到上止点位置，以便为气体推动活塞做功做好准备。在压缩过程中，活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动，进、排气门均关闭。随着活塞向上运动，活塞上方气缸的工作容积不断减小，进入气缸的混合气受到压缩，其压力和温度不断升高，直到活塞到达上止点时压缩行程结束。此时气缸内的压力为800～1500kPa，温度升高到450～550℃。

3.做功行程

做功行程是指燃烧后的高温、高压气体膨胀推动活塞运动做功的过程。当活塞运动接近压缩行程上止点时，进、排气门均关闭，气缸中的可燃混合气被压缩而达到的压力和温度仍不能发生自燃。装在气缸盖上的火花塞发出电火花，气缸内的混合气被点燃而剧烈燃烧，气缸内气体的温度和压力急剧上升，最高压力可达3000～5000kPa，温度可达1900～2500℃。高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动，并通过连杆推动曲轴旋转输出机械能。随着活塞向下止点运动，气缸容积增加，缸内的压力和温度逐渐降低，当活塞运动到下止点时，做功结束。

4.排气行程

排气行程是指将已燃烧且完成做功的废气排出气缸的过程，其作用是为下一循环吸入空气或混合气做准备。排气行程开始，排气门开启，进气门仍关闭，曲轴借助于做功行程储存的惯性力矩继续旋转，带动活塞由下止点移至上止点。气缸内燃烧膨胀后的废气在活塞推力的作用下经排气门排出气缸外。实际上在做功行程接近终了时，排气门已经提前开启，废气靠其自身剩余压力先自行排气，然后再靠活塞强制排气。活塞越过上止点后，排气门才关闭，以便排出更多的废气。

排气行程结束时，因排气系统有阻力，燃烧室内残留少量废气，此时残余废气的压力略高于大气压力，为105～120kPa，温度为900～1200℃。

至此，四冲程汽油机经过进气、压缩、做功和排气四个行程而完成一个工作循环。这期间活塞在上、下止点间往复运动四个行程，曲轴旋转两圈，即每个行程有180°曲轴转角。但在实际进气过程中，进气门早于上止点开启，迟于上止点关闭。在排气过程中，排气门早于下止点开启，迟于上止点关闭，进、排气过程所占的曲轴转角均超过180°。

排气行程结束，排气门关闭，进气门开启，活塞继续向下运动，又开始了下一个工作循环。然后重复连续进行，发动机便连续运转起来。