发动机构造与基础知识--中高职教学课件-.pptx
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- 发动机 构造 基础知识 中高 职教 课件
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1、 主讲:*发动机构造与基础知识一、发动机构造认知 1.相关知识 发动机的类型 发动机是汽车的动力源,除电动汽车外,汽车发动机都是热能动力装置,或简称热机。在热机中借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转化为机械能。热机有内燃机和外然机两种。直接以燃料燃烧所生成的燃烧产物为工质的热机为内燃机,反之则为外燃机。1)按活塞运动方式不同,可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式旋转活塞式 2)根据所用燃料种类,活塞式内燃机主要分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机三类。以汽油和柴油为燃料的活塞式内燃机分别称为汽油机和柴油机,使用天然气、液化石油气和其他气体燃料的活塞式内燃机称为气体燃料发动机发动机构造
2、与基础知识汽油机柴油机 3)按冷却方式的不同,活塞式内燃机可分为水冷式和风冷式两种。以水或冷却液为冷却介质的称为水冷式内燃机,以空气为冷却介质的称为风冷式内燃机发动机构造与基础知识水冷风冷 4)按进气状态不同,活塞式内燃机可分为增压式和自然吸气式两种。利用增压器将进气压力增高,进气密度增大,则称为增压式内燃机,若进气是在接近大气状态下进行,则称为非增压式内燃机或自然吸气式内燃机。承压式内燃机自然吸气式内燃机 5)按气缸排列方式可分为直列式、V 形排列式、水平对置式和星形排列式内燃机。发动机构造与基础知识直列式 6)按照作工行程可分为四冲程式和两冲程式内燃机。汽车用内燃机基本采用四冲程式,两冲程
3、式内燃机主要用于农用柴油机和摩托车。V 形排列式水平对置式星形排列式 2.发动机的结构组成 汽油发动机通常由曲柄连杆、配气两大机构和燃料供给、润滑、冷却、点火及启动五大系统组成。和汽油发动机相比,柴油发动机是由两大机构和四大系统(无点火系统)组成。1)曲柄连杆机构 曲柄连杆机构由气缸体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴和飞轮等部件组成,这是发动机产生动力并将活塞往复式运动转换成曲轴的旋转运动对外输出动力的重要机构发动机构造与基础知识发动机曲柄连杆机构 2)配气机构 配气机构由进气门、排气门、气门弹簧、挺杆、凸轮轴和正时齿轮等部件组成,其主要作用是将可燃混合气及时冲入气缸,并将燃烧产生的废气及时排除气缸
4、发动机构造与基础知识发动机配气机构 3)燃料供给系 根据发动机使用燃料不同,可分为汽油燃料供给系和柴油燃料供给系。汽油燃料供给系由燃油箱、汽油泵、汽油滤清器、燃油分配管、燃油压力调节器、喷油器、燃油管路、空气滤清器、进排气歧管及相关传感器等部件组成。其作用是向气缸内供给可燃混合气发动机构造与基础知识汽油燃料供给系 柴油发动机燃料供给系统主要由燃油箱、输油泵、低压油管、柴油滤清器、高压油泵、高压油管、高压油轨、喷油器、空气滤清器、进排气歧管及相关传感器等部件组成发动机构造与基础知识柴油发动机燃料供给系统 4)润滑系统 润滑系统主要由机油泵、机油滤清器、油道、油底壳及相关传感器等部件组成。其作用是
5、将润滑油分送至各个相对运动的零件表面,以减少摩擦,减少机件磨损,同时起到清洗、冷却及密封等作用发动机构造与基础知识发动机润滑系统 5)冷却系统 汽车发动机主要采用水冷却,其主要由水泵、散热器、风扇、节温器、膨胀水箱、水管、冷却水道及相关传感器等部件组成。其作用是利用冷却水的循环将高温零件的热量通过散热器散发到大气中,从而维持发动机的正常工作温度。发动机构造与基础知识发动机冷却系统 6)点火系统 电控汽油发动机的点火系统由电源、点火线圈、分电器、火花塞、高压线及相关传感器等部件组成。其作用是按规定的时刻及时点燃气缸内被压缩的可燃混合气。发动机构造与基础知识发动机点火系统 7)启动系统 发动机启动
6、系统主要由启动机、点火开关及启动继电器等部件组成。其作用是使静止的发动机启动旋转并带入自行运转状态。发动机构造与基础知识发动机启动系统 1.相关知识 发动机专用术语发动机构造与基础知识活塞在上止点位置活塞在下止点位置 发动机工作时,各气缸内每进行一次能量转换,均要经过进气、压缩、做功和排气四个过程,称为发动机的一个工作循环。发动机之所以能连续运转,就因为各气缸内不断进行着这种周而复始的工作循环。2.发动机工作原理 1)四行程汽油发动机工作原理 四行程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程的顺序不断循环反复的发动机构造与基础知识四行程汽油发动机工作原理 进气行程 由于曲轴的旋转,
7、活塞从上止点向下止点运动,这时排气门关闭,进气门打开。压缩行程 曲轴继续旋转,活塞从下止点向上止点运动,这时进气门和排气门都关闭,气缸内成为封闭容积,可燃混合气受到压缩,压力和温度不断升高,当活塞到达上止点时压缩行程结束。做功行程 做功行程包括燃烧过程和膨胀过程,在这一行程中,进气门和排气门仍然保持关闭。排气行程 可燃混合气在气缸内燃烧后生成的废气必须从气缸中排出去以便进行下一个进气行程。2)四行程柴油机工作原理 行程柴油机和四行程汽油机的工作过程相同,每一个工作循环同样包括进气、压缩、做功和排气四个行程,但由于柴油机使用的燃料是柴油,柴油与汽油有较大的差别,柴油黏度大,不易蒸发,自燃温度低,
8、故可燃混合气的形成、着火方式、燃烧过程以及气体温度压力的变化都和汽油机不同发动机构造与基础知识四行程柴油发动机工作原理 四行程柴油机在进气行程中所不同的是柴油机吸入气缸的是纯空气而不是可燃混合气,在进气通道中没有节气门,进气阻力小,进气终了时气体压力略高于汽油机而气体温度略低于汽油机。一、更换正时链条 1.相关知识 1)配气机构的作用 配气机构的作用是按照汽缸的工作顺序和工作过程的要求,适时地开闭进、排气门,向汽缸供给可燃混合气(汽油机)或新鲜空气(柴油机)并及时排出废气,实现换气过程。配气机构气门组 2)配气机构的组成 发动机的配气机构由气门组和气门传动组等组成。气门传动组 3)配气机构的工
9、作原理 曲轴正时齿轮通过正时链条(正时皮带)带动凸轮轴正时齿轮。四冲程发动机完成一个工作循环,曲轴旋转两圈,而各气缸进、排气门只各开启了一次,凸轮轴只旋转了一圈。配气机构配气相位 4)配气相位 用曲轴转角表示的进、排气门实际开闭时刻和开启持续时间,称为配气相位。理论上,四行程发动机的进气门在排气行程到达上止点时开启,在进气行程到达下止点时关闭;排气门在做功行程到达下止点时开启,排气行程到达上止点时关闭。进气时间和排气时间各占 180 曲轴转角。但实际上发动机转速很高,活塞每一行程历时相当短,势必会造成进气不足和排气不净,从而使发动机功率下降。配气机构1.进气门的配气相位 在排气行程接近终了且活
10、塞到达上止点之前,进气门便开始打开,从进气门开始打开到活塞运动到上止点所对应的曲轴转角 称为进气提前角。进气门提前开启的目的是:为了保证进气行程开始时进气门已开大,减小了进气阻力,新鲜气体能顺利地充入气缸。2.排气门的配气相位 在做功行程接近终了,活塞到达下止点之前,排气门便开始打开。从排气门开始打开到活塞运动到下止点所对应的曲轴转角 称为排气提前角。3.气门重叠角 由于进气门在活塞运动到上止点之前提前开启,而排气门在活塞运动到上止点之后才关闭,这就出现了在一段时间内进、排气门同时开启的现象,这种现象称为气门重叠。二、检测进排气系统组件 1.相关知识 1)进排气系统的作用 进气系统的作用是根据
11、发动机的负荷需要,控制并且计量进气量,及时地将新鲜空气送入进气管与燃油充分混合,形成一定浓度的可燃混合气进入气缸燃烧。配气机构1.空气滤清器 2)进气系统的组成 进气系统主要由空气滤清器、空气流量计、进气总管、节气门体、稳压箱、进气歧管等组成 (1)作用:用来滤除空气中所含的杂质或尘土,以减少气缸、活塞、活塞环等零件的磨损,延长发动机的使用寿命。(2)组成:一般由壳体和滤芯等组成。(3)类型:按照结构不同可以分为油浴式滤清器、离心式滤清器和干式滤清器。进气系统2.进气总管 进气总管位于空气滤清器与进气歧管之间,为了提高发动机的充气效率,通常利用进气压力波的原理来设计进气总管的长度、形状和结构。
12、二、检测进排气系统组件 3.排气系统的组成和基本结构 排气系统主要由排气歧管、排气管、排气消声器、排气净化装置等组成配气机构排气系统1.排气歧管 排气歧管的作用:废气从排气门出来直接进入排气歧管,经排气净化装置、排气消声器排入大气2.排气管 排气管是一根连接管,它位于排气歧管和消声器或三元催化转换器之间,也称前管。3.排气消声器 消除废气中的火星及火焰,降低排气噪声4.排气净化装置 减少汽车排放污染。三、检测凸轮轴组件 1.相关知识 1)凸轮轴的作用 凸轮轴,作用是控制各缸气门的开启和关闭,要符合发动机的点火顺序、气门开度的变化规律、配气相位等要求,所以凸轮轴上凸轮的设计是非常讲究的。凸轮轴的
13、传动方式有齿轮传动、链条传动、齿形带传动三种。凸轮轴由曲轴直接驱动,或由链条、齿形带间接驱动,一个工作循环曲轴转两圈、凸轮轴转一圈,曲轴与凸轮轴的传动比为 2 1。配气机构凸轮轴凸轮轴的传动方式 四、更换汽缸垫 1.相关知识 1)汽缸盖的作用、结构 汽缸盖作用:安装在汽缸体上,并与活塞顶、气缸壁一起构成燃烧室。气缸盖内有与气缸体相通的冷却水套、火花塞座孔(汽油机)或喷油器座孔(柴油机)、进排气孔等配气机构气缸盖 1)汽缸垫的作用、结构 汽缸垫作用:用来保证气缸体与气缸盖结合面间的密封,防止可燃混合气、冷却液及润滑油(机油)泄漏配气机构汽缸垫 近年来,国外一些发动机开始使用耐热密封胶以取代传统的
14、气缸垫,这要求气缸盖和气缸体的接合面有较高的加工精度。五、更换汽缸垫 1.相关知识 1)气门机构的结构 气门机构主要包括气门、气门座圈、气门导管、气门油封、气门弹簧、气门弹簧座和气门锁片等,其作用是实现封闭进、排气道,实现气缸的密封。配气机构气门组 1)气门 气门头部直径越大,进、排气阻力就越小。进气阻力比排气阻力对发动机性能的影响大,所以为尽可能减小进气阻力,进气门直径通常大于排气门。当然对于三进两排的多气门发动机,排气门直径通常大于进气门直径。考虑到排气温度比较高,所以排气门的材料要求高些。配气机构气门 2)气门导管 气门导管的主要作用是起导向作用,保证气门做直线往复运动;还起到辅助导热作
15、用,将气门头部的热量传递给杆身,再通过导管传递给汽缸盖或汽缸体传出去。3)气门座 气门座与气门头部一起对汽缸实现密封作用,而且传递来自气门的热量。气门座所处环境温度很高,磨损严重,所以有许多发动机的气门座是用耐热钢材或合金铸铁单独制成气门座圈,然后镶嵌入气缸盖上的气门座圈孔中,以延长其使用寿命,且方便维修更换。配气机构气门导管气门坐 4)气门弹簧 气门弹簧的作用是克服气门关闭过程中气门及传动件所产生的惯性力,保证气门及时落座;保证气门与气门座或气门座圈紧密贴合,防止气门跳动而破坏密封性。5)气门油封 气门油封可以防止润滑油进入进、排气管,导致润滑油流失;防止混合气或空气及废气泄漏;防止润滑油进
16、入汽缸参与燃烧。配气机构气门弹簧气门油封 六、更换油底壳 1.相关知识 1)油底壳的作用和结构 又称为下曲轴箱,作用是用来封闭机体的下部和储存润滑油。油底壳的材料多为薄钢板冲压、铝合金。油底壳底部还装有放油螺塞,通常放油螺塞上装有永久磁铁,以吸附润滑油中的金属屑,减少发动机的磨损。配气机构油底壳 一、更换活塞连杆组 1.相关知识 1)活塞连杆组的作用 活塞连杆组将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动,同时将作用在活塞上的力转变为曲轴的对外输出转矩,以驱动汽车车轮转动。活塞的顶部还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。曲柄连杆机构活塞顶部形状 2)活塞 活塞的作用是承受气体压力,并将此力传给连杆,以推动曲
17、轴旋转。活塞顶部与气缸盖下表面、气缸壁共同组成燃烧室。根据其作用,活塞可分为顶部、环槽部、裙部和活塞销座四部分 发动机工作时,活塞直接与高温气体接触,瞬时温度可达 2500K 以上,受热严重,散热条件很差,且温度分布很不均匀。同时,活塞顶部承受气体压力很大,特别是做功行程压力最大,汽油机高达3 5MPa,柴油机高达 6 9MPa,这就使得活塞产生冲击,并承受侧压力的作用。1.活塞的热膨胀量大于气缸的膨胀量,使配缸间隙变小 2.活塞自上而下膨胀量由大而小。因为温度上高下低,壁厚上厚下薄 3.裙部圆周方向近似椭圆形变化,长轴沿销座孔轴线方向。因销座处金属量多而膨胀量大,以及侧压力作用的结果曲柄连杆
18、机构椭圆形裙部 为了减小以上形变后的不正常工作其结构措施如下 1.活塞纵断面制成上小下大的锥形,曲柄连杆机构活塞横断面示意图 2.活塞横断面制成椭圆形,长轴垂直于销座孔轴线方向,即侧压力方向,3.裙部开绝热膨胀槽(“T”形或形槽),其中横槽叫绝槽,竖槽叫膨胀槽,曲柄连杆机构“T”形或形槽 4.采用双金属活塞:即在活塞裙部或销座内嵌铸入钢片,以减少裙部的膨胀量。3)活塞销 活塞销的作用是连接活塞和连杆,并将活塞的力传递给连杆。1.活塞销结构 活塞销为中空的圆柱体,一般采用低碳钢、低碳合金钢渗碳淬火或用 45 号中碳钢高频淬火,曲柄连杆机构活塞销示意图 2.连接方式 (1)全浮式:在发动机正常工作
19、温度下,活塞销在连杆小头孔和活塞销座孔中都能转动;(2)半浮式:销与销座孔和连杆小头两处,一处固定、一处浮动(一般固定连杆小头)。全浮式活塞销相对半浮式活塞销的优点是当发动机工作时,活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动。这样,活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动,使磨损均匀。曲柄连杆机构活塞销连接方式 4)连杆 连杆的作用是将活塞的力传给曲轴,变活塞的往复运动为曲轴的旋转运动。其结构由连杆小头、连杆大头、杆身、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等组成,曲柄连杆机构连杆示意图 1.连杆构造 小头:用来安装活塞销,以连接活塞。连杆小头多为薄壁圆环形结构,为减少与活塞销之间的磨损,在小头孔内压入薄壁青铜
20、衬套。杆身:杆身与连杆小头、连杆大头铸造为一体,杆身在工作过程中受力较大,为防止其弯曲变形,杆身必须具有足够的刚度。曲柄连杆机构杆身示意图 大头:与曲轴的连杆轴颈相连。大头一般做成分开式,即连杆体大头和连杆盖。其切口形式有平切口和斜切口两种,一般汽油机连杆大头的直径小于气缸的直径,采用平切口;柴油机受力大,其大头直径较大,超过气缸的直径,采用斜切口,一般与连杆轴线成 30 60 夹角曲柄连杆机构连杆大头示意图 2.连杆轴承(俗称小瓦 连杆轴承的作用是保护连杆轴颈及连杆大头孔,其结构由钢背和减磨层组成。曲柄连杆机构连杆轴瓦示意图 (1)白合金(巴氏合金):减磨性能好,但机械强度低且耐热性差。常用
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