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汽车发动机的工作原理和各部件作用


汽车发动机的工作原理和各部件作用 汽车, 原理, 发动机
发动机, 又称为引擎, 是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器, 通常是把化学能转化为机械能。(把电能转化为机器能的称谓电动机)有时它既适 用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器.比如汽油发动机,航空发动机.

基本理论

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汽油发动机将汽油的能量转化为动能来驱动汽车,最简单的办法是通过在发动机内 部燃烧汽油来获得动能。 因此, 汽车发动机是内燃机----燃烧在发动机内部发生。
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有两点需注意:

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1. 内燃机也有其他种类,比如柴油机,燃气轮机,各有各的优点和缺点。

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2. 同样也有外燃机。在早期的火车和轮船上用的蒸汽机就是典型的外燃机。燃料 (煤、木头、油)在发动机外部燃烧产生蒸气,然后蒸气进入发动机内部来产生动 力。内燃机的效率比外燃机高不少,也比相同动力的外燃机小很多。所以,现代汽 车不用蒸汽机。
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相比之下,内燃机比外燃机的效率高,比燃气轮机的价格便宜,比电动汽车容易添 加燃料。这些优点使得大部分现代汽车都使用往复式的内燃机。

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结构

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机体是构成发动机的骨架,是发动机各机构和各系统的安装基础,其内、外安装着 发动机的所有主要零件和附件,承受各种载荷。因此,机体必须要有足够的强度和 刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。

一. 气缸体

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水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体,称为气缸体——曲轴箱,也可称为气 缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成,气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸,下半部为支 承曲轴的曲轴箱,其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋,冷却 水套和润滑油道等。
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气缸体应具有足够的强度和刚度,根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同,通常 把气缸体分为以下三种形式。
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(1) 一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸 体的优点是机体高度小,重量轻,结构紧凑,便于加工,曲轴拆装方便;但其缺点 是刚度和强度较差
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(2) 龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度 和刚度都好,能承受较大的机械负荷;但其缺点是工艺性较差,结构笨重,加工较 困难。
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(3) 隧道式气缸体这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式,采用滚动轴承,主 轴承孔较大,曲轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好,但其缺 点是加工精度要求高,工艺性较差,曲轴拆装不方便。
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为了能够使气缸内表面在高温下正常工作,必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。 冷却方法有两种,一种是水冷,另一种是风冷。水冷发动机的气缸周围和气缸盖中 都加工有冷却水套, 并且气缸体和气缸盖冷却水套相通, 冷却水在水套内不断循环, 带走部分热量,对气缸和气缸盖起冷却作用。
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现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机,对于多缸发动机,气缸的排列形式决定了 发动机外型尺寸和结构特点,对发动机机体的刚度和强度也有影响,并关系到汽车 的总体布置。按照气缸的排列方式不同,气缸体还可以分成单列式,V 型和对置式 三种。
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(1) 直列式
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发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置的。单列式气缸体结构简单,加工容 易,但发动机长度和高度较大。一般六缸以下发动机多采用单列式。例如捷达轿车、 富康轿车、红旗轿车所使用的发动机均采用这种直列式气缸体。有的汽车为了降低 发动机的高度,把发动机倾斜一个角度。
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(2) V 型
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气缸排成两列,左右两列气缸中心线的夹角 γ<180°,称为 V 型发动机,V 型发动 机与直列发动机相比,缩短了机体长度和高度,增加了气缸体的刚度,减轻了发动 机的重量,但加大了发动机的宽度,且形状较复杂,加工困难,一般用于 8 缸以上 的发动机,6 缸发动机也有采用这种形式的气缸体。
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(3) 对置式

气缸排成两列, 左右两列气缸在同一水平面上, 即左右两列气缸中心线的夹角 γ= 180°,称为对置式。它的特点是高度小,总体布置方便,有利于风冷。这种气缸应 用较少。
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气缸直接镗在气缸体上叫做整体式气缸,整体式气缸强度和刚度都好,能承受较大 的载荷,这种气缸对材料要求高,成本高。如果将气缸制造成单独的圆筒形零件(即 气缸套),然后再装到气缸体内。这样,气缸套采用耐磨的优质材料制成,气缸体可 用价格较低的一般材料制造,从而降低了制造成本。同时,气缸套可以从气缸体中 取出,因而便于修理和更换,并可大大延长气缸体的使用寿命。气缸套有干式气缸 套和湿式气缸套两种。
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干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后,其外壁不直接与冷却水接触,而和气缸 体的壁面直接接触,壁厚较薄,一般为 1~3mm。它具有整体式气缸体的优点,强度 和刚度都较好,但加工比较复杂,内、外表面都需要进行精加工,拆装不方便,散 热不良。
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湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后,其外壁直接与冷却水接触,气缸套仅在 上、下各有一圆环地带和气缸体接触,壁厚一般为 5~9mm。它散热良好,冷却均匀, 加工容易,通常只需要精加工内表面,而与水接触的外表面不需要加工,拆装方便, 但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好,而且容易产生漏水现象。应该采取一些 防漏措施。

二.曲轴箱

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气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱,曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲 轴箱与气缸体铸成一体,下曲轴箱用来贮存润滑油,并封闭上曲轴箱,故又称为油 底壳图(图 2-6)。油底壳受力很小,一般采用薄钢板冲压而成,其形状取决于发 动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板,以防止汽车颠动时油面波 动过大。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。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫,防止润滑 油泄漏。

三. 气缸盖
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气缸盖安装在气缸体的上面,从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃 气相接触,因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却 水套,缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等 高温部分。
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缸盖上还装有进、排气门座,气门导管孔,用于安装进、排气门,还有进气通道和 排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔,而柴油机的气缸盖上加工 有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔,用以 安装凸轮轴。
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气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成,铝合金的导热性好,有利于提高压缩比, 所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。
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气缸盖是燃烧室的组成部分,燃烧室的形状对发动机的工作影响很大,由于汽油机 和柴油机的燃烧方式不同,其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧 室主要在气缸盖上,而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。这里只介绍汽油机 的燃烧室,而柴油机的燃烧室放在柴油供给系里介绍。
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汽油机燃烧室常见的三种形式。
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(1) 半球形燃烧室
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半球形燃烧室结构紧凑,火花塞布置在燃烧室中央,火焰行程短,故燃烧速率高, 散热少,热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列,进气口直径较大,故 充气效率较高,虽然使配气机构变得较复杂,但有利于排气净化,在轿车发动机上 被广泛地应用。
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(2) 楔形燃烧室

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楔形燃烧室结构简单、紧凑,散热面积小,热损失也小,能保证混合气在压缩行程 中形成良好的涡流运动,有利于提高混合气的混合质量,进气阻力小,提高了充气 效率。气门排成一列,使配气机构简单,但火花塞置于楔形燃烧室高处,火焰传播 距离长些,切诺基轿车发动机采用这种形式的燃烧室。
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(3) 盆形燃烧室

盆形燃烧室,气缸盖工艺性好,制造成本低,但因气门直径易受限制,进、排气效 果要比半球形燃烧室差。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。


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