任务2
汽车发动机总体构造认知

学习目标

1．能够对发动机性能进行评价

2．掌握汽车发动机的结构组成和总体构造

3．熟悉发动机基本性能指标

4．培养专业兴趣

相关知识

一、汽车发动机结构组成

发动机通常由两大机构和五大系统组成，即曲柄连杆机构、配气机构、进排气系统、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统和启动系统；若是汽油机，还包括点火系统，若为增压发动机，则还应有增压系统。图1-8为汽车用四缸汽油机的结构图。

1．曲柄连杆机构

曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组等三部分组成。其中机体组由机体14、气缸盖16、气缸套、气缸垫及油底壳7等组成；活塞连杆组由活塞13、活塞环、活塞销、连杆12等组成；曲轴飞轮组由曲轴4、飞轮11、扭转减振器、平衡重等组成。机体是发动机各机构、各系统的装配基体，其本身的许多部分又分别是曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、冷却系和润滑系的组成部分。曲柄连杆机构的功用是将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。

2．配气机构

配气机构由进气门20、排气门19、挺柱、推杆、摇臂、凸轮轴24以及凸轮轴正时齿轮25（由曲轴正时齿轮26驱动）等组成。它的功用是使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排出废气，实现发动机的工作循环。

3．燃料供给系统

汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸。供给系由汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、喷油器等组成。

4．进排气系统

它由空气滤清器21、进气管、排气管、排气消声器以及排气污染控制装置等组成。它的功用是对空气进行清洁，然后将其送入气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气降噪和清洁处理后排出发动机。

5．润滑系统

润滑系由机油泵、集滤器6、限压阀、润滑油道、机油粗滤器、机油细滤器和机油冷却器等组成。它的功用是将润滑油供给做相对运动的零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件，清洗摩擦表面。

6．冷却系统

冷却系主要由水泵27、散热器1、风扇2、分水管、机体放水阀以及机体和气缸盖里铸出的空腔-水套等组成。它的主要功用是把受热机件的热量散到大气中去，以保证发动机的正常工作。

7．起动系统

起动系由起动机8及其附属装置组成，它的功用是使静止的发动机起动并转入自行运转。要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使气缸内的可燃混合气燃烧膨胀做功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，发动机才能自行运转。

8．点火系统

在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系。点火系由将低压电流变成高压电流的断电器（与分电装置等组合成分电器22）和点火线圈29、把高压电流按规定时刻通过分电器装置接通气缸的火花塞23等组成。它的功用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。

二、典型汽车发动机总体构造

如图1-9为本田F22B1发动机，为直列四缸水冷，排量2.2 L，压缩比8.8。配气结构采用双顶置凸轮，每缸四气门，特有的VTEC可变气门升程系统使得发动机获得了在低速时的经济性和高速时的动力性。在发动机管理上，采用带氧传感器控制的顺序多点燃油喷射系统（PGM-FI）。

图1-10为车用高速柴油机剖面图，该柴油机机体与气缸盖为合金铸铁，每缸2气门，直喷式燃烧系统；下置凸轮轴，齿形带传动；供油系统采用VE喷油泵、P型喷油器。该柴油机广泛应用在轻型车上。

图1-11为水平对置式汽油机，布置在轿车上，利于轿车高度尺寸的控制。

三、汽车发动机性能指标

发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点，并作为评价各类发动机性能优劣的依据。常见的性能指标有动力性能指标，经济性能指标，运转性能指标和可靠性、耐久性能指标等。

1．发动机的动力性指标

动力性指标是表征发动机做功能力大小的指标，一般用发动机的有效转矩 T _e 、有效功率 P _e 和转速 n 等作为评价发动机动力性的指标。

（1）有效转矩

发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作 T _e ，单位为N·m。有效转矩与曲轴角位移的乘积即为发动机对外输出的有效功。

（2）有效功率

发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作 P _e ，单位为kW。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的有效功率可以用台架试验方法测定，也可用测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后用公式计算出发动机的有效功率 P _e ：

式中： T _e ——有效转矩，N·m;

n ——曲轴转速，r/min。

（3）发动机转速

发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速，用 n 表示，单位为r/min。发动机转速的高低，关系到单位时间内做功次数的多少或发动机有效功率的大小。因此，在说明发动机有效功率的大小时，必须同时指明其相应的转速。

在发动机产品标牌上规定的有效功率及其相应的转速分别称作标定功率和标定转速。发动机在标定功率和标定转速下的工作状况称作标定工况。标定功率不是发动机所能发出的最大功率，它是根据发动机用途而制定的有效功率最大使用限度。

2．经济性指标

发动机经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率等。

（1）有效热效率

燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率，记作 η _e 。显然，为获得一定数量的有效功所消耗的热量越少，有效热效率越高，发动机的经济性越好。

式中： W _e ——发动机有效功，kJ;

Q ₁ ——燃料中所含的热量，kJ。

现代汽车汽油机 η _e 值一般0.30左右，柴油机0.40左右。

（2）有效燃油消耗率

发动机每输出1 kW·h的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率，记作 g _e ，单位为g/（kW·h）。

式中： B ——发动机在单位时间内的耗油量，kg/h;

P _e ——发动机的有效功率，kW。

显然，有效燃油消耗率越低，经济性越好。

3．强化指标

强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标，一般包括升功率和活塞平均速度等。

（1）升功率

发动机在标定工况下，单位发动机排量输出的有效功率称为升功率。升功率大，表明每升气缸工作容积发出的有效功率大，发动机的热负荷和机械负荷都高。

（2）活塞平均速度

活塞平均速度 C _m 是指发动机在标定转速下工作时，活塞往复运动速度的平均值。

式中： S ——活塞行程，mm;

n ——发动机标定转速，r/min。

活塞平均速度高，使发动机的热负荷和机械负荷增高，因此，一定程度上代表了发动机的技术水平。

4．运转性能指标

（1）排放指标

发动机的排气中含有多种对人体有害的物质，主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NO _x ）、二氧化硫（SO ₂ ）、醛类和微粒（含碳烟）等。截至2019年底，我国汽车保有量已突破3.48亿辆，汽车排气污染已成为大气污染的重要因素。我国排放标准参照欧洲法规体系，从2000年开始执行第Ⅰ阶段标准开始，至目前轻型汽油车遵照《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》(GB 18352.6—2016)，2020年7月1日执行；重型柴油车遵照《重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（GB 17691—2018），2019年7月1日执行。

（2）噪声

噪声是发动机工作时发出的一种声强和频率无一定规律的声音，主要有燃烧噪声和机械噪声。汽车是城市主要噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声源，应该给予控制。我国的噪声标准中规定，小型水冷汽油机噪声不大于110 dB（A，）轿车的噪声不大于82 dB（A）。

（3）起动性能

起动性能是表征发动机起动难易的指标。发动机起动性能好，便于汽车起步行驶，同时减少了起动时的功率消耗和发动机的磨损。

起动性能一般以一定条件下的起动时间长短来衡量。我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10 ℃、柴油机在-5 ℃以下的气温条件下起动，能在15 s以内达到自行运转。

5．可靠性与耐久性能指标

可靠性与耐久性也是汽车发动机使用中的两个重要指标。

（1）可靠性

可靠性是指发动机在规定的运转条件下，具有持续工作，不至因为故障而影响正常运转的能力。通常以首发故障行驶里程、平均故障间隔里程、保证期内的不停车故障数、停车故障数、更换主要零件和重要零件数等具体指标来衡量。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定，我国汽车发动机应能在标定工况下连续运行300~1 000 h。

（2）耐久性

耐久性是指发动机在规定的运转条件下，长期工作而不大修的性能。一般以发动机从开始使用到第一次大修前累计汽车行驶的里程数来衡量。

上述发动机的动力性能指标，经济性能指标，运转性能指标和可靠性、耐久性等指标，对不同用途的发动机要求是不同的。各项指标之间既相互联系又相互制约，往往为了降低排气污染，而不得不牺牲发动机的动力和经济性能指标。

课后练习

一、选择题

1．汽车用发动机一般按（　）来分类。

A．排量

B．气门数目

C．所用燃料

D．活塞的行程

2．气缸工作容积是指（　）的容积。

A．活塞运行到下止点活塞上方

B．活塞运行到上止点活塞上方

C．活塞上、下止点之间

D．进气门从开到关所进空气

3．轻型汽油车执行国六排放的时间是（　）。

A．2018年7月

B．2019年7月

C．2020年7月

D．2021年7月

4．发动机的有效转矩与曲轴角速度的乘积称为（　）。

A．指示功率

B．有效功率

C．最大转矩

D．最大功率

5．汽油机气缸内最高燃烧压力（　）柴油机。

A．高于

B．低于

C．等同于

二、判断题

1．柴油机的压缩比通常小于汽油机的压缩比。（　）

2．四冲程发动机完成一个工作循环，曲轴旋转360°。( )

3．二冲程发动机功率比四冲程大1倍。（　）

4．可以根据升功率来衡量发动机的强化程度。（　）

5．发动机压缩比越高，燃油经济性越好。（　）

三、问答题

1．简述汽车发动机如何进行分类。

2．分析四冲程汽油机和柴油机的工作过程，两者有何异同？

3．CA488型四冲程汽油机有4个气缸，气缸直径87.5 mm，活塞行程92 mm，压缩比为8.1，试计算其气缸工作容积、燃烧室容积和发动机排量。

4．分析当前汽油机和柴油机的应用情况，并说明原因。

5．查阅某种在用轿车的发动机性能参数，并对其进行评价。 oDhsdUn/uKkpG2UcOCX6QhaDq1CRjxJ9bb8WS9xi4UANbUQgVH4tOs0cIADH14PT