汽車發(fā)動機機體組之詳細圖解.doc

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機體是構(gòu)成發(fā)動機的骨架，是發(fā)動機各機構(gòu)和各系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)，其內(nèi)、外安裝著發(fā)動機的所有主要零件和附件，承受各種載荷。因此，機體必須要有足夠的強度和剛度。機體組主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋和氣缸墊等零件組成。 　　 一. 氣缸體（圖2-1） 　　水冷發(fā)動機的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體，稱為氣缸體——曲軸箱，也可稱為氣缸體。氣缸體一般用灰鑄鐵鑄成，氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運動的空間。在氣缸體內(nèi)部鑄有許多加強筋，冷卻水套和潤滑油道等。 　　氣缸體應(yīng)具有足夠的強度和剛度，根據(jù)氣缸體與油底殼安裝平面的位置不同，通常把氣缸體分為以下三種形式。（圖2-2) 　　(1) 一般式氣缸體 其特點是油底殼安裝平面和曲軸旋轉(zhuǎn)中心在同一高度。這種氣缸體的優(yōu)點是機體高度小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工，曲軸拆裝方便；但其缺點是剛度和強度較差 　　(2) 龍門式氣缸體 其特點是油底殼安裝平面低于曲軸的旋轉(zhuǎn)中心。它的優(yōu)點是強度和剛度都好，能承受較大的機械負荷；但其缺點是工藝性較差，結(jié)構(gòu)笨重，加工較困難。 　　(3) 隧道式氣缸體 這種形式的氣缸體曲軸的主軸承孔為整體式，采用滾動軸承，主軸承孔較大，曲軸從氣缸體后部裝入。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、剛度和強度好，但其缺點是加工精度要求高，工藝性較差，曲軸拆裝不方便。 　　為了能夠使氣缸內(nèi)表面在高溫下正常工作，必須對氣缸和氣缸蓋進行適當(dāng)?shù)乩鋮s。冷卻方法有兩種，一種是水冷，另一種是風(fēng)冷（圖2-3）。水冷發(fā)動機的氣缸周圍和氣缸蓋中都加工有冷卻水套，并且氣缸體和氣缸蓋冷卻水套相通，冷卻水在水套內(nèi)不斷循環(huán)，帶走部分熱量，對氣缸和氣缸蓋起冷卻作用。 　　現(xiàn)代汽車上基本都采用水冷多缸發(fā)動機，對于多缸發(fā)動機，氣缸的排列形式?jīng)Q定了發(fā)動機外型尺寸和結(jié)構(gòu)特點，對發(fā)動機機體的剛度和強度也有影響，并關(guān)系到汽車的總體布置。按照氣缸的排列方式不同，氣缸體還可以分成單列式，V型和對置式三種（圖2-4）。 (1) 直列式 　　發(fā)動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的。單列式氣缸體結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，但發(fā)動機長度和高度較大。一般六缸以下發(fā)動機多采用單列式。例如捷達轎車、富康轎車、紅旗轎車所使用的發(fā)動機均采用這種直列式氣缸體。有的汽車為了降低發(fā)動機的高度，把發(fā)動機傾斜一個角度。 　　(2) V型 　　氣缸排成兩列，左右兩列氣缸中心線的夾角γ＜180，稱為V型發(fā)動機，V型發(fā)動機與直列發(fā)動機相比，縮短了機體長度和高度，增加了氣缸體的剛度，減輕了發(fā)動機的重量，但加大了發(fā)動機的寬度，且形狀較復(fù)雜，加工困難，一般用于8缸以上的發(fā)動機，6缸發(fā)動機也有采用這種形式的氣缸體。 　　(3) 對置式 　　氣缸排成兩列，左右兩列氣缸在同一水平面上，即左右兩列氣缸中心線的夾角 γ＝180，稱為對置式。它的特點是高度小，總體布置方便，有利于風(fēng)冷。這種氣缸應(yīng)用較少。 　　氣缸直接鏜在氣缸體上叫做整體式氣缸，整體式氣缸強度和剛度都好，能承受較大的載荷，這種氣缸對材料要求高，成本高。如果將氣缸制造成單獨的圓筒形零件(即氣缸套)，然后再裝到氣缸體內(nèi)。這樣，氣缸套采用耐磨的優(yōu)質(zhì)材料制成，氣缸體可用價格較低的一般材料制造，從而降低了制造成本。同時，氣缸套可以從氣缸體中取出，因而便于修理和更換，并可大大延長氣缸體的使用壽命。氣缸套有干式氣缸套和濕式氣缸套兩種（圖2-5）。 　　干式氣缸套的特點是氣缸套裝入氣缸體后，其外壁不直接與冷卻水接觸，而和氣缸體的壁面直接接觸，壁厚較薄，一般為1～3mm。它具有整體式氣缸體的優(yōu)點，強度和剛度都較好，但加工比較復(fù)雜，內(nèi)、外表面都需要進行精加工，拆裝不方便，散熱不良。 　　濕式氣缸套的特點是氣缸套裝入氣缸體后，其外壁直接與冷卻水接觸，氣缸套僅在上、下各有一圓環(huán)地帶和氣缸體接觸，壁厚一般為5～9mm。它散熱良好，冷卻均勻，加工容易，通常只需要精加工內(nèi)表面，而與水接觸的外表面不需要加工，拆裝方便，但缺點是強度、剛度都不如干式氣缸套好，而且容易產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。應(yīng)該采取一些防漏措施。 二. 曲軸箱 　　氣缸體下部用來安裝曲軸的部位稱為曲軸箱，曲軸箱分上曲軸箱和下曲軸箱。上曲軸箱與氣缸體鑄成一體，下曲軸箱用來貯存潤滑油，并封閉上曲軸箱，故又稱為油底殼圖（圖2-6）。油底殼受力很小，一般采用薄鋼板沖壓而成，其形狀取決于發(fā)動機的總體布置和機油的容量。油底殼內(nèi)裝有穩(wěn)油擋板，以防止汽車顛動時油面波動過大。油底殼底部還裝有放油螺塞，通常放油螺塞上裝有永久磁鐵，以吸附潤滑油中的金屬屑，減少發(fā)動機的磨損。在上下曲軸箱接合面之間裝有襯墊，防止?jié)櫥托孤? 三. 氣缸蓋（圖2-7） 　　氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，從上部密封氣缸并構(gòu)成燃燒室。它經(jīng)常與高溫高壓燃氣相接觸，因此承受很大的熱負荷和機械負荷。水冷發(fā)動機的氣缸蓋內(nèi)部制有冷卻水套，缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通。利用循環(huán)水來冷卻燃燒室等高溫部分。 　　缸蓋上還裝有進、排氣門座，氣門導(dǎo)管孔，用于安裝進、排氣門，還有進氣通道和排氣通道等。汽油機的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動機的氣缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。 圖2-7 　　氣缸蓋一般采用灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成，鋁合金的導(dǎo)熱性好，有利于提高壓縮比，所以近年來鋁合金氣缸蓋被采用得越來越多。 　　氣缸蓋是燃燒室的組成部分，燃燒室的形狀對發(fā)動機的工作影響很大，由于汽油機和柴油機的燃燒方式不同，其氣缸蓋上組成燃燒室的部分差別較大。汽油機的燃燒室主要在氣缸蓋上，而柴油機的燃燒室主要在活塞頂部的凹坑。這里只介紹汽油機的燃燒室，而柴油機的燃燒室放在柴油供給系里介紹。 　　汽油機燃燒室常見的三種形式（圖2-8）。 (1) 半球形燃燒室 　　半球形燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，火花塞布置在燃燒室中央，火焰行程短，故燃燒速率高，散熱少，熱效率高。這種燃燒室結(jié)構(gòu)上也允許氣門雙行排列，進氣口直徑較大，故充氣效率較高，雖然使配氣機構(gòu)變得較復(fù)雜，但有利于排氣凈化，在轎車發(fā)動機上被廣泛地應(yīng)用。 　　(2) 楔形燃燒室 　　楔形燃燒室結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，散熱面積小，熱損失也小，能保證混合氣在壓縮行程中形成良好的渦流運動，有利于提高混合氣的混合質(zhì)量，進氣阻力小，提高了充氣效率。氣門排成一列，使配氣機構(gòu)簡單，但火花塞置于楔形燃燒室高處，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x長些，切諾基轎車發(fā)動機采用這種形式的燃燒室。 　　(3) 盆形燃燒室 　　盆形燃燒室，氣缸蓋工藝性好，制造成本低，但因氣門直徑易受限制，進、排氣效果要比半球形燃燒室差。捷達轎車發(fā)動機、奧迪轎車發(fā)動機采用盆形燃燒室?！? 四. 氣缸墊（圖2-9） 　　氣缸墊裝在氣缸蓋和氣缸體之間，其功用是保證氣缸蓋與氣缸體接觸面的密封，防止漏氣，漏水和漏油。 　　氣缸墊的材料要有一定的彈性，能補償結(jié)合面的不平度，以確保密封，同時要有好的耐熱性和耐壓性，在高溫高壓下不燒損、不變形。目前應(yīng)用較多的是銅皮——棉結(jié)構(gòu)的氣缸墊，由于銅皮——棉氣缸墊翻邊處有三層銅皮，壓緊時較之石棉不易變形。有的發(fā)動機還采用在石棉中心用編織的綱絲網(wǎng)或有孔鋼板為骨架，兩面用石棉及橡膠粘結(jié)劑壓成的氣缸墊。 　　安裝氣缸墊時，首先要檢查氣缸墊的質(zhì)量和完好程度，所有氣缸墊上的孔要和氣缸體上的孔對齊。其次要嚴(yán)格按照說明書上的要求上好氣缸蓋螺栓。擰緊氣缸蓋螺栓時，必須由中央對稱地向四周擴展的順序分2～3次進行，最后一次擰緊到規(guī)定的力矩。 --發(fā)動機工作過程和原理基本分析 　　發(fā)動機是一種能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)，它將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機械能。那么，它是怎樣完成這個能量轉(zhuǎn)換過程呢？也就是說它是怎樣把熱能轉(zhuǎn)換成機械能的呢？要完成這個能量轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過進氣，把可燃混合氣(或新鮮空氣)引入氣缸；然后將進入氣缸的可燃混合氣(或新鮮空氣)壓縮，壓縮接近終點時點燃可燃混合氣(或?qū)⒉裼透邏簢娙霘飧變?nèi)形成可燃混合氣并引燃)；可燃混合氣著火燃燒，膨脹推動活塞下行實現(xiàn)對外作功；最后排出燃燒后的廢氣。即進氣、壓縮、作功、排氣四個過程。 　　把這四個過程叫做發(fā)動機的一個工作循環(huán)，工作循環(huán)不斷地重復(fù)，就實現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換，使發(fā)動機能夠連續(xù)運轉(zhuǎn)。把完成一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720)，活塞上下往復(fù)運動四次，稱為四行程發(fā)動機。而把完成一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)一圈(360)，活塞上下往復(fù)運動兩次，稱為二行程發(fā)動機。下面介紹一下四行程發(fā)動機的工作原理和工作過程。 一.四行程汽油機的工作原理 　　四行程汽油機的運轉(zhuǎn)是按進氣行程、壓縮行程、作功行程和排氣行程的順序不斷循環(huán)反復(fù)的。 　?。?) 進氣行程 （圖1-22） 　　由于曲軸的旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點向下止點運動，這時排氣門關(guān)閉，進氣門打開。進氣過程開始時，活塞位于上止點，氣缸內(nèi)殘存有上一循環(huán)未排凈的廢氣，因此，氣缸內(nèi)的壓力稍高于大氣壓力。隨著活塞下移，氣缸內(nèi)容積增大，壓力減小，當(dāng)壓力低于大氣壓時，在氣缸內(nèi)產(chǎn)生真空吸力，空氣經(jīng)空氣濾清器并與化油器供給的汽油混合成可燃混合氣，通過進氣門被吸入氣缸，直至活塞向下運動到下止點。 　　在進氣過程中，受空氣濾清器、化油器、進氣管道、進氣門等阻力影響，進氣終了時，氣缸內(nèi)氣體壓力略低于大氣壓，約為0.075～0.09MPa，同時受到殘余廢氣和高溫機件加熱的影響，溫度達到370～400K。實際汽油機的進氣門是在活塞到達上止點之前打開，并且延遲到下止點之后關(guān)閉，以便吸入更多的可燃混合氣。 　?。?) 壓縮行程（圖1-23） 　　曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從下止點向上止點運動，這時進氣門和排氣門都關(guān)閉，氣缸內(nèi)成為封閉容積，可燃混合氣受到壓縮，壓力和溫度不斷升高，當(dāng)活塞到達上止點時壓縮行程結(jié)束。此時氣體的壓力和溫度主要隨壓縮比的大小而定，可燃混合氣壓力可達0.6～1.2MPa，溫度可達600～700K。 壓縮比越大，壓縮終了時氣缸內(nèi)的壓力和溫度越高，則燃燒速度越快，發(fā)動機功率也越大。 　　但壓縮比太高，容易引起爆燃。所謂爆燃就是由于氣體壓力和溫度過高，可燃混合氣在沒有點燃的情況下自行燃燒，且火焰以高于正常燃燒數(shù)倍的速度向外傳播，造成尖銳的敲缸聲。會使發(fā)動機過熱，功率下降，汽油消耗量增加以及機件損壞。輕微爆燃是允許的，但強烈爆燃對發(fā)動機是很有害的，汽油機的壓縮比一般為ε＝6～10。 　?。?) 作功行程（圖1-24） 　　作功行程包括燃燒過程和膨脹過程，在這一行程中，進氣門和排氣門仍然保持關(guān)閉。當(dāng)活塞位于壓縮行程接近上止點(即點火提前角)位置時，火花塞產(chǎn)生電火花點燃可燃混合氣，可燃混合氣燃燒后放出大量的熱使氣缸內(nèi)氣體溫度和壓力急劇升高，最高壓力可達3～5MPa，最高溫度可達2200～2800K，高溫高壓氣體膨脹，推動活塞從上止點向下止點運動，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機械功，除了用于維持發(fā)動機本身繼續(xù)運轉(zhuǎn)外，其余用于對外作功。隨著活塞向下運動，氣缸內(nèi)容積增加，氣體壓力和溫度降低，當(dāng)活塞運動到下止點時，作功行程結(jié)束，氣體壓力降低到0.3～0.5MPa，氣體溫度降低到1300～1600K。 　　4) 排氣行程（圖1-25） 　　可燃混合氣在氣缸內(nèi)燃燒后生成的廢氣必須從氣缸中排出去以便進行下一個進氣行程。當(dāng)作功接近終了時，排氣門開啟，進氣門仍然關(guān)閉，靠廢氣的壓力先進行自由排氣，活塞到達下止點再向上止點運動時，繼續(xù)把廢氣強制排出到大氣中去，活塞越過上止點后，排氣門關(guān)閉，排氣行程結(jié)束。實際汽油機的排氣行程也是排氣門提前打開，延遲關(guān)閉，以便排出更多的廢氣。由于燃燒室容積的存在，不可能將廢氣全部排出氣缸。受排氣阻力的影響，排氣終止時，氣體壓力仍高于大氣壓力，約為0.105～0.115MPa，溫度約為900～1200K。 　　曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點向下止點運動，又開始了下一個新的循環(huán)過程?？梢娝男谐唐蜋C經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個行程完成一個工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點往復(fù)運動了四個行程，相應(yīng)地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈。 二.四行程柴油機的工作原理 　　四行程柴油機和四行程汽油機的工作過程相同，每一個工作循環(huán)同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣四個行程，但由于柴油機使用的燃料是柴油，柴油與汽油有較大的差別，柴油粘度大，不易蒸發(fā)，自燃溫度低，故可燃混合氣的形成，著火方式，燃燒過程以及氣體溫度壓力的變化都和汽油機不同，下面主要分析一下柴油機和汽油機在工作過程中的不同點。 　　四行程柴油機在進氣行程中所不同的是柴油機吸入氣缸的是純空氣而不是可燃混合氣，在進氣通道中沒有化油器，進氣阻力小，進氣終了時氣體壓力略高于汽油機而氣體溫度略低于汽油機。進氣終了時氣體壓力約為0.0785～0.0932MPa，氣體溫度約為300～370K。 　　壓縮行程壓縮的也是純空氣，在壓縮行程接近上止點時，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，柴油和空氣在氣缸內(nèi)形成可燃混合氣并著火燃燒。柴油機的壓縮比比汽油機的壓縮比大很多(一般為16～22)，壓縮終了時氣體溫度和壓力都比汽油機高，大大超過了柴油機的自燃溫度。壓縮終了時，氣體壓力約為3.5～4.5MPa，氣體溫度約為750～1000K，柴油機是壓縮后自燃著火的，不需要點火，故柴油機又稱為壓燃機。 　　柴油噴入氣缸后，在很短的時間內(nèi)與空氣混合后便立即著火燃燒，柴油機的可燃混合氣是在氣缸內(nèi)部形成的，而不象汽油機那樣，混合氣主要是在氣缸外部的化油器中形成的。柴油機燃燒過程中氣缸內(nèi)出現(xiàn)的最高壓力要比汽油機高得多，可高達6～9MPa，最高溫度也可高達2000～2500K。作功終了時，氣體壓力約為0.2～0.4MPa，氣體溫度約為1200～1500K。 　　柴油機的排氣行程和汽油機一樣，廢氣同樣經(jīng)排氣管排入到大氣中去，排氣終了時，氣缸內(nèi)氣體壓力約為0.105～0.125MPa，氣體溫度約為800～1000K。 　　柴油機與汽油機比較，柴油機的壓縮比高，熱效率高，燃油消耗率低，同時柴油價格較低，因此，柴油機的燃料經(jīng)濟性能好，而且柴油機的排氣污染少，排放性能較好。但它的主要缺點是轉(zhuǎn)速低，質(zhì)量大，噪聲大，振動大，制造和維修費用高。在其發(fā)展過程中，柴油機不斷發(fā)揚其優(yōu)點，克服缺點，提高速度，有望得到更廣泛地應(yīng)用。 三.二行程汽油機的工作原理 　　二行程汽油機的工作循環(huán)也是由進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣過程組成，但它是在曲軸旋轉(zhuǎn)一圈(360)，活塞上下往復(fù)運動的兩個行程內(nèi)完成的。因此，二行程發(fā)動機與四行程發(fā)動機工作原理不同，結(jié)構(gòu)也不一樣。 　　例如曲軸箱換氣式二行程汽油機，氣缸上有三排孔，利用這三排孔分別在一定時刻被活塞打開或關(guān)閉進行進氣、換氣和排氣的。工作原理如下： 圖1-27a 表示活塞向上運動，將三排孔都關(guān)閉，活塞上部開始壓縮，當(dāng)活塞繼續(xù)上行時，活塞下方打開了進氣孔，可燃混合氣進入曲軸箱（圖1-27 b），活塞接近上止點時（圖1-27c），火花塞點燃混合氣，氣體燃燒膨脹，推動活塞向下運動，進氣孔關(guān)閉，曲軸箱內(nèi)的混合氣受到壓縮，當(dāng)活塞接近下止點時，排氣孔打開，排出廢氣，活塞再向下運動，換氣孔打開，受到壓縮的混合氣便從曲軸箱經(jīng)進氣孔流入氣缸內(nèi)，并掃除廢氣（圖1-27d）。 　　第一行程：活塞從下止點向上止點運動，事先已充滿活塞上方氣缸內(nèi)的混合氣被壓縮，新的可燃混合氣又從化油器被吸入活塞下方的曲軸箱內(nèi)。 　　第二行程：活塞從上止點向下止點運動，活塞上方進行作功過程和換氣過程，而活塞下方則進行可燃混合氣的預(yù)壓縮。 四.二行程柴油機的工作原理 　　二行程柴油機和二行程汽油機工作類似，所不同的是，柴油機進入氣缸的不是可燃混合氣，而是純空氣。例如帶有掃氣泵的二行程柴油機工作過程如下（圖1-28）： 　　第一行程：活塞從下止點向上止點運動，行程開始前不久，進氣孔和排氣門均以開啟，利用從掃氣泵流出的空氣使氣缸換氣。當(dāng)活塞繼續(xù)向上運動進氣孔被關(guān)閉，排氣門也關(guān)閉，空氣受到壓縮，當(dāng)活塞接近上止點時，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，燃油和空氣混合后燃燒，使氣缸內(nèi)壓力增大。 　　第二行程：活塞從上止點向下止點運動，開始時氣體膨脹，推動活塞向下運動，對外作功，當(dāng)活塞下行到大約2/3行程時，排氣門開啟，排出廢氣，氣缸內(nèi)壓力降低，進氣孔開啟，進行換氣，換氣一直延續(xù)到活塞向上運動1/3行程進氣孔關(guān)閉結(jié)束。 五.多缸發(fā)動機的工作原理 　　前面介紹的是單缸發(fā)動機的工作過程，而現(xiàn)代汽車發(fā)動機都是多缸四行程發(fā)動機，那么，多缸四行程發(fā)動機與單缸四行程發(fā)動機的工作過程有什么區(qū)別呢？就能量轉(zhuǎn)換過程，發(fā)動機的每一個氣缸和單缸機的工作過程是完全一樣的，都要經(jīng)過進氣、壓縮、作功和排氣四個行程。 　　但是單缸發(fā)動機的四個行程中只有一個行程作功，其余三個行程不作功，即曲軸轉(zhuǎn)兩圈，只有半圈作功，所以運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性較差，功率越大，平穩(wěn)性就越差。為了使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，單缸機一般都裝有一個大飛輪。而多缸發(fā)動機的作功行程是差開的，按照工作順序作功，即曲軸轉(zhuǎn)兩圈交替作功，因此，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動小。缸數(shù)越多，作功間隔角越小，同時參與作功的氣缸越多，發(fā)動機運轉(zhuǎn)越平穩(wěn)。多缸機使用最多的有四缸發(fā)動機，六缸發(fā)動機和八缸發(fā)動機。 --作者：沒當(dāng)過領(lǐng)導(dǎo) --發(fā)布時間：2006-2-10 14:13:11 --圖解發(fā)動機分類和各大系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 一.分類 　　內(nèi)燃機的分類方法很多，按照不同的分類方法可以把內(nèi)燃機分成不同的類型，下面讓我們來看看內(nèi)燃機是怎樣分類的。 　　（1) 按照所用燃料分類 　　內(nèi)燃機按照所使用燃料的不同可以分為汽油機和柴油機(圖1-1)。使用汽油為燃料的內(nèi)燃機稱為汽油機；使用柴油機為燃料的內(nèi)燃機稱為柴油機。汽油機與柴油機比較各有特點；汽油機轉(zhuǎn)速高，質(zhì)量小，噪音小，起動容易，制造成本低；柴油機壓縮比大，熱效率高，經(jīng)濟性能和排放性能都比汽油機好。 　?。?) 按照行程分類 　　內(nèi)燃機按照完成一個工作循環(huán)所需的行程數(shù)可分為四行程內(nèi)燃機和二行程內(nèi)燃機(圖1-2 )。把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運動四個行程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機稱為四行程內(nèi)燃機；而把曲軸轉(zhuǎn)一圈(360)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運動兩個行程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機稱為二行程內(nèi)燃機。汽車發(fā)動機廣泛使用四行程內(nèi)燃機。 　?。?) 按照冷卻方式分類 　　內(nèi)燃機按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動機和風(fēng)冷發(fā)動機(圖1-3)。水冷發(fā)動機是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進行循環(huán)的冷卻液作為冷卻介質(zhì)進行冷卻的；而風(fēng)冷發(fā)動機是利用流動于氣缸體與氣缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介質(zhì)進行冷卻的。水冷發(fā)動機冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代車用發(fā)動機。 　?。?) 按照氣缸數(shù)目分類 　　內(nèi)燃機按照氣缸數(shù)目不同可以分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機(圖1-4)。僅有一個氣缸的發(fā)動機稱為單缸發(fā)動機；有兩個以上氣缸的發(fā)動機稱為多缸發(fā)動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動機。現(xiàn)代車用發(fā)動機多采用四缸、六缸、八缸發(fā)動機。 　?。?) 按照氣缸排列方式分類 　　內(nèi)燃機按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式(圖1-5)。單列式發(fā)動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的；雙列式發(fā)動機把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180(一般為90)稱為V型發(fā)動機，若兩列之間的夾角=180稱為對置式發(fā)動機。 　（6) 按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式分類 　　內(nèi)燃機按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)式發(fā)動機和強制進氣(增壓式)發(fā)動機(圖1-6)。汽油機常采用自然吸氣式；柴油機為了提高功率有采用增壓式的。 　　 二.基本構(gòu)造 　　發(fā)動機是一種由許多機構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機器。無論是汽油機，還是柴油機；無論是四行程發(fā)動機，還是二行程發(fā)動機；無論是單缸發(fā)動機，還是多缸發(fā)動機。要完成能量轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)工作循環(huán)，保證長時間連續(xù)正常工作，都必須具備以下一些機構(gòu)和系統(tǒng)。 　?。?) 曲柄連桿機構(gòu)(圖1-7) 　　曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中，活塞承受燃氣壓力在氣缸內(nèi)作直線運動，通過連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，并從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成活塞的直線運動。 　　（2) 配氣機構(gòu)（圖1-8 　　配氣機構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動機的工作順序和工作過程，定時開啟和關(guān)閉進氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實現(xiàn)換氣過程。配氣機構(gòu)大多采用頂置氣門式配氣機構(gòu)，一般由氣門組、氣門傳動組和氣門驅(qū)動組組成。 　?。?) 燃料供給系統(tǒng)（圖1-9） 　　汽油機燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動機的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去；柴油機燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。 　?。?) 潤滑系統(tǒng)（圖1-10） 　　潤滑系的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。潤滑系通常由潤滑油道、機油泵、機油濾清器和一些閥門等組成。 　?。?) 冷卻系統(tǒng)（圖1-11） 　　冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風(fēng)扇、水箱、節(jié)溫器等組成。 　?。?) 點火系統(tǒng)（圖1-12） 　　在汽油機中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。能夠按時在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備稱為點火系，點火系通常由蓄電池、發(fā)電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。 　?。?) 起動系統(tǒng)（圖1-13） 　　要使發(fā)動機由靜止?fàn)顟B(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機的曲軸，使活塞作往復(fù)運動，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機才能自行運轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機開始自動地怠速運轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機的起動系。 　　汽油機由以上兩大機構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機構(gòu)，配氣機構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點火系和起動系組成；柴油機由以上兩大機構(gòu)和四大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系和起動系組成，柴油機是壓燃的，不需要點火系。 --冷卻系統(tǒng)的循環(huán)淺解和常見零部件 　　提起冷卻系統(tǒng)，大多數(shù)開車人都知道冷卻液、水泵、散熱器、節(jié)溫器等等冷卻系統(tǒng)中的零部件；但冷卻系統(tǒng)是如何在進行循環(huán)，知道的人就相對少了許多。在冷卻系統(tǒng)中，其實有兩個散熱循環(huán)：一個是冷卻發(fā)動機的主循環(huán)，另一個是車內(nèi)取暖循環(huán)。這兩個循環(huán)都以發(fā)動機為中心，使用是同一冷卻液。 　　一、冷卻發(fā)動機的主循環(huán)：這主循環(huán)中包括了兩種工作循環(huán)，即“冷車循環(huán)”和“正常循環(huán)”。冷車著車后，發(fā)動機在漸漸升溫，冷卻液的溫度還無法打開系統(tǒng)中的節(jié)溫器，此時的冷卻液只是經(jīng)過水泵在發(fā)動機內(nèi)進行“冷車循環(huán)”，目的是使發(fā)動機盡快地達到正常工作溫度。隨著發(fā)動機的溫度，冷卻液溫度升到了節(jié)溫器的開啟溫度(通常這溫度在80攝氏度后)，冷卻循環(huán)開始了“正常循環(huán)”。這時候的冷卻液從發(fā)動機出來，經(jīng)過車前端的散熱器，散熱后，再經(jīng)水泵進入發(fā)動機。 　　二、車內(nèi)取暖的循環(huán)：這是一個取暖循環(huán)，但對于發(fā)動機來說，它同樣是一個發(fā)動機的冷卻循環(huán)。冷卻液經(jīng)過車內(nèi)的采暖裝置，將冷卻液的熱量送入車內(nèi)，然后回到發(fā)動機。有一點不同的是：取暖循環(huán)不受節(jié)溫器的控制，只要打開暖氣，這循環(huán)就開始進行，不管冷卻液是冷的、還是熱的。 　　粗略介紹了冷卻循環(huán)，現(xiàn)在來介紹和分析各零部件的工作和可能的故障。在整個冷卻系統(tǒng)中，冷卻介質(zhì)是冷卻液(或者水)，主要零部件有節(jié)溫器、水泵、水泵皮帶、散熱器、散熱風(fēng)扇、水溫感應(yīng)器、蓄液罐、采暖裝置(類似散熱器)。 　　1)冷卻液：由于不清楚國內(nèi)汽車用液的情況，不敢亂說。在北美，汽車一年四季使用同一冷卻液，從不用水來冷卻，冷卻液的濃度是根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖畹蜌鉁厍闆r配制。不過，從效果上說，冷卻液不如水。 　　2)節(jié)溫器：從介紹冷卻循環(huán)時，可以看出節(jié)溫器是決定走“冷車循環(huán)”，還是“正常循環(huán)”的。節(jié)溫器在80攝氏度后開啟，95攝氏度時開度最大。節(jié)溫器不能關(guān)閉，會使循環(huán)從開始就進入“正常循環(huán)”，這樣就造成發(fā)動機不能盡快達到或無法達到正常溫度。節(jié)溫器不能開啟或開啟不靈活，會使冷卻液無法經(jīng)過散熱器循環(huán)，造成溫度過高，或時高時正常。隨便添一句：因節(jié)溫器不能開啟而引起過熱時，散熱器上下兩水管的溫度和壓力會有所不同。 　　3)水泵：水泵是起循環(huán)作用的。水泵的故障通常為水封的損壞造成漏液，軸承毛病使轉(zhuǎn)動不正?；虺雎?。 　　4)水泵皮帶：在出現(xiàn)發(fā)動機過熱現(xiàn)象時，最先應(yīng)該注意的是水泵皮帶，檢查皮帶是否斷裂或松動。 　　5)散熱器：散熱器常見故障為漏液，如果是滲漏，可以用堵漏液堵漏。其實，散熱器上還有一個重要的小零件，就是散熱器蓋，這小零件很容易被忽略。隨著溫度變化，冷卻液會“熱漲冷縮”，散熱器器因冷卻液的膨脹而內(nèi)壓增大，內(nèi)壓到一定時，散熱器蓋開啟，冷卻液流到蓄液罐；當(dāng)溫度降低，冷卻液回流入散熱器。如果蓄液罐中的冷卻液不見減少，散熱器液面卻有降低，那么，散熱器蓋就沒有工作！ 　　6)散熱風(fēng)扇：正常行駛中，高速氣流已足以散熱，風(fēng)扇一般不會在這時候工作；但在慢速和原地運行時，風(fēng)扇就可能轉(zhuǎn)動來助散熱器散熱。風(fēng)扇的起動由水溫感應(yīng)器控制。 　　7)水溫感應(yīng)器：水溫感應(yīng)器其實是一個溫度開關(guān)，當(dāng)發(fā)動機進水溫度超出90攝氏度以上，水溫感應(yīng)器將接通風(fēng)扇電路。如果循環(huán)正常，而溫度升高時，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，水溫感應(yīng)器和風(fēng)扇本身就需要檢查。 　　8)蓄液罐：蓄液罐的作用是補充冷卻液和緩沖“熱漲冷縮”的變化，所以不要加液過滿。如果蓄液罐完全用空，就不能僅僅在罐中加液，需要開啟散熱器蓋檢查液面并添加冷卻液，不然蓄液罐就失去功用。 　　9)采暖裝置：采暖裝置在車內(nèi)，一般不太出問題。從循環(huán)介紹可以看出，此循環(huán)不受節(jié)溫器控制，所以冷車時打開暖氣，這個循環(huán)是會對發(fā)動機的升溫有稍延后的影響，但影響實在不大，不用為了讓發(fā)動機升溫而使人凍著。也正因為這循環(huán)的特點，在發(fā)動機出現(xiàn)過熱的緊急情況下，打開車窗，暖氣開大最大，對發(fā)動機的降溫會有一定的幫助。 --汽油發(fā)動機的點火系統(tǒng)的電子控制 　　一.電子控制點火系統(tǒng)的信號輸入 　　在有微處理器控制的點火系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)輸入多個傳感器信號： 基準(zhǔn)位置、曲軸轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、水溫、進氣壓力（或進氣流量）、節(jié)氣門位置等等。 　　常見的脈沖信號發(fā)生器有磁脈沖發(fā)生器、金屬探測傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器和光電傳感器。 　　二.電子控制點火系統(tǒng)的控制策略 　　在微處理器控制的點火系統(tǒng)中，電控單元（ECU）不僅可以產(chǎn)生一個點火信號，而且還可以對點火信號的位置（決定點火時刻）和形狀（決定初級回路閉合角的大小）進行控制，因而控制系統(tǒng)的控制策略在很大程度上決定著點火系統(tǒng)的優(yōu)劣和發(fā)動機性能指標(biāo)的好壞。 　　1、點火提前角的控制方法 　　ECU根據(jù)汽油機的各種工況信號對點火時刻進行控制。首先根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和進氣壓力信號從存儲器存的數(shù)據(jù)中找到相應(yīng)的基本點火提前角，然后根據(jù)有關(guān)傳感器信號值加以修正，得出實際的點火提前角。實際點火提前角由三部分組成：初始點火提前角、基本點火提前角和修正點火提前角。 　　點火提前角的修正：暖機修正、過熱修正、空燃比反饋修正、怠速穩(wěn)定性的修正、爆震修正、最大和最小提前角控制 　　2、閉合角的控制方法 　　點火線圈的通電時間就是它以建立磁場的形式蓄積點火能量的時間，這段時間所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角叫做閉合角。通電時間控制的原則是在不影響火花放電的前提下，保證點火線圈有足夠的時間蓄積能量而又不會造成過熱損失和破壞。 　　三.曲軸位置的測量方法 要做到對點火時刻的控制就必須精確測量曲軸的位置（在順序噴射的燃油噴射系統(tǒng)中噴油時刻的控制也需測量曲軸的位置），方法主要有：計數(shù)器延時技術(shù)法、1度曲軸轉(zhuǎn)角計數(shù)法、脈沖計數(shù)和延時計數(shù)綜合法。 　　四.爆震控制 當(dāng)發(fā)生劇烈爆震時，發(fā)動機各部分溫度上升，使輸出功率下降，嚴(yán)重時還會引起活塞燒結(jié)、活塞環(huán)粘著、軸承破壞和氣門燒蝕等。推遲點火可以減輕甚至避免爆震，保震控制的目的就是根據(jù)爆震傳感器的信號調(diào)整點火時刻使汽油發(fā)動機工作在臨界爆震狀態(tài)。 　　五.無分電器點火系統(tǒng)的控制（電子配電控制） 　　無分電器點火系統(tǒng)由于取消了分電器，所以可以消除配電部分的磨損和能量損失。同時由于配電部分不再有火花放電現(xiàn)象，所以極大地減少了電磁干擾。 　　無分電器點火系統(tǒng)，根據(jù)結(jié)構(gòu)和點火方式的不同，可以分為兩缸同時點火（冗余火花方式）和每缸獨立點火兩種。 --可燃混合氣的形成與燃燒知識 一．可燃混合氣的形成與燃燒 　　柴油機可燃混合氣的形成和燃燒都是直接在燃燒室內(nèi)進行的。當(dāng)活塞接近壓縮上止點時，柴油噴入氣缸，與高壓高溫的空氣接觸，混合，經(jīng)過一系列的物理，化學(xué)變化才開始燃燒。之后便是邊噴射，邊燃燒。其混合氣的形成和燃燒是一個非常復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程，其主要特點是： 　　（1）燃料的混合和燃燒是在氣缸內(nèi)進行的。 　?。?）混合與燃燒的時間很短0.0017～0.004秒（氣缸內(nèi)） 　?。?）柴油粘度大，不易揮發(fā)，必須以霧狀噴入。 　?。?）可燃混合氣的形成和燃燒過程是同時，連續(xù)重疊進行的，即邊噴射，邊混合，邊燃燒。 二．可燃混合氣的形成與燃燒大體分四個時期 　?。?）備燃期: 從噴油開始→開始著火燃燒為止 　　噴入氣缸中的霧狀柴油并不能馬上著火燃燒，氣缸中的氣體溫度，雖然已高于柴油的自燃點，但柴油的溫度不能馬上升高到自燃點，要經(jīng)過一段物理和化學(xué)的準(zhǔn)備過程。也就是說，柴油在高溫空氣的影響下，吸收熱量，溫度升高，逐層蒸發(fā)而形成油氣，向四周擴散并與空氣均勻混合（物理變化）。 　　隨著柴油溫度升高，少量的柴油分子首先分解，并與空氣中的氧分子進行化學(xué)反映，具備著火條件而著火，形成了火源中心，為燃燒作好了準(zhǔn)備。這一時期很短，一般僅為0.0007～0.003 秒。 　?。?）速燃期 :從燃燒開始→氣缸內(nèi)出現(xiàn)時為止 　　火源中心已經(jīng)形成，已準(zhǔn)備好了的混合氣迅速燃燒，在這一階段由于噴入的柴油幾乎同時著火燃燒，而且是在活塞接近上止點，氣缸工作容積很小的情況下進行燃燒的，因此，氣缸內(nèi)的壓力P迅速增加,溫度升高很快。 　?。?）緩燃期 :從出現(xiàn)→出現(xiàn)為止 這一階段噴油器繼續(xù)噴油，由于燃燒室內(nèi)的溫度和壓力都高，柴油的物理和化學(xué)準(zhǔn)備時間很短，幾乎是邊噴射邊燃燒。但因為氣缸中氧氣減少，廢氣增多，燃燒速度逐漸減慢，氣缸容積增大。所以氣缸內(nèi)壓力略有下降，溫度達到最高值，通常噴油器已結(jié)束噴油。 　?。?）后燃期 :緩燃期以后的燃燒 　　這一時期，雖然不噴油，但仍有一少部分柴油沒有燃燒完，隨著活塞下行繼續(xù)燃燒。后燃期沒有明顯的界限，有時甚至延長到排氣沖程還在燃燒。后燃期放出的熱量不能充分利用來作功，很大一部分熱量將通過缸壁散至冷卻水中，或隨廢氣排出，使發(fā)動機過熱，排氣溫度升高，造成發(fā)動機動力性下降，經(jīng)濟性下降。 因此，要盡可能地縮短后燃期。 　　綜上所述，要使燃燒過程進行得好，混合氣形成的好環(huán)是關(guān)鍵，所以對混合氣形成的要求如下： 　?、?必須要有足夠的空氣量和適當(dāng)?shù)牟裼土俊? 　　因為柴油燃燒放出熱量是由于柴油和空氣中的氧氣在一定溫度和壓力條件下產(chǎn)生化學(xué)作用的結(jié)果，所以空氣與柴油是放熱的兩個重要因素。 空氣量與柴油量比例不同，所形成的可燃混合氣的成分也就不同，一般要求：α=1.3～1.5 ；α過大，混合氣過稀，燃燒速度慢，散發(fā)熱量多，Ne↓ ；α 過小，混合氣過濃，燃燒不完全，油耗增加，冒黑煙，經(jīng)濟性變壞?？梢姦潦怯绊懓l(fā)動機功率和油耗的重要因素。 　?、?噴油時刻要準(zhǔn)確，混合氣形成的規(guī)律應(yīng)合適　 　　氣缸中燃燒過程的主要放熱階段應(yīng)該是上止點稍后，容積小可得到較高的壓力，熱效率高，熱損失小，所以要求噴油時刻要準(zhǔn)確。噴油過早，過晚對發(fā)動機工作都是不利的。 　　過早：混合氣提前形成，并在活塞到達上止點前像爆炸似的同時著火燃燒，結(jié)果給正在上行的活塞造成一個短時間阻力，并嚴(yán)重"敲缸"工作粗暴。 　　過遲：混合氣在活塞下行時才開始形成和燃燒，結(jié)果燃燒空間增大，從氣缸壁面?zhèn)髯叩臒崃吭黾?，造成發(fā)動機過熱，燃燒壓力降低（P↓）氣體壓力推動活塞的效果減小，甚至有可能使部分混合氣來不及燃燒而隨廢氣排出去，使Ne↓。 　　最好的噴油時刻與燃燒室的型式和發(fā)動機轉(zhuǎn)速有關(guān)，對于一定結(jié)構(gòu)的發(fā)動機在規(guī)定轉(zhuǎn)速下，可通過試驗找到一個功率大，油耗低的最好噴油時刻，通常用曲軸距活塞到達上止點的轉(zhuǎn)角表示，稱為噴油提前角。 　?、?噴油質(zhì)量應(yīng)與燃燒室形狀相適應(yīng)，形成均勻的混合氣　 　　霧化良好：噴油泵和噴油器的噴射質(zhì)量應(yīng)與燃燒室相適應(yīng)。 　　燃燒室的形狀：空氣產(chǎn)生相應(yīng)流動來促進混合。 　?、?氣流的攪動，燃料的性能　 　　燃燒室的形狀，切向進氣，形成渦流，有利于混合，柴油的16烷值高，則自燃點低，備燃期短。 三．改善燃燒性能的途徑 　　進氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、燃燒室、燃料。根據(jù)可燃混合氣的形成與燃燒過程得知柴油機要求：備燃期要短，速燃期壓力升高要快才能使動力性、經(jīng)濟性好、工作柔和、不冒煙。 　　因為柴油揮發(fā)性差，混合時間短，要求混合均勻，燃燒完全就必須要求噴射壓力高，霧化好，噴射質(zhì)量要滿足燃燒室形狀的要求。 四．燃燒室（圖5-2） 　?。?）定義：當(dāng)活塞到達上止點時，氣缸蓋和活塞頂組成的密閉空間稱為燃燒室。 　?。?）分類：分統(tǒng)一式燃燒室和分隔式燃燒室兩大類。 　　統(tǒng)一式燃燒室由凹頂活塞頂部與氣缸蓋底部所包圍的單一內(nèi)腔，幾乎全部容積都在活塞頂面上。燃油自噴油器直接噴射到燃燒室中，借噴出油注的形狀和燃燒室形狀的匹配，以及燃燒室內(nèi)空氣渦流運動，迅速形成混合氣。所以又叫做直接噴射式燃燒室。 　?。?）構(gòu)造：缸蓋底面是平的，活塞頂部下凹（ω型、淺盆型、球型、U型） 　　ω型燃燒室（圖5-3）：柴油直接噴射在活塞頂?shù)臏\凹坑內(nèi)，噴射的柴油霧化要好，而且要均勻地分布在空氣中。要求噴射壓力高，一般17～22MPa，要求霧化質(zhì)量高，因此，采用多孔噴咀，孔數(shù)一般為6～12個。 　　優(yōu)點：形狀簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，燃燒室與水套接觸面積小，散熱少，可減少熱損失，熱效率高，經(jīng)濟性較好。 　　缺點：工作粗暴，噴射壓力高，制造困難，噴孔易堵。 　　球形燃燒室（圖5-4）：空氣由缸蓋螺旋形進氣道以切線方向進入氣缸，繞氣缸軸線作高速螺旋轉(zhuǎn)動，并一直延續(xù)到壓縮行程。噴油器沿氣流運動的切線方向噴入柴油，使絕大部分柴油直接噴射在燃燒室壁面上形成油膜。小部分柴油霧珠散布在壓縮空氣中，并迅速蒸發(fā)燃燒，形成火源。油膜一方面受灼熱的燃燒室壁面的加溫，同時又受已燃柴油的高溫輻射，使柴油機逐層蒸發(fā)，與渦流空氣邊混合邊燃燒。 　　優(yōu)點：工作柔和，噪音小，又叫輕聲發(fā)動機。 　　缺點：起動困難，螺旋形進氣道，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難。 分隔式燃燒室由兩部分組成，一部分位于活塞頂與氣缸底面之間，稱為主燃燒室，另一部分在氣缸蓋中，稱為副燃燒室。這兩部分由一個或幾個孔道相連。 　　分隔式燃燒室的常見型式有渦流室燃燒室和預(yù)燃室燃燒室兩種。 　　渦流室式燃燒室（圖5-5）:它的副燃燒室是球形或圓柱形的渦流室，其容積約占燃燒室總?cè)莘e的50%～80%，渦流室有切向通道與主燃燒室相通。在壓縮行程中，氣缸內(nèi)的空氣被活塞推擠，經(jīng)過通道進入渦流室，形成強烈地有組織的高速旋轉(zhuǎn)運動（幾百轉(zhuǎn)/分）柴油噴入渦流室中，在空氣渦流的作用下，形成較濃的混合氣。部分混合氣在渦流室中著火燃燒，已然與未然的混合氣高速（經(jīng)通道）噴入主燃燒室，借活塞頂部的雙渦流凹坑，產(chǎn)生第二次渦流。促使進一步混合和燃燒。 　　要求：順氣流方向噴射，由于渦流運動促進了混合氣的形成與燃燒，可采用較大孔徑的噴油器，噴射壓力也較低（12～14 MPa） 　　優(yōu)點：所以工作柔和，空氣利用率較高，噴射壓力也較低。 　　缺點：熱損失大，經(jīng)濟性差，起動困難。 　　預(yù)燃室燃燒室（圖5-6）: 缸蓋上有預(yù)燃室，占燃燒室總?cè)莘e的1/3，預(yù)燃室與主燃室有通道，活塞為平頂。因為通道不是切向的，所以壓縮時不產(chǎn)生渦流。連通預(yù)燃室與主燃室的孔道直徑較小，由于節(jié)流作用產(chǎn)生壓力差，使預(yù)燃室內(nèi)形成紊流運動，油束大部分射在預(yù)燃室的出口處，只有少部分與空氣混合（出口處較濃，而上部較?。喜恐鸷?，產(chǎn)生高壓，已燃的和出口處較濃的混合氣一同高速噴入主燃燒室，在主燃燒室內(nèi)產(chǎn)生強烈的燃燒攏流運動，使大部分燃料在主燃燒室內(nèi)混合和燃燒。 　　優(yōu)缺點與渦流室燃燒室基本相同。 --汽車發(fā)動機的運行平穩(wěn)性分析 　　一般來講，氣缸數(shù)目越多，運行越平穩(wěn)，發(fā)動機的價格也越貴。以往復(fù)活塞式內(nèi)燃機為例，燃料在氣缸中燃燒，推動活塞做功，使汽車克服阻力運動。發(fā)動機要連續(xù)運行，就必須有循環(huán)周期，按照吸氣、壓縮、做功、排氣的動作周而復(fù)始地運行。其中吸氣、壓縮、排氣都是耗功的。一般的四沖程發(fā)動機每個氣缸的活塞來回四次，也就是曲柄要旋轉(zhuǎn)兩周才做功一次。因此單靠一個氣缸工作是比較困難的。就象我們踩自行車，單腳踩很費勁。 　　踩過自行車的人都知道，踏板從上到下運動時腳能用上力，踏板從下往上運動時腳就用不上勁了，要靠慣性使車連續(xù)運動。 　　實際上，蹬自行車最有效的位置大約只有90度左右，如圖所示。即使兩只腳一起蹬，中間一些位置仍然是空的，要靠慣性維持運動。發(fā)動機也一樣，如果氣缸的數(shù)目比較少，就會產(chǎn)生動力不連續(xù)現(xiàn)象，影響運行的平穩(wěn)性。 　　如果兩個人踩一部自行車，情況就不同了。可以把四只腳用力的時間均勻分布在90度間隔，四個90度剛好是一周，動力就不會出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象了。 　　四沖程汽車發(fā)動機的一個氣缸做功一次對應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)兩周，即720度。所以，一般4缸發(fā)動機曲軸的相位角為180度，6缸發(fā)動機的曲軸相位角為120度，而8缸則是90度。缸數(shù)越多，前后依次做功的間隔角度就越小，就越不會發(fā)生動力斷續(xù)的情況，運行的平穩(wěn)性就越好。 　　但是，為什么同樣缸數(shù)的發(fā)動機，運行狀況有很大不同？多缸是發(fā)動機運行平穩(wěn)的一個重要條件，但不是唯一的條件，其實影響發(fā)動機振動的原因是很多的，其中慣性力就是一個重要的因素。 　　發(fā)動機內(nèi)高速運動的零部件會產(chǎn)生很大的慣性力，造成發(fā)動機的劇烈振動。雖然對于定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件如曲柄可以通過動平衡方法減少由于慣性力對軸承產(chǎn)生的動壓力，但對于缸數(shù)多曲軸長的情況，會因旋轉(zhuǎn)慣性力而產(chǎn)生內(nèi)力矩，使曲軸產(chǎn)生彎曲，影響運行平穩(wěn)性。因此現(xiàn)在6缸以上高速發(fā)動機氣缸大都采用V型排列，縮短曲軸長度。 　　而對于非定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件，如曲柄連桿機構(gòu)中活塞和連桿的運動所產(chǎn)生的慣性力是無法在構(gòu)件內(nèi)部得到平衡的，這些慣性力的存在會使發(fā)動機發(fā)生搖晃。對于這種類型慣性力的平衡稱為“機構(gòu)在機座上的平衡”，涉及更加復(fù)雜的技術(shù)。 　　此外，對于多缸發(fā)動機而言，由于結(jié)構(gòu)的差異、各零件制造尺寸加工誤差及材料密度的均勻性，都會影響到整機的平穩(wěn)性。 　　慣性力的平衡是發(fā)動機設(shè)計和制造中的一個關(guān)鍵問題，只有通過精心的設(shè)計和精確的測試手段，才能夠把慣性力的影響減至最小，品牌的差異在此亦可以略見一斑了。 -汽車發(fā)動機技術(shù)的現(xiàn)狀與未來發(fā)展 　　內(nèi)燃機的發(fā)明，帶動了汽車的發(fā)展，給世人在“行”上帶來極大的便利，使得窨距離縮小，人們的工作速度得以提高。近年來隨著電子技術(shù)的發(fā)展，又使汽車發(fā)動機如虎添翼，成為高新技術(shù)的集成。 　　汽車用內(nèi)燃機作動力并發(fā)展成為支柱產(chǎn)業(yè)，在歷史上有幾次革命性的進步，第一次是石油作為內(nèi)內(nèi)燃機的燃料，這使發(fā)動機擺脫了最初建立在煤氣為燃料基礎(chǔ)上的固定式發(fā)動機，從而邁向移動式的車用動力。第二次革命是汽車生產(chǎn)的工業(yè)化。第三次是電子技術(shù)與發(fā)動機技術(shù)相結(jié)合。電子技術(shù)最初在汽油機上的應(yīng)用是實現(xiàn)電子點火，然后到電控燃油噴射，至今天點火和噴射的集成管理。 　　短短幾十年，發(fā)動機成為高新技術(shù)的集成。無論是燃油經(jīng)濟性、動力性、廢氣排放水平等等，是任何一種其他動力機械所無法比擬的。這一切都來源于電子技術(shù)發(fā)揮的作用。 　　電子技術(shù)是發(fā)動機現(xiàn)代化的靈魂 　　汽油機的燃油電子噴射 相比于過去采用的化油器，燃油電子噴射系統(tǒng)可以的燃油計量精確度上有較大幅度的提高。因此，采用電子控制燃油噴射的汽油機，其經(jīng)濟性和動力性有很大的提高，使對混合氣濃度要求的三效催化轉(zhuǎn)化器降低排放成為可能。 　　電子控制燃油噴射從單點式發(fā)展到多點式。這使汽油機不僅在動力性上仍舊能保持其密度的特點，而且其燃油性幾乎可以和柴油機相媲美。有人甚至稱汽油直接噴射是汽油機的一次革命。汽油直接噴射技術(shù)已經(jīng)在日本三菱、豐田和日產(chǎn)的一些發(fā)動機上應(yīng)用。歐洲的一些汽車公司如德國大眾、法國雷諾等也在發(fā)展之中。 　　汽油機點火和管理系統(tǒng) 汽油機是電火花點燃混合氣的點燃式發(fā)動機?；鸹ǖ陌l(fā)生過去是依靠點火系統(tǒng)內(nèi)的機械式白金斷電器來完成的。斷電器在高速運轉(zhuǎn)下很容易磨損并燒蝕，從而使發(fā)動機出現(xiàn)失火，造成動力性下降和有害排放物激增的后果。 　　采用電磁式或霍爾式無觸點的斷電器便徹底解決汽油機運轉(zhuǎn)過程中動力下降的排放增加的難題，也大大地減少了發(fā)動機的維修和保養(yǎng)工作?，F(xiàn)代的高性能汽油機已經(jīng)毫無例外地采用了電子控制的無觸點點火系統(tǒng)。 　　汽油機的可變氣門定時和升程系統(tǒng) 發(fā)動機的氣門是控制進氣與換氣過程的基本機構(gòu)，主要的控制參數(shù)是氣門定時和升程。對應(yīng)于一定的運行工況，要求的定時和升程各不相同。但一般發(fā)動機一經(jīng)制造出后，氣門機構(gòu)的定時和升程便不能改變，這勢必造成部分工況不能在最優(yōu)的狀態(tài)下，動力性、經(jīng)濟性和排放品質(zhì)達到最優(yōu)。 　　以日本本田思域車用發(fā)動機為例，1.5升排量、非增壓的直列4缸汽油機，采用VTEC系統(tǒng)后，功率由70kW提高至100kW。目前正在發(fā)展的完全電子控制的氣門機構(gòu)，可以取消汽油機的節(jié)氣門，進氣量大小完全由氣門定時和升程決定。這樣可以使汽油機燃料經(jīng)濟性再提高一步。 　　柴油機的高壓共軌噴射和可預(yù)噴的泵噴嘴技術(shù) 柴油機的高壓噴射是實現(xiàn)高動力性、經(jīng)濟性和低排放的關(guān)鍵。但柴油機的工作噪聲比較大一直是限制其發(fā)展的主要障礙。燃油預(yù)噴是解決柴油機燃燒噪聲的關(guān)鍵電子控制的高壓共軌噴射和預(yù)噴的泵噴嘴技術(shù)已經(jīng)可以成功解決這一難題。目前國際上已經(jīng)發(fā)展了可以將少部分燃油預(yù)先噴進氣缸，這樣便大幅度降低了燃燒噪聲，甚至可以與汽油機相媲美。 　　這一技術(shù)使柴油機從大量應(yīng)用于固定動力裝置和載重車，進到汽油機傳統(tǒng)的轎車領(lǐng)域。在歐洲，截止到2000年，已經(jīng)有近30%的轎車采用柴油機作動力。其中應(yīng)有相當(dāng)數(shù)量采用上述燃油噴射系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上發(fā)展的100公里僅耗油3升的轎車，就是采用帶預(yù)噴的電控泵噴嘴燃油噴射系統(tǒng)。 　　噴嘴截面可調(diào)的增壓器 廢氣渦輪增壓技術(shù)是上世紀(jì)60年代后得到大量應(yīng)用的技術(shù)，不僅可以大幅度提高發(fā)動機的功率輸出，而且可以相應(yīng)地減少燃油消耗。目前這一技術(shù)在柴油機上得到廣泛應(yīng)用。歐美的柴油機約95%都采用廢氣渦輪增壓。 　　但是增壓器自身的質(zhì)量使加速響應(yīng)和低速性能受到影響，造成低速扭矩下降、排煙增加。要想彌補這一缺陷，簡單的方法是犧牲高速性能或犧牲一定的經(jīng)濟性，變截面噴嘴技術(shù)便解決了這個難題。采用這項技術(shù)，低速時減少噴嘴截面減小排氣阻力，從而使發(fā)動機的扭矩特性得到大幅度提高，廢氣排放品質(zhì)也相應(yīng)得到改善。 　　廢氣再循環(huán)技術(shù) 發(fā)動機燃燒過程中以空氣為助燃劑，空氣中的氮氣會在燃燒中與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生對環(huán)境有害的氮氧化物（NOx），限制發(fā)動機的廢氣排放物NOx就是其中之一。為了降低NOx排放，最有效的措施之一就是將一部分廢氣再次返回進氣中參加燃燒以降低燃燒溫度，同時也減少了NOx的排放。問題是廢氣怎樣加入才會既不影響發(fā)動機的正常工作，而又達到降低NOx排放的目的。 　　比如汽油機，部分負荷時本來就有大量廢氣留在缸內(nèi)，增加廢氣將會使發(fā)動機工作不正常，有害排放物增加，因此，廢氣再循環(huán)只有在一部分工況時工作才能實現(xiàn)其降低NOx排放，同時不影響發(fā)動機工作的目的。電子控制技術(shù)提供了這種可能。目前先進工業(yè)國的汽車為了滿足歐洲Ⅲ號以上的排放法規(guī)，無論是汽油機還是柴油機都采用電子控制的廢氣再循環(huán)技術(shù)。 　　如此等等可以見到，現(xiàn)代發(fā)動機的幾乎所有最新技術(shù)都與電子技術(shù)緊密結(jié)合，電子技術(shù)是使發(fā)動機成為當(dāng)今集高新技術(shù)于一身的高技術(shù)產(chǎn)品的靈魂。目前已有電動風(fēng)扇取代機械風(fēng)扇，將來會以電動水泵取代機械水泵，將會把起動機、發(fā)電機和飛輪合成一體，氣門也采用電動，汽油機不再需要節(jié)氣門。 　　這樣汽車的冷車加熱時間更短，運行中的剎車能量、下坡能量都能得以回收，將會使發(fā)動機更加經(jīng)濟。未來的發(fā)動機除還繼續(xù)需要燃料燃燒，還需要曲柄連桿機構(gòu)輸出動力之外，其余的部件均可以由電子、液壓來控制，成為真正的機、電、液一體化的產(chǎn)品。 　　發(fā)動機燃料正向多樣化過渡 　　車用發(fā)動機的燃料最初采用的是煤氣。隨著石油的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，才使汽車發(fā)動機真正成為人類的得力工具。目前主要的汽車發(fā)動機燃料仍然是汽油和柴油。由于石油是化工燃料，總有被采盡的一天，那么未來的發(fā)動機供求矛盾隨著石油燃料的枯竭而退出歷史舞臺嗎？這是人們普遍關(guān)心的大問題。應(yīng)該說，這種擔(dān)心是合理的。 　　但根據(jù)目前的資料顯示，全球的石油資源至少在未來的40～50年內(nèi)還不會出現(xiàn)完全枯竭的情況。隨著人類對全球資源的進一步調(diào)查，還會發(fā)現(xiàn)一些過去沒有勘探到的資源。另外，采油技術(shù)的進步也會提高石油的儲采比，會把一些過去認(rèn)為不能采或采不到的資源采出來。但是無論怎樣，石油資源會有枯竭的一天，因此人們已經(jīng)在探索石油后的發(fā)動機燃料并已取得很大的進展。 　　醇類燃料 醇類作為燃料主要有乙醇和甲醇。乙醇來自生物質(zhì)，如糧食、木材等，這是最理想的燃料，因為乙醇可以實現(xiàn)二氧化碳的全球循環(huán)平衡，只要有太陽照射，植物就可以實行光合作用，便可實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 　　一些國家如巴西便把其蔗渣經(jīng)發(fā)酵后生產(chǎn)乙醇，然后大量摻入汽油作燃料，醇汽油是該國的標(biāo)準(zhǔn)汽車燃料。除巴西外，美國也將其汽油摻入部分乙醇燃料使用。我國去年也啟動了燃料乙醇的項目，并在河南、山東、吉林等若干省份作試點。乙醇作燃料在現(xiàn)有汽油機上應(yīng)用是完全可以的，幾乎可以不要改動發(fā)動機。今后的問題是如何擴大產(chǎn)量。 　　甲醇是可以由煤和天然氣生產(chǎn)的產(chǎn)品。其燃燒速度快，燃燒時無煙、無焰，NOx排放低，熱值約為汽油的一半。全球的煤資源與石油相比要大的多，按目前的能源消耗水平，至少還可以用幾百年，因此，甲醇是最有發(fā)展前景的發(fā)動機燃料。目前在點燃式發(fā)動機上燃用甲醇是完全可以的，除燃油系統(tǒng)的個別密封件需要更換外，基本不需對原發(fā)動機進行改裝。但壓燃式發(fā)動機應(yīng)用仍然需要采用一些特殊技術(shù)。無論怎樣甲醇作為燃料已經(jīng)提供人們一個光明的前景。 　　二甲基醚 這是一種