汽车发动机检测与维修实训：项目发动机总成的解体

项目目的

1）熟悉发动机各组成零部件。

2）熟练掌握发动机总成的拆卸方法。

3）熟悉发动机总成的解体作业注意事项，避免人身伤害及财产损失。

项目内容

桑塔纳2000发动机总成的分解。

相关知识

1.概论

内燃式发动机是将燃料和空气输入气缸内部进行燃烧，燃料的化学能通过热能转化为机械能的机器。汽车发动机使用石油提炼物作为燃料，为降低或消除燃料燃烧后产生的有害气体，国内外汽车生产企业都致力于燃料充分燃烧和排气净化的控制装置的开发工作。

汽车上广泛使用的内燃式发动机是往复活塞式内燃机，又称为发动机，具有单机功率大（0.6～16860kW）、热效率高（汽油机略高于0.3，柴油机达0.4左右）、体积小、质量轻、操作简单，便于移动和起动性能好等优点，被广泛应用于火车、工程机械、拖拉机、发电机组、船舶、坦克、排灌机械等动力装置上。

根据发动机不同的特征，可以有不同的分类方法。

1）根据使用燃料不同，发动机有汽油机、柴油机、天然气机等，目前汽车使用较多的是汽油机和柴油机。

2）按实现循环的行程数不同，发动机分为四冲程发动机和二冲程发动机。发动机内部每完成一次化学能向机械能的转变，称之为一个工作循环，活塞改变一次运动方向称为一个行程。四冲程发动机是指每个工作循环活塞往复移动四个行程，曲轴转两圈；二冲程发动机中每个工作循环活塞往复移动两个行程，曲轴转一圈。四冲程发动机主要用于汽车，二冲程发动机主要用于摩托车。

3）按冷却方式不同，发动机可分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机以冷却液体为工作介质，一般用于功率相对较大的汽车发动机上；风冷发动机以空气为工作介质，一般用于功率较小的摩托车上。

4）按点火方式不同，发动机可分为压燃式发动机和点燃式发动机。压燃式发动机是利用气缸内空气被压缩后产生的高温，达到燃料自燃点而引起燃料自行燃烧，目前汽车发动机采用的柴油机大多数属于压燃式。点燃式发动机是利用火花塞发出的电火花强制点燃燃料，使燃料强行着火燃烧，如汽油机、煤气机。

5）按可燃混合气形成方法不同，发动机可分为外部形成混合气的发动机和内部形成混合气的发动机。外部形成混合气的发动机是燃料和空气在气缸外部先混合然后进入气缸，如汽油机。内部形成混合气的发动机是燃料在临近压缩终了时喷入气缸，在气缸内部与空气混合，如柴油机。

6）按进气方式不同，发动机可分为自然吸气式发动机和增压式发动机。自然吸气式发动机靠活塞下行的抽吸作用使空气或混合气进入气缸。增压式发动机是在发动机上加装了增压器，使进入气缸的气体预先经过压气机压缩后再进入气缸，发动机运行过程中，进入气缸的气体更多，增大了发动机的功率。

7）按气缸数目不同，发动机分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机，一般用于摩托车上；有两个或两个以上气缸的发动机称为多缸发动机，汽车用发动机一般在三缸或三缸以上。

8）按气缸的排列型式不同，常见的有直列发动机和V型发动机。所有气缸中心线在同一垂直平面内的发动机称为直列发动机，多用于六缸以下及功率不太大的发动机；所有气缸呈两列布置，且两列气缸之间呈一定夹角的称为V型发动机，多用于六缸以上且功率较大的发动机上。

2.汽油发动机总体结构

汽车发动机种类繁多，结构复杂，它是由许多机构和部件组成的复杂机器。现代汽车广泛采用的汽油发动机具体结构形式更是多种多样，但作为一种能量转化装置，可以认为它是由机体组、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、点火系统、润滑系统、冷却系统和起动系统组成的，如图3⁃1所示。

（1）机体组 机体组是发动机的骨架，支承着安装在发动机上的其他零部件，本身的一些部件又是曲柄连杆机构、配气机构、冷却系统和润滑系统的组成部分，在发动机工作过程中承受高温、高压作用。一般由油底壳、气缸体、气缸盖和气缸盖罩组成。

（2）曲柄连杆机构 它利用活塞顶接受气缸内的燃气压力，并将其转变为曲轴的转矩而对外输出机械能。一般由活塞、连杆、曲轴、飞轮等组成。

图3⁃1 汽车发动机的总体结构

1—机油集滤器 2—曲轴正时齿轮 3—正时齿带张紧轮 4—正时齿带 5—凸轮轴正时带轮 6—凸轮轴 7—摇臂 8—挺柱 9—进气门 10—排气门 11—活塞 12—连杆 13—曲轴 14—机油泵

（3）配气机构 它按照发动机工作次序和工作循环的要求，按时开闭进、排气门，使新鲜空气进入气缸，及时排出燃烧后的废气。一般由气门组和气门传动组组成。

（4）燃料供给系统 它按照发动机工作次序和工作循环的要求，按时、定量地向发动机供给所工作需要的燃料，并将多余的燃料流回油箱，燃烧后的废气排出发动机。一般由空气滤清器、进气管、燃油箱、输油泵、燃油滤清器、喷油器、排气管和排气消声器等组成。

（5）点火系统 按照发动机工作循环的要求，以足够的点火能量，按时地点燃发动机气缸内的可燃混合气。一般由蓄电池、点火线圈、分电器和火花塞组成。

（6）润滑系统 它对发动机工作过程中有相对运动的零部件进行润滑、密封和清洁，同时具有一定的冷却、防锈蚀、液压、减振作用。一般由机油泵、机油滤清装置、限压阀、润滑油道组成。

（7）冷却系统 它用来保证发动机在任何工况下都能在合适的温度下工作。一般由冷却液泵、风扇、节温器、散热器、冷却液道和冷却液组成。

（8）起动系统 用于起动发动机，主要是指起动机及其附属装置。

3.发动机的工作过程

汽车发动机能量的转化是在气缸内进行的，气缸内安装有活塞，当燃料在气缸内燃烧产生热量时，气体膨胀做功，推动活塞向下运动，活塞的下行通过连杆带动曲轴转动，从而对外输出机械能。随后，活塞在曲轴的带动下向上运动，燃烧后的废气被排出气缸。

活塞在气缸内往复运动的两个极端位置称为止点。活塞顶距离曲轴放置中心最远位置称为上止点，距离曲轴放置中心最近的位置称为下止点；上、下止点之间的距离称为活塞的行程S。曲轴转动一圈，活塞上下往复运动四次，如图3⁃2所示。曲轴中心到活塞销中心的垂直距离称之为曲柄半径R，与活塞行程S的关系为S=2R。

活塞在气缸内作往复运动，气缸内的容积不断变化。当活塞位于上止点位置时，活塞顶部与气缸盖内表面所形成的空间称为燃烧室，这个空间容积称为燃烧室容积。活塞处于下止点位置时，活塞顶上部的全部气缸容积称为气缸总容积。活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为工作容积，用V_s表示。如果发动机有若干个气缸，所有气缸工作容积之和称为发动机排量，用V_st表示，则

图3⁃2 发动机示意图(https://www.xing528.com)

1—曲柄 2—连杆 3—气缸 4—进气门 5—排气门 6—活塞

式中 D——气缸直径，单位mm；

s——活塞行程，单位mm；

n——气缸数。

气缸工作容积与燃烧室容积之和称为气缸总容积。气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比。压缩比表示了活塞从下止点移动到上止点时，气体在气缸内被压缩的程度，它是发动机的一个重要结构参数。压缩比越大，气体在气缸内受压缩的程度越大，压缩终点时气体的压力和温度越高，功率越大，但随着压缩比的增加，对发动机材料和结构要求也越高，压缩比太高容易出现爆燃。由于燃料性质不同，不同类型的发动机对压缩比有不同的要求。柴油机要求较大的压缩比，一般为12～29，而汽油机的压缩比较小，一般为6～11。

（1）四冲程汽油机工作原理 四冲程发动机的工作循环是一个复杂的过程，可以用进气、压缩、做功和排气四个行程表示，如图3⁃3所示。每个工作行程中气缸内压力、温度都随着气缸容积的变化而变化。

图3⁃3 四冲程发动机工作原理示意图

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。进气行程过程中，活塞在曲轴的带动下由上止点向下上止点移动，进气门开启，排气门关闭。活塞上方的容积增大，气缸内的气体压力下降，形成一定的真空度，在气缸外形成的可燃混合气被吸入气缸。当活塞移动到下止点时，气缸内充满了新鲜混合气以及上一个工作循环剩余的废气，此时在整个工作循环中，气缸内气体压力和温度最低。由于进气系统的阻力作用，此时气缸内气体压力为0.075～0.09MPa；流进气缸内的可燃混合气与气缸壁、活塞顶等高温机件表面接触并与前一循环留下的高温残余废气混合，温度升高到370～400K，此行程曲轴转过180°曲轴转角。

2）压缩行程。压缩行程过程中，活塞在曲轴的带动下由下止点移动到上止点，进气门和排气门均关闭。气缸内容积逐渐减小，气体被压缩，混合气压力与温度逐渐升高。压缩终了时，混合气压力可达0.6～1.2MPa，温度可达600～700K，此行程曲轴转过180°曲轴转角。

3）做功行程。做功行程过程中，进气门和排气门关闭，活塞到达上止点时，伸入气缸内的火花塞产生高压电火花点燃被压缩到燃烧室中的混合气；混合气剧烈燃烧，气缸内的温度、压力急剧上升，气缸内气体压力和温度均达到最高，最高压力可达5～9MPa，最高温度可达2200～2800K。高温、高压气体推动活塞向下移动，通过连杆带动曲轴旋转。随后，活塞在惯性和曲轴带动下继续下行，气缸容积增大，气体压力和温度下降，活塞到达下止点时，气缸内压力降至0.3～0.5MPa，温度降至1300～1600K，气缸内气体压力和温度均表现为先急剧上升而后下降，此行程曲轴转过180°曲轴转角。

4）排气行程。排气行程过程中，排气门打开进气门关闭，活塞在曲轴带动下从下止点移动到上止点，气缸内容积减小，废气被挤压出气缸，活塞到上止点附近时，排气行程结束。排气终了时，气缸内压力为0.105～0.115MPa，温度为900～1200K，此行程曲轴转过180°曲轴转角。由于排气系统有阻力，且燃烧室也占有一定的容积，所以在排气终了，不可能将废气排净，这部分留下来的废气称为残余废气。残余废气不仅影响充气，对燃烧也有不良影响。

汽油机具有转速高、质量轻、噪声小、易起动等优点，在小汽车和小型货车上得到广泛应用。其缺点是压缩比小，燃油消耗率较高，经济性差。

（2）四冲程柴油机工作原理 柴油和汽油均由石油加热蒸馏获得，与汽油相比较，柴油黏度大，但其自燃温度低，故柴油机采用先将空气吸入气缸，在燃烧做功阶段将高压柴油喷入气缸即可自行燃烧。

四冲程柴油机的一个工作循环也经历进气、压缩、做功和排气四个行程。进气行程吸入气缸的是纯空气，压缩行程气缸内温度和压力均升高，压缩终了时，柴油机顶置喷油器将压力为10MPa以上高压柴油喷入气缸，与高温空气混合形成可燃混合气而燃烧，排气行程中将燃料燃烧后产生的废气排出气缸。

柴油机压缩比大，因此具有较好的燃油经济性和较大的输出功率，但其转速低、结构笨重、噪声大，一般大型货车、客车等采用柴油发动机。目前在能源受限的影响下，汽车生产企业正逐渐通过采用新材料、优化结构等手段克服柴油机的上述缺点，使柴油机应用范围向中、轻型货车扩展，国外一些发达国家小型汽车柴油化所占比例也在增加。

综上所述，四冲程发动机经过进气、压缩、做功和排气四个行程，只有做功行程实现了燃料化学能通过热能形式转化为机械能，活塞在气体压力下带动曲轴转动，其余三个行程活塞均是在曲轴带动下运动，消耗机械能为做功行程做准备。多缸发动机进气、压缩、排气行程所需要的能量由其他正处在做功行程的气缸提供；单缸发动机，能量由较大的飞轮提供，即在做功行程时，曲轴带动飞轮加速旋转，依靠飞轮的旋转惯性带动发动机完成其他3个行程。

在发动机运转的第一循环时，必须有外力使曲轴旋转完成进气、压缩行程，燃料在气缸内着火，完成做功行程，达到一定转速后，依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自行完成以后的行程，以后的工作循环发动机无须外力就可自行完成。每一个行程曲轴转半周，每一个工作循环，曲轴转两周。

设备、工具和材料准备

1）桑塔纳2000发动机总成。

2）拆装工作台、桑塔纳2000拆装专用工具。

操作步骤

1）拆卸油底壳，更换机油密封衬垫。

2）拆下机油泵，拆下机油粗滤器。

3）拆下气门罩盖，更换气门罩盖密封衬垫。

4）拆卸气缸盖及气缸盖衬垫。

5）拆卸离合器总成。

6）分解发动机零部件，发动机总成分解如图3⁃4所示。

图3⁃4 发动机完成分解

1—冷却液泵 2—油底壳衬垫 3—油底壳 4—半圆键 5—密封圈 6—凸轮轴同步带轮 7—气门罩盖衬垫 8—加油口盖 9—气门罩盖 10—加强条 11—半圆塞 12—气缸盖螺栓 13—气缸盖 14—分电器 5—燃油泵 16—机油滤清器座 17—密封衬垫 18—冷却液泵紧固螺栓 19—发动机左支架 20—方型螺栓 21—螺栓

考核

想一想，做一做

1.发动机是如何实现能量转换的？

2.简述发动机的工作过程。

3.制作一个简单的热力发动机。