《发动机工作原理与构造》课件

《发动机工作原理与构造》欢迎各位学习《发动机工作原理与构造》课程本课程将深入浅出地介绍发动机的基本工作原理、构造特点及其在现代工业中的应用通过系统学习，您将掌握从基础概念到高级原理的全面知识，为进一步研究和实践奠定坚实基础无论您是汽车工程专业的学生，还是对机械原理感兴趣的爱好者，本课程都将帮助您建立对发动机系统的全面理解让我们一起踏上这段探索机械心脏奥秘的旅程！目录基础概念发动机概述与分类、历史发展、基本原理工作循环四冲程与二冲程工作原理、典型表现数据结构组成主要部件构造与功能、系统组成及工作机制维护与发展故障诊断、保养维护、未来趋势本课程共分为四大模块，涵盖从发动机基础知识到高级应用的全面内容我们将首先介绍发动机的基本概念和分类，然后深入探讨其工作循环和原理，接着详细讲解各组成部分的结构和功能，最后探讨维护保养和未来发展趋势引言发动机在现代社会中的重要性交通运输工业生产发动机作为汽车、飞机、船舶的动从大型发电设备到小型机械工具，力核心，支撑着全球物流和人员流发动机为各类工业设备提供可靠动动，维持着现代社会的高效运转力，推动工业生产和科技创新经济发展发动机技术的进步直接促进相关产业链发展，创造大量就业机会，对国民经济增长贡献显著发动机作为能量转换装置，将化学能转化为机械能，为人类生产生活提供不可替代的动力支持自问世以来，它不断推动着工业革命进程，彻底改变了人类的生产和生活方式发动机概述定义与主要功能定义能量转换发动机是将其他形式的能将燃料的化学能通过燃烧量转化为机械能的装置，释放热能，再将热能转化是各类机械设备的心脏为机械能，实现能量的高，为整个系统提供动力来效转换和利用源动力输出通过曲轴、传动系统将机械能传递给工作设备，使其能够完成特定的工作任务发动机的主要功能是实现能量转换和传递，将燃料中储存的化学能通过一系列复杂的机械装置和热力过程，最终转化为可用的机械能现代发动机在能量转换效率、排放控制、噪音控制等方面不断取得突破发动机发展简史与里程碑事件年11698托马斯纽科门发明第一台实用蒸汽机，开启了机械动力时代·2年1860埃蒂安勒努瓦尔发明第一台实用内燃机，采用滑阀配气·年31876尼古拉斯奥托发明四冲程发动机，奠定了现代内燃机基础·4年1892鲁道夫狄塞尔发明压燃式发动机，即柴油机·年51954菲利克斯万克尔发明转子发动机，提供了新的动力解决方案·发动机的发展历程反映了人类对能源利用的不断探索从最初的蒸汽机到现代的内燃机，每一次重大突破都极大地推动了工业文明的进步，改变了人类的生产和生活方式发动机的分类方法概述工作循环能源转换方式四冲程与二冲程内燃机与外燃机燃料类型汽油机、柴油机、燃气机等气缸排列冷却方式直列式、型、型、水平对置等V W水冷与风冷发动机可以根据多种标准进行分类，每种类型都有其特定的应用场景和优势了解不同类型发动机的特点，有助于我们选择适合特定需求的动力解决方案，也是深入理解发动机工作原理的基础内燃机与外燃机的基本区别内燃机外燃机燃料在发动机气缸内部直接燃烧燃料在发动机外部燃烧，通过热交换器传递热量结构紧凑，体积小结构复杂，体积大••启动快速，响应灵敏启动缓慢，热惯性大••热效率相对较高热效率相对较低••对燃料品质要求高燃料适应性强••典型代表汽油机、柴油机典型代表蒸汽机、斯特林发动机••内燃机与外燃机的主要区别在于燃烧过程发生的位置不同内燃机具有更高的功率重量比和热效率，因此在现代交通工具中应用广泛；而外燃机虽然效率较低，但燃料适应性强，在某些特殊领域仍有应用四冲程与二冲程发动机比较四冲程发动机二冲程发动机曲轴旋转两周（）完成一个工作循环曲轴旋转一周（）完成一个工作循环720°360°燃烧更充分，热效率高功率密度高，结构简单••排放相对清洁重量轻，成本低••结构复杂，配气机构多燃烧不完全，排放较高••重量较大，成本较高润滑困难，零件磨损快••广泛应用于汽车、发电机等多用于摩托车、小型工具等••四冲程与二冲程发动机各有优缺点四冲程发动机每个气缸每两转曲轴有一次动力冲程，运行更平稳但结构较复杂；二冲程发动机每转曲轴有一次动力冲程，功率较大但排放和油耗表现较差汽油机与柴油机概述汽油机柴油机火花点火式发动机，采用电火花点燃混合气压燃式发动机，利用高温高压自燃压缩比压缩比•8-12•14-22点火方式火花塞点火点火方式压缩自燃••混合气形成在气缸外形成混合气形成在气缸内形成••转速范围宽，高转速性能好转速范围窄，低速扭矩大••噪音和振动较小噪音和振动较大••汽油机和柴油机是应用最广泛的两种内燃机汽油机具有高转速、低噪音的特点，适合轻型车辆；柴油机则以高效率、大扭矩和耐久性著称，适合重型车辆和工程机械两种发动机在燃烧方式和燃料供给系统上有本质区别发动机工作原理基本原理图展示完整工作循环气缸内燃烧过程发动机需要完成进气、压缩、燃烧做功、排气等能量转换基本过程在密闭的气缸内，燃料与空气混合物燃烧产生高一系列过程才能持续工作这些过程按照特定的发动机的本质是能量转换装置，将燃料的化学能温高压气体，推动活塞做功活塞的往复运动通时序循环进行，形成发动机的工作循环转化为热能，再将热能转化为机械能这一过程过连杆转化为曲轴的旋转运动，最终输出动力遵循热力学定律，任何热机都不可能将热能完全转化为机械能发动机工作原理可以简化为吸入压缩燃烧排出的循环过程虽然不同类型的发动机在细节上有所差异，但基本原理都是相似的理解这一基本原理，---有助于我们深入学习发动机的各个系统和部件四冲程发动机工作循环进气行程活塞运动气门状态气体流动活塞从上止点向下止点运进气门打开，排气门关闭气缸内形成真空区，新鲜混动，增大气缸容积合气体被吸入气缸压力变化气缸内压力略低于大气压，温度基本不变进气行程是四冲程发动机工作循环的第一个阶段在这个阶段，由于活塞向下运动使气缸容积增大，气缸内形成负压，在压力差的作用下，新鲜的空气或空气燃油混合物通过打开的进气门被吸入气缸进气行程的质量直接影响后续燃烧效果和发动机输出功率为了提高进气效率，现代发动机常采用涡轮增压、可变气门正时等技术优化进气过程四冲程发动机工作循环压缩行程活塞运动气门状态气体状态活塞从下止点向进气门关闭，排混合气体被压上止点运动，减气门关闭缩，体积减小小气缸容积压力温度气缸内压力和温度急剧升高压缩行程是四冲程发动机工作循环的第二个阶段在这个阶段，进排气门均关闭，形成密闭空间活塞向上运动压缩气缸内的混合气体，使其压力和温度显著提高，为后续高效燃烧创造条件压缩比是影响发动机性能的关键参数，一般汽油机压缩比为，柴油机为8-1214-22较高的压缩比有利于提高热效率，但过高会导致爆震或增加机械负荷四冲程发动机工作循环做功行程燃烧状态活塞运动气门状态汽油机火花塞点火引发混活塞在高压气体推动下从上进气门关闭，排气门关闭合气爆燃；柴油机喷入的止点向下止点快速运动柴油在高温高压下自燃能量转换化学能转化为热能和机械能，推动活塞做功做功行程是四冲程发动机工作循环中唯一产生动力的阶段在这个阶段，高度压缩的混合气体被点燃，迅速燃烧膨胀，产生巨大压力推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴旋转，输出机械能做功行程的燃烧质量直接决定了发动机的动力输出和燃油经济性现代发动机通过优化燃烧室设计、精确控制点火或喷油时刻等手段，不断提高做功效率四冲程发动机工作循环排气行程活塞运动气门状态气体流动循环准备活塞从下止点向上止点进气门关闭，排气门打废气在活塞推动下被排排出废气，为下一个循运动，减小气缸容积开出气缸环做准备排气行程是四冲程发动机工作循环的最后一个阶段在这个阶段，排气门打开，活塞从下止点向上止点运动，将燃烧后的废气排出气缸，为下一个循环的进气做准备排气系统的设计对发动机性能有重要影响合理的排气背压既能保证废气顺利排出，又能维持一定的缸内压力，提高发动机效率现代排气系统还需要考虑排放控制和噪音降低等环保要求四冲程发动机典型工作表现数据概览二冲程发动机工作循环简介上行程点火爆发压缩混合气体，同时新鲜混合气进入曲轴活塞接近上止点时，点火产生爆发力箱气体交换下行程活塞底部打开进排气口，完成混合气补充活塞受力向下运动，压缩曲轴箱混合气和废气排出二冲程发动机的最大特点是曲轴每旋转一周（度）完成一个工作循环，理论上功率密度是四冲程发动机的两倍其工作过程结合了活塞360两侧空间和曲轴箱，利用活塞本身作为气体分配装置，结构简单紧凑传统二冲程发动机由于进排气过程同时进行，混合气有逃逸现象，导致燃油经济性和排放表现较差现代改进型二冲程发动机通过直接喷射等技术，大幅改善了这些缺点发动机总体构造概述配气机构控制进排气时序燃烧系统燃油供给与点火系统曲柄连杆机构往复运动转化为旋转运动基础结构缸体缸盖等构成主体框架发动机由数百个精密部件组成，可分为几个主要系统基础结构系统（缸体、缸盖等）提供了基本框架；曲柄连杆机构（活塞、连杆、曲轴等）实现了运动转换；配气机构（气门、凸轮等）控制着气体流动；燃烧系统（燃油喷射、点火器等）负责能量释放此外，还有冷却系统、润滑系统、启动系统等辅助系统，共同保证发动机正常工作各系统相互协作、精密配合，形成完整的动力装置缸体与缸盖结构特点与作用缸体缸盖作为发动机的主体框架，承载和固定其他部件密封气缸顶部，形成燃烧室空间内部有气缸孔和水套安装气门、火花塞等部件••底部安装曲轴和主轴承含有进排气道和水套••常用材料铸铁、铝合金承受高温差和交变载荷••承受高温高压和振动燃烧室形状影响性能••缸体和缸盖是发动机最基础的结构部件，它们共同构成了气缸和燃烧室缸体负责支撑和固定其他部件，包含气缸、水套、曲轴室等；缸盖则封闭气缸顶部，形成燃烧室，并安装配气机构和点火系统两者之间通过缸垫密封连接，防止高压气体、冷却液和机油泄漏现代发动机通常采用轻量化材料和优化的内部结构设计，以提高散热性能和结构强度活塞、活塞环与活塞销活塞活塞环在气缸内作往复运动，接收燃气安装在活塞环槽中的弹性金属膨胀力并传递给连杆主体由铝环，通常有个最上方的压2-3合金制成，顶部为燃烧室的一部缩环负责密封燃烧室压力；中间分，设计有不同形状以优化燃的刮油环和下方的油环负责控制烧活塞裙部与气缸壁保持微小润滑油的分布，防止机油进入燃间隙，减少摩擦同时维持密封烧室活塞销连接活塞和连杆的中空圆柱销，允许两者之间的相对转动通常由高强度合金钢制成，表面经过硬化处理，工作在高负荷、高温和高速摩擦环境下活塞组件是发动机中承受最苛刻工作条件的部件之一，需要耐高温、高压和高速摩擦现代活塞采用多种技术提高性能，如偏心设计、变截面设计、镀层处理等，以适应高功率密度和高可靠性的要求曲轴、飞轮与主轴承曲轴飞轮将活塞的往复运动转变为旋转运安装在曲轴后端的大质量盘状部动的关键部件由主轴颈、连杆件，作用是储存动能并平衡转矩轴颈和平衡重组成，主轴颈支撑波动飞轮外缘有齿圈与启动马在缸体的主轴承中，连杆轴颈与达啮合，用于发动机启动在手连杆大头连接曲轴通常由高强动变速箱车型中，飞轮还作为离度钢经锻造或铸造而成，表面经合器的一部分淬火处理提高耐磨性主轴承支撑曲轴在缸体内旋转的轴承，由轴承座和轴承瓦组成轴承瓦内表面覆盖耐磨合金层，与曲轴间形成油膜，实现流体动压润滑，减少摩擦并承受巨大的径向力曲轴系统是发动机动力传递的核心部分，其设计和制造精度直接影响发动机的平顺性、可靠性和寿命现代发动机曲轴通常经过精确的动平衡处理，以减少振动和噪音，提高运行平顺性连杆及连杆轴承连杆结构制造材料连杆轴承连杆通常由形杆身、小头和大头连杆多采用合金钢锻造而成，高连杆大头内装有轴承瓦，与曲轴I三部分组成小头与活塞销连性能发动机可能使用钛合金以减连杆轴颈形成滑动轴承轴承瓦接，大头与曲轴连杆轴颈连接，轻重量表面经过精加工，确保内表面覆盖铝锡合金等材料，提杆身承受复杂的拉伸、压缩和弯高精度和良好的力学性能供良好的嵌入性和耐磨性曲载荷平衡设计同一发动机内的连杆重量差异严格控制，以减少振动高转速发动机的连杆可能采用断裂分离技术，确保大头两半完美匹配连杆是发动机内承受最复杂应力的部件之一，它将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动连杆在工作时经受高频率的加速度变化和巨大的惯性力，因此要求具有高强度、高刚性和良好的疲劳性能随着发动机技术的发展，连杆设计不断优化，如采用形断面以减轻重量、使用高强度材料以增加可靠H性，以及精确的重量匹配以改善平衡性配气机构概述功能目的控制气体进出气缸的时机和数量主要部件气门、气门弹簧、气门导管、推杆、摇臂、凸轮轴等工作原理凸轮轴旋转驱动气门开闭，实现气体交换配气机构是控制发动机呼吸的关键系统，决定着混合气进入气缸和废气排出的时机合理的配气相位对发动机的动力性、经济性和排放有着决定性影响根据结构可分为顶置式、顶置凸轮轴式和双顶置凸轮轴式等不同类型OHV OHC DOHC现代发动机通常采用可变气门正时技术，能根据发动机工况自动调整气门开闭时间，优化各转速下的性能表现一些高性能发动机还VVT采用可变气门升程技术，进一步提升控制精度气门组结构与工作原理气门气门弹簧气门导管与油封呈蘑菇状，由气门头和气门杆组成为气门提供回位力，确保气门能快速气门导管引导气门杆直线运动，控制进气门直径通常大于排气门，材质也关闭并与气门座紧密接触高转速发气门的径向位置气门杆与导管间保不同进气门多用钢材，排气门则需动机可能使用双弹簧设计，避免弹簧持微小间隙，既要保证运动自由又要使用耐高温合金气门头与气门座接共振导致气门失控弹簧的预紧力和防止过多漏油气门油封控制润滑油触形成密封面，防止气体泄漏刚度需精确控制，以平衡密封性和摩量，防止机油过量进入燃烧室擦损失气门组是配气机构中直接控制气体流动的部件，工作环境极为恶劣，特别是排气门需承受℃以上的高温和腐蚀性气体的侵蚀现代发动机通800过优化材料和结构设计，如钠冷式气门、钨合金气门座等技术，提高了气门系统的可靠性和使用寿命气门传动组结构与工作原理顶置气门系统顶置凸轮轴系统双顶置凸轮轴系统OHV OHCDOHC凸轮轴位于缸体内凸轮轴位于缸盖上方进排气各有独立凸轮轴推杆摇臂传动直接驱动或摇臂传动进排气配气更精确•-••结构复杂，高速性能受限结构简洁，高速性能好支持多气门技术•••维修方便，成本较低重量轻，摩擦损失小高性能发动机常用•••气门传动组将凸轮轴的旋转运动转变为气门的往复运动，控制气门的开启时间、持续时间和升程不同传动系统结构各有优缺点，现代乘用车发动机多采用或系统，追求更好的高转速性能和燃油经济性OHCDOHC气门传动系统还需要考虑气门间隙的补偿问题常见的解决方案包括机械式调整垫片、液压挺柱等自动调整装置能消除发动机热膨胀影响，减少维护需求，但增加了成本和复杂性正时机构与同步带链/正时机构功能确保凸轮轴与曲轴按精确的转速比同步旋转，使气门开闭与活塞运动协调一致四冲程发动机中，凸轮轴转速为曲轴的一半，转动角度需精确对应正时链条传动采用金属链条连接曲轴与凸轮轴优点是使用寿命长，不易断裂；缺点是噪音较大，需要张紧装置和润滑多用于高性能和高可靠性要求的发动机正时皮带传动使用强化橡胶齿形皮带传动优点是安静、轻量、无需润滑；缺点是使用寿命有限，需定期更换广泛应用于普通乘用车发动机正时齿轮传动直接使用齿轮啮合传动优点是传动可靠，寿命长；缺点是噪音大，成本高，重量大常用于商用车发动机或特殊应用场合正时机构是发动机精确配气的关键，其工作精度直接影响发动机性能和可靠性正时系统故障可能导致严重的发动机损坏，如气门与活塞相撞现代发动机通常设有正时标记，以便正确安装和调整曲轴箱换气系统系统油气分离器环保意义PCV正压曲轴箱通风系分离曲轴箱废气中减少碳氢化合物排统，将曲轴箱内的的油滴，防止机油放，降低发动机对废气引导回进气系消耗环境的污染统重新燃烧发动机保护防止曲轴箱内压力累积，减少油封泄漏风险曲轴箱换气系统处理的是从活塞气缸间隙泄漏到曲轴箱的燃烧气体（称为窜气）和曲轴箱-内的机油雾气如果不处理这些气体，会导致曲轴箱内压力升高，造成各种密封件泄漏，同时增加环境污染现代发动机普遍采用系统，将这些气体引回进气歧管重新燃烧系统包括阀、油PCV PCV气分离装置和相关管路阀根据发动机负荷调节流量，保证曲轴箱内始终保持微负压PCV状态，防止机油泄漏的同时降低了排放进排气系统概述空气过滤进气增压滤除进气中的灰尘颗粒提高进气密度和充量效率废气处理进气温控降低排放和噪音污染调节进气温度优化燃烧进排气系统是发动机的呼吸系统，对发动机性能有着决定性影响进气系统负责提供清洁、适量的空气，根据需要调节温度和压力；排气系统则负责快速排出废气，降低排放污染和噪音，同时尽量减少对发动机功率的影响现代进排气系统融合了多种先进技术，如可变进气歧管、涡轮增压、废气再循环、三元催化转换器等，以满足性能、经济性和环保要EGR求系统设计需要平衡多种因素，如流阻、温度控制、噪音管理和空间布局等空气滤清器、进气管与节气门空气滤清器过滤进入发动机的空气，去除灰尘和杂质通常采用纸质或泡沫滤芯，按使用环境和要求有不同的过滤效率和流阻特性需定期清洁或更换，防止阻塞导致发动机功率下降进气歧管将空气分配到各个气缸设计重点是确保各缸进气量均匀且流阻最小可变进气歧管可通过改变进气道长度，优化不同转速下的进气效率，提升低速扭矩和高速功率节气门控制进入发动机的空气量，是驾驶员控制发动机功率的主要手段传统机械节气门通过拉索连接油门踏板；现代电子节气门则由电机控制，根据指令精确调节开度ECU进气系统的设计极大影响发动机的性能表现优化的进气流道可以减少流动损失，提高容积效率；合理的进气温度控制则有助于改善燃油蒸发和混合气形成高性能发动机常采用直接进气、独立节气门等设计增强呼吸能力现代发动机进气系统正向更精确的电子控制方向发展，能根据工况实时调整各参数，平衡动力、经济性和排放要求排气管、消声器与催化转换器排气歧管收集并导出各气缸的废气设计需考虑各缸之间的排气干扰，通常采用等长设计或式合并方式，减少回压同时提高排气效率材质需耐高温，通常使用球4-2-1墨铸铁或不锈钢催化转换器将废气中的有害物质转化为无害物质三元催化器含有贵金属催化剂（铂、钯、铑），在高温下将、转化为₂和₂，同时将还原为CO HCCO HO NOx₂要求排气温度和氧含量在特定范围内才能高效工作N消声器降低排气噪音，同时尽量减小对排气流的阻力通过多层隔板、共鸣腔和吸音材料减弱声波设计需平衡降噪效果和排气背压，过高的背压会降低发动机功率排气系统不仅仅是废气排出通道，更承担着降低噪音、减少污染和优化发动机性能的重任现代排气系统已成为环保技术的集中体现，除三元催化转换器外，还可能包含颗粒捕集器、选择性催化还原系统等复杂后处理装置DPF SCR燃油供给系统概述燃油储存燃油输送油箱安全储存燃油油泵建立系统压力燃油喷射燃油过滤喷油器精确计量滤清器去除杂质燃油供给系统负责将燃油从油箱安全、稳定地输送到发动机，并按照发动机工况需求精确计量和雾化现代燃油系统已从简单的化油器发展为先进的电子控制喷射系统，大幅提高了燃油利用率和排放控制能力燃油系统设计需考虑多种因素，如燃油压力稳定性、输送可靠性、蒸发排放控制、安全性、冷启动性能等系统故障可能导致发动机启动困难、怠速不稳、加速无力或油耗增加等问题，是发动机故障诊断的重要部分汽油机燃油系统构成燃油泵和油箱燃油滤清器和压力调节器电动燃油泵通常安装在油箱内，提滤清器去除燃油中的水分和杂质，供稳定压力的燃油现代油箱采用保护精密的喷射系统压力调节器多腔室设计，加装防窜油装置，确维持系统中的燃油压力恒定，确保保转弯或爬坡时燃油泵持续抽油喷油量与喷油持续时间成正比，多整个油箱系统还包含蒸发控制装余燃油通常回流至油箱置，防止燃油蒸汽排入大气喷油器与控制单元电磁喷油器根据指令精确控制燃油喷射量和时机根据布置位置分为进气ECU歧管喷射和气缸直接喷射根据多个传感器信号计算最佳喷油MPI GDIECU量，实现最优的动力输出和燃油经济性汽油机燃油系统已从早期的化油器发展为现代的电子喷射系统早期的喷射系统如单点喷射只有一个喷油器；随后发展为多点喷射，每个气缸配备独立喷油器；TBI MPI最新的直接喷射技术则将燃油直接喷入气缸，实现更精确的燃油控制GDI柴油机燃油系统构成低压供油系统包括油箱、供油泵和初级滤清器，负责将柴油从油箱输送到高压泵柴油滤清器比汽油滤清器更精密，通常包含水分离器，因为水会严重损坏精密的喷射系统某些系统还含有燃油加热器，防止低温下柴油凝蜡高压泵和共轨高压泵将燃油压力提升至非常高的水平，输送到共轨中储存共1600-2500bar轨是一个高压燃油分配管，维持恒定的高压，为所有喷油器提供压力稳定的燃油压力传感器监测共轨压力，反馈给控制ECU喷油器和电控系统现代柴油喷油器为电控式，能精确控制喷射时刻、持续时间和喷射方式多阶段喷射技术可实现预喷射、主喷射和后喷射，优化燃烧过程，减少噪音和排放根据多种信号实时调整喷射参数ECU柴油机燃油系统的技术演变显著，从早期的机械泵喷嘴系统，发展到现在的高压共轨电控系统高压共轨技术使喷射压力不再依赖发动机转速，可在全工况范围内优化喷射特性，大幅提升了柴油机的性能、经济性和排放水平润滑油系统与机油泵润滑系统功能润滑系统组成润滑方式减少摩擦和磨损机油泵提供压力和流量压力润滑主轴承、连杆轴承•••带走热量辅助冷却机油滤清器去除杂质飞溅润滑气缸壁、活塞销•••清洁运动表面机油冷却器控制油温喷射润滑活塞冷却•••密封活塞与气缸间隙机油通道分配到各部位油雾润滑气门机构•••缓冲冲击和降低噪音油底壳储存机油复合润滑多种方式结合•••润滑系统是发动机的血液循环系统，对延长发动机寿命至关重要系统通常采用压力润滑方式，机油泵从油底壳抽取机油，经过滤清器后在发动机内部形成循环现代发动机普遍使用全流式润滑系统，所有机油都经过滤清器过滤机油选择和定期更换是维护发动机的关键机油等级（如）的第一个数字表示低温流动性，第二个数字表示高温黏度随着发动机技术发展，机油技术也在不5W-30断进步，添加了各种功能添加剂以满足现代发动机的特殊需求发动机冷却系统概述冷却系统功能冷却系统类型散发燃烧产生的多余热量水冷系统液体作为冷却介质••维持最佳工作温度风冷系统空气直接冷却••确保各部件温度均衡油冷系统辅助特定部件冷却••提供车厢采暖热源复合冷却多系统协同工作••防止过热损坏发动机•温度控制要求热机状态℃•85-95快速达到工作温度•负荷变化时稳定温度•防止过冷和过热•各部位温差控制•发动机冷却系统需要在保持发动机适当工作温度的同时，避免过热或过冷过热会导致金属膨胀、润滑失效和爆震；过冷则造成燃油燃烧不充分、机械磨损加剧和效率降低正常工作的发动机温度通常维持在℃之85-95间现代冷却系统采用闭式循环设计，工作压力通常在，提高了冷却液沸点冷却液除水外还含有乙100-150kPa二醇等防冻成分，以及防腐、防水垢添加剂，需要按规定周期更换冷却系统的水冷与风冷形式水冷系统风冷系统使用液体作为冷却介质，通过循环流动带走热量直接利用空气流动散热，无液体循环冷却效率高，温度均匀结构简单，重量轻••噪音低，发动机更平顺维护简便，可靠性高••结构复杂，维护成本高冷却不均匀，热应力大••故障风险大（如泄漏、堵塞）散热受环境温度影响大••应用广泛，是主流冷却方式噪音大，热效率较低••水冷系统通过液体的强制循环，将热量从发动机传递到散热器，再通过散热器与空气的热交换散发到大气中这种间接冷却方式效率高，温度分布均匀，但系统复杂，包含水泵、节温器、散热器等多个组件风冷系统则通过增大发动机表面积（如加装散热片）和强制空气流动（如冷却风扇）直接散热此系统主要应用于摩托车、小型发电机和某些特殊汽车（如早期的大众甲壳虫）随着排放和噪音要求提高，纯风冷系统在汽车领域应用越来越少水冷系统主要部件（水泵、水箱、节温器等）水泵通常为离心式泵，由发动机皮带或正时皮带驱动负责推动冷却液循环，提供一定的压力和流量水泵的转速与发动机转速成正比，高转速时流量增大，增强冷却效果轴封是水泵最易磨损的部位，泄漏是常见故障节温器控制冷却液流向的温控阀门冷机时关闭，冷却液只在发动机内小循环；热机后开启，冷却液进入大循环经散热器冷却通常采用蜡式感温元件，在特定温度（一般为℃）开始开启，确保发动机快80-90速达到并稳定在最佳工作温度散热器空气与冷却液进行热交换的主要部件通常由铝制散热芯和塑料水箱组成散热芯由许多扁平管和散热片构成，提供大的热交换面积某些车型配备自动或手动风扇，增强低速或怠速时的散热能力膨胀水箱储存系统膨胀的冷却液并补偿收缩造成的液量减少带压力盖，维持系统压力，提高冷却液沸点同时作为添加冷却液的入口和排气装置，确保系统无气阻水冷系统还包括水套、水管、冷却风扇等组件，共同构成完整的冷却循环现代冷却系统通常含有多个温度传感器，与发动机电控单元连接，精确监控和控制冷却过程部分高级车型采用电子水泵和多路阀门，可根据不同区域的冷却需求智能调节冷却液流量和流向发动机启动与点火系统概述启动系统点火系统提供初始动力使发动机转动起来在适当时刻提供点燃混合气的火花蓄电池提供电能点火线圈产生高压电••启动马达转换为机械能分电器分配到各缸（传统）••启动继电器控制大电流火花塞形成电火花••点火开关操作控制电子控制单元控制点火时刻••启动系统和点火系统共同使发动机从静止状态进入自持运转启动系统提供足够的转速克服内部阻力，使发动机完成最初几个工作循环；点火系统则在压缩行程末期提供精确定时的火花，引燃混合气，推动发动机持续运转现代汽油发动机普遍采用电子点火系统，通过精确控制点火提前角，在不同工况下获得最佳性能点火时刻的控制基于多种传感器信息，包括曲轴位置、进气量、发动机转速、负荷、爆震等柴油机则不需要点火系统，而是采用压燃方式点燃燃油启动电机与蓄电池蓄电池启动电机啮合机构汽车蓄电池通常为铅酸电池，标称强力直流电动机，功率通常为启动电机配有单向离合器和齿轮啮1-3电压伏（实际为伏），容量千瓦内部含有磁场线圈或永磁合机构通电后电磁开关推动小齿

1212.6常用安培小时表示主要功能体、转子、电刷等通过小齿轮与轮与飞轮啮合；发动机启动后，单Ah是启动发动机和供电给电气设备发动机飞轮大齿圈啮合，提供高扭向离合器防止发动机带动启动电机冷启动电流是衡量低温启动矩低速旋转，使发动机克服压缩阻高速旋转现代车辆多采用行星齿CCA能力的重要指标使用寿命通常为力开始旋转启动电流可达轮减速装置，提高扭矩200-年安培3-5400启动控制点火开关通过启动继电器控制启动电机工作某些高级车型配备启停系统，可自动关闭和重启发动机以节省燃油控制系统会监测多种条件确保安全启动，如变速箱挡位、制动踏板状态等启动系统需要在极短时间内提供大电流，对电池和导线要求很高冬季低温是启动系统的最大挑战，温度降低会导致电池容量下降和发动机阻力增加故障诊断通常从测量电池电压、检查接线和继电器开始点火系统类型与组件传统分电器式点火系统早期汽油机常用的点火方式由点火线圈产生高压电，经分电器分配到各缸火花塞分电器内部含有触点（或霍尔传感器）、离心式和真空式提前装置，能随转速和负荷调整点火时刻该系统结构复杂，精度有限，现已基本被电子点火系统取代电子点火系统取消了机械分电器，采用电子控制单元根据多种传感器信号计算最佳点火时刻常见类型包括单点火式（一个线圈供应所有气缸）和分布式（每个气缸一个线圈）电子点火系统响应迅速，控制精度高，可根据工况实时优化点火提前角，提高性能和经济性直接点火系统最先进的点火系统，每个气缸配备独立点火线圈直接安装在火花塞上消除了高压导线，减少了电能损失和电磁干扰结合多线圈技术和电子控制，可实现多次点火、可变能量点火等高级功能，进一步优化燃烧过程，降低排放和油耗点火系统的核心是将低压电（）转换为足以击穿火花塞电极间隙的高压电（）12V15,000-40,000V现代点火系统通常采用晶体管或作为开关元件控制初级电流，以提高可靠性和响应速度IGBT火花塞作为点火系统的末端组件，直接影响燃烧质量其热值需与发动机特性匹配，电极材料和设计则影响火花特性和使用寿命现代火花塞通常采用贵金属电极延长使用寿命并改善点火性能发动机电控系统简介信息采集数据处理传感器收集发动机工作状态数据分析数据并作出决策ECU反馈修正执行控制闭环控制实现精确调节3执行器按指令调整工作参数发动机电控系统是现代发动机的大脑，负责精确控制燃油喷射、点火时刻、进排气正时等多项参数，以实现最佳的动力输出、燃油经济性和EMS排放控制系统基于多种传感器信息，通过复杂的算法实时计算最佳控制策略，并通过执行器实施控制随着排放法规日益严格和性能要求不断提高，电控系统越来越复杂现代汽车已发展为分布式控制网络，通过总线与变速箱、、牵引力控制EMS ABS等系统协同工作，实现整车性能优化电控系统还具备自诊断功能，能记录故障码辅助维修电子控制单元与传感器简介ECU结构与功能ECU发动机控制单元是集成了微处理器、存储器、接口的电子控制装置内部包含基础程序ECUI/O和校准数据，通过复杂算法实时计算控制参数现代处理速度快、存储容量大，能执行上百ECU万行代码，实现精确控制温度类传感器包括冷却液温度传感器、进气温度传感器、机油温度传感器等多采用热敏电阻原理，温度变化导致电阻变化，通过测量电压判断温度这些信息用于燃油喷射量计算、冷启动补偿等ECU位置与速度传感器包括曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器等采用霍尔效应、磁电感应或光电等原理这些传感器提供发动机转速、相位和负荷信息，是喷油和点火控制的基础压力与流量传感器包括进气压力传感器、大气压力传感器、空气流量计等测量进入发动机的空气量和压力，是计算所需燃油量的关键依据现代传感器多采用电容式、热线式或皮托管原理现代发动机上还装有氧传感器监测排气中氧含量、爆震传感器检测异常燃烧、废气再循环传感器等众多专用传感器通过这些传感器获取全面的工作状态信息，实现精确控制和自适应学习ECU发动机常见故障诊断与排除方法诊断设备常见机械故障电控系统故障现代发动机诊断主要依靠电子诊断包括异响、漏油、过热、功率不足如怠速不稳、启动困难、加速不良仪，可读取故障码、数据流和冻结等常见原因有气门间隙不当、活等常见原因包括传感器失效、线帧辅助工具包括压力表、示波塞环磨损、轴承损坏、密封失效束接触不良、执行器故障等电控器、气缸漏气测试仪等系统等机械故障往往需要专业工具和故障通常会触发故障灯并存储故障OBD是车载自诊断系统，能监测发动机经验判断，严重情况可能需要拆解码，便于定位问题部位和排放系统状态发动机系统性诊断流程有效诊断需遵循科学流程收集症状信息→读取故障码→检查基础状态→执行专项测试→确认故障原因→修复并验证避免盲目更换零件，应基于数据和逻辑分析发动机故障诊断既是科学也是艺术，需要扎实的理论知识、丰富的实践经验和系统的思维方法对于复杂问题，通常需要结合多种诊断方法，如故障码分析、数据流监测、专项测试等，综合判断故障原因典型发动机拆装流程演示准备工作准备工具、零件和维修手册；断开蓄电池；记录和拍照原始状态；准备适当的工作环境和容器外部部件拆卸拆除附件皮带、发电机、空调泵；断开所有电气连接和真空管；拆除进排气歧管；移除燃油系统组件发动机本体拆卸支撑发动机；拆除变速箱连接；拆下发动机支架；使用发动机吊架小心提出发动机发动机解体按正确顺序拆解气缸盖→正时系统→油底壳→活塞连杆→曲轴记录每个零件位置，检查磨损情况组装与安装清洁所有零件；按拆卸相反顺序装配；使用扭力扳手确保正确扭矩；注意特殊程序如曲轴轴承安装、活塞环方向等发动机拆装是复杂的技术操作，需要专业知识、工具和经验正确的程序和方法不仅能提高工作效率，更能确保安全和质量拆卸过程中应注意保持清洁，防止异物进入发动机内部；同时仔细检查零件磨损情况，及时更换损坏部件发动机保养与日常维护要点机油与滤清器更换机油是发动机的生命之血，需定期更换，通常每公里或个月选择符合厂5,000-10,0006-12家规格的机油，注意粘度等级和质量标准更换机油时应同时更换机油滤清器，确保系统清洁各类滤清器维护定期检查并更换空气滤清器（公里）、燃油滤清器（公里）和空15,000-30,00030,000-60,000调滤清器（公里）滤清器堵塞会导致性能下降、油耗增加和零件磨损加剧15,000冷却系统维护定期检查冷却液液位和质量，一般每年或公里更换冷却液检查水管、水泵和散热2-360,000器有无泄漏或堵塞冷却系统故障可能导致发动机过热和严重损坏皮带和正时系统检查检查附件皮带是否磨损、开裂，通常每公里更换一次正时皮带（链条）更换周期较60,000长，但更为关键，一旦断裂可能导致严重损坏，须严格按厂家建议更换发动机保养是车辆维护的核心内容，直接影响使用寿命、性能和可靠性除了常规更换项目外，还应注意观察发动机工作状态，如有异响、抖动、冒烟或警示灯亮起，应及时检查现代汽车通常配有保养提醒系统，根据实际使用状况计算最佳保养时间环保与排放控制技术有害排放物、、、等CO HCNOx PM燃烧优化精确空燃比控制尾气后处理催化转换、颗粒捕集排放标准国

六、欧

六、美等EPA随着环保意识增强和法规要求提高，发动机排放控制技术不断发展现代排放控制分为两大类一是源头控制，通过优化燃烧过程减少有害物质生成，如精确控制喷油时刻和空燃比、废气再循环、可变气EGR门正时等；二是尾气后处理，净化已产生的污染物，如三元催化转换器、颗粒捕集器、选择性催化DPF还原等SCR中国已实施国六排放标准，与欧盟标准相当，对、、等污染物排放有严格限制为满足Euro6CO HCNOx这些标准，发动机技术不断创新，如缸内直喷、可变压缩比、均质压燃等新技术逐渐应用，显著提HCCI高了燃烧效率和清洁度发动机性能提升与改装思路终极追求均衡性能动力、可靠性、经济性平衡电控优化2重编程、电子调校ECU进排气强化3高流量系统、增压技术基础改进内部结构优化、材料升级发动机性能提升通常从基础改进开始，如更换高性能活塞、连杆、凸轮轴等，提高内部机械效率和强度进排气系统改进是最常见且性价比高的方式，包括高流量空气滤清器、进气歧管、排气头段和排气管等增压技术如涡轮增压或机械增压可显著提高功率，但需考虑发动机承受能力现代发动机性能提升越来越依赖电子控制优化，通过重新编程调整点火提前角、喷油参数、增压压力等，实现更大功率和扭矩但任何改装都需权衡利ECU弊，过度追求性能可能牺牲可靠性、经济性和排放合规性专业的动力测试和数据分析是科学改装的基础未来发动机技术发展趋势电气化融合燃烧创新混合动力、轻混系统、可变压缩比HCCI替代燃料效率提升氢燃料、生物燃料热管理优化、摩擦降低虽然电动汽车增长迅速，但内燃机在可预见的未来仍将发挥重要作用未来发动机技术发展主要围绕效率提升和排放降低一方面通过先进燃烧技术如均质压燃、可变压缩比、稀薄燃烧等提高热效率；另一方面通过电气化融合如轻混系统、插电式混合动力等优化整体能效HCCI48V材料和制造技术创新也将推动发动机进步，如打印技术实现复杂冷却通道、新型涂层大幅降低摩擦损失数字化和人工智能将使发动机控制更加精确，实现3D实时自适应优化某些特殊应用场景下，氢内燃机作为零碳排放解决方案也有望获得发展典型案例分析案例一冷车启动困难案例二行驶中发动机抖动症状冬季冷车时难以启动，但热车后正常症状中高速行驶时发动机间歇性抖动，伴随动力不足诊断过程诊断过程检查蓄电池电压正常读取故障码气缸三缺火

1.

1.测试启动电机工作正常交换火花塞问题跟随火花塞移动

2.

2.检查喷油器怠速工作正常检查点火线圈无异常

3.

3.测量压缩压力明显低于标准测量压缩压力各缸均正常

4.

4.故障原因活塞环磨损严重，冷机时密封不良故障原因三号气缸火花塞电极磨损过度解决方案更换活塞环或进行大修解决方案更换全车火花塞案例分析展示了系统性故障诊断思路的重要性发动机故障通常表现为相似的症状，如启动困难、动力不足、抖动等，但根本原因可能完全不同科学的诊断流程应基于充分了解发动机工作原理，逐步排除可能性，避免盲目更换零件对于复杂故障，特别是间歇性问题，通常需要综合运用多种工具和方法，如数据流分析、示波器测量、压力测试等记录完整的故障信息和环境条件，也是准确诊断的关键因素课程小结与知识回顾基础理论结构系统能量转换原理基础机械结构••热力学循环过程配气与传动系统••四冲程与二冲程燃油与点火系统••点燃式与压燃式冷却与润滑系统••现代技术电子控制系统•排放控制技术•性能优化方法•诊断与维护技巧•通过本课程的学习，我们系统掌握了发动机的工作原理、基本构造和现代技术从能量转换的基本概念，到复杂的机械结构和电子控制系统，我们建立了全面的知识框架这些知识将为进一步学习和实践奠定坚实基础发动机技术仍在不断发展，未来将继续向高效、清洁、智能的方向演进希望同学们能够在理论基础上，结合实践经验，不断更新知识，跟上技术发展步伐，成为行业中的专业人才参考资料与进一步学习资源推荐阅读的经典教材包括《内燃机学》、《汽车发动机构造与维修》、《现代汽车电控技术》等，这些书籍提供了系统的理论知识和实用技能行业标准文件如《汽车维修技术规范》和各品牌的维修手册也是重要参考资料在线学习资源方面，推荐关注中国汽车工程学会、中国等专业组织的网站和期刊视频平台上的专业拆解和维修教程，以及各大汽车厂商的技术培训材SAE料，也是提升技能的有效途径对于有条件的学习者，参加实践培训课程和认证考试将有助于巩固知识并获得行业认可。