汽车发动机的结构和工作原理.docx

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1、目录一、引言2二、发动机简介32.1 满负荷特性由线图42.2 发动机技术特点52.3 发动机识别号6三、发动机结构73.1 发动机壳体73.2 曲轴传动机构103.3 平衡轴123.4 凸轮轴传动装置133.5 气门机构14四、机油供给系统154.1 液压回路图154.2 用于供给机油的部件164.3 机油泵和压力调节174.4 发动机油冷却系统174.5 力监控174.6 嘴17五、冷却系统185.1 系统概览185.2 冷却液循环回路185.3 热量管理系统19六、进招排气系统216.1 系统概览216.2 进气系统216.3 排气系统23七、燃油供给系统247.1 部件安装位置247.

2、2 系统概览257.3 燃油箱257.4 系统电路图267.5 加油277.6 燃油箱泄漏诊断27参考文献28一、引言汽车发展的100年，也是人类文明和经济迅猛发展的100年，汽车为人类创造了难以计算的直接或间接的经济利益。如今，全世界汽车的保有量至2015年底达到了近8亿辆之多，汽车已与人民的日常生活和生产密不可分。然而，众多燃油汽车排放所造成空气质量的日益恶化和石油资源的渐趋匮乏，使开发低排放、低油耗的新型汽车成为当今汽车工业界的紧迫任务。为了解决或暂缓汽车工业发展带来的能源、环境等方面问题，现代汽车工业应以绿色人机工程学作为指导方向，向着节能化、小型化和轻量化发展，要求提高能源利用率，减

3、少污染物的排出量。绿色人机工程学就是在生态哲学的指导下，运用生态思维，将物的设计纳入“人一机一环境”系统，既要考虑满足人的需求，又以注重生态环境的保护与可持续发展为原则，符合可持续发展战略的要求。其特点主要包括减缓地球上资源财富的消耗和从源头上减少废弃物的产生。当前汽车技术在节能方面采取的措施主要包括两个:采用新技术降低排放与燃油消耗率和使用新能源。对于现有内燃机汽车，主要是采用新的技术来改进其燃油效率，包括:缸内直喷稀燃(GDI)、全可变气门(FVVT)、直至电动气门技术(EMVT),采用可变涡轮截面高增压和可变压缩比技术(VCR)等。采用先进的电子喷射系统发动机、加装三元催化系统和采用废气

4、再循环技术等能都在一定程度上降低尾气排放，提高燃油利用率。宝马i3也被称作MegaCity车型，宝马计划在该车于2014年推出上市的第一年能够销售3万辆该车型。i3量产版将会与i8混合动力超跑车一起在2013年发布亮相。这两款车型招会在莱比锡工厂投产，将基于“1ifeDrive结构”打造，该1ifeDrive结构”拥有一个铝制底盘和一个碳纤维加固塑料(CFRP)驾驶座舱。带有eDrive的宝马103主要针对城市交通而研发。纯电动驱动装置叫确保零排放机动性，是现代化的城市和通勤出行方式。但山于一些客户仍希望获得较大活动半径，因此宝马103可通过选装增程器(REX)提高可达里程。2缸发动机是一款小

5、型的、运行非常平稳且噪声非常低的汽油发动机，通过驱动发电机叫为继续行驶提供所需能量。这样叫使蓄电池充电状态保持恒定，从而继续通过电机驱动车辆。一日蓄电池充电状态达到临界水平，增程器就会负责提供到达日的地的所需能量。因此只在需要情况下山车辆电子系统启动增程器。为达到尽可能低的耗油量进而降低CO2排放量,汽油发动机还带有节能启停等功能并采用其他智能型运行策略。二、发动机简介发动机数据如表2.1所示。表2.1发动机参数名称单位W20K06U0结构形式R2排量m1647点火顺序1-2缸径/行程mm79/66功率kW25对应转速r/min4300扭矩Nm55对应转速r/min4300压缩比10.6每缸气

6、门数4燃油系统设计参数RON95燃油RON8798排放标准EUR06SU1EVIIREX行驶模式下的附加可达里程km120-150数字式发动机电子系统RDME最高车速km/h1502.1 满负荷特性由线图宝马103上的W20发动机满负荷特性由线图，如图2.1所示。增程发动机运行对车辆行驶性能没有任何影响，仅与W20发动机通过发电机产生的电动输出功率有关。在图中叫看到发动机的功率数据。根据宝马103所用运行策略，引入时叫在转速为4300rmin时利用25kW的最大功率。W20发动机驱动一个发电机。在此叫达到约94%的效率，相当于转速为4300rmin时达到23.5kW的发电机最大输出功率。2.2

7、 图2.1满负荷特性由线图2.3 发动机技术特点W20发动机的技术特点，如表2.2所示。系统备注发动机机械机构水平分体式压铸铝合金曲轴箱铝合金硬膜铸造、水冷式DOHC汽缸盖 带2个平衡轴的一体式锻造曲轴 带3个活塞环的铸铝活塞 由2个顶置凸轮轴通过桶状挺杆操纵气门。由曲轴通过1个齿形链进行传动机油供给系统机械油泵，由1个平衡轴通过多级齿轮驱动机油滤清器滤芯冷却系统机械驱动冷却液泵带冷却液热交换器的节温器调节式短路回路还有机油冷却液热交换器进气和排气系统进气接管带喷射器固定架和喷射油轨、进气管喷射装置的螺栓连接件两件式进气装置带曲轴箱通风接口和燃油箱通风阀燃油混合气制备装置无回流燃油系统进气系统

8、内的喷射阀发动机电气系统增程器数字式发动机电子系统RDME通过曲轴传感器轮探测转速2.4 发动机识别号(1)发动机名称在本文中使用名称缩写“W20发动机”，即发动机型号代码来准确识别发动机。图2.2W20发动机代码和发动机编号(2)发动机代码发动机曲轴箱上标有用于明确识别和分配发动机代码，如图2.2所示。获得主管部门批准时需要该发动机代码。发动机代码的前6位与发动机名称相同。发动机上发动机代码下面是发动机编号。利用该序列号和发动机代码可明确识别每个发动机，如表2.3所示。表2.3W20发动机代码和编码说明索引说明W外购发动机22缸直列发动机O标准型电机K水平安装汽油发动机060.61排量A型式

9、认证事宜，标准40生产周12生产年份000500序列号三、发动机机械结构3.1发动机壳体发动机壳体由两件式曲轴箱、汽缸盖、汽缸盖罩、油底壳和密封垫组成，如图3.1所示。1.汽缸盖罩2.汽缸盖罩密封垫3.汽缸盖4.汽缸盖密封垫5.正时机构盖罩6.上部曲轴箱7.轴承框架8.下部曲轴箱9.油底壳密封垫10.油底壳11.发电机盖罩图3.1W20发动机壳体结构(1)曲轴箱上部曲轴箱采用压铸铝合金一体式复合结构。汽缸套采用铸铁浇铸方式。通过液体密封剂连接下部曲轴箱。下部曲轴箱也由压铸铝合金制成。(2)汽缸盖密封垫汽缸盖密封垫采用多层弹簧钢密封垫。与汽缸盖和发动机缸体的接触面带有含不粘涂层的局部氟橡胶涂层。

10、(3)汽缸盖和汽缸盖罩汽缸盖采用铝合金硬膜铸造和水冷方式(如图3.2所示)。内部采用每缸4气门结构，由两个顶置凸轮轴通过桶状挺杆操纵气门。在上部区域，带橡胶密封垫的汽缸盖罩通过4个螺栓连接点封住汽缸盖。在此同样集成有1个机油加注接头、曲轴箱通风接口和1个凸轮轴传感器。汽缸盖罩通过1个接地带与汽缸盖连接，从而避免产生静电电荷。1.排气凸轮轴2.清洁空气管路接口3.机油加注接头4,进气凸轮轴5.桶状挺杆6.接地带7.凸轮轴传感器轮8.凸轮轴传感器图3.2W20发动机带气门盖的汽缸盖(4)油底壳油底壳由铝合金制成，如图3.3所示。采用一体式结构。在内部较深位置处带有机油泵抽吸管。这样可在所有行驶情况

11、下确保机油供给。机油泵用螺栓固定在下部曲轴箱内。发动机处于静止状态时通过机油尺确定油底壳内的机油油位。1.油底壳2.机油尺3.机油泵抽吸管4.放油螺塞5.机油冷却器接口6.机油滤清器图3.3W20发动机铝合金油底壳3.2曲轴传动机构曲柄轴颈偏置90的曲轴是2缸直列发动机的核心部件，如图3.4所示。由直接通过曲轴驱动的两个平衡轴确保发动机运行平稳。A.汽缸1B.汽缸21.曲轴，发电机输出端2.平衡轴驱动齿轮3.正时链驱动齿轮4.螺塞5.螺塞6.定位销孔7.增量轮图3.4W20发动机带连杆和活塞的曲轴传动机构(1)带轴承的曲轴(如图3.5所示)1.发电机侧没有凹槽的轴瓦2.上部轴瓦带有凹槽，下部轴

12、瓦没有凹槽3.没有凹槽的轴瓦4.止推垫圈图3.5W20发动机曲轴轴承曲轴：曲轴由高强度钢锻造而成，行程为66mm,在3个轴颈处通过无铅多材料滑动轴承进行定位。曲柄轴颈的直径与主轴承的直径相同，为42mmo用于调节轴向间隙的两个止推垫圈位于中部主轴承上。轴承框架：上部曲轴箱和轴承框架支撑曲轴轴瓦和平衡轴轴瓦。两个部件在多处用螺栓固定在一起。扭转轴曲轴通过一个张紧的扭转轴与增程电机形成动力连接。(2)连杆和活塞(如图3.6所示)113mm长的连杆由钢材锻造而成，采用传统的加工方式。连杆在42mm的轴颈处分为两部分，铳削面较平。除使用连杆螺栓固定外，还使用定位销来定中心。连杆轴瓦采用无铅多材料轴承设

13、计。小连杆头带有用于支撑18mm活塞销的黄铜套管。轻合金封闭式活塞采用铸造设计，仅重约200g。活塞销朝进气侧偏置0.8mm。1.桶面矩形环2.鼻形锥面环3.带弹簧的三件式刮油环4.带较平铳削面连杆盖的连杆5.轻合金封闭式活塞图3.6W20发动机带连杆的活塞3.3平衡轴如图3.7所示。在此通过两个附加平衡轴对曲轴传动机构往复式运动产生的惯性力和惯性力矩进行补偿。为确保发动机平稳且低震动运行，曲轴在发电机侧通过圆柱齿轮驱动两个平衡轴。两个平衡轴带有两个以90错开的平衡重块。平衡重块的转动速度与曲轴相同，但方向相反。这种质量平衡布置方式的摩擦损失极小，因此有利于提高驱动装置效率。1.上部平衡轴2.

14、带标记的圆柱齿轮3.带标记的驱动齿轮4.下部平衡轴图3.7W20发动机平衡轴(1)曲轴箱通风装置在燃烧行程中产生的泄漏气体通过活塞环与汽缸壁之间进入曲轴箱。不允许将其向外排放到大气中。因此通过进气装置使曲轴箱内的气体再循环至燃烧室内。事先分离出泄漏气体内含有的机油颗粒，并使其回流至机油区域。清洁后的泄漏气体进入进气装置内。曲轴箱通风装置的结构和工作原理，如图3.8所示。A.清洁空气B.泄漏气体（已清洁）C.发动机油D.泄漏气体1单向阀2.调压阀3.软管（美规）4.抽吸管路5.机油分离器6.回流管路7.单向阀8.排气孔9.平衡轴10.径向轴密封环U.软管接头12抽吸管路13清洁空气管路图3.8W

15、20发动机曲轴箱通风装置（2）工作原理泄漏气体通过上部平衡轴进行输送。通过平衡重块的径向排气孔对机油颗粒进行首次分离。通过轴的转动及由此产生的离心力，通过排气孔重新将机油颗粒甩回曲轴箱内。此时泄漏气体从平衡轴直接通过抽吸管路进入机油分离器。机油颗粒在此汇集并通过回流管路经过单向阀重新回流至发动机内。此时在机油分离器内经过清洁的泄漏气体通过调压阀经过抽吸管路进入进气装置内。通过调节节气门使进气装置内产生真空压力。调压阀可将曲轴箱内的真空压力调节为最大6kPao在曲轴箱内真空作用下，通过清洁空气管路和单向阀直接经过汽缸盖罩揩新鲜空气吸入曲轴箱内。这样可通过新鲜空气进行内燃机扫气。3.4 凸轮轴传动装置经过改进的凸