任務(wù)一 發(fā)動機(jī)基本組成與原理

小吳和小周是某高職學(xué)院新能源汽車技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，這學(xué)期開始學(xué)習(xí)“新能源汽車驅(qū)動電機(jī)動力電池技術(shù)”這門課程，兩個(gè)人針對混合動力汽車的組成特點(diǎn)產(chǎn)生爭議。小吳認(rèn)為混合動力汽車與傳統(tǒng)汽車一樣，都需要發(fā)動機(jī)且發(fā)動機(jī)的動力占比最大；小周則認(rèn)為混合動力汽車發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)跟傳統(tǒng)汽車不一樣，雖然是混合動力汽車，但是動力輸出占比還是以電機(jī)為主。究竟哪位同學(xué)的觀點(diǎn)是正確的？請你通過學(xué)習(xí)混合動力汽車動力系統(tǒng)的組成與原理的相關(guān)知識，判斷他們的觀點(diǎn)是否正確。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

1）能說出發(fā)動機(jī)的作用及要求。

2）能闡述發(fā)動機(jī)的類型及不同特點(diǎn)。

3）能描述出發(fā)動機(jī)的基本組成。

4）能分析出發(fā)動機(jī)的工作原理。

知識儲備

混合動力汽車的動力源是它的動力系統(tǒng)，它可以在駕駛員的操縱下將發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電機(jī)產(chǎn)生的動力傳遞給驅(qū)動車輪帶動汽車行駛。動力系統(tǒng)作為混合動力汽車的核心系統(tǒng)，其作用是保證車輛安全有效行駛，使發(fā)動機(jī)的燃料消耗率降到最低，發(fā)動機(jī)排放的污染減至最小，并充分發(fā)揮電力驅(qū)動的效率。混合動力汽車的動力系統(tǒng)主要由發(fā)動機(jī)、電力驅(qū)動裝置、電能裝置、動力耦合裝置組成。

發(fā)動機(jī)簡稱熱機(jī)，是一種熱能動力裝置，它借助工作介質(zhì)的狀態(tài)變化將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。

一、混合動力汽車對發(fā)動機(jī)的要求

開發(fā)混合動力汽車的目的就是解決節(jié)能和環(huán)保問題，因此混合動力汽車必須圍繞著節(jié)能和環(huán)保來選擇所需要的發(fā)動機(jī)。在選擇上將動力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性作為其基本內(nèi)容，以高可靠性、高效率、持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)性能良好、小型輕量化、低油耗、低排放、低噪聲、低成本作為基本要求。

1.發(fā)動機(jī)的動力性

混合動力汽車的節(jié)能和環(huán)保效果，主要表現(xiàn)為如何在保證車輛動力性能的情況下，使發(fā)動機(jī)動力適中、電力驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)揮最大效率。因此，可以在混合動力汽車上采用既滿足車輛動力性能的要求又能夠降低燃料消耗和減少排放的小排量發(fā)動機(jī)。

混合動力汽車要求發(fā)動機(jī)有一定的驅(qū)動功率、足夠的動力性能、機(jī)動性能，能夠滿足混合動力汽車的基本動力性能要求，并且能夠與驅(qū)動電機(jī)一起提供混合動力汽車所需要的最大功率，使混合動力汽車能夠達(dá)到或接近傳統(tǒng)汽車的動力性能水平。混合動力汽車應(yīng)根據(jù)汽車類型的不同（轎車、客車、貨車和重型自卸車等）、使用條件的不同（城市、高速公路或混合條件下使用）以及性能要求的不同（載客量或載貨量、舒適性和智能化水平等）來選用不同類型的發(fā)動機(jī)。

2.發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性

一般情況下，用發(fā)動機(jī)的比油耗來表達(dá)發(fā)動機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性，比油耗單位為g/（kW·h），如圖1-1-1所示為各種汽車發(fā)動機(jī)的比油耗范圍。該指標(biāo)也可作為混合動力汽車按節(jié)能要求選擇發(fā)動機(jī)的參考。

3.發(fā)動機(jī)的環(huán)保性

混合動力汽車必須是超低污染或接近零污染的車輛，特別是在城市低速行駛條件下必須實(shí)現(xiàn)零污染行駛，這是混合動力汽車存在和發(fā)展的基本條件。由于混合動力汽車進(jìn)一步采取了電力輔助系統(tǒng)，通過中央控制器控制的發(fā)動機(jī)“開-關(guān)”運(yùn)行模式、發(fā)動機(jī)起動加速控制、發(fā)動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)控制、制動能量回收等措施，使得混合動力汽車發(fā)動機(jī)的排放進(jìn)一步降低。

二、發(fā)動機(jī)的類型

根據(jù)其將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的主要構(gòu)件的形式的不同，發(fā)動機(jī)分為活塞式發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)兩大類。前者又可按活塞運(yùn)動方式分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)是現(xiàn)代發(fā)動機(jī)的主流，這種方式下的活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動，后經(jīng)連桿、曲軸等轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動。此外，汽車發(fā)動機(jī)還可以根據(jù)其特征進(jìn)行如下分類。

1.按照使用燃料分類

按照使用燃料不同，發(fā)動機(jī)可分為汽油機(jī)、柴油機(jī)和氣體燃料發(fā)動機(jī)三類。以汽油和柴油為燃料的發(fā)動機(jī)分別稱作汽油機(jī)和柴油機(jī)，使用天然氣、液化石油氣和其他氣體燃料的內(nèi)燃機(jī)稱作氣體燃料發(fā)動機(jī)。

2.按照點(diǎn)火方式分類

按照點(diǎn)火方式不同，發(fā)動機(jī)分為點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)（汽油發(fā)動機(jī)、液化石油氣發(fā)動機(jī)、雙燃料發(fā)動機(jī)）和壓燃式發(fā)動機(jī)（柴油發(fā)動機(jī)、重油發(fā)動機(jī)）。

3.按照氣缸的數(shù)目分類

擁有一個(gè)氣缸的發(fā)動機(jī)稱為單缸發(fā)動機(jī)，有兩個(gè)及以上氣缸的發(fā)動機(jī)稱為多缸發(fā)動機(jī)，如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等多缸發(fā)動機(jī)?；旌蟿恿ζ嚩嗍褂盟母缀土装l(fā)動機(jī)。

4.按照工作循環(huán)的沖程數(shù)分類

對于往復(fù)式發(fā)動機(jī)，可以根據(jù)每一工作循環(huán)所需的活塞沖程數(shù)來分類。在發(fā)動機(jī)內(nèi)每一次將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能活塞都必須經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣這四個(gè)沖程完成一個(gè)工作循環(huán)，簡稱四沖程。把曲軸轉(zhuǎn)兩圈（720°），活塞往復(fù)四個(gè)單程完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)稱為四沖程發(fā)動機(jī)；把曲軸轉(zhuǎn)一圈（360°），活塞往復(fù)兩個(gè)單程完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)稱為二沖程發(fā)動機(jī)。在混合動力汽車中主要使用的是四沖程發(fā)動機(jī)。

5.按照冷卻方式分類

根據(jù)冷卻方式的不同，發(fā)動機(jī)可以分為水冷式和風(fēng)冷式兩種。水冷式發(fā)動機(jī)利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進(jìn)行循環(huán)的冷卻液作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻；風(fēng)冷發(fā)動機(jī)是利用流動于氣缸體與氣缸蓋外表散熱片之間的空氣作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻。水冷發(fā)動機(jī)冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛應(yīng)用于混合動力汽車中。

三、發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)組成

汽油機(jī)通常包括曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃油供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、起動系統(tǒng)。

1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)

曲柄連桿機(jī)構(gòu)的功能是實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換過程。它由機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成，如圖1-1-2所示。在做功行程中，活塞承受氣缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫Σ⒆鲋本€運(yùn)動，通過連接到曲軸上的連桿將該直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動從曲軸對外輸出動力。

在機(jī)體組中，氣缸體是構(gòu)成發(fā)動機(jī)的骨架，是發(fā)動機(jī)各機(jī)構(gòu)和各系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)。氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，用以密封氣缸上部并與活塞頂部和氣缸一起構(gòu)成燃燒室。此外機(jī)體組還包括曲軸箱、氣缸墊等，如圖1-1-3所示。

2.配氣機(jī)構(gòu)

配氣機(jī)構(gòu)的功能是根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作順序和工作過程定時(shí)開啟和關(guān)閉進(jìn)氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進(jìn)入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出實(shí)現(xiàn)換氣的過程。配氣機(jī)構(gòu)大多采用頂置氣門式結(jié)構(gòu)，一般由氣門組、氣門傳動組、氣門驅(qū)動組組成，如圖1-1-4所示。

3.燃油供給系統(tǒng)

燃油供給系統(tǒng)的功能是根據(jù)發(fā)動機(jī)工況的需求定時(shí)定量地供應(yīng)合適的燃油進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸。對于汽油機(jī)而言，燃油供給系統(tǒng)的作用是根據(jù)發(fā)動機(jī)的要求配制出一定數(shù)量和濃度的可燃混合氣供入氣缸，使之在臨近壓縮行程終了時(shí)點(diǎn)火燃燒而膨脹做功，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排到大氣中去，如圖1-1-5所示。

4.冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)的功能是將受熱零件吸收的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)動機(jī)在最適合的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)通常由儲液罐、電子水泵、節(jié)溫器、冷卻管路、冷卻風(fēng)扇、散熱器等組成，如圖1-1-6所示。

5.潤滑系統(tǒng)

潤滑系統(tǒng)的功能是向做相對運(yùn)動的零件表面輸送定量的清潔機(jī)油，以實(shí)現(xiàn)液體摩擦減小機(jī)件摩擦阻力，減輕機(jī)件磨損，并對零件表面進(jìn)行清洗和冷卻。潤滑系統(tǒng)通常由油路、噴油器、機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油標(biāo)尺、油底殼等組成，如圖1-1-7所示。

6.點(diǎn)火系統(tǒng)

點(diǎn)火系統(tǒng)的功能是確保汽油機(jī)在壓縮接近上止點(diǎn)時(shí)在氣缸內(nèi)適時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地產(chǎn)生電火花，以點(diǎn)燃可燃混合氣從而燃燒對外做功。在汽油機(jī)中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點(diǎn)燃的，為此在汽油機(jī)的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室。能夠按時(shí)在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備稱為點(diǎn)火系統(tǒng)，電子點(diǎn)火系統(tǒng)由點(diǎn)火開關(guān)、點(diǎn)火信號發(fā)生器、點(diǎn)火線圈、火花塞等部件組成。

7.進(jìn)排氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)的功能是盡可能均勻地向各缸供給可燃混合氣或純凈的空氣，通常由空氣濾清器、空氣流量傳感器、節(jié)氣門體、進(jìn)氣總管、廢氣再循環(huán)組件、進(jìn)氣歧管等部件組成。

排氣系統(tǒng)的功能是收集廢氣并將廢氣排到大氣中去。在排放過程中，該系統(tǒng)要盡可能達(dá)到低的排氣阻力、噪聲和污染。排氣系統(tǒng)一般由排氣歧管、三元催化器、排氣總管、消聲器等組成，如圖1-1-8所示。

8.起動系統(tǒng)

起動系統(tǒng)的作用是將起動機(jī)的動力傳遞給發(fā)動機(jī)飛輪以帶動發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)動機(jī)起動后則靠單向離合器自動斷開發(fā)動機(jī)對起動機(jī)的逆向驅(qū)動。起動系統(tǒng)主要由蓄電池、起動機(jī)、起動繼電器、點(diǎn)火開關(guān)、飛輪等組成，如圖1-1-9所示。

四、發(fā)動機(jī)的工作原理

四沖程發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)按進(jìn)氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程的順序不斷循環(huán)往復(fù)。

1.進(jìn)氣行程

曲軸帶動活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉。氣缸內(nèi)壓力降低到小于外界大氣壓，空氣和汽油經(jīng)混合形成可燃混合氣通過進(jìn)氣管道、進(jìn)氣門被吸入氣缸。

2.壓縮行程

進(jìn)氣行程結(jié)束后進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，曲軸帶動活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，活塞頂部的可燃混合氣被壓縮。

3.做功行程

當(dāng)壓縮行程接近上止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)、排氣門仍處于關(guān)閉狀態(tài)，電火花點(diǎn)燃可燃混合氣?；旌蠚馊紵a(chǎn)生的氣體壓力推動活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動，經(jīng)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)做功對外輸出功率。

4.排氣行程

曲軸帶動活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，排氣門打開，進(jìn)氣門關(guān)閉。在活塞和廢氣自身的壓力作用下，廢氣經(jīng)排氣門排出氣缸。

任務(wù)練習(xí)

一、選擇題

1.配氣機(jī)構(gòu)一般由氣門組、氣門傳動組、（?。┑冉M成。

A.凸輪軸

B.氣門罩

C.飛輪殼

D.氣門驅(qū)動組

2.按照使用燃料的不同，發(fā)動機(jī)可以分為（?。⒉裼蜋C(jī)和氣體燃料發(fā)動機(jī)三類。

A.點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)

B.四缸發(fā)動機(jī)

C.汽油機(jī)

D.四沖程發(fā)動機(jī)

3.水冷發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)通常由儲液罐、電子水泵、（　）、冷卻管路、冷卻風(fēng)扇、散熱器等組成。

A.節(jié)溫器

B.氣缸蓋

C.燃油箱

D.氣缸體

4.電子點(diǎn)火系統(tǒng)由點(diǎn)火開關(guān)、點(diǎn)火信號發(fā)生器、點(diǎn)火線圈、（　）等部件組成。

A.空氣濾清器

B.節(jié)氣門體

C.傳感器

D.火花塞

5.起動系統(tǒng)主要由蓄電池、起動機(jī)、起動繼電器、（?。┖忘c(diǎn)火開關(guān)組成。

A.飛輪

B.電阻

C.單向離合器

D.電容

二、判斷題

1.起動系統(tǒng)的作用是將起動機(jī)的動力傳遞給發(fā)動機(jī)飛輪以帶動發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)動機(jī)起動后則靠單向離合器自動斷開發(fā)動機(jī)對起動機(jī)的逆向驅(qū)動。（?。?/p>

2.水冷發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)通常由儲液罐、電子水泵、節(jié)溫器、冷卻管路、冷卻風(fēng)扇、散熱器等組成。（?。?/p>

3.二沖程與四沖程發(fā)動機(jī)的工作原理完全相同。（?。?/p>

三、簡答題

請簡述潤滑系統(tǒng)的作用及其組成。