一、任务目标
通过本任务学习，学习者应能：
（1）指出发动机在汽车上所处的位置。
（2）描述发动机的组成及发动机的类型。
（3）认识发动机各个组成部件并指出其在发动机上所处的位置。
（4）描述四行程发动机的工作原理。
二、知识准备
1．汽车发动机总成概述
汽车发动机总成如图2－1所示，发动机安装位置如图2－2所示。
汽油发动机由两大机构和五大系统组成：曲柄连杆机构、配气机构、冷却系统、润滑系统、燃油供给系统、点火系统、起动系统。
图2－1 发动机总成
图2－2 发动机安装位置
（1）曲柄连杆机构
曲柄连杆机构的作用是把燃料燃烧产生的热能转换为机械能，具体表现为使气缸内的高温高压气体推动活塞在气缸内做直线往复运动，再通过连杆带动曲轴做旋转运动。曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成，如图2－3所示。
图2－3 曲柄连杆机构
（2）配气机构
在进气行程将可燃混合气或空气导入气缸，在排气行程将燃烧完的废气及时排出。配气机构由气门组、气门传动组和气门驱动组组成，如图2－4所示。
（3）燃料供给系统
汽油机燃料供给系统分为化油器式和燃油直接喷射式两种，都是给汽油机燃烧室提供可燃混合气。柴油机燃料供给系是给柴油机燃烧室适时适量地提供雾化的柴油。燃料供给系统如图2－5所示。
图2－4 配气机构
图2－5 燃料供给系统
（4）冷却系统
冷却系统使高温下工作的发动机零部件得到良好的冷却，保证发动机在正常的温度下工作，实现良好的经济性。冷却方式有水冷式和风冷式。现代汽车发动机多采用水冷式，由水泵、散热器、风扇、节温器和水套等组成，如图2－6所示。
（5）润滑系统
润滑系统使高速相对运动的发动机内部各种摩擦副能得到有效润滑，降低摩擦力，减少磨损，带走摩擦产生的热量，清洗摩擦表面，延长发动机的寿命。润滑系统主要由机油泵、机油滤清器、限压阀、油底壳等组成，如图2－7所示。
（6）点火系统
汽油机必须经过点火才能正常工作。压缩终了时，可燃混合气由火花塞产生的电火花点燃混合气，使混合气燃烧做功。点火系统有传统点火系统、电子点火系统和微机控制点火系统（如图2－8所示）等类型。点火系由电源（蓄电池和发电机）、点火线圈、分电器和火花塞等组成。
图2－6 冷却系统
图2－7 润滑系统
（7）起动系统
起动系统使处于静止状态的发动机运转。通过起动机带动飞轮使发动机曲轴转动，达到混合气燃烧做功所需要的起动转速。起动系统由起动机和起动继电器组成，如图2－9所示。
2．发动机的类型
根据内燃机将热能转化为机械能的主要构件的形式不同，内燃机可以分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式发动机是现代内燃机的主流。活塞在气缸中做往复的直线运动，经连杆、曲轴等转动变为旋转运动。各型汽车、船舶等运输用发动机及发电、工程机械、农业机械所用的发动机，大部分采用往复活塞式发动机。往复活塞式发动机按照点火方式、工作循环、凸轮轴的位置及凸轮轴数、气缸排列、使用燃料、冷却方式等，又可分为很多不同的种类。
图2－8 微机控制点火系统
图2－9 起动系统
（1）按照点火方式分类
按照点火方式分为点燃式发动机（汽油发动机、液化石油气发动机、双燃料发动机）和压燃式发动机（柴油发动机、重油发动机）。
（2）按照工作循环方式分类
按照工作循环方式分为四冲程发动机和二冲程发动机。
（3）按照凸轮轴的位置及凸轮轴数分类
按照凸轮轴位置分为凸轮轴装在汽缸盖上（凸轮轴顶置）和凸轮轴装在气缸体内（凸轮轴中置又称为气门顶置式）；按照凸轮轴数分类分为单凸轮轴发动机、双凸轮轴发动机、四凸轮发动机。
（4）按照使用燃料分类
按照使用燃料可分为汽油发动机、柴油发动机、液化石油气发动机、双燃料发动机。
（5）按照气缸的数目及排列方式分类
按照气缸的数目可分为单气缸发动机和多气缸发动机；按照气缸的排列方式可分为直列式发动机、V型发动机、辐射式发动机、对置式发动机、水平式发动机。
（6）按照冷却方式分类
按照冷却方式分类可分为水冷式发动机和风冷式发动机。
目前，现代汽车以采用四冲程、多缸、水冷、顶置凸轮轴的发动机为主。
3．往复活塞式发动机的工作原理
发动机是汽车的动力装置。现代汽车一般采用往复活塞式内燃机，它将液体或气体燃料的化学能通过燃烧转化为热能，再将热能通过机械系统转换为机械能对外输出动力，如图2－10所示。
对于往复活塞式发动机来说，都必须经过吸入空气或可燃混合气（进气），压缩进入气缸的空气或可燃混合气，点火使可燃混合气燃烧而膨胀做功，将燃烧生成的废气排出气缸（排气），这样就完成了一个工作循环。
图2－10 发动机功用
四冲程发动机曲轴转两圈，活塞在气缸内依次往复运动经历进气、压缩、做功和排气四个行程，完成一个工作循环。
（1）四冲程汽油机发动机工作原理
①进气行程：如图2－11所示，进气过程中，进气门开启，排气门关闭。活塞从气缸上止点运动到下止点，活塞上方的气缸容积增大，气缸内的压力下降。当压力降低到低于大气压时，气缸内形成真空吸力，可燃混合气经进气门被吸入气缸。
图2－11 进气行程
②压缩行程：如图2－12所示，压缩过程中，进、排气门全部关闭，活塞从下止点向上止点移动将可燃混合气压缩，使其容积缩小，密度加大，温度升高，活塞到达上止点时压缩终了，混合气被压缩到燃烧室中。
图2－12 压缩行程
③做功行程：如图2－13所示，做功过程中，进气门、排气门仍旧关闭，当活塞接近压缩上止点时，装在气缸体上的火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气燃烧后，高温、高压燃气推动活塞从上止点迅速向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能。
图2－13 做功行程
④排气行程：如图2－14所示，排气过程中，排气门开启，进气门关闭。活塞由下止点向上止点运动，将废气强制排除气缸，以便进行下一工作循环。
图2－14 排气行程
（2）四冲程柴油发动机工作原理
四冲程柴油发动机和汽油发动机一样，完成一个工作循环也要经历进气、压缩、做功和排气四个行程，但由于柴油机使用的燃料是柴油，柴油相对于汽油来说，其黏度大、蒸发性差，自燃温度低，所以柴油发动机在混合气形成，点火方式上和汽油发动机有明显的不同之处。
①进气行程：汽油机在进气行程中吸入的是可燃混合气，而柴油发动机吸入的是纯空气。
②压缩行程：汽油机在压缩行程中压缩的是可燃混合气，柴油机压缩的是空气。柴油机靠压缩自燃，其压缩比远大于汽油机，压缩终了时气体压力可达3～5MPa，温度可达500～700℃。
③做功行程：压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸高压、高温的气体中，迅速形成混合气。混合气在高温下自行着火燃烧，同时保持边喷射边燃烧，由燃烧产生的高温、高压气体推动活塞做功。该行程中，瞬时最高压力达5～10MPa，温度达1 500～1 900℃。
④排气行程：排气行程和汽油机基本相同，排气终了压力为0．105～0．125MPa，温度为500～700℃。
总之，四冲程发动完成一个工作循环，经历进气、压缩、做功和排气四个行程，发动机的正常运转就是工作循环连续不断交替。曲轴每转两圈（720℃）完成一个工作循环，一个行程对应曲轴转角为180°。做功和进气行程活塞从上止点向下止点运动；压缩和排气行程活塞式从下止点向上止点运动。四个行程中，只有做功行程是有效输出动力行程；其余三个行程是辅助行程，靠飞轮惯性维持转动，因而飞轮转速是不均匀的，必须具有足够的准东惯量才能保证发动机运转平稳。现代汽车发动机采用多个气缸，按照一定的工作顺序来保证发动机运转平稳。
三、任务实施
（一）实施方案
1．质量要求
参照厂家的质量标准要求。
2．组织方式
每四位同学一组，观察2007款卡罗拉1．6L／AT轿车1ZR－FE发动机所处的位置，认识发动机的构造，按照企业岗位操作规范进行作业。每组作业时间为____分钟。
3．作业准备
（1）技术要求与标准：
①进入场地前根据工作安全操作手册的要求穿好工衣。
②养成工具、零部件、油液“三不落地”的职业习惯，工具及拆下的零部件等都应整齐地放置在工具车及零件盘中。
表2－1 2007款卡罗拉1．6L／AT轿车发动机参数
（2）设备器材：如图2－15所示。
（3）场地设施：带消防设施的场地。
（4）设备设施：2007款卡罗拉1．6L／AT轿车1ZR－FE发动机一台、发动机台架、工具车、标保工具车、零件车、垃圾桶。
（5）耗材：干净抹布。
（二）操作步骤
识别发动机两大机构和五大系统及其安装位置的操作步骤如下：
（1）铺好“三件套”，打开车前盖。
①如图2－16所示，将地板垫平整地放在驾驶室地板上面。
图2－15 设备器材
图2－16 安装地板垫
注意事项
✧将地板垫有文字或图案的一面朝上。
②如图2－17所示，将座椅套从上到下整齐地套在驾驶员座位上。
注意事项
✧座套是由薄塑料制成的，极易破损。因此在安装座套时，用力要均匀，避免因用力过大，端面不齐，导致座套损坏。
③如图2－18所示，展开转向盘套，先套好转向盘上部，然后顺应转向盘的弧度从上往下拉转向盘套，直至完全套好。
图2－17 安装座椅套
图2－18 安装转向盘套
（2）如图2－19所示，找到发动机，观察其在汽车上所处的位置。
（3）如图2－20所示，认识曲柄连杆结构，找出曲柄连杆机构的机体组（气缸体、气缸套、气缸盖、气缸垫、曲轴箱）、活塞连杆组（活塞、活塞环、活塞销、连杆）、曲轴飞轮组（曲轴、飞轮），在发动机台架上观察其各自的位置及连接关系。
（4）如图2－21所示，认识配气系统，找出配气机构的气门组（气门、气门导管、气门座、气门弹簧等）、气门传动组（凸轮轴、凸轮轴正时齿轮或正时链轮、挺柱等），在发动机台架上观察其各自的位置及连接关系。
图2－19 找到发动机
图2－20 认识曲柄连杆结构
（5）如图2－22所示，认识燃料供给系统，找出燃油供给装置、空气供给装置、废气排出装置，在发动机台架上观察其各自的位置及连接关系。
图2－21 认识配气系统
图2－22 认识燃料供给系统
（6）如图2－23所示，认识冷却系统，找出冷却系的散热器、水泵、风扇、节温器，在发动机台架上观察其各自的位置及连接关系，注意冷却系统的水管，说出发动机工作时冷却水循环流向。
（7）如图2－24所示，认识点火系统，找出点火系的点火线圈及火花塞，在发动机台架上观察其各自的位置。
图2－23 认识冷却系统
图2－24 认识点火系统
（8）如图2－25所示，认识起动系统，找出起动系统的起动机，在发动机台架上观察其安装位置。
（9）如图2－26所示，认识润滑系统，找出润滑系统的油底壳、机油泵、机油滤清器及发动机机体上的油道，在发动机台架上观察其各自的位置及连接关系，说出压力润滑油路的润滑油流向。
图2－25 认识起动系统
图2－26 认识润滑系统
四、任务小结
1．发动机组成
汽油发动机由两大机构和五大系统组成：曲柄连杆机构、配气机构、冷却系统、润滑系统、燃油供给系统、点火系统、起动系统。
2．发动机类型
发动机可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。活塞式内燃机又可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式发动机可按照点火方式、工作循环、热力循环、凸轮轴的位置及凸轮轴数、气缸排列、使用燃料、冷却方式等，分为很多不同的类型。
3．往复活塞式发动机的工作原理
四冲程汽油机工作原理、四冲程柴油机工作原理如下：四冲程发动完成一个工作循环，经历进气、压缩、做功和排气四个行程，发动机的正常运转就是工作循环连续不断交替。
五、任务评价
（一）理论评价
1．判断题
（1）发动机是由五大机构和两大系统组成。（ ）
（2）往复活塞式内燃机完成一个工作循环活塞往复次数都是相同的。（ ）
（3）发动机的作用是将化学能通过燃烧转化为热能，再通过受热气体膨胀将热能转化为机械能。（ ）
（4）柴油机的压缩比大于汽油机。（ ）
（5）四行程柴油机在进气过程中，进入气缸的是空气。（ ）
2．单选题
（1）气缸压力小于大气压的行程是？（ ）
A．压缩行程 B．做功行程 C．进气行程 D．排气行程
（2）四冲程汽油发动机在进气过程中，吸进去的是（ ）。
A．纯空气 B．氧气 C．可燃混合气 D．纯燃料
（3）四冲程发动机一个工作循环中曲轴一共旋转（ ）。
A．四周 B．三周 C．二周 D．一周
（二）技能评价
表2－2 认识汽车发动机总成技能评价
（注：操作正确即得分，操作错误或未进行操作得0分）
学习拓展
1．发动机常用术语
（1）上止点（TDC）：活塞最高位置，即活塞在气缸中向上运动所能到达最高点。
（2）下止点（BDC）：活塞最低位置，即活塞在气缸中向下运动所能到达最低点。
（3）活塞行程（S）：活塞往复直线运动时路径，即上止点、下止点之间的距离。
（4）曲柄半径（R）：曲轴与连杆大端相连接的曲柄销中心线到曲轴回转中心线距离。
（5）气缸工作容积（Vh）：也被称为气缸排量，是指一个气缸中活塞从上止点到下止点所让出的空间容积。
（6）发动机排量（VL）：发动机所有气缸工作容积的总和。
（7）燃烧室容积（Vc）：活塞在上止点时，活塞顶上面空间的容积。
（8）气缸总容积（Va）：活塞在下止点时，活塞顶上面空间的容积。
（9）压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积的比值。
图2－27 发动机常用术语
图2－27 发动机常用术语（续）
2．发动机型号编制规则
为了便于发动机的生产管理和使用修理，我国制定了《内燃机产品名称和型号编制规则》。标准主要内容如下：
（1）内燃机产品名称应符合GB／T 1883．1的规定，均按所采用的燃料命名，如柴油机、汽油机、天然气机。
（2）内燃机型号由阿拉伯数字、汉语拼音字母或国际通用英文缩略字母组成，如图2－28所示。
图2－28 汽车发动机铭牌
（3）如图2－29所示，内燃机型号主要由首部、中部、后部和尾部四部分组成：
第一部分由制造商代号或系列符号组成，该部分代号由制造商根据需要选择相应1～3为字母表示。
第二部分由气缸数、气缸布置形式符号（如V形、H形、X形等）、冲程形式符号和缸径符号（可用发动机排量或功率数表示，其单位由制造商自定）组成。
图2－29 发动机型号
第三部分结构特征和用途特征符号。
第四部分区分符号。同系列产品需要区分时，允许制造商选用适当符号表示。
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