汽车发动机
单元一 发动机基础知识
一、汽车的总体构造
汽车的总体结构主要由发动机、底盘、电气设备和车身等部分组成。 发动机是汽车的动力装置，使供入其中的燃料燃烧而发出动力。
底盘是将发动机输出的动力传给驱动车轮，支承全车并保证汽车正常行驶的装置，包括传动系、行驶系、转向系、制动系四部分。
车身是是驾驶员工作和装载乘客、货物的场所。
电气设备是汽车点火、启动、电源、照明、仪表、信号、报警、空调装置等 二、发动机的概念
发动机是给汽车提供动力的部件，是汽车的核心总成。它先将燃料燃烧，使燃料的化学能转化成热能，最终转变为机械能并输出。
图1-1 发动机示意图
三、发动机的种类 1、按照所用燃料分类。
内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。
2、按照行程分类。
内燃机按照工作行程的不同可以分为二行程和四行程发动机。 3、按照冷却方式分类。
内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。 4、按照气缸数目分类。
内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。 5、按照气缸排列方式分类。
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内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。 6、按照进气系统是否采用增压方式分类。
内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气（非增压）式发动机和强制进气（增压式）发动机
四、发动机基本结构
汽油机的两大机构和五大系统：曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系。
柴油机的两大机构和四大系统：曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系。柴油机是压燃的，不需要点火系。
五、发动机基本术语
◆上止点：活塞在气缸内做往返运动时，活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的位置。 ◆下止点：活塞在气缸内做往返运动时，活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的位置。 ◆冲程/行程：活塞从一个止点到另一个止点移动的距离，称为活塞行程。
◆气缸工作容积：活塞从一个止点运动到另一 个止点所经过的容积，称为气缸的工作容积。 ◆燃烧室容积：活塞位于上止点时其顶部与气缸盖之间的容积称为燃烧室容积。 ◆排量：多缸发动机各缸工作容积的总和，称为发动机排量。 压缩比：
图1-2 发动机相关术语图示
六、发动机工作原理 1．四行程汽油机工作原理
汽油机的工作过程可分为：进气行程、压缩行程、作功行程、排气行程。 ◆ 进气行程
在进气行程开始时，活塞于上止点，进气门开启，排气门关闭。曲轴转动活塞从上止点向下止点移动，活塞上方容积增大，压力降低，可燃混合气在压力差作用下进入气缸。
◆ 压缩行程
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压缩行程开始，进、排气门关闭。活塞从下止点向上止点移动。活塞上方容积缩小，压缩混合气，使其压力和温度升高到易燃的程度。
◆ 作功（爆发）行程
作功行程时，进、排气门仍然关闭，当压缩接近终了时，火花塞发出电火花，点燃混合气作功。 ◆ 排气行程
排气行程开始，进气门仍关闭，排气门开启，使活塞由下止点向上止点移动，把燃烧后的废气挤出气缸。
图1-3 四冲程汽油机工作原理示意图
2．四行程柴油机工作原理
柴油机与汽油机不同点：燃料采用柴油，为压燃式结构，无化油器和火花塞；柴油机吸入气缸的为纯净空气，柴油由喷油泵和喷油器直接喷入气缸，与压缩后的高温空气混合并进行自燃。
喷油泵和喷油器是柴油机燃料供给系中最为重要的部件。
四行程柴油机工作原理：每个工作循环都经历进气、压缩、作功、排气四个行程。燃料是柴油，其黏度比汽油大，不易蒸发，而自燃温度低，所以点火方式是压燃式。
图1-4 柴油机示意图
图1-5 四行程柴油机工作过程
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七、 汽车产品编号规则
1988年国家颁布了国家标准GB9417-88《汽车产品型号编制规则》。汽车型号应能表明汽车的厂牌、类型和主要特征参数等。该项国家标准规定，国家汽车型号均应由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。
1998年我国又颁布了国标GB9417-88《汽车产品型号编制规则》。该标准规定自1989年1月1日起，新设计的汽车及半挂车的型号一律按新标准来确定，并规定汽车的产品型号及企业名称代号。对于专用车及专用半挂车还应增加专用汽车分类代号。
图1-6 汽车产品编号规则
1．企业代号
企业代号一般为汽车制造厂的拼音缩写。
2．汽车类别代号及主参数代号
汽车类别代号用一位数字代表。主参数代号用两位阿拉伯数字表示。
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车辆类别代号 1 2 3 4 5 6 7 9 1．动力性指标
车辆种类 载货汽车 越野汽车 自卸汽车 牵引汽车 专用汽车 客车 轿车 主参数 汽车总质量（单位t） 汽车总质量（单位t） 汽车总质量（单位t） 汽车总质量（单位t） 汽车总质量（单位t） 汽车总长度（单位0.1m） 汽车总排量（单位0.1L） 半挂车及专用半挂车 汽车总质量（单位t） 八、发动机的性能指标
动力性指标是表征发动机作功能力大小的指标，一般用发动机的有效转矩、有效功率等作为评价发动机动力性好坏的指标。
（1）有效转矩
发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作 Te，单位为 N·m 。 （2）有效功率
发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作 Pe 单位为 KW。发动机的有效功率可以用台架试验方法测定。
2． 经济性指标
发动机经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率等。 （1）有效热效率
燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率，记作 ηe。 （2）有效燃油消耗率
发动机每输出 1kW 的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率，记作 ge，单位为 g/（kW·h）。 显然，有效燃油消耗率越低，经济性越好。
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单元二 曲柄连杆机构
一、概述
曲柄连杆机构是发动机产生动力和输出动力的主要部件。它的功用：把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的扭矩，输出机械能。曲柄连杆机构由活塞连杆组和曲轴飞轮组二大部分组成。
图2-1 曲柄连杆机构结构图
二、机体组
发动机机体组包括气缸体、气缸套、气缸盖、气缸盖罩、油底壳等零件。
图2-2 机体组结构图
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1．气缸体
气缸体是发动机的基础骨架，它不仅要承受着高温高压气体的作用力，而且发动机的几乎所有零件都安装在气缸体上，因此气缸体应具有足够的强度和刚度。
气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。
图2-3 气缸体
图2-4 气缸体的三种形式
一般式气缸体：特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。 龙门式气缸体：特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。
隧道式气缸体：这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。
为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当的冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷。
图2-5 气缸体的冷却方式
2．气缸套
气缸可直接镗在气缸体上叫做整体式气缸。也可将气缸制造成单独的圆筒形零件（即气缸套），然后再装到气缸体内。
水冷式发动机气缸套根据是否与冷却水接触，将其分为干式和湿式两种。
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图2-6 气缸套的形式
3．气缸盖
气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比。
图2-7 气缸盖
气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。气缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。
4．油底壳
气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。
油底壳的主要功用是储存机油和封闭机体或曲轴箱。
图2-8 油底壳
5．气缸垫
气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是：保证气缸盖与气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。
按所用材料的不同，气缸衬垫可分为金属—石棉衬垫、金属—复合材料衬垫和全金属衬垫等多种。
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图2-9 气缸垫
三、活塞连杆组
活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销、连杆和连杆轴等。其作用是：将燃烧过程中获得的动力传递给曲轴。
图2-10 活塞连杆组
1．活塞
活塞主要是承受燃烧气体的作用力，并将此力通过活塞销传递给连杆以推动曲轴旋转。其材料常用铝合金、合金铸铁或耐热钢等。
活塞在选配时应选用同一修理尺寸和同一分组尺寸的活塞；选用同一发动机必须选用同一厂牌的活塞；在选配的成套活塞中，尺寸差和质量差应符合要求；尺寸差一般为0.02~0.025mm，质量差一般为4~8g。
2、活塞销
活塞销连接活塞和连杆，把活塞所承受的力传给连杆，因此活塞销要有足够的刚度和较轻的重量。多用低碳钢和低碳合金钢制成。
活塞销的选配原则：同一台发动机应选用同一厂牌、同一修理尺寸的成组活塞销；活塞销表面应无任何锈蚀和斑点；质量差应在10g以内。
图2-11 活塞与活塞销
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3．气环和油环
气环：保证活塞与气缸壁之间的密封，防止气缸中的高温、高压燃气大量窜入曲轴箱，同时还将活塞顶部的大部分 热量传给气缸壁，再由冷却水带走。
油环：刮掉气缸壁上多余的机油，并重新在气缸壁上涂一层均匀的油膜。
活塞环在选配时，应注意：以气缸的修理尺寸为依据，同一台发动机应选用与气缸和活塞修理尺寸等级相同的活塞环；不换活塞，只换活塞环时，也应选配与气缸同一级别的活塞环。
图2-12 活塞环
4．连杆
连杆的作用是承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复运动时的惯性力，并将力传给曲轴。连杆由杆身、连杆盖、连杆螺栓、连杆轴承等组成。
图2-13 连杆
1-连杆大头；2-连杆轴承；3-止推凸唇；4-衬套；5-连杆小头；6-连杆杆身；7-连杆螺栓；8-连杆盖
四、曲轴飞轮组
曲轴飞轮组包括曲轴、飞轮及装在曲轴上的各零件（曲轴正时齿轮、轴瓦、止推片、V形皮带轮）等。
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图2-14 曲轴飞轮组
1．曲轴
曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。
图2-15 曲轴飞轮组
2．曲轴扭转减振器
为了消减曲轴的扭转振动，现代汽车发动机多在扭转振幅最大的曲轴前端装置扭转减振器。汽车发动机多采用橡胶扭转减振器、硅油扭转减振器和硅油橡胶扭转减振器等。
3．飞轮
飞轮是一个转动惯量很大的圆盘，其主要作用是：将作功行程中输入曲轴的一部分能量贮存起来，用作在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上止点和下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出扭矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷。
图2-16 扭转减振器 图2-17 飞轮
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单元三 配气机构
一、概述
配气机构的作用是：按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和点火次序的要求，开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜混合气及时地进入气缸，废气得以及时地排出气缸外。
配气机构由气门组和气门传动组两大部分组成。
图3-1 配气机构结构图
二、气门组
气门组在配气机构中气相当于一个阀门，它的主要作用是：准时接通和切断进排气系统与气缸之间的通道。
气门组一般由气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座及锁片等零件组成。
图3-2 气门组的组成
气门导管的作用：是对气门的运动导向，保证气门作直线往复运动，使气门与气门座圈能正确贴合，此外还将气门杆接受的部分热量传给气缸盖。
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气门弹簧的作用：保证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴合，并克服气门开启时配气机构产生的惯性力，使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离。
三、气门传动组
气门传动组的作用：使进、排气门按规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。它主要包括凸轮轴、正时齿轮、挺柱、摇臂轴、摇臂以及推杆等零件。
图3-3 配气机构组成
1．凸轮轴
凸轮轴的布置形式有顶置、中置和下置式三种，根据顶置式凸轮轴的数量，又可将其分为顶置双凸轮轴和顶置单凸轮轴。这两种气门传动机构都没有推杆，主要应用于高速发动机。
图3-4 凸轮轴结构及布置
2．正时链轮或正时齿轮
曲轴正时齿轮一般采用45号钢或40Cr钢制造，为了减小发动机的噪声，凸轮轴正时齿轮多采用铸铁、夹布胶木或尼龙材料制造。
凸轮轴的动力来源于曲轴，曲轴通过三种传动方式来驱动凸轮轴：
◆正时齿轮传动：曲轴正时齿轮有的直接与凸轮轴正时齿轮啮合，有的通过惰轮与凸轮轴正时齿轮啮合。
◆正时皮带轮传动 ◆正时链条传动
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3．挺柱、推杆、摇臂
挺杆又叫挺柱，它是介于凸轮和推杆之间的传动件。
挺柱是将凸轮的推力传给推杆或（气门杆）的零件，可分为平面挺柱、滚子挺柱和液压挺杆。液压挺杆结构如图示。
推杆位于挺柱与摇臂之间，它将挺柱传来的运动和作用力传给摇臂。摇臂将挺杆（或凸轮）传来的力，改变方向作用于气门端面，推开或关闭气门。
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单元四 冷却系统
一、概述
冷却系统根据冷却介质的不同可分为水冷系统和风冷系统两种。
由于水冷系统工作可靠，冷却效果好，所以大多数汽车都采用强制循环式水冷系统。
二、冷却系统组成与原理
1．冷却系统的组成
水冷系统一般由散热器、风扇、水泵、节温器、膨胀水箱、水套及连接水管等组成。冷却系统对发动机机件进行冷却，使发动机在适宜的温度下正常运行。
2．冷却系统的工作原理
水冷系统还分为大循环和小循环两种循环方式。
三、水泵
水泵的功用：对冷却液加压，使之在冷却系中加速循环流动。水泵的结构形式有多种，但由于机械离心式水泵具有结构简单、尺寸小、出水量大，因此机械离心式水泵在汽车发动机上得到了广泛的应用。
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离心式水泵主要由叶轮转子和泵体两大部分组成。
四、节温器
1．结构与工作原理
为了控制通过散热器的冷却水流量，通常利用节温器来实现。
节温器按结构可分为：蜡式、双金属式和折叠式。目前多数发动机采用蜡式节温器。某些轿车采用双节温器结构。
工作原理：当冷却水温度过低时，冷却水不经过散热器，只在水套与水泵间循环（即小循环），从而防止发动机过冷，并使冷机迅速而均匀热起；
当发动机正常热状态下（温度高于80℃），冷却水全部经过散热器进行循环（即大循环），使冷却水温度下降，保持发动机在正常的温度下工作。
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2．检测维修
为检查节温器能否正常工作，可进行如下试验：将节温器悬挂在水中并加热，能正常工作的节温器，在水温升至90℃时，阀门开始打开；在水温达到100℃时，阀门完全打开。如不符合此要求应予更换。
3．故障案例
故障现象：一辆北京现代索纳塔2.0L轿车，在运行中突然过热而开锅。
故障排除：发动机工作平稳，动力正常，机油、排气也无异常，排除了缸垫冲坏的可能。打开空调开关，散热器主电扇不工作；用手扳动风扇，感觉电动机发卡。拔下通往电扇的插座，直接用导线与蓄电池连通，电扇仍不工作。换上新的电扇后，打开空调开关，电扇工作正常。但起动发动机后，冷却液温度仍上升很快，行驶不到2km发动机仍然开锅，且温控开关不能接通电扇工作。触摸上、下水管，上水管不太热，下水管却烫手。
分析认为，是节温器损坏不能正常开启。隔断了发动机水套与上水管、散热器之间的通路，冷却系统不能进行大循环。温控开关装于节温器之后，始终达不到工作的温度，故不能接通电扇。
拆下节温器，放人开水中检验，节温器不能开启。更换新件后试车，发动机冷却液温度正常，电扇及温控开关恢复正常工作，故障排除。
五、散热器
散热器主要由上贮水室、下贮水室和散热器芯管等部分组成。
散热器的构造形式主要有管片式和管带式两种，捷达轿车发动机散热器采用管带式结构，波纹状的散热带与冷却芯管相间排列，如图所示。
为防止冷却液在汽车颠簸时从散热器顶部的孔口溅出和散失，散热器孔口应密封。但随着冷却液温度的上升，冷却系内水蒸气必然增多，使冷却系中压力过大，这样有导致散热器破裂的可能，因此，必须在散热器盖上设置排出水蒸气的通道（即加压阀）和溢流管。
六、“水冷系的水温过高”的故障诊断 1．故障现象
①水温表指针指示在373 K(100℃)以上，散热器上贮水箱有开锅现象； ②发动机产生爆燃，不易熄火； ③活塞膨胀，发动机熄火后，不易起动。 2．故障原因、诊断和排除方法
①冷却水不足。检查冷却水箱或膨胀水箱的水是否充足，加水或疏通膨胀水箱的通气孔。 ②水温表指示值过高。观察散热器水温是否过热或开锅，如水温正常，即为感应塞或水温表故障，应先更换感应塞；若水温表的指示值还高，则是水温表已坏。
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③风扇不转。检查风扇传动带是否过松打滑，若打滑应进行调整。松开电机支架固定螺栓，向外扳动电机，同时拧紧固定螺栓。风扇传动带松紧度的检查方法是，用拇指按压两轮距中点处，带的下沉量为10～15 mm时为宜。
④节温器故障。若发动机温度过高，而散热器的温度并不高，或散热器上贮水箱温度高，下贮水箱却较冷时，可能是节温器的阀门没打开或阀门升程太小，应检查更换节温器。
⑤水泵损坏。可将水箱盖打开，操纵油门，突然变化发动机转速，从加水口观察冷却水面有无变化，若无搅动现象，则为水泵工作不正常，应检查排除水泵故障。
⑥散热器性能下降。多为散热器内部被水垢或泥沙堵塞，或散热片之间被堵塞，应清洗、疏通散热器。
⑦散热器盖损坏。若冷却水的沸点温度未提高，发动机冷却后散热器内的真空度未形成，有膨胀水箱的箱内液面无变化，则为散热器盖坏，应修复或更换。
⑧护风罩坏或不起作用，百叶窗打不开等。 七、“水冷系水温过低”的故障诊断 1．故障现象
①暖机后水温表指示值在353 K(80℃)以下； ②发动机加速困难、无力。 2．故障原因、诊断和排除
①节温器故障。发动机冷车升温时间长，节温器失效后其主阀门常开，冷却水没有小循环，应检查更换节温器。
②冬季保温措施不良，百叶窗、挡风帘关闭不严。
③水温表或水温感应塞故障。实际水温与指示值有误差时，多为感应塞或水温表故障。 更新水温表后无效果，则为水温感应塞故障，应更新感应塞。
冷却液的应用
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单元五 润滑系统
一、概述
1．润滑系的主要作用
润滑系的主要作用有：润滑减摩作用、冷却作用、清洗作用、密封作用、防锈作用等。 2．润滑方式
由于发动机各运动零件的工作条件不同，对润滑强度的要求也就不同，因而要相应地采取不同的润滑方式。
◆ 压力润滑：利用机油泵，将具有一定压力的润滑油源源不断地送往摩擦表面。
◆ 飞溅润滑：利用发动机工作时运动零件飞溅起来的油滴或油雾来润滑摩擦表面的润滑方式称为飞溅润滑。
◆ 定期润滑：发动机辅助系统中有些零件则只需定期加注润滑脂（黄油）进行润滑。
二、润滑系统组成与原理
1．润滑系的组成：
润滑系统主要由机油集滤器、机油泵、机油滤清器、油底壳以及机油冷却器组成。
发动机工作时，许多零件相对运动的表面（如曲轴与主轴承，连杆轴承，活塞与气缸壁，凸轮轴与轴承等）之间必然有摩擦，如果各金属表面直接摩擦（即干摩擦），摩擦阻力将会很大，不但会增加发动机内部的功率消耗，使零件工作表面迅速磨损，而且由于摩擦产生的高温可能使某些摩擦表面的金属熔化，致使发动机无法正常运转。为保证发动机正常工作，必须对相对运动的表面给予良好的润滑。
图5-1 润滑系统组成
发动机-19
2．润滑系的油路：
图5-2 润滑油路
三、机油泵
发动机上采用的机油泵分成齿轮式和转子式两种。
1、齿轮式机油泵
齿轮式机油泵的工作原理：当齿轮按图示方向旋转时，进油腔的容积由于轮齿向脱离啮合方向运动而增大，腔内产生一定的真空度，机油便从进油口被吸人并充满进油腔。旋转的齿轮将齿间的润滑油带到出油腔。出油腔的容积则由于轮齿进入啮合而减小，导致油压升高，润滑油经出油口被输出，输出的油量与发动机转速成正比。
2、转子式机油泵
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转子式机油泵结构：主要由内转子、外转子和油泵壳体组成。内转子有4个外齿，通过键固定于主动轴上。外转子有5个内齿，外圆柱面与壳体配合。内外转子有一定的偏心距，外转子在内转子的带动下转动。壳体上设有进油口和出油口。
转子式机油泵结构紧凑，吸油真空度大，泵油量大，供油均匀度好。安装在曲轴箱外位置较高处时，也能很好地供油。
四、机油滤清器
1．结构与工作原理
机油滤清器的功用是滤除机油中的金属磨屑、机械杂质和机油氧化物。
机油滤清器的方式有两种：全流式和分流式。全流式机油滤清器串联于机油泵和主油道之间，因此全部机油都经过它滤清。目前在轿车上普遍采用全流式机油滤清器。
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（1）全流式机油滤清器
现代汽车发动机所采用的全流式滤清器多为过滤式。机油从纸滤芯的外围进入滤清器中心，然后经出油口流进机体主油道。机油流过滤芯时杂质被截留在滤芯上。
（2）分流式机油细滤器
分流式机油细滤器有过滤式和离心式两种类型。过滤式存在着滤清能力与通过能力的矛盾，而离心式则有滤清能力高，通过能力大，且不受沉淀物影响等优点。因此，车用发动机多以离心式机油滤清器作为分流式机油细滤器。
2．机油滤清器的更换
机油滤清器为一次性使用零件，新车或大修发动机后，车辆行驶10000km后应更换新机油滤清器，以后车辆每行驶10000km更换一次。
五、机油冷却器
将机油冷却器置于冷却水路中，利用冷却水的温度来控制润滑油的温度。当润滑油温度高时，靠冷却水降温，发动机起动时，则从冷却水吸收热量使润滑油迅速提高温度。机油冷却器由铝合金铸成的壳体、前盖、后盖和铜芯管组成，如图所示。
六、润滑系常见故障分析
1．机油压力过高
发动机在正常工作温度和转速下，机油压力表读数高于规定值。此时可判定为发生机油压力过高故障。
产生此故障的原因及处理方法有：
（1）机油粘度过大。更换机油或重新选用机油。 （2）机油限压阀弹簧压力调整过大。重新调整弹簧压力。 （3）机油限压阀的润滑油道堵塞。清洗润滑油道。
（4）曲轴主轴承、连杆轴承或凸轮轴轴承间隙过小。必要时光磨曲轴、凸轮轴或更换轴承。 （5）机油压力表或其传感器工作不良。检修或更换机油压力表及其传感器。 2．机油压力过低
发动机在正常工作温度和转速下，机油压力表读数低于规定值或油压报警器报警。此时可判定为发生机油压力过低故障。
产生此故障的原因及处理方法有：
（1）机油集滤器网堵塞。清洗机油集滤器。 （2）机油滤清器堵塞。清洗或更换机油滤清器。
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（3）油底壳内机油油面过低。按规定补充机油。 （4）机油粘度降低。更换机油。
（5）机油限压阀弹簧失效或调整不当。更换弹簧或重新调整。 （6）润滑油油管接头漏油或进入空气。检修机油管路，排出空气。 （7）润滑油道堵塞。清洗润滑油道。 （8）机油泵性能不良。检修或更换机油泵。
（9）曲轴主轴承、连杆轴承或凸轮轴轴承间隙过大。必要时光磨曲轴、凸轮轴或更换轴承。 （10）机油压力表或其传感器工作不良。检修或更换机油压力表及其传感器。 3．机油消耗过多
如果机油消耗量超过规定值，排气冒蓝烟，气缸内积炭增多，则可判定有机油消耗过多故障。此故障主要是泄漏和烧机油造成的，具有原因及处理方法有：
（1）活塞、活塞环与气缸壁的间隙过大或活塞环与环槽的侧隙过大。检修或更换活塞、活塞环和气缸。
（2）气门与气门导管间隙过大或气门密封圈失效。检修或更换气门，更换气门导管或气门密封圈。
（3）发动机各部件密封表面漏油。检查发动机各部件的可能漏油表面。 （4）曲轴箱通风不良。检修曲轴箱通风装置。 （5）大修后扭曲环或锥面环装反。重新安装活塞环。
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单元六 电控汽油喷射系统
一、概述
汽油机所用的燃料是汽油，在进入气缸之前，汽油和空气已形成可燃混合气。可燃混合气进入气缸内被压缩，在接近压缩终了时点火燃烧而膨胀作功。
1．电控汽油喷射系统分类 （1）按喷油器数量分类
单点燃油喷射SPI 多点燃油喷射MPI
（2）按汽油喷射方式分类
连续喷射方式 间歇喷射方式
（3）按喷射装置的控制方式分类
机械控制式（K型） 机电结合控制式（KE型） 电子控制式（EFI型）喷射系统 （4）按空气量的检测方式分类
按空气量的检测方式可分为进气管绝对压力传感器式和空气流量传感器式两大类，后者又可分为体积流量型和质量流量型两类。
体积流量型有翼片式和卡门旋涡式，质量流量型有热线式和热膜式空气流量计等类型。 （5）按喷油器的喷射位置分类
缸内直喷 缸外喷射
发动机-24
2．电子控制汽油喷射系统组成
尽管电子控制汽油喷射系统多种多样，但就其组成和工作原理而言却大同小异。主要的区别是电控单元的控制方式、控制范围和控制程序不尽相同，所用传感器和执行元件的构造也有所差别。各类电子控制汽油喷射系统均可视为由燃油供给系统、进气系统和控制系统三部分组成。
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二、供油系统
电控汽油喷射系统的空气系统主要包括空气流量计、补充空气阀、怠速控制阀、节气门及空气滤清器等。
1．电动汽油泵
在电控汽油喷射系统中应用的电动汽油泵通常有两种类型，即滚柱式电动汽油泵和叶片式电动汽油泵。
滚柱式电动汽油泵结构与原理如下图所示：
2．燃油分配管
燃油分配管，也被称作\"共轨\"，其功用是将汽油均匀、等压地输送给各缸喷油器。由于它的容积较大，故有储油蓄压、减缓油压脉动的作用。
3．喷油器
喷油器的功用是按照电控单元的指令将一定数量的汽油适时地喷入进气道或进气管内，并与其中的空气混合形成可燃混合气。
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4．油压调节器
油压调节器的功用是使燃油供给系统的压力与进气管压力之差即喷油压力保持恒定。
5．油压脉动缓冲器
油压脉动缓冲器的作用就是减小燃油管路中油压的脉动和脉动噪声，并能在发动机停机后保持油路中有一定的压力，以利于发动机重新起动。
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6．冷起动喷嘴及热时间开关
冷起动喷嘴的功用是当发动机低温起动时，向进气管喷入一定数量附加的汽油，以加浓混合气。冷起动喷嘴安装在进气管上，热时间开关装在机体上并与冷却液接触。
三、进气系统
电控汽油喷射系统的空气系统主要包括空气流量计、补充空气阀、怠速控制阀、节气门及空气滤清器等。
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1．空气流量计
空气流量计的功用是测量进入发动机的空气流量，并将测量的结果转换为电信号传输给电控单元。空气流量计有多种形式，如翼片式、热线式、热膜式和涡流式等。
（1）翼片式空气流量计
（2）热线式空气流量计
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（3）热膜式空气流量计
（4）卡门涡流式空气流量计
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2．进气管压力(MAP)传感器
波许D型汽油喷射系统不设空气流量计，而是利用进气管压力传感器测量节气门后进气管内的绝对压力间接测量发动机的进气量，并以此作为电控单元计算喷油量的主要参数。
进气管压力传感器的种类有半导体压敏电阻式、电容式、膜盒式、表面弹性波式等，应用最多的是压敏电阻式。
进气管压力传感器的安装位置：发动机仓内的车身上或进气总管上。 压敏电阻式进气管压力传感器如下图所示：
工作原理：压力转换元件是硅膜片，在硅膜片上用特殊技术制作四只阻值相等的半导体压敏电阻，并将四只电阻连接成惠斯顿电桥电路，再与信号放大电路和温度补偿电路等混合集成电路。硅膜片一面通真空室，一面导入进气歧管压力，在进气压力作用下，硅膜片产生变形，电阻值发生变化，电桥失去平衡，从而将进气压力的变化转换成电阻电桥输出电压的变化。
3．辅助空气阀
辅助空气阀是实现发动机快怠速的装置。当发动机冷起动时，部分空气经补充空气阀进入发动机，使发动机的进气量增加。由于这部分空气是经过空气流量计计量过的，因此喷油量将相应地有所增加，从而提高了怠速转速，缩短了暖车时间。
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4．怠速控制阀
怠速控制阀的功能，自动调节发动机的怠速转速，使发动机在设定的怠速转速下稳定运转。
四、电控系统
电控汽油喷射系统中的控制系统由电控单元、各种传感器、执行器，以及连接它们的控制电路所组成。
1．传感器
（1）冷却液温度传感器
冷却液温度传感器，用来检测发动机的热状态。常见的冷却液温度传感器是半导体热敏电阻式。它是利用半导体材料的电阻随温度变化而变化的特性制成的。
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（2）进气温度传感器
进气温度传感器，也常采用高灵敏度的热敏电阻，安装在进气支管处。进气温度传感器是一个负温度系数的热敏电阻，进气温度上升时电阻下降。发动机ECU通过电阻信号识别温度，从而修正喷油量和点火提前角。
（3）节气门位置传感器
节气门位置传感器安装在节气门体上，传感器的转轴与节气门轴联动。其功用是把节气门的开度信号转变成电信号，输送给ECU；ECU根据节气门开度信号感知发动机的负荷状态，对喷油量及点火提前角进行修正。
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（4）曲轴位置传感器
曲轴位置传感器通常安装在分电器内，用来检测发动机转速、曲轴转角以及作为控制点火和喷射信号源的第一缸和各缸压缩行程上止点信号。
①、光电式曲轴位置传感器：
②、磁脉冲式曲轴位置传感器：
③、霍尔效应式曲轴位置传感器：
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（5）氧传感器
氧传感器是电子控制汽油喷射系统进行反馈控制的传感器，安装在排气管上，反馈控制也称闭环控制。在这种控制方式中，利用氧传感器检测排气中氧分子的浓度，并将其转换成电压信号输入电控单元。
（6）爆震传感器
通常使用的爆震传感器安装在发动机的机体上，它能将发动机发生爆燃而引起的机体振动信号转换为电压信号，且当机体的振动频率与传感器的固有振动频率一致而发生共振时，传感器将输出最大电压信号。ECU将根据此最大电压信号判定发动机是否发生爆燃。
2．电控单元
电控单元是电子控制单元（ECU）的简称。电控单元的功用是根据其内存的程序和数据对空气流量计及各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，向喷油器提供一定宽度的电脉冲信号以控制喷油量。其结构如下图所示：
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电控单元的原理如下图所示：
五、汽油喷射的控制过程
电控汽油喷射系统的工作过程就是对喷油正时和喷油持续时间的控制过程。 1．喷油正时的控制
同步喷射：汽油的喷射与发动机运转同步，ECU根据曲轴的转角位置来控制开始喷油的时刻，即在既定的曲轴转角进行喷油。在发动机稳定工况的大部分运转时间里，汽油喷射控制系统以同步方式工作。
异步喷射：ECU根据传感器输入的信号控制开始喷油时刻，与曲轴转角位置无关。异步喷射方式是一种临时的补偿性喷射，起动、加速等过渡工况，喷油系统以异步方式喷射或增加异步喷油方式对同步喷油量进行补偿。
2．喷油持续时间的控制 （1）起动时的同步喷油量控制
在发动机转速低于规定值或点火开关接通位于STA（起动）档时，ECU根据冷却液温度传感器信号和冷却液温度—喷油时间关系曲线确定基本喷油时间，根据进气温度传感器信号对喷油时间作修正（延长或缩短）。然后在根据蓄电池电压适当延长喷油时间，以实现喷油量的进一步的修正，即电压修正。
（2）起动时的异步喷油量控制：在同步喷油基础上，为改善发动机的起动性能，再增加一次异步喷油。在起动开关处于接通状态时，ECU接受到第一个凸轮轴位置传感器信号（Ne信号）后，接收到第一个曲轴位置传感器信号（G信号）时，开始进行起动时的异步喷油。
（3）起动后的同步喷油量控制：
D型根据发动机转速信号和进气管绝对压力信号确定基本喷油时间。 L型根据发动机转速信号和空气流量计信号确定基本喷油时间。
同时,还必须根据各种传感器输送来的各种运行工况信息，对基本喷油量时间进行修正。
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（4）预热加浓
发动机ECU在冷机时，因为此时燃油不容易雾化，所以，燃油的喷射量就需增加，以使冷车怠速能平稳运转，并缩短暖机过程的时间。
当温度较低时，需增加燃油喷射时间，来获得较浓得空气-燃油混合气，从而达到较好的行车性。 最大校正量是常温下的两倍（水温-40 ℃ ）。 （5）加速加浓
突然加速时，会出现燃料供应滞后于进入气缸内的空气的快速变化量，而使空燃比变小，特别是在加速的开始阶段。当ECU确认汽车正处于加速阶段，除增加同步供油量外，还增加异步供油量，以满足加速工况对喷油量的要求。
加速加浓的大小取决节气门开启角度的变化速度。
加速校正在加速开始阶段会大量增加，增加到上限值后又会逐渐减小。 此外，加速越快，燃料喷射量的增加越大。 （6）功率加浓
发动机在高负载情况下，比如爬陡峭的山路，很难使吸进的空气和喷射的燃油充分混合。因此，燃烧过程中就需要喷射比理论空燃比多的燃油以使空气充分燃烧而增加功率。
高负载是由节气门位置传感器、发动机转速和进气质量来确定的。 进气质量越高或发动机转速越高，比率的增加量越大。
此外，当节气门的开启角度等于或大于预定值时该量还会增加。 增加量的校正从大约10% 到 30%。 （7）进气温度校正
空气密度随空气温度的变化而变化。因此，需要作一个校正：即根据进入气缸中的空气温度来增加或减少燃料的量，以优化发动机当前条件下所需的混合比例。
进气温度由温度传感器探测。
发动机ECU 将空气温度设定为标准值20℃。当空气温度高于或低于标准值时，就会确定一个校正量。 进气温度低，密度增加，因而校正量也增加。进气温度高，密度降低，因而校正量也减少。
校正量增加或减少接近10%。 （8）电压校正
发动机ECU把喷射信号传给喷油器的时间和喷油器实际喷射燃料的时间之间存在时间延迟。若蓄电池电压严重降低，延迟较长。 也就是说，喷油器喷射燃料的时间较发动机ECU计算的喷射时间短。因此，空气的比例较发动机需要的混合比要高，就是混合气较稀。这样，发动机 ECU将根据蓄电池电压的降低而延长喷射时间以进行调节。
（9）断油控制
减速断油控制：汽车行驶中，驾驶员快收加速踏板使汽车减速时，ECU将会切断燃油喷射控制电路，停止喷油，以降低HC及CO排放量。当发动机转速降至设定转速或节气门开启时又恢复正常喷油。停油转速与恢复喷油转速与水温和发动机负荷有关。
超速断油控制：发动机加速时，发动机转速超过极限转速80r/min时，ECU将切断燃油喷射控制电路，停止喷油，防止超速。当发动机转速超过低于极限转速80r/min时，ECU将控制喷油器恢复喷油。
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溢油消除：当满足油门最大、转速小于500转/分、启动档三个条件时，ECU将控制喷油器停止喷油， 以防止缸内混合气过浓而浸湿火花塞。
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单元七 柴油机供油系统
一、概述
1．柴油机燃料供给系统功用
柴油机燃料供给系统的作用就是根据柴油机的要求，定时、定量地产生高压油，并按要求喷入燃烧室特定位置。
2．柴油机燃料供给系统组成
柴油机燃料供给系统，由油箱、油水分离器、柴油滤清器、输油泵、喷油泵、高压油管、调速器和喷油器等组成。有的高压油路不用高压油管，将喷油泵与喷油器合为一体，即泵-喷嘴结构，以改善喷油器的性能。
3．燃油供给线路（如下图所示）
发动机-39
二、喷油器
喷油器是一种向柴油机燃烧室喷射高压燃油的装置。根据不同柴油机要求，将高压油泵来的柴油气，以一定的喷油压力、喷雾细度、喷油规律、射程和喷雾锥角喷入燃烧室特定位置，与空气混合燃烧。
1．孔式喷油器
孔式喷油器的特点是，喷油嘴偶件中的针阀不直接伸出喷孔，喷油嘴头部的喷孔小且多，一般喷孔1～7个，直径0.2～0.5mm。
孔式喷油器的喷油嘴偶件根据其长短又分为短型和长型，长型孔式喷油嘴的针阀导向圆柱面远离燃烧室，减少了针阀受热变形卡死在针阀体中，用于热负荷较高的柴油机中。
发动机-40
2．轴针式喷油器
轴针式喷油器的特点是，其喷油嘴偶件中的针阀伸出喷孔，喷孔一般只有一个，直径也较大，可达1～3mm，工作时轴针在喷孔中上下运动，能自动清除喷孔积炭。针阀头部制成各种形状，使柴油以不同油束锥角喷入气缸，适应不同发动机需要。
三、喷油泵
喷油泵的基本作用，对燃油进行加压、计量，并按照一定的次序将产生的高压柴油定时、定量地供入各个气缸所对应的喷油器中。
柱塞式喷油泵的结构如图所示，由喷油泵体、泵油机构、油量调节机构、传动机构、供油提前器和润滑冷却系统等组成。
（1）进油过程
柱塞下行时，柱塞上方的空间容积变大，形成部分真空。当柱塞顶部下行到露出进油孔时，低压油便从泵体上的低压油腔流入柱塞顶部的空间，开始了进油行程，直至柱塞抵达下止点时，完成进油过程。
（2）供油过程
柱塞上行时，泵腔中的一部分燃油被挤回泵体油道。当柱塞顶平面将进油孔封闭时，随着柱塞的继续上行，燃油受压，压力急剧升高。当其压力大于出油阀弹簧压力与高压油管中的残余油压之和时，出油阀便被顶离阀座，高压柴油经出油阀向高压油管、喷油器供油。
发动机-41
（3）供油结束
柱塞继续上行，至其斜切槽与柱塞套的回油孔相通时，柱塞顶部的高压油便经柱塞的中心油道流回泵体低压油腔。由于柱塞顶部油压急剧下降，在出油阀弹簧作用下，出油阀迅速落座，供油过程结束。
四、调速器
当柴油机在高转速运转时若因负荷减少使转速升高时，喷油泵供油量增大，更促使柴油机转速进一步升高，极易导致柴油机超速而出现排气管冒黑烟、柴油机过热等不良现象，严重时出现飞轮飞脱等机件损坏、伤人事故；
当柴油机转速因负荷增加而低于最低稳定转速时，喷油泵供油量也减少，转速继续下降，发动机熄火。
因此，车用柴油机因道路阻力的变化范围大，必须要装调速器
调速器，是一种自动调节装置，它能根据柴油机的转速和负荷，自动控制喷油泵的供油量，使之稳定运转，并且使之不发生超速和熄火。
汽车柴油机调速器按其工作原理的不同，可分为机械式、气动式、液压式、机械气动复合式、械液压复合式和电子式等多种形式，但目前应用最广的当属机械式调速器，其结构简单，工作可靠，性能良好。
按调速器起作用的转速范围不同，可对分为两极式调速器和全程式调速器。 1．全程式的调速器
全程式调速器基本结构及原理如图所示。
发动机-42
2．两极式调速器
两极式调速器基本结构如图所示。
发动机-43
五、辅助装置
1．输油泵
输油泵的功用是保证有足够数量的柴油自柴油箱输送到喷油泵，并维持一定的供油压力以克服管路及柴油滤清器阻力，使柴油在低压管路中循环。
输油泵有膜片式、叶片式、活塞式及齿轮式等几种形式。膜片式和叶片式输油泵分别作为分配式喷油泵的一级和二级输油泵，而活塞式输油泵则与柱塞式喷油泵配套使用。
活塞式输油泵安装在柱塞式喷油泵的侧面，并由喷油泵凸轮轴上的偏心轮驱动。其基本结构如图。
活塞式输油泵的工作原理：
2．柴油滤清器
柴油滤清器的功用是滤除柴油中的任何杂质。
发动机-44
纸质滤芯柴油滤清器的结构如图所示。来自输油泵的柴油从进油口进入滤清器壳体与纸质滤芯之间的空隙，然后经过滤芯过滤之后，由中心杆经出油口流出。在滤清器盖上设限压阀，当油压超过0.1～0.15MPa时，限压阀开启，多余的柴油自进油口经限压阀直接返回柴油箱。
发动机-45
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