发动机的工作原理和总体资料

1、会计学1发动机的工作原理和总体资料发动机的工作原理和总体资料 发动机发动机是将是将自然界的某种能量直接转换为机械能并拖动是将是将自然界的某种能量直接转换为机械能并拖动某些机械进行工作某些机械进行工作的机器。的机器。 热能转换为机械能的发动机称为热能转换为机械能的发动机称为热机热机，其热能由燃料燃烧所产生的。，其热能由燃料燃烧所产生的。 车用内燃机车用内燃机（internal combustion engine），根据其将热能转变为机械能的主），根据其将热能转变为机械能的主要构件的型式，可分为要构件的型式，可分为活塞式内燃机活塞式内燃机和和燃气轮机燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式两大类。前

2、者又可按活塞运动方式分为往复活塞式内燃机（分为往复活塞式内燃机（reciprocating engine）和旋转活塞式内燃机两种。）和旋转活塞式内燃机两种。一、发动机常用术语一、发动机常用术语 1. 1. 上止点上止点 活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞向上运动到最高位置，即活塞顶部距活塞向上运动到最高位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置，称为离曲轴旋转中心最远的极限位置，称为上上止点止点TDC(Top Dead Center)。 2. 2. 下止点下止点 活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞向下运动到最低位置，即活塞

3、顶部距活塞向下运动到最低位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为下下止点止点BDC(Bottom Dead Center)。 3. 3. 活塞行程活塞行程行程行程 活塞从一个止点到另一个止点活塞从一个止点到另一个止点移动的距离，即上、下止点之间的移动的距离，即上、下止点之间的距离称为距离称为活塞行程活塞行程。一般用。一般用表示表示，对应一个活塞行程，曲轴旋转，对应一个活塞行程，曲轴旋转180180 活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为气缸工作容积气缸工作容积。一般用。一般用VsVs表示：表

4、示： 式中：式中：D D气缸直径，单位气缸直径，单位mmmm；S S活塞行程，单位活塞行程，单位mmmm； 4. 4. 气缸工作容积气缸工作容积行程SDVs42 5.5.发动机的排量（发动机的排量（L L）iSDVst62104 6.6.燃烧室容积燃烧室容积cV 7. 7. 气缸总容积气缸总容积aV 8. 8. 压缩比压缩比caVV 压缩比压缩比(compression ratio)是发动机中一个非常重要的概念，压是发动机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度，一般用缩比表示了气体的压缩程度，一般用表示。表示。 11 四冲程发动机四冲程发动机 活塞活塞四个行程四个行程完成一个工作循环

5、的称完成一个工作循环的称为为四冲程发动机四冲程发动机。二、四冲程汽油机工作原理二、四冲程汽油机工作原理1、 进气冲程进气冲程2、 压缩冲程压缩冲程3、 作功冲程作功冲程4、 排气冲程排气冲程气缸盖气缸盖气缸体气缸体活塞活塞连杆连杆曲轴曲轴油底壳油底壳进气门进气门排气门排气门火花塞四冲程发动机的组成简图四冲程发动机的组成简图 混合气（汽油+空气） 1、 进气冲程进气冲程(intake stroke) 混合气（汽油+空气） 1、 进气冲程进气冲程(intake stroke) 混合气（汽油+空气） 1、 进气冲程进气冲程(intake stroke) 混合气（汽油+空气） 1、进气冲程、进气冲程(

6、intake stroke) 混合气（汽油+空气） 由于有进气阻力，进气终了时缸内压力低于大气压力，约为由于有进气阻力，进气终了时缸内压力低于大气压力，约为0.0750.09MPa；由于气缸内的可燃混合气受上一循环残余废气和；由于气缸内的可燃混合气受上一循环残余废气和高温零件的加热，进气终了时缸内气体温度上升到高温零件的加热，进气终了时缸内气体温度上升到370400K。 实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开，并且延迟到下止点之实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开，并且延迟到下止点之后关闭，以便吸入更多的可燃混合气。后关闭，以便吸入更多的可燃混合气。 2、 压缩冲程压缩冲程(co

7、mpression stroke) 2、 压缩冲程压缩冲程(compression stroke) 2、 压缩冲程压缩冲程(compression stroke)2、 压缩冲程压缩冲程(compression stroke) 2、 压缩冲程压缩冲程(compression stroke)2、 压缩冲程压缩冲程(compression stroke)2、 压缩冲程压缩冲程(compression stroke) 压缩终了时，可燃混合气压力可达压缩终了时，可燃混合气压力可达0.60.61.2MPa1.2MPa，温度，温度可达可达600600700K700K。 可燃混合气的可燃混合气的压力、温度压力

8、、温度取决于取决于压缩比压缩比的大小。的大小。 愈大愈大，压缩终了时的可燃混合气的压力、温度愈高，燃烧速度，压缩终了时的可燃混合气的压力、温度愈高，燃烧速度愈快，发动机发出功率愈大，经济性愈好。愈快，发动机发出功率愈大，经济性愈好。 但汽油机的但汽油机的压缩比过高压缩比过高会引起会引起爆燃爆燃和和表面点火表面点火等不正常的燃烧现象，一般在等不正常的燃烧现象，一般在69之间之间，现代轿车汽油机的，现代轿车汽油机的 有的可达有的可达911之间之间。压缩比越大越好？压缩比越大越好？3、作功冲程、作功冲程（power stroke） 3、 作功冲程作功冲程（power stroke） 3、 作功冲程作

9、功冲程（power stroke） 3、作功冲程、作功冲程（power stroke） 3、 作功冲程作功冲程（power stroke） 作功行程作功行程包括包括燃烧过程燃烧过程和和膨胀过程膨胀过程，在这一行程中，进气门和排气门仍然，在这一行程中，进气门和排气门仍然保持关闭。最高压力可达保持关闭。最高压力可达3 35MPa5MPa，最高温度可达，最高温度可达220022002800K2800K。 高温高压气体膨胀，推动活塞从高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点向下止点上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械功。转并输出机械功。 随着活塞向下运动，气缸内容积增加，气

10、体压力和温度降低，当活塞运动到随着活塞向下运动，气缸内容积增加，气体压力和温度降低，当活塞运动到下止点下止点时，作功行程结束，气体压力降低到时，作功行程结束，气体压力降低到0.30.30.5MPa0.5MPa，气体温度降低到，气体温度降低到130013001600K1600K。 4、 排气冲程排气冲程4、 排气冲程排气冲程4、 排气冲程排气冲程4、 排气冲程排气冲程4、 排气冲程排气冲程4、 排气冲程排气冲程4、 排气冲程排气冲程4、 排气冲程排气冲程4、 排气冲程排气冲程大气 当膨胀接近终了时，当膨胀接近终了时，排气门排气门打开，打开，靠废气的压力进行靠废气的压力进行自由排气自由排气（排气门

11、开（排气门开启时废气压力与大气压力之比大于临界启时废气压力与大气压力之比大于临界压力比），大部分废气自行排出。压力比），大部分废气自行排出。 活塞到达下止点后再向上止点移动活塞到达下止点后再向上止点移动，继续将废气，继续将废气强制强制排到大气中，排气终排到大气中，排气终了时缸内压力稍大于大气压力（排气阻了时缸内压力稍大于大气压力（排气阻力存在），约为力存在），约为0.1050.115MPa，废气，废气温度约为温度约为9001200K。1、着火方式不同着火方式不同：汽油机是：汽油机是点燃式点燃式，柴油机是，柴油机是压燃式压燃式；2、可燃混合气形成方式不同、可燃混合气形成方式不同： 汽油机的混合气

12、是在汽油机的混合气是在气缸外部均匀混合气缸外部均匀混合后形成的，柴油机的混合气是在后形成的，柴油机的混合气是在气缸内气缸内部燃烧室内部燃烧室内不均匀混合后形成的。不均匀混合后形成的。 二行程汽油机的工作循环二行程汽油机的工作循环也是由也是由进气、进气、 压缩、压缩、 燃烧膨燃烧膨胀、胀、 排气排气过程组成。过程组成。 但它是但它是在曲轴旋转在曲轴旋转一圈一圈(360(360) )，活，活塞上下往复运动的塞上下往复运动的两个两个行程内行程内完成的。因此，二行程发动机完成的。因此，二行程发动机（two-stroke-engine）与四行）与四行程发动机工作原理不同，结构程发动机工作原理不同，结构也

13、不一样。气缸的三排孔分别也不一样。气缸的三排孔分别在一定时刻被在一定时刻被活塞打开或关闭活塞打开或关闭进行进气、换气和排气的进行进气、换气和排气的。 曲轴箱换气式两冲程汽油机工作原理示意图曲轴箱换气式两冲程汽油机工作原理示意图 下止点时，排气孔打开，同时换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经扫气孔流入气缸内，并扫除废气（图d）。图图a图图b图图c图图d合气的损失很困难的。二冲程汽油机与四冲程汽油机比较二冲程汽油机与四冲程汽油机比较理论上同样发动机排量、同样工作转速的发动机其功理论上同样发动机排量、同样工作转速的发动机其功率应等于四冲程汽油机的二倍，率应等于四冲程汽油机的二倍，实际上由于实际压

14、缩实际上由于实际压缩比小于名义压缩比，气缸内进气不足（进气时间短，比小于名义压缩比，气缸内进气不足（进气时间短，存在给气和扫气损失），只等于存在给气和扫气损失），只等于1.51.51.61.6倍。倍。1、二冲程汽油机二冲程汽油机没有配气机构没有配气机构，结构简单，体积小，重量轻，结构简单，体积小，重量轻，容易维修。容易维修。2、二冲程汽油机二冲程汽油机燃油消耗率燃油消耗率远较四冲程汽油机的燃油消耗远较四冲程汽油机的燃油消耗率率高高，HC等排放严重。等排放严重。4、二冲程汽油机由于燃油消耗率高、二冲程汽油机由于燃油消耗率高、HC等排放严重而逐渐等排放严重而逐渐淘汰出摩托车用市场，但淘汰出摩托车用

15、市场，但军用小型无人航空飞行器军用小型无人航空飞行器却因其却因其体积小、重量轻、单位气缸工作容积输出功率大体积小、重量轻、单位气缸工作容积输出功率大而仍被看而仍被看好，但要解决好，但要解决电控汽油喷射技术甚至废气涡轮增压电控汽油喷射技术甚至废气涡轮增压技术技术 。5、3、二冲程汽油机作功间隔短，二冲程汽油机作功间隔短，发动机运转平稳，飞轮转发动机运转平稳，飞轮转动惯量小，容易上高速动惯量小，容易上高速。油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，使气缸内压力增大。活塞向上运动1/3行程进气孔关闭结束。1-4 1-4 发动机的总体构造发动机的总体构造 发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循环，保多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。和系统。 发动机的总体构造发动机的总体构造曲柄连杆机构曲柄连杆机构两大机构两大机构启动系统启动系统五大系统五大系统润滑系统润滑系统冷却系统冷却系统点火系统点火系统供给系统供给系统配气机