汽车发动机工作原理和总体构造

1、德州学院德州学院第一章 汽车发动机工作原理和总体构造发动机总体构造发动机总体构造基本概念基本概念四冲程发动机工作原理和总体构造四冲程发动机工作原理和总体构造 发动机的分类发动机的分类德州学院德州学院1 汽车发动机的类型车用内燃机车用内燃机水冷发动机水冷发动机风冷发动机风冷发动机车用内燃机车用内燃机车用内燃机车用内燃机车用内燃机车用内燃机四冲程发动机四冲程发动机二冲程发动机二冲程发动机汽油发动机汽油发动机柴油发动机柴油发动机单缸发动机单缸发动机多缸发动机多缸发动机化油器式发动机化油器式发动机直接喷射式发动机发动机直接喷射式发动机发动机车用内燃机车用内燃机单列式发动机单列式发动机双列式发动机双列式

2、发动机气体燃料发动机（代用燃料）气体燃料发动机（代用燃料）车用内燃机车用内燃机往复活塞式发动机往复活塞式发动机旋转活塞式发动机旋转活塞式发动机德州学院德州学院一、发动机基本结一、发动机基本结构构发动机是汽车最主要的总成之一，动力的来源。被称为汽车的“心脏”。2 2 发动机的基本结构及基本术语发动机的基本结构及基本术语德州学院德州学院二、基本术语上止点（上止点（Top Dead Top Dead CenterCenter ）下止点（下止点（Bottom Bottom Dead CenterDead Center ） 活塞行程活塞行程(S) (S) 曲柄半径曲柄半径(R) (R) 气缸工作容积气缸

3、工作容积(V(V s s ) ) 发动机排量发动机排量(V(VL L) ) 燃烧室容积燃烧室容积(V(Vc c ) ) 气缸总容积气缸总容积(V(Va a ) ) 压缩比 工作循环工作循环VL= Vs I= Va / Vc Vs= D2S 10-6/4 （L） D气缸直径mm S活塞行程mm工况（工况（P P、n n）负荷率（）负荷率（）德州学院德州学院压缩比定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比。用表示。 = Va/Vc压缩比过大的不良后果 现代化油器式发动机压缩比一般为69(轿车有的达911)。 上海桑塔纳轿车汽油机压缩比为8.2。越大，循环热效率越高。汽油机=7

4、9 柴油机=1822德州学院德州学院压缩比过大的不良后果名称名称成因成因现象现象后果后果爆燃爆燃由于气体压力和由于气体压力和温度过高，在燃温度过高，在燃烧室内离点燃中烧室内离点燃中心较远处的末端心较远处的末端可燃混合气自燃可燃混合气自燃而造成的一种不而造成的一种不正常燃烧。正常燃烧。火焰以极高火焰以极高的速率向外的速率向外传播，形成传播，形成压力波，以压力波，以声速向前推声速向前推进。当压力进。当压力波撞击燃烧波撞击燃烧室壁时就发室壁时就发出尖锐的敲出尖锐的敲缸声。缸声。还会引起发动机还会引起发动机过热，功率下降，过热，功率下降，燃油消耗量增加燃油消耗量增加等一系列不良后等一系列不良后果。严重

5、爆燃时果。严重爆燃时甚至造成气门烧甚至造成气门烧毁、轴瓦破裂，毁、轴瓦破裂，火花塞绝缘体击火花塞绝缘体击穿等。穿等。由于燃烧室内炽由于燃烧室内炽热表面与炽热处热表面与炽热处( (如排气门头，如排气门头，火花塞电极，积火花塞电极，积炭处炭处) )点燃混合点燃混合气产生的另一种气产生的另一种不正常燃烧。不正常燃烧。 伴有强烈的伴有强烈的较沉闷敲击较沉闷敲击声。声。 产生的高压会使产生的高压会使发动机机件负荷发动机机件负荷增加，寿命降低。增加，寿命降低。返回德州学院德州学院1.3 四冲程发动机的简单工作原理1.3.1 1.3.1 四冲程汽油机的工作原理四冲程汽油机的工作原理 1 1、进气行程、进气行

6、程2 2、压缩行程、压缩行程 3 3、作功行程、作功行程 4 4、排气行程、排气行程 单缸四冲程汽油机的工作过程单缸四冲程汽油机的工作过程德州学院德州学院进气行程示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。排气门关闭进气门开启活塞温度370440 K， 压力7590 kPa 大气压力线大气压力线PVra示功图示功图上止点下止点德州学院德州学院压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比： =Va/VcPVra示功图示功图大气压力线大气压力线c上止点下止点温度600800K， 压力6001500 kPa 德州学院德州学院作功行程进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图示功图大气压力线大气压力线

7、cZb上止点下止点瞬时最高：温度22002800 K， 压力35MPa 作功终了：温度15001700 K， 压力300500 kPa 德州学院德州学院排气行程进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气压力线大气压力线cZb上止点下止点温度9001200 K 压力105125 kPa残余废气德州学院德州学院四冲程发动机工作状态 状状态态 行程行程温度温度(K)(K)压力压力进气行程进气行程3704403704407590 kPa7590 kPa压缩行程压缩行程6008006008006001500 kPa6001500 kPa作功行程作功行程22002800(22002800(瞬时最高瞬时最高)

8、 ) 15001700(15001700(作功终了作功终了) )35MPa (35MPa (瞬时最高瞬时最高) ) 300500 kPa (300500 kPa (作功终了作功终了) )排气行程排气行程90012009001200105125 kPa105125 kPa德州学院德州学院1.3.2 四冲程柴油机的工作原理喷油器喷油泵吸气行程吸气行程压缩行程压缩行程作功行程作功行程排气行程排气行程进气门排气门纯空气温度300370K压力800900 kPa 温度8001000K压力35 MPa 瞬时：温度18002200K压力510 MPa 温度8001000K压力105400 kPa 终了：温8

9、001000K压力105400 kPa 德州学院德州学院柴油机工作时各行程状态参数 状状态态 行程行程温度温度(K)(K)柴油机工作时各柴油机工作时各行程状态参数行程状态参数压力压力进气行程进气行程320350320350800900 kPa800900 kPa压缩行程压缩行程8001000800100035MPa35MPa作功行程作功行程2200280022002800( (瞬时最高瞬时最高) ) 15001700(15001700(作功终了作功终了) )510MPa (510MPa (瞬时最高瞬时最高) ) 300500 kPa (300500 kPa (作功终了作功终了) )排气行程排气

10、行程80010008001000105125 kPa105125 kPa德州学院德州学院思考四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么异同之处呢？德州学院德州学院二冲程发动机的工作原理v二冲程发动机二冲程发动机 v二冲程汽油发动机工作原理二冲程汽油发动机工作原理 v二冲程柴油发动机工作原理二冲程柴油发动机工作原理德州学院德州学院二冲程汽油机工作原理压缩混合气进气点火燃烧排气扫气孔进气孔排气孔火花塞1、结构、结构德州学院德州学院二、冲程柴油机工作原理换气燃烧排气压缩喷油器空气扫气泵废气排气门德州学院德州学院德州学院德州学院思考1.理论上它的功率应等于四冲程发动机的二倍。 2.由于作功频率较大，二冲程发

11、动机的运转比较均匀平稳。 3.构造简单，质量较小。 4.易受磨损和经常需要修理的运动部件数量较少。二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优点？德州学院德州学院1.4 发动机总体构造机体及曲柄连杆机构配气机构燃油供给系点火系（汽油机）冷却系润滑系起动系德州学院德州学院 发动机的总体构造两大机两大机构构曲柄连杆机构曲柄连杆机构配气机构配气机构五大系五大系统统供给系供给系点火系点火系冷却系冷却系润滑系润滑系起动系起动系德州学院德州学院连杆飞轮曲轴活塞进气门排气门推杆挺柱正时齿轮配气机构 曲柄连杆机构德州学院德州学院摇臂凸轮轴德州学院德州学院1 1机体与气缸盖机体与气缸盖机体：骨架作用，安装各个机构和系

12、统，包括气缸体、油底壳、曲轴箱缸盖：组成燃烧室，布置各种零部件2 2曲柄连杆机构曲柄连杆机构组成：活塞、连杆、曲轴三部分作用：将活塞的往复直线运动曲轴的旋转运动对外输出动力德州学院德州学院3 3供给系统供给系统组成：燃油供给系统和进、排气系统组成作用：将燃油系统和空气及时地供给气缸，并将燃烧后的废气及时排除主要部件：化油器（汽）、喷油泵和喷油器（柴）、空气滤清器、进气管、排气管、声器等德州学院德州学院4 4配气机构配气机构功用：定时开启和关闭进排气门主要部件：气门组、传动组德州学院德州学院5 5点火系统点火系统汽油机和煤气机所采用，点燃混合气主要部件：火花塞、点火线圈、断电器、分电器德州学院德

13、州学院6 6冷却系冷却系德州学院德州学院7 7润滑系润滑系德州学院德州学院8 8起动系起动系功用：内燃机不能自行起动，借助外力使之运转主要部件：起动机、蓄电池、点火开关等德州学院德州学院桑塔纳发动机结构示意图德州学院德州学院桑塔纳发动机冷却系示意图德州学院德州学院桑塔纳发动机润滑系示意图德州学院德州学院1.5 1.5 发动机的性能指发动机的性能指标标v 动力性指标v 概念：指内燃机对外作功能力的指标v （1）有效转矩Te：曲轴传给汽车传动系的v 转动力矩。单位：Nmv （2）有效功率Pe: 发动机在单位时间对外输出v 的有效功率v Te有效转矩，单位为Nm n曲轴转速，单位为r/min 二者关

14、系二者关系 德州学院德州学院1.5 1.5 发动机的性能指标发动机的性能指标（4）平均有效压力：单位气缸工作容积发出的有效功。 Pme ：单位MPa（Pme越大，发动机的作功能力越强)（3）发动机（曲轴)转速：指曲轴每分钟的转数，通常用n表示，单位为r/min（发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速）德州学院德州学院2.经济性指标概念：通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能 （1）有效燃油消耗率be：发动机每发出一千瓦有效功率在一小时内所消耗的燃油量 be=(B/Pe)10-3 (g/(KWh)vB每小时的燃油消耗量，kg/hvPe有效功率，kW 显然燃油消耗率越低，燃油经

15、济性越好显然燃油消耗率越低，燃油经济性越好1.5 发动机的性能指标德州学院德州学院1.5 发动机的性能指标三、发动机的速度特性三、发动机的速度特性 指发动机的功率、转矩和燃指发动机的功率、转矩和燃油消耗率三者随曲轴转速变化油消耗率三者随曲轴转速变化的规律。的规律。 德州学院德州学院发动机外特性：发动机外特性：当节气门开度达到最当节气门开度达到最大时，所得到的速度大时，所得到的速度特性称为发动机外特特性称为发动机外特性性发动机部分特性：发动机部分特性：在节气门其他开度情在节气门其他开度情况下得到的速度特性况下得到的速度特性称为部分特性称为部分特性德州学院德州学院四、发动机的工况与负荷四、发动机的

16、工况与负荷 Pe/kW n/rmin-1 0 050504545323227272020abcde分析右图发动机的负荷 f 1 1、工况（指发动机的工作状况）：、工况（指发动机的工作状况）：一般用它的功率与曲轴一般用它的功率与曲轴转速来表征，有时也用负荷与曲轴转速来表明转速来表征，有时也用负荷与曲轴转速来表明 。 2 2、发动机在某一转速下的负荷：、发动机在某一转速下的负荷：是当时发动机发出的功率是当时发动机发出的功率与同一转速下所有可能发出的最大功率之比，以百分数表示。与同一转速下所有可能发出的最大功率之比，以百分数表示。 德州学院德州学院1.5 内燃机名称及型号编制规则内燃机名称及型号编制

17、规则一、内燃机型号由以下四部分组成一、内燃机型号由以下四部分组成 首部首部：为产品特征代号为产品特征代号( (产品系列符号和换代标志符号产品系列符号和换代标志符号) )，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。 中部中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。径符号等组成。 后部：后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。结构特征和用途特征符号，以字母表示。 尾部尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当

18、符号表示。时，由制造厂选用适当符号表示。德州学院德州学院二、内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义二、内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义德州学院德州学院三、型号编制举例三、型号编制举例 (1) (1) 汽油机汽油机 1E65F1E65F： 表示单缸，二行程，缸径表示单缸，二行程，缸径65mm65mm，风冷通用型，风冷通用型 4100Q-44100Q-4： 表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径100mm100mm，水冷车用，第四种变型产品，水冷车用，第四种变型产品 TJ376QTJ376Q： 表示三缸，四行程，缸径表示三缸，四行程，缸径76mm76mm，水冷车用，水冷车用，TJTJ表示系列符号表示系列符号 CA488CA488： 表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径88mm88mm，水冷通用型，水冷通用型，CACA表示系列符号表示系列符号 (2) (2) 柴油机柴油机 195195： 表示单缸，四行程，缸径表示单缸，四行程，缸径95mm95