工作原理及总体构造-1

1、v本章主要内容：本章主要内容：第一章第一章 汽车发动机的工作原理及总体构造汽车发动机的工作原理及总体构造1 1、有关汽车发动机的基本名词术语、有关汽车发动机的基本名词术语2 2、四冲程发动机的工作原理、四冲程发动机的工作原理3 3、汽车发动机的主要性能指标及特性、汽车发动机的主要性能指标及特性4 4、汽车发动机的总体构造、汽车发动机的总体构造第一节第一节 汽车发动机的基本名词术语汽车发动机的基本名词术语四冲程内燃机：四冲程内燃机：曲轴转两圈，活塞在气缸内上下往复各两次曲轴转两圈，活塞在气缸内上下往复各两次完成一个工作循环的内燃机。完成一个工作循环的内燃机。1 1、上止点（下止点）、上止点（下止

2、点） 定义定义：活塞顶离曲轴旋转：活塞顶离曲轴旋转中心最远中心最远( (近近) ) 处。即活塞的处。即活塞的最高最高( (低低) )位置。位置。 2 2、活塞冲程、活塞冲程S S 定义定义：活塞上、下止点之：活塞上、下止点之间的距离。若曲柄半径为间的距离。若曲柄半径为R R，则：，则：S S2R2R3 3、气缸工作容积（气缸排量）、气缸工作容积（气缸排量）VsVs 定义定义：活塞从上止点到下止点所扫过的：活塞从上止点到下止点所扫过的容积。容积。 定义式定义式： Vs=Vs=（ /4 /4 ）D D2 2S S 常作为表征内燃机尺寸大小及动力性能常作为表征内燃机尺寸大小及动力性能的主要结构参数之

3、一。的主要结构参数之一。4 4、发动机排量（发动机工作容积）、发动机排量（发动机工作容积） V VL L 定义定义：发动机各气缸工作容积的总和。：发动机各气缸工作容积的总和。 定义式定义式：V VL L Vs Vs * *i i i: i:发动机气缸数。发动机气缸数。第一节第一节 汽车发动机的基本名词术语汽车发动机的基本名词术语5 5、燃烧室容积、燃烧室容积VcVc 定义定义：活塞在上止点时，活：活塞在上止点时，活塞顶以上的空间容积。塞顶以上的空间容积。第一节第一节 汽车发动机的基本名词术语汽车发动机的基本名词术语6 6、气缸总容积、气缸总容积VaVa 定义定义：活塞在下止点时，活：活塞在下止

4、点时，活塞顶以上的空间容积。塞顶以上的空间容积。 定义式定义式：VaVaVsVsVcVc7 7、压缩比、压缩比定义：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。压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比。定义式：定义式：Va/ VcVa/ Vc物理意义：物理意义：表示气缸内气体被压缩的倍数或燃气燃烧后膨胀的倍数。表示气缸内气体被压缩的倍数或燃气燃烧后膨胀的倍数。是发动机的重要性能参数。是发动机的重要性能参数。柴油机柴油机：14142222 汽油机汽油机：6 69 9（轿车有的达到（轿车有的达到9 91111）第一节第一节 汽车发动机的基本名词术语汽车发动机的基本名词术语第一节

5、第一节 汽车发动机的基本名词术语汽车发动机的基本名词术语一、单缸四冲程汽油机的工作原理一、单缸四冲程汽油机的工作原理 1 1、进气冲程、进气冲程 2 2、压缩冲程、压缩冲程 3 3、做功冲程、做功冲程 4 4、排气冲程、排气冲程第二节第二节 四冲程发动机的工作原理四冲程发动机的工作原理一一个个工工作作循循环环的的四四个个过过程程排气门关闭排气门关闭进气门开启进气门开启活塞活塞进气终了进气终了: :温度温度370370400 K400 K， 压力压力0.0750.0750.09MPa0.09MPa大气压力线大气压力线PVra示功图示功图上止点上止点下止点下止点示功图：示功图：表示活塞在表示活塞在

6、不同位置时气缸内气不同位置时气缸内气体压力的变化情况。体压力的变化情况。进气冲程进气冲程曲轴旋转曲轴旋转: :0A0A180A180A进气门关闭进气门关闭排气门关闭排气门关闭活塞活塞压缩终了：压缩终了：温度温度600600700K700K， 压力压力0.80.82.0 2.0 MPaMPaPVra示功图示功图大气压力线大气压力线c上止点上止点下止点下止点压缩行程压缩行程曲轴旋转曲轴旋转: :180A180A360A360A火花塞点火火花塞点火火花塞火花塞爆爆 燃燃表面点火表面点火定定义义由于气体压力和温度过高，由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃

7、混合气处的末端可燃混合气自燃自燃而而造成的一种不正常燃烧。造成的一种不正常燃烧。由燃烧室内炽热表面由燃烧室内炽热表面（如排气门头、火花塞如排气门头、火花塞电极、积碳电极、积碳）点燃混合）点燃混合气产生的另一种不正常气产生的另一种不正常燃烧。燃烧。现现象象有有尖锐尖锐的金属敲击声传出。的金属敲击声传出。有有沉闷沉闷的敲击声传出。的敲击声传出。后后果果轻微爆燃，发动机功率有所轻微爆燃，发动机功率有所升高；但过度，则会使发动升高；但过度，则会使发动机过热，功率下降，经济性机过热，功率下降，经济性变差，零件寿命下降等。变差，零件寿命下降等。发动机的性能下降，零发动机的性能下降，零部件寿命降低。部件寿命

8、降低。进气门关闭进气门关闭排气门关闭排气门关闭活塞活塞P PV Vr ra示功图示功图大气压力线大气压力线c cZ Zb b上止点上止点下止点下止点瞬时最高：温度瞬时最高：温度22002800 K22002800 K， 压力压力36.5MPa36.5MPa作功终了：温度作功终了：温度120012001500 K1500 K， 压压力力0.30.30.6 MPa 0.6 MPa 做功行程做功行程曲轴旋转曲轴旋转: :360A540A360A540A进气门关闭进气门关闭排气门打开排气门打开活塞活塞P PV Vr r示功图示功图大气压力线大气压力线c cZ Zb b上止点上止点下止点下止点排气终了排

9、气终了: :温度温度9009001200 K, 1200 K, 压力压力0.1050.1050.115 MPa0.115 MPa排气行程排气行程曲轴旋转曲轴旋转: :540A540A720A720A本本 节节 总总 结结思考题：思考题：1 1、四冲程汽油机的工作原理是什么？、四冲程汽油机的工作原理是什么？2 2、汽油机压缩比越高越好吗？、汽油机压缩比越高越好吗？3 3、如何避免发动机的不正常燃烧？、如何避免发动机的不正常燃烧？三、单缸四冲程柴油机的工作原理三、单缸四冲程柴油机的工作原理1 1、进气冲程、进气冲程与汽油机主要区别：与汽油机主要区别： 进入气缸的是纯空气。进入气缸的是纯空气。进气终

10、了压力：进气终了压力： p pdede0.080.080.09Mp0.09Mpa a进气终了温度：进气终了温度： T Tdede340340380K380K喷油器喷油器2 2、压缩冲程、压缩冲程与汽油机的主要区别：与汽油机的主要区别： 压缩的是纯空气压缩的是纯空气; ; 压缩比高于汽油机；压缩比高于汽油机； 在压缩过程快要结束的时候，在压缩过程快要结束的时候，喷油器向气缸内喷入柴油喷油器向气缸内喷入柴油; ; 当油与空气混合后在高压下达当油与空气混合后在高压下达到其自燃点就开始着火燃烧。到其自燃点就开始着火燃烧。压缩终了压力：压缩终了压力：p pcoco3.03.05.0 Mp5.0 Mpa

11、a压缩终了温度：压缩终了温度：T Tcoco7507501000K1000K喷油器喷油器3 3、做功冲程、做功冲程 柴油机由于是边喷油、边混合、柴油机由于是边喷油、边混合、边燃烧，所以，最开始虽然活塞边燃烧，所以，最开始虽然活塞有所下行，但气缸内的压力基本有所下行，但气缸内的压力基本不变。不变。最高压力：最高压力：p pmaxmax4.54.59Mp9Mpa a最高温度：最高温度：T Tmaxmax180018002500K2500K膨胀终了压力：膨胀终了压力：p pexex0.20.20.5Mp0.5Mpa a膨胀终了温度：膨胀终了温度：T Texex100010001200K1200K喷油

12、器喷油器4 4、排气冲程、排气冲程排气终了气体压力：排气终了气体压力：ppr r0.1050.1050.12Mp0.12Mpa a排气终了气体温度：排气终了气体温度：TTr r700700900K900K喷油器喷油器四冲程汽油机、柴油机缸内压力、温度比较（四冲程汽油机、柴油机缸内压力、温度比较（p p：MpMpa a ；T T：K K）汽油机汽油机柴油机柴油机 进进 气气p pdede0.0750.0750.090.090.080.080.090.09T Tdede370370400400340340380380 压压 缩缩p pcoco0.60.61.21.23.03.05.05.0T Tc

13、oco60060070070075075010001000 做做功功p pmaxmax3.03.06.56.54.54.59 9T Tmaxmax22002200280028001800180025002500p pexex0.30.30.60.60.20.20.50.5T Texex12001200150015001000100012001200 排排 气气 p pr r0.1050.1050.1150.1150.1050.1050.120.12 Tr Tr90090011001100700700900900四、四冲程汽油机和柴油机特点比较四、四冲程汽油机和柴油机特点比较（一）基本工作原理比

14、较（一）基本工作原理比较 相相 同同 点点不不 同同 点点每个工作循环都包含进气、压缩、每个工作循环都包含进气、压缩、作功和排气等四个活塞行程，每作功和排气等四个活塞行程，每个行程各占个行程各占180180曲轴转角，即曲曲轴转角，即曲轴每旋转两周完成一个工作循环。轴每旋转两周完成一个工作循环。可燃混合气混合的时间。可燃混合气混合的时间。四个活塞行程中，只有一个作功四个活塞行程中，只有一个作功行程，其余三个是耗功行程。行程，其余三个是耗功行程。可燃混合气的着火方式。可燃混合气的着火方式。（二）其他特点比较（二）其他特点比较 1 1、由于柴油机压缩比较高，燃料燃烧非常完由于柴油机压缩比较高，燃料燃

15、烧非常完全，所以柴油机的有效热效率好，经济性好。全，所以柴油机的有效热效率好，经济性好。 汽油机：汽油机：be=be=270270325 g/(kw . h)325 g/(kw . h) 柴油机柴油机: be=214: be=214285 g/(kw . h)285 g/(kw . h) 2 2、柴油机无点火系，所以故障少些，易保养。柴油机无点火系，所以故障少些，易保养。但柴油机有高精度零件如喷油泵、喷油器等，其但柴油机有高精度零件如喷油泵、喷油器等，其成本较高，并且加工较难。成本较高，并且加工较难。 3 3、柴油机最高爆发压力高，所以对发动机的柴油机最高爆发压力高，所以对发动机的零部件强度要

16、求高，这样导致柴油机笨重。零部件强度要求高，这样导致柴油机笨重。4 4、柴油机转速低于汽油机柴油机转速低于汽油机原因：原因：1 1）由于柴油机的压缩比高，所以其受到）由于柴油机的压缩比高，所以其受到的机械负荷较大，故其零部件的质量需较大，的机械负荷较大，故其零部件的质量需较大，导致运动时惯性力较大。导致运动时惯性力较大。 2 2）汽油机可燃混合气的混合时间和质量）汽油机可燃混合气的混合时间和质量优于柴油机。优于柴油机。 5 5、柴油机运转噪音高，但有害气体的排放优柴油机运转噪音高，但有害气体的排放优 于汽油机，而微粒排放较高。于汽油机，而微粒排放较高。6 6、柴油机启动困难，汽油机易启动。柴油

17、机启动困难，汽油机易启动。第三节第三节 发动机主要性能指标与特性发动机主要性能指标与特性一、主要性能指标一、主要性能指标经济性指标经济性指标运转性指标运转性指标发动机转速发动机转速n n（r/minr/min）启动性启动性有效转矩有效转矩T Ttqtq（N N. .M M）噪声噪声排气品质排气品质有效功率有效功率Pe Pe （kWkW）动力性指标动力性指标有效燃油消耗率有效燃油消耗率bebe（g/kWg/kW. . h h）二、发动机的速度特性二、发动机的速度特性第三节第三节 发动机主要性能指标与特性发动机主要性能指标与特性（一）定义（一）定义名名 称称定定 义义发动机特性发动机特性 发动机的

18、性能是随着许多因素而变化的，其变发动机的性能是随着许多因素而变化的，其变化规律称为发动机的特性。化规律称为发动机的特性。发动机的速发动机的速度特性度特性 发动机油门开度不变发动机油门开度不变，发动机的性能指标（如，发动机的性能指标（如发动机的发动机的PePe、TtqTtq、bebe等）随着曲轴转速变化的规等）随着曲轴转速变化的规律。律。发动机的外发动机的外特性（总功特性（总功率特性）率特性） 发动机油门全开发动机油门全开，发动机的性能指标（如发动，发动机的性能指标（如发动机的机的PePe、TtqTtq、bebe等）随着曲轴转速变化的规律。等）随着曲轴转速变化的规律。第三节第三节 发动机主要性能

19、指标与特性发动机主要性能指标与特性发动机速度特性曲线发动机速度特性曲线（二）发动机外特性曲线（二）发动机外特性曲线最高功率及最高功率及对应转速对应转速最高扭矩最高扭矩及对应转及对应转速速最低油耗率及最低油耗率及对应转速对应转速 最高动力性与最最高动力性与最好经济性不能兼得。好经济性不能兼得。 最低燃油消耗率所最低燃油消耗率所对应的转速介于最高功率对应的转速介于最高功率和转矩对应的转速之间。和转矩对应的转速之间。第三节第三节 发动机主要性能指标与特性发动机主要性能指标与特性（三）发动机工作状况（三）发动机工作状况发动机工作状况发动机工作状况( (简称发动机工况简称发动机工况):):一般用发动机的

20、功率与曲一般用发动机的功率与曲轴转速来表示；有时也用负荷与发动机曲轴转速来表示。轴转速来表示；有时也用负荷与发动机曲轴转速来表示。发动机在某一转速下的负荷：发动机在某一转速下的负荷：就是当时发动机发出的功率与同就是当时发动机发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比。以百分数表示。一转速下所可能发出的最大功率之比。以百分数表示。第三节第三节 发动机主要性能指标与特性发动机主要性能指标与特性根据上述定义，可求出根据上述定义，可求出 a a、b b、c c 和和 d d 四个工况下的负荷值：四个工况下的负荷值：工况工况 a a 负荷为零负荷为零( (称为发动机空转工况称为发动机空转工况) )；

21、工况工况 b b 负荷负荷20/4520/4510010044.444.4；工况工况 c c 负荷负荷32/45 32/45 10010071.171.1；工况工况 d d 负荷负荷45/4545/45100100100100( (即发动机全负荷即发动机全负荷) )。注意：注意：负荷与功负荷与功率不是同一概念。率不是同一概念。发动机的发动机的PePen n特性特性v总体构造：两大机构五大系统总体构造：两大机构五大系统两大机构两大机构：曲柄连杆机构、配气：曲柄连杆机构、配气机构机构五大系统五大系统：燃料供给系、润滑系、：燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系、起动系冷却系、点火系、起动系v注意：柴油

22、机没有点火系。注意：柴油机没有点火系。第四节第四节 汽车发动机的总体构造汽车发动机的总体构造作用：作用：将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动而械能，再通过连杆将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。对外输出动力。组成：组成：由气缸体和曲轴箱组、活由气缸体和曲轴箱组、活塞连杆组、曲轴飞轮组组成。塞连杆组、曲轴飞轮组组成。一、曲柄连杆机构一、曲柄连杆机构二、配气机构二、配气机构作用：作用：根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门

23、，使可燃混合气或空气进入气缸，并使闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。废气从气缸内排出，实现换气过程。组成：组成：气门组、气门组、气门传动组、气门传动组、气门驱动组等。气门驱动组等。 作用（汽油机）：作用（汽油机）：根据发动机的要求，配制出一定数量和根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去。出到大气中去。组成（化油器式汽组成（化油器式汽油机）：油机）：油箱、汽油箱、汽油泵、燃油滤清器、油泵、燃油滤清器、化油器等。化油器等。 组成（电子控制燃油喷

24、射式汽油机）：组成（电子控制燃油喷射式汽油机）：油箱、电动油箱、电动汽油泵、燃油滤清器、喷油器、油压调节器、分配汽油泵、燃油滤清器、喷油器、油压调节器、分配管等。管等。作用（柴油机）：作用（柴油机）：把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。 组成（柱塞式喷油泵燃油供组成（柱塞式喷油泵燃油供给系统）：给系统）：油箱、输油泵、油箱、输油泵、喷油泵、燃油滤清器、喷油喷油泵、燃油滤清器、喷油器、高压油管、低压油管等。器、高压油管、低压油管等。 作用：作用：向作相对运动的向作相对运动的零件

25、表面输送定量的清零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷零件表面进行清洗和冷却以及进行防腐、密封却以及进行防腐、密封等。等。组成：组成：润滑油道、机油润滑油道、机油泵、机油滤清器等。泵、机油滤清器等。作用：作用：将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。发动机在最适宜的温度状态下工作。组成：组成：水冷发水冷发动机的冷却系动机的冷却系通常由冷却水通常由冷却水套、水泵、风套、水泵、风扇、水箱、节扇、水箱、节

26、温器等组成。温器等组成。 作用：作用：在汽油机中，将气缸内的可燃混合气用电火花在汽油机中，将气缸内的可燃混合气用电火花在正确的时刻进行点燃。在正确的时刻进行点燃。组成：组成：蓄电池、蓄电池、发电机、分电发电机、分电器、点火线圈器、点火线圈和火花塞、点和火花塞、点火模块、电控火模块、电控单元等。单元等。作用：作用：使发动机由静止状态过渡到工作状态。使发动机由静止状态过渡到工作状态。组成：组成：起动机及其附属装置。起动机及其附属装置。v本章总结：本章总结：第一章第一章 汽车发动机的工作原理及总体构造汽车发动机的工作原理及总体构造1 1、有关汽车发动机的基本名词术语、有关汽车发动机的基本名词术语3 3、