发动机原理(基础知识)

1、主要内容主要内容 发动机的分类 发动机基本组成和常用术语 四冲程发动机工作原理 多缸四冲程发动机的工作顺序 发动机总体构造 发动机新技术概述 发动机：汽车动力来源。发动机：汽车动力来源。 一部转换能量的机器一部转换能量的机器: :某种能量某种能量 机械能机械能 热机热机: :热能热能 机械能机械能 内燃机：燃料与空气混合后在机器内部燃烧而产生内燃机：燃料与空气混合后在机器内部燃烧而产生热能，然后再转变为机械能。热能，然后再转变为机械能。 往复活塞式内燃机往复活塞式内燃机 按照冷却方式按照冷却方式水冷发动机水冷发动机风冷发动机风冷发动机工作缸数量工作缸数量燃料种类燃料种类工作冲程工作冲程四冲程发

2、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直接喷射式发动机布置形式布置形式单列单列式发动机（也叫直列式）式发动机（也叫直列式）双列双列式发动机（式发动机（V型或水平对置式）型或水平对置式）其他代用燃料其他代用燃料按照所用燃料分类按照所用燃料分类 内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机(图图1-1)。使用汽油为。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。汽油机燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油

3、机为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比较各有特点；汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造与柴油机比较各有特点；汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。 柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较好。但它的主要缺点是转速低，质量大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。 按照行程分类按照行程分类 内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和

4、二行内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机程内燃机(图图1-2 )。把曲轴转两圈。把曲轴转两圈(720)，活塞在气缸内上下往复运动，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转一圈一圈(360)，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。的内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。 按照冷却方式分类按照冷却方式分类 内燃机按照冷却

5、方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机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(图图1-3)。水。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。 按照气缸数目分

6、类按照气缸数目分类 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(图图1-4)。仅有一个。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。机多采用四缸、六缸、八缸发动机。 按照气缸排列方式分类按照气缸排列方式分类 内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式内燃机

7、按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式(图图1-5)。单列式。单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列，时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角两列之间的夹角180(一般为一般为90)称为称为V型发动机，若两列之间的夹型发动机，若两列之间的夹角角=180称为对置式发动机。称为对置式发动机。按照进气系统是否采用增压方式分类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内燃

8、机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压非增压)式发式发动机和强制进气动机和强制进气(增压式增压式)发动机发动机(图图1-6)。汽油机常采用自然吸气式；柴。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。油机为了提高功率有采用增压式的。单缸单缸发动机结构示意图发动机结构示意图发动机发动机基本组成和常用术语基本组成和常用术语基本基本术语术语1.上止点：活塞离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上行到最高位置。 2.下止点：活塞离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行到最低位置。 3.活塞行程(S)：上、下两止点间的距离(mm)。 4.曲柄半径(R)：与连杆下端(即连杆大头)相连的曲

9、柄销中心到曲轴回转中心的距离(mm)。 曲轴每转一转，活塞移动两个行程。 5.气缸工作容积(h)：活塞从上止点到下止点所让出的空间容积(L)。 h =D2S/(4106) (L) 式中：D气缸直径(mm)。 6.发动机排量(L)：发动机所有气缸工作容积之和(L)。设发动机的气缸数为i，则 L =h i (L) 7.燃烧室容积(C)：活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积(L)。 8.气缸总容积(a)：活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积(L)。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即 a =h +C 9.压缩比()：气缸总容积与燃烧室容积的比值，即 =a /C =(

10、h +C)/ C =1+h /C 它表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。一般车用汽油机的压缩比为610，柴油机的压缩比为1522。 10.发动机的工作循环：在气缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转化为机械能的一系列连续过程(进气、压缩、作功和排气)称发动机的工作循环。 11.二冲程发动机：活塞往复两个行程完成一个工作循环的称为二冲程发动机。 12.四冲程发动机：活塞往复四个行程完成一个工作循环的称为四冲程发动机。 四四冲程发动机的工作原理冲程发动机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原理1、进气行程、进

11、气行程2、压缩行程、压缩行程3、作功行程、作功行程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进气行程进气行程排气门关闭排气门关闭进气门开启进气门开启活塞温度温度370400 K， 压力压力0.070.09MPa大气压力线大气压力线PVra示功图上止点下止点示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。体压力的变化情况。压缩行程压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：压缩比：=Va/VcPVra示功图大气压力线大气压力线c上止点下止点温度600700K， 压力0.61.5 MPa作功行程作功行程进气门关闭排气门关闭活塞P

12、Vra示功图大气压力线大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度22002800 K， 压力35MPa作功终了：温度13001600 K， 压力0.30.5 MPa 排气行程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0.1050.115 MPa残余废气四冲程柴油机四冲程柴油机的工作原理的工作原理喷 油 器喷 油 器排气行程排气行程进气门进气门排 气 门排 气 门纯空气纯空气温度温度300-370K300-370K压力压力0.07850.0932MPa温度温度750-1000K750-1000K压力压力3-5 MPa3-5 MP

13、a瞬时：温度瞬时：温度2000-2500K2000-2500K压力压力6-9 6-9 MPaMPa温度温度800-1000K800-1000K压力压力0.105-0.125MPa0.105-0.125MPa终了：温度终了：温度12001500k压力压力0.2-0.2-0.4MPa0.4MPa吸气行程吸气行程压缩行程压缩行程作功行程作功行程思考思考四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么相同之处呢？共同特点：共同特点：1. 1.每个工作循环曲轴转两转每个工作循环曲轴转两转(720(720) )每一行程曲轴转每一行程曲轴转半转半转(180(180) )，进气行程是进气门开启，排气行，进气行程是进气门开

14、启，排气行程是排气门开启，其余两个行程进、排气门均程是排气门开启，其余两个行程进、排气门均关闭。关闭。 2. 2.四个行程中，只有作功行程产生动力，其它三个四个行程中，只有作功行程产生动力，其它三个行程是为作功行程做准备工作的辅助行程，虽行程是为作功行程做准备工作的辅助行程，虽然作功行程是主要行程，但其它三个行程也不然作功行程是主要行程，但其它三个行程也不可缺少。可缺少。 3. 3.发动机运转的第一个循环，必须有外力使曲轴旋发动机运转的第一个循环，必须有外力使曲轴旋转完成进气、压缩行程，着火后，完成作功行转完成进气、压缩行程，着火后，完成作功行程，依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自行完成程，依靠曲

15、轴和飞轮贮存的能量便可自行完成以后的行程，以后的工作循环发动机无需外力以后的行程，以后的工作循环发动机无需外力就可自行完成。就可自行完成。 思考思考四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么不同呢？不同点不同点 汽油机汽油机柴油机柴油机汽油与空气缸外混合，进汽油与空气缸外混合，进入可燃混合气入可燃混合气进入气缸的是纯空气进入气缸的是纯空气电火花点燃混合气电火花点燃混合气高温气体加热柴油燃烧高温气体加热柴油燃烧有点火系有点火系无点火系无点火系 从各单缸发动机工作原理可知，只有作功行程从各单缸发动机工作原理可知，只有作功行程产生动力，其它三个行程都要消耗动力。为了维持产生动力，其它三个行程都要消耗动力。

16、为了维持运动，单缸发动机必须有一个贮备能量较大的飞轮。运动，单缸发动机必须有一个贮备能量较大的飞轮。即使如此，发动机运转仍然是不平稳的，作功行程即使如此，发动机运转仍然是不平稳的，作功行程快，其它行程慢。快，其它行程慢。汽车上实际应用的是多缸发动机，它是由若干汽车上实际应用的是多缸发动机，它是由若干个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力所组成。现代汽车上用的较多是四缸、六缸、动力所组成。现代汽车上用的较多是四缸、六缸、八缸发动机。八缸发动机。 多多缸四冲程发动机的工作顺序缸四冲程发动机的工作顺序 多缸发动机是在曲轴转角720内(四冲程)或曲

17、轴转角360内(二冲程)，各缸都要象单缸发动机一样完成一个工作循环。为了使发动机运转平稳，各缸作功间隔角大都均等。如四冲程六缸发动机各缸作功间隔角为=720/6=120即曲轴每转1200就有一个缸作功，各缸作功行程略有搭接，这样发动机运转较单缸发动机平稳得多。另外，由于各缸的作功行程为其它缸的准备行程提供动力，所以贮存能量的飞轮也较单缸发动机小得多。四缸发动机从理论上讲作功冲程就已连续，而六、八缸发动机都有作功重叠，且缸数越多、重叠得就越大，发动机运转得就越平稳。 发动机发动机的总体构造的总体构造曲柄连杆机构曲柄连杆机构配气机构配气机构供给系统供给系统冷却系统冷却系统润滑系统润滑系统起动系统起

18、动系统点火系统（汽油机独有）点火系统（汽油机独有）连杆飞轮曲轴活塞排气门推杆挺柱正时齿轮配气机构配气机构 曲柄连杆机构曲柄连杆机构进气门摇臂凸轮轴凸轮轴曲柄连杆机构 :机体组机体组：包括气缸盖、气缸体及油底壳。活塞连杆组活塞连杆组：包括活塞、活塞环、活塞销和连杆 曲轴曲轴 它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。 曲轴用中碳合金钢模锻而成。为提高耐磨性和耐疲劳强度，表面软淡化处理，并经精磨加工，以达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。 曲轴内部油道布置 飞轮飞轮 飞轮的主要功用是用来贮存作功行程的能量，用于

19、克服进气、压缩和排气行程的阻力和其它阻力，使曲轴能均匀地旋转。飞轮外缘压有的齿圈与起动电机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用；汽车离合器也装在飞轮上，利用飞轮后端面作为驱动件的摩擦面，用来对外传递动力。 活塞活塞 功用：活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。 活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部 。朝前标记分组号 活塞环活塞环 活塞环是具有弹性的开口环，有二道气环和一道油环。 功用：气环是保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，由冷却水带走。 活塞销活塞销 活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，并把活

20、塞承受的气体压力传给连杆。 活塞销与活塞销座孔及连杆小头孔的连接配合为全浮式结构。 连杆连杆 功用是连接活塞与曲轴。连杆小头通过活塞销与活塞相连，连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连。并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。 连杆杆身做成“工”字形断面，抗弯强度好，重量轻。 配气机构配气机构 是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。 采用凸轮轴下置式结构，包括凸轮轴、挺柱、挺杆、摇臂、气门组配气相位配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门 的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示-配气相位图。 凸轮轴凸轮轴正时

21、点正时点惰轮惰轮正时点正时点曲轴正曲轴正时点时点喷油泵喷油泵正时点正时点3 供给系统供给系统柴油机供给系组柴油机供给系组成：燃油供给装成：燃油供给装置、空气供给装置、空气供给装置、混合气形成置、混合气形成装置、废气排出装置、废气排出装置装置 燃油供给装置包括：柴油箱、柴油滤清器、低压油管、输油泵、喷油泵、喷油器、高压油管、回油管。 可燃混合气的形成， 混合气形成装置是燃烧室，其质量对燃烧过程起决定性作用，要求 1)喷入气缸的应雾化良好并具有一定的射程，即油粒微小并充满整个燃烧室空间。 2)燃料的喷射形状应与燃烧室形状相适应，以形成良好的混合气。 3)在燃烧室造成强烈的空气涡流促使在燃烧室间形成

22、良好混合。喷油器喷油器 对喷油器的要求：1、具有一定的喷射压力和射程。2、合适的喷注锥角。 3、停止喷油时能迅速切断供油， 4没有滴漏现象。 常见型式：1、孔式喷油器 2、轴针式喷油器强制循环式水冷却系示意图强制循环式水冷却系示意图 1-百叶窗；百叶窗；2-散热器；散热器；3-散热器盖；散热器盖；4-风扇；风扇；5-小循环水管；小循环水管；6-水泵；水泵；7-节温器；节温器；8-出水管；出水管；9-水套；水套；10-水温表和传感器；水温表和传感器；11-水套放水开关；水套放水开关；12-散热器放水开关散热器放水开关 冷却系统的功用是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。冷却系统既要防止

23、发动机过热，也要防止冬季发动机过冷。在发动机冷起动之后，冷却系统还要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。 组成：水泵、冷却风扇、硅油风扇离合器、节温器、发动机机体和气缸盖中的水套以及其他附加装置等。冷却器的大小循环冷却器的大小循环节温器可以使冷却水有小循环、大循环和混合循环等三种循环路线。 1小循环：当发动机水温低于82时，节温器主阀门关闭，旁通阀打开，气缸盖至散热器的冷却水通道被切断。冷却水由气缸盖水套流出，经过节温器旁通阀、旁通管进入水泵，并经水泵送入气缸体水套。由于冷却水不经散热器散热，可使发动机温度迅速提高。这种循环方式称为小循环。 2大循环：当发动机水温高于95时，节温器主阀

24、门打开，旁通阀关闭。冷却水全部由主阀门进入散热器散热，水温迅速降低，然后再由水泵送入气缸体水套。这种循环方式称为大循环。3混合循环：当水温在8295之间时，节温器主阀门和旁通阀都处于部分开启状态，此时大、小循环都存在，只有部分冷却水经散热器进行散热。 润滑系统润滑系统润滑系统润滑系统：包括机油泵、机油滤清器、限压阀、润滑油道、机油集滤器等。其作用是：包括机油泵、机油滤清器、限压阀、润滑油道、机油集滤器等。其作用是将润滑油供人作相对运动的零件，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并将润滑油供人作相对运动的零件，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗摩擦表面，同

25、时具有防锈和密封作用。部分地冷却摩擦零件，清洗摩擦表面，同时具有防锈和密封作用。起动起动系统系统要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。程所需的装置，称为发动机的起动系。 MAGNET SWITCHMOTOR MOVING CONTACTORBMKEY SWITCHFIELD COILARMATUREH COILP COILBATTERY()()BRUSH压缩比压缩比定义：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 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。压缩比过大的不良后果压缩比过大的不良后果压缩