发动机的工作原理与总体构造课件

发动机的工作原理与总体构造课件2学习“发动机构造”的基本要求1.组成 发动机由哪些基本部分构成？各构成部分又包括哪些总成？各总成又包括哪些零件？学习“发动机构造”后，应能将发动机的结构层层分解，心中有数。2.功能及工作原理

发动机各组成部分（包括总成、零件）的作用是什么？它是怎样实现（完成）它的功能？在此基础上，理解发动机零件的结构形式，理解发动机的装配、调整、维护的相关基本知识。3.类型

发动机的型式多种多样，各总成的型式也是多种多样。它们有哪些基本类型？各基本类型的特点是什么？这是全面掌握发动机构造必须注意的。以此为基础，有助于进一步学习和理解本课中未提及的一些发动机构造。4.认识

通过阅读课本上的图和观察实物及实物模型，认识发动机的总成及主要零件。这个“认识”包括认识实物及名称。2学习“发动机构造”的基本要求1.组成3第一章汽车发动机的工作原理

及总体构造第一节汽车发动机类型第二节往复活塞式内燃机基本结构及术语第三节往复活塞式内燃机工作原理第四节发动机的总体构造第五节发动机主要性能指标与特性第六节内燃机产品名称和型号编制规则3第一章汽车发动机的工作原理

及总4/302022/10/18主要内容第一节汽车发动机类型第二节往复活塞式内燃机基本结构及术语第三节往复活塞式内燃机工作原理第四节发动机的总体构造第五节发动机主要性能指标与特性第六节内燃机产品名称和型号编制规则4/302022/10/15主要内容第一节汽车发动机类型5发动机的定义发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器现代汽车大多使用往复活塞式内燃机。它将燃料在发动机气缸内部进行燃烧，把产生的热能转变成机械能，简称热机。5发动机的定义发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器6按活塞运动方式分为往复活塞式发动机旋转活塞式发动机活塞式内燃机往复活塞式发动机旋转活塞发动机第一节发动机分类6按活塞运动方式分为活塞式内燃机往复活塞式发动机旋转活塞发动7活塞式内燃机按使用燃料火花塞

汽油发动机柴油发动机压燃式发动机强制点火式(点燃式)发动机按点火方式气体燃料发动机（CNG&LPG）

添加了一套气体燃料供给系统减压器混合器喷油嘴7活塞式内燃机按使用燃料火花塞汽油发动机柴油发动机压燃式发8活塞式内燃机按冷却方式分为液冷发动机水冷发动机油冷发动机风冷发动机8活塞式内燃机按冷却方式分为9活塞式内燃机按完成一个工作循环所需行程数四冲程发动机二冲程发动机四冲程发动机二冲程发动机在一个工作循环中活塞往复四个行程的内燃机称作四冲程往复活塞式内燃机；活塞往复两个行程便完成一个工作循环的则称作二冲程往复活塞式内燃机。9活塞式内燃机按完成一个工作循环所需行程数四冲程发动机二冲程10

按气缸数单缸发动机多缸发动机活塞式内燃机10按气缸数单缸发动机多缸发动机活塞式内燃机11活塞式内燃机L型(直列式/单列式)发动机V型(双列式)发动机P型(平卧式/对置式)发动机按气缸排列方式：11活塞式内燃机L型(直列式/单列式)发动机V型(双列式)发12活塞式内燃机按照进气状态分类增压发动机非增压发动机（自然吸气式）非增压(自然吸气)式发动机增压式发动机12活塞式内燃机按照进气状态分类非增压(自然吸气)式发动机13化油器化油器式发动机直接喷射式发动机喷油器喷油泵按混合气形成方式活塞式内燃机13化油器化油器式发动机直接喷射式发动机喷油器喷油泵按混合14活塞式内燃机分类小结按活塞运动方式分为：往复活塞式发动机\旋转活塞式发动机按完成工作循环分为：四冲程发动机、二冲程发动机；按冷却方式分为：风冷式发动机、夜冷（水冷）式发动机；按所用燃料分为：汽油发动机、柴油发动机；按气缸数量分为：单缸发动机、多缸发动机；按点火方式分为：强制点火式(点燃式)发动机、压燃式发动机；按气缸排列方式分为：L型(直列式/单列式)发动机、V型(双列式)发动机、P型(平卧式/对置式)发动机等；按混合气形成方式分为：化油器式发动机、直接喷射式发动机；按是否对进气增压分为：非增压式发动机、增压式发动机

14活塞式内燃机分类小结按活塞运动方式分为：往复活塞式发动机15/302022/10/18主要内容第一节汽车发动机类型第二节往复活塞式内燃机基本结构及术语第三节往复活塞式内燃机工作原理第四节发动机的总体构造第五节发动机主要性能指标与特性第六节内燃机产品名称和型号编制规则15/302022/10/15主要内容第一节汽车发动机类16基本术语工作循环上、下止点活塞行程S气缸工作容积（气缸排量）Vs发动机工作容积（发动机排量）VL=iVs燃烧室容积Vc气缸总容积VaVa=Vs+Vc压缩比εε=Va/Vc工况：转矩/转速负荷率：P/Pmax第二节往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语16基本术语第二节往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语工作循环（workingcycle）由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成的密闭过程。周而复始地进行这些过程，内燃机才能持续地作功。往复活塞式内燃机的基本术语工作循环（workingcycle）往复活塞式内燃机的基本往复活塞式内燃机的基本术语上、下止点活塞顶离曲轴回转中心最远处、即活塞最高位置，称为上止点（TopDeadCenter，TDC）活塞顶离曲轴回转中心最近处、即活塞最低位置，称为下止点（Bottom

DeadCenter，BDC）在上、下止点处，活塞的运动速度为零。往复活塞式内燃机的基本术语上、下止点活塞行程上、下止点间的距离S称为活塞行程；曲轴的回转半径R称为曲柄半径，S=2R（气缸中心线通过曲轴回转中心的发动机，正置曲柄连杆机构）往复活塞式内燃机的基本术语活塞行程往复活塞式内燃机的基本术语气缸工作容积（Volume）活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积，记作VS；式中：D—气缸直径（mm）；

S—活塞行程（mm）；往复活塞式内燃机的基本术语气缸工作容积（Volume）式中：D—气缸直径（mm）；发动机排量（Displacement）所有气缸工作容积的总和称为发动机排量，记作VL；式中：VS—气缸工作容积；

i—气缸数目；往复活塞式内燃机的基本术语发动机排量（Displacement）式中：VS—气缸工燃烧室容积活塞位于上止点时活塞顶面以上与气缸盖底面以下之间形成的容积称为燃烧室容积，记作Vc；往复活塞式内燃机的基本术语燃烧室容积往复活塞式内燃机的基本术语气缸总容积活塞位于下止点时，活塞顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积，记作Va；气缸总容积等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即：往复活塞式内燃机的基本术语气缸总容积往复活塞式内燃机的基本术语压缩比（Compressionratio）压缩比是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，记作ε表示；

式中：Va—气缸总容积；

VS—气缸工作容积；

Vc—燃烧室容积；压缩比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。往复活塞式内燃机的基本术语压缩比（Compressionratio）往复活塞式内燃机25压缩比εε越大，（压缩终了时的压力越大、温度越高，燃烧速度越快）因此发动机功率越大，油耗率越低。ε过大，易产生爆燃，易产生表面点火。爆燃（爆震）：离点燃中心较远处的可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。表面点火：由燃烧室内炽热面或炽热点点燃混合气而产生的一种不正常燃烧。汽油机的压缩比ε一般为6～11（车用汽油机一般8～11）。柴油机压缩比一般为16～22。25压缩比εε越大，（压缩终了时的压力越大、温度越高，燃烧速26/302022/10/18主要内容第一节汽车发动机类型第二节往复活塞式内燃机基本结构及术语第三节往复活塞式内燃机工作原理第四节发动机的总体构造第五节发动机主要性能指标与特性第六节内燃机产品名称和型号编制规则26/302022/10/15主要内容第一节汽车发动机类27第三节往复活塞式内燃机工作原理一、四冲程汽油机工作原理工作循环活塞运动进气门排气门缸内压力（MPa）缸内温度（K）进气行程向下开关0.08-0.09（终了）320-380（终了）压缩行程向上关关0.8-1.5（终了）600-750（终了）作功行程向下关关3-6.5（最高）0.3-0.5（终了）2200-2800（最高）1200-1500（终了）排气行程向上关开0.105-0.12（终了）900-1100（终了）27第三节往复活塞式内燃机工作原理一、四冲程汽油机工作原理四冲程发动机的示功图上止点下止点进气行程r->a压缩行程a->c作功行程c->b排气行程b->r四冲程发动机的示功图上止点下止点进气行程29二、四冲程柴油机工作原理柴油的主要特点粘度大；不易蒸发；自燃温度低。柴油机工作循环与汽油机相同工作循环包括四个行程，每个行程180°曲轴转角；只有一个作功行程，其余三个是耗功行程。柴油机与汽油机主要不同点混合气形成：柴油机不用化油器，燃油直接喷射入气缸内。点火方式：压燃，无点火系统。

29二、四冲程柴油机工作原理柴油的主要特点30二、四冲程柴油机工作原理柴油机的特点压缩比高柴油机16～22,汽油机为6～11；最高转速较低柴油机2500～3000(r/min),汽油机4000～7000(r/min)；

油耗较低比汽油机低约30%质量较大制造、维修费用高喷油泵、喷油器的制造难度大振动、噪声较大工作粗暴排气污染小过量空气系数大，燃烧比较完全，CO、HC、NOx

的排放量较少。30二、四冲程柴油机工作原理柴油机的特点31柴油机由于用的柴油粘度比汽油大、不易蒸发，且自燃温度又较汽油低，所以采用的是压缩自燃式点火。二、四冲程柴油机工作原理柴油呈细雾状喷油压力高喷孔直径小喷油泵喷油器要求：31柴油机由于用的柴油粘度比汽油大、不易蒸发，且自燃温度又较32进气行程压缩行程作功行程排气行程新鲜空气开始喷油四冲程柴油机各行程示意图吸入气缸的只是纯净的空气

压缩行程终了时气体压力高3～5MPa喷油器将燃油喷入燃烧室温度低700～900K32进气行程压缩行程作功行程排气行程新鲜空气开始喷油四冲程柴33三、四冲程发动机运转平稳问题曲轴每转两周，1个气缸作功1次—曲轴转速是不均匀的，发动机运转是不平稳的。飞轮转动惯量越大，越平稳缸数越多，越平稳33三、四冲程发动机运转平稳问题曲轴每转两周，1个气缸作功134三、二冲程汽油机工作原理工作循环第一行程（活塞向上，下止点到上止点）：压缩；进气（进入曲轴箱）第二行程（活塞向下，上止点到下止点）：燃烧作功；换气（缸内进气、排气）。结构无进、排气阀（进气孔、排气孔、扫气孔均由活塞开、闭）；活塞顶部为一特殊形状，以利换气。34三、二冲程汽油机工作原理工作循环35带扫气泵的二冲程柴油机第一行程活塞上行扫、进/换、压缩第二行程活塞下行做功、排、扫比二冲程汽油机的经济性好35带扫气泵的二冲程柴油机第一行程36三、二冲程发动机工作原理二冲程发动机特点功率大理论上为四冲程的2倍，实际为1.5～1.6倍；运转平稳每两个行程就有一次作功；结构简单，质量小无配气机构使用、维修方便燃油经济性差换气时有部分新鲜可燃混合气随废气被排出排气污染大二冲程汽油机/柴油机的主要不同之处进入缸内的是空气而不是可燃混合气，因此可方便地增大进气量（如用扫气泵）。进气充分、燃油经济性好；进气不经过曲轴箱；无火花塞，有喷油系统。结构较复杂。36三、二冲程发动机工作原理二冲程发动机特点37二冲程发动机的示功图a-c压缩c-z燃烧z-b膨胀作功b-f自由排气f-d-h换气h-a额外排气37二冲程发动机的示功图a-c压缩38/302022/10/18主要内容第一节汽车发动机类型第二节往复活塞式内燃机基本结构及术语第三节往复活塞式内燃机工作原理第四节发动机的总体构造第五节发动机主要性能指标与特性第六节内燃机产品名称和型号编制规则38/302022/10/15主要内容第一节汽车发动机类39第四节发动机的总体构造曲柄连杆机构：把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，以向 工作机械输出机械能。(力→转矩；直线运动→转动)配气机构：按要求定时开启和关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气（汽 油机）或空气及时进入气缸，废气及时从气缸排出。燃油系统：把燃油按工况供入气缸以供燃烧。进排气系统：把空气按需供入气缸，并将燃烧生成的废气排出发动机。点火系：按照点火次序在规定时刻产生电火花点燃气缸中已被压缩的混 合气。冷却系：把发动机的部分热量散发到大气中，以保证发动机正常工作。润滑系：减少摩擦阻力以减轻零件的磨损，并有冷却和清洗磨擦面的作 用。起动系：使静止的发动机起动以转入自行转动。2个机构6个系统供给系39第四节发动机的总体构造曲柄连杆机构：把燃气作用在活塞发动机结构示意图发动机结构示意图机体组机体组曲柄连杆机构气环、油环曲轴带轮曲轴正时齿轮活塞连杆曲轴轴瓦及止推环飞轮轴瓦及止推环曲柄连杆机构气环、油环曲轴带轮曲轴正时齿轮活塞连杆曲轴轴瓦及配气机构曲轴正时齿轮正时齿形带中间齿轮张紧轮凸轮轴正时齿轮凸轮轴进排气门组件配气机构曲轴正时齿轮正时齿形带中间齿轮张紧轮凸轮轴正时齿轮凸燃油系统空气滤清器油箱燃油滤清器油气分离器化油器催化转化器消声器燃油系统空气滤清器油箱燃油滤清器油气分离器化油器催化转化器消燃油系统燃油系统柴油滤清器柱塞式喷油泵油水分离器及输油泵油箱喷油器燃油系统柴油滤清器柱塞式喷油泵油水分离器及输油泵油箱喷油器燃油系统冷却系散热器及冷却风扇散热器出水管散热器进水管补水桶水泵冷却系散热器及冷却风扇散热器出水管散热器进水管补水桶水泵润滑系润滑系点火系点火线圈蓄电池分电器火花塞点火开关点火系点火线圈蓄电池分电器火花塞点火开关起动系起动开关蓄电池起动电机单向离合器线圈起动系起动开关蓄电池起动电机单向离合器线圈51/302022/10/18主要内容第一节汽车发动机类型第二节往复活塞式内燃机基本结构及术语第三节往复活塞式内燃机工作原理第四节发动机的总体构造第五节发动机主要性能指标与特性第六节内燃机产品名称和型号编制规则51/302022/10/15主要内容第一节汽车发动机类52第五节主要性能指标与特性表征发动机性能特点、评价发动机性能、促进发动机结构改进和创新动力性指标：发动机作功能力大小经济性指标：发动机热效率和燃油消耗率强化指标：承受热负荷和机械负荷能力紧凑性指标：结构紧凑程度环境指标：排放品质和噪声水平可靠性指标：规定条件下，正常持续工作能力耐久性指标：主要零件磨损到不能继续工作的极限时间工艺性指标：制造和维修的方便程度发动机特性：发动机主要性能指标随其运转工况变化而变化的关系52第五节主要性能指标与特性表征发动机性能特点、评价发动主要性能指标动力性指标

有效转矩Te

指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的转矩，通常用Te表示，单位为N.m。有效转矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆传给曲轴产生的转矩，并克服了摩擦、驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净转矩。有效功率Pe曲轴转速n平均有效压力pe主要性能指标动力性指标有效转矩Te动力性指标

有效转矩Te

有效功率Pe

指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用Pe表示，单位为kW。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效转矩与曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功机测定，测出有效转矩和曲轴转速，然后用下面公式计算出有效功率：曲轴转速n平均有效压力pe式中：Te—有效转矩（N.m）n—曲轴转速（r/min）主要性能指标动力性指标有效转矩Te式中：主要性能动力性指标有效转矩Te有效功率Pe曲轴转速n

平均有效压力pe

单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，通常用Pme表示，单位MPa。Pme可以看作是一个假想的、平均不变的压力作用在活塞顶上，使活塞移动一个冲程所作的功，即每循环所作的有效功。平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。式中：We—有效功Vh—工作容积主要性能指标动力性指标有效转矩Te式中：主要性能经济性指标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。有效热效率越高，发动机的经济性越好（油耗低）。有效燃油消耗率

燃油消耗率是指单位时间内单位有效功的燃油消耗量，也就是发动机每发出1kW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量（以g为单位），燃油消耗率通常用ge表示，其单位为g/kW.h，计算公式如下：有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率ge是最小值。式中：GT—每小时的燃油消耗（kg/h）Pe—有效功率（kW）主要性能指标经济性指标有效热效率式中：主要性能指强化指标

升功率

发动机在标定工况下，单位发动机排量输出的有效功率称为升功率，单位kW/L。升功率越大，发动机的作功能力越强，热负荷和机械负荷高。强化系数

平均有效压力与活塞平均速度的乘积称为强化系数，以pmevm表示。式中：vm—活塞平均速度（m/s）S—活塞行程（mm）n—标定转速（r/min）主要性能指标强化指标升功率式中：主要性能指标紧凑性指标

比容积

发动机外轮廓体积与其标定功率的比值。比质量

发动机的干质量与其标定功率的比值。比容积和比质量越小，发动机结构越紧凑。环境指标

排放

有害气体CO、HC、NOX；颗粒物PM；二氧化碳CO2。噪声

GB1495-2002要求，例如：轿车加速行驶噪声限值74dB（A）。主要性能指标紧凑性指标比容积环境指标可靠性指标

评价方法

首发故障行驶里程、平均故障间隔里程、主要零件损坏率等。耐久性指标

评价方法

大修里程：发动机出厂到第一次大修之间汽车行驶里程数。工艺性指标降低生产成本和维修费用。主要性能指标可靠性指标评价方法耐久性指标60发动机特性发动机的速度特性Pe、Te和be随发动机转速n的变化关系发动机外特性

节气门全开时的转速特性发动机部分特性

节气门部分开启时的转速特性PeTeeben发动机外特性曲线60发动机特性发动机的速度特性PeTeeben发动机外特性曲61发动机特性发动机工况用负荷表示负荷—发动机发出的功率与同一转速下可能发出的最大功率之比，用百分数表示同一转速下，节气门开度越大，负荷越大。但二者不成比例。工况a

负荷=0/45=0工况b负荷=20/45=44.4%工况c负荷=32/45=71.1%工况d负荷=45/45=100%Pendcba4532200(kw)节气门全开节气门部分开启Ⅰ节气门部分开启Ⅱ注意：负荷与功率的概念不可混淆；负荷与载荷的概念不可混淆。发动机的负荷特性61发动机特性发动机工况用负荷表示工况a负荷=0/4562/302022/10/18主要内容第一节汽车发动机类型第二节往复活塞式内燃机基本结构及术语第三节往复活塞式内燃机工作原理第四节发动机的总体构造第五节发动机主要性能指标与特性第六节内燃机产品名称和型号编制规则62/302022/10/15主要内容第一节汽车发动机类63第六节内燃机产品名称和型号编制规则（GB/T725-2008）内燃机产品名称均按所采用的燃料命名 如：汽油机、柴油机、双燃料发动机。内燃机型号由以下四部分组成第一部分：制造商代号或系列符号，由制造厂根据需要选择相应1~3位字母表示。第二部分：由气缸数、气缸布置型式符号、冲程型式符号、缸径符号组成。第三部分：结构特征和用途特征符号，以字母表示。第四部分：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。第三部分与第四部分可用“-”分隔。63第六节内燃机产品名称和型号编制规则（GB/T72564型号的表示方法缸数符号制造商代号或系列代号冲程型式符号缸径或缸径/行程符号（宜可用发动机排量或功率）气缸布置形式符号结构特征符号用途特征符号区分符号无符号——多缸直列及单缸卧式V——V形P——平卧形H——H形X——X形无符号——冷却液冷却F——风冷N——凝气冷却S——十字头式Dz——可倒转Z——增压ZL——增压中冷无符号——通用型及固定动力T——拖拉机M——摩托车G——工程机械Q——车用J——铁路机车D——发电机组C——船用主机，右机基本型CZ——船用主机，左机基本型Y——农用运输车L——林业机械E表示二冲程，四冲程不标符号单位由制造商自定第一部分第二部分第三部分第四部分燃料符号/无符号——柴油P——汽油T——天然气（煤层气）CNG——压缩天然气LNG——液化天然气LPG——液化石油气Z——沼气W——煤矿瓦斯M——煤气S——柴油/天然气双燃料SCZ——柴油/沼气双燃料M——甲醇E——乙醇DME——二甲醇FME——生物柴油64型号的