第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件

第一章.汽车发动机的工作原理及总体构造重点内容

★发动机结构基本术语★四行程发动机的工作原理★发动机的总体构造★发动机的主要性能指标与特性第一章.汽车发动机的工作原理及总体构造重点内容1第一节.汽车发动机的定义及类型一.汽车发动机的定义及其类型（一）定义：

1)

发动机：将某一种形式的能量转换为机械能的机器。2)

热力发动机（热机）：将热能转换为机械能的机器。包括内燃机和外燃机两种。3)

内燃机：燃料（气、液体）燃烧的热气直接将所含热能转变为机械能的一种机器。第一节.汽车发动机的定义及类型一.汽车发动机的定义及其类型2

（二）内燃机的用途和特点1、用途：

在交通运输、工程机械、军用国防、中小电站等处均能用到。2、特点（相对于蒸汽机）1）有效热效率较高蒸汽机：11～16％柴油机（增压后）：30～46％汽油机：20～30％第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件32）功率范围广，适应性好3）体积功率高，单位功率质量小4）使用操纵方便，启动快5）运行比较安全，不易引起爆炸事故6）对于燃料的要求较高，不能直接使用固体燃料7）排放、噪声引起的危害较大8）结构较复杂，零件的加工精度高第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件4

二.内燃机的分类（一）按所用燃料分1、汽油机2、柴油机3、气体燃料发动机（二）按燃料在汽缸内的着火方式分1、压燃式内燃机（如：柴油机）2、点燃式内燃机（如：汽油机）二.内燃机的分类（一）按所用燃料分5（三）按完成一个工作循环的冲程数分

工作循环：发动机各气缸完成进气、压缩、做功、排气四个过程成为一个工作循环。1、二冲程内燃机：曲轴转一圈，活塞在气缸内上下往复各一次完成一个工作循环的内燃机。2、四冲程内燃机：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。第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件6（四）按冷却方式分1、水冷式内燃机2、风冷式内燃机（五）按气缸数目分1、单缸机2、多缸机（六）按进气方式分1、非增压内燃机2、增压内燃机（七）按活塞运动方式分1、往复式活塞式2、旋转式活塞式第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件7第二节.往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语一.基本结构二.基本术语1.工作循环：发动机各气缸完成进气、压缩、做功、排气四个过程成为一个工作循环。2.上止点（下止点）：活塞顶离曲轴旋转中心最远（近)处。即活塞的最高（低）位置。第二节.往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语一.基本结构8第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件93.活塞的行程：上下止点之间的距离S。4.气缸工作容积（气缸排量）Vs：

活塞从上止点到下止点所扫过的容积。

定义式：Vs=（π/4×106）D2S(L)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一。5.发动机排量（发动机工作容积）VL：发动机各气缸工作容积的总和。

定义式：VL＝Vs*ii:发动机气缸数。6.燃烧室容积Vc：活塞在上止点时，活塞顶以上的空间容积。第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件10

7.气缸总容积Va：活塞在下止点时，活塞顶以上的空间容积。

定义式：Va＝Vs＋Vc

8.压缩比ε：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：ε＝Va/Vc

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。是发动机的重要性能参数。

柴油机ε：14～22

汽油机ε：6～9（轿车有的达到9～11）

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9.工况：内燃机在某一时刻的运行状况简称工况，以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为内燃机的转速。

10.负荷率：

内燃机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下发出的最大有效功率的比值成为负荷率，以百分数表示。负荷率通常简称为负荷。

12第三节.往复活塞式内燃机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原理1、进气行程

活塞：从上止点移动到下止点

气门：进气门打开，排气门关闭

曲轴：旋转从0℃A~180℃A

进气终了压力：pde＝0.08～0.09Mpa

进气终了温度：Tde＝320～380K

第三节.往复活塞式内燃机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原132.压缩行程

活塞：从下止点移动到上止点

气门：进气门关闭，排气门关闭

曲轴：旋转从180℃A～360℃A

压缩终了压力：pco＝0.8～1.5Mpa

压缩终了温度：Tco＝600～750K2.压缩行程14爆燃：由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。后果：轻微爆燃，发动机功率有所升高；但过度，则会使发动机过热，功率下降，经济性变差，零件寿命下降等。

现象：发生爆燃时，有尖锐的金属敲击声传出。

表面点火：由燃烧室内炽热表面（如排气门头、火花塞电极、积碳）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。

后果：发动机的性能下降，零部件寿命降低。

现象：发生表面点火时，有沉闷的敲击声传出。爆燃：由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远15

3.作功行程

活塞：从上止点移动到下止点

气门：进气门关闭，排气门关闭

曲轴：旋转从360℃A～540℃A

最高压力：pmax＝3.0～6.5Mpa

最高温度：Tmax＝2200～2800K

膨胀终了压力：pex＝0.35～0.5Mpa

膨胀终了温度：Tex＝1200～1500K

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4、排气行程

活塞：从下止点移动到上止点

气门：进气门关闭，排气门开启

曲轴：旋转从540℃～720℃

排气终了气体压力（残余废气压力）：

p`r＝0.105～0.12Mpa

排气终了气体温度（残余废气温度）：

T`r＝900～1100K

17二、四冲程柴油机的工作原理

1.进气冲程与汽油机主要区别：进入气缸的是纯空气。进气终了压力：pde＝0.085～0.095Mpa进气终了温度：Tde＝310～340K第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件18

2.压缩冲程与汽油机的主要区别：

压缩比高于汽油机；在压缩行程快要结束的时候，喷油器向气缸内喷入柴油。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。压缩终了压力：pco＝3.0～5.0Mpa压缩终了温度：Tco＝750～1000K

193.做功冲程

柴油机由于是边喷油、边混合、边燃烧，所以，所以最开始虽然活塞有所下行，但气缸内的压力基本不变。

最高压力：pmax＝6～9Mpa

最高温度：Tmax＝1800～2200K

膨胀终了压力：pex＝0.2～0.5Mpa

膨胀终了温度：Tex＝1000～1200K3.做功冲程204.排气冲程排气终了气体压力：p`r＝0.105～0.12Mpa排气终了气体温度：T`r＝700～900K4.排气冲程21三、四冲程汽油机、柴油机特点比较1、由于柴油机压缩比较高，燃料燃烧非常完全，所以柴油机的有效热效率好，经济性好。汽油机：be=270～325g/(kw.h)柴油机:be=214～285g/(kw.h)2、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，其成本较高，并且加工较难。3、柴油机最高爆发压力高，所以对发动机的零部件强度要求高，这样导致柴油机笨重三、四冲程汽油机、柴油机特点比较224、柴油机转速低于汽油机原因：1）由于柴油机的压缩比高，所以其受到的机械负荷较大，故其零部件的质量较大，导致运动时惯性力较大。2）汽油机可燃混合气的混合时间和质量优于柴油机。5、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。6、柴油机启动困难，汽油机易启动。4、柴油机转速低于汽油机23第四节.发动机的总体构造一、机体组作用：是发动机各机构各系统的装配基体。组成：气缸盖、气缸体、油底壳等二、曲柄连杆机构作用：是发动机借以产生动力，并将活塞的往复直线运动转变为曲轴旋转运动而输出动力的机构组成：活塞、连杆、曲轴、飞轮等三、配气机构作用：使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排除废气。组成：进（排）气门、摇臂、凸轮轴等第四节.发动机的总体构造一、机体组24四、供给系

作用：根据发动机各种工况要求，配置具有一定数量和浓度的可燃混合气供入气缸，并将燃烧后生成的废气排出发动机。组成：汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器等五、点火系

作用：保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的可燃混合气。组成：蓄电池、发电机、火花塞、分电器等六、冷却系

作用：散发受热机件的热于大气中，以使发动机在最适宜的温度下工作。组成：水泵、水箱、风扇、节温器等七、润滑系

作用：将润滑油不断地供给作相对运动地零件以减少他们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损。组成：机油泵、机油滤清器、润滑油道等八、起动系

作用：使静止的发动机启动并转入自行的运转。组成：起动机及其附属装置四、供给系25第三节发动机主要性能指标与特性一、主要性能指标（一）动力性指标1、有效转矩Te（N.m）定义：发动机通过飞轮对外输出的转矩。由测功机测得。2、发动机转速n（r/min）由转速表直接读取。3、有效功率Pe（KW）定义：发动机通过飞轮对外输出的功率。计算式：Pe＝Te*2пn/60*10-3＝Te*n/9550(kw)第三节发动机主要性能指标与特性一、主要性能指标26（二）经济性指标1.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。有效热效率越高，发动机的经济性越好。2、有效燃油消耗率be定义：发动机每发出1KW有效功率，在1h内所消耗的燃油质量（以g为单位）。定义式：be＝B/Pe*103（g/KW.h）其中B：发动机在单位时间内的耗油量（kg/h）,可在实验中测得。有效燃油消耗率越低，发动机的经济性越好。（三）发动机的运转性能指标1、排气品质2、噪声3、启动性（二）经济性指标27二、发动机的速度特性（一）定义1、发动机特性：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。2、发动机的速度特性：发动机油门开度不变，发动机的性能指标（如发动机的功率、转矩、有效燃油消耗率等）随着曲轴转速变化的规律。3、发动机的外特性：发动机油门全开，发动机的性能指标（如发动机的功率、转矩、有效燃油消耗率等）随着曲轴转速变化的规律。又称为发动机的总功率特性二、发动机的速度特性28（二）速度特性制取步骤（汽油机为例）1）发动机预热，将点火提前角、水温（80～95℃）、油温（80℃左右）保持最佳。2）将油门固定在某一位置后，先将发动机满负荷稳定运转在最低转速处，此时即为试验的起点。记录耗一定量燃油所需要的时间、测功器读数、转速。3）依次减少发动机负荷，使其转速增加，根据发动机所选择的转速间隔，使发动机稳定工作在某一转速处，再进行此时数据记录。如此试验几个点，到发动机功率开始下降为止。4）在坐标上描点。（横坐标发动机曲轴转速，纵坐标为发动机的功率、转矩、有效燃油消耗率等）（二）速度特性制取步骤（汽油机为例）29（三）发动机外特性曲线分析：此特性代表了发动机所具有的最高动力性能。1、可以从此曲线上找出发动机所能发出的最高功率和最高转矩及其相应转速。2、最高转矩和最高功率所对应的转速不同3、发动机的最低燃油消耗率并不是出现在最高功率或最高转矩对应的转速下，此说明发动机的最高动力性与最好经济性不能兼得。最低燃油消耗率所对应的转速介于最高功率和转矩对应的转速之间。（三）发动机外特性曲线30第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件31（四）发动机工作状况发动机工作状况(简称发动机工况):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。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一转速下所可能发出的最大功率之比。以百分数表示。

注意：负荷与功率不是同一概念。（四）发动机工作状况32第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件33第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件34第一章.汽车发动机的工作原理及总体构造重点内容

★发动机结构基本术语★四行程发动机的工作原理★发动机的总体构造★发动机的主要性能指标与特性第一章.汽车发动机的工作原理及总体构造重点内容35第一节.汽车发动机的定义及类型一.汽车发动机的定义及其类型（一）定义：

1)

发动机：将某一种形式的能量转换为机械能的机器。2)

热力发动机（热机）：将热能转换为机械能的机器。包括内燃机和外燃机两种。3)

内燃机：燃料（气、液体）燃烧的热气直接将所含热能转变为机械能的一种机器。第一节.汽车发动机的定义及类型一.汽车发动机的定义及其类型36

（二）内燃机的用途和特点1、用途：

在交通运输、工程机械、军用国防、中小电站等处均能用到。2、特点（相对于蒸汽机）1）有效热效率较高蒸汽机：11～16％柴油机（增压后）：30～46％汽油机：20～30％第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件372）功率范围广，适应性好3）体积功率高，单位功率质量小4）使用操纵方便，启动快5）运行比较安全，不易引起爆炸事故6）对于燃料的要求较高，不能直接使用固体燃料7）排放、噪声引起的危害较大8）结构较复杂，零件的加工精度高第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件38

二.内燃机的分类（一）按所用燃料分1、汽油机2、柴油机3、气体燃料发动机（二）按燃料在汽缸内的着火方式分1、压燃式内燃机（如：柴油机）2、点燃式内燃机（如：汽油机）二.内燃机的分类（一）按所用燃料分39（三）按完成一个工作循环的冲程数分

工作循环：发动机各气缸完成进气、压缩、做功、排气四个过程成为一个工作循环。1、二冲程内燃机：曲轴转一圈，活塞在气缸内上下往复各一次完成一个工作循环的内燃机。2、四冲程内燃机：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。第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件40（四）按冷却方式分1、水冷式内燃机2、风冷式内燃机（五）按气缸数目分1、单缸机2、多缸机（六）按进气方式分1、非增压内燃机2、增压内燃机（七）按活塞运动方式分1、往复式活塞式2、旋转式活塞式第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件41第二节.往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语一.基本结构二.基本术语1.工作循环：发动机各气缸完成进气、压缩、做功、排气四个过程成为一个工作循环。2.上止点（下止点）：活塞顶离曲轴旋转中心最远（近)处。即活塞的最高（低）位置。第二节.往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语一.基本结构42第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件433.活塞的行程：上下止点之间的距离S。4.气缸工作容积（气缸排量）Vs：

活塞从上止点到下止点所扫过的容积。

定义式：Vs=（π/4×106）D2S(L)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一。5.发动机排量（发动机工作容积）VL：发动机各气缸工作容积的总和。

定义式：VL＝Vs*ii:发动机气缸数。6.燃烧室容积Vc：活塞在上止点时，活塞顶以上的空间容积。第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件44

7.气缸总容积Va：活塞在下止点时，活塞顶以上的空间容积。

定义式：Va＝Vs＋Vc

8.压缩比ε：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：ε＝Va/Vc

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。是发动机的重要性能参数。

柴油机ε：14～22

汽油机ε：6～9（轿车有的达到9～11）

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9.工况：内燃机在某一时刻的运行状况简称工况，以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为内燃机的转速。

10.负荷率：

内燃机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下发出的最大有效功率的比值成为负荷率，以百分数表示。负荷率通常简称为负荷。

46第三节.往复活塞式内燃机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原理1、进气行程

活塞：从上止点移动到下止点

气门：进气门打开，排气门关闭

曲轴：旋转从0℃A~180℃A

进气终了压力：pde＝0.08～0.09Mpa

进气终了温度：Tde＝320～380K

第三节.往复活塞式内燃机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原472.压缩行程

活塞：从下止点移动到上止点

气门：进气门关闭，排气门关闭

曲轴：旋转从180℃A～360℃A

压缩终了压力：pco＝0.8～1.5Mpa

压缩终了温度：Tco＝600～750K2.压缩行程48爆燃：由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。后果：轻微爆燃，发动机功率有所升高；但过度，则会使发动机过热，功率下降，经济性变差，零件寿命下降等。

现象：发生爆燃时，有尖锐的金属敲击声传出。

表面点火：由燃烧室内炽热表面（如排气门头、火花塞电极、积碳）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。

后果：发动机的性能下降，零部件寿命降低。

现象：发生表面点火时，有沉闷的敲击声传出。爆燃：由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远49

3.作功行程

活塞：从上止点移动到下止点

气门：进气门关闭，排气门关闭

曲轴：旋转从360℃A～540℃A

最高压力：pmax＝3.0～6.5Mpa

最高温度：Tmax＝2200～2800K

膨胀终了压力：pex＝0.35～0.5Mpa

膨胀终了温度：Tex＝1200～1500K

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4、排气行程

活塞：从下止点移动到上止点

气门：进气门关闭，排气门开启

曲轴：旋转从540℃～720℃

排气终了气体压力（残余废气压力）：

p`r＝0.105～0.12Mpa

排气终了气体温度（残余废气温度）：

T`r＝900～1100K

51二、四冲程柴油机的工作原理

1.进气冲程与汽油机主要区别：进入气缸的是纯空气。进气终了压力：pde＝0.085～0.095Mpa进气终了温度：Tde＝310～340K第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件52

2.压缩冲程与汽油机的主要区别：

压缩比高于汽油机；在压缩行程快要结束的时候，喷油器向气缸内喷入柴油。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。压缩终了压力：pco＝3.0～5.0Mpa压缩终了温度：Tco＝750～1000K

533.做功冲程

柴油机由于是边喷油、边混合、边燃烧，所以，所以最开始虽然活塞有所下行，但气缸内的压力基本不变。

最高压力：pmax＝6～9Mpa

最高温度：Tmax＝1800～2200K

膨胀终了压力：pex＝0.2～0.5Mpa

膨胀终了温度：Tex＝1000～1200K3.做功冲程544.排气冲程排气终了气体压力：p`r＝0.105～0.12Mpa排气终了气体温度：T`r＝700～900K4.排气冲程55三、四冲程汽油机、柴油机特点比较1、由于柴油机压缩比较高，燃料燃烧非常完全，所以柴油机的有效热效率好，经济性好。汽油机：be=270～325g/(kw.h)柴油机:be=214～285g/(kw.h)2、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，其成本较高，并且加工较难。3、柴油机最高爆发压力高，所以对发动机的零部件强度要求高，这样导致柴油机笨重三、四冲程汽油机、柴油机特点比较564、柴油机转速低于汽油机原因：1）由于柴油机的压缩比高，所以其受到的机械负荷较大，故其零部件的质量较大，导致运动时惯性力较大。2）汽油机可燃混合气的混合时间和质量优于柴油机。5、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。6、柴油机启动困难，汽油机易启动。4、柴油机转速低于汽油机57第四节.发动机的总体构造一、机体组作用：是发动机各机构各系统的装配基体。组成：气缸盖、气缸体、油底壳等二、曲柄连杆机构作用：是发动机借以产生动力，并将活塞的往复直线运动转变为曲轴旋转运动而输出动力的机构组成：活塞、连杆、曲轴、飞轮等三、配气机构作用：使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排除废气。组成：进（排）气门、摇臂、凸轮轴等第四节.发动机的总体构造一、机体组58四、供给系

作用：根据发动机各种工况要求，配置具有一定数量和浓度的可燃混合气供入气缸，并将燃烧后生成的废气排出发动机。组成：汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器等五、点火系

作用：保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的可燃混合气。组成：蓄电池、发电机、火花塞、分电器等六、冷却系

作用：散发受热机件的热于大气中，以使发动机在最适宜的温度下工作。组成：水泵、水箱、风扇、节温器等七、润滑系

作用：将润滑油不断地供给作相对运动地零件以减少他们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损。组成：机油泵、机油滤清器、润滑油道等八、起动系

作用：使静止的发动机启动并转入自行的运转。组成：起动机及其附属装置四、供给系59第三节发动机主要性能指标与特性一、主要性能指标（一）动力性指标1、有效转矩Te（N.m）定义：发动机通过飞轮对外输出的转矩。由测功机测得。2、发动机转速n（r/min）由转速表直