第1章发动机工作原理和基本构造

发动机工作原理和总体构造目录1发动机的基础知识2发动机的工作原理3发动机总体构造认知4综合实训1.1发动机的基础知识

发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。一、发动机的定义：

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。上止点

下止点活塞行程(S)曲柄半径(R)气缸工作容积(Vh)燃烧室容积(Vc)气缸总容积(Va)压缩比发动机排量工作循环1.1.1发动机的基本术语1.1.1发动机的基本术语1.1.1发动机的基本术语上止点：活塞顶部距曲轴中心最远的位置下止点：活塞顶部距曲轴中心最近的位置压缩比

气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用ε表示。

例如：现代化发动机压缩比一般为8～11(轿车有的达10以上)。柴油机压缩比一般为为16～22。Va

－气缸总容积；

Vh

－气缸工作容积；

Vc

－燃烧室容积；1.1.1发动机的基本术语工作循环

对于往复活塞式发动机，每进行一次能量转换，均要经过进气、压缩、作功、排气四个过程。这种周而复始的连续过程，称为发动机的一个工作循环。

多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机排量，用表示VL

。发动机排量VL=V

h

×i

Vh－气缸工作容积（气缸排量）

i－气缸数目1.1.1发动机的基本术语1.1.1发动机的基本术语发动机基本术语示意图二行程发动机：活塞往复两个行程完成一个工作循环的发动机。四行程发动机：活塞往复四个行程完成一个工作循环的发动机。

目录1发动机的基础知识2发动机的工作原理3发动机总体构造认知4综合实训1.2发动机工作原理1、进气行程

2、压缩行程

3、作功行程

4、排气行程

1.2发动机工作原理1.2发动机工作原理1.进气行程２.压缩行程３.作功行程4.排气行程每一行程工作的具体分析如下

1.2.1四行程汽油机的工作原理1、进气行程排气门关闭进气门开启示功图r-a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。进气终了时气缸内压强为0.074～0.093Mpa，温度上升至353～403K

活塞下行2、压缩行程进气门关闭排气门关闭示功图a-c压缩终了时气缸内压强上升至0.6～1.5Mpa，温度继续上升至600～700K。活塞上行3、作功行程进气门关闭排气门关闭示功图c-Z-b作功中气缸内最高压强可达3～5Mpa，最高温度可达2200～2800K；作功终了时气缸内压强下降至0.3～0.5Mpa，温度下降至1300～1600K。

活塞下行4、排气行程进气门关闭排气门打开示功图b-r残余废气排气终了时气缸内压强下降至0.102～0.120Mpa，温度下降至900～1200K

活塞上行1.2.2四行程柴油机工作原理

与汽油机工作原理相比，只有一个行程即作功行程中，柴油机由于用的柴油粘度比汽油大、不易蒸发，且自然温度又较汽油低，所以采用的是压缩自燃式点火。进气行程压缩行程作功行程排气行程新鲜空气四行程柴油机各行程示意图开始喷油1.2.2四行程柴油机工作原理分析和比较汽油机、柴油机的工作异同首先分别看一下汽油机和柴油机的图示火花塞

喷油器

汽油机、柴油机的工作相同点：

每个工作循环曲轴转两周；每一行程曲轴转半周；只有作功行程产生动力。

汽油机柴油机汽油与空气缸外混合，进入可燃混合气进入气缸的是纯空气电火花点燃混合气高温气体加热柴油燃烧有点火系无点火系无喷油器有喷油器汽油机、柴油机的工作不同点：1.2.3二行程发动机工作原理二冲程发动机的工作循环是在两个行程内完成的。

1.2.3二行程发动机工作原理1.第一冲程活塞：从下止点到上止点活塞上方：换气，三孔关闭后，压缩可燃混合气活塞下方：新鲜混合气由进气口进入曲轴箱曲轴：旋转从0℃A～180℃A1.2.3二行程发动机工作原理2.第二冲程活塞：从上止点到下止点活塞上方：可燃混合气燃烧膨胀做功；排气口露出后排气；扫气口露出后开始扫气。活塞下方：进气口被下移地活塞关闭后新鲜混合气被下移的活塞预压缩，扫气口露出后，被预压缩的新鲜气体经过扫气口进入活塞上方的气缸内。曲轴：旋转从180℃A～360℃A1.2.3二行程发动机工作原理二行程发动机示功图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1.2.3二行程发动机工作原理1.2.3二行程发动机工作原理第一冲程：活塞从下止点到上止点。最开始，通过扫气泵换气；当进气口被关闭后，对进入到气缸内的空气进行压缩；快到上止点时喷油器喷油入燃烧室，油气混合自燃起来。第二冲程：活塞从上止点到下止点。气缸内的燃气燃烧膨胀做功；活塞下移排气阀打开排气；露出扫气孔后开始利用扫气泵将新鲜空气扫入气缸进行扫气。1.2.3二行程发动机工作原理优点：1.从工作原理上来讲，在发动机排量和转速相同的前提下，二冲程发动机的功率理论上是四冲程发动机的2倍。2.由于二冲程发动机的做功频率比较高，所以发动机运转比较平稳。3.无专门的换气机构，所以结构简单，质量小。4.由于附属机构少，所以使用、维护很方便。所以摩托车上多用。二冲程汽油机的优缺点（同四冲程汽油机相比较）缺点：1.废气不易排除干净。2.换气时减少了有效工作行程。3.部分新鲜可燃混合气随废气排出，使能源浪费，经济性下降。4.同时造成环境污染。目录1发动机的基础知识2发动机的工作原理3发动机总体构造认知4综合实训1.3.1发动机的总体构造两大机构曲柄连杆机构配气机构五大系统供给系统润滑系统冷却系统点火系统（汽油机）起动系统

桑塔纳发动机结构示意图1.3.1发动机的总体构造1.3.1发动机的总体构造1.曲柄连杆机构

包括活塞、连杆总成、曲轴、飞轮等运动机件。

曲柄连杆机构的作用是发动机借以产生动力，并将活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力的机构。1.3.1发动机的总体构造2.配气机构

包括进气门、排气门、挺柱、推杆、摇臂、凸轮轴、凸轮轴正时齿轮（由曲轴正时齿轮驱动）等。

配气机构的作用是使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排出废气。1.3.1发动机的总体构造3.供给系

包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器(喷油器)。

供给系的作用是把汽油和空气混合成成分合适的可燃混合气供入气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。1.3.1发动机的总体构造4.润滑系

包括机油泵、集滤器、限压阀、气缸体和气缸盖钻设的润滑油道、机油粗滤器、机油细滤器和机油冷却器等。其功用是将一定压力的润滑油供给作相对运动的零件工作表面之间以形成液体摩擦，减少摩擦阻力，减轻机件的磨损，并冷却摩擦零件，清洗摩擦表面，缓和冲击，分散应力，辅助密封。1.3.1发动机的总体构造5.冷却系冷却系的功用是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。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。1.3.1发动机的总体构造6.汽油机点火系统在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。汽油机用于实现火花塞点火的系统称为点火系，点火系通常由传感器、ECU、点火控制模块、点火线圈和火花塞等组成。。1.3.1发动机的总体构造7.起动系统

包括起动电机及其附属装置。其作用是使静止的发动机起动并转入自行运转。1.3.2发动机主要性能指标（一）动力性指标1.有效转矩Ttq（N.M）定义：发动机通过飞轮对外输出的转矩。由测功机测得。其值与发动机曲轴所受到的阻力矩相等。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：1.3.2发动机主要性能指标（二）经济性指标1.有效燃油消耗率be（g/KW.h）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：

式中B-发动机在单位时间内的耗油量（kg/h）。2.有效热效率定义：燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数。定义式：

We—发动机有效功（kJ）；Q1——燃料中所含的热量（kJ）。汽油机ηe值一般0.30左右，柴油机0.40左右。1.3.3发动机的分类与命名规则1）按燃料的使用不同分汽油机柴油机1.发动机的分类

3）按冷却方式不同水冷发动机风冷发动机2）按完成一个工作循环所需行程数四行程发动机二行程发动机4）按气缸数及排列方式单缸发动机多缸发动机单列式Ｖ型对置式单列式Ｖ型对置式1.3.3发动机的分类与命名规则2.内燃机的命名规则

为了便于发动机生产管理和使用，国家标准(GB725-2008)《内燃机产品名称和型号编制规则》中对发动机（内燃机）的名称和型号作了统一规定。

首部：为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。中部：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。

后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。尾部：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。1.3.3发动机的分类与命名规则3.发动机型号举例

柴油机型号1）G12V190ZLD——12缸、V型、四行程、缸径190mm、冷却液冷却、增压中冷、发电机用(G为系列代号);2）R175A—单缸、四行程、缸径75mm、冷却液冷却（R为系列代号、A为区分符号）；3）YZ6102Q——六缸直列、四行程、缸径102mm，冷却液冷却，车用（YZ为扬州柴油机厂代号）；4）G8300／380ZDZC——8缸、直列、四行程、缸径300mm、行程380mm，冷却液冷却、增压可倒转、船用主机、右机基本型（G为系列代号）。

汽油机型号1）1E65F／P——单缸、二行程、缸径65mm、风冷、通用型；2）492Q/P-A——四缸、直列、四行程、缸径92mm、冷却液冷却、汽车用发动机（A为区分符号）。目录1发动机的基础知识2发动机的工作原理3发动机总体构造认知4综合实训1.4.1汽车发动机总体观察1.实训目标（1）了解发动机的基本组成、主要技术性能；（