第1章 发动机基本结构及工作原理

第一章汽车发动机的基本构造与工作原理2第1章发动机基本结构与工作原理学习目标与要求掌握四冲程发动机的基本结构与工作原理理解二冲程内燃机的基本结构与工作原理掌握内燃机的分类掌握内燃机的主要工作性能指标理解发动机特性与速度特性曲线分析掌握汽车内燃机的总体组成和功用学会汽车常见拆装工具选用

3发动机：是将某种形式的能量转化为机械能的机器。内燃机：燃料在气缸内部燃烧产生的热能直接转化为机械能的动力机械。内燃机往复活塞式

旋转活塞式

4内燃机特点单机功率范围大（0.6-74760kW）热效率高(汽油机0.3，柴油机0.4)体积小质量轻便于移动起动性能好操作简单

排气污染噪音大51.1

四冲程发动机基本结构与工作原理1.1.1四冲程汽油机基本结构与工作原理1.四冲程汽油机基本结构多缸四冲程汽油机6单缸四冲程汽油机基本结构及工作原理71.四冲程汽油机基本结构2.四冲程汽油机基本工作原理9进气0º~180º↓开关压缩180º~360º↑关关作功360º~540º↓关关排气540º~720º↑关开排气门进气门活塞行向曲轴转角行程名称5MPa，2800K10四冲程汽油机基本工作原理113.工作过程分析（1）四冲程发动机

活塞在上、下止点间往复移动四个行程（相当曲轴旋转了两周），完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机称四冲程发动机。

12（2）冲程与活塞行程★冲程:指发动机的类型★活塞行程:指活塞运行的上、下两个止点之间的距离S。13★气缸工作容积（排量Vs）一个活塞在一个行程中所扫过的容积。★发动机总排量一台发动机所有气缸工作容积之和。14（3）压缩行程的作用★提高进入气缸混合气的压力和温度（压缩终了气缸压力0.6-1.2MPa，温度600-700K），为混合气迅速燃烧创造条件；★可以有效提高发动机燃烧热效率.热力学第一定律T1为燃烧所达到的最高温度；T2为排气温度15奥托（Otto）机1876年，德国人奥托研制出第一台实用的往复式四行程内燃机,称Otto机。单缸、卧式、2.94Kw、压缩比2.66,热效率高达14％，每分钟转速250转。★压缩比（ε）★压缩比：7～11（汽油机），16～22（柴油机）。17（4）示功图

示功图:一个工作循环里,气缸内气体的压力随气缸工作容积变化关系的图形。18发动机示功图特征点参数

aczbr汽油机P0.075～0.090.6～1.23～50.3～0.50.105～0.115T370～400600～7002200～28001300～1600900～1200柴油机P0.08～0.093.5～4.56～90.2～0.40.105～0.125T300～370750～10002000～25001200～1500800～1000注：P-气缸气体压强（MPa）；T-气缸气体温度（K）整个工作过程的示功图20（5）单缸机存在的问题及解决途径问题1：功率小问题2：四个行程中，只有一个行程作功，造成曲轴转速不均匀，工作振动大。途径1：在曲轴后端安装了一个质量较大的飞轮，以减少转速不均匀度。途径2：多缸机214.多缸发动机结构特点

（1）共用一个机体，一根曲轴；（2）曲轴的曲柄分布应该使各缸作功行程均匀分布在7200曲轴转角内，使发动机工作平稳。

4缸，相邻的工作缸的曲柄夹角180°，曲柄每转180°便有一缸做功；6缸，相邻的工作缸的曲柄夹角120°，曲柄每转120°便有一缸做功；22多缸发动机工作原理231.1.2四冲程柴油机结构特点与工作原理

1.结构特点没有火花塞设有喷油器24（1）进气行程进入气缸的是纯空气；（2）着火方式属于压燃式。2.工作原理25四冲程柴油机各行程示意图进气行程压缩行程作功行程排气行程新鲜空气开始喷油26四冲程柴油机工作原理汽油机和柴油机的特征点参数对比28柴油机与汽油机比较

性能汽油机柴油机着火方式点燃压燃燃油消耗高低热效率30%左右40%左右工作平稳性柔和粗暴29发动机转速高低升功率大小起动性易难制造维修成本低高比质量小大使用寿命短长排放CO、HC大，NOX、黑烟少CO、HC小，NOX、黑烟多301.2

二冲程发动机结构特点与

工作原理

二冲程发动机：指活塞在上、下止点间往复移动两个行程（相当曲轴旋转了一周），完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机。1.2.1二冲程汽油机结构特点与工作原理1.二冲程汽油机结构特点与四冲程汽油机比较：没有进、排气门及驱动机构，设进、排气孔和扫气孔，由活塞控制开闭。1-气缸2-扫气孔3-活塞4-连杆5-曲轴箱6-曲轴7-进气孔8-排气孔9-火花塞曲轴箱扫气扫气泵工作原理排气孔扫气孔进气孔曲轴箱扫气1.2.3二冲程柴油机结构特点与工作原理1.二冲程柴油机结构特点

1-活塞2-缸套上的空气进气孔3-排气门4-泵-喷嘴5-传动轮（由柴油机驱动）6-单向传动离合器7-废气排出口8-排气涡轮叶轮9-离心式风机10-排水口11-增压空气冷却器12-进水口13-集流箱GM公司710G3B二冲程柴油机扫气泵工作原理421.3

内燃机分类及型号往复活塞式旋转活塞式活塞式内燃机燃气轮机内燃机按热能转变为机械能的方式分1.3.1内燃机的分类43按冲程数分类二冲程内燃机内燃机四冲程内燃机44按着火方式分类

点燃式

压燃式内燃机45按燃料种类分

液化石油气沼气气体燃料发动机柴油机汽油机液体燃料发动机醇类柴油甲醇多种燃料发动机天燃气内燃机46按进气状态分类非增压内燃机增压47按冷却方式分类水冷内燃机风冷48按气缸数及布置分类（1）单缸内燃机：只有一个气缸的内燃机。（2）多缸内燃机：具有两个或两个以上气缸的内燃机。（3）立式内燃机：气缸布置于曲轴上方且气缸中心线垂直于水平面的内燃机。（4）卧式内燃机：气缸中心线平行于水平面的内燃机。（5）直列式内燃机：具有两个或两个以上直立气缸，并呈一列布置的内燃机。49具有两个或两列气缸，其中心线夹角呈V形，并共用一根曲轴输出功率的内燃机。（8）斜置式内燃机：气缸中心线与水平面呈一定角度(不是直角)的内燃机。按用途分类：有汽车用、机车用、船用…（7）对置气缸式内燃机：两个或两列气缸分别排列在同一曲轴的两边呈1800夹角的内燃机。（6）V形内燃机：501.3.2内燃机型号（GB725-91）地方、企业代号系列符号换代标志首部结构特征符号用途特征符号区分符号后部尾部冲程符号（E表示二冲程，四冲程不标）缸径（以直径mm整数表示）气缸布置形式缸数符号中部无符号-多缸直列及单缸V-型P-平卧形无符号-水冷F-风冷N-凝气冷却S-十字头式Z-增压ZL-增压中冷DZ-可倒转无符号-通用型T-拖拉机用M-摩托车用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-林业机械示例1）汽油机型号492Q/P-A：四缸、直列、四冲程、缸径92mm、冷却液冷却、汽车用（A为区分符号）2）柴油机型号YZ6102Q：六缸、直列、四冲程、缸径102mm、冷却液冷却、汽车用（YZ为扬州柴油机厂代号）3）双燃料发动机G12V190ZLS：12缸、V型、缸径190mm、冷却液冷却、增压中冷、燃料为柴油/天然气双燃料（G为系列代号）531.4

发动机性能指标

动力性能指标经济性能指标运转性能指标可靠性、耐久性能指标

1.4.1动力性能指标1.有效转距（Te

,单位N·m）：发动机曲轴输出的平均转矩称为有效转矩，与阻力矩相平衡。2.平均有效压力（Pme,单位kPa）：单位气缸工作容积所输出的有效功,平均有效压力越大，动力性能越好。543.有效功率（Pe）：发动机曲轴输出的功率称为有效功率。Te-有效转距（Nm）n-曲轴转速（r/min）Pme-平均有效压力（kPa）Vs-气缸工作容积（m3）i-气缸数τ-冲程数55标定功率(1)标定功率：发动机制造厂按国家规定标定的有效功率（发动机产品名牌上标明的功率）。(2)标定转速：标定功率对应的转速。(3)我国内燃机功率标定分以下四级：★15min功率：在标准环境条件下，内燃机能连续稳定运转15min时的最大有效功率。★1h功率

★12h功率★持续功率56升功率

在标定工况下每升气缸工作容积所发出的有效功率。571.4.2经济性能指标

1.燃油消耗率：每小时单位有效功率消耗的燃油质量（以g/kw.h为单位）。B-发动机每小时消耗的燃油质量（kg/h）Pe-发动机的有效功率（kw）582.有效热效率：燃料中所含的热量转变为有效功的比例。

Q1-燃料中所含的热量（kJ）We-发动机有效功（kJ）Pe-发动机有效功率（kw）B-发动机每小时消耗的燃油质量（kg/h）be-燃油消耗率（g/（kwh））Hu-燃料低热值（kJ/kg）ηe：汽油机一般0.30左右柴油机一般0.40左右591.4.3运转性能指标

排放指标噪声起动性能可靠性耐久性601.排放指标

（1）CO无色、无臭的有毒气体，吸入人体后，就能以比氧强210倍的亲和力同血液中的血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，阻碍血液向心、脑等器官输送氧气，使人会发生恶心、头晕、疲劳等缺氧症状，严重时窒息死亡。61（2）Nox氮氧化物的总称，其中NO2毒性较大，它是一种赤褐色带剌激性的气体，被人体吸收后会变为硝酸，硝酸与血红蛋白结合会变成变性血红蛋白，因而降低了血流的输氧能力，对心、肝、肾等都有不良影响。NO2的另一大危害是它参与光化学反应会形成臭氧和醛等。臭氧有一种独特的臭味，氧化力极强，会使植物变黑，橡胶发裂。动物在臭氧1PPm浓度环境中停留4h，就会出现轻微肺气肿现象。62（3）HC包括未燃和未完全燃烧的燃油，润滑油及其裂解产物和部分氧化产物，人体内吸入较多的HC，会破坏造血机能，造成贫血、神经弱，并会降低肺对传染病的抵抗力。HC的另一危害是它与NO2经光化反应后会形成臭氧。63（4）光化学烟雾

它是HC与NOx在阳光作用下所形成的烟雾，有刺激性。光化学烟雾会降低大气可见度，伤害眼睛、咽喉，影响植物生长64（5）醛类是燃料未完全氧化的产物，它包括甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛、丁醛等，它会使排气产生臭味，具有较强的剌激性。长时间受浓度较大的甲醛的作用，将使眼睛、上呼吸道系统中枢神经受到损害。65（6）微粒（含碳烟）燃用无铅汽油的汽油机可以认为不产生微粒。微粒主要来自柴油机排放物，它被人体吸入呼吸道及肺组织，并在其中沉积，从而引起人体肺组织等的病变。66（7）二氧化硫（SO2）是一种无色的气体，对人体的呼吸系统具有剌激作用。当SO2的浓度达到8ppm时，人开始感到难受，它会使呼吸道内腔缩小，呼吸量少，并剌激鼻喉，引起咳嗽。如浓度进一步增大，则会引起呼吸困难，呼吸道红肿、脑闷，形成支气管炎、哮喘病甚至肺气肿等。2000年EU1标准；2003年EU2标准；2005年EU3、4标准；2007年对轻型柴油机实施EU4标准；682.噪声

噪声是发动机工作时发出的一种声强和频率无一定规律的声音。它损害人的听觉器官、神经系统、心血管系统、消化系统和内分泌系统，容易使人性情烦躁，反应迟钝，甚至耳聋，诱发高血压和神经系统的疾病。我国的噪声标准（GB/T18697—2002）中规定，轿车的噪声不大于79dB（A）。693.起动性能

起动性能是表征发动机起动难易的指标。我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10℃、柴油机在-5℃以下的气温条件下起动发动机，在15s以内发动机要能自行运转。701.4.4可靠性与耐久性能指标

1.可靠性：是指发动机在规定的运转条件下，具有持续工作，不至因为故障而影响正常运转的能力。2.耐久性：是指发动机在规定的运转条件下，长期工作而不大修的能力。711.5发动机特性曲线1.5.1发动机特性与特性曲线1．发动机特性

发动机性能指标随调整情况及运转情况而变化的关系称为发动机特性。发动机性能指标主要有功率、转矩、燃料消耗率、排气温度、排气烟度等；调整情况主要指柴油机的供油提前角、汽油机的点火提前角、发动机燃料等可调因素对发动机性能的影响；运转情况一般指发动机转速和负荷等。发动机工作状况发动机运转状态表征：功率与转速负荷与转速发动机负荷：发动机驱动从动机械所耗费的功率或有效转矩的大小某一转速下的负荷：发动机发出的功率与同一转速下发出的最大功率之比不要把负荷和功率混淆742．特性曲线以曲线形式表示的发动机特性称为发动机特性曲线。奥迪2.4L四缸5气门V6汽油机外特性753.发动机特性分类（1）调节特性：指发动机的性能指标随调节情况而变化的关系。如柴油机的供油提前角调节特性、汽油机的点火提前角调节特性、汽油机的燃料调节特性等。（2）性能特性：指内燃机的性能指标随运行工况而变化的关系。如负荷特性、速度特性、调速特性、万有特性等，它们可以通过试验测得。汽车应用较多的是速度特性。761.5.2发动机速度特性速度特性：指当燃料供给调节机构（汽油机的节气门或柴油机喷油泵的油量控制拉杆）位置不变时，发动机性能指标（转矩、功率、燃油消耗率等）随转速的改变而变化的关系。对应的曲线称为速度特性曲线。外特性：当燃料供给调节机构固定在全负荷位置（汽油机节气门全开位置或柴油机的油量控制拉杆在额定供油量位置）时，所测得的速度特性称外特性或全负荷速度特性。部分负荷速度特性：当燃料供给调节机构固定在全负荷以内各位置时，所测得的速度特性就称为部分负荷速度特性。77Audi2.4L5气门V6汽油机外特性1.6汽车发动机的总体组成791.5汽车发动机总体组成

一个机体上安装一个机构和六大系统(汽油机）（柴油机是五大系统）机体组件曲柄连杆机构换气系统燃油系统润滑系统冷却系统点火系统（汽油机）起动系统机体组件点火系统换气系统冷却系统曲柄连杆机构润滑系统起动系统燃料系统80汽车发动机总体组成汽车发动机总体组成发动机组成及工作原理82汽车发动机总体组成

1.机体组件:发动机的骨架，支承着发动机的所有零部件。气缸罩气缸盖气缸垫气缸曲轴箱水道、油道气缸体油底壳垫油底壳832.曲柄连杆机构将活塞顶的燃气压力转变为曲轴的转矩，输出机械能。活塞环活塞活塞销连杆连杆轴承曲轴曲轴齿轮曲轴带轮曲轴轴承飞轮843.换气系统：按照发动机要求，定时开闭进、排气门，吸入干净空气，排除废气。凸轮轴排气管系消声器气门组件空气滤清器进气管系曲柄连杆机构、换气系统动画864.燃油供给系统：按照发动机要求，定时、定量供给所需要的燃料。燃油供给系统汽油机柴油机化油器式电控燃油喷射87汽油机电控燃油喷射系统88柴油机燃油系统895.点火系统：按规定的时刻，准时点燃汽油机气缸内的可燃混合气。点火系统916.润滑系统：润滑、减摩、延长寿命、密封、清洁、冷却、防锈蚀。润滑系统润滑系作用、

组成、

工作原理937.冷却系统：保持发动机在适宜的温度下工作。1-百叶窗2-散热器3-散热器盖4-风扇5-水泵6-节温器7-水温表8-水套9-分水管10-放水开关冷却系统958.起动系统：作用是起动发动机。主要部件：蓄电池、起动开关、起动马达等。起动过程1.7发动机的拆装（实训部分）发动机拆