第1章 发动机的工作原理与总体构造

汽车品牌1-1第一章发动机总体构造与工作原理教学目的与要求1、了解发动机分类。2、掌握活塞行程、气缸工作容积、压缩比、有效转矩、有效功率等基本概念。3、掌握四冲程、理解二冲程汽油机的工作原理。4、理解柴油机与汽油机、二冲程与四冲程发动机的主要区别。5、了解发动机性能指标与特性。6、能根据发动机型号确定其基本特征。重点与难点1、发动机常用术语和基本概念。2、四冲程与二冲程发动机的工作原理。3、发动机型号编制规则。§1.1发动机分类§1.2发动机总体构造及常用术语§1.3四冲程发动机的工作原理§1.4二冲程发动机的工作原理§1.5发动机主要性能指标与特性§1.6发动机号

目录§1.1发动机分类按所用燃料分：按发火（着火）方式不同分：按冲程数分：按气缸数及其排列方式分：液体燃料发动机（汽、柴油机）、气体燃料发动机（液化石油气、天然气、甲烷、氢气等）和多种燃料发动机压燃式发动机和点燃式发动机四冲程发动机和二冲程发动机单缸和多缸发动机；直列式、V型式、对置式发动机5.按冷却方式分为：6.按进气是否增压分为：7.按每缸气门数分为：水冷式发动机和风冷式发动机非增压发动机（也叫自然吸入式）和增压式发动机2气门、3气门、4气门、5气门发动机发动机分类汽车上常用的是：四冲程、水冷、往复活塞式、多缸发动机。版权所有：太原大学巩利平四冲程二冲程返回§1.2发动机总体构造及常用术语一、总体构造一组（或一体）：气缸体机体组气缸盖油底壳两机构：曲柄连杆机构、配气机构五系统：供给系、冷却系、润滑系、点火系、起动系发动机的基本构造：曲柄连杆机构：发动机完成工作循环，能量转换的主要运动零件。配气机构：根据发动机的工作次序，定时开关进排气门，实现换气过程。供给系统：根据发动机要求，将一定量的混合气或燃料送入气缸，将燃烧后产生的废气排出气缸。润滑系统：输送润滑油对运动零件进行润滑、清洗和冷却。冷却系统：将发动机工作产生的部分热量及时散发出去，保证发动机的适宜工作温度。点火系统：汽油发动机中，定时产生电火花，点燃混合气。起动系统：完成发动机起动过程所需的外力加载装置。单缸四冲程汽油机结构示意图单缸四冲程柴油机结构示意图单缸四冲程汽油发动机的基本结构1-进气管2-进气门3-排气门4-化油器5-火花塞6-气缸盖7-气缸8-活塞9-水泵10-活塞销11-连杆12-曲轴箱13-飞轮14-曲轴15-机油管16-油底壳17-机油泵发动机总体构造实例发动机总体构造实例发动机结构示意透明模型连杆飞轮曲轴活塞进气门排气门推杆挺柱正时齿轮■曲柄连杆机构■配气机构曲柄连杆机构和配气机构摇臂凸轮轴桑塔纳发动机结构示意图凌志400发动机福特发动机羚羊发动机发动机常用术语二、发动机常用术语示意图

发动机常用术语详解1.上止点（下止点）：活塞离曲轴主轴回转中心线最远（近）处。2.活塞行程：上下止点之间的距离。用S表示，单位为mm。3.曲柄半径：与连杆大端相连接的曲柄销的中心线到曲轴回转中心线的距离。用R表示，单位为mm。

S=2R4.气缸工作容积：活塞从上止点到下止点所扫过的空间的容积，也称气缸排量。用Vh表示。升

式中：D为气缸直径，S为活塞行程，单位均为mm。5.发动机工作容积：各缸工作容积之和，也称发动机排量。用VL表示。

VL=Vh·

i这里i表示缸数。6.燃烧室容积：活塞到达上止点时活塞顶和缸盖底之间的容积。用Vc表示。7.气缸总容积：Va=Vh+Vc8.压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比。9.工作循环：一次热功转换的全过程。四冲程发动机四个冲程完成一个工作循环，曲轴转720°；二冲程发动机两个冲程完成一个工作循环，曲轴转360°。关于压缩比的说明

压缩比是一个抽象的数值，它表示当活塞在下止点到上止点时气体所缩小的比数。例如，气缸总容积为1.2L，压缩容积为0.2L，压缩比即为6:1，即气体被压缩到原来的1/6。目前，汽油发动机的压缩比约为6～10（有的也高达10以上），柴油机的压缩比约为15～22。压缩比提高发动机的压缩比可以提高发动机的热效率，燃油可以被有效地利用。压缩比的提高提高了燃烧室的温度，将使爆震容易产生。高的压缩比和高的燃烧温度也会加大NOx的产生。发动机常用术语综介演示返回§1.3四冲程发动机的工作原理一、汽油机进气冲程压缩冲程作功冲程排气冲程单缸四冲程汽油机工作原理示意图进气冲程排气门关闭进气门开启活塞大气压力线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体压力的变化情况。

压缩冲程进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图大气压力线c上止点下止点作功冲程进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图大气压力线cZb上止点下止点

排气冲程进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气压力线cZb上止点下止点残余废气四冲程汽油机示功图发动机工作原理演示汽油机用的燃料是汽油，柴油机用的燃料的是柴油。柴油和汽油比起来，粘度大（不易蒸发），自燃温度低。所以汽油机和柴油机在混合气的形成方式和发火方式上是不同的。汽油机的混合气是在气缸外部或内部形成的，柴油机则一定是内部形成的；汽油机的发火方式为点燃式，柴油机的发火方式则为压燃式。柴油机也同样要经过进气、压缩、作功、排气四个冲程。只不过进的、压的是空气，柴油是在压缩冲程接近终了时，由喷油器喷入气缸的，从而在短时间内与压缩以后的高温空气混合并吸收热量，进而自燃，且此后一段时间内边喷油边燃烧，气缸内压力和温度急剧升高，推动活塞下行作功。二、柴油机单缸四冲程柴油机工作原理示意图推论四冲程发动机在四个冲程中，只有一个冲程是作功的。也就是说，对于一个缸来说，曲轴所转两圈中，只有半圈是由于膨胀气体的作用使曲轴旋转，剩余的一圈半则为辅助冲程。很显然，曲轴转速是不均匀的，因而发动机的运转也就不平稳。所以，汽车上都不用单缸发动机。用的最多的是3缸、4缸、6缸、8缸、12缸等。缸数越多，发动机工作越平稳。发动机起动时的第一个循环，必须有外力将曲轴转动，以完成进气和压缩冲程；当作功冲程开始后，作功能量便通过曲轴储存在飞轮内，以维持以后的冲程和循环得以继续进行。返回柴油机与汽油机的比较一、二冲程汽油机工作原理§1.4二冲程发动机的工作原理1-进气孔2-排气孔3-换气孔二冲程发动机剖视图说明：在理解二冲程汽油机的工作原理时要特别注意三个孔的高低顺序，从高到低依次为排气孔、换气孔、进气孔。

归纳和说明

归纳：二冲程发动机工作循环也包括进气、压缩、作功、排气四个过程，但它是在活塞往复两个冲程内完成的。第一冲程：活塞上方进行换气、压缩，活塞下方进气。第二冲程：活塞上方进行作功、换气，下方预压缩。点燃混合气后，活塞下行，至关闭进气孔，曲轴箱内的混合气被压缩。活塞继续下行，排气孔打开，废气排出。接着，换气孔打开，混合气进入并扫气，直至换气孔和排气孔关闭。二、二冲程柴油机工作原理换气喷油燃烧排气压缩喷油器空气扫气泵废气排气门二冲程发动机与四冲程发动机的比较1.在气缸容积、发动机转速、缸数相同时，二冲程机的功率是四冲程机的2倍（因为曲轴转一圈就作一次功）。（实际上只有1.5—1.6倍）2.二冲程机转速均匀，运转平稳（因为作功频率高）。3.结构简单，使用、维修简便（因为不需要专门的配气机构，附属机构少）。4.废气排除不彻底，作功冲程利用不充分，且同时伴有新鲜混合气的排出，带来的是污染严重。因此经济性和排放不如四冲程发动机。（二冲程柴油机不存在换气损失）。二冲程发动机与四冲程发动机的主要对比返回§1.5发动机主要性能指标与特性

发动机的性能指标可以分为两大类：指示指标与有效指标。指示指标是表示气缸内燃气的工作品质，包括燃气做功的能力和热量转变为机械功的效率。有效指标是表示发动机整体的工作优劣。它不仅表示了气缸内气体的工作效果，而且也反映了发动机本身的机械耗损。有效指标表示了发动机对外做功的能力和热能转变为实际有用功的最终效果。发动机的有效功率总是低于气缸中燃气所发出的功率，这个差别是由于发动机本身消耗所造成的。发动机本身所消耗的功率称为机械损失，包括运动件的摩擦损失、带动配气机构和各种附件所消耗的功率、泵气损失等。（一）动力性指标

1.有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩。用Me表示，单位为N.m2.有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率。用Ne表示，单位为KW

有效功率等于有效转矩和曲轴角速度的乘积。即：3.转速：指曲轴转速。用表示，单位为rpm(即转/分)。4.平均有效压力：单位气缸工作容积在一个工作循环中所做的有效功。为曲轴转速，转/分一、主要性能指标（二）经济性指标5.燃油消耗率：发动机每发出1KW有效功率，在1小时内所消耗的燃油质量。用ge表示，单位g/(kw.h)。燃油消耗率也称做比耗油量或比油耗。

（三）紧凑性指标6.发动机比质量：发动机总质量与标定功率的比值。7.升功率：每单位气缸工作容积所能发出的有效功率。8.单位体积功率：发动机的标定功率与其外廓体积之比。主要性能指标主要性能指标（四）发动机环保性能指标发动机有害排放发动机的有害排放指的是CO、HC、NOx和其它有害液体或固体微粒的排放。发动机的运转噪声发动机噪声是城市噪声的一个主要来源，国家规定发动机运行噪声不能超过82dB。主要性能指标（五）可靠性与耐久性指标

发动机的可靠性指标通常是以在保险期内不停车故障次数、停车故障次数及更换主要零件和非主要零件数来表示的。现代汽车发动机的无故障保险期一般为1500～2000h。

发动机耐久性指标是以大修期来表示。发动机大修期是指发动机从出厂到再进厂大修之前累计的行驶小时数或车辆行驶的公里数。大修期也称为发动机的使用寿命。汽车发动机的大修期一般为30万～60万km。

发动机性能是随许多因素变化的，其变化规律称为发动机特性。发动机有效功率、有效转矩以及燃油消耗率三者随发动机转速变化的规律称为发动机速度特性。（该特性由专门的试验台测定）。节气门开度最大时得到的发动机速度特性，叫做总功率特性，也叫发动机外特性；在部分开度时得到的发动机速度特性称为部分特性。

发动机转速一定，逐渐改变节气门开度，发动机每小时耗油量、燃油消耗率随有效功率（或有效转矩）变化而变化的关系，称为发动机负荷特性。

二、发动机特性

三、发动机工况

一般用发动机功率和曲轴转速来表示，也可用负荷和曲轴转速来表示。负荷是相应于转速而言的。发动机在某一转速下的负荷就是指当时发动机发出的功率与同一转速下发动机所能发出的最大功率之比。用百分比表示。注意：不可混淆功率和负荷，功率大小不能代表负荷大小。在同一转速下，节气门开度越大表示负荷越大。发动机参数例汽车参数例返回VTC:VariableTimingControl进排气门相位角连续性控制系统VTEC:VariableValveTimingandLifeElectricalContral

全称是可变气门正时及升程电子控制VTEC+VTC=i-VTEC

在性能、油耗和污染上就都有更全面性的提升了。基本上来说，VTC强化了VTEC，一般车子走行时,VTEC根据引擎的转数不同来控制气门开机的时机与扬程,而VTC则根据转数以及负荷来连续改变进气门和排气门同时打开的时机,以便对气门做更加精确的调整。本田的i-VTEC指的就是这样的技术，也就是说i-VTEC是VTEC的进化版本，VTEC+VTC=i-VTEC。i-VTEC技术是在2001年诞生的，目前已经成为本田汽车的标准配置。§1.6发动机号发动机号由发动机型号和发动机出厂编号两部分组成。发动机型号符号按照GB/T725-2008的规定，具体由企业代码、发动机缸数、缸径、特征代码和区分代码组成。发动机出厂编号由发动机特征代码、电喷厂家代码、生产年份字码、生产月份字码、该台发动机在该型号发动机当月生产中的顺序号和起止符*组成。奇瑞A3发动机号例一、发动机型号区分代码：用一位大写英文字母表示，用于区分发动机缸数、缸径和特征代码都相同，但在结构、主参数或供油方式等方面发生变化（如发动机改变行程，双燃料等发动机）需要区分时的补充区分代码。对于发动机外围零部件（如进、排气歧管）的改变，发动机型号不变，用改变发动机总成号区分。发动机型号示例：“SQR481F”表示由奇瑞汽车有限公司生产的4缸，缸径为81毫米的直列汽油发动机，为四气门多点喷射发动机(直列汽油发动机特征代码“L”省略后用“四气门多点喷射”占位，第一种结构区分代码A省略)。例：（1）汽油机1E65F/P492Q/P-A6E135C12VE230Z（2）柴油机YZ6