第2章发动机之工作原理

2/4/20231北京邮电大学自动化学院2/4/20232北京邮电大学自动化学院2/4/20233北京邮电大学自动化学院发动机的基本术语

工作循环

进气

压缩

作功

排气2/4/20234北京邮电大学自动化学院

发动机结构示意图2/4/20235北京邮电大学自动化学院

上止点（TopDeadCenter）

活塞离曲轴旋转中心最远的位置

下止点（BottomDeadCenter）

活塞离曲轴旋转中心最近的位置

活塞行程

S

上下止点之间的距离

曲柄半径

R

曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离

气缸工作容积

VS

（L）

活塞由上止点运动到下止点，活塞顶部所扫过的容积

VS=(π/4)D2·S×10-62/4/20236北京邮电大学自动化学院

内燃机排量

VL（L）

所有气缸的工作容积之和

VL=i·VS

燃烧室容积（压缩容积）VC

活塞位于上止点时，活塞顶部上方的容积

气缸总容积

Va

气缸工作容积与燃烧室容积之和

Va=VS+VC

压缩比ε

气缸总容积与燃烧室容积之比

ε=Va/VC=1+VS/VC

ε表示气缸内气体被压缩的程度

ε↑→（压缩终了气体）P、T↑

汽油机一般7～10，柴油机一般14～222/4/20237北京邮电大学自动化学院

内燃机直接以燃料燃烧所生成的燃料产物为工质的热机

活塞式内燃机（汽车发动机）往复活塞式旋转活塞式

燃气轮机

外燃机燃料燃烧加热其它工质（水）

蒸气机

汽轮机发动机的分类2/4/20238北京邮电大学自动化学院

根据所用燃料种类

汽油机：以汽油为燃料，空气与汽油在气缸外混合，形成可燃混合气后进入气缸，经压缩后依靠火花塞产生电火花引起燃烧。

柴油机：以柴油为燃料，进气过程中进入汽缸的是纯空气，压缩终了时喷入柴油，柴油与空气在汽缸内混合，由于空气经压缩后所达到的温度能引起柴油的自燃，这种内燃机也称为压燃式内燃机。

气体燃料发动机：

天然气、液化石油气等。2/4/20239北京邮电大学自动化学院

按冲程数

四冲程发动机

二冲程发动机2/4/202310北京邮电大学自动化学院

按气缸数

单缸发动机、多缸发动机

按气缸排列方式

直列立式、直列卧式、V型发动机

按冷却方式

风冷发动机、水冷发动机

按进气方式

增压发动机、非增压发动机

按着火方式

点燃式发动机、压燃式发动机2/4/202311北京邮电大学自动化学院四冲程内燃机工作循环

工作循环

进气行程

压缩行程

作功行程

排气行程2/4/202312北京邮电大学自动化学院

工作循环特点行程活塞运动气门状态曲轴转角功用进气门排气门第一上→下开关00→1800进气第二下→上关关1800→3600压缩第三上→下关关3600→5400作功第四下→上关开5400→7200排气2/4/202313北京邮电大学自动化学院四冲程汽油机工作原理

进气行程

2/4/202314北京邮电大学自动化学院

压缩行程

2/4/202315北京邮电大学自动化学院

作功行程

2/4/202316北京邮电大学自动化学院排气行程

2/4/202317北京邮电大学自动化学院三、四冲程柴油机工作原理2/4/202318北京邮电大学自动化学院发动机的总体构造2/4/202319北京邮电大学自动化学院2/4/202320北京邮电大学自动化学院

机体组

机体气缸体+曲轴箱的连铸体

构成气缸的零件称做气缸体

支承曲轴的零件称作曲轴箱骨架作用，安装各个机构和系统

气缸盖组成燃烧室，布置各零件2/4/202321北京邮电大学自动化学院

曲柄连杆机构

主要件活塞、连杆、曲轴

功用将活塞的往复直线运动→曲轴的旋转运动，对外输出动力活塞连杆组曲轴飞轮组机体组2/4/202322北京邮电大学自动化学院

配气机构2/4/202323北京邮电大学自动化学院凸轮轴挺柱推杆摇臂气门与气门座气门导管气门弹簧

配气机构

功用定时开启和关闭进排气门

主要部件气门组传动组2/4/202324北京邮电大学自动化学院2/4/202325北京邮电大学自动化学院

供给系统

燃油供给系统将燃油及时供给气缸

进、排气系统将空气及时供给气缸将废气及时排除2/4/202326北京邮电大学自动化学院

点火系统

汽油机点燃混合气2/4/202327北京邮电大学自动化学院

冷却系

功用防止发动机过热，及时散热

分类风冷系水冷系2/4/202328北京邮电大学自动化学院2/4/202329北京邮电大学自动化学院

润滑系

功用润滑、冷却、清洁、密封、防腐

润滑方式压力润滑飞溅润滑2/4/202330北京邮电大学自动化学院

起动系

利用外力起动发动机2/4/202331北京邮电大学自动化学院主要性能指标

发动机的性能指标

用来衡量发动机性能好坏的标准

动力性指标：表征内燃机对外作功能力

经济性指标：发动机油耗

环境指标：排放性和噪声水平

强化指标：承受热负荷和机械负荷的能力

紧凑性指标：表征发动机总体结构紧凑程度

可靠性指标：表征发动机正常持续工作能力

耐久性指标：主要零件磨损损坏的极限时间

工艺性指标：制造工艺性和维修工艺性好坏2/4/202332北京邮电大学自动化学院

动力性指标有效转矩

发动机对外输出的转矩:

Te（单位：N·m）发动机转速

发动机曲轴每分钟的回转数:n（单位：r/min）

n一般范围

车用汽油机：4000~6000r/min

车用柴油机：2000~4000r/min

有效功率

发动机曲轴的输出功率:

Pe=Te(2πn/60)×10-3(KW)2/4/202333北京邮电大学自动化学院速度特性与负荷

发动机特性

发动机性能指标随工况而变化的关系称为发动机特性

这种关系以曲线的形式表示，称为发动机特性曲线参见彩图！2/4/202334北京邮电大学自动化学院经济性指标有效热效率ηe燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数百公里油耗（90km/h）2/4/202335北京邮电大学自动化学院环境指标

有害排放物

汽油机

主要是废气中的CO和HC的量

对柴油机

主要是废气中的NOx和颗粒的排放量

发动机的噪声

是汽车噪声的主要来源

约占城市噪声的75%2/4/202336北京邮电大学自动化学院

汽油车一氧化碳不超过2.2g/km，碳氢化合物不超过0.5g/km；柴油车一氧化碳不超过1.0g/km，碳氢化合物不超过0.7g/km，颗粒物不超过0.08g/km。这是欧洲Ⅱ排放标准。 与欧洲Ⅰ、Ⅱ号标准在机动车热启动的情况下进行检验不同，欧洲Ⅲ号标准将改为冷启动，过去在检验时给予的发动后40秒再行检验的通融时间不再有效，据测算，机动车一氧化碳排放量将在原有基础上减少30%，碳氧和氮氧化合物分别减少40%.

汽车排放标准欧2，欧3的解释2/4/202337北京邮电大学自动化学院法规名称车型CO(g/km)HC(g/km)NOx(g/km)HC+NOx(g/km)P