第一章 发动机总体

第一章发动机总体构造和工作原理

农机教研室

发动机：发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。分类：热力发动机、水力发动机、风力发动机等。就是指将燃料燃烧产生的热能转变成机械能的机器，分为外燃机和内燃机。内燃机可分为柴油机、汽油机、煤气机等。特点：热效率高、体积小、操作方便、起动性能好、便于移动和维修方便。减轻排放污染、减小噪声振动、提高零部件的耐磨性、可靠性、互换性、修复性、整机动力性及经济性仍然是内燃机科学技术的重要研究课题。第一节内燃机的总体构造一、内燃机的分类1.所用燃料：液体燃料内燃机、气体燃料内燃机2.着火方式：压燃式、点燃式3.工作循环：四行程、二行程4.汽缸数及其排列方式：单缸（立式、卧式）、多缸（V型、直列式、对置式等）5.冷却方式：水冷、风冷6.进气方式：增压式、非增压式二、内燃机的总体构造结构多样，但一般主要有曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统、启动系统等。柴油机1.曲柄连杆机构它是柴油机运动和动力传递的核心，即通过连杆实现活塞在气缸中的往复运动与曲轴旋转运动的有机联系，将活塞的推力转变为曲轴的转矩，达到运动和动力输出的最终目的。

2.配气机构它严格按照柴油机既定工作循环的要求，通过气门的“早开迟闭”，将干净的新鲜空气尽可能多的适时充入气缸，并及时将废气从气缸中排出。3.燃料供给系统包括低压油路和高压油路两部分。根据柴油机工作循环的需要和工作负荷的变化，将清洁的高压柴油适时适量地供给喷油器，喷油器又使柴油以雾状喷入燃烧室，继而与气缸内的压缩空气得以混合并燃烧。4.润滑系统将润滑油压送到相对运动零件的摩擦表面，达到减少摩擦阻力，减轻零件磨损，清洗运动零件表面磨屑和冷却、减振、防锈等综合效果。

5.冷却系统它使受热零件多余热量得以散发，保证柴油机工作温度不致过高或过低。

6.启动系统起动系统因起动方式不同使其组成各异。现在最常见的是电动机起动。所以，柴油机通常由两大机构四大系统构成。即：曲柄连杆机构配气机构燃料供给系统润滑系统冷却系统启动系统汽油机汽油机通常由两大机构五大系统等构成。其中曲柄连杆机构、配气机构、润滑系统、冷却系统和起动系统的构成与柴油机类似；但是汽油机燃料供给系统与柴油机差别较大，且汽油机还设有点火系统。

1.燃料供给系统传统的燃料供给系统主要由汽油箱、汽油泵、滤清器、化油器、空气滤清器、进气歧管、排气歧管和消声灭火器等组成。

2.点火系统按汽油机各缸的点火顺序和一定的提前量，及时供给火花塞足够的高压电，使其两级间产生足够强烈的电火花，保证顺利点燃混合气并膨胀作功。

小结1.了解发动机及汽车的发展史；2.发动机的分类；3.柴油机、汽油机的总体构造；4.汽油机在总体上与柴油机的不同。思考题1.内燃机是如何分类的？2.内燃机通常有哪些机构和系统组成？他们的作用是什么？单缸发动机结构示意图

第二节内燃机的基本工作原理一、发动机结构基本术语：上止点下止点活塞行程(S)曲柄半径(R)燃烧室容积(Vc

)气缸工作容积(Vh)发动机排量(VL)气缸总容积(Va

)压缩比（ε）Vh=πD2·S×10-6/4（L）VL=Vh×iD——气缸直径mmS——活塞行程mmi——气缸数Va

＝Vh

＋Vc

ε＝Va/Vc＝1＋Vｈ

/Vc发动机结构基本术语：上止点topdeadcenter下止点bottomdeadcenter活塞行程(S)pistonstroke

曲柄半径(R)crankradius燃烧室容积(Vc

)combustionchambervolume气缸工作容积(Vh)pistondisplacement发动机排量(VL)

cylinderdisplacement(totalcylindervolume)气缸总容积(Va

)cylindervolume压缩比（ε）compressionratio

二、四冲程汽油机的工作原理Four-strokegasolineengineoperationalprinciple1.进气行程Intakestroke2.压缩行程Compressionstroke3.作功行程Expansionstroke4.排气行程Exhauststroke单缸四冲程汽油机的工作过程进气行程排气门关闭进气门开启活塞温度370~440K，压力75~90kPa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。

压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：ε=Va/VcPVra示功图大气压力线c上止点下止点温度600~800K，压力600~1500kPa作功行程进气门关闭排气门关闭活塞示功图ZPVra大气压力线cb上止点下止点瞬时最高：温度2200~2800K，压力3~5MPa作功终了：温度1500~1700K，压力300~500kPa

排气行程进气门关闭排气门打开活塞cbrPV示功图大气压力线Z上止点下止点温度900~1200K压力105~125kPa残余废气二、四冲程柴油机的工作原理：喷油器喷油泵吸气行程压缩行程作功行程排气行程进气门排气门纯空气温度300~370K压力800~900kPa温度800~1000K压力3~5MPa瞬时：温度1800~2200K压力5~10MPa温度800~1000K压力105~400kPa终了：温度800~1000K压力105~400kPa四冲程汽油机工作原理

四冲程电喷汽油机工作原理

四冲程发动机工作过程

四冲程发动机示功图

思考四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么相同之处呢？共同特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。思考四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么不同呢？不同点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三、二冲程汽油机的工作原理二冲程汽油机完成一个工作循环也需向气缸内引入可燃混和气，然后将其压缩着火作功后，再将燃烧后的废气排到大气中去，但它完成上述工作，且在活塞往复运动两个行程完成的。其工作原理示意图如图。从图看气缸上开了三个口，排气口位于作功时活塞行程的三分之二处，它稍高于换气口，进气口在气缸的下面。１—进气孔２—排气孔３—换气孔“三孔一箱”第一行程：活塞在曲轴的带动下，由下止点向上止点运动，当活塞上行到将换气口排气口关闭时，已进入气缸的混合气被压缩，直到活塞运动到上止点，压缩行程便结束。随活塞上行，曲轴箱容积增大，形成一定真空度，当活塞上行到进气口露出时，化油器供应的新鲜冲量在真空吸力的作用下被吸入曲轴箱内。第二行程：当活塞上行到接近上止点时，火花塞产生火花，点燃气缸内的可燃混合气，混合气着火燃烧产生高温高压，在气压的作用下，活塞由上止向下止点运动，带动曲轴旋转向外输出作功。当活塞下移到将进气口堵死时，随着活塞继续下移，曲轴箱内的新鲜混合气被顶压。当活塞下行到排气口露出时，燃烧后的废气在自身压力下经排气口排出气缸，紧接着换气口开启，曲轴箱被顶压的混合气经换气口进入气缸，这一过程为“换气过程”，它一直延续到下一行程活塞上行到将换气口、排气口关闭为止。至此，活塞完成一个工作循环，以后活塞重复上述工作过程，周而复始，从而实现能量的转换。结构特点：排气口位置稍高于换气口，这样可使作功行程将要结束时，排气口首先露出，气缸内的废气在残压的作用下迅速排出，即有利于排气干净，也可使气缸内的压力迅速降低，便于当换气口露出时，新鲜空气进入气缸。二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理同二冲程汽油机有相似处，不同的是进入气缸的不是混合气，而是空气，且新鲜空气由换气泵提高压力后经气缸外的空气室和气缸上的进气口进入气缸内，而废气由专设的排气门排出，工作原理示意图。二行程、四行程内燃机比较1.四行程内燃机的进、排气是两个独立过程，而二行程内燃机排气（或进气）过程是一个完全重叠的、以新鲜冲量清扫废气的换气过程，时间极短。换气时会不可避免的造成新鲜冲量与废气的混合，使废气难以排净和新鲜冲量随废气排出。2.完成一个循环，二行程内燃机曲轴只需旋转一周，四行程内燃机需要两周。从理论上讲，当内燃机工作容积、压缩比、转速相等时，二行程内燃机功率应是四行程内燃机的两倍。实际上，由于二行程内燃机废气不易排尽，故一般约1.5～1.6倍。因此，二行程内燃机的经济性较差。3.转速相同时，二行程内燃机的作功次数较四行程内燃机多一倍。因此，二行程内燃机运转较为平稳。4.二行程内燃机配气机构简单，简化了内燃机的结构。四、多缸四行程内燃机工作原理工作顺序1-3-4-21-2-4-3曲轴转角各缸工作过程各缸工作过程一

缸二

缸三

缸四

缸一

缸二

缸三

缸四

缸0°-180°180°-360°360°-540°540°-720°作功排气进气压缩排气进气压缩作功压缩作功排气进气进气压缩作功排气作功排气进气压缩压缩作功排气进气排气进气压缩作功进气压缩作功排气工作顺序1-5-3-6-2-4曲轴转角0°60°120°180°240°300°360°420°480°540°600°660°720°各缸工作过程第一缸作

功排

气进

气压

缩第二缸排

气进

气压

缩作

功排

气第三缸进气压

缩作

功排

气进

气第四缸作功排

气进

气压

缩作

功第五缸压

缩作

功排

气进

气压

缩第六缸进

气压

缩作

功排

气

§1.5内燃机名称及型号编制规则一、

内燃机的名称和型号1.内燃机名称：按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、柴油机、煤气机等。2.内燃机型号由下列四部分内容组成。首部：产品特征代号，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。内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义规定如下：二、型号编制举例(1)汽油机1E65F：表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型4100Q-4：表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品；CA6102：表示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通用型，CA表示系列符号；8V100：表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷通用型；TJ376Q：表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号。(2)柴油机

195：表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型。165F：表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型。495Q：表示四缸，四行程，缸径95mm，水冷车用。6135Q：表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用。X4105：表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号。第三节内燃机的主要性能指标为了表征内燃机的性能特点，比较其性能优劣，一般以性能参数作为评价指标。内燃机的性能指标可分为四大类：指示性能指标、有效性能指标、环境性能指标和其它性能指标。具体表现内燃机的动力性、经济性、运转性和耐久可靠性指标等。

一、指示性能指标指示性能指标用以评定内燃机实际循环情况的优劣，其中，平均指示压力、指示功率评定循环的动力性；指示热效、指示燃料消耗率评定循环的经济性

。1.平均指示压力是指循环指示功（指一个实际循环工质对活塞所做的有用功

）与气缸工作容积之比。2.指示功率是指发动机单位时间内所做的指示功。

3.指示燃油消耗率是指单位指示功所消耗的燃油量。4.指示热效率是指发动机实际循环指示功与所消耗燃料的热量之比值。

二、有效性能指标发动机有效性能指标是以曲轴输出功率为基础的指标，用以评价内燃机的设计与制造水平及其整机性能。有效性能指标分为动力性指标和经济性指标。1.动力性指标有效功率、有效扭矩、平均有效压力、转速和活塞平均速度

2.经济性能指标有效热效率、有效燃料消耗率

3.另外还有升功率：内燃机每升工作容积产生的有效功率；比重量：净重与标定工况有效功率之比。三、运转性能指标内燃机除要求具有良好的动力性、经济性外，还必须具有良好的排气清净性、较低噪声度、较小振动和可靠的低温起动性。1.排放污染（排放品质）内燃机排放污染是指排出废气中的有害成分。主要有：一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NOx、二氧化硫SO2、铅化合物、臭味气体、固体微粒、以及从曲轴箱通风孔泄漏出的碳氢化合物和从汽油箱逸出的燃油蒸气等

2.噪声内燃机工作时产生的噪声刺激神经，使人心情烦燥、反应迟钝、甚至导致耳聋、高血压和神经系统疾病。噪声主要源于进排气门、风扇和增压器等的气体动力噪声、气缸内燃烧噪声、机体内的机械噪声（如活塞敲击、配气机构运行、齿轮运转）等。3.启动性能内燃机在一定温度下能可靠起动，且起动迅速，功率消耗的功率小、磨损少是起动性能的重要标志。起动性能的好坏直接影响车辆机动性、操作者的安全和劳动强度。我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油在-10℃、柴油机在-5℃以下的环境条件下起动顺利，且15s以内能自行运转。四、经济性和耐久性内燃机的