汽车发动机构造与工作原理1概要

汽车发动机构造与工作原理1概要第1页/共31页发动机基本知识发动机的本质:发动机是发出动力的机器，是汽车的心脏，是汽车的动力装置，目前的传统发动机都是将燃料的化学能转变为热能，再由热能转变为机械动力，并通过底盘的传动系和行驶系驱动汽车行驶。第2页/共31页第一章汽车发动机构造和工作原理第一节汽车发动机的分类

内燃机的分类方法很多，按照不同的分类方法可以把内燃机分成不同的类型，下面让我们来看看内燃机是怎样分类的。1、按照所用燃料分类：（如图1-1）内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。

图1-1内燃机按使用燃料分类第3页/共31页2、按照行程分类：（如图1-2）

内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机。图1-2内燃机按行程分类第4页/共31页3、按照冷却方式分类：（如图1-3）

内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。图1-3内燃机按冷却方式分类第5页/共31页4、按照气缸数目分类：（如图1-4）

内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。图1-4内燃机按气缸数目分类第6页/共31页5、按照气缸排列方式分类：（如图1-5）

内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。直列式V型W型H型图1-5气缸排列形式第7页/共31页6、按照进气系统是否采用增压方式分类：（如图1-6）内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气（非增压）式发动机和强制进气（增压式）发动机。图1-6内燃机按进气系统是否采用增压方式分类第8页/共31页第二节汽车发动机布局1.前置发动机(如图2-1）

目前在国内车市所能看到的绝大部分车型都是采用的前置发动机，即发动机位车前轮轴之前。前置发动机的优点是简化了车子变速器与驱动桥的结构，特别是对于目前占绝对主流的前轮驱动车型而言，发动机将动力直接输送到前轮上，省略了长长的传动轴，不但减少了功率传递损耗，也大大降低了动力传动机构的复杂性和故障率。因外，将发动机置驾驶员的前方，在正面撞车时，发动机可以保护驾驶员免受冲击，从而提高了车的安全性。图2-1前置发动机示意图第9页/共31页2.中置发动机（如图2-2）中置发动机，即发动机位于汽车的前后轮轴之间，对于一些极端追求性能的车型而言，将发动机中置是一种最理想的方式，因为发动机的位置正好位于车子重心附近，而不是重量过于集中在车头或车尾，达到最佳的配重比，这将大大提高车子的操控性和行驶稳定性。包括法拉利、兰博基尼在内的不少经典跑车都采用的是中置发动机布局。

图2-2中置发动机示意图第10页/共31页3.后置发动机（如图2-3）一般来说，最纯正的后置发动机就是将发动机布置在后轴之后，最有代表性的就是大客车，而后置发动机的乘用车屈指可数，最有代表性的就是保时捷911，当然smart也是后置发动机。曾经的经典车型大众老甲壳虫和菲亚特126P也是后置发动机图2-3后置发动机示意图第11页/共31页4.横置发动机（如图2-4）横置发动机是指发动机和汽车前桥平行。简单的讲就是你站在车头前面向发动机，如果发动机横着放在你眼前，就是横置发动机。

优点：横置发动机的曲轴、变速器的输入输出轴以及车桥都是平行的，所以如果是前驱车的话，最适合的就是前横置发动机，动力传输距离短，方向一致，因此传动效率较高。另一方面，由于横置发动机占用的纵向空间小，可以极大限度缩短了发动机舱的纵向空间，换来的是宽敞的驾乘空间，尤其是前排乘客的腿部拓展的空间。这对于尺寸有限的紧凑型轿车来讲尤为重要。缺点：前后重量分布不平衡的问题则横置发动机的最大缺陷，由于横置发动机发动机曲轴变速箱输入轴平行连接在一起的，使其可以布置在发动机前轴之前，但是这些重量最重的汽车部件全部集中在车头前方就使得前轴负荷过大，从而容易出现转向不足的情况，而头重脚轻的前后轴配重也会在高速过弯时使车尾的后轮缺乏重压，某些轴荷分配不合理的横置发动机轿车甚至达到了前70%后30%，其性能可想而知。另一方面，由于横置发动机变速器安装位置过于偏向一侧的原因，其驱动轴是一长一短的，当巨大的驱动力作用在不等长的传动轴上时，会使车两个前轮有转速差，从而导致急加速时车头有左右摆动现象，也就是我们常说的扭力转向，这一点在大排量前置前驱车型上尤为明显.图2-4横置发动机示意图第12页/共31页5.纵置发动机（如图2-5）纵置发动机是指发动机与汽车的前桥垂直，简单的讲就是你站在车头前面向发动机，如果发动机竖着放在你眼前，那就是纵置式发动机。图2-5纵置发动机示意图第13页/共31页第三节发动机结构与原理要实现上述能量转换，需要这样一个装置，这个装置可以分为以下部分：曲柄连杆机构配气机构供给系统润滑系统冷却系统点火系统起动系统3.1.两大机构和五大系统（如图3.1-1）图3.1-1汽车发动机结构第14页/共31页3.1.1曲柄连杆机构：（如图3.1-2）图3.1-2曲柄连杆机构第15页/共31页3.1.2.配气机构：（如图3.1-3）图3.1-3配气机构第16页/共31页3.1.3.燃料供给系统：（如图3.1-4）汽油机燃料供给系是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的可燃混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去。图3.1-4燃油供给系统第17页/共31页3.1.4润滑系统：（如图3.1-5）图3.1-5润滑系统第18页/共31页图3.1-6冷却系统3.1.5冷却系统：（如图3.1-6）

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。第19页/共31页3.1.6点火系统：（如图3.1-7）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。图3.1-7点火系统第20页/共31页3.1.7起动系统：（如图3.1-8）

曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。图3.1-8起动系统第21页/共31页3.2、汽油机工作原理3.2.1、四行程汽油机工作原理：（如图3.2-1所示）图3.2-1四行程汽油机工作过程第22页/共31页基本术语1.上止点：活塞离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上行到最高位置。2.下止点：活塞离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行到最低位置。3.活塞行程(S)：上、下两止点间的距离(mm)。4.曲柄半径(R)：与连杆下端(即连杆大头)相连的曲柄销中心到曲轴回转中心的距离(mm)。

S=2R

曲轴每转一转，活塞移动两个行程。5.气缸工作容积(Ⅴh)：活塞从上止点到下止点所让出的空间容积(L)。

Ⅴh=πD2S/(4×106)(L)

式中：D——气缸直径(mm)。6.发动机排量(ⅤL)：发动机所有气缸工作容积之和(L)。设发动机的气缸数为i，则

ⅤL=Ⅴhi(L)

第23页/共31页7.燃烧室容积(ⅤC)：活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积(L)。8.气缸总容积(Ⅴa)：活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积(L)。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即

Ⅴa=Ⅴh+ⅤC

9.压缩比(ε)：气缸总容积与燃烧室容积的比值，即

ε=Ⅴa/ⅤC=(Ⅴh+ⅤC)/ⅤC=1+Ⅴh/ⅤC

它表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。一般车用汽油机的压缩比为6~10，柴油机的压缩比为15~22。10.发动机的工作循环：在气缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转化为机械能的一系列连续过程(进气、压缩、作功和排气)称发动机的工作循环。

11.二冲程发动机：活塞往复两个行程完成一个工作循环的称为二冲程发动机。12.四冲程发动机：活塞往复四个行程完成一个工作循环的称为四冲程发动机。第24页/共31页3.2.2、二行程汽油机的工作原理：（如图3.2-1）二行程汽油机各个行程工作情况：

◆第一行程活塞从下止点向上止点运动，事先已充满活塞上方气缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。◆第二行程活塞从上止点向下止点运动，活塞上方进行作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。图3.2-1二行程汽油机工作过程第25页/共31页3.3柴油发动机结构与原理柴油发动机与汽油发动机结构基本相同，不同点是柴油发动机是压燃式，不用点火系统，所以柴油发动机由两大机构（曲柄连杆机构、配气机构）、四大系统（燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系）组成。四行程柴油机工作原理：每个工作循环都经历进气、压缩、作功、排气四个行程，如图3.3-1。图3.3-1四行程柴油发动机工作过程第26页/共31页图3.3-2带有扫气泵的二行程柴油发动机工作过程二行程柴油机的工作原理：

二行程柴油机各个行程工作情况：如图3.3-2所示。

◆第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开始前不久，进气孔和排气门均以开启，利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。

◆第二行程：活塞从上止点向下止点运动，开始时气体膨胀，推动活塞向下运动，对外作功，当活塞下行到大约2/3行程时，排气门开启，排出废气，气缸内压力降低，进气孔开启，进行换气，换气一直延续到活塞向上运动1/3行程进气孔关闭结束。第27页/共31页转子发动机转子发动机又称为米勒循环发动机，由德国人菲加士•汪克尔发明，之后这项技术由马自达公司收购。我们都知道：传统的气缸往复运动式发动机，工作时活塞在气缸里做往复直线运动，而为了把活塞的直线运动转化为旋转运动，必须使用曲柄连杆机构。转子发动机则不同，它直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比，转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，重量较轻，而且振动和噪声较低，具有较大优势。第28页/共31页工作原理：在三角转子转动时，以三角转子中心为中心的内齿圈与以输出轴中心为中心的齿轮啮合，齿轮固定在缸体上不转动，内齿圈与齿轮的齿数之比为3:2。上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹（即汽缸壁的形状）似“8”字形。三角转子把汽缸分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气，转子发动机的转子每旋转一圈就作功一次。

与一般的四冲程发动机每旋转两圈才作功一次相比，具有高功率容积比（发动机容积较小就能输出较多动力）的优点。另外，由于转子发动机的轴向运转特性，它不需要精密的曲轴平衡就能达到较高的运转转速。整个发动机只有两个转动部件，与一般的四冲程发动机具有进、排气门等二十多个活动部件相比结构大大简化，故障的可能性也大大减小。除了以上的优点外，转子发动机的优点亦包括体积