汽车发动机的类型及工作原理

汽车发动机类型及工作原理1/252/25发动机是汽车心脏，为汽车行走提供动力，关系着汽车动力性、经济性、环境保护性。简单来说，发动机就是一种能量转换机构，即将汽油（汽车发动机柴油）或天然气热能，通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀，推进活塞作功，转变为机械能，这是发动机最基本原理。发动机所有构造都是为能量转换服务，发动机伴伴随汽车走过了100数年历史，无论是在设计、制造、工艺还是在性能、控制方面都有很大提升，但其基本原理仍然没有变化。3/25一、汽车发动机类型1、按往活塞复次数2、按冷却方式3、按汽缸数4、按燃料5、按气缸排列方式6、按进气方式4/251、按活塞往复次数二冲程发动机、四冲程发动机往复活塞式内燃机还按其在一种工作循环期间活塞往复运动行程数进行分类。活塞式内燃机每完成一种工作循环，便对外作功一次，不停地完成工作循环，才使热能连续地转变为机械能。在一种工作循环中活塞往复四个行程内燃机称作四冲程往复活塞式内燃机，而活塞往复两个行程便完成一种工作循环则称作二冲程往复活塞式内燃机。5/256/252、按冷却方式水冷式发动机、风冷式发动机以水或冷却液为冷却介质称作水冷式内燃机，而以空气为冷却介质则称作风冷式内燃机。7/253、按汽缸数单缸发动机、多缸发动机仅有一种气缸发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。当代车用发动机多采取四缸、六缸、八缸发动机。8/254、按燃料汽油机、柴油机汽油和柴油为燃料活塞式内燃机分别称作汽油机和柴油机。使用天然气、液化石油气和其他气体燃料活塞式内燃机称作气体燃料发动机。9/255、按汽缸排列方式直列式发动机、双列式（V形和对置式）发动机

直列式发动机各个气缸排成一列，一般是垂直布置，但为了减少高度，有时也把气缸布置成倾斜甚至水平；

双列式发动机把气缸排成两列，两列之间夹角<180°(一般为90°)称为V型发动机，两列之间夹角=180°称为对置式发动机。10/25双列式发动机11/256、按进气方式活塞式内燃机还可分为增压和非增压两类。若进气是在接近大气状态下进行，则为非增压内燃机或自然吸气式内燃机；若利用增压器将进气压力增高，进气密度增大，则为增压内燃机。增压能够提升内燃机功率。12/25目前应用最广、数量最多汽车发动机为水冷、四冲程往复活塞式内燃机，其中汽油机用于轿车和轻型客、货车上，而大客车和中、重型货车发动机多为柴油机。少数轿车和轻型客、货车发动机也有用柴油机。以风冷或二冲程活塞式内燃机为动力汽车为数不多。尤其是从20世纪80年代起，在世界范围内，就不再有以二冲程活塞式内燃机为动力轿车了。13/25二、发动机工作原理1．能量转化机构（1）构造发动机工作过程是周期性地将燃料燃烧热能转变为机械能过程。（2）特点通过进气、压缩、作功、排气，每进行一次称为一种工作循环。曲轴旋转两周，活塞往复运动四次完成一种工作循环，称为四冲程发动机。曲轴旋转一周，活塞往复运动二次完成一种工作循环，称为二冲程发动机。14/25（3）发动机基本术语1）上止点：

活塞离曲轴回转中心最远处，一般指活塞上行到最高位置，一般用英文缩写词TDC表达。2）下止点：

活塞离曲轴回转中心近来处，一般指活塞下行到最低位置，一般用英文缩写词BDC表达。3）活塞行程（s）：上、下止点间距离（mm）。4）曲柄半径（R）：

与连杆下端（即连杆大头）相连曲柄销中心到曲轴回转中心距离（mm）。显然，s=2R。曲轴每转一周，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空间容积（L）。

Vh=（L）式中：D——气缸直径，mm。15/256）燃烧室容积（Vc）：

活塞在上止点时，活塞上方空间叫燃烧室，它容积叫燃烧室容积（L）。7）发动机排量（VL）：发动机所有气缸工作容积之和（L）。设发动机气缸数为i，则VL=Vh×i8）气缸总容积（Va）：

活塞在下止点时，活塞上方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+Vc9）压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积比值，即

ε=Va/Vc=1+Vh/Vc16/252、四冲程汽油机工作原理17/251）进气行程：活塞由曲轴带动从上止点向下止点运动。进气门打开，排气门关闭。活塞上腔容积增大，在真空吸力作用下，通过滤清空气与汽油形成混合气，经进气门被吸入气缸，至活塞运动到下止点时，进气门关闭，停顿进气，进气行程结束。2）压缩行程：活塞在曲轴带动下，从下止点向上止点运动。进、排气门均关闭，活塞上腔容积不停减小，混合气被压缩，至活塞达到上止点时，压缩行程结束。气体压力和温度同步升高，混合气深入混合，形成可燃混合气。此时，气缸内压力为600~1500kPa，温度600~800K，远高于汽油点燃温度，因而很容易点燃。18/253）作功行程：压缩行程末，火花塞产生电火花，点燃气缸内可燃混合气，并迅速着火燃烧，气体产生高温、高压，推进活塞由上止点向下止点运动，再通过连杆驱动曲轴旋转向外输出作功。4）排气行程：在作功行程终了时，排气门被打开，活塞在曲轴带动下由下止点向上止点运动。废气在本身剩下压力和活塞驱赶作用下，自排气门排出气缸，至活塞运动到上止点时，排气门关闭，排气行程结束。19/253、四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气等四个过程，在各个活塞行程中，进、排气门开闭和曲柄连杆机构运动与汽油机完全相同。只是由于柴油和汽油使用性能不一样，使柴油机和汽油机在混合气形成办法及着火方式上有着主线差异。1）进气行程在柴油机进气行程中，被吸入气缸只是纯净空气。2）压缩行程由于柴油机压缩比大，因此压缩行程终了时气体压力高。20/253）作功行程在压缩行程结束时，喷油泵将柴油泵入喷油器，并通过喷油器喷入燃烧室。由于喷油压力很高，喷孔直径很小，因此喷出柴油呈细雾状。细微油滴在炽热空气中迅速蒸发汽化，并借助于空气运动，迅速与空气混合形成可燃混合气。由于气缸内温度远高于柴油自燃点，因此柴油随后自行着火燃烧。燃烧气体压力、温度迅速升高，体积急剧膨胀。在气体压力作用下，活塞推进连杆，连杆推进曲轴旋转作功。4）排气行程排气行程开始，排气门启动，进气门仍然关闭，燃烧后废气排出气缸。21/254、汽油机与柴油机、四冲程发动机比较

以上论述了各类往复活塞式内燃机简单工作原理，从中能够看出汽油机与柴油机、四冲程与二冲程内燃机若干异同之处。（1）四冲程汽油机与四冲程柴油机共同点是：1)每个工作循环都包括进气、压缩、作功和排气等四个活塞行程，每个行程各占180°曲轴转角，即曲轴每旋转两周完成一种工作循环。2)四个活塞行程中，只有一种作功行程，其他三个是耗功行程。显然，在作功行程曲轴旋转角速度要比其他三个行程时大得多，即在一种工作循环内曲轴角速度是不均匀。为了改善曲轴旋转不均匀性，可在曲轴上安装转动惯量较大飞轮或采取多缸内燃机并使其按一定工作次序依次进行工作。22/25（2）二者不一样之处是：1)汽油机可燃混合气在气缸外部开始形成并延续到进气和压缩行程终了，时间较长。柴油机可燃混合气在气缸内部形成，从压缩行程接近终了时开始，并占小部分作功行程，时间很短。2)汽油机可燃混合气用电火花点燃，柴油机则是自燃。因此又称汽油机为点燃式内燃机，称柴油机为压燃式内燃机。23/25项目3汽车发动机类型及工作原理一、汽车发动机类型1．按往活塞复次数二冲程发动机、四冲程发动机2．按冷却方式水冷式发动机、风冷式发动机3．按汽缸数单缸发动机、多缸发动机4．按燃料汽油机、柴油机5．按气缸排列方式直列式发动机、双列式（V形和对置式）发动机6．按进气方式7．目前应用最广、数量最多汽车发动机为水冷、四冲程往复活塞式内燃机。二、发动机工作原理（学时二）1．能量转化机构（1）构造发动机工作过程是周期性地将燃料燃烧热能转变为机械能过程。（2）特点通过进气、压缩、作功、排气，每进行一次称为一种工作循环。曲轴旋转两周，活塞往复运动四次完成一种工作循环，称为四冲程发动机。曲轴旋转一周，活塞往复运动二次完成一种工作循环，称为二冲程发动机。（3）发动机基本术语1）上止点：2）下止点：3）活塞行程（s）：4）曲柄半径（R）：5）气缸工作容积6）燃烧室容积（Vc）：7）发动机排量（VL）：8