内燃机原理及总体构造

陈家瑞.《汽车构造》（上册）.第四版.北京:人民交通出版社.2002.6

清华大学汽车工程系.《汽车构造》.北京:人民邮电出版社.2000杨杰民.《现代汽车发动机构造》.北京:人民交通大学出版社.1999钱耀义.《汽车发动机电子控制系统》.北京:机械工业出版社.1999教材及参考书1.汽车发动机的分类1.汽车发动机的分类（Classification）（1）按活塞运动方式往复活塞式（Reciprocatingengine)旋转活塞式（Rotaryengine/Wankelengine）1.汽车发动机的分类汽油机（Gasolineengine）气体燃料发动机（Gasengine)（2）按燃料种类柴油机（Dieselengine)（1）按活塞运动方式汽油机和柴油机1.汽车发动机的分类（2）按燃料种类（1）按活塞运动方式（3）按行程数二行(冲)程（Two－stroke)四行(冲)程（Four－stroke）四冲程和二冲程发动机1.汽车发动机的分类（2）按燃料种类（1）按活塞运动方式（3）按行程数（4）按着火方式火花点火（SI）压缩着火（CI）1.汽车发动机的分类（2）按燃料种类（1）按活塞运动方式（3）按行程数（4）按着火方式（5）按混合气形成方式均质混合（Homogeneousmixture）分层混合（Stratifiedmixture）1.汽车发动机的分类（2）按燃料种类（1）按活塞运动方式（3）按行程数（4）按着火方式（5）按混合气形成方式（6）按冷却方式水冷（Watercooling）风冷（Aircooling）水冷和风冷发动机1.汽车发动机的分类（2）按燃料种类（1）按活塞运动方式（3）按行程数（4）按着火方式（5）按混合气形成方式（6）按冷却方式（7）按进气状态非增压/自然吸气（Naturallyaspiration）增压（Turbocharging/Supercharging）自然吸气和增压发动机1.汽车发动机的分类（2）按燃料种类（1）按活塞运动方式（3）按行程数（4）按着火方式（5）按混合气形成方式（6）按冷却方式（7）按进气状态（8）按气缸数单缸（Single-cylinder）多缸（Multiple-cylinder）单缸和多缸发动机1.汽车发动机的分类（2）按燃料种类（1）按活塞运动方式（3）按行程数（4）按着火方式（5）按混合气形成方式（6）按冷却方式（7）按进气状态（8）按气缸数（9）按气缸排列直列（Inline）V型（V-type）直列和V型发动机发动机气缸布置In-lineVengineRadialengineDoublepistonengineOpposedpistonengineBoxerengineor180°VengineHengineWengineTriangleengine2.

往复活塞式内燃机的基本构造及常用术语（1）曲柄连杆机构（2）配气机构（3）机体（4）油气供给装置（5）点火装置（6）起动装置2.

往复活塞式内燃机的基本构造及常用术语（1）工作循环由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成的封闭过程。周而复始地进行这些过程，内燃机才能持续地作功。（Workingcycle）2.

往复活塞式内燃机的基本构造及常用术语（1）工作循环（2）上、下止点活塞顶离曲轴回转中心最远处，即活塞最高位置，称为上止点（TopDeadCenter,TDC）；活塞顶离曲轴回转中心最近处，即活塞最低点，称为下止点（BottomDeadCenter,BDC）。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。2.

往复活塞式内燃机的基本构造及常用术语（1）工作循环（2）上、下止点（3）活塞行程上、下止点间的距离S称为活塞行程。曲轴的回转半径R称为曲柄半径。S=2R2.

往复活塞式内燃机的基本构造及常用术语（1）工作循环（2）上、下止点（3）活塞行程（4）气缸工作容积活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积（Volume）。式中：D－气缸直径mm；

S－活塞行程mm。2.

往复活塞式内燃机的基本构造及常用术语（1）工作循环（2）上、下止点（3）活塞行程（4）气缸工作容积（5）内燃机排量所有气缸工作容积的总和称为内燃机排量（Displacement)，记作VL

。式中：Vh－气缸工作容积；

i－气缸数目。2.

往复活塞式内燃机的基本构造及常用术语（1）工作循环（2）上、下止点（3）活塞行程（4）气缸工作容积（5）内燃机排量（6）燃烧室容积活塞位于上止点时活塞顶面以上与气缸盖底面以下之间形成的容积称为燃烧室容积。一般用Vc表示。2.

往复活塞式内燃机的基本构造及常用术语（1）工作循环（2）上、下止点（3）活塞行程（4）气缸工作容积（5）内燃机排量（6）燃烧室容积（7）气缸总容积活塞位于下止点时，活塞顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积。一般用Va表示。显而易见，气缸总容积就是气缸工作容积和燃烧室容积之和，即：

Va＝Vc＋Vh2.

往复活塞式内燃机的基本构造及常用术语（1）工作循环（2）上、下止点（3）活塞行程（4）气缸工作容积（5）内燃机排量（6）燃烧室容积（7）气缸总容积（8）压缩比压缩比是发动机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度。它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。一般用ε表示。式中：Va

－气缸总容积；

Vh

－气缸工作容积；

Vc

－燃烧室容积。2.

往复活塞式内燃机的基本构造及常用术语（1）工作循环（2）上、下止点（3）活塞行程（4）气缸工作容积（5）内燃机排量（6）燃烧室容积（7）气缸总容积（8）压缩比（9）工况（10）负荷率内燃机在某一时刻的运行状态。以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为内燃机转速。2.

往复活塞式内燃机的基本构造及常用术语（1）工作循环（2）上、下止点（3）活塞行程（4）气缸工作容积（5）内燃机排量（6）燃烧室容积（7）气缸总容积（8）压缩比（9）工况（10）负荷率内燃机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值，以百分数表示。负荷率通常简称负荷。3.

往复活塞式内燃机工作原理（1）四冲程汽油机工作原理①进气行程（Intake）进气门打开；排气门关闭；活塞从上止点向下止点运动；进气终了时，

气缸内气体压力约为0.08～0.09MPa，

温度达到320～380K。3.

往复活塞式内燃机工作原理（1）四冲程汽油机工作原理②压缩行程（Compression）进气门和排气门都关闭；活塞从下止点向上止点运动；压缩终了时，可燃混合气压力可达0.8～1.5MPa，

温度可达600～750K。压缩比越大，压缩终了时气缸内的压力和温度越高，则燃烧速度越快，发动机效率越高，但太大容易引起“爆震”

。3.

往复活塞式内燃机工作原理（1）四冲程汽油机工作原理③作功行程（Power/Expansion）压缩行程结束后，火花塞点火，混合气燃烧放热作功。进气门和排气门都关闭；活塞从上止点向下止点运动。作功终了时，气体压力降低到0.35～0.5MPa，气体温度降低到1200～1500K。燃烧最高压力可达3～6.5MPa，最高温度可达2200～2800K。3.

往复活塞式内燃机工作原理（1）四冲程汽油机工作原理④排气行程（Exhaust）进气门关闭；排气门开启。活塞从下止点向上止点运动。排气终止时，气体压力约为0.105～0.12MPa，温度约为900～1100K。四冲程汽油机工作原理IVCEVOEVCIVOTDCBDCEIIETDCTDCTDCBDCBDCw/ocombustionppzpuVhVC0180360540720°CAppzpuVa四冲程汽油机工作原理示功图3.

往复活塞式内燃机工作原理（2）四冲程柴油机工作原理

进气行程

压缩行程

作功行程

排气行程柴油机吸入气缸的是纯空气而不是可燃混合气，在进气通道中没有节气门，进气阻力小，进气终了时气体压力略高于汽油机而气体温度略低于汽油机。进气终了时气体压力约为0.085～0.095MPa，气体温度约为310～340K。3.

往复活塞式内燃机工作原理（2）四冲程柴油机工作原理

进气行程

压缩行程

作功行程

排气行程在压缩行程接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，柴油和空气在气缸内形成可燃混合气。柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多(一般为16～22)，压缩终了时气体温度和压力都比汽油机高，大大超过柴油机的自燃温度。压缩终了时气体压力约为3～5MPa，气体温度约为750～1000K。3.

往复活塞式内燃机工作原理（2）四冲程柴油机工作原理

进气行程

压缩行程

作功行程

排气行程在压缩终点，由于气缸内的温度远高于柴油的自燃点，柴油随即自行压缩着火，故柴油机又称为压燃机。柴油机燃烧过程中气缸内出现的最高压力要比汽油机高得多，可高达6～9MPa，最高温度也可高达1800～2200K。作功终了时，气体压力约为0.2～0.5MPa，温度约为1000～1200K。3.

往复活塞式内燃机工作原理（2）四冲程柴油机工作原理

进气行程

压缩行程

作功行程

排气行程柴油机的排气行程和汽油机一样，废气同样经排气管排入到大气中去，排气终了时，气缸内气体压力约为0.105～0.12MPa，气体温度约为700～900K。3.

往复活塞式内燃机工作原理二冲程内燃机分类：按扫气方式：（1）曲轴箱扫气式（2）扫气泵式曲轴箱扫气式扫气泵式3.

往复活塞式内燃机工作原理二冲程内燃机分类：按扫气方式：（1）曲轴箱扫气式（2）扫气泵式按换气方式：（1）横流式（2）回流式（3）直流式3.

往复活塞式内燃机工作原理（3）二冲程汽油机工作原理①第一冲程活塞由下止点移至上止点。进气过程：进、排气口关闭，但进阀打开，混合气进入曲轴箱；压缩过程：进、排气口关闭。3.

往复活塞式内燃机工作原理（3）二冲程汽油机工作原理②第二冲程活塞由上止点移至下止点。作功过程：压缩行程结束后，火花塞点火，混合气燃烧放热作功。进、排气口关闭3.

往复活塞式内燃机工作原理（3）二冲程汽油机工作原理③扫气过程属于第二行程，活塞继续下行，但进、排气口开启。排气开始，而且进气将排气推出气缸。二冲程汽油机工作原理BDCTDCBDCBDCTDCTDCBDCEPOIPOEPCIPCppzpuVCVHVppzpu0180360540720°CAa二冲程汽油机工作原理3.

往复活塞式内燃机工作原理（4）二冲程柴油机工作原理①第一冲程活塞由下止点移至上止点。扫气过程：当活塞还处于下止点时，进气口和排气门均已开启。扫气泵将纯净的空气增压到0.12~0.14MPa后，经空气室和进气口送入气缸，扫除其中的废气。废气经气缸顶部的排气门排出。压缩过程：当活塞上移将进气口关闭的同时，排气门也关闭，进入气缸内的空气开始被压缩。活塞运动至上止点，压缩过程结束。②第二冲程活塞由上止点移至下止点。作功过程：压缩行程结束后，高压柴油经喷油器喷入气缸，并自行着火燃烧。高温高压的燃烧气体推动活塞作功。排气过程：当活塞下移2/3行程时，排气门开启，废气经排气门排出。扫气过程：活塞继续下移，进气口开启，来自扫气泵的空气经进气口进入气缸进行扫气。3.

往复活塞式内燃机工作原理（4）二冲程柴油机工作原理Sulzer二冲程船用柴油机NewSulzerDieselRTA-seriesLow-speedTwo-strokeDieselEngines1480-48600kW2000-66120bhp196-54rpm3.

往复活塞式内燃机工作原理（5）汽油机与柴油机的比较

混合气形成汽油机：气缸外形成柴油机：气缸内形成

着火方式汽油机：火花点燃柴油机：压缩自燃汽油机的结构特点：点火系统柴油机的结构特点：高压供油系统

3.

往复活塞式内燃机工作原理（6）四冲程与二冲程内燃机的比较

工作循环四冲程：曲轴每2转一个循环二冲程：曲轴每1转一个循环

换气时间四冲程：进、排气持续时间长，重叠期小，换气质量好二冲程：换气时间短（1/3），进、排气过程几乎同时进行，换气质量差

结构复杂性四冲程：有进、排气门，结构复杂二冲程：无进、排气门，结构简单