第一章 汽车发动机的工作原理及总体构造

第一章汽车发动机的工作原理及总体构造

本章主要内容：有关汽车发动机的名词术语四冲程内燃机的工作原理二冲程内燃机的工作原理汽车发动机的总体构造第一节汽车发动机的类型发动机是汽车的动力源。迄今为止除为数不多的电动汽车外，汽车发动机都是热能动力装置，或简称热机。在热机中借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。热机有内燃机和外燃机两种。直接以燃料燃烧所生成的燃烧产物为工质的热机为内燃机，反之则为外燃机。内燃机包括活塞式内燃机和燃气轮机。外燃机则包括蒸汽机、汽轮机和热气机等。内燃机与外燃机相比，具有结构紧凑、体积小、质量轻和容易起动等许多优点。因此，内燃机尤其是活塞式内燃机被极其广泛地用作汽车动力。活塞式发动机的分类按活塞运动方式：往复活塞式、旋转活塞式按着火方式:压燃式、点燃式按所用燃料:汽油机、柴油机、气体燃料发动机按冷却方式:水冷式、风冷式按冲程数:四冲程、二冲程按进气状态：增压式、非增压式按气缸数目、排列方式：单缸、多缸、直列式、V型、对置式

汽车发动机的类型-按活塞运动方式的不同汽车发动机的类型-根据所用燃料种类汽车发动机的类型-按冷却方式的不同汽车发动机的类型

-按其在一个工作循环期间活塞往复运动的行程数

汽车发动机的类型-按照气缸数目分类汽车发动机的类型-按照气缸排列方式汽车发动机的类型-按进气状态不同第二节往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语往复活塞式内燃机的工作腔称作气缸在气缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。在气缸盖上装有进气门和排气门。通过进、排气门的开闭实现向气缸内充气和向气缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴控制。凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮或链条驱动。进、排气门和凸轮轴以及其他一些零件共同组成配气机构。通常称这种结构形式的配气机构为顶置气门配气机构。构成气缸的零件称作气缸体支承曲轴的零件称作曲轴箱气缸体与曲轴箱的连铸体称作机体。二、基本术语发动机常用术语工作循环上止点、下止点活塞行程气缸工作容积发动机排量燃烧室容积气缸总容积压缩比工况负荷率二、基本术语工作循环进气行程：压缩行程：作功行程：排气行程：二、基本术语上止点、下止点活塞顶面离曲轴回转中心最远时的止点称为上止点；活塞顶面离曲轴回转中心最近时的止点称为下止点。活塞行程上、下止点间的距离s为活塞行程。对应一个活塞行程，曲轴旋转180°。曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径R，通常活塞行程为曲柄半径的两倍，即S=2R。二、基本术语气缸工作容积上、下止点间所包容的气缸容积，用Vs表示。发动机排量多缸发动机各气缸工作容积的总和，用VL表示。燃烧室容积活塞位于上止点时，其顶部与气缸盖之间的容积，用Vc表示。气缸总容积活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积。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＝Vs＋Vc。二、基本术语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。一般用ε表示。工况内燃机在某一时刻的运行状况，以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。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称为负荷率，以百分数表示。负荷率通常简称负荷。第三节往复活塞式内燃机工作原理四冲程汽油机的工作原理四冲程柴油机的工作原理二冲程汽油机的工作原理二冲程柴油机的工作原理第三节往复活塞式内燃机工作原理四冲程往复活塞式内燃机在四个活塞行程内完成进气、压缩、作功和排气等四个过程，即在一个活塞行程内只进行一个过程。因此，活塞行程可分别用四个过程命名。四冲程汽油机的工作原理爆燃：由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。后果：轻微爆燃，发动机功率有所升高；但过度，则会使发动机过热，功率下降，经济性变差，零件寿命下降等。现象：发生爆燃时，有尖锐的金属敲击声传出。表面点火：由燃烧室内炽热表面（如排气门头、火花塞电极、积碳）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。后果：发动机的性能下降，零部件寿命降低。现象：发生表面点火时，有沉闷的敲击声传出。四冲程汽油机二、单缸四冲程柴油机的工作原理1、进气冲程与汽油机主要区别：进入气缸的是纯空气。2、压缩冲程与汽油机的主要区别：压缩比高于汽油机；在压缩过程快要结束的时候，喷油器向气缸内喷入柴油。当油与空气混合后在高压下达到其自燃点就开始着火燃烧。3、做功冲程柴油机由于是边喷油、边混合、边燃烧，所以，所以最开始虽然活塞有所下行，但气缸内的压力基本不变。4、排气冲程整个工作过程的示功图四冲程汽油机、柴油机缸内压力、温度比较（p：Mpa；T：K）汽油机柴油机进气pde0.075~0.090.08~0.09Tde370~400340~380压缩pco0.6~1.23.0~5.0Tco600~700750~1000做功pmax3.0~6.54.5~9Tmax2200~28001800~2500pex0.3~0.60.2~0.5Tex1200~15001000~1200排气p`r0.105~0.1150.105~0.12T`r900~1100700~900三、四冲程汽油机、柴油机特点比较1、由于柴油机压缩比较高，燃料燃烧非常完全，所以柴油机的有效热效率好，经济性好。汽油机：be=270～325g/(kw.h)柴油机:be=214～285g/(kw.h)2、柴油机无点火系，所以故障少些，易保养。但柴油机有高精度零件如喷油泵、喷油器等，其成本较高，并且加工较难。3、柴油机最高爆发压力高，所以对发动机的零部件强度要求高，这样导致柴油机笨重。4、柴油机转速低于汽油机原因：1）由于柴油机的压缩比高，所以其受到的机械负荷较大，故其零部件的质量需较大，导致运动时惯性力较大。2）汽油机可燃混合气的混合时间和质量优于柴油机。

5、柴油机运转噪音高，但有害气体的排放优于汽油机，而微粒排放较高。6、柴油机启动困难，汽油机易启动。三、二冲程内燃机的工作原理二冲程内燃机：一、结构介绍1、换气机构（气孔、气阀）2、曲轴箱扫气、扫气泵扫气3、活塞顶部为凸顶，以引导气流扫气4、活塞裙部较长，有缺口等曲轴箱扫气扫气泵工作原理四、二冲程汽油机的优缺点（同四冲程汽油机相比较）（一）优点：1、从工作原理上来讲，在发动机排量和转速相同的前提下，二冲程发动机的功率理论上是四冲程发动机的2倍。2、由于二冲程发动机的做功频率比较高，所以发动机运转比较平稳。3、无专门的换气机构，所以结构简单，质量小。4、由于附属机构少，所以使用、维护很方便。所以摩托车上多用。（二）缺点：1、废气不易排除干净。2、换气时减少了有效工作行程。3、部分新鲜可燃混合气随废气排出，使能源浪费，经济性下降。4、同时造成环境污染。第四节发动机的总体构造汽油机由以下两大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系