发动机教案设计

发动机教案

目录

第一章发动机基础知识.........................................................3

第一节发动机的分类和基本构造............................................3

第二节发动机常用术语....................................................12

第三节发动机的工作原理..................................................14

第四节发动机的主要性能指标与特性.......................................21

第五节发动机的编号规则..................................................24

第二章曲柄连杆机构..........................................................27

第一节概述..............................................................27

第二节机体组............................................................28

第三节活塞连杆组........................................................36

第四节曲轴飞轮组........................................................53

第三章配气机构..............................................................61

第一节概述..............................................................61

第二节配气机构的主要零部件.............................................66

第三节配气相位和气门间隙...............................................74

第四章汽油机供给系..........................................................78

第一节汽油供给系的组成与燃料...........................................78

第二节简单化油器原理及混合气形成.......................................80

第三节可燃混合气成分与汽油机性能的影响.................................82

第四节化油器各工作系统..................................................88

第五节化油器结构........................................................95

第六节汽油供给装置......................................................99

第七节空气滤清器及进、排气装置.........................................103

第八节汽油直接喷射.....................................................107

第五章柴油机供给系.........................................................111

第一节柴油机供给系的组成及燃料.........................................111

第二节可燃混合气的形成、燃烧及燃烧室..................................113

第三节喷油器...........................................................122

第四节喷油泵...........................................................125

第五节调速器...........................................................132

第六节喷油提前角调节装置...............................................135

第六章发动机点火系.........................................................139

第一节概述.............................................................139

第二节蓄电池点火系的组成及工作原理....................................141

第三节点火提前.........................................................144

第四节蓄电池点火系的主要元件...........................................145

第五节电子点火系.......................................................150

第七章发动机润滑系.........................................................156

第一节概述.............................................................156

第二节润滑系的组成及油路...............................................159

第三节润滑系的主要零部件...............................................161

第四节曲轴箱通风.......................................................169

第八章冷却系...............................................................171

第一节概述.............................................................171

第二节水冷系的组成和水路...............................................172

第三节水冷系主要部件的构造.............................................174

第九章发动机起动系.........................................................185

第一节发动机的起动.....................................................185

第二节起动辅助装置.....................................................189

第三节起动机...........................................................193

第•章发动机基础知识第•节发动机的分类和基本构造

第一章发动机基础知识

第一节发动机的分类和基本构造

1.分类

车用内燃机(internalcombustionengine),根据其将热能转变为机械能的主

要构件的型式，可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。箭者又可按满塞通多方式

分为往复活塞式内燃机(reciprocatingengine)和旋转活叫式内燃机两种。往复

活塞式内燃机在汽车上应用最为广泛，是本课研究出缺

汽车(automobile)发动机(主要指车用往复活塞式内燃机)分类方法很多，

按照不同的分类方法可以把汽车发动机分成不同,的类型，下面是其分类情况。

⑴按照所用燃料分类

内燃机按照所使用燃料的不同可以添药的轴机(gasolineengine)和柴油机

(dieselengine)(fl1-10»使用汽悬燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油机为燃

料的内燃机称为柴油机。.油鹫柴油机籁各有特点；汽油机转速高，质量小，

噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性

图1T

(2)按照行程(stroke)分类

第一章发动机基础知识第•节发动机的分类和基本构造

内燃机按照完成一个工作循环(operatingcycle)所需的行程数可分为四行程

内燃机(four-strokecycleengine)和二行程内燃机(two-strokecycleengine)

(图1-2)o把曲轴转两圈(720。)，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个

工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转--圈(360。)，活塞在气缸内上下

往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广

泛使用四行程内燃机。

(3)按照冷却方式分类

内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机(liquid-cooledengine)和风冷

发^眇(air.・)oledengine)(图1-3)。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却

水5瓦£行循环蹩访饕(coolant)作为冷却介质进行冷却的;而风冷发动机是利用

流动X独矗帝面散热片(fins)之间的空气作为冷却介质进行冷却的。

水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。

第一章发动机基础知识第•节发动机的分类和基本构造

水冷

图1-3

(4)按照气缸(cylinder)数目分类

内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机(sicylinderengine）和

多缸发动机(multi-cylinderengine)(图1-4)。的发动机称为单缸

发动机；有两个以上气缸的发动机1多缸发动机。乂缸'、三缸、四缸、五缸、

六缸、八缸、I-二缸等都是多缸发Z弋车用发动机多采用四缸、六缸、八缸

发动机。

图1-4

(5)按照气缸排列方式分类

内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式(图『5)。单列式发动

第一章发动机基础知识第•节发动机的分类和基本构造

机(inlineengine)的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的,但为了降低高度,有

时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的

夹角＜180。(一般为90。)称为V型发动机(V-typeengine),若两列之间的夹角=180。称

为对置式发动机(opposedengine)o

图1-5霞，、

(6)按照进气系统是否采用增压

内燃机按照进气系统是否采F式可以分为自然吸气(非增压)式发动机

[naturaryaspiratedengine(non-superchargedengine)]和强制进气(增压式)

发动机(superchaFgfedengik)(图1-6)。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提

高功率有采用增压式的。

a空气

1

自然吸气增压

图1-6

第一章发动机基础知识第•节发动机的分类和基本构造

2.基本构造

发动机是--种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机;

无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。

要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些

机构和系统。

(1)曲柄连杆机构(图-7)

曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体

组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活盘%受燃气压力在气缸内

作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动气、

压缩和排气行程中，《轮释放能量乂把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。

(2)配气机构(图

配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门

和排气门燃混合气或空气进入。

气缸，并使废号从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气

机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。

第一章发动机基础知识第•节发动机的分类和基本构造

配气机构

图1-8

(3)燃料供给系统(fuelsupplingsystem)(图1-9)

汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的血,度的混合

气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排的到大气柴油机燃料供给系的

功用是把柴油和空气分别供入气缸，色燃烧室内形成混合q弄然烧，最后将燃烧后

的废气排出。

图1-9

(4)润;(lubricatingsystem)(图ITO)

润滑系的是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体

摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系通

常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。

第一章发动机基础知识第•节发动机的分类和基本构造

图1T0

(5)冷却系统(coolingsystem)(图1T1)

冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量&时懿裕保证发动机在最适

宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水填、水泵、风扇、水箱、

节温器等组成。

水冷系的组成

图1T1

(7)点火系统(ignitingsystem)(图1T2)

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。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全

第一章发动机基础知识第•节发动机的分类和基本构造

部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等

组成。

转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始

转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，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。

汽油机由以上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

第一章发动机基础知识第•节发动机的分类和基本构造

组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成,

柴油机是压燃的，不需要点火系。

第•章发动机基础知识第二节发动机常用术语

第二节发动机常用术语

如图1-14:

活塞在气缸里作演直线运动时，当活塞向下运动到最低位置，即活塞顶部距

离曲轴旋转中心最近的极冠位尔为下止点BDC(BottomDeadCenter)»

活塞从一殉:点电另一个止点移动的距离，即上、下止点之间的距离称为活塞

行程。一般用对版一个活塞行程，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，一般用R表示。通常活

塞行程为曲柄稔的两倍，即S=2R。

活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为气缸工作容积。一般用

Vh表示：

式中：D一气缸直径，单位mm；

第一章发动机基础知识第二节发动机常用术语

S-活塞行程，单位mm；

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。一般用V,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V.=Vc+Vh。

多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机排量。一般用匕表示：

式中：网一气缸工作容积;

i—气缸数目。

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

积与燃烧室容积之比称为压缩比。一般用£表示

式中：Va-气缸总容积;

Vh-气缸工作容积;

Vc-燃烧室容积;

通常汽油机的压缩比为6〜10,,一般为16〜22。

每一个工作循、压缩、作功和排气过程，即完成进气、压缩、作功

第•章发动机基础知识第三节发动机的工作原理

第三节发动机的工作原理

下面介绍一下四行程发动机(four-stroke-engine)的工作原理和工作过程。

1.四行程汽油机的工作原理

四行程汽油机(图1-15)的运转是按进气行程、压缩行程、作功行程和排气行

程的顺序不断循环反复的

(1)进气行程(intakestroke)彳图1-16)

由于曲轴的旋转，活塞从上It点(t。。；deadqenter)向下止点(bottomdead

center)运动，这时排气门关闭，进M门吊:开。进气过程开始时，活塞位于上止点，

气缸内残存有上f环未排净般气，因蠢气缸内的压力稍高于大气压力。随着

活塞下移，气缸内容积增大，压力减小，当压力低于大气压时;在气缸内产生真空

吸力，空气经空气滤清喇赢轴转供给的汽油混合成可燃混合气,通过进气门被

吸入气缸，直簟舌塞如下运动到下止点。在进气过程中，受空气滤清器、化油器、

进气姬瓣力1等阻力影响，进气终了时.，气缸内气体压力略低于大气压，约为

0.075-0.hMPa,同时受到残余废气和高温机件加热的影响，温度达到370-400Ko

实际汽油机的泡门是在活塞到达上止点之前打开，并且延迟到下止点之后关闭，

以便吸入更多的可燃混合气。

第一章发动机基础知识第三节发动机的工作原理

5?

图1-16进气冲程(intakestroke)

(2)压缩行程(compressionstroke)(图1T7)

曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门才关闭，气

缸内成为封闭容积，可燃混合气受到压缩，压力和及度不断升高，当活塞到达上止

点时压缩行程结束。此时气体的压力和温度主要随压缩比的大小而定，可燃混合气

压力可达0.6〜L2MPa,温度可蹩通都700K。压缩:比越汽压缩终了时气缸内的

压力和温度越高，则燃烧速度越快;:发动机功率也越大。但压缩比太高，容易引起

爆燃。所谓爆燃就是由于气体压Z和温度过高，可燃混合气在没有点燃的情况下自

行燃烧，且火焰以高于正常燃烧数倍力勺金度向外传播，造成尖锐的敲缸声。会使发

动机过热，功率下降，汽油电麟增加以氮机件损坏。轻微爆燃是允许的，但强烈

爆燃对发动机是很有害的，但卷油机的压缩比一般为£=6〜10。

1-17压缩冲程(compressionstroke)

(3)作功行程(powerstroke)(图1T8)

作功行程包括燃烧过程和膨胀过程，在这一行程中，进气门和排气门仍然保持

第一章发动机基础知识第三节发动机的工作原理

关闭。当活塞位于压缩行程接近上止点（即点火提前角）位置时，火花塞产生电火花

点燃可燃混合气，可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升

高，最高压力可达3〜5MPa,最高温度可达2200〜2800K,高温高压气体膨胀，推动

活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械功，除了用于维持发

动机本身继续运转外，其余用于对外作功。随着活塞向下运动，气缸内容积增加I,

气体压力和温度降低，当活塞运动到下止点时・，作功行程结束，气体压力降低到

气行程。当作功接近终了时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的压力先进行

自由排气,近寒到达下出,再赢止点运动时，继续把废气强制排出到大气中去，

活塞越过上止鞭，彩门关闭，排气行程结束。实际汽油机的排气行程也是排气

门提网对闭，以便排出更多的废气。由于燃烧室容积的存在，不可能将

废气全痴血（缸。受排气阻力的影响，排气终止时，气体压力仍高于大气压力，

约为0.105〜0.115MPa,温度约为900〜1200K。曲轴继续旋转，活塞从上止点向下

止点运动，又开始了下一个新的循环过程。可见四行程汽油机经过进气、压缩、作

功、排气四个行程完成一个工作循环，这期间活塞在上、下止点往复运动了四个行

程，相应地曲轴旋转了两圈。

第•章发动机基础知识第三节发动机的工作原理

图1-19排气冲程(exhauststroke)

2.四行程柴油机的工作原理

四行程柴油机（图卜20）和四行程汽油机的工隹过程相同，每二个卫作循环同

样包括进气、压缩、作功和排气四个行程，颐于柴油机使用的燃料是柴油，柴油

与汽油有较大的差别，柴油粘度大，溷蒸发，自燃温度低，故可燃混合气的形成,

着火方式，燃烧过程以及气体温J的变化都和汽油机不同，下面主要分析-下

柴油机和汽油机在工作过程中的

图1-20

,程柴油机行程中所不同的是柴油机吸入气缸的是纯空气而不是可燃

混合气，在^^^道中没有化油器，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0.0785-0.0932MPa,气体

温度约为300〜370K。

压缩行程压缩的也是纯空气，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并着火燃烧。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

第一章发动机基础知识第三节发动机的工作原理

机高，大大超过了柴油机的自燃温度。压缩终了时，气体压力约为3.5~4.5MPa,

气体温度约为750〜1000K,柴油机是压缩后自燃着火的，不需要点火，故柴油机又

称为压燃机。

柴油喷入气缸后，在很短的时间内与空气混合后便立即着火燃烧，柴油机的可

燃混合气是在气缸内部形成的，而不象汽油机那样，混合气主要是在气缸外部的化

油器中形成的。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2000~2500Ko作功终了时，气体压力约为0.2〜

0.4MPa,气体温度约为1200〜1500K。

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，靠气终

了时，气缸内气体压力约为0.105〜0.125MPa,气体温度约为800〜100.0K。

柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油单耗率低，同时柴油价

格较低，因此，柴油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较

好。但它的主要缺点是转速低，质量大，噪声大［振动大,*制造和维修费用高。在

其发展过程中，柴油机不断发扬其优点，兼服缺点，提高速度，有望得到更广泛地

应用。

3.二行程汽油机的工作原理

二行程汽油机的工作循环战由进气、压缩、燃烧膨胀、排气过程组成，但它

是在幽触糜转一圈（360°下往复运动的两个行程内完成的。因此，二行

程发动机（T瓶Stroke-engine）飞四行程发动机工作原理不同，结构也不一样。

满口曲磷烂0行程汽油机,气缸上有三排孔，利用这三排孔分别在一定

时刻被活塞打开羲菌进行进气、换气和排气的。工作原理如下：图-20a表示

活塞向上运苏4将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩，当活塞继续上行时，活塞下

方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱（图-20b）,活塞接近上止点时•（图l-20c）,

火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的

混合气受到压缩，当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动,

换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并扫除废气（图

l-20d)o

第一章发动机基础知识第三节发动机的工作原理

二行程汽油机工作原理

1--送气孔2排气孔3-扫齐孔

图1-20

第一行程：活塞从下止点向上止誓动，事方气缸内的混合气

被压缩，新的可燃混合气又从化嘉器被吸入活塞下方

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

4.二行程柴油

二行程柴油机和导程汽油机工作类似，所不同的是，柴油机进入气缸的不是

可燃混合气，而是纯空气*例如涵亭）气泵的二行程柴油机工作过程如下（图1-21）：

第一行程:\舌塞丛下止点向上止点运动，行程开始前不久，进气孔和排气门均

以开启从打气彖流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭,

排气门也焉1,卜空气受到压缩，当活塞接近上止点时;喷油器将高压柴油以雾状喷

入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，使气缸内压力增大。

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。

第一章发动机基础知识第三节发动机的工作原理

二行程汽油机工作原理

5.多缸发动机的工作原理

前面介绍的是单缸发动机的碣乍过程，而现代汽车发动机都是多缸发动机四行

程发动机，那么，多缸四行程发动机与单缸四行程发动机的工作过程有什么区别呢？

就能量转换过程，发动机的每一率气缸和启缸电亶作过程是完全一样的，都要经

过进气、压缩、作到型排气四个行黑但是单缸发动机的四个行程中只有一个行程

作功，其余三个行程不作功，即曲轴转两看，只有半圈作功，所以运转平稳性较差,

功率越大，平稳性就越差］为了W运转平稳，单缸机一般都装有一个大飞轮。而多

缸发蝴的作功行程是差开的，按照工作顺序作功，即曲轴转两圈交替作功，因此,

运转平稳，振动小。缸疆多，涌I间隔角越小，同时参与作功的气缸越多，发动

机运通平稳。多缸机使用最多的有四缸发动机，六缸发动机和八缸发动机。

第•章发动机基础知识第四节发动机的主要性能指标与特性

第四节发动机的主要性能指标与特性

1.发动机性能指标

发动机的性能指标是用来衡量发动机性能好坏的标准。发动机的主要性能指标

有：动力性能指标，经济性能指标和排放性能指标。

(1)动力性能指标

动力性能指标指曲轴对外作功能力的指标，包括有效腱、有效功率和曲轴转

速。

a.有效扭矩：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的扭矩，通常獭e板，单位为

N・m。有效扭矩是作用在活塞顶部的气体压力迫举露忏、传给曲的扭矩，并

克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净扭矩。

b.有效功率：指发动机通过曲喈常对外输出的功率，㈱常用Pe表示，单位为

kW。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效扭妞和曲轴转速的乘积。

发动机的有效功率可以在专用的试测功器测定,测出有效扭矩和曲轴转速,

然后用下面公式计算出有效功率。

有效扭矢喙号位软N•m；

式中：Tc-

n-曲轴转速，单位为r/min<,

c.转速：指发动机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。发动机产品铭牌上标明的功

率及相应转速称为额定功率和额定转速。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定汽

车发动机应能在额定工况下连续运行300〜1000小时。

(2)经济性能指标

通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能。燃油消耗率是指单位有效功的燃

油消耗量，也就是发动机每发出IkW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量(以g

为单位)，燃油消耗率通常用队表示，其单位为g/kW・h,计算公式如下

第一章发动机基础知识第四节发动机的主要性能指标与特性

式中：GT-每小时的燃油消耗量，kg/h；

Pe-有效功率，kWo

很明显，有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，其

经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率队是最小值。

(3)排放性能

排放性能指标包括排放烟度、有害气体(CO,HC,NOx)排放量、噪声等。

发动机的主要性能指标有效扭矩T。，有效功率P”有效耗油率随其运转工况(负

荷、转速)变化而变化的背系称为发动机的特性。其性能指标随发动机曲轴转速变化

的关泰称为发僵机的速度特性，舒性能指标随负荷变化的关系称为发动机的负荷特

性。博前线来表铲幽养系，称为发动机的特性曲线。发动机特性是对发动机性能

进行输j评价和鉴定的依据。在发动机特性中,其速度特性最为常用，下面仅介绍

发动机的速度潘注。

速度特性

发动机的速度特性指发动机的性能指标P“g”随发动机转速n变化的规律,

用曲线表示，称为速度特性曲线(图『22)。速度特性可以在发动机试验台上测得。

当节气门开度保持不变时，同时用测功器对发动机曲轴施加一定数值的阻力矩。当

发动机运转稳定时即阻力矩和发动机发出的有效扭矩相等时，可用转速表测出此时

第一章发动机基础知识第四节发动机的主要性能指标与特性

的稳定转速，同时在测功器上测出该转速下的有效扭矩L,计算出有效功率P。，另外

可测出消耗一定量汽油所经历的时间，换算成每小时耗油量5,然后计算出有效燃

油消耗率ge。改变测功器的阻力矩数值，重复上述过程，又可以得出一组n、T.、P。、

g0,这样重复若干次，可以得到一系列的n、T。、P。、&,然后根据这些数据，以转速

n为横坐标，以性能指标「、P。、g。为纵坐标作出三条曲线，即为相对应于该节气门

开度的速度特性曲线。节气门全开时的速度特性叫发动机的外特性；节气门不全开

第•章发动机基础知识第五节发动机的编号规则

第五节发动机的编号规则

为了便于内燃机的生产管理和使用，国家标准(GB725—82)《内燃机产品名称和

型号编制规则》中对内燃机的名称和型号作了统一规定。

内燃机的名称和型号

内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、柴油机、煤气机等。

内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。

内燃机型号由以下四部分组成:

首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选

需主管部门核准。

中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号利缸径，微号等组成。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'寸，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

内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义规定如下:

第一章发动机基础知识第五节发动机的编号规则

型号编制举例

(1)汽油机▽

1E65F：表示单缸,565mm,风冷通用型

4100Q：蠡示四缸，四行程,径100mm,水冷车用

4100Q-4：表示四缸,程,:100mm,水冷车用，第四种变型产品

CA61W'表示六缸程，缸径102nlm,水冷通用型，CA表示系列符号

SWI缸;：画卷铺、缸径100mm,V型，水冷通用型

8V100：

TJ376Q：表E缸，四行程，缸径76mm,水冷车用，TJ表示系列符号

CA488：表示四缸，四行程，缸径88mm,水冷通用型，CA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

第一章发动机基础知识第五节发动机的编号规则

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

本章思考题:

1.简述发动机的基本构造

2.何谓发动机的工作循环？简述四行程汽油机的工作过程。

3.试分析汽油机与柴油机的特点和区别。

4.发动机的主要性能指标有哪些？

第二章曲柄连杆机构第一节概述

第二章曲柄连杆机构

第一节概述

1.功用

曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力

和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲

轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中

又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机

借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。

2.工作条件

发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很

高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆

机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶

劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。

3.组成

曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴《轮

第二章曲柄连杆机构第二节机体组

第二节机体组

1、汽缸体

机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外

安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的

强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。

气缸体（图2-1）

汽缸体

图2-1

1.气缸体（cylinderblock）

水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体——轴箱，也可称为

气缸体。气缸体••般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为

支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷

却水套和润滑油道等。

气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同，

通常把气缸体分为以下三种形式。（图2-2）

第二章曲柄连杆机构第二节机体组

一般式龙门式

图2-2

(1)一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气

缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺

点是刚度和强度较差

(2)龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强

度和刚度都好，能承受较大的机械负荷：但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工

较困难。

(3)隧道式气缸体这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，

主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其

缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。

为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷

却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷(图2-3)。

第二章曲柄连杆机构第二节机体组

图2-3

水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷

却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作

用。

现代汽车上基本都采用水冷多缸发动机，对于多缸发动机，气缸的排列形式决

定了发动机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响，并关系到

汽车的总体布置。按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成直列式，V型和对

置式三种（图2-4）。

第二章曲柄连杆机构第二节机体组

对苴式

图2-4

(1)直列式

发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的。单列式气缸体结构简单，加

工容易，但发动机长度和高度较大。一般六缸以下发动机多采用单列式。例如捷达

轿车、富康轿车、红旗轿车所使用的发动机均采用这种直列式气缸体。有的汽车为

了降低发动机的高度，把发动机倾斜一个角度。

(2)V型

气缸排成两列，左右两列气缸中心线的夹角Y<180。，称为V型发动机，V型

发动机与直列发动机相比，缩短了机体长度和高度，增加了气缸体的刚度，减轻了

发动机的重量，但加大了发动机的宽度，且形状较复杂，加工困难，一般用于8缸

以上的发动机，6缸发动机也有采用这种形式的气缸体。

(3)对置式

气缸排成两列，左右两列气缸在同一水平面上，即左右两列气缸中心线的夹角

¥=180°,称为对置式。它的特点是高度小，总体布置方便，有利于风冷。这种气

第二章曲柄连杆机构第二节机体组

缸应用较少。

气缸直接像在气缸体上叫做整体式气缸，整体式气缸强度和刚度都好，能承受

较大的载荷，这种气缸对材料要求高，成本高。如果将气缸制造成单独的圆筒形零

件（即气缸套），然后再装到气缸体内。这样，气缸套采用耐磨的优质材料制成，气

缸体可用价格较低的一般材料制造，从而降低了制造成本。同时，气缸套可以从气

缸体中取出，因而便于修理和更换，并可大大延长气缸体的使用寿命。气缸套有干

式气缸套和湿式气缸套两种（图2-5）。

干式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁不直接与冷却水接触，而和

气缸体的壁面直接接触，壁厚较薄，一般为1〜3mm。它具有整体式气缸体的优点，

强度和刚度都较好，但加工比较复杂，内、外表面都需要进行精加工，拆装不方便,

散热不良。

湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁直接与冷却水接触，气缸套

仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为5〜9mm。它散热良好，冷却

均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而与水接触的外表面不需要加工，拆

装方便，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象。应该

采取一些防漏措施。

干缸套湿缸套

图2-5

第二章曲柄连杆机构第二节机体组

2.曲轴箱(crankcase)

气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。

上曲轴箱与气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称

为油底壳图(图2-6)。油底壳受力很小，•般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于

发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面

波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润

滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润

滑油泄漏。

机油盘

图2-6

3.气缸盖(cylinderhead)(图2-7)

汽缸盖

图2-7

气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高

压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有

第二章曲柄连杆机构第二节机体组

冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧

室等高温部分。

缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通

道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上

加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，

用以安装凸轮轴。

气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩

比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。

气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽

油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的

燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。这里只介绍汽

油机的燃烧室，而柴油机的燃烧室放在柴油供给系里介绍。

汽油机燃烧室常见的三种形式(图2-8)。

(1)半球形燃烧室

半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，火焰行程短，故燃烧速率

高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大,

故充气效率较高，虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机

上被广泛地应用。

第二章曲柄连杆机构第二节机体组

(2)楔形燃烧室

楔形燃烧室结构简单、紧凑，散热面积小，热损失也小，能保证混合气在压缩

行程中形成良好的涡流运动，有利于提高混合气的混合质量，进气阻力小，提高了

充气效率。气门排成一列，使配气机构简单，但火花塞置于楔形燃烧室高处，火焰

传播距离长些，切诺基轿车发动机采用这种形式的燃烧室。

(3)盆形燃烧室

盆形燃烧室，气缸盖工艺性好，制造成本低，但因气门直径易受限制，进、排气效果要比

半球形燃烧室差。捷达轿车发动机、奥迪轿车发动机采用盆形燃烧室。

4.气缸垫(图2-9)

汽缸垫

图2-9

气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖与气缸体接触面的密封，

防止漏气，漏水和漏油。

气缸垫的材料要有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以确保密封，同时要

有好的耐热性和耐压性，在高温高压下不烧损、不变形。目前应用较多的是铜皮一

一棉结构的气缸垫，由于铜皮——棉气缸垫翻边处有三层铜皮，压紧时较之石棉不

易变形。有的发动机还采用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架，两面用

石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。

注意:安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完好程度，所有气缸垫上的孔要

和气缸体上的孔对齐，将光滑的一面朝向气缸体,防止被高温气体冲坏。其次要严格

按照说明书上的要求上好气缸盖螺栓。拧紧气缸盖螺栓时，必须由中央对称地向四

周扩展的顺序分2〜3次进行，最后一次拧紧到规定的力矩。

第二章曲柄连杆机构第三节活塞连杆组

第三节活塞连杆组

活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成，如图2-10。

图2-10

1.活塞（图2-H）

活塞

图2-11

第二章曲柄连杆机构第三节活塞连杆组

功用：活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活

塞顶部还是燃烧室的组成部分。工作条件：活塞在高温、高压、高速、润滑不良的

条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严

重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600~700K,且温度

分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高

达3〜5MPa,柴油机高达6〜9MPa,这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；

活塞在气缸内以很高的速度(8〜12m/s)往复运动，且速度在不断地变化，这就产生

了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会

产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。

要求：(1)要有足够的刚度和强度，传力可靠；

(2)导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损；

(3)质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性力。

铝合金材料基本上满足上面的要求，因此，活塞一般都采用高强度铝合金，但在一

些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。

构造：活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。

1.活塞顶部(图2-12)

图2-12

活塞顶部承受气体压力，它是燃烧室的组成部分，其形状、位置、大小都和燃

烧室的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求，其顶部形状可分

为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。

平顶活塞顶部是一个平面，结构简单，制造容易，受热面积小，顶部应力分面

第二章曲柄连杆机构第三节活塞连杆组

较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。

凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过

程，二行程汽油机常采用凸顶活塞。

凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有

双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。

2.活塞头部

活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。它有数道环槽，用以安装活

塞环，起密封作用，又称为防漏部。柴油机压缩比高，一般有四道环槽，上部三道

安装气环，下部安装油环。汽油机一般有三道环槽，其中有两道气环槽和一道油环

槽，在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些

小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件最恶劣，一般应离顶部较远些。

活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁，再由冷却水

传出去。总之，活塞头部的作用除了用来安装活塞环外，还有密封作用和传热作用，

与活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气漏到曲轴箱内，同时还将（70〜80设的热量

通过活塞环传给气缸壁。

3.活塞裙部

活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分,它包括装活塞销的销座孔。

活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。裙部的长短取决

于侧压力的大小和活塞直径。所谓侧压力是指在压缩行程和作功行程中，作用在活

塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。压缩行程和作功行程气体的侧压

力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，所以，作功行程中的侧压力也

大大高于压缩行程中的侧压力（图273）。活塞裙部承受侧压力的两个侧面称为推