第1章发动机总体构造和工作原理

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1、第第1 1章章 发动机总体构造和工作原理发动机总体构造和工作原理 发动机的基本结构和常用术语 1.1 四冲程发动机的工作原理 1.2 二冲程发动机的工作原理 1.3 发动机的总体构造 1.4 1.1 1.1 发动机的基本结构和常用术语发动机的基本结构和常用术语 图1-1 发动机基本结构和常用术语示意图 1气缸 2活塞 3连杆 4曲轴 1上止点 上止点是指活塞离曲轴回转中心最 远处，通常指活塞的最高位置。 2下止点 下止点是指活塞离曲轴回转中心最 近处，通常指活塞的最低位置。 3活塞行程 活塞行程是指上、下止点间的距离S。 4曲柄半径 曲柄半径是指与连杆大端相连接的曲 柄销的中心线到曲轴回转中心

2、线的距离， 用R表示。显然，S=2R。 曲轴每转一周，活塞完成两个行程。 5气缸工作容积 上、下止点间所包容的气缸容积称 为气缸工作容积，也称为气缸排量，用 Vh表示。其计算公式为 Vh=D2S/(4106) 式中 Vh气缸工作容积，单位为L； D气缸直径，单位为mm； S活塞行程，单位为mm。 6发动机工作容积 发动机工作容积是指发动机所有气缸 工作容积的总和，也称发动机的排量，用 VL表示。 若发动机的气缸数为i，则VL=Vhi。 7燃烧室容积 活塞在上止点时，活塞顶上面的空间 称为燃烧室，其容积即为燃烧室容积，用 Vc表示。 8气缸总容积 气缸总容积是指活塞在下止点时， 活塞顶上面空间的

3、容积，用Va表示。 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（） 气缸总容积与燃烧室容积的比值称 为压缩比，它表示活塞从下止点移到上 止点时气缸内气体被压缩的程度，即 =Va/Vc=1+Vh/Vc 10工作循环 发动机工作时，各气缸内每进行一 次能量转换，均要经过进气、压缩、做 功和排气4个过程，称为发动机的一个工 作循环。 11负荷率 发动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。 12工况 发动机在某一时刻的运行状况简称工 况，通常以该时刻发动机输出的有效功率 和曲轴转速（即发动机转速

4、）表示。 1.2 1.2 四冲程发动机的工作原理四冲程发动机的工作原理 1.2.1 四冲程汽油机的工作原理 1进气行程 在进气行程中，活塞在曲轴的带动 下，从上止点向下止点运动。 这时排气门关闭，进气门打开（见 图1-2（a）。 图1-2 四冲程汽油机工作循环示意图 1排气门 2火花塞 3进气门 4活塞 5连杆 2压缩行程 进气行程结束后，曲轴继续旋转， 带动活塞从下止点向上止点运动（见图1 -2（b）。 这时进气门和排气门都关闭，可燃 混合气受到压缩。 3做功行程 活塞位于压缩行程接近上止点位置 时，火花塞产生电火花点燃气缸内的可 燃混合气，可燃混合气燃烧使气缸内气 体温度和压力急剧升高，高

5、温高压气体 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。 4排气行程 排气门开启，进气门关闭。 活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点 运动，废气在自身的剩余压力和活塞的推动 下，经排气门排出气缸（见图1-2（d）。 排气行程结束后，进气门再次打开，又 开始了下一个工作循环。 综上所述，四冲程汽油机经过进气、 压缩、做功、排气四个行程完成了一个工 作循环，这期间活塞在上、下止点间往复 运动了4个行程，相应地曲轴旋转了两圈。 1.2.2 四冲程柴油发动机的工作原理 四冲程柴油机的工作过程与四冲程 汽油机一样，每一个工作循环同样包括 进气、压缩、做功和排气四个行程，在 各个行程中，

6、进、排气门的开闭和曲柄 连杆机构的运动与汽油机完全相同。 主要差别在于所采用的燃料、混合 气的形成方式和着火方式的不同。 柴油机在进气行程中吸入气缸的是 空气而不是可燃混合气。 图1-3 四冲程柴油机工作循环示意图 柴油机靠压缩自燃，为了创造柴油 自燃的有利条件，柴油机的压缩比设计 得较高，一般为1823。 1.3 1.3 二冲程发动机的工作原理二冲程发动机的工作原理 1.3.1 二冲程汽油机工作原理 图1-4 二冲程汽油机工作循环示意图 1进气孔 2排气孔 3换气孔 1第一行程 活塞由曲轴带动从下止点向上止点移动， 当活塞上行至关闭换气孔和排气孔时（见图1- 4（a），已进入气缸的新鲜混合气

7、被压缩， 活塞继续上移至上止点时，压缩结束；与此同 时，活塞上行时，其下方曲轴箱内形成一定真 空度，当活塞上行到一定位置时，进气孔开启 （见图1-4（b），新鲜的混合气被吸入曲轴 箱。 2第二行程 活塞接近上止点时，火花塞产生电 火花，点燃被压缩的混合气，燃烧形成 的高温、高压气体推动活塞下行做功（ 见图1-4（c），当活塞下行到关闭进 气孔后，曲轴箱内的混合气被预压缩， 活塞继续下行至排气孔开启时（见图1-4 （d），燃烧后的废气靠自身压力经排 气孔排出。 紧接着，换气孔开启，曲轴箱内经 预压缩的混合气进入气缸，并排除气缸 内残余废气。 这一过程称换气过程，它将一直延 续到下一行程活塞再上行

8、关闭换气孔和 排气孔时为止。 1.3.2 二冲程柴油机的工作原理 图1-5所示为带有换气泵的二冲程柴油 机的基本结构。 换气泵的作用是将新鲜空气压力提高到 0.120.14MPa后，经气缸外部的空气室和 气缸壁上的一圈进气孔进入气缸内，废气则 由气缸盖上的排气门排出。 图1-5 二冲程柴油机工作循环示意图 1.4 1.4 发动机的总体构造发动机的总体构造 1.4.1 机体与曲柄连杆机构 机体是发动机安装各零部件的基础。 曲柄连杆机构是往复活塞式发动机将 热能转换为机械能的主要机构，其功用是 将燃气作用在活塞顶上的压力转变为曲轴 旋转运动而对外输出动力。 机体与曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆 组

9、和曲轴飞轮组三部分组成（见图1-7）。 机体组包括气缸盖、气缸垫、气缸体、油 底壳等零部件。 活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销、 连杆等零部件。 曲轴飞轮组包括曲轴、飞轮、带轮、正时 齿轮等零部件。 图1-6 发动机的基本结构 图1-7 机体与曲柄连杆机构 1.4.2 配 气 机 构 配气机构的功用是按照发动机各缸 的工作循环和做功次序，定时地将各个 气缸的进、排气门开启和关闭，以便使 新鲜的可燃性混合气（汽油机）或空气 （柴油机）及时进入气缸，并将各气缸 中燃烧后的废气及时排出。 配气机构由气门组和气门传动组两部分 组成，如图1-8所示。 气门组包括气门（进气门、排气门）、 气门弹簧、气门

10、座、气门导管等零部件。 气门传动组包括凸轮轴、正时带轮（或 齿轮、链轮）、正时带（或正时链条）、气 门挺柱等零部件。 图1-8 配气机构 1.4.3 燃 油 系 统 燃油系统的功用是根据发动机各种 工况的不同要求，将一定数量的燃油送 入发动机进气管或气缸中，以形成适当 浓度的可燃混合气。 化油器式燃油系统主要部件有汽油泵、化 油器、燃油滤清器等（见图1-9）。 汽油泵把油箱中的燃油泵入到化油器中， 化油器安装在进气管的节气门体上，利用发动 机进气气流在流经化油器时产生的真空吸力， 将燃油吸入到进气歧管中，与空气混合，形成 可燃混合气，进入气缸燃烧。 图1-9 化油器式燃油系统 电控燃油系统的主

11、要部件有电动汽油泵、 喷油器、燃油滤清器等（见图1-10）。 电动汽油泵把油箱中的燃油泵入到燃油管 中，并产生一定的油压。 喷油器在发动机计算机的控制下喷油，将 适量的燃油喷入到进气歧管内，与空气混合形 成可燃性的混合气，进入气缸燃烧。 图1-10 电控燃油系统 1.4.4 汽油机点火系统 汽油机是点燃式发动机，点火系统的 功用就是在适当的时刻让气缸内火花塞产 生电火花，以点燃缸内的可燃混合气。 点火系统主要由蓄电池、点火开关、 点火线圈、分电器、火花塞、点火器、高 压导线等零部件组成（见图1-11）。 图1-11 点火系统 1.4.5 冷 却 系 统 冷却系统的功用是利用冷却液冷却 高温零件

12、，并通过散热器将热量散发到 大气中去，从而保证发动机在正常的温 度状态下工作。 冷却系统的主要由水泵、节温器、 散热器、冷却风扇和相关的冷却软管等 组成（见图1-12）。 图1-12 冷却系统 1.4.6 润 滑 系 统 润滑系统的功用是将润滑油送至发 动机的各个摩擦零件的摩擦表面上，以 减小摩擦力，减缓机件磨损，并清洗、 冷却摩擦表面，从而延长发动机使用寿 命。 润滑系统主要由集滤器、机油泵、 机油滤清器和相关的油道等组成（见图1 -13）。 图1-13 润滑系统 1.4.7 起 动 系 统 起动系统的功用就是在发动机起动时， 给发动机提供一个使之转动的外力。 起动系统主要由起动开关、起动机、蓄 电池、起动继电器等组成（见图1-14）。 驾驶员在起动发动机时，转动起动开关 使起动机运转，起动机通过飞轮带动发动机 曲轴转动，使发动机顺利地起动。 图1-14 起动系统 思思 考考 题题 1发动机有哪些类型？各有何特点？ 2什么是发动机的工作循环？ 3发动机有哪些常用基本术语？其定义是什 么？ 4汽油机和柴油机所用的压缩比有何不同， 为什么？ 5叙述四冲程汽油机的基本工作原理。 6四冲程的柴油机和汽油机相比较，各有 哪些优缺点？ 7柴油机和汽油机在总体构造、可燃混合 气的形成方式和着火方式上有何不同？ 8发动机主要由哪些机构和系统组成？各 有什么功用？