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1、 第一章 发动机的工作原理和总体构造 一、热力发动机即是将燃料的热能转变为机械能的一种动力装置。 第一节 发动机的分类 (2) 外燃机： 燃料在机器外部的锅炉内燃烧，将锅内 的水加热，使之变为高温高压的水蒸气， 然后送至机器内部，使所含热能转变为 机械能。 内燃机的优点：热效率高、体积小、重量轻、广泛应用 。但由于使用的是石油燃料，因而污染较大。城市的大气 污染相当部分来至内燃机所排出的废气。 热力发动机 (1) 内燃机：可燃混合气在机器内部燃烧而产生 热能，然后再转为机械能。 3)按每一工作循环的冲程数分： 1)按所用燃料分： 气体燃料发动机 液体燃料发动机 1、内燃机： 1) 活塞式内燃机
2、（本书的主要介绍对象。） 2) 燃气轮机：旋转式的内燃机。 一个工作循环：在气缸中完成一次热功转换所进行的一系列连续过程。 活塞式内燃机分类： 四冲程发动机：活塞往复四个单程完成一 个工作循环。 二冲程发动机：活塞往复二个单程完成一 个工作循环。 汽油机 柴油机 液化石油发动机 天然气发动机 2)按点火方式分： 点燃式发动机（汽油机） 压燃式发动机（柴油机） 单缸（立式、卧式）发动机 多缸（直列、型、型或对置式）发动机 4)按气缸数及排列方式分： 型或对置式 多缸（直列、型、型或对置式）发动机 5)按冷却方式分： 水冷式发动机 风冷式发动机 6) 按是否装增压装置分： 增压发动机 非增压发动机
3、（自然吸气发动机 ） 7)按每缸气门数分： 二气门发动机 多气门发动机 第二节 四冲程发动机工作原理 1、上止点：活塞顶部离曲轴中心最远处。 2、下止点：活塞顶部离曲轴中心最近处。 3、活塞冲程：上、下止点间的距离S。 （发动机基本术语） 活塞由上止点到下止点所扫过的气缸容积Vh。 Vh=（D / 4 103） S (L) ( D：气缸直径，cm. S：活塞冲程，cm.) 4、气缸排量（气缸工作容积）： 5、发动机排量：VL=Vh (-气缸数) 6、燃烧室容积：当活塞在上止点时, 活塞上方与缸盖围成的容积Vc。 7、气缸总容积： Va=Vc+Vh 8、压缩比： 发动机工作示意图 汽油机：汽油粘
4、度小，蒸发性好，在气缸外部形成 混合气，自燃温度高于 380C，外火源点燃。 汽油机又称点燃式发动机。 二、可燃混合气的形成及发火方式： 柴油机又称压燃式发动机。 柴油机：柴油粘度大，蒸发性差，在气缸内部形成 混合气，自燃度为250C左右， 压缩自燃。 汽油机（化油器式）燃料供给演示 汽油机（电喷式）燃料供给演示 柴油机燃料供给演示 喷射干脆利落 无后滴现象 雾化均匀 柱塞式喷油泵、喷油器工作演示 汽油发动机结构简图 1、进气行程： V，P 气缸内产生真空度 柴油机：新鲜空气被吸入气缸 汽油机：汽油与空气的混合气吸入气缸 三、四冲程（汽油机，柴油机）的工作原理 进开 排关 活塞由上 下 进进气
5、门门开启排气门门关闭闭 活塞被曲轴带动由上止点向下止点移动，此时进气门开启，排气门关闭。 2、压缩行程： V P，T 进关 排关 活塞由下 上 “汽” 压缩接近终了，可燃混合气体由火花塞 电极发出的电火花点燃。 “柴” 压缩接近终了，由喷油器把经喷油泵加 压的雾状柴油喷入气缸，使之与压缩后的高 温空气混合，达自然温度自行发燃烧。 进、排气门门关闭闭 为使混合气体能迅速燃烧，产生较大的压力，使发动机发出较大的功 率，必须在燃烧前对可燃混合气进行压缩，使之V，T。 越大，压缩终了的P、T 越高，燃烧快，膨胀作功 充分。发动机的动力性、 经济性好。但过高，对 汽油机来说，会引起T过 高而造成不正常燃
6、烧即： 爆燃或表面点火。 压缩比: =Va/ Vc= 1+Vh/ Vc 是发动机重要的结构参数 。 成 因 产生的高压会使发动机 机件负荷增加，寿命降 低。功率下降，燃油消 耗量增加。 伴有强烈的较沉闷敲 击声。 表面 点火 引起发动机过热，功率 下降，燃油消耗量增加 等一系列不良后果。严 重爆燃时甚至造成气门 烧毁、轴瓦破裂，火花 塞绝缘体击穿等。 爆燃时火焰以1500 2000m/s的速度向外传 播，P、T极剧增加， 形成压力波，撞击燃 烧室壁，发出尖锐的 敲缸声。 爆燃 后 果现 象名称 由于过大 P、T 过高，在电火花之 前可燃混合气就被 燃烧室炽热的表面 点燃的另一种不正 常燃烧。
7、由于过大 P、T 过高，远离火焰中 心的可燃混合气在 火焰尚未到达就自 行发火燃烧的一种 不正常燃烧。 1) 现代汽油机的压缩比一般为= 69（个别轿车可达911）。 2) 柴油机靠压缩自燃，所以压缩比设计等较高=1622。具有较好的 经济性。但高的压缩比带来高的压缩压力、燃烧压力，使柴油机各部 件要承受高的机械负荷，因而需要增加强度及刚度。故柴油机的尺寸、 重量指标不如汽油机。 * 进关 排关 高温高压气体推动活塞由上 下 3、作功行程：压缩终了，气缸容积很小， 迅速燃烧的混合气使缸内P、T 急剧升高。 进关 排开 活塞由下 上 废气经排气门排出气缸 进、排气门门关闭闭 进气门门关闭闭 排气
8、门门开启 4、排气行程：可燃混合气燃烧后变成废气，为了进行下一循环， 必须把废气排出气缸。 热能 机械能 旋转作功 曲轴强制 四冲程发动机经过进气、压缩、作功、排气四个冲程完成 一个工作循环。此期间，活塞在上、下止点间往复移动了 四个行程，曲轴旋转了两周(720)。 * 无点火系有点火系 高温气体加热柴油燃烧电火花点燃混合气 吸进气缸的是纯空气 汽油与空气在缸外混合， 吸进气缸的是可燃混合气 柴油机 汽油机 四冲程汽油机与四冲程的柴油机不同点 曲线包围的面积即为发动机的指示功。 5、示功图：表示发动机在工作过程中，其P、V的变化情况 ， V P P0 VcVa 排气终了P： “汽” 1.05-
9、1.25 “柴” 1.05-1.25 （个大气压 ） “柴” 0.800.95 进气终了P： “汽” 0.750.90 a b 压缩终了 P： “汽” 612 “柴” 3545 c 燃烧时的最高P： “汽” 3050 “柴” 60-90 d 作功终了P： “汽” 3-5 “柴” 2-4 e 汽油机：（优点）较小，体积小，重量轻，转速较高，动力性好。 制造维修成本低，噪声小，起动容易。主要用于轿车、微型 车（客车、货车）、军用越野车。 四：四冲程汽油机和柴油机的优缺点比较 多缸：与单缸相反。发火间隔角 =720 / i （ i 缸数）。 同排量的单缸与多缸发动机优缺点比较： （缺点）燃料经济差，
10、排污大（HC、N0x、CO） 柴油机：（优点） 较大，燃料燃烧完全，经济性好。 （缺点）由于较大 P、T较高，所以体积大、重量大，转速 较低，制造维修成本高（喷油泵、喷油器加工精度要求高）。 常用于中、重型货车。（对经济性要求高，动力性要求较低） 单缸：结构简单、重量轻。运转不平稳、冲击振动大。 现代汽车上一般不用单缸机，用得最多的是四缸、六缸、八缸。 1、结构：无进排气门及配气机构， 由三孔控制进、排气，活塞为凸顶 。 一：二冲程汽油机的工作原理： 第三节 二冲程发动机工作原理 二冲程发动机的一个工作循环也包括进气、压缩、燃烧作功、排气四个行程。 只不过这些行程的完成仅需活塞在两个行程内，即
11、曲轴旋转一周完成。 扫气孔进气孔 排气孔 2、工作原理： (2)高温高压气体推动 活塞下行， 孔1逐渐关闭；曲轴箱内气体被预压 ，接近下止点 （孔2开启，废气排出 ，接着孔3 开启，新鲜混合气自孔3 流入气缸，并驱除废气。）（d ) (1)活塞上行（三孔均闭），压缩上一循环吸入 气缸的可燃混合气，活塞上方 曲轴箱V ，P产生真空度；上行2/3行程（孔1开启），可 燃混合气吸入曲轴箱接近上止点，由火花塞发火 点燃。（a、b、c) V,P 二冲程汽油机的工作原理 气 * 活塞上行：压缩，进气。 下行：作功，换气。 二冲程汽油机工作过程演示 二、二冲程柴油机的工作原理： 1、结构： 有一排气门，有一
12、进气孔，活塞顶部为凹顶。 进孔开 排门开 2、工作过程： 上行1/3行程（进孔关，排门关） 1) 活塞由下 上（空气进入，废气排出） 上行接近上止点，由喷油器喷入高压雾状柴 油与高压空气迅速混合，发火自燃。 2) 高温高压气体推动活塞下行至 2/3行程。（排气门开，废气排出 ，接着，进气孔开， 进行换气。 ） * 活塞上行：换气，压缩 。 活塞下行：作功，换气。 扫气泵 排气门 进气孔 二冲程柴油机工作过程演示 二冲程发动机与四冲程发动机比较，其主要优点、缺点如下： 优点：1）曲轴每转一周就有一个作功行程，因此，当二冲程发动机的工 作容积和转速与四冲程发动机相同时，在理论上它的功率应等于 四冲
13、程发动机的两倍。 2）由于发生作功过程的频率较高，故二冲程发动机的运转比较平稳。 3）由于没有专门的换气机构，所以其结构较简单，质量也比较小。 4）由于附属机构少，所以受磨损和经常需要修理的运动部件数量也 比较少。 缺点：1）不易将气缸内的废气排除干净，而且在换气时减少了有效工作行 程。因此，在同样的工作容积和曲轴转速下，二冲程发动机的功率 并不等于四冲程发动机的两倍，只等于1.51.6倍。 2）在换气时有一部分新鲜可燃混合气随废气排出，因此，二冲程 发动机不如四冲程发动机经济。 点火系：（汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞电极 间产生电火花以点燃混合气。 冷却系：降低气缸及
14、高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温度。 润滑系：减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。 起动系：用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件。 第四节 发动机的总体构造 两大机构： 曲柄连杆机构：进行热功转换。 配气机构：控制进、排气门的开启时刻及延续时间。 燃料供给系： 汽油机：由化油器向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。 柴油机：由喷油泵提供雾状柴油，通过喷油器喷入气缸。 五大系统（包括）： 配气机构 曲柄连连杆机构 连杆飞轮曲轴活塞 进气门排气门推杆挺柱凸轮轴 气缸体 1)曲柄连连杆机构：进行热功转换。 2)配气机构：控制进、排气门的开启时刻及延续时间。 3)燃料供给系： 汽油机：
15、由化油器向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。 柴油机：由喷油泵提供雾状柴油，通过喷油器喷入气缸。 柴油机汽油机 4)点火系:（汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞电极 间产生电火花以点燃混合气。 5)冷却系：降低气缸及高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温度。 6)润滑系：减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。 7)起动系：用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件。 第三节 发动机的主要性能指标与特性 发动机的主要性能指标包括： 动力性指标：有效扭矩Te 、有效功率Pe 、转速 n 经济性指标：be 运转性指标：排气品质、噪声、起动性。 一、动力性指标： 1、有效扭矩Te：发动机对外输出的扭矩。可在实验台架上测出。 2、有效功率Pe：发动机对外输出的功率。 Pe=（Te n）/ 9550 ( kw ) ； Te (Nm)、n (r/min)可测定 二、经济性指标： 1、 燃油消耗率be：发动机每发出1KW有效功率，在1h内所消耗的燃油量。 be= x1000 (g / kwh )
