发动机的工作原理和总体构造1

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1、第一章 发动机的工作原理和总体构造第一章 发动机的工作原理和总体构造 第一节 第一节 发动机的分类发动机的分类 1、按燃料分类、按燃料分类 根据所用燃料种类的不同，分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机三类。以汽油或柴 油为燃料的活塞式内燃机分别称作汽油机或柴油机。使用天然气、液化石油气和其他。气 体燃料的活塞式内燃机称作气体燃料发动机。 汽油和柴油都是石油制品， 是汽车发动机的 传统燃料。非石油燃料称作代用燃料。燃用代用燃料的发动机称作代用燃料发动机，如乙 醇发动机、氢气发动机、甲醇发动机等。 图 11 汽油机 图 12 柴油机 2、按实现循环的行程数分类、按实现循环的行程数分类 按在一个工作循

2、环期间活塞往复运动的形程数，分为四冲程和二冲程发动机。 图 13 四冲程发动机 图 14 二冲程发动机 3、按冷却方式分类、按冷却方式分类 按冷却方式分为水冷和风冷发动机两种。 以水或冷却液为冷却介质的称为水冷式内燃 机，而以空气为冷却介质的则称为风冷式内燃机。图 15 水冷发动机 图 16 风冷发动机 4、按点火方式分类、按点火方式分类 按照点火方式不同发动机可以分为压燃式发动机和点燃式发动机。 压燃式发动机是利 用气缸内空气被压缩后产生的高温，使燃油自燃。如柴油机。点燃式发动机则利用火花塞 发出的电火花强制点燃燃料，使燃料强行着火燃烧。如汽油机、煤气机。 5、按可燃混合气形成的方式分类、按

3、可燃混合气形成的方式分类 按可燃混合气形成的方式可以分为：外部和内部形成混合气内燃机两种。 外部形成混合气的内燃机： 燃料和空气在外先混合然后进入气缸。 如使用化油器的汽 油机。 内部形成混合气的内燃机： 燃料在临近压缩终了时才喷入气缸， 在气缸内与空气混合。 如柴油机。 6、按进气方式分类、按进气方式分类 按照进气方式可以分为自然吸气式发动机和增压式发动机。 自然吸气式发动机：空气靠活塞的抽吸作用进入气缸内。如汽油机。 增压式发动机：为增大功率，在发动机上装有增压器，使进入气缸的气体预先经过压 气机压缩后再进入气缸。如增压柴油机。 图 17 自然吸气式发动机 图 18 增压式发动机 7、按气

4、缸数目分类、按气缸数目分类 按照气缸数目可以分为单缸发动机和多缸发动机。8、按气缸排列形式分类、按气缸排列形式分类 按照气缸排列形式一般可以分为：直列式发动机、V 型发动机和对置式发动机。 图 19 直列、V 型、对置式发动机 9、按气门数目分类、按气门数目分类 按照进、排气门的数目可以分为二气门发动机和多气门发动机（四气门、五气门等） 。 第二节 第二节 发动机的总体构造发动机的总体构造 发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器。 发动机的类型各不相同， 但其基本 构造相似。通常，汽油机由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、点火系、润滑系、冷却系和起动系组成，

5、柴油机是压燃的，不需要点火系。 1、 曲柄连杆机构 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。 图 110 曲柄连杆机构 2、 配气机构 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，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。图 111 配气机构 3、 燃料供给系 汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求， 配制出一定数量和浓度的混合气， 供 入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去； 图112 化油器式汽油机燃料供给系统 图113 汽油喷射式汽油机燃料供给系统 柴油

6、机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸， 在燃烧室内形成混合气并燃 烧，最后将燃烧后的废气排出。 图 114 柴油机燃油供给系统 4、 润滑系 润滑系的功用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。5、 冷却系 冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去， 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套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。 6、 点火系 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

7、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。 图 115 点火系统 7、 起动系 要使发动机由静止状态过渡到工作状态， 必须先用外力转动发动机的曲轴， 使活塞作 往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。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。 第三节发动机基本原理第三节发动机基本原理 1、 基本术语 缸数：发动机的气缸数目，一般用i来表示。 上、下止点

8、：活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点(Top Dead Center，TDC)；活塞 顶离曲轴回转中心最近处为下止点(Bottom Dead Center， BDC)。 活塞从一个止点运动至另 一个止点的过程称为冲程(stroke)。 缸径：活塞直径，一般用D来表示。 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。 显然， 曲轴每回转 1 周，活塞移动 2 个活塞行程。对于汽缸中心线通过曲轴回转中心的内 燃机，有 S=2R。 气缸工作容积：上、下止点间所包容的汽缸容积称为汽缸工作容积(swept volume)，记作 Vs，单位为 L。 S D V S =

9、6 2 10 4 发动机排量：发动机所有汽缸工作容积的总和称为发动机排量(engine displacement)， 记作 L V ，单位为 L。 S L V i V = 燃烧室容积： 活塞位于上止点时， 活塞顶面以上汽缸盖底面以下所形成的空间称为燃 烧室，其容积称为燃烧室容积(clearance volume)，也叫压缩容积，记作 C V ，单位为 L。 气缸总容积：汽缸工作容积与燃烧室容积之和称为汽缸总容积，记作 a V ，单位为 L。 C S a V V V + = 压缩比：汽缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比(compression ratio)，记作 。 图 116 发动机基本术语

10、工况： 内燃机在某一时刻的运行状况简称工况， 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。 2、 四冲程汽油机工作原理 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。 c a V V = 图 117 四冲程汽油机工作循环 进气行程： 活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。 此时排气门关闭， 进气门开启。 在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内形成一定的真空度。空气和汽油的混合物 通过进气门

11、被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。 压缩行程：进气行程结束后，曲轴继续带动活塞由下止点移至上止点。这时，进、排 气门均关闭。随着活塞移动，气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压缩，其压力和温度 同时升高。 做功行程：压缩行程结束时，火花塞产生电火花，点燃可燃混合气，火焰迅速传遍整 个燃烧室，同时放出大量的热能。燃烧气体的体积急剧膨胀，压力和温度迅速升高。在气 体压力的作用下，活塞由上止点移至下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。 排气行程：排气行程开始，排气门开启，进气门仍然关闭，曲轴通过连杆带动活塞由 下止点移至上止点，此时膨胀过后的燃烧气体(或称废气)在其自身剩余压力和在活塞的推

12、 动下，经排气门排出气缸之外。当活塞到达上止点时，排气行程结束，排气门关闭。 3、 二冲程汽油机工作原理 二冲程汽油机每个工作循环由两个冲程组成：压缩换气冲程和做功换气冲程。 图 118 二冲程汽油机工作原理 第四节内燃机产品名称和型号编制规则第四节内燃机产品名称和型号编制规则 1、 内燃机产品命名：以燃料命名，例如汽油机、柴油机、煤气机、沼气机等。 2、 内燃机型号：由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。图 119 内燃机型号编制规则 例如： （1）汽油机 EQ6100Q：东风公司生产，直列 6 缸、四冲程、缸径 100mm，水冷， 车用汽油机。 （2）汽油机 CA492：一汽生产，直列 4 缸、

13、四冲程、缸径 92mm，水冷，车用汽油 机。 （3）柴油机 12V135ZQ：V 型、12 缸、四冲程、缸径 135mm，水冷，增压，车用柴 油机。 第五节 第五节 发动机主要性能指标与特性发动机主要性能指标与特性 一、发动机主要性能指标 1、动力性指标 发动机的动力性指标主要有发动机转速n、有效转矩 ) ( e e N T 和有效功率 ) ( w e K P 。 其中 9550 n T P e e = 2、经济性指标 衡量发动机经济性的指标是燃油消耗率（比油耗） e g （ h Kw g ） 。 3、强化指标 一般用升功率 ) ( L Kw P L 和比质量 ) ( Kw Kg m e 两个

14、参数来评价发动机的强化程度。4、环境指标 排放和噪声是评价发动机环境指标的两个方面。 发动机的排放物主要包括： HC、 CO、 NQx、PM 等。 二、发动机的特性曲线。 通过发动机性能曲线，可以明白相应发动机的转数、输出功率、油耗和扭矩之间的对 应关系。一般有速度特性曲线和负荷特性曲线两种。 速度特性曲线是发动机性能指标随转速的上升的变化关系。 图 120 EQ6100 汽油机速度特性 发动机负荷特性从 0 负荷逐渐增大， 可以做到全负荷， 一般来说全负荷对实际具有很 大的指导意义。 图 121 发动机外特性曲线 图中的红色曲线， 表示发动机在特定转速下的相应输出功率， 它基本呈直线延伸的状 态；蓝色曲线表示发动机在特定转速下的相应扭矩值。 发动机的输出功率和扭矩，在产品说明书中一般以 KW 和 Nm 来表示。最大功率是指发 动机所能够产生的最大动力输出，把它与转速结合起来表示。比如：68kW/6000rpm。功 率是指发动机工作的效率， 用其产生的扭矩乘以相应的转数而计算出来。 扭矩是表示发动 机所输出的旋转力量，它的表现方式与功率相同，用具体数字与转速一起表示。比如： Nm/3200rpm。扭矩影响着汽车起动、加速的性能以及牵引能力、爬坡性能和经济性。