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1、第一篇：汽车发动机第一章:汽车发动机的工作原理及总体构造第一节 发动机的分类 一、分类车用内燃机(internal combustion engine)，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。前 者又可按活塞运动方式分为往复活塞式 内燃机（reciprocating engine）和旋 转活塞式内燃机两种。 外燃机则包括蒸气机、汽轮机和热气 机。1、按照所用燃料分类 内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽 油机(gasoline engine)和柴油机 (diesel engine) 以及气体燃料发动机.2、按照行程(stroke)分类 内燃机按照完成
2、一个工作循环(operating cycle)所需的行程数可分为四行程内燃 机(four - stroke cycle engine)和二行 程内燃机(two - stroke cycle engine) 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 - cooled engine)和风 冷发动机(air - cooled engine) 。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(single - cylinder engine)和多缸 发动机(multi - cylinder engine ) 。 5、按照气
3、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 。6、按照进气系统是否采用增 压方式分类 内燃机按照进气系统是否采用增压方 式可以分为自然吸气(非增压)式发动机 naturary aspirated engine(non - supercharged engine)和强制进气( 增压式)发动机(supercharged engine ) 二、发动机基本术语n活塞在气缸里作往复直线运动时，当活 塞向上运动到最高位置，即活塞顶部距 离曲轴旋转中心最远的极限位置，称为 上止点TDC(Top Dead Center)。n活塞在气缸里作往复直线运动时，当活 塞向下运动到最低位置，即活
4、塞顶部距 离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为 下止点BDC(Bottom Dead Center)。n活塞行程s ：活塞从一个止点到另一个止 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s表示，对应一 个活塞行程，曲轴旋转180。n曲柄半径R：曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离， 一般用R表示。通常活塞行程为曲柄半径的两倍，即S =2R 。n气缸工作容积Vh ：活塞从一个止点运动到另一个止点 所扫过的容积，一般用Vh表示。n燃烧室容积Vc：活塞在上止点时，活塞上方的容积。n气缸总容积Va ：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Va表示，显而易 见，气
5、缸总容积就是气缸工作容积和燃烧室容积之和 ，即VaVcVhn压缩比(compression ratio)：是发动机中一个非常 重要的概念，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称为压缩比。一般用表示。 通常汽油机的压缩比为610，柴油机的压缩比较高 ，一般为1622。n每一个工作循环包括进气、压缩、作功和排气过程， 即完成进气、压缩、作功和排气四个过程叫一个工作 循环。 第二节 四行程发动机工作原理 一、四行程汽油机的工作原理四行程汽油机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。汽油机(gaso
6、line engine) 1、 进气行程(intake stroke) 由于曲轴的旋转，活塞从上止点(top dead center) 向下止点(bottom dead center)运动，这时排气门 关闭，进气门打开。进气过程开始时，活塞位于上止 点，气缸内残存有上一循环未排净的废气，因此，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，空气经空气滤清器并与化油器供给 的汽油混合成可燃混合气，通过进气门被吸入气缸， 直至活塞向下运动到下止点。在进气过程中，受空气 滤清器、化油器、进气管道、进气门等阻力影响，进 气终了时，气缸
7、内气体压力略低于大气压，约为0.08 0.09MPa，同时受到残余废气和高温机件加热的影 响，温度达到320380K。实际汽油机的进气门是在 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。 进气行程(intake stroke) 排气门关闭进气门开启活塞温度320380 K， 压力8090 kPa大气压力线PVr a示功图上止点下止点示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气 体压力的变化情况。2、压缩行程(compression stroke) 曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动 ，这时进气门和排气门都关闭，气缸内成为封闭 容积，可燃混合气受到压缩，压力和温度不
8、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0.81.5MPa，温度可达600 750K。 压缩比越大，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 是由于气体压力和温度过高，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 数倍的速度向外传播，造成尖锐的敲缸声。会使 发动机过热，功率下降，汽油消耗量增加以及机 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，汽油机的压缩比一般为710 。 压缩行程(compression stroke) 进气
9、门关闭排气门关闭活塞压缩比： =Va/VcPVr a示功图大气压力线c上止点下止点温度600750K， 压力8001500 kPa3、 作功行程(power stroke) 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 . 06 . 5MPa，最 高温度可达22002800K，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
10、用于对外作功。随着活塞向 下运动，气缸内容积增加，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0.350.5MPa，气体温度降低到 12001500K。 作功冲程(power stroke)进气门关闭排气门关闭活塞PVr a示功图大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度 22002800 K， 压 力3.56.5MPa作功终了：温度 12001500 K， 压 力350500 kPa 4、排气行程(exhaust stroke) 可燃混合气在气缸内燃烧后生成的废气必须从气缸 中排出去以便进行下一个进气行程。当作功接近终了 时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的
11、压力先 进行自由排气，活塞到达下止点再向上止点运动时， 继续把废气强制排出到大气中去，活塞越过上止点后 ，排气门关闭，排气行程结束。实际汽油机的排气行 程也是排气门提前打开，延迟关闭，以便排出更多的 废气。由于燃烧室容积的存在，不可能将废气全部排 出气缸。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0.1050.12MPa，温度约为 9001100K。 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。 排气行程(exha
12、ust stroke) 进气门关闭 排气门打开活塞PVr示功图大气压力线cZb上止点下止点温度9001100 K 压 力10512 kPa残余废气二、四行程柴油机的工作原理四行程柴油机和四行程汽油机的工作过程相 同，每一个工作循环同样包括进气、压缩、作 功和排气四个行程，但由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，不易蒸发，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度压力 的变化都和汽油机不同，下面主要分析一下柴 油机和汽油机在工作过程中的不同点。四行程 柴油机在进气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，在进气通道 中没有化油
13、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0.0850.095MPa ，气体温度约为310340K。 喷油器喷油泵吸气行程压缩行程作功行程排气行程进气门 排气门纯空气温度310340K压 力850950 kPa温度7501000K 压力35 MPa瞬时：温度 18002200K 压力69MPa温度700900K压 力105120 kPa终了：温度 10001200K压力 200500 kPa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
14、汽油机的压缩比大很多(一般 为1622)，压缩终了时气体温度和压 力都比汽油机高，大大超过了柴油机的 自燃温度。压缩终了时，气体压力约为 35MPa，气体温度约为7501000K ，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。 柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩 比高，热效率高，燃油消耗率低，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，克服缺点，提高速度 ，有望得到更广泛地应用。 柴油喷入气缸后，在很短的时间内与空气混 合
15、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69MPa，最高温度也可 高达18002200K。作功终了时，气体压力 约为0.20.5MPa，气体温度约为1000 1200K。 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，排气终了时，气 缸内气体压力约为0.1050.120MPa，气体 温度约为700900K。 第三节 二行程发动机的工作原理 一、二行程汽油机工作原理 二行程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、燃烧膨胀、 排气过程组成，但它是
16、在曲轴旋转一圈(360)，活塞上下往 复运动的两个行程内完成的。因此，二行程发动机（two- stroke-engine）与四行程发动机工作原理不同，结构也不一 样 。 例如曲轴箱换气式二行程汽油机，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或关闭进行进气、换气和 排气的。工作原理如下：图a 表示活塞向上运动，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 b），活塞接近上止点 时（图c），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d）。1、进气孔 2、排气孔 3、扫气孔1、进气孔 2、排气孔 3、扫气孔曲轴箱第一行程：活塞从下止点向上止点运动， 事先已充满活塞上方气缸内的混合气被
