发动机的基本知识

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1、第一章 发动机的基本知识1、发动机的定义及分类 2、发动机的工作原理 3、发动机的总体构造 4、发动机的主要性能指标与特性 5、发动机的编号规则汽车的动力源是发动机，发动机是把 某一种形式的能量转变成机械能的机 器。 现代汽车所使用的发动机多为内燃机 ，内燃机是把燃料燃烧的化学能转变 成热能，然后又把热能转变成机械能 的机器，并且这种能量转换过程是在 发动机气缸内部进行的。 汽车上使用的内燃机主要有汽油机和 柴油机。发动机的分类 内燃机的分类方法很多，按照不同的分 类方法可以把内燃机分成不同的类型， 下面让我们来看看内燃机是怎样分类的 。(1) 按照所用燃料分类 内燃机按照所使用燃 料的不同可

2、以分为汽 油机和柴油机使用汽 油为燃料的内燃机称 为汽油机；使用柴油 机为燃料的内燃机称 为柴油机。汽油机与 柴油机比较各有特点 ；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 排放性能都比汽油机 好。(2) 按照行程分类内燃机按照完成一个工作循 环所需的行程数可分为四行 程内燃机和二行程内燃机。 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； 而把曲轴转一圈(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

3、机。(3) 按照冷却方式分类内燃机按照冷却方式不同可 以分为水冷发动机和风冷发 动机。水冷发动机是利用在 气缸体和气缸盖冷却水套中 进行循环的冷却液作为冷却 介质进行冷却的；而风冷发 动机是利用流动于气缸体与 气缸盖外表面散热片之间的 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。(4) 按照气缸数目分类内燃机按照气缸数目不 同可以分为单缸发动机 和多缸发动机。仅有一 个气缸的发动机称为单 缸发动机；有两个以上 气缸的发动机称为多缸 发动机。如双缸、三缸 、四缸、五缸、六缸、 八缸、十二缸等都是多 缸发动机。现代车用发 动机多采用四

4、缸、六缸 、八缸发动机。(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。单列式发动机的各 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，若两列之间的 夹角=180称为对置式发 动机。(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 机和强制进气(增压 式)发动机。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。发动机结构基本术语 上止点 下止点 活

5、塞行程S 曲柄半径R 气缸工作容积Vh 燃烧室容积Vc 气缸总容积Va 发动机排量 压缩比 工作循环（1） 上止点 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 。（2） 下止点活塞在气缸里作往 复直线运动时，当 活塞向下运动到最 低位置，即活塞顶 部距离曲轴旋转中 心最近的极限位置 ，称为下止点。（3） 活塞行程 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。（4） 曲柄半径 曲轴旋转中心 到曲柄销中心 之间的距离称 为曲

6、柄半径， 一般用R表示 。通常活塞行 程为曲柄半径 的两倍，即 S=2R（5） 气缸工作容积 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气缸直径，单 位cm； S活塞行程，单 位cm；（6） 燃烧室容积 活塞位于上止 点时，其顶部 与气缸盖之间 的容积称为燃 烧室容积。一 般用Vc表示。（7） 气缸总容积 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 缸总容积就是气 缸工作容积和燃 烧室容积之和， 即VaVcVh。（8） 发动机排量 多缸发动机各气缸工作容积的总和，称 为发动机排量。一般

7、用VL表示： VL Vhi 式中：Vh气缸工作容积； i 气缸数目（9） 压缩比 压缩比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。 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610，柴油机的压缩比较高， 一般为1622。 （10）工作循环 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。四行程汽油机的工作原理 进气行程 压缩行程 做功行程 排气行程 示功图行程演示（1）进气行程

8、活塞：从上止点移动到下止点 气门：进气门打开，排气门关闭 曲轴：旋转从 0A180A 进气终了压力：pde0.0750.09 Mpa 进气终了温度：Tde370400 K（2）压缩行程活塞：从下止点移动到上止点 气门：进气门关闭，排气门关闭 曲轴：旋转从180A360A 压缩终了压力：pco0.82.0 Mpa 压缩终了温度：Tco600700 K（3）做功行程活塞：从上止点移动到下止点 气门：进气门关闭，排气门关闭 曲轴：旋转从360A540A 最高压力：pmax3.06.5 Mpa 最高温度：Tmax22002800 K 膨胀终了压力：pex0.30.6 Mpa 膨胀终了温度：Tex120

9、01500K（4）排气行程活塞：从下止点移动到上止点 气门：进气门关闭，排气门开启 曲轴：旋转从540A720A排气终了气体压力（残余废气压力）：pr0.1050.115 Mpa排气终了气体温度（残余废气温度）：Tr9001100 K(1) 进气行程(1) 进气行程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

10、机在工作过程中的不同点。1、进气冲程与汽油机主要区别：进入气缸的是纯空气 。 进气终了压力：pde0.080.09Mpa 进气终了温度：Tde340380K2、压缩冲程 与汽油机的主要区别： 压缩比高于汽油机；在压缩过程快要结束 的时候，喷油器向气缸内喷入柴油。当 油与空气混合后在高压下达到其自燃点 就开始着火燃烧。 压缩终了压力：pco3.05.0 Mpa 压缩终了温度：Tco7501000K3、做功冲程柴油机由于是边喷油、边混合、边燃烧， 所以，所以最开始虽然活塞有所下行， 但气缸内的压力基本不变。 最高压力：pmax4.59Mpa 最高温度：Tmax18002500K 膨胀终了压力：pe

11、x0.20.5Mpa 膨胀终了温度：Tex10001200K四冲程汽油机、柴油机缸内压力、温度比较 （p：Mpa ；T：K） 汽油机柴油机进气pde0.0750.090.080.09Tde370400340380压 缩pco0.61.23.05.0Tco6007007501000做 功pmax3.06.54.59Tmax2200280018002500pex0.30.60.20.5Tex1200150010001200排 气pr0.1050.1150.1050.12Tr9001100700900四冲程汽油机、柴油机特点比较 1、由于柴油机压缩比较高，燃料燃烧非常完全 ，所以柴油机的有效热效率好

12、，经济性好。汽油机：be=270325 g/(kw.h)柴油机: be=214285 g/(kw.h) 2、柴油机无点火系，所以故障少些，易保养。 但柴油机有高精度零件如喷油泵、喷油器等， 其成本较高，并且加工较难。 3、柴油机最高爆发压力高，所以对发动机的零 部件强度要求高，这样导致柴油机笨重。4、柴油机转速低于汽油机 原因：1）由于柴油机的压缩比高，所以其 受到的机械负荷较大，故其零部件的质 量需较大，导致运动时惯性力较大。2）汽油机可燃混合气的混合时间和 质量优于柴油机。 5、柴油机运转噪音高，但有害气体的排 放优于汽油机，而微粒排放较高。 6、柴油机启动困难，汽油机易启动。4、排气冲程

13、 排气终了气体压力：pr0.1050.12Mpa 排气终了气体温度：Tr700900K二行程汽油机的工作原理行程演示二行程柴油机的工作原理多缸发动机的工作原理 前面介绍的是单缸发动机的工作过程，而现代汽车发 动机都是多缸四行程发动机，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，发动机的每一个气缸和单缸机的工作 过程是完全一样的，都要经过进气、压缩、作功和排 气四个行程。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，即曲轴转两圈，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。为了使运转平稳，单缸机一般都装有一个 大飞轮。

14、而多缸发动机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。缸数越多，作功间隔角越小，同时参与 作功的气缸越多，发动机运转越平稳。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。发动机的总体构造 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、润滑系、冷却系、点火系和起动系 组成；柴油机由两大机构和四大系统组 成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃 料供给系、润滑系、冷却系和起动系组 成，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

15、连杆组和曲 轴飞轮组等组成。在作功 行程中，活塞承受燃气压 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 出动力。而在进气、压缩 和排气行程中，飞轮释放 能量又把曲轴的旋转运动 转化成活塞的直线运动。(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 。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。(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 ；柴油机燃料供给系的 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。(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