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1、汽车发动机基本知识l忻城县职业技术学校 樊峭松 压缩比比定定义：压缩前气缸中气体的最大容前气缸中气体的最大容积与与压缩后的最小容后的最小容积之比称之比称为压缩比。用比。用表示。表示。=Va/VcVa/Vc 现代代发动机机压缩比一般比一般为6 69(9(轿车有的达有的达9 911)11)。上海桑塔。上海桑塔纳轿车汽油机汽油机压缩比比为8.2,8.2,用用9393号汽油（号汽油（92-9592-95号）号）。桑塔桑塔纳20002000为为9.59.5，用，用9595（95-10095-100号）号）曲柄连杆机构曲柄连杆机构 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曲柄连杆机构是发动机
2、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。在作功动零件。它由机体组、活塞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。线运动。 配气机构配气机构 配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定配气机构的功用是根据发动机的工作
3、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。门驱动组组成。 燃料供给系统燃料供给系统 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
4、到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空内排出到大气中去；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。烧后的废气排出。 润滑系统润滑系统 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。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、油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。冷却系统冷却系统 冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发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。温器等组成。 点火系统点火系统 在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入为此在汽油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
6、极间产生电火花的全部燃烧室内。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。器、点火线圈和火花塞等组成。 起动系统起动系统 要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转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
7、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。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。系。 有效扭矩有效扭矩 指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的扭矩，通常用指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的扭矩，通常用M Me表示，单表示，单位为位为Nm。有效扭矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给。有效扭矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的扭矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外曲轴产生的扭矩，并克服了摩擦，
8、驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净扭矩。输出的净扭矩。有效功率有效功率 指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用Pe表示，单表示，单位为位为kW。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效扭。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效扭矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用下面公式计算出有测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用下面公式计算出有效功率。效功率。 式中：式中：Te 有效扭矩，单位为有效扭矩，单位为Nm；
9、 n 曲轴转速，单位为曲轴转速，单位为r/min。 转速转速 指发动机曲轴每分钟的转数，单位为指发动机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。发动机产品铭牌上。发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。按照汽车发动机标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定汽车发动机应能在额定工况下连续运行可靠性试验方法的规定汽车发动机应能在额定工况下连续运行3001000小时。小时。燃油消耗率燃油消耗率 是指单位有效功的燃油消耗量，也就是发动机每发出是指单位有效功的燃油消耗量，也就是发动机每发出1kW有效有效功率在功率在1小时内所消耗的燃油质量小时内所消耗的
10、燃油质量(以以g为单位为单位)，燃油消耗率通常用，燃油消耗率通常用ge表示，其单位为表示，其单位为g/kWh，计算公式如下，计算公式如下式中：式中：GT 每小时的燃油消耗量，每小时的燃油消耗量，kg/h； Pe有效功率，有效功率，kW。 很明显，有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所很明显，有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃消耗的燃油越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率油消耗率ge是最小值。是最小值。 排放性能指标包括排放烟度、有害气体排放性能指标包括排放烟度、有害气体(CO，HC，NOx)排排放
11、量、噪声等。放量、噪声等。 如果把汽油发动机如果把汽油发动机CO排放量当作排放量当作1的话，则液化气发动机的的话，则液化气发动机的CO排放量为排放量为1/2，而柴油发动机的，而柴油发动机的CO排放量为排放量为1/100。可以看出，。可以看出，柴油发动机与其有发动机相比，其柴油发动机与其有发动机相比，其CO排出量要小得多。而且，柴排出量要小得多。而且，柴油发动机的油发动机的HC排出量也较少，但排出量也较少，但NOx排出量则和汽油机差不多，且排出量则和汽油机差不多，且会排出令人讨厌的黑烟。会排出令人讨厌的黑烟。速度特性速度特性 发动机的速度特性指发动机的性能指标发动机的速度特性指发动机的性能指标T
12、e，Pe，ge，随发动机，随发动机转速转速n变化的规律，用曲线表示，称为速度特性曲线。变化的规律，用曲线表示，称为速度特性曲线。 发动机的外特性：节气门全开时的速度特性；发动机的外特性：节气门全开时的速度特性； 部分特性：节气门不全开的任意位置所得到的速度特性。部分特性：节气门不全开的任意位置所得到的速度特性。发动机的外特性代表了发动机所具有的最高动力性能。发动机的外特性代表了发动机所具有的最高动力性能。一般轿车发动机的最大输出扭矩多在一般轿车发动机的最大输出扭矩多在3千至千至4千转千转/分之间的转速中产生。因此选择分之间的转速中产生。因此选择汽车时，要注意最大扭矩指标，数字愈大愈汽车时，要注
13、意最大扭矩指标，数字愈大愈好，同时也要考虑最大扭矩输出时的转速值，好，同时也要考虑最大扭矩输出时的转速值，转速越高的汽车对路面的适应性就越强，换转速越高的汽车对路面的适应性就越强，换档次数越少档次数越少2000 3500 48005045322720I、节气门全开IIIIIdcbaf发动机的工况发动机的工况用功率（或负荷）与曲轴的转速来表示用功率（或负荷）与曲轴的转速来表示P第一章第一章发动机工作原理和总体构造发动机工作原理和总体构造基本基本术语四冲程四冲程发动机工作原理和机工作原理和总体构造体构造二冲程二冲程发动机工作原理和机工作原理和总体构造体构造发动机的分机的分类汽车发动机基本知识l忻城
14、县职业技术学校l樊峭松 单缸缸发动机机结构示意构示意图1.1基本基本术语Vh=D2S10-6/4（L）VL=VhiD气缸直径气缸直径mmS活塞行程活塞行程mmv上止点上止点v下止点下止点v活塞行程活塞行程(S)v曲柄半径曲柄半径(R)气缸工作容气缸工作容积(Vh)发动机排量机排量(VL)燃燃烧室容室容积(Vc)气缸气缸总容容积(Va)工作循工作循环1.2四冲程四冲程发动机的机的简单工作原理工作原理一、四冲程汽油机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原理1、进气行程气行程2、压缩行程行程3、作功行程、作功行程4、排气行程、排气行程单缸四冲程汽油机的工作缸四冲程汽油机的工作过程程1、进气行程气行程排气
15、排气门关关闭进气气门开启开启活塞温度温度370440K，压力力7590kPa示功图大气大气压力力线PVra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、压缩行程行程进气门关闭进气门关闭排气门关闭排气门关闭活塞压缩比：压缩比：=Va/VcPVra示功图大气压力线大气压力线c上止点下止点温度600800K， 压力6001500 kPa 3、作功行程作功行程进气气门关关闭排气排气门关关闭活塞V示功图Pra大气大气压力力线cZb上止点下止点瞬瞬时最高：温度最高：温度22002800K，压力力35MPa作功作功终了：温度了：温度15001700K，压力力300500kPaPVr示
16、功图大气大气压力力线cZb上止点下止点4、排气行程排气行程进气气门关关闭排气排气门打开打开活塞温度温度9001200K压力力105125kPa残余残余废气气二、四冲程柴油机的工作原理二、四冲程柴油机的工作原理吸气行程压缩行程作功行程排气行程思考思考四冲程汽油机和柴油四冲程汽油机和柴油机的工作循机的工作循环有什么有什么相同之相同之处呢？呢？共同特点：共同特点：每个工作循每个工作循环曲曲轴转两周，每一行程曲两周，每一行程曲轴转半周。半周。只有作功行程只有作功行程产生生动力。力。不同点不同点汽油机汽油机柴油机柴油机汽油与空气缸外混合，汽油与空气缸外混合，进入可燃混合气入可燃混合气进入气缸的是入气缸的
17、是纯空气空气电火花点燃混合气火花点燃混合气高温气体加高温气体加热柴油燃柴油燃烧有点火系有点火系无点火系无点火系无无喷油器油器有有喷油器油器1.3二冲程二冲程发动机的工作原理机的工作原理二冲程二冲程发动机机二冲程汽油二冲程汽油发动机工作原理机工作原理二冲程柴油二冲程柴油发动机工作原理机工作原理一、二冲程汽油机工作原理一、二冲程汽油机工作原理1-进气孔进气孔2-排气孔排气孔3-扫气孔扫气孔A图、图、活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩 B B图、当活塞继续上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进图、当活塞继续上行时，活塞下方打开了进气孔，可
18、燃混合气进入曲轴箱入曲轴箱C C图、接近上止点时，火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活图、接近上止点时，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塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩D D图、当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下图、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，并扫除废气缸内，并扫除废气二、二冲程柴油机工作原理二、二冲程柴油机工作原理第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开始前
19、不久，进气第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开始前不久，进气孔和排气门均以开启，利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活孔和排气门均以开启，利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭，排气门也关闭，空气受到压缩，当塞继续向上运动进气孔被关闭，排气门也关闭，空气受到压缩，当活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油和活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，使气缸内压力增大。空气混合后燃烧，使气缸内压力增大。第二行程：活塞从上止点向下止点运动，开始时气体膨胀，推动活第二行程：活塞从上止点向下止点运动，开始时气体膨胀，推动活塞
20、向下运动，对外作功，当活塞下行到大约塞向下运动，对外作功，当活塞下行到大约2/32/3行程时，排气门开行程时，排气门开启，排出废气，气缸内压力降低，进气孔开启，进行换气，换气一启，排出废气，气缸内压力降低，进气孔开启，进行换气，换气一直延续到活塞向上运动直延续到活塞向上运动1/31/3行程进气孔关闭结束。行程进气孔关闭结束。思考思考二冲程二冲程发动机与四机与四冲程冲程发动机相比，机相比，有何有何优点？点？1.理论上它的功率应等于四冲程发动机的二倍。 2.由于作功频率较大，二冲程发动机的运转比较均匀平稳。 3.构造简单，质量较小。 4.易受磨损和经常需要修理的运动部件数量较少。1.4发动机的分机
21、的分类1、按照所用燃料分类、按照所用燃料分类2、按照行程分类、按照行程分类 3、按照冷却方式分类、按照冷却方式分类 4、按照气缸数目分类、按照气缸数目分类 5、按照气缸排列方式分类、按照气缸排列方式分类 6、按是否采用增压方式分、按是否采用增压方式分 多缸发动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？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
22、缸和单缸机的工作过就能量转换过程，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，功率越运转平稳性较差，功率越大，平稳性就越差。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。而为了使运转平稳，单缸机一般都装有一个大飞轮。而多缸多缸发动机的作功行程是差开的发动机的作功行程是差开
23、的，按照工作顺序作功，即曲轴转两圈交，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，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。有四缸发动机，六缸发动机和八缸发动机。 1.5发动机的机的总体构造体构造两大机构两大机构曲柄曲柄连杆机构杆机构配气机构配气机构燃料燃料供供给系系五大系五大系统点火系点火系冷却系冷却系润滑系滑系起起动系系连杆杆飞轮曲曲轴活塞活塞进气气门排气排气门推杆推杆挺柱挺柱
24、正正时齿轮 配气机构 曲柄连杆机构摇臂臂凸凸轮轴桑塔桑塔纳发动机机结构示意构示意图桑塔桑塔纳发动机冷却系示意机冷却系示意图桑塔桑塔纳发动机机润滑系示意滑系示意图四、发动机的主要性能指标和特性四、发动机的主要性能指标和特性动力性能指标动力性能指标经济性能指标经济性能指标排放性能排放性能 速度特性速度特性负荷特性负荷特性 有效扭矩有效扭矩有效功率有效功率转速转速 燃油消耗率燃油消耗率动力性能指标动力性能指标特性特性内燃机名称及型号编制规则首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。相应字母表示，但需
25、主管部门核准。 中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。组成。 后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。 尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示造厂选用适当符号表示表示六缸，四行程，缸径表示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通用型，水冷通用型，CA表示系列符号表示系列符号CA6102：8V100：表示八缸，四行程、缸径表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷通用型型，水冷通用型
26、 TJ376Q：表示三缸，四行程，缸径表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，水冷车用，TJ表示表示系列符号系列符号CA488：表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，水冷通用型，CA表表示系列符号示系列符号汽油的标号及其选用汽油的标号及其选用1 1）根据汽车生产厂家规定选用汽油）根据汽车生产厂家规定选用汽油2 2）根据发动机压缩比选用汽油。汽油使用的一般的原则是：）根据发动机压缩比选用汽油。汽油使用的一般的原则是： 压缩比为压缩比为7.O-8.07.O-8.0的汽油机应选用的汽油机应选用9090号汽油；号汽油； 压缩比在压缩比在8.08.0以上的汽油机应选用以上的
27、汽油机应选用9393号或号或9797号汽油。号汽油。 高压缩比的发动机选用低标号汽油，发动机极容易产生爆震，发动机爆震高压缩比的发动机选用低标号汽油，发动机极容易产生爆震，发动机爆震过久，容易造成活塞烧顶、环岸烧损、活塞环断裂等故障，加速了机件的损坏；过久，容易造成活塞烧顶、环岸烧损、活塞环断裂等故障，加速了机件的损坏； 若低压缩比的发动机选用高标号的汽油，不仅生产成本增加，而且对发动若低压缩比的发动机选用高标号的汽油，不仅生产成本增加，而且对发动机也没什么好处。如果发动机使用电喷系统和废气净化装置，机也没什么好处。如果发动机使用电喷系统和废气净化装置，汽车种类汽车种类性能特点性能特点汽油标号汽油标号化油器式发动机化油器式发动机压缩比压缩比7.0-8.07.0-8.09090压缩比压缩比8.08.0以上以上9393或或9797电喷式发动机（压电喷式发动机（压缩比缩比8.08.0以上）以上）使用有铅汽油使用有铅汽油9393或或9797使用无铅汽油使用无铅汽油9393号以上号以上汽油选用参考表汽油选用参考表本章完本章完
