第一章发动机工作原理和总体构造
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§1.1发动机的分类§1.2四冲程发动机工作原理§1.2.1四冲程汽油机工作原理一、现代汽车发动机的构造现代汽车发动机的构造如图1-1,气缸内装有活塞,活塞通过活塞销、连杆与曲轴相连接。
活塞在气缸内做往复运动,通过连杆推动曲轴转动。
为了吸人新鲜气体和排除废气,设有进、排气系统等。
二、基本术语1、工作循环2、上、下止点3、活塞行程4、气缸工作容积5、内燃机排量6、燃烧室容积7、气缸总容积8、压缩比9、工况10、负荷率三、四冲程汽油发动机的工作循环图1-2 为发动机示意图。
四冲程发动机的工作循环包括四个活塞行程,即进气行程、压缩行程、膨胀行程（作功行程和排气行程。
通常利用发动机循环的示功图来分析工作循环中气体压力p 和相应于活塞不同位置的气缸容积V 之间的变化关系, 示功图表示了活塞在不同位置时气缸内压力的变化情况。
其中,曲线所围成的面积表示发动机整个工作循环中气体在单个气缸内所作的功。
四冲程汽油机的示功图如图1-3 所示。
（1 进气行程（图1-3a化油器式汽油机将空气与燃料先在气缸外部的化油器中进行混合,形成可燃混合气后吸人气缸。
进气过程中,进气门开启,排气门关闭。
随着活塞从上止点向下止点移动,活塞上方的气缸容积增大,从而气缸内的压力降低到大气压以下,即在气缸内造成真空吸力。
这样,可燃混合气使经进气管道和进气门被吸人气缸。
（2 压缩行程（图1-3b为使吸人气缸的可燃混合气能迅速燃烧,以产生较大的压力,从而使发动机发出较大功率,必须在燃烧前将可燃混合气压缩,使其容积缩小、密度加大、温度升高,故需要有压缩过程。
在这个过程中,进、排气门全部关闭,曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程，称为压缩行程。
在示功图上，压缩行程用曲线a c表示。
（3 作功行程（图1-3c在这个行程中,进、排气门仍旧关闭。
当活塞接近上止点时,装在气缸盖上的火花塞即发出电火花,点燃被压缩的可燃混合气。
第一章.汽车发动机工作原理与总体构造
9. 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。曲轴转速即为内燃机的转速。
10.负荷率： 内燃机在某一转速下发出的有
效功率及相同转速下发出的最大有效功率的 比值成为负荷率，以百分数表示。负荷率通 常简称为负荷。
第十三页，共39页。
三、四冲程汽油机的工作原理 1、进气行程
第一章.汽车发动机工作原理与总 体构造
第一页，共39页。
第一节.汽车发动机的定义及类型
一.汽车发动机的定义及其类型
（一）定义：
1) 发动机：将某一种形式的能量转换为机 械能的机器。 2) 热力发动机（热机）：将热能转换为机 械能的机器。包括内燃机和外燃机两种。 3) 内燃机：燃料（气、液体）燃烧的热气 直接将所含热能转变为机械能的一种机器。
压缩终了压力：pco＝0.8～1.5 Mpa 压缩终了温度：Tco＝600～750 K
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进气门关闭
压缩行程
压缩比：
ε=Va/Vc
排气门关闭
下止点 上止点
温度600~800K， 压力600~1500 kPa
P
c 大气压力线 r
第十六页，共39页。
示功图
a V
3.作功行程
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360℃A～540℃A 最高压力：pmax＝3.0～6.5 Mpa 最高温度：Tmax＝2200～2800 K 膨胀终了压力：pex＝0.35～0.5Mpa 膨胀终了温度：Tex＝1200～1500 K
• 发动机外廓体积及其标定功率的比值称为比容积。
2.比质量
• 发动机的干质量与其标定功率的比值称为比质量。干质 量是指未加注燃油、机油和冷却液的发动机质量。比容 积和比质量越小，发动机结构越紧凑。
01-发动机的工作原理及总体构造
发动机构造
活塞式内燃机
• 按冷却方式分为
– 液冷发动机
• 水冷发动机 • 油冷发动机
– 风冷发动机
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发动机构造
活塞式内燃机
• 按完成一个工作循环所需行程数
– 四冲程发动机 – 二冲程发动机
在一个工作循环中活塞往复四个 行程的内燃机称作四冲程往复活 塞式内燃机 ； 活塞往复两个行程便完成一个工 作循环的则称作二冲程往复活塞 式内燃机。
6
发动机构造
活塞式内燃机
• 按使用燃料
气体燃料发动机（CNG&LPG）
汽油发动机
柴油发动机
添加了一套气 体燃料供给系统
减压器 喷油嘴
混合器
火花塞 强制点火式(点燃式)发动机 压燃式发动机
7
按点火方式
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第二节 往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语
• • • • • • • • • • 基本术语 工作循环 上、下止点 活塞行程 S 气缸工作容积（气缸排 量）Vs 发动机工作容积（发动 机排量）VL = i Vs 燃烧室容积Vc 气缸总容积 Va Va=V s+Vc 压缩比ε ε=Va/Vc 工况：转矩/转速 负荷率：P/Pmax
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发动机工作原理及构造
第四节 发动机的总体构造
三、发动机的基本构造
机体组：包括气缸体、气缸盖及油底壳等。 机体组的作用是作为发动机各机构、各系统的装配基体，且其
本身的许多部分又分别是曲轴连杆机构、配气机构、供给系、冷 却系和润滑系的组成部分 两个机构：曲柄连杆机构、配气机构
利用飞轮贮存和输出能量，完成整个工作循环。 利用燃烧室产生压力推动活塞实现热能及动能的转换。 利用气门与活塞的合理运动的配合，实现工作循环的全过程。
③温室气体： 二氧化碳2等
④起动性能
6 表征发动机在规定的使用条件下，正常持续工作能力的指标。
7、耐久性指标 指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。
五、 发动机特性曲线
发动机的主要性能指标随其调整状况及运行工况 (负荷、转速)变化而 变化的关系曲线称为发动机的特性曲线。
1、速度特性曲线 性能指标随发动机曲 轴转速变化的关系称 为发动机的速度特性 曲线。
②有效热效率: 燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有 效热效率，记作 ηe。
3、强化指标 强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标，一般
包括升功率和强化系数等。
4 用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标，通常用比容积和比质量衡量。
5、环境性能指标 ①排放：有害气体、、、颗粒物
②噪音
五大系统： 供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统、 起动系统
2. 气缸体的特点 （1）水冷发动机的气缸体 和上曲轴箱常铸成一体； （2）风冷发动机气缸体与 曲轴箱分别铸造; （3）气缸体上部的圆柱形 空腔称为气缸，下半部为 支承曲轴的曲轴箱，其内 腔为曲轴运动的空间； （4）在气缸体内部铸有许 多加强筋、冷却水套和润 滑油道等。
汽车构造考试知识点上、下册
汽车构造上册第一章、发动机的工作原理和总体构造发动机基础知识：现代汽车一般采用往复活塞式内燃机，主要由活塞、气缸、连杆、曲轴、飞轮等组成，通过燃料在气缸内燃烧产生动力，推动活塞上下运动，再由连杆转变为曲轴的旋转运动对外输出。
根据使用燃料的不同分为汽油机和柴油机。
活塞在气缸里作往复直线运动，向上运动到的最高位置称为上止点，向下运动到的最低位置称为下止点，上、下止点之间的距离称为活塞行程，曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径。
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；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；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；多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机排量。
压缩比的大小表示活塞由下止点运动气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用ε表示，ε=VaVc到上止点时，气缸内的气体被压缩的程度。
压缩比越大，压缩终了时混合气体压力和温度就越高，燃烧速度增快，因而发动机输出功率增大，热效率提高，经济行就越好。
汽油机的压缩比一般为8～11，柴油机的压缩比一般为16～22发动机工作原理：发动机工作时必须先将可燃混合气引入气缸，然后进行压缩，接着使其燃烧膨胀推动活塞下行对外作功，最后排出废气，完成一个工作循环。
工作循环不断重复，就能使发动机连续运转，而每一个工作循环都必须包括进气、压缩、作功、排气四个过程。
四冲程汽油机工作过程：P22 四冲程汽油机的进气、压缩、作功、排气四个过程分别安排在四个活塞行程中，称之为进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程。
四冲程柴油机工作原理：柴油机与汽油机性能比较优点：☆经济性好，行程长，排气温度低，热效率高，柴30-40%，汽25-30%，而且柴油价格较低。
☆污染较轻，柴油和空气混合比大，燃烧较完全，废气中一氧化碳较少（CO）。
没有高压点火装置，不产生无线电干扰。
☆危险性小，柴油燃点高，不会自燃，不怕严冬烤机。
汽车发动机的工作原理及总体构造
汽车发动机的工作原理及总体构造
一、汽车发动机的工作原理
1.吸气：发动机的活塞下行时，活塞腔内的气门打开，通过气门进入
汽缸的混合气。
2.压缩：活塞上行时，活塞腔内的气门关闭，活塞将混合气压缩成高
压气体。
3.爆燃：在活塞接近顶死点时，火花塞产生火花，将混合气点燃爆炸，释放出能量。
4.排气：活塞下行时，废气通过排气门排出汽缸，为新的混合气提供
空间。
通过这四个基本过程循环运作，汽车发动机可以持续地产生动力，驱
动汽车运行。
二、汽车发动机的总体构造
1.气缸体系：汽缸是发动机燃烧的主要部分，通常由铁合金或铝合金
制成。
汽缸体内设置有活塞和气门，通过这些部件的运动来实现吸气、压缩、爆燃和排气的过程。
2.曲轴与连杆机构：曲轴是将活塞运动转化为有用功的装置，具有一
定的几何结构，可以将来自活塞的线性运动转化为旋转运动。
连杆连接活
塞与曲轴，将活塞的线性运动转化为曲轴的旋转运动。
3.气门机构：气门控制气缸内的进气和排气。
气门通过气门杆与凸轮
轴相连接，由凸轮轴的转动带动气门的开闭。
4.燃油供给系统：燃油供给系统包括燃油箱、燃油泵、喷油器等。
燃油从燃油箱经过燃油泵被送入汽缸，与空气混合后形成可燃气体。
此外，还有点火系统、冷却系统、润滑系统等辅助系统，保证发动机正常运行。
总之，汽车发动机通过吸气、压缩、爆燃和排气这四个基本过程，不断地将化学能转化为机械能，从而驱动汽车运行。
其总体构造包括气缸体系、曲轴与连杆机构、气门机构和燃油供给系统等。
这些构造相互配合，共同完成发动机的工作。
发动机工作原理和总体构造
（四）飞轮的作用： 四冲程发动机工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是作功的，其余三个行程是依靠飞轮的惯性
（b）表面点火： 在火花塞点火之前，由于燃烧室内灼热表面（如排气门头部、火花塞电极处、积碳处）点燃可燃混合气
而产生的另一种不正常燃烧现象，称为表面点火。 表面点火现象：
表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会使发动机机件机械负荷增加，寿命降 低。
（c）汽油机压缩比的选择： 应在避免引起爆燃和表面点火的前提下尽可能提高压缩比，以提高发动机功率，改善燃油经济性。
冷却系—水泵9由曲轴14上的皮带轮带动，将来自散 热器冷却后的冷却水泵入气缸7燃烧室周围的冷却水 套，经过气缸盖6中的冷却水套，热水由气缸盖上部 的出水口流往散热器。
（三）发动机基本术语
上止点（T.D.C.）：
活塞顶离曲轴中心最远处。
下止点（B.D.C.）： 活塞行程 S ：
活塞顶离曲轴中心最近处。
（b）压缩行程
（a）爆燃： 由于压缩比过高导致压缩终了时气体压力和温度过高，在火花塞点火之后燃烧室内离点燃中心较远处的
末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧现象，称为爆燃。 爆燃现象：
爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速推进，当这种压力波撞击 燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。同时还会引起发动机过热、功率下降、燃油消耗率增加等一系列不良后果， 严重爆燃时甚至造成排气门烧废、轴瓦破裂、活塞顶熔穿、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。
发动机的工作原理和总体构造
三角活塞转子发动机
转子发动机又称为米勒循环发动机，采用三角转子旋转 运动来控制压缩和排放，由德国人菲加士·汪克尔发明。
60年初在德国生产出第一辆装配了转子发动机的小跑 车。
1964年，日内瓦的德法合资企业COMOBIL公司，首次 把转子发动机装在轿车上成为正式产品。
1967年，马自达公司投巨资从汪克尔公司买下了这项 技术。将转子发动机装在马自达轿车上开始成批生产。
进关 排关 活塞 上→下 压缩终了时 点火 压力 ↗ ↗ 3~5MPa 温度 ↗ ↗ 2200~2800K 体积 ↗ ↗ 曲轴 360°~540° 做功终了
压力↘ ↘ 0.3~0.5MPa
温度 ↘ 1300~1600K
进关 排开 活塞 下→上 压力 0.105~0.115MPa 温度 900~1200K 曲轴 540°~720° 残余废气：因燃烧室容 积，废气不能排尽。
第一节 发动机的分类
一、发动机的定义、分类及特点
发动机－将某种能量直接转换为机械能并拖动 某些机械进行工作的机器。
将热能转变为机械能的发动机，称为热力发动 机（热机）。
燃料和空气混合后在机器内部燃烧而产生热能， 然后再转变为机械能的，称为内燃机。
内燃机与外燃机相比，具有热效率高、体积小、 便于移动和起动性能好等优点。
第五节 发动机主要性能指标与特性
发动机的性能指标是用来衡量发动机性能好坏的标准
动力性能指标：有效转矩、有效功率、转速 经济性能指标：燃油消耗率 运转性能指标：排气品质、噪声、起动性能
一、动力性能指标
a. 有效转矩：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的扭矩，通常用Ttq表示， 单位为N·m。有效转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输出的 净转矩。 b. 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Pe表示 ，单位为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，然后计算出有效功率。
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工作原理和结构的不同点
汽油机
柴油机
混合气形成地点 气缸外（化油器内）
气缸内
混合气着火方式
点燃式
压燃式
点火系 燃油供给系
有 化油器
无 喷油器，喷油泵
柴油机与汽油机的特点比较
汽油机
优点：具有转速高，质量小、工作噪 声小、 起 动容易、制造 和维修 费用低等特点。
缺点：燃油 消耗率高，燃油经济性差。
应用：用在轿车和轻型货车及 越野车。 柴油机
作功终了：温度 1300~1600 K， 压 力0.3~0.5 MPa
示功图 V
排气行程 进气门关闭
排气门打开
上Z
止
下 止
P点
点
残余废气
b 大气压力线 r
活 塞
V
示功图
温度900~1200 K 压力 0.105~0.115 MPa
汽 油 机 工 作 原 理
§1.2.2 四冲程柴油机工作原理
温度300-370K 压力0.0785～ 0.0932MPa
调节器、凸轮轴以及凸轮轴定时带轮。 作用：使可燃混合气（或空气）及时充入气缸并
及时从气缸 排出废气。
（3）燃料供给系 构成：包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、
空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器等。 作用：把汽油和空气混合成成分合适的可燃混合气供
入气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。
进气门
温度750-1000K 压力3-5 MPa
喷油器
纯空气
温度800-1000K
压力0.105-
0.125MPa
终了：温度
1200～1500k压 力0.2-0.4MPa
排气门
吸气行程
瞬时：温度20002500K压力6-9 MPa
压缩行程
作功行程
排气行程
柴 油 机 的 工 作 原 理
柴 油 机 的 工 作 循 环
内的混合气被压缩，当进气孔打开，新的可燃混合气又 自化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。
（2）第二行程 (作功+排气或换气) 接近上止点时，燃烧。活塞自上止点向下移动，活
塞上方进行着作功过程和换气过程。
压缩混合气 排气孔
点火燃烧
火花塞
进气孔
进气
换气孔
单缸二冲程汽油机工作原理示意图
排气
单缸二冲程汽油机工作原理示意图
3、二冲程和四冲程相比较
优点：曲轴每转一周，作功一次，在相同 的n,V下，功率是四冲程的2倍。运转平稳、结 构简单、质量小、使用方便。
缺点：没有专门的换气机构（造成废气排 不干净，有效行程减小），功率是四冲程的 1.5~1.6倍，不经济。
应用：摩托车（广泛）
§1.3.2 二冲程柴油机工作原理
1、第一行程（换气＋压缩）
改正措施：采用多缸发动机。
2、在多缸四冲程发动机的每一个气缸内，所有的 工作过程是相同的，并按上述次序进行，但所有气缸 的作功行程并不同时发生。
优点：气缸数越多，发动机的工作越平稳。
缺点：一般将使其结构复杂，尺寸及质量增加。
§1.3 二冲程发动机工作原理
§1.3.1 二冲程汽油机工作原理
1、定义 二冲程发动机的工作循环是在两个活塞行程内，即 曲轴旋转一周的时间内完成的。 2、在二冲程发动机内，一个工作循环所包含的两 个行程是: （1）第一行程 (压缩+进气) 活塞自下止点向上移动，事先已充入活塞上方气缸
燃气轮机
§1.2 四冲程发动机工作原理 §1.2.1 四冲程汽油机工作原理
一、单缸发动机 结构示意图
曲柄连杆机构 配气机构
二、基本术语
1、上止点 2、下止点 3、活塞行程 4、曲柄半径 5、气缸工作容积 6、燃烧室容积 7、气缸总容积 8、压缩比 9、内燃机排量 10、工作循环
汽 油 机 工 作 原 理
汽 油 机 工 作 循 环
三、四冲程汽油发动机的工作循环
1、进气行程 2、压缩行程 3、作功行程 4、排气行程
温度370~400 K， 压力0.07~0.09MPa
进气行程
排气门关闭
进气门开启
上 止
P点
下 止 点
活 塞
大气压力线 r a
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。
示功图 V
进气门关闭
压缩行程
压缩比：
ε=Va/Vc
活
温度600~700K，
塞
压力0.6~1.5 MPa
排气门关闭
上 止
P点
下 止 点
c
大气压力线 r a
示功图 V
作功行程
排气门关闭
进气门关闭
瞬时最高：温度 2200~2800 K， 压 力3~5MPa
上 止
Z
P点
下 止 点
活
c
塞
大气压力线 r
b
a
优点：燃油 消耗率低，且柴油价格较 低， 所以 燃油经济性好。
缺点：转速较汽油机低、质量大、制 造和维修 费用高。
应用：应用越来越广泛。
§1.2.3 四冲程发动机工作循环总结
1、四冲程发动机在一个工作循环的四个活塞行程 中，只有一个行程是作功的，其余三个行程则是作功 的辅助行程。
缺点：发动机运转不平稳。
活塞从下→上，进气孔、排气门打开，进行换 气。继续向上，进气孔、排气门关闭，进行压 缩。
2、第二行程
接近上止点处，喷油燃烧。活塞从上→下，作 功。2／3S处，进行排气。剩下1／3S，进气孔 打开，进行换气。
应用：大型低速船
扫气泵
压缩
喷油器
排气
空 气
换气 排气门
燃烧
废 气
§1.4 发动机的总体构造
化 油 器 式 燃 油 供 给 系 统
电 控 燃 油 喷 射 式 燃 油 供 给 系 统
柴 油 机 燃 油 供 给 系 统
（4）点火系 构成：包括供给低压电流的蓄电池和发电机以及分
电器、点火线圈与火花塞等。 作用：保证按规定时刻准时点燃气缸中被压缩的混
合气。
点 火 系 统
（5）润滑系 构成：油底壳、
第一编 汽车发动机
第一章 发动机的工作原理和总体构造
§1.1 发动机的分类
外燃机：蒸汽机、汽轮机、热气机等
发动机 内燃机
活塞式内燃机
按所用的燃料分类：液体燃料发动机 和气体燃料发动机 按冷却方式分类：水冷式和风冷式 按活塞运动的行程数分类：四冲程和二冲程发动机 按进气状态分类：增压和非增压 按气缸数及其排列方式分类：单缸和多缸，立式与卧式 按着火方式分类：点燃式发动机与压燃式发动机
两大机构
曲柄连杆机构 配气机构
燃油供给系
点火系
五大系统 冷却系
润滑系
起动系
（1）曲柄连杆机构
构成：包括机体、 气缸、气缸盖、气缸垫、 活塞、连杆、带有飞轮 的曲轴等。
作用：支承发动机 的所有零部件，将活塞 的直线往复运动变为曲 轴的旋转运动并输出动 力。
（2）配气机构 构成：包括进气门、排气门、摇臂、气门间隙