第一章 发动机工作原理和总体构造

第一章
发动机概论
发动机基本组成和常用术语 四冲程发动机工作原理 二冲程发动机工作原理 发动机总体构造 发动机主要性能指标与特性 内燃机
发动机：汽车动力来源。 发动机：汽车动力来源。 一部转换能量的机器: 一部转换能量的机器:某种能量 机械能 热机: 热机:热能 机械能 内燃机： 内燃机：燃料与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。 而产生热能，然后再转变为机械能。 往复活塞式内燃机
？
思考
四冲程汽油机和柴油机的 工作循环有什么不同呢？
不同点
汽油机
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
柴油机
进入气缸的是纯空气
电火花点燃混合气 有点火系 无喷油器
高温气体加热柴油燃烧 无点火系 有喷油器
§3 二冲程发动机的工作原理
二冲程汽油发动机工作原理 二冲程柴油发动机工作原理
直列发动机
V形发动机 形发动机
水平对置发动机
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) 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( 6)。汽油机常采用自然吸气式； 和强制进气(增压式)发动机(图1-6)。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。 提高功率有采用增压式的。
进气门关闭
压缩行程
压缩比：
ε=Va/Vc
排气门关闭 上 止 点 点 止 下
P 活
压 600~700K 0.6~1.5 MPa
塞 c
气压
r a V
作功行程
排气门关闭 进气门关闭 上 止 点
下
Z
点
止
P
2200~2800 K 3~5MPa
活 塞
气
c r V
1300~1600 K 0.3~0.5 MPa
L
c
a
9.压缩比(ε)：气缸总容积与燃烧室容积的比值，即 ε = Va Ve = (Vh + Ve ) Ve = 1 + Vh Ve 它表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被 压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压 力和温度就越高。一般车用汽油机的压缩比为6~10，柴 油机的压缩比为15~22。 10.发动机的工作循环：在气缸内进行的每一次将燃料 燃烧的热能转化为机械能的一系列连续过程(进气、压 缩、作功和排气)称发动机的工作循环。 11.二冲程发动机：活塞往复两个行程完成一个工作循环 的称为二冲程发动机。 12.四冲程发动机：活塞往复四个行程完成一个工作循 环的称为四冲程发动机。
h
1.2 基本术语
式中：D——气缸直径(mm)。
6.发动机排量( V )：发动机所有气缸 工作容积之和(L)。设发动机的气缸 数为i，则 VL = iVh 7.燃烧室容积(V )：活塞在上止点时， 活塞上方的空间叫燃烧室，它的容 积叫燃烧室容积(L)。 8.气缸总容积( V )：活塞在下止点时， 活塞上方的容积称为气缸总容积(L)。 它等于气缸工作容积与燃烧室容积 之和，即 Va = Vh + Vc
§2
四冲程发动机的工作原理
2.1、 2.1、四冲程汽油机的工作原理
1、进气行程 2、压缩行程 3、作功行程 4、排气行程
单缸四冲程汽油机的工作过程
温度370~400 K， 温度 ， 压力0.07~0.09MPa 压力
进气行程
排气门关闭
上 止 点 点 止
下
P
活 塞 气门 气压力
r a V
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。
吸气行程
压缩行程
作功行程
排气行程
？
思考 四冲程汽油机和柴油机 的工作循环有什么相同 之处呢？
共同特点： 共同特点：
每个工作循环曲轴转两转(720 1.每个工作循环曲轴转两转(720° 1.每个工作循环曲轴转两转(720°)每一行程曲轴转 半转(180 (180° 进气行程是进气门开启， 半转(180°)，进气行程是进气门开启，排气行程是排 气门开启，其余两个行程进、排气门均关闭。 气门开启，其余两个行程进、排气门均关闭。 2.四个行程中，只有作功行程产生动力， 2.四个行程中，只有作功行程产生动力，其它三个 四个行程中 行程是为作功行程做准备工作的辅助行程， 行程是为作功行程做准备工作的辅助行程，虽然作功 行程是主要行程，但其它三个行程也不可缺少。 行程是主要行程，但其它三个行程也不可缺少。 3.发动机运转的第一个循环， 3.发动机运转的第一个循环，必须有外力使曲轴 发动机运转的第一个循环 旋转完成进气、压缩行程，着火后，完成作功行程， 旋转完成进气、压缩行程，着火后，完成作功行程， 依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自行完成以后的行程， 依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自行完成以后的行程， 以后的工作循环发动机无需外力就可自行完成。 以后的工作循环发动机无需外力就可自行完成。
四冲程
二冲程
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。 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， 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。 广泛地应用于现代车用发动机。
§1 发动机基本组成和常用术语
1.1 单缸发动机结构示意图
1.上止点：活塞离曲轴回转中心最远 处，通常指活塞上行到最高位置。 2.下止点：活塞离曲轴回转中心最 近处，通常指活塞下行到最低位置。 3.活塞行程(S)：上、下两止点间的 距离(mm)。 4.曲柄半径(R)：与连杆下端(即连杆 大头)相连的曲柄销中心到曲轴回转 中心的距离(mm)。 曲轴每转一转，活塞移动两个行程。 5.气缸工作容积( V )：活塞从上止点 到下止点所让出的空间容积(L)。 Vh = πD 2 S/( 4× 10 6 )
§4 发动机的总体构造
两大 机构 曲柄连杆机构 配气机构 供给系 点火系 五大 冷却系 系统 润滑系 起动系
进气门
排气门
推杆
挺柱
配气机构 曲柄连杆 机构
正时齿轮
连杆
活塞
曲轴
飞轮
摇臂 凸轮轴
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。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。
工作方式
转子式发动机 活塞式发动机
●转子发动机又称为米勒循环发动机。它采用三角转子旋转运动来控制压缩和 转子发动机又称为米勒循环发动机。 排放，与传统的活塞往复式发动机的直线运动迥然不同 。 排放， 转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小， ●转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小， 重量较轻，而且振动和噪声较低，具有较大优势。 重量较轻，而且振动和噪声较低，具有较大优势。 三角转子把汽缸分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进气、压缩、 ●三角转子把汽缸分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进气、压缩、做 功和排气，三角转子自转一周，发动机点火做功三次。 功和排气，三角转子自转一周，发动机点火做功三次。 ●还存在气密性、润滑和磨损等一系列技术难题。 还存在气密性、润滑和磨损等一系列技术难题。
水冷发动机 车用内燃机 风冷发动机 车用内燃机 四冲程发动机 二冲程发动机 汽油发动机 车用内燃机 柴油发动机 车用内燃机 单缸发动机 多缸发动机 单列式发动机 双列式发动机 化油器式发动机 直接喷射式发动机
车用内燃机
按照所用燃料分类 使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机； 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， 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 噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高， 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。但它的主要缺点是转速低， 经济性能和排放性能都比汽油机好。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。 量大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。
3.1、 3.1、二冲程汽油机工作原理
压缩混合气 排气孔 点火燃烧 火花塞
进气孔
进气
换气孔
排气
二冲程汽油机工作原理图
3.2、二冲程柴油机工作原理 3.2、
扫气泵 压缩 喷油器 排气
空 气 换气 排气门 燃烧
废 气
二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优点？ 二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优点？
1)曲轴每转一周完成一个工作循环，作功一次。当曲轴转速相同时， 二冲程内燃机单位时间的作功次数是四冲程内燃机的两倍。由 于曲轴每转一周作功一次，因此曲轴旋转的角速度比较均匀。 2)二冲程内燃机的换气过程时间短,另外，进、排气过程几乎同时进 行，利用新气扫除废气，新气可能流失，废气也不易清除干净。 因此，二冲程内燃机的换气质量较差。 3)曲轴箱换气式二冲程内燃机因为没有进、排气门，而使结构大为 简化。
二冲程发动机 四冲程发动机
曲轴旋转一周完成一个工作循环。 曲轴旋转一周完成一个工作循环。 由于换气不彻底，经济性较差， 由于换气不彻底，经济性较差，但 结构简单， 结构简单，因此在摩托车上广泛使 用。
曲轴旋转二周完成一个工作循环。 曲轴旋转二周完成一个工作循环。 四冲程发动机有独立的进气和排气 冲程，换气彻底， 冲程，换气彻底，在汽车上广泛使 并已逐渐用于摩托车。 用，并已逐渐用于摩托车。