发动机工作原理和基本构造
发动机的结构与原理
发动机的结构与原理发动机是一种将化学能转换为机械能的装置，是现代交通工具和工业机械不可或缺的核心部件。
本文将探讨发动机的结构与原理，帮助读者更好地理解发动机的工作原理和构造。
一、发动机的基本结构1. 缸体：发动机的结构基础是缸体，它通过滚针轴承和活塞连接杆将发动机的往复运动转化为旋转运动。
缸体一般由铸铁或铝合金制成，具有良好的强度和散热性能。
2. 活塞和活塞环：活塞是在缸体内进行往复运动的零件，它与缸体之间通过活塞环密封，以防止气缸压力泄漏。
活塞与曲轴通过连杆相连，将往复运动转换为旋转运动。
3. 曲轴和连杆：曲轴是发动机的主轴，它通过连杆与活塞相连，将往复运动转化为旋转运动。
连杆连接活塞和曲轴，使活塞在缸体内上下运动时能够传递动力。
4. 气门和汽门机构：发动机的进气和排气由气门负责控制，气门机构是控制气门开闭的装置。
气门的开闭通过凸轮轴和摇臂传递，调节气门开启和关闭的时间和程度，以实现进气和排气的控制。
5. 燃烧室和火花塞：燃烧室是燃烧混合气的区域，它位于缸体内部。
火花塞负责产生火花点火，将压缩空气燃油混合物点燃，从而推动活塞向下运动。
6. 冷却系统：发动机工作时会产生大量的热量，为了保持发动机的工作温度，需要使用冷却系统进行散热。
冷却系统一般由水冷和风冷两种方式，通过循环冷却剂将热量带走。
二、发动机的工作原理1. 进气冲程：活塞向下运动，气门打开，进气门逐渐开启。
活塞下降时，汽缸内的压力较低，进气阀打开后，燃油与空气混合进入气缸，形成可燃混合物。
2. 压缩冲程：活塞向上运动，气门关闭，进气道关闭。
活塞上升时，将进气混合物压缩，使之达到更高的压力和温度，增加燃烧效率。
3. 燃烧冲程：在活塞到达顶点时，火花塞产生火花，点燃燃料混合物。
燃烧产生的高温高压气体推动活塞向下运动，转化为机械能，推动发动机运转。
4. 排气冲程：活塞再次向上运动，排气门打开，排气气体通过排气门排出气缸，完成循环过程。
三、发动机的类型根据不同的工作原理和燃料使用方式，发动机可以分为以下几种类型：1. 内燃发动机：内燃发动机是利用可燃混合物在气缸内燃烧产生高温高压气体推动活塞运动的发动机。
发动机的组成及工作原理
发动机的组成及工作原理引言概述：发动机是现代交通工具中不可或者缺的关键部件，它负责将燃料转化为动力，驱动车辆运行。
本文将对发动机的组成及工作原理进行详细阐述，匡助读者更好地理解发动机的运行机制。
正文内容：1. 发动机的组成1.1 缸体和缸盖：发动机的基本结构，用于容纳活塞、气门和其他关键部件。
1.2 活塞和连杆：活塞在缸体内上下运动，通过连杆将运动转化为旋转运动。
1.3 曲轴和凸轮轴：曲轴将连杆的旋转运动转化为输出轴的旋转运动，凸轮轴控制气门的开闭。
1.4 气门温和门机构：气门控制进出气体的流动，气门机构负责使气门按照规定的时序工作。
1.5 燃油系统和点火系统：燃油系统负责将燃料输送到燃烧室，点火系统提供火花点燃混合气。
2. 发动机的工作原理2.1 进气冲程：活塞下行，气门开启，汽缸内产生负压，进气门打开，混合气进入燃烧室。
2.2 压缩冲程：活塞上行，气门关闭，混合气被压缩，增加燃烧效率。
2.3 燃烧冲程：活塞上行至顶点时，点火系统点燃混合气，产生爆炸，推动活塞下行。
2.4 排气冲程：活塞下行，气门开启，废气从排气门排出，为下一个工作循环做准备。
2.5 循环重复：上述四个冲程循环进行，驱动曲轴旋转，输出动力。
总结：从组成和工作原理来看，发动机是一个复杂的系统，由多个部件协同工作实现动力输出。
发动机的组成包括缸体、活塞、曲轴等关键部件，而工作原理则涉及进气、压缩、燃烧和排气四个冲程。
通过深入理解发动机的组成和工作原理，我们可以更好地理解其运行机制，为日常维护和故障排除提供指导。
同时，对于汽车创造商和工程师而言，深入研究发动机的组成和工作原理也是提升发动机性能和燃油效率的关键。
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。
发动机工作原理和总体构造
发动机工作原理和总体构造发动机是一种将化学能转化为机械能的装置，是现代机械设备和交通工具中最重要的部件之一、发动机的工作原理和总体构造是让发动机能够高效地完成能量转换的核心。
发动机的工作原理：发动机的工作原理是通过燃烧燃料产生高温和高压气体，利用气体的膨胀驱动活塞进行往复运动，最终将热能转化为机械能。
通常情况下，发动机的循环过程主要包括四个阶段：吸气、压缩、燃烧和排气。
1.吸气阶段：活塞下行时，气缸内的气门开启，通过缸内压力差将混合气吸入气缸内。
发动机中的一部分能量通过吸气泵提供，另一部分能量则来自高速气流的动能。
2.压缩阶段：活塞上行压缩混合气，将混合气紧密堆积在气缸顶部。
在此过程中，混合气的压力和温度逐渐增加，形成压缩空燃比。
3.燃烧阶段：在活塞上行到达顶点时，发动机的点火系统会引发火花，点燃空燃比。
燃烧的高温高压气体会迅速膨胀，推动活塞向下运动。
4.排气阶段：活塞再次上行，并将燃烧产生的废气从气缸中排出。
这一过程中，排气门会打开，让废气通过排气管排出。
发动机的总体构造：1.活塞与气缸：活塞是发动机中的关键部件，通过向上下运动从而改变气缸内的空间容积。
活塞与气缸之间的螺纹连接确保密封性能，并通过活塞环保持与气缸壁的接触。
2.曲轴与连杆：曲轴与连杆构成了发动机的运动机构。
曲轴负责将活塞的往复运动转化为旋转运动。
曲轴基座上通过轴承安装了连杆，连杆与活塞销通过销轴销连接。
3.气门与凸轮轴：气门与凸轮轴的设计决定了进气与排气过程。
凸轮轴通过传动装置与曲轴相连，从而通过凸轮的转动来控制气门的开关。
4.燃油系统与点火系统：燃油系统提供燃料供给，点火系统则引发火花点燃混合气。
燃油系统包括燃油泵、喷油嘴和油箱等组件，而点火系统则包括火花塞、点火线圈和点火开关等部分。
5.附件系统：附件系统包括发电机、空调压缩机、水泵和风扇等。
这些附件需要通过曲轴通过传动装置来提供动力，并为发动机提供电力和冷却。
总之，发动机的工作原理是通过燃料的燃烧将热能转化为机械能，从而驱动机械设备和交通工具的运行。
发动机总体结构与工作原理
五大系统之－－点火系
作用：按规定时刻及时点燃气缸内的混合气。 组成：由蓄电池、分电器、点火线圈、火花塞等组成。
五大系统之－－起动系
作用：使静止的发动机起动。 组成：由起动机及附属装置组成。
三、发动机基本术语
工作循环：每完成一次热功转换的工作过程。 上止点：活塞离曲轴回转中心最远处。 下止点：活塞离曲轴回转中心处。 曲柄半径R ：连杆与曲轴连接中心至曲轴旋转中心的距离。 活塞行程S：上、下两止点间的距离（mm），S=2R；
五大系统之－－润滑系
作用：润滑、冷却、清洗、防腐、密封等。 组成：由机油泵、滤清器、限压阀、油道等组成。
五大系统之－－燃料系（汽油车）
作用：按需要向气缸内供应已配制好的可燃混合气，燃烧后排出废气。 组成：化油器式由燃油箱、汽油泵、化油器、进排气管、滤清器等组成。
五大系统之－－燃料系（柴油车）
作用：向气缸内供应纯空气并在规定时刻向 气缸内喷入柴油，燃烧后排出废气。
发动机总体结构与工作原理
一、发动机的分类
发动机是将其它形式的能量转变为机 械能的机器。
分类： 按使用燃料分：汽油机、柴油机等。
按工作循环分：四冲程发动机、二冲程发动机。
按冷却方式分：水冷式、风冷式
按气门装置位置分：侧置式、顶置式
按气缸排列分：直列式发动机、V型发动机。
按气缸数分：单缸发动机、多缸发动机。
柴油机 165F：表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型 495Q：表示四缸，四行程，缸径95mm，水冷车用 X4105： 表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号
结语
谢谢大家！
冲程：活塞由一个止点到另一个止点运动一次的过程； 气缸工作容积（Vh）：活塞从上止点到下止点所让出的空间容积。 发动机工作容积（Vl）：发动机所有气缸工作容积之和，也叫发动机的排量。
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。
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24
1.2.3 二行程发动机工作原理
2.第二冲程 活塞：从上止点到下止点 活塞上方：可燃混合气燃烧膨胀做功；排气口露出后
排气；扫气口露出后开始扫气。 活塞下方：进气口被下移地活塞关闭后新鲜混合气被
下移的活塞预压缩，扫气口露出后，被预压缩的新 鲜气体经过扫气口进入活塞上方的气缸内。 曲轴：旋转从180℃A～360℃A
19
1.2.2 四行程柴油机工作原理
新鲜空气
开始喷油
进气行程
压缩行程
作功行程 排气行程
四行程柴油机各行程示意图 20
分析和比较汽油机、柴油机的工作异同
火花塞
喷油器
首先分别看一下汽油机和柴油机的图示
21
汽油机、柴油机的工作相同点：
每个工作循环曲轴转两周；每一行程曲轴转半周； 只有作功行程产生动力。
1.1.1 发动机的基本术语
上止点
下止点 活塞行程(S) 曲柄半径(R) 气缸总容积(Va )
气缸工作容积(V h ) 燃烧室容积(Vc ) 压缩比 发动机排量 工作循环
4
1.1.1 发动机的基本术语
5
1.1.1 发动机的基本术语
上止点：活塞顶部距曲轴 中心最远的位置
下止点：活塞顶部距曲轴中 心最近的位置
四冲程发动机的2倍。
1.废气不易排除干净。
2.由于二冲程发动机的做功频 率比较高，所以发动机运转比 较平稳。 3.无专门的换气机构，所以结 构简单，质量小。
2.换气时减少了有效工作行程。 3.部分新鲜可燃混合气随废气 排出，使能源浪费，经济性下 降。
4.由于附属机构少，所以使用、4.同时造成环境污染。
发动机工作原理和总体构造
1
目录
1 2 3 4
发动机的基础知识 发动机的工作原理 发动机总体构造认知
综合实训
2
1.1 发动机的基础知识
一、发动机的定义：
发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。 现代汽车大多使用往复活塞式内燃机。它将燃料在 发动机气缸内部进行燃烧，把产生的热能转变成机械能。
3
25
1.2.3 二行程发动机工作原理
二行程发动机示功图 26
1.2.3 二行程发动机工作原理
扫气泵
压缩
喷油器
排气
空
气
换气
废
排气门
燃烧
气
二冲程柴油机工作原理
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1.2.3 二行程发动机工作原理
第一冲程：活塞从下止点到上止点。 最开始，通过扫气泵换气；当进气口被关闭
后，对进入到气缸内的空气进行压缩；快到上止 点时喷油器喷油入燃烧室，油气混合自燃起来。
第二冲程：活塞从上止点到下止点。 气缸内的燃气燃烧膨胀做功；活塞下移排气
阀打开排气；露出扫气孔后开始利用扫气泵将新 鲜空气扫入气缸进行扫气。
28
1.2.3 二行程发动机工作原理
二冲程汽油机的优缺点（同四冲程汽油机相比较）
优点：
1.从工作原理上来讲，在发动
机排量和转速相同的前提下，
二冲程发动机的功率理论上是 缺点：
排气门关闭
活
塞
上
行
压缩终了时气缸内压强上升至0.6～ 1.5Mpa，温度继续上升至600～700K 。
示功图a-c
16
3、作功行程
活
进气门关闭
塞
排气门关闭
下
行
作功中气缸内最高压强可达3～5Mpa， 最高温度可达2200～2800K；作功终了 时气缸内压强下降至0.3～0.5Mpa，温度 下降至1300～1600K。
四行程发动机：活塞往复四个 行程完成一个工作循环的发动 机。
9
目录
1 2 3 4
发动机的基础知识 发动机的工作原理 发动机总体构造认知
综合实训
10
1.2 发动机工作原理
1、进气行程 2、压缩行程 3、作功行程 4、排气行程
11
1.2 发动机工作原理
12
1.2 发动机工作原理
13
1.2.1四行程汽油机的工作原理
汽油机、柴油机的工作不同点：
汽油机
柴油机
汽油与空气缸外混合，进 入可燃混合气
进入气缸的是纯空气
电火花点燃混合气
高温气体加热柴油燃烧
有点火系
无点火系
无喷油器
有喷油器
22
1.2.3 二行程发动机工作原理
二冲程发动机的工作循环是在两个行程内完成的。
23
1.2.3 二行程发动机工作原理
1.第一冲程 活塞：从下止点到上止点 活塞上方：换气，三孔关闭后，压缩可燃混合气 活塞下方：新鲜混合气由进气口进入曲轴箱 曲轴：旋转从0℃A～180℃A
6
1.1.1 发动机的基本术语
压缩比
气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比， 用ε表示。
Va － 气缸总容积； Vh － 气缸工作容积； Vc － 燃烧室容积；
例如：现代化发动机压缩比一般为8～11(轿车有的达10以
上)。柴油机压缩比一般为为16～22。
7
1.1.1 发动机的基本术语
பைடு நூலகம்
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
1.进气行程 ２.压缩行程 ３.作功行程 4.排气行程
每一行程工作的具体分析如下
14
1、进气行程
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。
进气门开启
活
排气门关闭
塞
下
行
进气终了时气缸内压强为0.074～ 0.093Mpa，温度上升至353～403K
示功图r-a
15
2、压缩行程
进气门关闭
示功图c-Z-b
17
4、排气行程
残余废气
进气门关闭
活
排气门打开
塞
上
行
排气终了时气缸内压强下降至0.102～ 0.120Mpa，温度下降至900～1200K
示功图b-r
18
1.2.2 四行程柴油机工作原理
与汽油机工作原理 相比，只有一个行程即 作功行程中，柴油机由 于用的柴油粘度比汽油 大、不易蒸发，且自然 温度又较汽油低，所以 采用的是 压缩自燃式点火。
维护很方便。
所以摩托车上多用。
29
目录
1 2 3 4
发动机的基础知识 发动机的工作原理 发动机总体构造认知
综合实训
30
1.3.1发动机的总体构造
两大机构
曲柄连杆机构 配气机构
供给系统
润滑系统
五大系统
冷却系统
点火系统（汽油机）
起动系统
31
1.3.1发动机的总体构造
桑塔纳发动机结构示意图
32
1.3.1发动机的总体构造
量 ，用表示VL 。
VL= V h × i Vh－气缸工作容积
（气缸排量）
工作循环
i － 气缸数目
对于往复活塞式发动机，每进行一次能量转换，均 要经过进气、压缩、作功、排气四个过程。这种周而 复始的连续过程，称为发动机的一个工作循环。
8
1.1.1 发动机的基本术语
发动机基本术语示意图
二行程发动机：活塞往复两个 行程完成一个工作循环的发动 机。