第一章发动机工作原理与总体构造课件
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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
第十二页，共39页。
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
第十五页，共39页。
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。
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
第十五页，共39页。
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。
第一章汽车发动机工作原理及总体构造
第一章汽车发动机工作原理及总体构造汽车发动机是汽车的动力装置，负责将燃料燃烧后的化学能转化为机械能，驱动汽车前进。
本文将对汽车发动机的工作原理及总体构造进行详细介绍。
一、工作原理汽车发动机的工作原理可以简单概括为四个基本步骤：进气、压缩、燃烧和排气。
1.进气：汽车发动机通过进气门将空气吸入气缸内。
2.压缩：进气门关闭后，活塞向上运动，将空气压缩至高压状态，使燃料更易于燃烧。
3.燃烧：进气阀关闭后，电火花塞产生火花点燃燃料，产生爆发力将活塞推向下方。
4.排气：在活塞向上运动时，排气门打开，将燃烧后产生的废气排出。
这个过程是一个连续循环，每个活塞都会经历这四个步骤。
不同的汽车发动机具有不同的工作原理，根据不同的工作循环可分为四冲程发动机和两冲程发动机。
二、总体构造汽车发动机由许多组件组成，包括气缸、活塞、气门、曲轴、连杆、燃烧室等。
1.气缸：是发动机的主要构件之一，用于容纳活塞、气门和燃烧室。
气缸通常由铸铁或铝合金制成。
2.活塞：是发动机中心运动的部分，与曲轴相连，通过往复运动来压缩和推动气缸内的空气燃料混合物。
3.气门：用于控制气缸内的进气和排气。
进气门控制空气进入气缸，排气门控制废气的排出。
4.曲轴：是将活塞的往复运动转换为旋转运动的关键部件。
曲轴通过连杆与活塞相连接，将活塞运动转化为动力。
5.燃烧室：是燃烧燃料的空间。
燃烧室的形状和设计可以影响燃烧效率和发动机性能。
除了上述主要组件之外，汽车发动机还包括燃料喷射系统、点火系统、冷却系统等辅助设备，以保证发动机的正常工作。
总结：汽车发动机是汽车的心脏，驱动着汽车的运行。
它的工作原理是通过不断循环的进气、压缩、燃烧和排气过程将燃料化学能转化为机械能。
总体构造包括气缸、活塞、气门、曲轴、燃烧室等组件，还包括燃料喷射系统、点火系统、冷却系统等辅助设备。
了解汽车发动机的工作原理及总体构造，有助于我们更好地了解汽车机械原理和性能，对汽车的使用和维护有一定的参考意义。
《汽车构造(上册)》课件第1章 发动机的基本知识
在气缸内与空气混合。
2.着火方式不同
汽油机用电火花点燃混合气， 柴油机是用高压将柴油喷入气缸内，靠高温气体加热自行着火燃烧，所以
汽油机有点火系，而柴油机则无点火系。
1.2.3 多缸发动机的工作
汽车上应用的是多缸发动机，它是由若干个相同的单缸排列在一个机 体上共用一根曲轴输出动力所组成。
现代汽车上用的较多是四缸、六缸、八缸发动机。 多缸发动机是在曲轴转角720°内(四冲程发动机) ，各缸都要象单缸发动机
进气行程
压缩行程
作功行程
排气行程
小结
1. 发动机自行运转之前需要外力完成进气和压缩两个冲程， 通常用人力、电动机等带动发动机曲轴和运转。
2. 在四个冲程中只有作功冲程是活塞带动曲轴转动，其他三个 冲程都是曲轴带动活塞运动 。
3. 在整个循环过程中，进气门、排气门各开启一次。 一个工作循环曲轴旋转720°（2圈）；活塞上、下运动四次（4
汽油机 柴油机
按冷却方式分 水冷式
风冷式 按气缸数分： 单缸、多缸
1.1.1基本组成
1.1.2 发动机的常用术语
基本术语：1.上、下止点; 2.活塞行程、3.曲柄半径、4.气缸工作容 积、5. 燃烧室容积、6.气缸总容积、 7．发动机排量、8.压缩比、 9.发动机工 作循环、10.二冲程发动机、11.四冲程发动机
压缩行程 曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，进气门
开启，排气门关闭，气缸内活塞上腔容积逐渐减 小，空气被压缩，压力、温度升高。
作功行程 压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器喷入气缸内的高压空气中，
迅速汽化并与空气形成可燃混合气，柴油自行着火燃烧，气缸内压力、 温度急剧升高，推动活塞由上止点向下止点运动，带动曲轴旋转作功。
2.着火方式不同
汽油机用电火花点燃混合气， 柴油机是用高压将柴油喷入气缸内，靠高温气体加热自行着火燃烧，所以
汽油机有点火系，而柴油机则无点火系。
1.2.3 多缸发动机的工作
汽车上应用的是多缸发动机，它是由若干个相同的单缸排列在一个机 体上共用一根曲轴输出动力所组成。
现代汽车上用的较多是四缸、六缸、八缸发动机。 多缸发动机是在曲轴转角720°内(四冲程发动机) ，各缸都要象单缸发动机
进气行程
压缩行程
作功行程
排气行程
小结
1. 发动机自行运转之前需要外力完成进气和压缩两个冲程， 通常用人力、电动机等带动发动机曲轴和运转。
2. 在四个冲程中只有作功冲程是活塞带动曲轴转动，其他三个 冲程都是曲轴带动活塞运动 。
3. 在整个循环过程中，进气门、排气门各开启一次。 一个工作循环曲轴旋转720°（2圈）；活塞上、下运动四次（4
汽油机 柴油机
按冷却方式分 水冷式
风冷式 按气缸数分： 单缸、多缸
1.1.1基本组成
1.1.2 发动机的常用术语
基本术语：1.上、下止点; 2.活塞行程、3.曲柄半径、4.气缸工作容 积、5. 燃烧室容积、6.气缸总容积、 7．发动机排量、8.压缩比、 9.发动机工 作循环、10.二冲程发动机、11.四冲程发动机
压缩行程 曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，进气门
开启，排气门关闭，气缸内活塞上腔容积逐渐减 小，空气被压缩，压力、温度升高。
作功行程 压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器喷入气缸内的高压空气中，
迅速汽化并与空气形成可燃混合气，柴油自行着火燃烧，气缸内压力、 温度急剧升高，推动活塞由上止点向下止点运动，带动曲轴旋转作功。
发动机工作原理和总体构造
柴油机燃油消耗率较汽油机低30%左右，且柴油价格低，所以燃油经济性好，而且输出扭矩较大，但冷起 动困难、工作粗暴、工作转速较低（一般4000r/min以下）、制造成本高、维修困难，适用于运输型汽车。
（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。
（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。
发动机构造及工作原理
2．曲柄连杆机构
·组成：活塞、连杆、曲 轴三部分
·作用：将活塞的往复直线 运动—曲轴的旋转运动 对外输出动力
3．供给系统
·组成：燃油供给系统和进、排气系统组成 ·作用：将燃油系统和空气及时地供给气缸， 并将燃烧后的废气及时排除 ·主要部件：化油器（汽）、喷油泵和喷油
器 （柴）、空气滤清器、进气管、排气管、声
be=(B/Pe)×10-3 (g/(KWh)) •B—每小时的燃油消耗量，kg/h •Pe—有效功率，kW 显然燃油消耗率越低，燃油经济性越好
§1.5 发动机的性能指标
三、发动机的速度特性
指发动机的功率、转矩和燃 油消耗率三者随曲轴转速变化 的规律。
发动机外特性：
当节气门开度达到最 大时，所得到的速度 特性称为发动机外特 性
状态 行程
进气行程
压缩行程
作功行程
排气行程
温度(K)
压力
370~440
75~90 kPa
600~800
600~1500 kPa
2200~2800(瞬时最高) 1500~1700(作功终了)
3~5MPa (瞬时最高) 300~500 kPa (作功终了)
900~1200
105~125 kPa
§1.3.2 四冲程柴油机的工作原理
活塞行程(S)
曲柄半径(R)
气缸工作容积(V s )
发动机排量(VL)
燃烧室容积(Vc ) 气缸总容积(Va ) 压缩比ε
Vs= πD2·S ×10-6/4 （L）
D——气缸直径mm S——活塞行程mm
VL= Vs × I
工工况作（循P环、n） 负荷率（％）
ε= Va / Vc
压缩比
定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积 之比称为压缩比。用ε表示。
·组成：活塞、连杆、曲 轴三部分
·作用：将活塞的往复直线 运动—曲轴的旋转运动 对外输出动力
3．供给系统
·组成：燃油供给系统和进、排气系统组成 ·作用：将燃油系统和空气及时地供给气缸， 并将燃烧后的废气及时排除 ·主要部件：化油器（汽）、喷油泵和喷油
器 （柴）、空气滤清器、进气管、排气管、声
be=(B/Pe)×10-3 (g/(KWh)) •B—每小时的燃油消耗量，kg/h •Pe—有效功率，kW 显然燃油消耗率越低，燃油经济性越好
§1.5 发动机的性能指标
三、发动机的速度特性
指发动机的功率、转矩和燃 油消耗率三者随曲轴转速变化 的规律。
发动机外特性：
当节气门开度达到最 大时，所得到的速度 特性称为发动机外特 性
状态 行程
进气行程
压缩行程
作功行程
排气行程
温度(K)
压力
370~440
75~90 kPa
600~800
600~1500 kPa
2200~2800(瞬时最高) 1500~1700(作功终了)
3~5MPa (瞬时最高) 300~500 kPa (作功终了)
900~1200
105~125 kPa
§1.3.2 四冲程柴油机的工作原理
活塞行程(S)
曲柄半径(R)
气缸工作容积(V s )
发动机排量(VL)
燃烧室容积(Vc ) 气缸总容积(Va ) 压缩比ε
Vs= πD2·S ×10-6/4 （L）
D——气缸直径mm S——活塞行程mm
VL= Vs × I
工工况作（循P环、n） 负荷率（％）
ε= Va / Vc
压缩比
定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积 之比称为压缩比。用ε表示。
发动机基本知识PPT课件
排气门
吸气行程 压缩行程 作功行程
排气行程
瞬时：温度
喷油泵
1800~2200K压力.
12
5~10 MPa
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？
.
13
共同特点
1 每个工作循环曲轴转两周，每一行程曲轴 转半周。
2 只有作功行程产生动力。
.
14
思考
四冲程汽油机和柴油 机的工作循环有什么 不同呢？
表、油标尺等。
八、起动系：
包括起动机、冷起动加热器及其附属装置。
.
19
进气门 排气门 推杆
挺柱
正时齿轮
■ 配气 机构
■ 曲柄 连杆 机构
连杆
活塞 曲轴 . 飞轮
20
摇臂 凸轮轴
.
21
桑塔纳发动机结构示意图
.
22
桑塔纳发动机冷却系示意图
.
23
桑塔纳发动机润滑系示意图
.
24
§1.4 发动机的主要性能指标与特性
进气行程
排气门关闭
上 止
P点
下 止 点
进气门开启
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
示功图 V
气体压力的变化情况。
.
8
进气门关闭
温度600~800K， 压力600~1500 kPa
压缩行程
压缩比：
ε=Va/Vc
排气门关闭
上 止
P点
下 止 点
活
塞
c
大气压力线 r a
示功图 V
.
.
26
三、发动机速度特性： 发动机的速度特性指发 动机的功率、转矩和燃 油消耗率三者随发动机 转速n变化的规律，用 曲线表示，称为速度特 性曲线。
第一章 发动机工作原理和总体构造
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 多采用四缸、六缸、八缸发动机。
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。
？
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，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
3.1、二冲程汽油机工作原理
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，在汽车上广泛使 用，并已逐渐用于摩托车。
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。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。
进 气 门 温度750-1000K 压力3-5 MPa 喷油器
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在做功行程中，燃烧气体的最大压力可达6～9 Mpa，最高温度可达1800～2200K。做功结束时压 力约为0.2～0.5 Mpa，温度约为1000～1200K。
（4）排气行程
排气行程与汽油机类似，排气终了时 气缸内残余废气压力约为0.105～ 0.12Mpa，温度为700～900K。
（5）柴油机示功图
2．四冲程内燃机工作循环 第一冲程：活塞由上止点移到下止点，即曲轴由 0º转到180º进气门打开，新鲜空气被吸入气缸。 第二冲程：下止点—上止点，180º～360º，气体 被压缩，进排气门均关闭 第三冲程：上止点—下止点，360º～540º，气体 膨胀，进排气门均关闭； 第四冲程：下止点—上止点，540º～720º，废气 被排出，排气门打开。
各零部件油雾
主要部件：集滤器、机油泵、滤清器、各种阀体等
8．起动系
功用：内燃机不能自行起动，借助外力使之运转 主要部件：起动机、蓄电池、点火开关等
起动系
小节 发动机的总体构造
两大机构 五大系统
曲柄连杆机构 配气机构 供给系 点火系 冷却系 润滑系 起动系
第三节 发动机工作原理
知识点：
四冲程发动机工作原理 二冲程发动机工作原理
汽油机示功图
柴油机示功图
四冲程柴油机的工作原理
温度800~1000K 压力105~400
kPa
温度300~370K压 力800~900 kPa
温度800~1000K压 力3~5 MPa
终了：温800~1000K
喷油器 压力105~400 kPa
进气门
纯空气
排气门
吸气行程
压缩行程
作功行程
瞬时：温度1800~2200K压 力5~10 MPa
第一章发动机工作原理与总体构造课件
第一章 发动机工作原理 和总体构造
第一节 发动机基本术语和类型
知识点：
发动机的基本术语 发动机的总体构造 发动机的分类
（一）发动机的基本术语
发动机基本术语
1．上止点: 活塞离曲轴旋转中心最远的位置
2．下止点:活塞离曲轴旋转中心最近的位置 3．活塞行程 S：上下止点之间的距离 4．曲柄半径R：曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离 5．气缸工作容积VS（单位 L)
气缸吸气时汽缸内气压p=0.075～0.09MPa<大气压； 气缸温度T=370～400K。
进气行程
温度370~440 K， 压 力75~90 kPa
进气门开启
排气门关闭
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
（2）压缩行程
由进气门关闭到活塞移到上止点（成为压缩上止点）为止, 进排气门都关闭。
3．配气机构
功用：定时开启和关闭进排气门 主要部件：气门组、传动组
4、燃油供给系统
3供给系统
作用：将燃油系统和空气及时地供给气缸，并将燃烧后的废 气及时排除
主要部件：化油器或电控喷油器（汽）、高压油泵和喷油器、 电控及共轨系统（柴）、空气滤清器、进气管、排气 管、消声器等
电控汽油喷射系统的供给系统
能力点：
熟练掌握发动机（四冲程和二冲程、汽油机和柴油 机）工作原理；
熟练掌握各冲程的工作特点。
（一）、四冲程发动机工作原理
1．四冲程发动机工作原理 四冲程发动机在活塞行程内完成进气、压缩、作 功和排气四个过程，即在一个活塞行程内只进行 一个过程，因此，活塞行程可分别用四个过程命 名，分别称为进气冲程、压缩冲程、作功冲程、 排气冲程。
油泵
排气行程
（二）二冲程发动机工作原理
1．特点
二冲程发动机的工作循环是在两个活塞 行程即曲轴旋转一圈的时间内完成的。经 过两个冲程完成一个工作循环，包括进气、 压缩、作功、排气四个过程；没有专门的 配气机构。
2．换气机构
没有进排气门，换气是通过三个孔（进气 孔、排气孔、扫气孔）来实现，混合燃气 在曲轴箱内完成混合。
活塞由上止点运动到下止点,活塞顶部所扫过的容积，VS =(π/4)D2·S×10-3
6．燃烧室容积（余隙容积）VC ：活塞位于上止点时，
活塞顶部上方的容积
7．气缸最大容积Va 活塞位于下止点时,活塞顶部上方的容积Va= VS + VC
8．内燃机排量 VL 所有气缸的工作容积之和VL =i·VS
9．压缩比ε： 气缸最大容积Va与燃烧室容积VC之比 ε = Vc / Va ε 越大，循环热效率越高
5．点火系统：汽油机和煤气机所采用，点燃混合气
主要部件：火花塞、点火线圈、断电器、分电器
6．冷却系
功 用：防止发动机过热，及时散发热量 分 类：风冷、水冷 主要部件：水泵、风扇、水箱、节温器
7．润滑系
功 用：润滑、冷却、清洁、密封、防腐 润滑方式：
飞溅润滑：靠曲轴等旋转部件飞溅起的油滴润滑 压力润滑：靠润滑系统建立起的油压经过各个油道润滑
5．按冷却方式
风冷： 以空气为冷却介质，没有专门的冷却系统 如：摩托
车、小型柴油机、坦克
水冷： 以液体为冷却介质，有专门的冷却系统
6．按进气方式
增压：在进气过程中，可燃混合气或空气是通过装 在进气管道上的增压器提高压力，然后进入气缸内 非增压：也叫自然吸气发动机，靠活塞的抽吸作用
7．按着火方式
（3）作功行程
在压缩行程结束时，喷油泵将柴油泵入喷油器， 并通过喷油器喷入燃烧室。因为喷油压力很高，喷 孔直径很小，所以喷出的柴油呈细雾状。细微的油 滴在炽热的空气中迅速蒸发汽化并借助于空气的运 动，迅速与空气混合形成可燃混合起。由于气缸内 的温度远高于柴油的自燃点，因此柴油随即自行着 火燃烧。燃烧气体的压力、温度迅速升高，体积急 剧膨胀。在气体压力的作用下，活塞推动连杆，连 杆推动曲轴旋转做功。
汽油控制喷油系统
电控共轨柴油机共轨系统-依维柯索菲姆
TDl是英文Turbo Charged Direct lnjection的缩写，翻译成中文就是涡轮增压+电控共轨柴 油直喷的意思。这种采用了新型技术的柴油发动机，保留了柴油发动机优点的同时，在震 动噪音以及动力方面，已经达到甚至超过汽油发动机的性能，因而得到欧洲用户的普遍欢 迎。TDl只不过是新型柴油发动机的一种，它并非大众独有的某种技术，其他厂商也有类似 技术的柴油发动机。
3、四冲程汽油机的工作原理
（1)．进气行程
由进气门开启到进气门关闭
进气提前角：
进气门打开时刻与活塞位于上止点之间的曲轴转角（为
了获得较多的充气量，活塞到达上止点前就开始开启）
进气晚关角：
活塞到达下止点时刻与进气门关闭时刻之间的曲轴转角。 利用空气流动的惯性及气体的动量，使更多的空气充入气 缸。
进气终了时刻：
排气行程
进气门关闭
排气门打开
P
上Z
止 点
下 止 点
残余废气
c
大气压力线 r
b
活 塞
温度900~1200 K 压力 105~125 kPa
V 示功图
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
进气行程 压缩行程 做功行程
排气行程
发动机气门开启角度之间的关系
（5）汽油机示功图
汽油机示功图
4、四冲程柴油机的工作原理
（1）进气行程
在柴油机进气行程中，被吸入气缸的只是纯净 空气。由于柴油机进气系统阻力较小，残余废气 的温度较低，因此进气行程结束时气缸内气体的 压力较高，约为0.085－0.095Mpa (相对于汽油机 而言)。
（2）压缩行程
因为柴油机的压缩比大，所以压缩行程终了时 气体压力可高达3～5 Mpa，温度可高达750－ 1000K。
外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，有别于依靠燃料在发动机内部 燃烧获得动力的内燃机。新型外燃机使用氢气作为工质，在四个封闭的气缸内充有一定容 积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔 中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质 不直接参与燃烧，也不更换。
3．按气缸数
单缸：只有一个气缸 多缸：由多个气缸组成
4．按气缸排列方式
直列立式、V型、 对置式
对置式
其它类型发动机－星型
汪克尔型转子发动机的结构和工作原
斯特林发动机
这种发动机是伦敦的牧师罗巴特 斯特林（Robert Stirling）于1816年发明的，所以命 名为“斯特林发动机”（Stirling engine）。斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上 的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特灵发动机是通过气体受热膨胀、 遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或 氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。
点燃：靠火花塞点火来产生燃烧，汽油机所采用 压燃：靠燃油的自燃来产生燃烧，柴油机所采用
8．按用途
固定式：工程机械采用 移动式：……
第二节、发动机的总体构造
1．机体与气缸盖
机体：骨架作用，安装各个机构和系统，包括气ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体、油底壳、 曲轴箱
缸盖：组成燃烧室，布置各种零部件
2．曲柄连杆机构
作用：将活塞的往复直线运动—曲轴的旋转运动对外输出动力 组成：活塞、连杆、曲轴三部分
但是，斯特林发动机还有许多问题要解决，例如膨胀室、压缩室、加热器、冷却室、 再生器等的成本高，热量损失是内燃发动机的2-3倍等。所以，还不能成为大批量使用的发 动机。
斯特林发动机目前有报道，已经开始研究在计算机主板的散热 风扇上使用，通过北桥芯片的发热来带动斯特林发动机，以此来给 硬件降温，该研究还处于研究阶段。
（4）排气行程
排气行程与汽油机类似，排气终了时 气缸内残余废气压力约为0.105～ 0.12Mpa，温度为700～900K。
（5）柴油机示功图
2．四冲程内燃机工作循环 第一冲程：活塞由上止点移到下止点，即曲轴由 0º转到180º进气门打开，新鲜空气被吸入气缸。 第二冲程：下止点—上止点，180º～360º，气体 被压缩，进排气门均关闭 第三冲程：上止点—下止点，360º～540º，气体 膨胀，进排气门均关闭； 第四冲程：下止点—上止点，540º～720º，废气 被排出，排气门打开。
各零部件油雾
主要部件：集滤器、机油泵、滤清器、各种阀体等
8．起动系
功用：内燃机不能自行起动，借助外力使之运转 主要部件：起动机、蓄电池、点火开关等
起动系
小节 发动机的总体构造
两大机构 五大系统
曲柄连杆机构 配气机构 供给系 点火系 冷却系 润滑系 起动系
第三节 发动机工作原理
知识点：
四冲程发动机工作原理 二冲程发动机工作原理
汽油机示功图
柴油机示功图
四冲程柴油机的工作原理
温度800~1000K 压力105~400
kPa
温度300~370K压 力800~900 kPa
温度800~1000K压 力3~5 MPa
终了：温800~1000K
喷油器 压力105~400 kPa
进气门
纯空气
排气门
吸气行程
压缩行程
作功行程
瞬时：温度1800~2200K压 力5~10 MPa
第一章发动机工作原理与总体构造课件
第一章 发动机工作原理 和总体构造
第一节 发动机基本术语和类型
知识点：
发动机的基本术语 发动机的总体构造 发动机的分类
（一）发动机的基本术语
发动机基本术语
1．上止点: 活塞离曲轴旋转中心最远的位置
2．下止点:活塞离曲轴旋转中心最近的位置 3．活塞行程 S：上下止点之间的距离 4．曲柄半径R：曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离 5．气缸工作容积VS（单位 L)
气缸吸气时汽缸内气压p=0.075～0.09MPa<大气压； 气缸温度T=370～400K。
进气行程
温度370~440 K， 压 力75~90 kPa
进气门开启
排气门关闭
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
（2）压缩行程
由进气门关闭到活塞移到上止点（成为压缩上止点）为止, 进排气门都关闭。
3．配气机构
功用：定时开启和关闭进排气门 主要部件：气门组、传动组
4、燃油供给系统
3供给系统
作用：将燃油系统和空气及时地供给气缸，并将燃烧后的废 气及时排除
主要部件：化油器或电控喷油器（汽）、高压油泵和喷油器、 电控及共轨系统（柴）、空气滤清器、进气管、排气 管、消声器等
电控汽油喷射系统的供给系统
能力点：
熟练掌握发动机（四冲程和二冲程、汽油机和柴油 机）工作原理；
熟练掌握各冲程的工作特点。
（一）、四冲程发动机工作原理
1．四冲程发动机工作原理 四冲程发动机在活塞行程内完成进气、压缩、作 功和排气四个过程，即在一个活塞行程内只进行 一个过程，因此，活塞行程可分别用四个过程命 名，分别称为进气冲程、压缩冲程、作功冲程、 排气冲程。
油泵
排气行程
（二）二冲程发动机工作原理
1．特点
二冲程发动机的工作循环是在两个活塞 行程即曲轴旋转一圈的时间内完成的。经 过两个冲程完成一个工作循环，包括进气、 压缩、作功、排气四个过程；没有专门的 配气机构。
2．换气机构
没有进排气门，换气是通过三个孔（进气 孔、排气孔、扫气孔）来实现，混合燃气 在曲轴箱内完成混合。
活塞由上止点运动到下止点,活塞顶部所扫过的容积，VS =(π/4)D2·S×10-3
6．燃烧室容积（余隙容积）VC ：活塞位于上止点时，
活塞顶部上方的容积
7．气缸最大容积Va 活塞位于下止点时,活塞顶部上方的容积Va= VS + VC
8．内燃机排量 VL 所有气缸的工作容积之和VL =i·VS
9．压缩比ε： 气缸最大容积Va与燃烧室容积VC之比 ε = Vc / Va ε 越大，循环热效率越高
5．点火系统：汽油机和煤气机所采用，点燃混合气
主要部件：火花塞、点火线圈、断电器、分电器
6．冷却系
功 用：防止发动机过热，及时散发热量 分 类：风冷、水冷 主要部件：水泵、风扇、水箱、节温器
7．润滑系
功 用：润滑、冷却、清洁、密封、防腐 润滑方式：
飞溅润滑：靠曲轴等旋转部件飞溅起的油滴润滑 压力润滑：靠润滑系统建立起的油压经过各个油道润滑
5．按冷却方式
风冷： 以空气为冷却介质，没有专门的冷却系统 如：摩托
车、小型柴油机、坦克
水冷： 以液体为冷却介质，有专门的冷却系统
6．按进气方式
增压：在进气过程中，可燃混合气或空气是通过装 在进气管道上的增压器提高压力，然后进入气缸内 非增压：也叫自然吸气发动机，靠活塞的抽吸作用
7．按着火方式
（3）作功行程
在压缩行程结束时，喷油泵将柴油泵入喷油器， 并通过喷油器喷入燃烧室。因为喷油压力很高，喷 孔直径很小，所以喷出的柴油呈细雾状。细微的油 滴在炽热的空气中迅速蒸发汽化并借助于空气的运 动，迅速与空气混合形成可燃混合起。由于气缸内 的温度远高于柴油的自燃点，因此柴油随即自行着 火燃烧。燃烧气体的压力、温度迅速升高，体积急 剧膨胀。在气体压力的作用下，活塞推动连杆，连 杆推动曲轴旋转做功。
汽油控制喷油系统
电控共轨柴油机共轨系统-依维柯索菲姆
TDl是英文Turbo Charged Direct lnjection的缩写，翻译成中文就是涡轮增压+电控共轨柴 油直喷的意思。这种采用了新型技术的柴油发动机，保留了柴油发动机优点的同时，在震 动噪音以及动力方面，已经达到甚至超过汽油发动机的性能，因而得到欧洲用户的普遍欢 迎。TDl只不过是新型柴油发动机的一种，它并非大众独有的某种技术，其他厂商也有类似 技术的柴油发动机。
3、四冲程汽油机的工作原理
（1)．进气行程
由进气门开启到进气门关闭
进气提前角：
进气门打开时刻与活塞位于上止点之间的曲轴转角（为
了获得较多的充气量，活塞到达上止点前就开始开启）
进气晚关角：
活塞到达下止点时刻与进气门关闭时刻之间的曲轴转角。 利用空气流动的惯性及气体的动量，使更多的空气充入气 缸。
进气终了时刻：
排气行程
进气门关闭
排气门打开
P
上Z
止 点
下 止 点
残余废气
c
大气压力线 r
b
活 塞
温度900~1200 K 压力 105~125 kPa
V 示功图
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
进气行程 压缩行程 做功行程
排气行程
发动机气门开启角度之间的关系
（5）汽油机示功图
汽油机示功图
4、四冲程柴油机的工作原理
（1）进气行程
在柴油机进气行程中，被吸入气缸的只是纯净 空气。由于柴油机进气系统阻力较小，残余废气 的温度较低，因此进气行程结束时气缸内气体的 压力较高，约为0.085－0.095Mpa (相对于汽油机 而言)。
（2）压缩行程
因为柴油机的压缩比大，所以压缩行程终了时 气体压力可高达3～5 Mpa，温度可高达750－ 1000K。
外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，有别于依靠燃料在发动机内部 燃烧获得动力的内燃机。新型外燃机使用氢气作为工质，在四个封闭的气缸内充有一定容 积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔 中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质 不直接参与燃烧，也不更换。
3．按气缸数
单缸：只有一个气缸 多缸：由多个气缸组成
4．按气缸排列方式
直列立式、V型、 对置式
对置式
其它类型发动机－星型
汪克尔型转子发动机的结构和工作原
斯特林发动机
这种发动机是伦敦的牧师罗巴特 斯特林（Robert Stirling）于1816年发明的，所以命 名为“斯特林发动机”（Stirling engine）。斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上 的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特灵发动机是通过气体受热膨胀、 遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或 氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。
点燃：靠火花塞点火来产生燃烧，汽油机所采用 压燃：靠燃油的自燃来产生燃烧，柴油机所采用
8．按用途
固定式：工程机械采用 移动式：……
第二节、发动机的总体构造
1．机体与气缸盖
机体：骨架作用，安装各个机构和系统，包括气ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体、油底壳、 曲轴箱
缸盖：组成燃烧室，布置各种零部件
2．曲柄连杆机构
作用：将活塞的往复直线运动—曲轴的旋转运动对外输出动力 组成：活塞、连杆、曲轴三部分
但是，斯特林发动机还有许多问题要解决，例如膨胀室、压缩室、加热器、冷却室、 再生器等的成本高，热量损失是内燃发动机的2-3倍等。所以，还不能成为大批量使用的发 动机。
斯特林发动机目前有报道，已经开始研究在计算机主板的散热 风扇上使用，通过北桥芯片的发热来带动斯特林发动机，以此来给 硬件降温，该研究还处于研究阶段。