發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理

1、汽車運(yùn)用與維修專業(yè)教學(xué)模式改革教案發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理課題：發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理授課教師：張磊授課對(duì)象：汽修班授課內(nèi)容：發(fā)動(dòng)機(jī)的分類和基本構(gòu)造1.分類復(fù)習(xí)：內(nèi)燃機(jī)的分類化油器式內(nèi)燃機(jī)直接噴射式內(nèi)燃機(jī)按冷卻方式按汽缸數(shù)按所用燃料按行程數(shù)按汽缸排列水冷內(nèi)燃機(jī)風(fēng)冷內(nèi)燃機(jī)四沖程內(nèi)燃機(jī)二沖程內(nèi)燃機(jī)汽油內(nèi)燃機(jī)柴油內(nèi)燃機(jī)單缸內(nèi)燃機(jī)多缸內(nèi)燃機(jī)單列式內(nèi)燃機(jī)雙列式內(nèi)燃機(jī)車用內(nèi)燃機(jī)（internal combustion engine），根據(jù)其將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的主要構(gòu)件的型式，可分為活塞式內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)兩大類。前者又可按活塞運(yùn)動(dòng)方式分為往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)（reciprocating engi

2、ne）和旋轉(zhuǎn)活塞式內(nèi)燃機(jī)兩種。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)在汽車上應(yīng)用最為廣泛,是本課研究的重點(diǎn)。汽車（automobile）發(fā)動(dòng)機(jī)（主要指車用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)）分類方法很多，按照不同的分類方法可以把汽車發(fā)動(dòng)機(jī)分成不同的類型，下面是其分類情況。  (1) 按照所用燃料分類  內(nèi)燃機(jī)按照所使用燃料的不同可以分為汽油機(jī)（gasoline engine）和柴油機(jī)(diesel engine)。使用汽油為燃料的內(nèi)燃機(jī)稱為汽油機(jī)；使用柴油機(jī)為燃料的內(nèi)燃機(jī)稱為柴油機(jī)。汽油機(jī)與柴油機(jī)比較各有特點(diǎn)；汽油機(jī)轉(zhuǎn)速高，質(zhì)量小，噪音小，起動(dòng)容易，制造成本低；柴

3、油機(jī)壓縮比大，熱效率高，經(jīng)濟(jì)性能和排放性能都比汽油機(jī)好。    (2) 按照行程(stroke)分類  內(nèi)燃機(jī)按照完成一個(gè)工作循環(huán)(operating cycle)所需的行程數(shù)可分為四行程內(nèi)燃機(jī)(four - stroke cycle engine)和二行程內(nèi)燃機(jī)(two - stroke cycle engine) 。把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)四個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)稱為四行程內(nèi)燃

4、機(jī)；而把曲軸轉(zhuǎn)一圈(360°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)稱為二行程內(nèi)燃機(jī)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛使用四行程內(nèi)燃機(jī)。    (3) 按照冷卻方式分類  內(nèi)燃機(jī)按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動(dòng)機(jī)(liquid - cooled engine)和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)(air - cooled engine)。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進(jìn)行循環(huán)的冷卻液(coolant)作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的；而風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)是利用流動(dòng)于氣缸體與氣缸蓋外

5、表面散熱片(fins)之間的空氣作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)。 (4) 按照氣缸(cylinder)數(shù)目分類  內(nèi)燃機(jī)按照氣缸數(shù)目不同可以分為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)(single - cylinder engine)和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)(multi - cylinder engine )。僅有一個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)；有兩個(gè)以上氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。 如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)多

6、采用四缸、六缸、八缸發(fā)動(dòng)機(jī)。    (5) 按照氣缸排列方式分類  內(nèi)燃機(jī)按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式。單列式發(fā)動(dòng)機(jī)(inline engine)的各個(gè)氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時(shí)也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的；雙列式發(fā)動(dòng)機(jī)把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動(dòng)機(jī)(V-type engine)，若兩列之間的夾角=180°稱為對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)(opposed engine)。  

7、  (6) 按照進(jìn)氣系統(tǒng)是否采用增壓方式分類  內(nèi)燃機(jī)按照進(jìn)氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)式發(fā)動(dòng)機(jī)naturary aspirated engine(non - supercharged engine)和強(qiáng)制進(jìn)氣(增壓式)發(fā)動(dòng)機(jī)(supercharged engine )。汽油機(jī)常采用自然吸氣式；柴油機(jī)為了提高功率有采用增壓式的。    2. 基本構(gòu)造  發(fā)動(dòng)機(jī)是一種由許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成的

8、復(fù)雜機(jī)器。無論是汽油機(jī)，還是柴油機(jī)；無論是四行程發(fā)動(dòng)機(jī)，還是二行程發(fā)動(dòng)機(jī)；無論是單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，還是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。要完成能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，保證長時(shí)間連續(xù)正常工作，都必須具備以下一些機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)。  (1) 曲柄連桿機(jī)構(gòu)  曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動(dòng)零件。它由機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中，活塞承受燃?xì)鈮毫υ跉飧變?nèi)作直線運(yùn)動(dòng)，通過連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并從曲軸對(duì)外輸出動(dòng)力。而在進(jìn)氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成活塞的直線運(yùn)動(dòng)。    (2)

9、 配氣機(jī)構(gòu)（圖1-8）  配氣機(jī)構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序和工作過程，定時(shí)開啟和關(guān)閉進(jìn)氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進(jìn)入。  氣缸,并使廢氣從氣缸內(nèi)排出,實(shí)現(xiàn)換氣過程。配氣機(jī)構(gòu)大多采用頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu)，一般由氣門組、氣門傳動(dòng)組和氣門驅(qū)動(dòng)組組成。    (3) 燃料供給系統(tǒng)（fuel suppling system）  汽油機(jī)燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去；柴油機(jī)燃料

10、供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。    4) 潤滑系統(tǒng)(lubricating system)  潤滑系的功用是向作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實(shí)現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機(jī)件的磨損。并對(duì)零件表面進(jìn)行清洗和冷卻。潤滑系通常由潤滑油道、機(jī)油泵、機(jī)油濾清器和一些閥門等組成。    (5) 冷卻系統(tǒng)(cooling system)  冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部

11、分熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風(fēng)扇、水箱、節(jié)溫器等組成。    (7) 點(diǎn)火系統(tǒng)(igniting system)  在汽油機(jī)中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點(diǎn)燃的，為此在汽油機(jī)的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。能夠按時(shí)在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備稱為點(diǎn)火系，點(diǎn)火系通常由蓄電池、發(fā)電機(jī)、分電器、點(diǎn)火線圈和火花塞等組成。    (8) 起動(dòng)系統(tǒng)(starting system

12、)    要使發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，使活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功,推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)使曲軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)才能自行運(yùn)轉(zhuǎn),工作循環(huán)才能自動(dòng)進(jìn)行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動(dòng)到發(fā)動(dòng)機(jī)開始自動(dòng)地怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。完成起動(dòng)過程所需的裝置，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系。  汽油機(jī)由以上兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點(diǎn)火系和起動(dòng)系組成；柴油機(jī)由以上兩大機(jī)構(gòu)和四大系統(tǒng)組成,即由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系和起動(dòng)系組成，柴油機(jī)

13、是壓燃的，不需要點(diǎn)火系。發(fā)動(dòng)機(jī)常用術(shù)語  如下圖所示:    活塞在氣缸里作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)到最高位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)的極限位置，稱為上止點(diǎn)TDC(Top Dead Center)。  活塞在氣缸里作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)到最低位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的極限位置，稱為下止點(diǎn)BDC(Bottom Dead Center)。  活塞從一個(gè)止點(diǎn)到另一個(gè)止點(diǎn)移動(dòng)的距離，即上、下止點(diǎn)之間的距離稱為活塞行程。一般用表示

14、，對(duì)應(yīng)一個(gè)活塞行程，曲軸旋轉(zhuǎn)180°  曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心之間的距離稱為曲柄半徑，一般用R表示。通?；钊谐虨榍霃降膬杀叮?#160;S =2R 。  活塞從一個(gè)止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)止點(diǎn)所掃過的容積，稱為氣缸工作容積。一般用Vh表示：  式中：D氣缸直徑，單位mm；  S活塞行程，單位mm；  活塞位于下止點(diǎn)時(shí)，其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為氣缸總?cè)莘e。一般用Va表示，顯而易見，氣缸總?cè)莘e就是氣缸工作容積和燃燒室容積之和，即VaVcVh。  

15、;多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸工作容積的總和，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)排量。一般用VL表示：  式中：Vh氣缸工作容積；  i  氣缸數(shù)目。  壓縮比(compression ratio)是發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)非常重要的概念，壓縮比表示了氣體的壓縮程度，它是氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比值，即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比。一般用表示。  式中：Va  氣缸總?cè)莘e；  Vh  氣缸工作容積；  Vc  燃燒室容積；  通常汽油機(jī)的壓縮比為610，