發(fā)動機工作原理與總體構(gòu)造

發(fā)動機基本術(shù)語與類型

發(fā)動機簡單工作原理

發(fā)動機性能指標(biāo)

第一章

發(fā)動機工作原理與總體構(gòu)造

發(fā)動機基本術(shù)語

發(fā)動機分類

發(fā)動機總體構(gòu)造

第一節(jié)

發(fā)動機基本術(shù)語和類型

發(fā)動機是汽車的動力源，是把某一種形式的能量轉(zhuǎn)變成機械能的機器。

現(xiàn)代汽車所使用的發(fā)動機多為內(nèi)燃機。內(nèi)燃機把燃料燃燒的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，然后又把熱能轉(zhuǎn)變成機械能，并且這種能量轉(zhuǎn)換過程是在發(fā)動機氣缸內(nèi)部進行的。汽車上使用的內(nèi)燃機主要是汽油機和柴油機。發(fā)動機

工作循環(huán)：在發(fā)動機內(nèi)，每一次將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能都必須經(jīng)過吸入空氣、壓縮和輸入燃料，使之發(fā)火燃燒而膨脹作功，然后將生成的廢氣排除這樣一系列連續(xù)過程，稱為一個工作循環(huán)。一個工作循環(huán)包括進氣、壓縮、作功

和排氣四個過程一、發(fā)動機的基本術(shù)語發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖

單缸發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖●上止點（TopDeadCenter）活塞離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠的位置●下止點（BottomDeadCenter）

活塞離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的位置●活塞行程

S

上下止點之間的距離

上止點下止點活塞行程●曲柄半徑R

曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心的距離

●氣缸工作容積（排量）VS（L）

活塞由上止點運動到下止點，活塞頂部所掃過的容積

VS=(π/4)D2·S×10-6曲柄半徑氣缸工作容積●燃燒室容積（壓縮容積）VC

活塞位于上止點時，活塞頂部上方的容積

●氣缸總?cè)莘eVa

氣缸工作容積與燃燒室容積之和

Va=VS+VC

燃燒室容積氣缸總?cè)莘e●壓縮比ε

氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比

ε=Va/VC=1+VS/VC

ε表示氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度

ε↑→（壓縮終了氣體）P、T↑

汽油機一般6～11，柴油機一般16～22壓縮比

●發(fā)動機（內(nèi)燃機）排量VL（L）

所有氣缸的工作容積之和

VL=i·VS

發(fā)動機排量

熱能動力裝置（熱機）

內(nèi)燃機

直接以燃料燃燒所生成的燃料產(chǎn)物為工質(zhì)的熱機

●活塞式內(nèi)燃機（汽車發(fā)動機）往復(fù)活塞式旋轉(zhuǎn)活塞式

●燃氣輪機

外燃機

燃料燃燒加熱其它工質(zhì)（水）

●蒸氣機

●汽輪機二、發(fā)動機的分類

液體燃料發(fā)動機

●汽油機

●柴油機

●代用燃料（非石油燃料）發(fā)動機

●酒精、氫氣、甲醇發(fā)動機等

氣體燃料發(fā)動機

●天然氣發(fā)動機

●液化石油氣發(fā)動機等按所用燃料種類

四沖程發(fā)動機二沖程發(fā)動機按工作循環(huán)的沖程數(shù)

點燃式發(fā)動機、壓燃式發(fā)動機

按發(fā)火方式單缸發(fā)動機多缸發(fā)動機按氣缸數(shù)

直列立式、直列臥式、V型發(fā)動機按氣缸排列方式水冷發(fā)動機風(fēng)冷發(fā)動機按冷卻方式非增壓發(fā)動機增壓發(fā)動機按進氣方式

●每氣缸設(shè)有一個進氣門和一個排氣門的發(fā)動機，稱為二氣門發(fā)動機；

●每氣缸設(shè)有2個進氣門和2個排氣門的發(fā)動機，稱為四氣門發(fā)動機；

●每氣缸設(shè)有3個進氣門和2個排氣門的發(fā)動機，稱為五氣門發(fā)動機。按每氣缸的氣門數(shù)三、發(fā)動機的總體構(gòu)造

機體

氣缸體+曲軸箱的連鑄體

●構(gòu)成氣缸的零件稱做氣缸體

●支承曲軸的零件稱作曲軸箱

●骨架作用，安裝各個機構(gòu)和系統(tǒng)氣缸蓋

●組成燃燒室，布置各零件機體組

主要件

活塞、連桿、曲軸

功用

將活塞的往復(fù)直線運動→曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，對外輸出動力活塞連桿組曲軸飛輪組機體組曲柄連桿機構(gòu)

●功用

定時開啟和關(guān)閉進排氣門

●主要部件氣門組傳動組

配氣機構(gòu)

燃油供給系統(tǒng)

將燃油及時供給氣缸進、排氣系統(tǒng)

將空氣及時供給氣缸

將廢氣及時排除供給系統(tǒng)

汽油機點燃混合氣通常由蓄電池、發(fā)電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。點火系統(tǒng)功用防止發(fā)動機過熱，及時散熱分類風(fēng)冷系水冷系冷卻系

功用潤滑、冷卻、清潔、密封、防腐

潤滑方式壓力潤滑飛濺潤滑潤滑系

利用外力起動發(fā)動機起動系第二節(jié)四沖程發(fā)動機工作原理●四沖程汽油機工作原理●四沖程柴油機工作原理工作循環(huán)進氣行程

壓縮行程

作功行程

排氣行程四沖程內(nèi)燃機工作循環(huán)

行程活塞運動氣門狀態(tài)曲軸轉(zhuǎn)角功用進氣門排氣門第一上→下開關(guān)00→1800進氣第二下→上關(guān)關(guān)1800→3600壓縮第三上→下關(guān)關(guān)3600→5400作功第四下→上關(guān)開5400→7200排氣工作循環(huán)特點

1、進氣行程2、壓縮行程3、作功行程4、排氣行程

單缸四沖程汽油機的工作過程一、四沖程汽油機工作原理排氣門關(guān)閉進氣門開啟活塞溫度370~440K，

壓力75~90kPa大氣壓力線PVra示功圖上止點下止點示功圖：表示活塞在不同位置時氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。進氣行程

進氣提前角●早于上止點開啟●增加進入氣缸內(nèi)的混合氣量

進氣晚關(guān)角●遲于下止點關(guān)閉●減少進氣過程所消耗的功進氣終了時刻●

p：約為0.07~0.09MPa<大氣壓●

T：約為320~380K>大氣溫度由進氣門開啟到進氣門關(guān)閉

PraV（φ）大氣壓力線進氣行程示功圖

進氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞壓縮比：ε=Va/VcPVra示功圖大氣壓力線c上止點下止點溫度600~800K，

壓力600~1500kPa壓縮行程

（壓縮上止點）●進氣門關(guān)閉●排氣門關(guān)閉活塞上行，氣缸內(nèi)氣體被壓縮，缸內(nèi)壓力溫度都升高●p：約為0.8~1.5MPa

●T：約為600~750K由進氣門關(guān)閉到活塞移到上止點PraV（φ）大氣壓力線c壓縮行程示功圖進氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞PVra示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點瞬時最高：溫度2200~2800K，

壓力3~5MPa作功終了：溫度1500~1700K，

壓力300~500kPa

作功行程火花塞跳火，點燃可燃混合氣，燃燒氣體的體積急劇膨脹

●進氣門關(guān)閉●排氣門關(guān)閉高溫高壓燃氣推動活塞下行，對外作功●p：高達3.0~6.5MPa

●T：高達2200~2800K

作功行程結(jié)束時●p：約為0.35~0.5MPa

●T：約為1200~1500K

燃氣壓力推動活塞由上止點移至下止點PraV（φ）大氣壓力線cZb

作功行程示功圖

進氣門關(guān)閉排氣門打開活塞PVr示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點溫度900~1200K壓力105~125kPa殘余廢氣排氣行程排氣提前角

●早于下止點開啟●減少氣缸內(nèi)的廢氣量排氣晚關(guān)角

●遲于上止點關(guān)閉●減少排氣過程消耗的功排氣終了時，殘余廢氣

●p：0.105~0.12MPa

●T：900~1100K氣門重疊角

●在排氣門關(guān)閉之前，進氣門就已打開，進氣門同時開啟時期所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角從排氣門開啟到排氣門關(guān)閉的時刻PraV（φ）大氣壓力線cZb排氣行程示功圖二、四沖程柴油機工作原理吸入的只是純凈空氣

●進氣系統(tǒng)阻力較小，殘余廢氣的溫度較低進氣行程結(jié)束時

●P：約為0.085~0.095MPa

●T：約為310~340K壓縮行程●壓縮比大●壓縮行程終了時P：高達3~5MPaT：高達750~1000K進氣行程噴油器高壓霧狀噴油（10~20MPa）●柴油蒸發(fā)汽化，形成可燃混合氣●溫度遠高于柴油的自燃點（600K）●燃氣壓力、溫度迅速升高，膨脹作功最大壓力和溫度●P：高達6~9MPa●T：高達1800~2200K作功行程結(jié)束時●P：0.2~0.5MPa●T：1000~1200K作功行程排氣終了時殘余廢氣●P：約為0.105~0.12MPa●T：約為700~900K排氣行程Pra大氣壓力線V（φ）Zbc

四沖程柴油機示功圖噴油器噴油泵吸氣行程壓縮行程作功行程排氣行程進氣門排氣門純空氣溫度300~370K壓力800~900kPa溫度800~1000K壓力3~5MPa瞬時：溫度1800~2200K壓力5~10MPa溫度800~1000K壓力105~400kPa終了：溫度800~1000K壓力105~400kPa四沖程柴油機的工作原理四沖程汽油機和柴油機

工作循環(huán)相同之處1、每個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩周，每一行程曲軸轉(zhuǎn)半周。2、只有作功行程產(chǎn)生動力。四沖程汽油機和四沖程柴油機

工作循環(huán)不同之處汽油機柴油機汽油與空氣缸外混合，進入可燃混合氣進入氣缸的是純空氣電火花點燃混合氣高溫氣體加熱柴油燃燒有點火系無點火系無噴油器有噴油器第三節(jié)二沖程內(nèi)燃機工作原理

二行程發(fā)動機的工作循環(huán)也是由進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣過程組成，但它是在曲軸旋轉(zhuǎn)一圈(360°)，活塞上下往復(fù)運動兩個行程內(nèi)完成的。

因此，二行程發(fā)動機與四行程發(fā)動機工作原理不同，結(jié)構(gòu)也不一樣。

*觀看動畫一、曲軸箱換氣式二沖程汽油機換氣機構(gòu)

進氣孔

排氣孔

掃氣孔工作過程

上行沖程

下行沖程壓縮混合氣進氣點火燃燒排氣掃氣孔進氣孔排氣孔火花塞二沖程汽油機工作原理

活塞在曲軸帶動下由下止點移至上止點

●掃氣：活塞由下止點→關(guān)閉掃氣孔

●額外排氣：排氣孔未關(guān)

●壓縮：三個孔均關(guān)，直到上止點

●進氣：活塞上行到進氣孔打開，新混合氣進入曲軸箱上行沖程（第一行程）活塞由上止點移至下止點

●作功：排氣孔和掃氣孔均關(guān)閉，進氣孔未關(guān)，直至排氣孔打開●進氣：混合氣被壓縮直至進氣孔關(guān)閉●先期排氣：排氣孔開啟，膨脹后的廢氣排出●掃氣：掃氣孔打開→活塞到下止點下行沖程（第二行程）

a：排氣孔關(guān)閉

ac：壓縮過程

czb：作功過程

b：排氣孔打開

bf：先期排氣

f：掃氣孔開啟

fdh：掃氣

h：掃氣孔關(guān)閉

ha：額外排氣

換氣過程：bda（130°~150°曲軸轉(zhuǎn)角）二沖程內(nèi)燃機示功圖帶掃氣泵的氣門—氣孔式直流掃氣二沖程柴油機工作原理如下圖。二、二行程柴油機工作原理換氣燃燒排氣壓縮噴油器空氣掃氣泵廢氣排氣門二沖程柴油機工作原理理論上它的功率應(yīng)等于四沖程發(fā)動機的二倍。由于作功頻率較大，二沖程發(fā)動機的運轉(zhuǎn)比較均勻平穩(wěn)。構(gòu)造簡單，質(zhì)量較小。易受磨損和經(jīng)常需要修理的運動部件數(shù)量較少。二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機相比

主要性能指標(biāo)

速度特性與負荷

內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱

第三節(jié)發(fā)動機的性能指標(biāo)※

發(fā)動機的性能指標(biāo)用來衡量發(fā)動機性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)

動力性指標(biāo)：表征內(nèi)燃機對外作功能力

經(jīng)濟性指標(biāo)：發(fā)動機油耗環(huán)境指標(biāo)：排放性和噪聲水平強化指標(biāo)：承受熱負荷和機械負荷的能力緊湊性指標(biāo)：表征發(fā)動機總體結(jié)構(gòu)緊湊程度可靠性指標(biāo)：表征發(fā)動機正常持續(xù)工作能力耐久性指標(biāo)：主要零件磨損損壞的極限時間工藝性指標(biāo)：制造工藝性和維修工藝性好壞一、主要性能指標(biāo)※

有效轉(zhuǎn)矩發(fā)動機對外輸出的轉(zhuǎn)矩Te（單位：N·m）※

有效功率發(fā)動機曲軸的輸出功率Pe=Te(2πn/60)×10-3(KW)Te—有效轉(zhuǎn)矩（N·m）n—曲軸轉(zhuǎn)速（r/min）

1.動力性指標(biāo)※

發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)動機曲軸每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)n（單位：r/min）n一般范圍車用汽油機：4000~6000r/min

車用柴油機：2000~4000r/min※

平均有效壓力單位氣缸工作容積輸出的有效功pme（單位：MPa）平均有效壓力↑→發(fā)動機作功能力↑

pme一般范圍：汽油機：0.65~1.2MPa

柴油機：0.6~0.95MPa發(fā)動機轉(zhuǎn)速與平均有效壓力※

標(biāo)定工況：發(fā)動機在標(biāo)定功率/標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的工作狀況（可靠性和壽命）

同一發(fā)動機用途不同，標(biāo)定功率不同

標(biāo)定功率≠最大功率，是根據(jù)發(fā)動機用途制定的有效功率最大使用限度

發(fā)動機產(chǎn)品標(biāo)牌上數(shù)據(jù)（華晨寶馬325i）

最大功率[Kw(Ps)/rpm]：160(218)/6500最大扭矩(N·m/rpm)：250/2750–4250

標(biāo)定功率/標(biāo)定轉(zhuǎn)速有效熱效率ηe燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為有效功的百分數(shù)

有效燃油消耗率be

發(fā)動機每輸出1KW·h有效功率所消耗的燃油量be=(B/Pe)×103[g/(KW·h)]

B—每小時的燃油消耗量（kg/h）

Pe—有效功率（kW）

2.經(jīng)濟性指標(biāo)有害排放物汽油機

主要是廢氣中的CO和HC的量對柴油機主要是廢氣中的NOx和顆粒的排放量

發(fā)動機的噪聲是汽車噪聲的主要來源約占城市噪聲的75%

GB：轎車噪聲≯82dB（A）3.環(huán)境指標(biāo)發(fā)動機主要有害排放及危害有害排放有害物特征危

害CO無色、無臭、有毒氣體使人出現(xiàn)惡心、頭暈、疲勞等缺氧癥狀，嚴重時窒息死亡NO2赤褐色帶刺激性的氣體傷害心、肝、腎。與光化學(xué)反應(yīng)形成臭氧和醛等HC刺激性的氣體破壞造血機能，造成貧血、神經(jīng)衰弱，降低肺對傳染病的抵抗力。與光化學(xué)反應(yīng)形成臭氧和醛等光化學(xué)煙霧HC與NOx在陽光作用下所形成的煙霧，有刺激性降低大氣可見度，傷害眼睛、咽喉，影響植物生長醛類較強的刺激性臭味傷害眼睛、上呼吸道、中樞神經(jīng)