汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的類型及工作原理

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)類型及工作原理1/252/25發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車心臟，為汽車行走提供動(dòng)力，關(guān)系著汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境保護(hù)性。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)就是一種能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，即將汽油（汽車發(fā)動(dòng)機(jī)柴油）或天然氣熱能，通過(guò)在密封汽缸內(nèi)燃燒氣體膨脹，推進(jìn)活塞作功，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，這是發(fā)動(dòng)機(jī)最基本原理。發(fā)動(dòng)機(jī)所有構(gòu)造都是為能量轉(zhuǎn)換服務(wù)，發(fā)動(dòng)機(jī)伴伴隨汽車走過(guò)了100數(shù)年歷史，無(wú)論是在設(shè)計(jì)、制造、工藝還是在性能、控制方面都有很大提升，但其基本原理仍然沒(méi)有變化。3/25一、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)類型1、按往活塞復(fù)次數(shù)2、按冷卻方式3、按汽缸數(shù)4、按燃料5、按氣缸排列方式6、按進(jìn)氣方式4/251、按活塞往復(fù)次數(shù)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)還按其在一種工作循環(huán)期間活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程數(shù)進(jìn)行分類。活塞式內(nèi)燃機(jī)每完成一種工作循環(huán)，便對(duì)外作功一次，不停地完成工作循環(huán)，才使熱能連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。在一種工作循環(huán)中活塞往復(fù)四個(gè)行程內(nèi)燃機(jī)稱作四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，而活塞往復(fù)兩個(gè)行程便完成一種工作循環(huán)則稱作二沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。5/256/252、按冷卻方式水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)以水或冷卻液為冷卻介質(zhì)稱作水冷式內(nèi)燃機(jī)，而以空氣為冷卻介質(zhì)則稱作風(fēng)冷式內(nèi)燃機(jī)。7/253、按汽缸數(shù)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)、多缸發(fā)動(dòng)機(jī)僅有一種氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)稱為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)；有兩個(gè)以上氣缸發(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)。當(dāng)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)多采取四缸、六缸、八缸發(fā)動(dòng)機(jī)。8/254、按燃料汽油機(jī)、柴油機(jī)汽油和柴油為燃料活塞式內(nèi)燃機(jī)分別稱作汽油機(jī)和柴油機(jī)。使用天然氣、液化石油氣和其他氣體燃料活塞式內(nèi)燃機(jī)稱作氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。9/255、按汽缸排列方式直列式發(fā)動(dòng)機(jī)、雙列式（V形和對(duì)置式）發(fā)動(dòng)機(jī)

直列式發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)氣缸排成一列，一般是垂直布置，但為了減少高度，有時(shí)也把氣缸布置成傾斜甚至水平；

雙列式發(fā)動(dòng)機(jī)把氣缸排成兩列，兩列之間夾角<180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動(dòng)機(jī)，兩列之間夾角=180°稱為對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)。10/25雙列式發(fā)動(dòng)機(jī)11/256、按進(jìn)氣方式活塞式內(nèi)燃機(jī)還可分為增壓和非增壓兩類。若進(jìn)氣是在接近大氣狀態(tài)下進(jìn)行，則為非增壓內(nèi)燃機(jī)或自然吸氣式內(nèi)燃機(jī)；若利用增壓器將進(jìn)氣壓力增高，進(jìn)氣密度增大，則為增壓內(nèi)燃機(jī)。增壓能夠提升內(nèi)燃機(jī)功率。12/25目前應(yīng)用最廣、數(shù)量最多汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為水冷、四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，其中汽油機(jī)用于轎車和輕型客、貨車上，而大客車和中、重型貨車發(fā)動(dòng)機(jī)多為柴油機(jī)。少數(shù)轎車和輕型客、貨車發(fā)動(dòng)機(jī)也有用柴油機(jī)。以風(fēng)冷或二沖程活塞式內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力汽車為數(shù)不多。尤其是從20世紀(jì)80年代起，在世界范圍內(nèi)，就不再有以二沖程活塞式內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力轎車了。13/25二、發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理1．能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)（1）構(gòu)造發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程是周期性地將燃料燃燒熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能過(guò)程。（2）特點(diǎn)通過(guò)進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣，每進(jìn)行一次稱為一種工作循環(huán)。曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)四次完成一種工作循環(huán)，稱為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)二次完成一種工作循環(huán)，稱為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。14/25（3）發(fā)動(dòng)機(jī)基本術(shù)語(yǔ)1）上止點(diǎn)：

活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處，一般指活塞上行到最高位置，一般用英文縮寫詞TDC表達(dá)。2）下止點(diǎn)：

活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心近來(lái)處，一般指活塞下行到最低位置，一般用英文縮寫詞BDC表達(dá)。3）活塞行程（s）：上、下止點(diǎn)間距離（mm）。4）曲柄半徑（R）：

與連桿下端（即連桿大頭）相連曲柄銷中心到曲軸回轉(zhuǎn)中心距離（mm）。顯然，s=2R。曲軸每轉(zhuǎn)一周，活塞移動(dòng)兩個(gè)行程。5）氣缸工作容積（Vh）：活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所讓出空間容積（L）。

Vh=（L）式中：D——?dú)飧字睆?，mm。15/256）燃燒室容積（Vc）：

活塞在上止點(diǎn)時(shí)，活塞上方空間叫燃燒室，它容積叫燃燒室容積（L）。7）發(fā)動(dòng)機(jī)排量（VL）：發(fā)動(dòng)機(jī)所有氣缸工作容積之和（L）。設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)為i，則VL=Vh×i8）氣缸總?cè)莘e（Va）：

活塞在下止點(diǎn)時(shí)，活塞上方容積稱為氣缸總?cè)莘e（L）。它等于氣缸工作容積與燃燒室容積之和，即Va=Vh+Vc9）壓縮比（ε）：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積比值，即

ε=Va/Vc=1+Vh/Vc16/252、四沖程汽油機(jī)工作原理17/251）進(jìn)氣行程：活塞由曲軸帶動(dòng)從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)氣門打開(kāi)，排氣門關(guān)閉?；钊锨蝗莘e增大，在真空吸力作用下，通過(guò)濾清空氣與汽油形成混合氣，經(jīng)進(jìn)氣門被吸入氣缸，至活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉，停頓進(jìn)氣，進(jìn)氣行程結(jié)束。2）壓縮行程：活塞在曲軸帶動(dòng)下，從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，活塞上腔容積不停減小，混合氣被壓縮，至活塞達(dá)到上止點(diǎn)時(shí)，壓縮行程結(jié)束。氣體壓力和溫度同步升高，混合氣深入混合，形成可燃混合氣。此時(shí)，氣缸內(nèi)壓力為600~1500kPa，溫度600~800K，遠(yuǎn)高于汽油點(diǎn)燃溫度，因而很容易點(diǎn)燃。18/253）作功行程：壓縮行程末，火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)可燃混合氣，并迅速著火燃燒，氣體產(chǎn)生高溫、高壓，推進(jìn)活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)連桿驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)向外輸出作功。4）排氣行程：在作功行程終了時(shí)，排氣門被打開(kāi)，活塞在曲軸帶動(dòng)下由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。廢氣在本身剩下壓力和活塞驅(qū)趕作用下，自排氣門排出氣缸，至活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，排氣門關(guān)閉，排氣行程結(jié)束。19/253、四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)工作循環(huán)同樣包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣等四個(gè)過(guò)程，在各個(gè)活塞行程中，進(jìn)、排氣門開(kāi)閉和曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與汽油機(jī)完全相同。只是由于柴油和汽油使用性能不一樣，使柴油機(jī)和汽油機(jī)在混合氣形成辦法及著火方式上有著主線差異。1）進(jìn)氣行程在柴油機(jī)進(jìn)氣行程中，被吸入氣缸只是純凈空氣。2）壓縮行程由于柴油機(jī)壓縮比大，因此壓縮行程終了時(shí)氣體壓力高。20/253）作功行程在壓縮行程結(jié)束時(shí)，噴油泵將柴油泵入噴油器，并通過(guò)噴油器噴入燃燒室。由于噴油壓力很高，噴孔直徑很小，因此噴出柴油呈細(xì)霧狀。細(xì)微油滴在熾熱空氣中迅速蒸發(fā)汽化，并借助于空氣運(yùn)動(dòng)，迅速與空氣混合形成可燃混合氣。由于氣缸內(nèi)溫度遠(yuǎn)高于柴油自燃點(diǎn)，因此柴油隨后自行著火燃燒。燃燒氣體壓力、溫度迅速升高，體積急劇膨脹。在氣體壓力作用下，活塞推進(jìn)連桿，連桿推進(jìn)曲軸旋轉(zhuǎn)作功。4）排氣行程排氣行程開(kāi)始，排氣門啟動(dòng)，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，燃燒后廢氣排出氣缸。21/254、汽油機(jī)與柴油機(jī)、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)比較

以上論述了各類往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)單工作原理，從中能夠看出汽油機(jī)與柴油機(jī)、四沖程與二沖程內(nèi)燃機(jī)若干異同之處。（1）四沖程汽油機(jī)與四沖程柴油機(jī)共同點(diǎn)是：1)每個(gè)工作循環(huán)都包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣等四個(gè)活塞行程，每個(gè)行程各占180°曲軸轉(zhuǎn)角，即曲軸每旋轉(zhuǎn)兩周完成一種工作循環(huán)。2)四個(gè)活塞行程中，只有一種作功行程，其他三個(gè)是耗功行程。顯然，在作功行程曲軸旋轉(zhuǎn)角速度要比其他三個(gè)行程時(shí)大得多，即在一種工作循環(huán)內(nèi)曲軸角速度是不均勻。為了改善曲軸旋轉(zhuǎn)不均勻性，可在曲軸上安裝轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大飛輪或采取多缸內(nèi)燃機(jī)并使其按一定工作次序依次進(jìn)行工作。22/25（2）二者不一樣之處是：1)汽油機(jī)可燃混合氣在氣缸外部開(kāi)始形成并延續(xù)到進(jìn)氣和壓縮行程終了，時(shí)間較長(zhǎng)。柴油機(jī)可燃混合氣在氣缸內(nèi)部形成，從壓縮行程接近終了時(shí)開(kāi)始，并占小部分作功行程，時(shí)間很短。2)汽油機(jī)可燃混合氣用電火花點(diǎn)燃，柴油機(jī)則是自燃。因此又稱汽油機(jī)為點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，稱柴油機(jī)為壓燃式內(nèi)燃機(jī)。23/25項(xiàng)目3汽車發(fā)動(dòng)機(jī)類型及工作原理一、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)類型1．按往活塞復(fù)次數(shù)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)2．按冷卻方式水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)3．按汽缸數(shù)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)、多缸發(fā)動(dòng)機(jī)4．按燃料汽油機(jī)、柴油機(jī)5．按氣缸排列方式直列式發(fā)動(dòng)機(jī)、雙列式（V形和對(duì)置式）發(fā)動(dòng)機(jī)6．按進(jìn)氣方式7．目前應(yīng)用最廣、數(shù)量最多汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為水冷、四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。二、發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理（學(xué)時(shí)二）1．能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)（1）構(gòu)造發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程是周期性地將燃料燃燒熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能過(guò)程。（2）特點(diǎn)通過(guò)進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣，每進(jìn)行一次稱為一種工作循環(huán)。曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)四次完成一種工作循環(huán)，稱為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)二次完成一種工作循環(huán)，稱為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。（3）發(fā)動(dòng)機(jī)基本術(shù)語(yǔ)1）上止點(diǎn)：2）下止點(diǎn)：3）活塞行程（s）：4）曲柄半徑（R）：5）氣缸工作容積6）燃燒室容積（Vc）：7）發(fā)動(dòng)機(jī)排量（VL）：8