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1、汽车构造汽车构造 第四讲 发动机工作原理和总体构造发动机工作原理和总体构造 概述 四冲程发动机工作原理 发动机总体构造 发动机主要性能指标和特性 内燃机名称及型号编制规则 风力发动机 返回 水力发动机 水轮是以流水为动力， 进行旋转的动力装置， 又称 “水车”，可以 带动磨、风箱、抽水装 置、纺车、榨油和制革 机械乃至发动机等 返回 热力发动机 返回 二、二、热力发动机：热力发动机：将热能转变成机械能的发动机。将热能转变成机械能的发动机。 1 1、外燃、外燃机：机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器内燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器内 部并转变成机械能输出的热力发动机。如部并转变

2、成机械能输出的热力发动机。如蒸汽机蒸汽机。 2 2、内燃、内燃机：机：液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部 燃烧而产生热能，然后再将热能转变成机械能输出的热力发动燃烧而产生热能，然后再将热能转变成机械能输出的热力发动 机。机。热机 内燃机 活塞式叶片式 燃气轮机 外燃机 蒸汽机汽轮机热气机 斯特灵发动 机 3 3、比较、比较： 外燃外燃机体积大，重量重，热效率低；机体积大，重量重，热效率低； 内燃机单机功率范围大（内燃机单机功率范围大（0.6-16860kW0.6-16860kW）、热效）、热效 率高（汽油机略高于率高（汽油机略高于0.30.3，

3、柴油机达，柴油机达0.40.4左右）、左右）、 体积小、质量轻、操作简单，便于移动和起动性体积小、质量轻、操作简单，便于移动和起动性 能好等优点。被广泛应用于汽车、火车、工程机能好等优点。被广泛应用于汽车、火车、工程机 械、拖拉机、发电机、船舶、坦克、排灌机械和械、拖拉机、发电机、船舶、坦克、排灌机械和 众多其它机械的动力众多其它机械的动力 。 4 4、内燃机按热能转变成机械能的主要构件分内燃机按热能转变成机械能的主要构件分 活塞式内燃机、燃气轮机活塞式内燃机、燃气轮机 燃气轮机 燃气轮机是以 空气及燃气为 工质的旋转式 热力发动机， 它的结构与飞 机喷气式发动 机一致 5 5、活塞式内燃机按

4、活塞运动方式分活塞式内燃机按活塞运动方式分 往复活塞式内燃机、转子活塞式内燃机往复活塞式内燃机、转子活塞式内燃机 活塞式内 燃机 按运动方 式分类 往复运动 式 旋转运动 式 按行程数 分类 四行程二行程 其他分类 方式 1 1、按使用的燃料不同分、按使用的燃料不同分 汽油机汽油机 柴油机柴油机 三、发动机的分类三、发动机的分类 （往复活塞式）： 3 3、按冷却方式不同、按冷却方式不同 水冷发动机水冷发动机 风冷发动机风冷发动机 2 2、按完成一个工作循环所需行程数、按完成一个工作循环所需行程数 四冲程发动机四冲程发动机 二冲程发动机二冲程发动机 4 4、按气缸数及排列方式、按气缸数及排列方式

5、 单缸发动机单缸发动机 多缸发动机多缸发动机 单列式单列式 型型 对置式对置式 单列式单列式 型型 对置式对置式 5 5、按进气状态分、按进气状态分 自然吸气式发动机（非增压式发动机）自然吸气式发动机（非增压式发动机） 强制吸气式（增压式发动机）强制吸气式（增压式发动机） 上止点 下止点 活塞行程(S) (S) 曲柄半径(R) (R) 气缸工作容积(V h ) (V h ) 燃烧室容积(Vc ) (Vc ) 气缸总容积(Va ) (Va ) 二、基本术语二、基本术语 压缩比 发动机排量 工作循环 1 1、上止点、下止点、上止点、下止点 活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；活塞顶离曲轴回转中心最

6、近处为活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；活塞顶离曲轴回转中心最近处为 下止点。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。下止点。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。 2 2、活塞行程、活塞行程 上、下止点间的距离上、下止点间的距离 S S 称为活塞行程。称为活塞行程。 S 3 3、曲柄半径、曲柄半径 曲柄与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离曲柄与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离R R。其中。其中S=2RS=2R。 R 4 4、气缸工作容积、气缸工作容积 活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积。一般用活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积。一般用V Vh h表示。表示。 Vh 5 5、燃烧

7、室容积、燃烧室容积 活塞位于上止点时，其顶部与气缸盖之间的容积。一般用活塞位于上止点时，其顶部与气缸盖之间的容积。一般用V VC C表示。表示。 Vc 6 6、气缸总容积、气缸总容积 活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的容积。一般用活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的容积。一般用V Va a表示。表示。 Va 动态演示 7 7、发动机排量、发动机排量 多缸发动机各气缸工作容积的总和。一般用多缸发动机各气缸工作容积的总和。一般用V VL L表示。表示。 VL=Vhi i为气缸数目 9 9、工作循环、工作循环 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、对于往复活塞式发动机，每进行

8、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。一个工作循环。 （在气缸内进行的，每一次将热能转换为机械能的一系（在气缸内进行的，每一次将热能转换为机械能的一系 列的连续过程列的连续过程 ） 例题：例题： 某汽油机有四个气缸，气缸直径某汽油机有四个气缸，气缸直径 92mm92mm，活塞冲程，活塞冲程92mm92mm，压缩比为，压缩比为6 6。 计算其每缸工作容积、燃烧室容积计算其每缸工作容积、燃烧室容积 及发动机排量（容积以升为单位）。及发动机排量（容积以升为单位）。 1）

9、 每缸工作容积： Vh = 10004 2 SD 10004 2 . 92 . 914. 3 2 = = 0.61 (L) 2） 燃烧室容积： c h c ch c a V V V VV V V 1 12. 0 16 61. 0 1 h c V V （L） 3） 发动机排量： VL=Vhi=0.614=2.44 (L) 四冲程汽油机的工作原理示意图 汽油发动机四个行程的图示 1.1.进气行程进气行程. .压缩行程压缩行程. .作功行程作功行程4.4.排气行程排气行程 每一行程工作的具体分析如下每一行程工作的具体分析如下 2 2、压缩行程、压缩行程 进气门关闭进气门关闭排气门关闭排气门关闭 P

10、V r a 示功图示功图 大气压力线大气压力线 c 上止点上止点 下止点下止点 压缩终了时气缸内压缩终了时气缸内压强压强上升至上升至0.60.6 1.5Mpa1.5Mpa，温度温度继续上升至继续上升至600600700K 700K 。 活活 塞塞 上上 行行 四、四冲程柴油机工作原理 四行程柴油机四行程柴油机 同样包括进气、压同样包括进气、压 缩、作功和排气四缩、作功和排气四 个行程。但由于柴个行程。但由于柴 油机使用的柴油，油机使用的柴油， 粘度比汽油大，不粘度比汽油大，不 易蒸发，且自燃温易蒸发，且自燃温 度又比汽油低，所度又比汽油低，所 以采用的着火方式以采用的着火方式 是是 压缩自燃式

11、点火压缩自燃式点火 （压燃）（压燃）。 喷油器 喷油泵 进气行程进气行程压缩行程压缩行程 作功行程作功行程 排气行程排气行程 新鲜空气新鲜空气 四冲程柴油机各行程示意图 开始喷油开始喷油 分析和比较汽油机、柴油机的工作分析和比较汽油机、柴油机的工作 异同异同? 首先分别看一下汽油机和柴油机的图示首先分别看一下汽油机和柴油机的图示 火花塞火花塞 喷油器喷油器 五、二冲程发动机结构特点及工作原理 二冲程发动机：指活塞在 上、下止点间往复移动两 个行程（相当于曲轴旋转 360360度），完成进气、压 缩、作功、排气一个工作 循环的发动机。 1 1、第一行程（换气- -压缩 行程） 2 2、第二行程（

12、作功- -换气 行程） 二冲程与四冲程汽油机比较 性 能 二冲程汽油机四冲程汽油机 结构简单复杂 比质量小大 燃油消耗高低 升功率大小 制造维修成本低高 比质量小大 起动性好差 使用寿命短长 排放大小 六、爆燃和表面点火六、爆燃和表面点火 n1 1、压缩比对发动机工作的影响：、压缩比对发动机工作的影响： n压缩比适当增加，可燃混合气温度增加，压力压缩比适当增加，可燃混合气温度增加，压力 增加，燃烧速度快，发动机功率增加，经济性好；增加，燃烧速度快，发动机功率增加，经济性好； n压缩比如果过大，反而会出现压缩比如果过大，反而会出现爆燃爆燃和和表面点火表面点火 等不正常燃烧现象，发动机过热，功率下

13、降。等不正常燃烧现象，发动机过热，功率下降。 n压缩比过小，压缩终了时气体的压力和温度越压缩比过小，压缩终了时气体的压力和温度越 低，燃烧速度缓慢，发动机功率降低，燃油消耗低，燃烧速度缓慢，发动机功率降低，燃油消耗 率增加。率增加。 2 2、爆燃、爆燃 由于压缩比过高导致压缩终了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。一种不正常燃烧现象，称为爆燃。 爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧

14、升高，形成压力波，以声爆燃时，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尖锐的敲缸声。同时还会引起。同时还会引起发动机发动机 过热、功率下降、燃油消耗率增加过热、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等一系列不良后果，严重爆燃时甚至造成排气门排气门 烧废、轴瓦破裂、活塞顶熔穿、火花塞绝缘体被击穿烧废、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。等机件损坏现象。 爆燃现象： 3 3、表面点火、表面点火 在在火花塞点火之前，火花塞点火之前，由于燃烧室由于燃

15、烧室 内灼热表面（如排气门头部、火花塞内灼热表面（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，称为产生的另一种不正常燃烧现象，称为 表面点火。表面点火。 4 4、汽油机压缩比的选择、汽油机压缩比的选择 应在避免引起应在避免引起爆燃爆燃和和表面点火表面点火的前提下的前提下尽可能提高压缩比尽可能提高压缩比，以提高发动机，以提高发动机功率功率， 改善改善燃油经济性。燃油经济性。 表面点火表面点火现象：现象： 表面点火发生时，也伴有强烈的表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），敲缸声（较沉闷），产生产生 的高压会使发动机机件

16、机械负荷增加，寿命降低。的高压会使发动机机件机械负荷增加，寿命降低。 汽油机结构示意图汽油机结构示意图 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 配配 气气 机机 构构 燃料供给系统燃料供给系统 润滑系统润滑系统 冷却系统冷却系统 点点 火火 系系 统统 起起 动动 系系 统统 的的 起起 动动 机机 二二、经济性指标、经济性指标 燃油消耗率：燃油消耗率：指发动机每发出指发动机每发出1kw1kw有效功率，有效功率， 在在1 1小时内所消耗的燃油质量，称为为燃油消耗率，小时内所消耗的燃油质量，称为为燃油消耗率， 用用b be e表示，表示，单位为单位为 g/g/（kWkWh h） 。 三、运转性能指标三、运转性

17、能指标 1 1、排气品质、排气品质 有害物质主要有有害物质主要有氮氧化合物（氮氧化合物（NOxNOx）、碳氢化合物（碳氢化合物（HCHC）、一氧化碳（一氧化碳（COCO）等等 以及排气颗粒。以及排气颗粒。 2 2、噪声、噪声 3 3、起动性能、起动性能 四、发动机的速度特性四、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。用曲线表示，称为随曲轴转速变化的规律。用曲线表示，称为速速 度特性曲线。度特性曲线。 节气门节气门（燃料供给调节机构）全开时的速（燃料供给调节机构）全开时的速 度特性叫发动机的度特性叫发动机的外特性外特性；

18、节气门节气门不全开的任意位置所得到的速度特不全开的任意位置所得到的速度特 性都称为性都称为部分特性。部分特性。 发动机的外特性代表了发动机所具有的最发动机的外特性代表了发动机所具有的最 高动力性能。高动力性能。 P Pe e P Pe e 汽油发动机外特性曲线汽油发动机外特性曲线 四、发动机的工况与负荷四、发动机的工况与负荷 1 1、工况（指发动机的工作状况）：、工况（指发动机的工作状况）：一般用它的功率一般用它的功率 与曲轴转速来表征，有时也用负荷与曲轴转速来表明与曲轴转速来表征，有时也用负荷与曲轴转速来表明 。 2 2、发动机在某一转速下的负荷：、发动机在某一转速下的负荷：是当时发动机发出

19、是当时发动机发出 的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比，以百的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比，以百 分数表示。分数表示。 Pe/kW n/rmin-1 0 0 5050 4545 3232 2727 2020 200035004800 a b c d e 分析分析 右图右图 发动发动 机的机的 负荷负荷 二、内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义二、内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义 (1) (1) 汽油机汽油机 1E65F1E65F： 表示单缸，二行程，缸径表示单缸，二行程，缸径65mm65mm，风冷通用型，风冷通用型 4100Q-44100Q-4： 表示四缸，四行程，缸

20、径表示四缸，四行程，缸径100mm100mm，水冷车用，第四种变型产品，水冷车用，第四种变型产品 TJ376QTJ376Q： 表示三缸，四行程，缸径表示三缸，四行程，缸径76mm76mm，水冷车用，水冷车用，TJTJ表示系列符号表示系列符号 CA488CA488： 表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径88mm88mm，水冷通用型，水冷通用型，CACA表示系列符号表示系列符号 (2) (2) 柴油机柴油机 195195： 表示单缸，四行程，缸径表示单缸，四行程，缸径95mm95mm，水冷通用型，水冷通用型 165F165F： 表示单缸，四行程，缸径表示单缸，四行程，缸径65mm65mm，

21、风冷通用型，风冷通用型 6135Q6135Q： 表示六缸，四行程，缸径表示六缸，四行程，缸径135mm135mm，水冷车用，水冷车用 X4105X4105： 表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径105mm105mm，水冷通用型，水冷通用型，X X表示系列代号表示系列代号 三、型号编制举例三、型号编制举例 3 3、比较、比较： 外燃外燃机体积大，重量重，热效率低；机体积大，重量重，热效率低； 内燃机单机功率范围大（内燃机单机功率范围大（0.6-16860kW0.6-16860kW）、热效）、热效 率高（汽油机略高于率高（汽油机略高于0.30.3，柴油机达，柴油机达0.40.4左右）、左右）、 体积小、质量轻、操作简单，便于移动和起动性体积小、