发动机工作原理与构造

1、第一章第一章 发动机的工作原理和总体构造发动机的工作原理和总体构造 : 包括蒸汽机、汽轮机和热气机等。包括蒸汽机、汽轮机和热气机等。 一、发动机的分类一、发动机的分类 n1 1按燃料分类按燃料分类 n2 2按着火方式分类按着火方式分类 n3 3按工作循环冲程数分类：按工作循环冲程数分类：四冲程和二冲程四冲程和二冲程 n4 4缸数与排列分类：缸数与排列分类：单缸和多缸单缸和多缸 n5 5冷却方式分类：冷却方式分类：液体冷却和气体冷却液体冷却和气体冷却 n6. 按发动机进气形式分为：按发动机进气形式分为：增压式和非增压式增压式和非增压式发动机发动机 二、发动机型号编制规则二、发动机型号编制规则 n

2、 汽油发动机汽油发动机 n 柴油发动机柴油发动机 n 压缩天然气发动机压缩天然气发动机 n 液化石油气发动机液化石油气发动机 n 双燃料发动机双燃料发动机 活塞式内燃机分为水冷式和风冷式两种活塞式内燃机分为水冷式和风冷式两种 结构特征符号结构特征符号 无符号无符号: : 水冷水冷 F: F: 风冷风冷 N: N: 凝气冷却凝气冷却 S: S: 十字头式十字头式 Dz: Dz: 可倒转可倒转 Z: Z: 增压增压 ZL: ZL: 增压中冷增压中冷 1、工作循环工作循环(Working Cycle): 2、上、下止点、上、下止点 3、活塞行程、活塞行程 4、气缸工作容积、气缸工作容积(Volume

3、) 5、发动机排量、发动机排量(Displacement) 三、发动机的常用术语三、发动机的常用术语 6、燃烧室容积、燃烧室容积 7、气缸总容积、气缸总容积 8、压缩比、压缩比(Compression ratio) 9、工况、工况 10、负荷率、负荷率 四、发动机主要性能指标四、发动机主要性能指标 1、动力性能指标包括动力性能指标包括 有效转矩有效转矩Te，有效功率，有效功率Pe ，平均有效压力，平均有效压力pme, 曲轴转速曲轴转速n 有效转矩有效转矩Te 有效功率有效功率Pe 3 2 10() 609550 e ee T nn pTkW 式中：式中：Te有效转矩，有效转矩，Nm； n曲轴转

4、速，曲轴转速，r/min。 平均有效压力平均有效压力pme:单位气缸工作容积发出的有效功单位气缸工作容积发出的有效功 发动机转速发动机转速n：即即曲轴转速曲轴转速，r/min 有效热效率有效热效率: 燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有 效热效率，记作效热效率，记作 e。 2、经济性能指标包括、经济性能指标包括 有效燃油消耗率有效燃油消耗率ge：单位时间内单位有效功的燃油消耗量，通常用单位时间内单位有效功的燃油消耗量，通常用 ge表示，其单位为表示，其单位为g/kWh 3、强化指标、强化指标 强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评

5、价指标，一般强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标，一般 包括包括升功率升功率和和强化系数强化系数等。等。 4、紧凑性指标、紧凑性指标 用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标，通常用比容积和比质量衡量。用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标，通常用比容积和比质量衡量。 比容积比容积 比质量比质量 5、环境性能指标环境性能指标 排放：排放：有害气体有害气体CO、HC、NOx、颗粒物、颗粒物PM 噪音噪音 温室气体：温室气体： 二氧化碳二氧化碳CO2等等 起动性能起动性能 6、可靠性指标、可靠性指标 表征发动机在规定的使用条件下，正常持续工作能力的指标。表征发动机在规定的使用条件下，正常

6、持续工作能力的指标。 7、耐久性指标、耐久性指标 指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。 1、速度特性曲线、速度特性曲线 性能指标随发动机曲性能指标随发动机曲 轴转速变化的关系称轴转速变化的关系称 为发动机的速度特性为发动机的速度特性 曲线。曲线。 五、五、 发动机特性曲线发动机特性曲线 发动机的主要性能指标随其发动机的主要性能指标随其调整状况及运行工况调整状况及运行工况 (负荷、转速负荷、转速)变化而变化而 变化的关系曲线称为发动机的特性曲线。变化的关系曲线称为发动机的特性曲线。 发动机负荷率：发动机负荷率： 外特性：外特性： 部

7、分速度特性：部分速度特性： 2、发动机工作状况、发动机工作状况 通常用功率和曲轴转速来表示。通常用功率和曲轴转速来表示。 进气行程（进气行程（Intake） 进气门打开，排气门关闭，活塞从上止点向下止点运动。进气门打开，排气门关闭，活塞从上止点向下止点运动。 空气和汽油的混合物被吸入气缸空气和汽油的混合物被吸入气缸，在气缸内进一步混合形成可燃混，在气缸内进一步混合形成可燃混 合气。合气。 进气终了时，气缸内气体压力约为进气终了时，气缸内气体压力约为0.080.09 MPa，温度达到，温度达到320 400 K。 四冲程发动机的工作循环包括四个活塞行程：进气、压缩、做功和排气四冲程发动机的工作循

8、环包括四个活塞行程：进气、压缩、做功和排气 一、四冲程汽油机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原理 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：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况 排气门关闭 进气门开启 活塞 大气压力线大气压力线 P V r a 示功图示功图 上止点 下止点 进气行程（进气行程（Intake） 压缩行程（压缩行程（Compression） 进气门和排气门都关闭，活塞从下止点向上止点运动进气门和排气门都关闭，活塞从下止点向上止点运动; 气缸容积逐渐变小，气缸内混合气被压缩，其压力和温度同时升高。气缸容积逐渐变小，气缸内混合气被压缩，其压力和温度同时升高。

9、 压缩终了时，混合气压力可达压缩终了时，混合气压力可达0.81.5 MPa，温度可达，温度可达600750 K。 采用大压缩比，可提高压缩终了时气缸内的压力和温度，从而加快燃烧采用大压缩比，可提高压缩终了时气缸内的压力和温度，从而加快燃烧 速度，提高发动机热效率。但太大容易引起速度，提高发动机热效率。但太大容易引起“爆震爆震”和和“表面点火表面点火”，通，通 常常=611 进气门关闭 排气门关闭 活塞 压缩比： =Va/Vc P V r a 示功图示功图 大气压力线大气压力线 c 上止点 下止点 温度600800K， 压力6001500 kPa 压缩行程压缩行程 作功行程（作功行程（Power

10、/Expansion） 进排气门仍然关闭。进排气门仍然关闭。 压缩行程结束时，点燃可燃混合气，火焰迅速传遍整个燃烧室，并放压缩行程结束时，点燃可燃混合气，火焰迅速传遍整个燃烧室，并放 出大量热能；燃烧气体体积膨胀，压力、温度升高；气体压力推动活塞从出大量热能；燃烧气体体积膨胀，压力、温度升高；气体压力推动活塞从 上止点运动到下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。上止点运动到下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。 燃烧最高压力可达燃烧最高压力可达36.5 MPa，最高温度可达，最高温度可达22002800 K。作功终。作功终 了时，气体压力降低到了时，气体压力降低到0.350.5 MPa，气体温度降

11、低到，气体温度降低到12001700 K。 进气门关闭 排气门关闭 活塞 P V r a 示功图示功图 大气压力线大气压力线 c Z b 上止点 下止点 瞬时最高：温度 22002800K，压力 35MPa 作功终了：温度 12001700K，压 力300500kPa 作功行程作功行程 排气行程（排气行程（Exhaust） 进气门关闭，排气门开启；活塞从下止点向上止点运动。进气门关闭，排气门开启；活塞从下止点向上止点运动。 膨胀过后的废气在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气膨胀过后的废气在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气 缸。缸。 排气行程结束后，残留在燃烧室内的少量

12、废气称为残余废气。残余废气排气行程结束后，残留在燃烧室内的少量废气称为残余废气。残余废气 压力约为压力约为0.1050.12 MPa，温度约为，温度约为9001100 K。 进气门关闭 排气门打开 活塞 P V r 示功图 大气压力线大气压力线 c Z b 上止点 下止点 温度9001200K压力 105125kPa 残余废气 排气行程排气行程 二、四冲程柴油机的工作原理二、四冲程柴油机的工作原理 进气行程（进气行程（Intake） 进入气缸的是纯净的空气。进入气缸的是纯净的空气。 因进气系统中没有节气门，进气阻力小，且残余废气温度较低，故同因进气系统中没有节气门，进气阻力小，且残余废气温度较

13、低，故同 汽油机相比，进气终了时缸内气体汽油机相比，进气终了时缸内气体压力略高压力略高，约为，约为0.0850.095 Ma，而，而温温 度略低度略低，约为，约为310340 K。 压缩行程（压缩行程（Compression） 柴油机的压缩比大柴油机的压缩比大(一般为一般为1622)，压缩终了时缸内气体压力约为，压缩终了时缸内气体压力约为3 5 MPa，温度约为，温度约为7501000 K，都比汽油机的高。，都比汽油机的高。 压缩终了温度超过柴油的自燃温度。压缩终了温度超过柴油的自燃温度。 作功行程（作功行程（Power/Expansion） 压缩行程结束时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室。

14、此时，缸内温压缩行程结束时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室。此时，缸内温 度高于柴油自燃温度，度高于柴油自燃温度，柴油自行着火燃烧。柴油自行着火燃烧。 燃烧气体最高压力燃烧气体最高压力69 MPa，最高温度也可高达，最高温度也可高达18002500 K。 作功终了时，气体压力约为作功终了时，气体压力约为0.20.5 MPa，温度约为，温度约为10001200 K。 排气行程（排气行程（Exhaust） 排气终了时，缸内残余废气压力约为排气终了时，缸内残余废气压力约为0.1050.12 MPa，气体温度约为，气体温度约为 700900 K。 说明：说明：汽油机转速高、质量小、易起动、噪音低等，

15、多用于轿车；汽油机转速高、质量小、易起动、噪音低等，多用于轿车； 柴油机压缩比大，经济性好，多用于柴油机压缩比大，经济性好，多用于5t以上的货车等；以上的货车等； 四个行程中，仅有一个作功行程，故不采取其它措施的情况四个行程中，仅有一个作功行程，故不采取其它措施的情况 下发动机运转不稳定；下发动机运转不稳定； 多缸发动机的每一个气缸内，所有的工作过程是相同的。多缸发动机的每一个气缸内，所有的工作过程是相同的。 两个活塞行程内，即曲轴旋转一周的时间内完成一个工作循环。两个活塞行程内，即曲轴旋转一周的时间内完成一个工作循环。 第一冲程第一冲程：压缩、进气：压缩、进气 第二冲程第二冲程：做功、排气：

16、做功、排气 第一冲程：第一冲程：活塞由下止点向上止点运动，扫气泵将新鲜空气通过扫气道压入活塞由下止点向上止点运动，扫气泵将新鲜空气通过扫气道压入 气缸，与此同时将气缸内的燃烧废气经排气门清扫出气缸，并且实现对新鲜气缸，与此同时将气缸内的燃烧废气经排气门清扫出气缸，并且实现对新鲜 空气的压缩。空气的压缩。 第二冲程：第二冲程：活塞由上止点向下止点运动，喷油器向气缸内喷油，同时柴油与活塞由上止点向下止点运动，喷油器向气缸内喷油，同时柴油与 气缸内的高压空气混合并且进行燃烧，推动活塞做功，在做功终了的瞬间，气缸内的高压空气混合并且进行燃烧，推动活塞做功，在做功终了的瞬间， 排气门打开。排气门打开。

17、三、发动机的基本构造三、发动机的基本构造 机体组：机体组：包括包括气缸体气缸体、气缸盖及油底壳等。、气缸盖及油底壳等。 机体组的作用是作为发动机各机构、各系统的装配基体，且其本身的许多机体组的作用是作为发动机各机构、各系统的装配基体，且其本身的许多 部分又分别是曲轴连杆机构、配气机构、供给系、冷却系和润滑系的组成部分部分又分别是曲轴连杆机构、配气机构、供给系、冷却系和润滑系的组成部分 两个机构两个机构：曲柄连杆机构曲柄连杆机构、配气机构配气机构 利用飞轮贮存和输出能量，完成整个工作循环。利用飞轮贮存和输出能量，完成整个工作循环。 利用燃烧室产生压力推动活塞实现热能及动能的转换。利用燃烧室产生压

18、力推动活塞实现热能及动能的转换。 利用气门与活塞的合理运动的配合，实现工作循环的全过程。利用气门与活塞的合理运动的配合，实现工作循环的全过程。 五大系统五大系统：供给系统供给系统、点火系统点火系统、冷却系统冷却系统、润滑系统润滑系统、 起动系统起动系统 第四节第四节 发动机的总体构造发动机的总体构造 2. 气缸体的特点气缸体的特点 （1）水冷发动机的气缸体）水冷发动机的气缸体 和上曲轴箱常铸成一体；和上曲轴箱常铸成一体； （2）风冷发动机气缸体与）风冷发动机气缸体与 曲轴箱分别铸造曲轴箱分别铸造; （3）气缸体上部的圆柱形）气缸体上部的圆柱形 空腔称为气缸，下半部为空腔称为气缸，下半部为 支承

19、曲轴的曲轴箱，其内支承曲轴的曲轴箱，其内 腔为曲轴运动的空间；腔为曲轴运动的空间； （4）在气缸体内部铸有许）在气缸体内部铸有许 多加强筋、冷却水套和润多加强筋、冷却水套和润 滑油道等滑油道等。 曲柄连杆机构：曲柄连杆机构：包括活塞、连杆、带有飞轮的曲轴等。包括活塞、连杆、带有飞轮的曲轴等。 作用：作用：是将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动，并输出动力的机构是将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动，并输出动力的机构 组成：组成：进气门、排气门、摇进气门、排气门、摇 臂、气门间隙调节器、凸轮臂、气门间隙调节器、凸轮 轴以及凸轮轴定时带（齿）轴以及凸轮轴定时带（齿） 轮等。轮等。 作用：作用：

20、使可燃混合气及时充使可燃混合气及时充 入气缸，并及时从气缸排出入气缸，并及时从气缸排出 废气。废气。 配气机构配气机构 供给系统供给系统 组成：组成：燃油箱、燃油滤清器、燃油泵、喷油器；空气滤清器、进气管、排燃油箱、燃油滤清器、燃油泵、喷油器；空气滤清器、进气管、排 气管、排气消声器等。气管、排气消声器等。 作用：作用：把燃油和空气混合成成分合适的可燃混合气供入气缸进行燃烧，并把燃油和空气混合成成分合适的可燃混合气供入气缸进行燃烧，并 将燃烧生成的废气排出发动机。将燃烧生成的废气排出发动机。 组成：组成：蓄电池、发电机、分电器、点火线圈以及火花塞等；蓄电池、发电机、分电器、点火线圈以及火花塞等； 作用：作用：保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的可燃混合气。保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的可燃混合气。 点火系统点火系统 冷却系统冷却系统 组成：组成：水泵、散热器、风扇、节温器、百叶窗水泵、散热器、风扇、节温器、百叶窗、分水管以及气缸体和气缸盖内铸出分水管以及气缸体和气缸盖内铸出 的水套等。的水套等。 功用：功用：把受