汽车发动机总论

1、 发动机的分类 发动机专业术语 发动机的编号 发动机的组成 发动机的工作原理 发动机主要性能指标 发动机的特性按使用燃料的不同，汽车发动机可以分为汽油发动机、柴油发动机、CNG发动机、LPG发动机、双燃料发动机。第一节第一节发动机的分类发动机的分类按发动机工作行程的不同，汽车发动机又可分为四行程发动机与二行程发动机。按发动机冷却方式的不同，汽车发动机还可分为水冷式发动机和风冷式发动机。按发动机气缸体气缸数目的不同，发动机又可分为单缸、双缸及多缸发动机，如图所示，分别列举了直列四缸、五缸、六缸、V形八缸以及W型十二缸等多缸发动机。按发动机气缸的布置方式，汽车发动机有如图所示的五种常见型式，分别是

2、直列、斜置、对置、V形和W型。自然吸气（非增压）式发动机如图1-12和强制进气（增压式）发动机如图1-13。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。 0按活塞工作方式的不同，发动机可分为往复活塞式与转子活塞式。汽油发动机按供油方式不同，还可分为化油器式与电喷式。第二节发动机专业术语第二节发动机专业术语7多缸发动机各缸工作容积的总和，称为发动机排量。附：发动机排量的应用按排量所作的轿车等级的划分。（如图1-17所示）8压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比。9表示空气和燃料的混合比。10即将燃料完全燃烧所需要的最少空气量和燃料量之比。11最大功率用马力（PS）或千瓦（

3、KW）表示。12 发动机从曲轴端输出的力矩，扭矩的表示方法是Nmrmin。第三节发动机的编号第三节发动机的编号 国际编号的规则第四节发动机的组成第四节发动机的组成 曲轴连杆机构 配气机构 冷却系统 润滑系统 供给系统 点火系统 起动系统机体包括气缸体和上曲轴箱。水冷式发动机的气缸体通常与上曲轴箱铸成一体。风冷式发动机的气缸体与上曲轴箱分开铸造，用螺栓坚固在一起，通称气缸体。气缸体是发动机的安装基体。（如图1-19）。曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运

4、动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。（如图1-20所示）。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组（如图1-21）、气门传动组（如图1-22）和气门驱动组组成。它的作用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。现在轿车的发动机上，我们经常可以看见像VVT-i、i-VTEC、VVL、VVTL-i等技术标号。这些显赫的标号都代表了它们的与众不同普通的发动机不一样，这些发动机都采用了发动机可变配气的技术。可变配气技术，从大类上分，包括可变

5、气门正时和可变气门行程两大类，有些发动机只匹配可变气门正时，如丰田的VVT-i发动机；有些发动机只匹配了可变气门行程，如本田的VTEC；有些发动机既匹配的可变气门正时又匹配的可变气门行程，如丰田的VVTL-i，本田的i-VTEC。水箱、节温器等组成。它的作用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。它的作用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。汽油机燃料供给系的功用：根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸

6、，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去。柴油机燃料供给系的功用：是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。点火系通常由蓄电池、发电机、点火线圈、（分电器）和火花塞等组成。 在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系。柴油机采用压燃方式，没有点火系统。起动系统一般由起动机、电磁开关、起动开关等组成。要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，发

7、动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。 第五节发动机的工作原理第五节发动机的工作原理 四冲程汽油机的工作原理 二冲程汽油机的工作原理 汽油机和柴油机的比较四行程汽油机工作原理：将空气与汽油以一定比例混合成良好的混合气，在进气行程被吸入气缸，经压缩点火燃烧而变为热能，燃烧后的气体所产生的高温高压，作用于活塞顶部，推动活塞作直线运动，同时通过连杆、曲轴飞轮机构而变为旋转的机械能，对外输出作功。（如图1-30）如图1-31所示，在四冲程的工作过程中，曲轴转两周，而发动机完

8、成了四行程的一个循环：进气、压缩、作功、排气，在活塞的四个行程中，仅一个行程是作功的，其他三个行程都不作功。图1-31二行程汽油机工作原理（如图1-32）：活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩，当活塞继续上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱，活塞接近上止点时，火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩，当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动，换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并扫除废气。 活塞从下止点向上止点运动，事先已充满活塞上方气缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又从化油器被吸入活

9、塞下方的曲轴箱内。活塞从上止点向下止点运动，活塞上方进行作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。压缩冲程还在进行活塞未到达进气孔时进气冲程仍在进行活塞将排气、换气孔打开时，废气在混合气的作用下被挤出气缸柴油机用的是挥发性很差而燃点又较低的柴油，这种燃料适合于压燃式的柴油发动机，因为柴油粘度较大而挥发性又差，故不适宜应用化油器供油，在压燃式发动机中几乎都是使用高压燃油泵与高压喷油咀供油。图1-39 ：（如图1-40）汽油机用的是靠进气负压吸取燃油的化油器或电喷装置来供给雾化燃油，燃油雾化后还要靠发动机的结构与热量来进一步地汽化和混合成匀质燃汽；而柴油机则是靠高压燃油泵挤压供应出液

10、态燃油，再通过高压喷油咀，向汽缸燃烧室内直接喷出雾状燃油射流。图1-40 ：（如图1-41）汽油机的燃烧过程是由点到面，靠火焰层在匀质燃汽中传播燃烧；而柴油机燃烧过程是：雾状燃油射流喷入热空气中被点燃的“随喷随烧”。汽油机燃烧的是经过高度汽化混合过的匀质燃汽，燃速较快；而柴油机燃烧的是燃油射流中的细小燃油雾滴，燃烧速度相对偏慢。图1-41 柴油发动机的压缩比比汽油机大，使得发动机效益较高。柴油机少有做成小排量的；除了个别发动机是强制风冷，多数柴油机都是水冷散热方式。图1-42 如图1-43。图1-43 汽油机是靠瞬间高温的电火花来点燃匀质汽化燃料，对燃汽质量要求较高；而柴油机则是靠压缩缸内空气

11、产生的高温来引燃油雾着火燃烧。图1-44 （如图（如图1-451-45、1-461-46）第六节：发动机主要性能指标第六节：发动机主要性能指标主要性能指标有动力性指标、经济性指标、可靠性和耐久性指标、重量和外形尺寸指标、低公害指标等。一、动力性指标动力性指标：表征发动机对外作功能力大小的指标。一般用发动机的有效转矩、有效功率、平均有效压力和转速等来评价动力性的好坏 。1有效转矩：发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作 Te，单位为 Nm 。有效转矩与曲轴角位移的乘积即为发动机对外输出的有效功。2有效功率：发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，也叫指示功率，一般用Pe表示，单位（KW）它

12、等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的有效功率可以用台架试验方法测定，也可用测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后用公式计算出发动机的有效功率 Pe： 如果发动机的转速为n,曲轴输出的有效功率为Pe，由于：Pe=2nTe/60则有效功率为:Pe=n*Te/9550kw式中Te为有效转矩.二、经济性指标发动机经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率等。1.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效热效率，记作 e。显然，为获得一定数量的有效功所消耗的热量越少，有效热效率越高，发动机的经济性越好。当测得其有效功率 Pe(kW)和每小时燃油消耗量B(kg/h)时。可得uBHPee31

13、06 . 3式中，Hu为所用燃料的低热值，kJ kg2.有效燃油消耗率 发动机每输出 1kW 的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率，记作 be，单位为 g/（kWh）。 be=(B/Pe)1000g/(kw.h) 式中：B发动机在单位时间内的耗油量，kg/h；Pe发动机的有效功率，kW。 显然，有效燃油消耗率越低，经济性越好。第七节：发动机速度特性第七节：发动机速度特性汽车发动机的工况在很广泛的范围内变化。当发动机的工况(即功率和转速)发生变化时，其性能(包括动力性、经济性、排放性和噪声等)也随之改变。因此，在评价和选用发动机时就必须考察它在各种工况下的性能，才能全面判断其好坏及能否满足汽

14、车的要求。 发动机性能指标随调整状况及运行工况而变化的关系称为发动机特性，利用特性曲线可以简单而又方便地评价发动机性能。 发动机的有效功率 Pe、有效转矩 Te 和有效燃油消耗率 be 随发动机转速 n 的变化关系称为发动机速度特性。发动机工况和负荷特性一）发动机工况：是其工作情况的简称，它包括发动机的转速和负荷情况。二）发动机负荷：是指汽车所施加给发动机的阻力矩，包括匀速、变速运动的阻力矩。汽车行驶时，发动机要发出等量的扭矩Me与阻力矩相平衡，因Me随节气门开度而变化，所以节气门开度即代表负荷的大小，如节气门全关、半开、全开分别为0负荷、中等负荷、全负荷。正常工况1）怠速：是指发动机对外无功率输出，节气门开度为零。混合气形成及燃烧特点：转速低、雾化差，燃烧速度小，热损失大，需要浓而少的混合气，即 =0.70.9。2 中等负荷工况：节气门开度在25%85%之间，气缸内的新鲜混合气多，废气少，燃烧速度快，热损失小，要求 =0.91.1，此时经济性是主要的。3 大负荷和全负荷工况：节气门开度达85%以上，是需要获得最大功率的工况。要求 =0.80.9，质浓量少，以满足动力性。过渡工况1 、起动工况：冷机从静止到连续运转的过程，