发动机工作原理与总体构造

1、 发动机发动机 是汽车的动力源，是汽车的动力源，是把某一种形式的是把某一种形式的能量转变成机械能的机器。能量转变成机械能的机器。 现代汽车所使用的发动机多为内燃机。内燃机现代汽车所使用的发动机多为内燃机。内燃机把燃料燃烧的化学能转变成热能，然后又把热能转把燃料燃烧的化学能转变成热能，然后又把热能转变成机械能，并且这种能量转换过程是在发动机气变成机械能，并且这种能量转换过程是在发动机气缸内部进行的。汽缸内部进行的。汽车上使用的内燃机主车上使用的内燃机主要是汽油机和柴油机。要是汽油机和柴油机。发动机发动机 进气、进气、 压缩、作功压缩、作功 和排气和排气四个过程四个过程 单单缸缸发发动动机机结结构

2、构示示意意图图 活塞位于上止点时，活塞顶部上方的容积活塞位于上止点时，活塞顶部上方的容积 气缸工作容积与燃烧室气缸工作容积与燃烧室 气缸总容积与燃烧室气缸总容积与燃烧室 所有气缸的工作容积之和所有气缸的工作容积之和 活塞连活塞连杆组杆组曲轴曲轴飞轮飞轮组组机体机体组组 通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。火花塞等组成。 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 1 1、进气行程、进气行程 2 2、压缩行程、压缩行程 3 3、作功行程、作功行程 4 4、排气行程、排气行程 单缸四冲程汽油机的工作过程单缸四冲程

3、汽油机的工作过程四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机工作原理排气门关闭进气门开启活塞温度370440 K， 压力7590 kPa 大气压力线大气压力线PVra示功图上止点下止点示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。进气行程进气行程 进气提前角进气提前角 早于上止点开启早于上止点开启 增加进入气缸内的混合气量增加进入气缸内的混合气量 进气晚关角进气晚关角 迟于下止点关闭迟于下止点关闭 减少进气过程所消耗的功减少进气过程所消耗的功 进气终了时刻进气终了时刻 p：约为：约为0.070.09MPa大气温度大气温度由进气门开启到进气门关闭由进气门开启到进气门关闭 PraV（）大气压力线大气压

4、力线进气门关闭排气门关闭活塞压缩比： =Va/VcPVra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 （压缩上止点）（压缩上止点） 进气门关闭进气门关闭 排气门关闭排气门关闭 活塞上行，气缸内气体被压缩，缸内压力活塞上行，气缸内气体被压缩，缸内压力温度都升高温度都升高 p：约为：约为0.81.5MPa T：约为：约为600750K 由进气门关闭到活塞移到上止点由进气门关闭到活塞移到上止点PraV（）大气压力线大气压力线c进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图大气压力线大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度22002800 K，

5、 压力35MPa 作功终了：温度15001700 K， 压力300500 kPa 作功行程作功行程火花塞跳火，点燃可燃混合气，燃烧气体的体积火花塞跳火，点燃可燃混合气，燃烧气体的体积急剧膨胀急剧膨胀 进气门关闭进气门关闭 排气门关闭排气门关闭 高温高压燃气推动活塞下行，对外作功高温高压燃气推动活塞下行，对外作功 p：高达：高达3.06.5MPa T：高达：高达22002800K作功行程结束时作功行程结束时 p：约为：约为0.350.5MPa T：约为：约为12001500K燃气压力推动活塞由上止点移至下止点燃气压力推动活塞由上止点移至下止点PraV（）大气压力线大气压力线cZb 进气门关闭排气

6、门打开活塞PVr示功图大气压力线大气压力线cZb上止点下止点温度9001200 K 压力105125 kPa残余废气排气行程排气行程 排气提前角排气提前角 早于下止点开启早于下止点开启 减少气缸内的废气量减少气缸内的废气量排气晚关角排气晚关角 迟于上止点关闭迟于上止点关闭 减少排气过程消耗的功减少排气过程消耗的功 排气终了时，残余废气排气终了时，残余废气 p：0.1050.12MPa T：9001100K 气门重叠角气门重叠角 在排气门关闭之前，进气门就已打开，进在排气门关闭之前，进气门就已打开，进 气门同时开启时期所对应的曲轴转角气门同时开启时期所对应的曲轴转角从排气门开启到排气门关闭的时刻

7、从排气门开启到排气门关闭的时刻PraV（）大气压力线大气压力线cZbPra大气压力线大气压力线V（）Zbc 喷油器喷 油 泵吸气行程压缩行程作功行程排气行程进 气 门排气门纯 空 气温度300370K压力800900 kPa 温度8001000K压力35 MPa 瞬时：温度18002200K压力510 MPa 温度8001000K压力105400 kPa 终了：温度8001000K压力105400 kPa 四冲程柴油机的工作原理四冲程柴油机的工作原理四冲程汽油机和柴油机四冲程汽油机和柴油机工作循环工作循环相同之处相同之处 1、每个工作循环曲轴转两周，每一行、每个工作循环曲轴转两周，每一行程曲轴

8、转半周。程曲轴转半周。 2、只有作功行程产生动力。、只有作功行程产生动力。四冲程汽油机和四冲程柴油机四冲程汽油机和四冲程柴油机工作循环工作循环不同之处不同之处 汽油机汽油机柴油机柴油机汽油与空气缸外混合，进汽油与空气缸外混合，进入可燃混合气入可燃混合气进入气缸的是纯空气进入气缸的是纯空气电火花点燃混合气电火花点燃混合气高温气体加热柴油燃烧高温气体加热柴油燃烧有点火系有点火系无点火系无点火系无喷油器无喷油器有喷油器有喷油器 二行程发动机的工作循环也是由进气、压缩、二行程发动机的工作循环也是由进气、压缩、燃烧膨胀、排气过程组成，燃烧膨胀、排气过程组成，但它是但它是在曲轴旋转一圈在曲轴旋转一圈(36

9、0(360) )，活塞上下往复运动两个行程内完成的。，活塞上下往复运动两个行程内完成的。 因此，二因此，二行程发动机与行程发动机与四四行程发动机行程发动机工作原理不同，工作原理不同，结构也不一样。结构也不一样。 *观看动画观看动画压缩混合气进气点火燃烧排气扫气孔进气孔排气孔火花塞二冲程汽油机工作原理二冲程汽油机工作原理二行程柴油机二行程柴油机工作原理工作原理换气燃烧排气压缩喷油器空气扫气泵废气排气门二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理理论上它的功率应等于四冲程发动机的二倍。 由于作功频率较大，二冲程发动机的运转比较均匀平稳。 构造简单，质量较小。 易受磨损和经常需要修理的运动部件数量较少。

10、二冲程发动机与四冲程发动机相比 用来衡量发动机性能好坏的标准用来衡量发动机性能好坏的标准动力性指标：动力性指标： 经济性指标：经济性指标：发动机油耗发动机油耗 环境指标：环境指标：排放性和噪声水平排放性和噪声水平 强化指标：承受热负荷和机械负荷的能力强化指标：承受热负荷和机械负荷的能力 紧凑性指标：表征发动机总体结构紧凑程度紧凑性指标：表征发动机总体结构紧凑程度 可靠性指标：表征发动机正常持续工作能力可靠性指标：表征发动机正常持续工作能力 耐久性指标：主要零件磨损损坏的极限时间耐久性指标：主要零件磨损损坏的极限时间 工艺性指标：制造工艺性和维修工艺性好坏工艺性指标：制造工艺性和维修工艺性好坏

11、发动机曲轴每分钟的回转数发动机曲轴每分钟的回转数 n（ r/min） n一般范围一般范围 车用汽油机：车用汽油机：40006000 r/min 车用柴油机：车用柴油机：20004000 r/min 单位气缸工作容积输出的有效功单位气缸工作容积输出的有效功 pme（ MPa） pme一般范围：一般范围： 汽油机：汽油机：0.651.2 MPa 柴油机：柴油机：0.60.95 MPa 标定工况标定工况：发动机在发动机在标定功率标定功率/ /标定转速下标定转速下 的工作状况（可靠性和寿命）的工作状况（可靠性和寿命） 同一发动机用途不同，同一发动机用途不同，标定功率不同标定功率不同 标定功率标定功率最

12、大功率，是根据发动机最大功率，是根据发动机用途制定的有效功率最大使用限度用途制定的有效功率最大使用限度 发动机产品标牌上数据（发动机产品标牌上数据（华晨宝马华晨宝马325i） 最大功率最大功率Kw(Ps)/rpm： 160(218)/6500 最大扭矩最大扭矩(Nm/rpm)： 250/27504250 发动机主要有害排放及危害发动机主要有害排放及危害有害有害排放排放有害物特征有害物特征危危 害害CO无色、无臭、无色、无臭、有毒气体有毒气体使人出现恶心、头晕、疲使人出现恶心、头晕、疲劳等缺氧症状，严重时窒劳等缺氧症状，严重时窒息死亡息死亡NO2赤褐色带刺激赤褐色带刺激性的气体性的气体伤害心、肝

13、、肾。与光化伤害心、肝、肾。与光化学反应形成臭氧和醛等学反应形成臭氧和醛等HC刺激性的气体刺激性的气体破坏造血机能，造成贫血、破坏造血机能，造成贫血、神经衰弱，降低肺对传染神经衰弱，降低肺对传染病的抵抗力。与光化学反病的抵抗力。与光化学反应形成臭氧和醛等应形成臭氧和醛等光化光化学烟学烟雾雾HC 与与NOx在在阳光作用下所阳光作用下所形成的烟雾，形成的烟雾，有刺激性有刺激性降低大气可见度，伤害眼降低大气可见度，伤害眼睛、咽喉，影响植物生长睛、咽喉，影响植物生长醛类醛类较强的刺激性较强的刺激性臭味臭味伤害眼睛、上呼吸道、中伤害眼睛、上呼吸道、中枢神经枢神经微粒微粒碳烟等碳烟等伤害肺组织伤害肺组织S

14、O2无色、刺激性无色、刺激性气体气体刺激鼻喉，引起咳嗽、胸刺激鼻喉，引起咳嗽、胸闷，支气管炎等闷，支气管炎等发动机主要有害排放及危害发动机主要有害排放及危害 发动机性能指标随工况而变化的关系称为发动机性能指标随工况而变化的关系称为发动机特性发动机特性 这种关系以曲线的形式表示，称为发动这种关系以曲线的形式表示，称为发动机特性曲线机特性曲线 发动机的发动机的Te、Pe、be随随n的变化关系的变化关系 发动机外特性发动机外特性 指节气门全开时的速度特性指节气门全开时的速度特性 发动机部分特性发动机部分特性 指在节气门部分开启时所得到的速度特指在节气门部分开启时所得到的速度特性性 外特性代表发动机的外特性代表发动机的最高动力性能最高动力性能 奥迪奥迪100 1.8L轿车发动机外特性轿车发动机外特性Pe/ Pe（max）