第2章发动机总体构造

1、 第一章第一章 发动机和总体构造发动机和总体构造一、发动机一、发动机是将某一形式的能量转变为机械能的一种动力装置。是将某一形式的能量转变为机械能的一种动力装置。 第一节第一节 发动机的作用和基本工作原理发动机的作用和基本工作原理 图图1-1为单缸四冲程汽油机为单缸四冲程汽油机 图图1-2为单缸四冲程柴油机为单缸四冲程柴油机二二 、 四冲程发动机工作原理四冲程发动机工作原理1、上止点：、上止点：活塞顶部离曲轴中心最远处。活塞顶部离曲轴中心最远处。 2、下止点：、下止点：活塞顶部离曲轴中心最近处。活塞顶部离曲轴中心最近处。3、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。（发动机基

2、本术语）（发动机基本术语） 活塞由上止点到下止点所扫过的气缸容积活塞由上止点到下止点所扫过的气缸容积Vh。 Vh=（D / 4 103） S (L) ( D：气缸直径，：气缸直径，cm. S：活塞冲程，：活塞冲程，cm.) 4、气缸排量（气缸工作容积）：、气缸排量（气缸工作容积）： 5、发动机排量：、发动机排量：VL=Vh (-气缸数气缸数) 6、燃烧室容积、燃烧室容积：当活塞在上止点时当活塞在上止点时,活塞上方与缸盖围成的容积活塞上方与缸盖围成的容积Vc。7、气缸总容积：、气缸总容积： Va=Vc+Vh8、压缩比：、压缩比：发动机工作示意图发动机工作示意图汽油机：汽油机：汽油粘度小，蒸发性好

3、，在气缸外部形成汽油粘度小，蒸发性好，在气缸外部形成 混合气，自燃温度高于混合气，自燃温度高于 380C，外火源点燃。，外火源点燃。汽油机又称汽油机又称点燃式发动机。点燃式发动机。二、可燃混合气的形成及发火方式：二、可燃混合气的形成及发火方式：柴油机又称柴油机又称压燃式发动机。压燃式发动机。柴油机：柴油机：柴油粘度大，蒸发性差，在气缸内部形成柴油粘度大，蒸发性差，在气缸内部形成 混合气，自燃度为混合气，自燃度为250C左右，左右， 压缩自燃。压缩自燃。汽油机（化油器式）燃料供给汽油机（化油器式）燃料供给演示演示汽油机（电喷式）燃料供给汽油机（电喷式）燃料供给演示演示柴油机燃料供给柴油机燃料供给

4、演示演示喷射干脆利落喷射干脆利落无后滴现象无后滴现象雾化均匀雾化均匀柱塞式喷油泵、喷油器工作柱塞式喷油泵、喷油器工作演示演示汽油发动机结构简图汽油发动机结构简图 1、进气行程：、进气行程： V，P 气缸内产生真空度气缸内产生真空度柴油机：柴油机：新鲜空气被吸入气缸新鲜空气被吸入气缸 汽油机：汽油机：汽油与空气的混合气吸入气缸汽油与空气的混合气吸入气缸三、三、四冲程（汽油机，柴油机）的工作原理四冲程（汽油机，柴油机）的工作原理 进开进开 排关排关 活塞由上活塞由上 下下进气门开启进气门开启排气门关闭排气门关闭活塞被曲轴带动由上止点向下止点移动，此时进气门开启，排气门关闭。活塞被曲轴带动由上止点向

5、下止点移动，此时进气门开启，排气门关闭。2、压缩行程：、压缩行程： VP，T进关进关排关排关活塞由下活塞由下 上上 “汽汽” 压缩接近终了，可燃混合气体由火花塞压缩接近终了，可燃混合气体由火花塞 电极发出的电火花点燃。电极发出的电火花点燃。“柴柴” 压缩接近终了，由喷油器把经喷油泵压缩接近终了，由喷油器把经喷油泵加压的雾状柴油喷入气缸，使之与压缩后的加压的雾状柴油喷入气缸，使之与压缩后的高温空气混合，达自然温度自行发燃烧。高温空气混合，达自然温度自行发燃烧。进、进、排气门关闭排气门关闭 为使混合气体能迅速燃烧，产生较大的压力，使发动机发出较大的功为使混合气体能迅速燃烧，产生较大的压力，使发动机

6、发出较大的功率，必须在燃烧前对可燃混合气进行压缩，使之率，必须在燃烧前对可燃混合气进行压缩，使之V，T。越大，压缩终了的越大，压缩终了的P、T越高，燃烧快，膨胀作功越高，燃烧快，膨胀作功充分。发动机的动力性、充分。发动机的动力性、经济性好。但经济性好。但过高，对过高，对汽油机来说，会引起汽油机来说，会引起T过过高而造成不正常燃烧即：高而造成不正常燃烧即：爆燃爆燃或或表面点火。表面点火。 压缩比压缩比:=Va/ Vc= 1+Vh/ Vc 是发动机重要的结构参数。是发动机重要的结构参数。 1) 现代汽油机的压缩比一般为现代汽油机的压缩比一般为= 69（个别轿车可达（个别轿车可达911）。）。 2)

7、 柴油机靠压缩自燃，所以压缩比设计等较高柴油机靠压缩自燃，所以压缩比设计等较高=1622。具有较好的。具有较好的 经济性。但高的压缩比带来高的压缩压力、燃烧压力，使柴油机各部经济性。但高的压缩比带来高的压缩压力、燃烧压力，使柴油机各部 件要承受高的机械负荷，因而需要增加强度及刚度。故件要承受高的机械负荷，因而需要增加强度及刚度。故柴油机的尺寸、柴油机的尺寸、 重量指标不如汽油机。重量指标不如汽油机。* 进关进关 排关排关 高温高压气体推动活塞由上高温高压气体推动活塞由上 下下 3、作功行程：、作功行程：压缩终了，气缸容积很小，压缩终了，气缸容积很小， 迅速燃烧的混合气使缸内迅速燃烧的混合气使缸

8、内P、T 急剧升高。急剧升高。 进关进关 排开排开 活塞由下活塞由下 上上 废气经排气门排出气缸废气经排气门排出气缸进、进、排气门关闭排气门关闭进进气门关闭气门关闭排排气门气门开启开启 4、排气行程：、排气行程：可燃混合气燃烧后变成废气，为了进行下一循环，可燃混合气燃烧后变成废气，为了进行下一循环， 必须把废气排出气缸。必须把废气排出气缸。热能热能 机械能机械能旋转作功旋转作功曲轴强制曲轴强制 四冲程发动机经过四冲程发动机经过进气、压缩、作功、排气进气、压缩、作功、排气四个冲程完成四个冲程完成一个工作循环。此期间，活塞在上、下止点间一个工作循环。此期间，活塞在上、下止点间往复移动了往复移动了四

9、个行程，曲轴旋转了两周四个行程，曲轴旋转了两周(720)(720)。*四冲程汽油机四冲程汽油机与与四冲程的柴油机四冲程的柴油机不同点不同点 曲线包围的面积即为发动机的指示功。曲线包围的面积即为发动机的指示功。5、示功图、示功图：表示发动机在工作过程中，其表示发动机在工作过程中，其P、V的变化情况，的变化情况，VP P0VcVa 排气终了排气终了P： “汽汽” ” 1.05-1.251.05-1.25 “柴柴” 1.05-1.05-1.251.25 （个大气压）（个大气压）“ 柴柴 ” ” 0 . 8 00 . 8 0 0.950.95 进气终了进气终了P： “汽汽” ” 0.750.750.9

10、00.90 a b压缩终了压缩终了 P： “汽汽” ” 6 61212 “柴柴” 35354545c 燃烧时的最高燃烧时的最高P： “汽汽” ” 30305050 “柴柴” ” 60-9060-90d作功终了作功终了P： “汽汽” ” 3-53-5“柴柴” ” 2-42-4e汽油机：汽油机：（优点）（优点）较小，体积小，重量轻，转速较高，动力性好。较小，体积小，重量轻，转速较高，动力性好。 制造维修成本低，噪声小，起动容易。主要用于轿车、微型制造维修成本低，噪声小，起动容易。主要用于轿车、微型 车（客车、货车）、军用越野车。车（客车、货车）、军用越野车。四：四冲程四：四冲程汽油机汽油机和和柴油

11、机柴油机的优缺点比较的优缺点比较多缸：多缸：与单缸相反。发火间隔角与单缸相反。发火间隔角 =720 / i i （ i i 缸数）。缸数）。同排量的单缸与多缸发动机优缺点比较：同排量的单缸与多缸发动机优缺点比较：（缺点）（缺点）燃料经济差，排污大（燃料经济差，排污大（HC、N0 x、CO）柴油机：柴油机：（优点）（优点） 较大，燃料燃烧完全，经济性好。较大，燃料燃烧完全，经济性好。 （缺点）（缺点）由于由于较大较大 P、T较高，所以体积大、重量大，转速较高，所以体积大、重量大，转速 较低，制造维修成本高（喷油泵、喷油器加工精度要求高）。较低，制造维修成本高（喷油泵、喷油器加工精度要求高）。 常

12、用于中、重型货车。（对经济性要求高，动力性要求较低）常用于中、重型货车。（对经济性要求高，动力性要求较低）单缸：单缸：结构简单、重量轻。运转不平稳、冲击振动大。结构简单、重量轻。运转不平稳、冲击振动大。现代汽车上一般不用单缸机，用得最多的是四缸、六缸、八缸。现代汽车上一般不用单缸机，用得最多的是四缸、六缸、八缸。 1、结构：、结构：无进排气门及配气机构，无进排气门及配气机构， 由三孔控制进、排气，活塞为凸顶由三孔控制进、排气，活塞为凸顶 。一：二冲程汽油机的工作原理：一：二冲程汽油机的工作原理： 第三节第三节 二冲程发动机工作原理二冲程发动机工作原理二冲程发动机的一个工作循环也包括进气、压缩、

13、燃烧作功、排气四个行程。二冲程发动机的一个工作循环也包括进气、压缩、燃烧作功、排气四个行程。只不过这些行程的完成仅需活塞在两个行程内，即曲轴旋转一周完成。只不过这些行程的完成仅需活塞在两个行程内，即曲轴旋转一周完成。扫气孔扫气孔进气孔进气孔排气孔排气孔 2、工作原理：、工作原理：(2)高温高压气体推动高温高压气体推动 活塞下行，活塞下行，孔孔1逐渐关闭；逐渐关闭；曲轴箱内气体被预压，曲轴箱内气体被预压，接近下止点接近下止点 （孔（孔2开启，废气排出，开启，废气排出，接着孔接着孔3 开启，新鲜混合气自孔开启，新鲜混合气自孔3流流入气缸，并驱除废气。）（入气缸，并驱除废气。）（d ) (1)活塞上

14、行活塞上行（三孔均闭），压缩上一循环吸入（三孔均闭），压缩上一循环吸入气缸的可燃混合气，活塞上方气缸的可燃混合气，活塞上方 曲轴箱曲轴箱V，P产生真空度；上行产生真空度；上行2/3行程（孔行程（孔1开启），可燃开启），可燃混合气吸入曲轴箱接近上止点，由火花塞发火点混合气吸入曲轴箱接近上止点，由火花塞发火点燃。（燃。（a、b、c) V,P二冲程汽油机的工作原理二冲程汽油机的工作原理气气* 活塞上行：压缩，进气。活塞上行：压缩，进气。 下行：作功，换气。下行：作功，换气。二冲程汽油机工作过程演示二冲程汽油机工作过程演示二、二冲程柴油机的工作原理：二、二冲程柴油机的工作原理： 1、结构：、结构： 有

15、一排气门，有一进气孔，活塞顶部为凹顶。有一排气门，有一进气孔，活塞顶部为凹顶。 进孔开进孔开排门开排门开 2、工作过程：、工作过程：上行上行1/3行程（进孔关，排门关）行程（进孔关，排门关）1) 活塞由下活塞由下 上（空气进入，废气排出）上（空气进入，废气排出）上行接近上止点，由喷油器喷入高压雾状柴上行接近上止点，由喷油器喷入高压雾状柴油与高压空气迅速混合，发火自燃。油与高压空气迅速混合，发火自燃。2) 高温高压气体推动活塞下行至高温高压气体推动活塞下行至2/3行程。（排气门开，废气排出，行程。（排气门开，废气排出，接着，进气孔开，接着，进气孔开， 进行换气。）进行换气。）* 活塞上行：换气，

16、压缩活塞上行：换气，压缩 。 活塞下行：作功，换气。活塞下行：作功，换气。扫气泵扫气泵排气门排气门进气孔进气孔二冲程柴油机工作过程演示二冲程柴油机工作过程演示 二冲程发动机与四冲程发动机比较，其主要优点、缺点如下：二冲程发动机与四冲程发动机比较，其主要优点、缺点如下： 优点：优点：1）曲轴每转一周就有一个作功行程，因此，当二冲程发动机的工）曲轴每转一周就有一个作功行程，因此，当二冲程发动机的工 作容积和转速与四冲程发动机相同时，在理论上它的功率应等于作容积和转速与四冲程发动机相同时，在理论上它的功率应等于 四冲程发动机的两倍。四冲程发动机的两倍。 2）由于发生作功过程的频率较高，故二冲程发动机

17、的运转比较平稳。）由于发生作功过程的频率较高，故二冲程发动机的运转比较平稳。 3）由于没有专门的换气机构，所以其结构较简单，质量也比较小。）由于没有专门的换气机构，所以其结构较简单，质量也比较小。 4）由于附属机构少，所以受磨损和经常需要修理的运动部件数量也）由于附属机构少，所以受磨损和经常需要修理的运动部件数量也 比较少。比较少。 缺点：缺点：1）不易将气缸内的废气排除干净，而且在换气时减少了有效工作行）不易将气缸内的废气排除干净，而且在换气时减少了有效工作行 程。因此，在同样的工作容积和曲轴转速下，二冲程发动机的功率程。因此，在同样的工作容积和曲轴转速下，二冲程发动机的功率 并不等于四冲程

18、发动机的两倍，只等于并不等于四冲程发动机的两倍，只等于1.51.6倍。倍。 2）在换气时有一部分新鲜可燃混合气随废气排出，因此，二冲程）在换气时有一部分新鲜可燃混合气随废气排出，因此，二冲程 发动机不如四冲程发动机经济。发动机不如四冲程发动机经济。点火系：点火系：（汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞电极（汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞电极 间产生电火花以点燃混合气。间产生电火花以点燃混合气。 冷却系冷却系：降低气缸及高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温度。降低气缸及高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温度。润滑系润滑系：减少相对运动部件的摩擦阻力，

19、减轻磨损。减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。起动系：起动系：用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件。用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件。第四节第四节 发动机的总体构造发动机的总体构造 两大机构：两大机构：曲柄连杆机构：曲柄连杆机构：进行热功转换。进行热功转换。配气机构：配气机构：控制进、排气门的开启时刻及延续时间。控制进、排气门的开启时刻及延续时间。 燃料供给系：燃料供给系： 汽油机：汽油机：由由化油器化油器向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。 柴油机：柴油机：由喷油泵提供雾状柴油，通过由喷油泵提供雾状柴油，通过喷油器喷油器喷入气缸。喷入

20、气缸。五大系统五大系统（包括）：（包括）： 配气机构配气机构 曲柄连杆机构曲柄连杆机构连杆连杆飞轮飞轮曲轴曲轴活塞活塞进气门进气门排气门排气门推杆推杆挺柱挺柱凸轮轴凸轮轴气缸体气缸体1)曲柄连杆机构：曲柄连杆机构：进行热功转换。进行热功转换。2)配气机构：配气机构：控制进、排气门的开启时刻及延续时间。控制进、排气门的开启时刻及延续时间。 3)燃料供给系：燃料供给系：汽油机：汽油机：由由化油器化油器向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。柴油机：柴油机：由由喷油泵喷油泵提供雾状柴油，通过喷油器喷入气缸。提供雾状柴油，通过喷油器喷入气缸。柴油机柴油机汽油机汽油机 4

21、)点火系点火系:（汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞电极（汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞电极 间产生电火花以点燃混合气。间产生电火花以点燃混合气。 5)冷却系冷却系：降低气缸及高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温度。降低气缸及高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温度。 6)润滑系润滑系：减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。7)起动系：起动系：用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件。用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件。 第三节第三节 发动机的主要性能指标与特性发动机的主要性能指标与特性 发动机的

22、主要性能指标包括：发动机的主要性能指标包括： 动力性指标：动力性指标：有效扭矩有效扭矩Te 、有效功率、有效功率Pe 、转速、转速 n 经济性指标：经济性指标：be 运转性指标：运转性指标：排气品质、噪声、起动性。排气品质、噪声、起动性。 一、动力性指标：一、动力性指标： 1、有效扭矩、有效扭矩Te：发动机对外输出的扭矩。发动机对外输出的扭矩。可在实验台架上测出。可在实验台架上测出。 2、有效功率、有效功率Pe：发动机对外输出的功率。发动机对外输出的功率。 Pe=（Te n）/ 9550 ( kw ) ； Te (Nm)、n (r/min)可测定可测定 二、经济性指标：二、经济性指标： 1、

23、燃油消耗率燃油消耗率be：发动机每发出发动机每发出1KW有效功率，在有效功率，在1h内所消耗的燃油量。内所消耗的燃油量。 be=x1000 (g / kwh ) ； B发动机每小时的耗油量发动机每小时的耗油量(kg/h)可测定可测定BPe 三、发动机的运转性能指标：三、发动机的运转性能指标： 1、 排气品质：排气品质：有害气体成分的限制标准。有害气体成分的限制标准。P36（表（表1-1、表、表1-2） 3、起动性能：、起动性能：标准：汽油机在标准：汽油机在-10C，柴油机在，柴油机在-5C以下气温以下气温 条件下，接通起动机条件下，接通起动机15s 内发动机要能自行运转。内发动机要能自行运转。

24、2、 噪声：噪声：车外噪声标准车外噪声标准美日欧韩：美日欧韩：74-80 dB(A) 中国：中国：82-89 dB(A) 部分速度特性：部分速度特性：节气门部分开度所测得的速度特性。节气门部分开度所测得的速度特性。四、发动机的速度特性：四、发动机的速度特性： 1、定义：、定义：指发动机的指发动机的Pe、Te、be随曲轴转速的变化规律。随曲轴转速的变化规律。 这个特性可通过发动机在试验台这个特性可通过发动机在试验台上进行试验而求。上进行试验而求。外特性：外特性：节气门全开时所测得到的速度特性。代表发动机节气门全开时所测得到的速度特性。代表发动机 不同转速下的最高性能。不同转速下的最高性能。 试验

25、方法：试验方法：保持一定的节气门开度，保持一定的节气门开度， 变更发动机的转速，经测定，计算得到变更发动机的转速，经测定，计算得到 一系列相应一系列相应Pe、Te、be值，然后以转速值，然后以转速 横坐标，横坐标，Pe、Te、be为纵坐标，按比例为纵坐标，按比例绘制它们的变化规律，即得发动机在这一节气门开度的速度特性曲线。绘制它们的变化规律，即得发动机在这一节气门开度的速度特性曲线。发动机在某一转速下的发动机在某一转速下的负荷负荷 = 100% 发动机实际发出的功率发动机实际发出的功率 在同一转速下可能发出的最大功率在同一转速下可能发出的最大功率 * 全负荷并不意味着是发动机的最大功率。全负荷

26、并不意味着是发动机的最大功率。 （全负荷（全负荷最大功率）。最大功率）。 在同一转速下，节气门开度越大，负荷越大。在同一转速下，节气门开度越大，负荷越大。如图表示发动机的一组特性曲线：如图表示发动机的一组特性曲线： I为节气门全开时的外特性。为节气门全开时的外特性。、为节气门部分开启时的部分特性。为节气门部分开启时的部分特性。在在a，b，c，d 四个工况下的负荷值如下：四个工况下的负荷值如下：a：负荷为：负荷为0，发动机空转。，发动机空转。b：负荷：负荷=20/45 100%= 44.4% c：负荷：负荷=32/45 100%=71.1%d：负荷：负荷=45/45 100%=100% 五、发动机的工作状况（工况）五、发动机的工作状况（工况）发动机工况可用它的功率与曲轴转速来表示，或用负荷与曲轴转速来表示。发动机工况可