发动机知识概述

第一章发发动动机概论论发动机基基本组成成和常用用术语四冲程发发动机工工作原理理二冲程发发动机工工作原理理多缸四冲冲程发动动机的工工作顺序序内燃机产产品的名名称及型型号编制制规则发动机在在汽车上上的支承承发动机：：汽车动动力来源源。一部转换换能量的的机器:某种能能量机机械能热机:热能机机械能能内燃机：燃料料与空气混合合后在机器内内部燃烧而产产生热能，然然后再转变为为机械能。往复活塞式内内燃机发动机的定义义车用内燃机水冷发动机风冷发动机车用内燃机车用内燃机车用内燃机四冲程发动机机二冲程发动机机汽油发动机柴油发动机单缸发动机多缸发动机化油器式发动动机直接喷射式发发动机车用内燃机单列式发动机机双列式发动机机按照所用燃料料分类内内燃机按照所所使用燃料的的不同可以分分为汽油机和和柴油机(图图1-1)。。使用汽油为为燃料的内燃燃机称为汽油油机；使用柴柴油机为燃料料的内燃机称称为柴油机。。汽油机与柴柴油机比较各各有特点；汽汽油机转速高高，质量小，，噪音小，起起动容易，制制造成本低；；柴油机压缩缩比大，热效效率高，经济济性能和排放放性能都比汽汽油机好。柴油机与汽油油机比较，柴柴油机的压缩缩比高，热效效率高，燃油油消耗率低，，同时柴油价价格较低，因因此，柴油机机的燃料经济济性能好，而而且柴油机的的排气污染少少，排放性能能较好。但它它的主要缺点点是转速低，，质量大，噪噪声大，振动动大，制造和和维修费用高高。按照行程分类类

内燃机机按照完成一一个工作循环环所需的行程程数可分为四四行程内燃机机和二行程内内燃机(图1-2)。。把曲轴转两两圈(720°)，活塞塞在气缸内上上下往复运动动四个行程，，完成一个工工作循环的内内燃机称为四四行程内燃机机；而把曲轴轴转一圈(360°)，，活塞在气缸缸内上下往复复运动两个行行程，完成一一个工作循环环的内燃机称称为二行程内内燃机。汽车车发动机广泛泛使用四行程程内燃机。四冲程二冲程按照冷却方式式分类内内燃机按照冷冷却方式不同同可以分为水水冷发动机和和风冷发动机机(图1-3)。水冷发发动机是利用用在气缸体和和气缸盖冷却却水套中进行行循环的冷却却液作为冷却却介质进行冷冷却的；而风风冷发动机是是利用流动于于气缸体与气气缸盖外表面面散热片之间间的空气作为为冷却介质进进行冷却的。。水冷发动机机冷却均匀，，工作可靠，，冷却效果好好，被广泛地地应用于现代代车用发动机机。按照气缸数目目分类内内燃机按照气气缸数目不同同可以分为单单缸发动机和和多缸发动机机(图1-4)。仅有一一个气缸的发发动机称为单单缸发动机；；有两个以上上气缸的发动动机称为多缸缸发动机。如如双缸、三缸缸、四缸、五五缸、六缸、、八缸、十二二缸等都是多多缸发动机。。现代车用发发动机多采用用四缸、六缸缸、八缸发动动机。按照气缸排列列方式分类内内燃机按按照气缸排列列方式不同可可以分为单列列式和双列式式(图1-5)。单列式式发动机的各各个气缸排成成一列，一般般是垂直布置置的，但为了了降低高度，，有时也把气气缸布置成倾倾斜的甚至水水平的；双列列式发动机把把气缸排成两两列，两列之之间的夹角<180°(一般为90°)称为V型发动机，，若两列之间间的夹角=180°称为为对置式发动动机。按照进气系统统是否采用增增压方式分类类

内燃机机按照进气系系统是否采用用增压方式可可以分为自然然吸气(非增增压)式发动动机和强制进进气(增压式式)发动机(图1-6)。汽油机常常采用自然吸吸气式；柴油油机为了提高高功率有采用用增压式的。。1.1.1单单缸发动机机结构示意图图1.1发动机基本组组成和常用术术语1.1.2基基本术语1.上止点：：活塞离曲轴轴回转中心最最远处，通常常指活塞上行行到最高位置置。2.下止点：：活塞离曲轴轴回转中心最最近处，通常常指活塞下行行到最低位置置。3.活塞行程程(S)：上上、下两止点点间的距离(mm)。4.曲柄半径径(R)：与与连杆下端(即连杆大头头)相连的曲曲柄销中心到到曲轴回转中中心的距离(mm)。曲轴每转一转转，活塞移动动两个行程。。5.气缸工作作容积(Ⅴh)：活塞从从上止点到下下止点所让出出的空间容积积(L)。Ⅴh=πD2S/(4×106)(L)式中：D———气缸直径(mm)。6.发动机排排量(ⅤL)：发动机所所有气缸工作作容积之和(L)。设发发动机的气缸缸数为i，则则ⅤL=Ⅴhi(L)7.燃烧室容容积(ⅤC)：活塞在上上止点时，活活塞上方的空空间叫燃烧室室，它的容积积叫燃烧室容容积(L)。。8.气缸总容容积(Ⅴa)：活塞在下下止点时，活活塞上方的容容积称为气缸缸总容积(L)。它等于于气缸工作容容积与燃烧室室容积之和，，即Ⅴa=Ⅴh+ⅤC9.压缩比(ε)：气缸缸总容积与燃燃烧室容积的的比值，即ε=Ⅴa/ⅤC=(Ⅴh+ⅤC)/ⅤⅤC=1+Ⅴh/ⅤC它表示活塞由由下止点运动动到上止点时时，气缸内气气体被压缩的的程度。压缩缩比越大，压压缩终了时气气缸内的气体体压力和温度度就越高。一一般车用汽油油机的压缩比比为6~10，柴油机的的压缩比为15~22。。10.发动机机的工作循环环：在气缸内内进行的每一一次将燃料燃燃烧的热能转转化为机械能能的一系列连连续过程(进进气、压缩、、作功和排气气)称发动机机的工作循环环。11.二冲程程发动机：活活塞往复两个个行程完成一一个工作循环环的称为二冲冲程发动机。。12.四冲程程发动机：活活塞往复四个个行程完成一一个工作循环环的称为四冲冲程发动机。。§1.2四四冲程发动机机的工作原理理一、四冲程汽汽油机的工作作原理1、进气行程程2、压缩行程程3、作功行程程4、排气行程程单缸四冲程汽汽油机的工作作过程进气行程排气门关闭进气门开启活塞温度370~400K，压力0.07~0.09MPa大气压力线PVra示功图上止点下止点示功图：表表示活塞在在不同位置置时气缸内内气体压力力的变化情情况。压缩行程进气门关闭闭排气门关闭闭活塞压缩比：ε=Va/VcPVra示功图大气压力线线c上止点下止点温度600~700K，压力0.6~1.5MPa作功行程进气门关闭闭排气门关闭闭活塞PVra示功图大气压力线线cZb上止点下止点瞬时最高：：温度2200~2800K，压力3~5MPa作功终了：：温度1300~1600K，压力0.3~0.5MPa排气行程进气门关闭闭排气门打开开活塞PVr示功图大气压力线线cZb上止点下止点温度900~1200K压力0.105~0.115MPa残余废气二、四冲程程柴油机的的工作原理理喷油器排气行程进气门排气门纯空气温度300-370K压力0.0785～0.0932MPa温度750-1000K压力力3-5MPa瞬时：温度度2000-2500K压力力6-9MPa温度800-1000K压力力0.105-0.125MPa终了：温度度1200～～1500k压力0.2-0.4MPa吸气行程压缩行程作功行程思考四冲程汽油油机和柴油油机的工作作循环有什什么相同之之处呢？？共同特点：：1.每个工工作循环曲曲轴转两转转(720°)每一一行程曲轴轴转半转(180°°)，进气气行程是进进气门开启启，排气行行程是排气气门开启，，其余两个个行程进、、排气门均均关闭。2.四个个行程中，，只有作功功行程产生生动力，其其它三个行行程是为作作功行程做做准备工作作的辅助行行程，虽然然作功行程程是主要行行程，但其其它三个行行程也不可可缺少。3.发动动机运转的的第一个循循环，必须须有外力使使曲轴旋转转完成进气气、压缩行行程，着火火后，完成成作功行程程，依靠曲曲轴和飞轮轮贮存的能能量便可自自行完成以以后的行程程，以后的的工作循环环发动机无无需外力就就可自行完完成。思考考四冲冲程程汽汽油油机机和和柴柴油油机机的的工工作作循循环环有有什什么么不不同同呢呢？？不同同点点汽油机柴油机汽油与空气缸外混合，进入可燃混合气进入气缸的是纯空气电火花点燃混合气高温气体加热柴油燃烧有点火系无点火系无喷油器有喷油器§1.3二二冲冲程程发发动动机机的的工工作作原原理理二冲冲程程汽汽油油发发动动机机工工作作原原理理二冲冲程程柴柴油油发发动动机机工工作作原原理理一、、二二冲冲程程汽汽油油机机工工作作原原理理压缩缩混混合合气气进气气点火火燃燃烧烧排气气换气气孔孔进气气孔孔排气气孔孔火花花塞塞二、、二二冲冲程程柴柴油油机机工工作作原原理理换气气燃烧烧排气气压缩缩喷油油器器空气气扫气气泵泵废气气排气气门门1、、四四冲冲程程发发动动机机的的进进、、排排气气是是两两个个分分开开的的专专门门过过程程，，而而二二冲冲程程发发动动机机单单纯纯的的排排气气(或或进进气气)时时间间极极短短，，主主要要是是一一个个几几乎乎完完全全重重叠叠的的，，以以新新鲜鲜气气体体清清扫扫废废气气的的换换气气过过程程。。这这样样的的换换气气过过程程不不可可避避免免地地会会发发生生新新鲜鲜气气体体和和废废气气混混合合，，造造成成废废气气难难以以排排净净和和新新鲜鲜气气体体随随废废气气排排出出的的后后果果。。2、、完完成成一一个个工工作作循循环环，，二二冲冲程程发发动动机机只只需需转转一一转转，，而而四四冲冲程程发发动动机机需需要要转转两两转转。。因因此此，，当当发发动动机机工工作作容容积积、、压压缩缩比比和和转转速速相相等等时时，，从从理理论论上上讲讲，，二二冲冲程程发发动动机机的的功功率率应应为为四四冲冲程程发发动动机机功功率率的的两两倍倍，，但但实实际际上上，，只只有有1.5～～1.6倍倍，，这这是是由由于于二二冲冲程程发发动动机机难难以以将将废废气气排排净净，，以以及及为为了了安安排排换换气气过过程程而而较较多多地地损损失失了了高高压压气气体体的的作作功功能能力力，，另另外外还还有有可可燃燃混混合合气气随随废废气气排排出出等等所所致致。。3、当转转速相同同时，二二冲程发发动机的的作功次次数较四四冲程发发动机多多一倍。。因此，，二冲程程发动机机运转较较平稳，，这对单单缸发动动机来说说更为明明显。4、由于于没有气气门或只只有排气气门，也也就省去去了配气气机构或或使配气气机构较较为简单单，简化化了发动动机的结结构。易易受磨损损和经常常需要修修理的运运动部件件数量较较少。由于二冲冲程汽油油机有混混合气损损失，故故经济性性差，在在大中型型汽车上上的应用用受到了了限制。。但由于于它结构构简单、、重量轻轻、制造造成本低低等优点点，轻便便摩托车车和微型型汽车的的小排量量发动机机广泛采采用。二二冲程柴柴油机由由于换气气时进入入气缸的的是纯空空气，没没有燃料料损失，，为某些些汽车所所采用。。二、冲程程发动机机与四冲冲程发动动机相比比，有何何优点？从各单缸缸发动机机工作原原理可知知，只有有作功行行程产生生动力，，其它三三个行程程都要消消耗动力力。为了了维持运运动，单单缸发动动机必须须有一个个贮备能能量较大大的飞轮轮。即使使如此，，发动机机运转仍仍然是不不平稳的的，作功功行程快快，其它它行程慢慢。汽汽车上上实际应应用的是是多缸发发动机，，它是由由若干个个相同的的单缸排排列在一一个机体体上共用用一根曲曲轴输出出动力所所组成。。现代汽汽车上用用的较多多是四缸缸、六缸缸、八缸缸发动机机。§1.3多多缸四四冲程程发动动机的的工作作顺序序多缸发发动机机是在在曲轴轴转角角720°°内(四冲冲程)或曲曲轴转转角360°内内(二二冲程程)，，各缸缸都要要象单单缸发发动机机一样样完成成一个个工作作循环环。为为了使使发动动机运运转平平稳，，各缸缸作功功间隔隔角大大都均均等。。如四四冲程程六缸缸发动动机各各缸作作功间间隔角角为ΨΨ=720°/6=120°°即曲曲轴每每转1200就有一一个缸缸作功功，各各缸作作功行行程略略有搭搭接，，这样样发动动机运运转较较单缸缸发动动机平平稳得得多。。另外外，由由于各各缸的的作功功行程程为其其它缸缸的准准备行行程提提供动动力，，所以以贮存存能量量的飞飞轮也也较单单缸发发动机机小得得多。。四缸缸发动动机从从理论论上讲讲作功功冲程程就已已连续续，而而六、、八缸缸发动动机都都有作作功重重叠，，且缸缸数越越多、、重叠叠得就就越大大，发发动机机运转转得就就越平平稳。。各缸做做功行行程顺顺序（（据机机器平平衡性性及各各缸机机械负负荷和和热负负荷的的均匀匀性））：直列四四缸：：1-3-4-2；；1-2-4-3直列六六缸：：1-5-3-6-2-4§1.5发发动机机的总总体构构造两大机构曲柄连杆机构配气机构五大系统供给系点火系冷却系润滑系起动系连杆飞轮曲轴活塞排气门门推杆挺柱正时齿齿轮配气机机构曲柄连连杆机机构进气门门摇臂凸轮轴轴凸轮轴轴1、曲曲柄连连杆机机构曲曲柄柄连杆杆机构构是发发动机机实现现工作作循环环，完完成能能量转转换的的主要要运动动零件件。它它由机机体组组、活活塞连连杆组组和曲曲轴飞飞轮组组等组组成。。在作作功行行程中中，活活塞承承受燃燃气压压力在在气缸缸内作作直线线运动动，通通过连连杆转转换成成曲轴轴的旋旋转运运动，，并从从曲轴轴对外外输出出动力力。而而在进进气、、压缩缩和排排气行行程中中，飞飞轮释释放能能量又又把曲曲轴的的旋转转运动动转化化成活活塞的的直线线运动动。2、配配气机机构配配气气机构构的功功用是是根据据发动动机的的工作作顺序序和工工作过过程，，定时时开启启和关关闭进进气门门和排排气门门，使使可燃燃混合合气或或空气气进入入气缸缸，并并使废废气从从气缸缸内排排出，，实现现换气气过程程。配配气机机构大大多采采用顶顶置气气门式式配气气机构构，一一般由由气门门组、、气门门传动动组和和气门门驱动动组组组成。。3、燃燃料供供给系系统汽油机机燃料料供给给系的的功用用是根根据发发动机机的要要求，，配制制出一一定数数量和和浓度度的混混合气气，供供入气气缸，，并将将燃烧烧后的的废气气从气气缸内内排出出到大大气中中去；；柴油油机燃燃料供供给系系的功功用是是把柴柴油和和空气气分别别供入入气缸缸，在在燃烧烧室内内形成成混合合气并并燃烧烧，最最后将将燃烧烧后的的废气气排出出。4、点点火系系统在在汽汽油机机中，，气缸缸内的的可燃燃混合合气是是靠电电火花花点燃燃的，，为此此在汽汽油机机的气气缸盖盖上装装有火火花塞塞，火火花塞塞头部部伸入入燃烧烧室内内。能能够按按时在在火花花塞电电极间间产生生电火火花的的全部部设备备称为为点火火系，，点火火系通通常由由蓄电电池、、发电电机、、分电电器、、点火火线圈圈和火火花塞塞等组组成。。强制循环式式水冷却系系示意图1-百叶窗窗；2-散散热器；3-散热器器盖；4-风扇；5-小循环环水管；6-水泵；；7-节温温器；8-出水管；；9-水套套；10-水温表和和传感器；；11-水水套放水开开关；12-散热器器放水开关关5、冷却系系统冷却系的功功用是将受受热零件吸吸收的部分分热量及时时散发出去去，保证发发动机在最最适宜的温温度状态下下工作。水水冷发动机机的冷却系系通常由冷冷却水套、、水泵、风风扇、水箱箱、节温器器等组成。。6、润滑系系统

润滑滑系的功用用是向作相相对运动的的零件表面面输送定量量的清洁润润滑油，以以实现液体体摩擦，减减小摩擦阻阻力，减轻轻机件的磨磨损。并对对零件表面面进行清洗洗和冷却。。润滑系通通常由润滑滑油道、机机油泵、机机油滤清器器和一些阀阀门等组成成。桑塔纳发动动机润滑系系示意图7、起动系系统

要使使发动机由由静止状态态过渡到工工作状态，，必须先用用外力转动动发动机的的曲轴，使使活塞作往往复运动，，气缸内的的可燃混合合气燃烧膨膨胀作功，，推动活塞塞向下运动动使曲轴旋旋转。发动动机才能自自行运转，，工作循环环才能自动动进行。因因此，曲轴轴在外力作作用下开始始转动到发发动机开始始自动地怠怠速运转的的全过程，，称为发动动机的起动动。完成起起动过程所所需的装置置，称为发发动机的起起动系。为了便于内内燃机的生生产管理和和使用，国国家标准(GB725－82)《内燃燃机产品名名称和型号号编制规则则》中对内内燃机的名名称和型号号作了统一一规定。1.内燃燃机的名称称和型号内燃机名称称均按所使使用的主要要燃料命名名，例如汽汽油机、柴柴油机、煤煤气机等。。内燃机型号号由阿拉伯伯数字和汉汉语拼音字字母组成。。内燃机型号号由以下四四部分组成成：首部：为产产品系列符符号和换代代标志符号号，由制造造厂根据需需要自选相相应字母表表示，但需需主管部门门核准。中部：由缸缸数符号、、冲程符号号、气缸排排列形式符符号和缸径径符号等组组成。后后部：结构构特征和用用途特征符符号，以字字母表示。。尾部：区分分符号。同同一系列产产品因改进进等原因需需要区分时时，由制造造厂选用适适当符号表表示。§1.6内内燃机产产品的名称称及型号编制制规则2、内燃机机型号的排排列顺序及及符号所代代表的意义义

内燃燃机型号的的排列顺序序及符号所所代表的意意义规定如如下：筒状活塞和和十字头式式柴油机的的构造示意意图1-活塞；；2-活塞塞杆；3-滑块；4-连杆；；5-十字字头；6-导板十字头式柴柴油机由于于活塞不起起导向作用用，同时与与缸套之间间没有侧推推力N的作作用，因而而两者之间间的磨损减减小，擦伤伤和卡死的的可能性减减小。此外外，由于活活塞杆只在在垂直方向向作直线运运动，因而而可在气缸缸下部加设设一横隔板板，把气缸缸与曲轴箱箱隔开，以以免气缸中中的污油、、结炭或燃燃气漏入曲曲轴箱污染染滑油。这这也为十字字头机燃用用劣质燃料料创造了有有利条件。。十字头式式柴油机可可靠性较筒筒形活塞式式高。但十十字头机的的重量和高高度增大，，结构也较较复杂，不不具备筒形形活塞式柴柴油机体积积小、重量量轻、结构构简单的优优点。3、型号号编制举举例(1)汽油油机1E65F：：表示示单缸，，二行程程，缸径径65mm，风风冷通用用型4100Q：：表示示四缸，，四行程程，缸径径100mm，，水冷车车用4100Q-4：表表示四四缸，四四行程，，缸径100mm，水水冷车用用，第四四种变型型产品CA6102：表表示六六缸，四四行程，，缸径102mm，水水冷通用用型，CA表示示系列符符号8V100：：表示示八缸，，四行程程、缸径径100mm，，V型，，水冷通通用型TJ376Q：表表示三三缸，四四行程，，缸径76mm，水冷冷车用，，TJ表表示系列