发动机的工作原理和总体构造课件

第一章发动机的工作原理和总体构造目录第一节发动机的分类和基本术语第二节单缸四冲程内燃机的工作过程第三节二冲程发动机的工作原理第四节多缸四冲程内燃机的工作过程第五节发动机主要性能指标与特性第六节内燃机产品名称和型号编制规则第一节第一节

发动机的分类和基本术语发动机：凡是把某种形式的能变为机械能的装置。它包括热力发动机、水力发动机、风力发动机、电力发动机等。

热力发动机外燃机内燃机燃气轮机活塞式内燃机往复活塞式旋转活塞式现广泛使用的发动机是指往复活塞式内燃机。一、发动机的定义

二、发动机的分类按冷却方式水冷发动机风冷发动机按汽缸数分按燃料分按行程数分四冲程发动机二冲程发动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机直接喷射式发动机发动机按汽缸排列分单列式发动机双列式发动机内燃机的具体分类

内燃机的结构形式很多，可据不同特征分类1．

按所用的燃料分：液体燃料发动机（柴油机、汽油机等）和气体燃料发动机（如天然气发动机、液化石油气发动机等）2．

按完成一个工作循环所需的冲程数分：

一个工作循环：内燃机工作时，每一次将热能变为机械能，都要经过进气、压缩、作功、排气这四个过程，每完成这四个过程一次叫一个工作循环。

冲程（行程）：活塞从一个止点运动到另一个止点叫活塞走过了一个冲程。

四冲程式发动机：曲轴旋转两圈，活塞经过四个冲程完成一个工作循环。二冲程式发动机：曲轴旋转一圈，活塞经过两个冲程完成一个工作循环。3.

按气缸的数目来分：单缸:i=1

多缸:ⅰ≥24.按气缸的排列形式分为：单缸有立式、卧式。多缸有单列式、双列式，双列式又包括V型（V6、V8，60°、90°）和对置式。5．按冷却方式分：水冷发动机、风冷发动机。6．按燃料在气缸内的着火方式来分：压燃式：利用气缸内被压缩气体产生的高温、高压使燃料自行着火燃烧。例如：柴油机。点燃式：利用外界热源（如电火花）点燃混合气使其着火燃烧。例如：汽油机7．按进气方式分：增压式：有增压器，空气被增压器增压后送入气缸，增加了进气量，相应增大发动机的供油量，可提高发动机的功率。

非增压式：又称为自然吸气式，利用活塞的抽吸作用将空气吸入气缸。8．按每缸气门数分：二气门发动机：一进、一排四气门发动机：2进、2排五气门发动机：3进、2排废气涡轮增压发动机三、基本术语上止点下止点活塞行程(S)曲柄半径(R)气缸工作容积(Vh)发动机排量(VL)燃烧室容积(Vc

)气缸总容积(Va

)工作循环VL=Vh×iVh=πD2·S×10-6/4（L）D——气缸直径mmS——活塞行程mm结构示意图1．

上止点：活塞在气缸内运动，当活塞离曲轴中心最远时，活塞顶所处的位置。2．

下止点：3．

活塞行程S：

强调有两种定义方法。活塞每经过一个行程，相应的曲轴转过半圈，S=2R，R表示曲轴旋转半径。4．

燃烧室容积VC：

当活塞位上止点时，活塞顶与缸盖所围成的空间叫燃烧室。其空间容积的大小叫燃烧室容积。5．气缸工作容积（又叫气缸排量）Vh：

活塞从上止点移动到下止点时，所扫过的空间容积。6．气缸总容积Va：

活塞位于下止点时，活塞顶与气缸盖之间的空间容积，用Va表示。

Va=Vc

+Vh7.发动机排量（发动机工作容积）VL：

多缸发动机所有气缸工作容积的总和。VL=i·Vh,i为气缸的数目。

8.压缩比ξ：ξ表示气体在气缸内被压缩的程度。压缩比越大，表示气体在气缸内被压缩的越厉害，压缩终了时的温度和压力就越高，燃料燃烧的速度越快，动力性和经济性越好。柴油机压缩比ξ为16～22；汽油机ξ为6～9，最高不超过11。

解释压缩比ξ为什么不能无限制增大？压缩比定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比。用ε表示。ε=Va/Vc现代化油器式发动机压缩比一般为6～9(轿车有的达9～11)。上海桑塔纳轿车汽油机压缩比为8.2。第二节

四冲程发动机工作原理

一、单缸四冲程柴油机的工作过程

首先将清洁的空气吸入气缸并压缩，使其温度升高，接着将柴油以细雾状喷入气缸，与被压缩的空气混合并立即着火燃烧，并放出热能，使气缸内空气急剧膨胀，在气缸内产生很大的压力，此压力推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴旋转，将柴油燃烧时放出的热能转变为机械能，最后将燃烧的废气排出气缸。其工作过程如下图所示：

进气行程排气门关闭进气门开启活塞温度370~440K，

压力75~90kPa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。1进气冲程

曲轴旋转第一个半圈，经过连杆带动活塞从上止点向下止点运动，使气缸容积变大，压力下降，造成真空吸力，此时进气门开、排气门关，新鲜空气被吸入气缸，进气过程一直持续到活塞移动到下止点为止。进气终了时，进气门关闭，此时气缸内压力约为78.5~93.2kPa,低于大气压力，温度约为300~400K。（气缸内压力、温度如何？）压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：ε=Va/VcPVra示功图大气压力线c上止点下止点温度600~800K，

压力600~1500kPa2压缩冲程

曲轴旋转第二个半圈，带动活塞从下止点向上止点运动。此时，进、排气门都关闭，气缸内的气体受到压缩，温度、压力升高。压缩行程到上止点终了，气体压力达到3500~4500KPa,温度为750~1000K。作功行程进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度2200~2800

K，

压力3~5MPa作功终了：温度1500~1700

K，

压力300~500kPa

3作功冲程

在压缩终了前，既活塞在上止点前10°~35°曲轴转角时，喷油器将柴油以一定压力、一定射程以细雾状喷入气缸，并与被压缩的高温、高压空气混合成可燃混合气，并自行着火燃烧，放出大量的热，进、排气门都关闭，使气缸内的压力大大上升，最高压力达到5900～8800KPa，温度为2000～2500K，高温、高压的气体推动活塞向下移动，通过连杆带动曲轴旋转第三个半圈，将热能转变为机械能，作功行程终了时，活塞到达下止点，气缸内气体的压力降到300～400KPa,温度为1000～1200K。排气行程进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气压力线cZb上止点下止点温度900~1200

K压力105~125kPa残余废气4排气冲程

曲轴旋转第四个半圈，带动活塞由下止点向上止点运动，此时排气门打开，燃烧后的废气随活塞上移被排出气缸外（排气动力？能否排净？）。排气终了时，气缸内气体的温度约为700～800K，压力约为103～123KPa

。

排气过程结束后去，曲轴依靠飞转动的惯性仍继续旋转，上述各过程又重复进行，如此周而复始地进行工作循环，使柴油机能连续不断地运转，并带动工作机械作功。单缸四冲程柴油机的工作过程表行程顺序行程名称活塞运动方向气门位置曲轴转角曲轴旋转动力进排1进气上→下开关0°～180°飞轮惯性力2压缩下→上关关180°～360°飞轮惯性力3作功上→下关关360°～540°气体压力4排气下→上关开540°～720°飞轮惯性力

由表可见，在发动机的一个工作循环中，只有作功行程作功，其余过程都要消耗功，是辅助过程。

二、单缸四冲程汽油机的工作过程

其工作过程与柴油机相似，所不同的是：1．进气冲程：吸进气缸的不是纯空气，而是空气和汽油的可燃混合气。进气终了时，气缸内气体压力比柴油机稍低（因有化油器阻力），压力为75~90KPa

,温度为370~400K。2．压缩冲程：压缩的是可燃混合气。因为汽油机的压缩比小于柴油机的压缩比，故压缩终了时的压力和温度都比柴油机低，压力为600~1200KPa

,温度为600~700K。3.

作功冲程：在压缩接近终了时，活塞上止点前20°~30°曲轴转角时，用电火花点燃混合气，使之迅速燃烧，温度可达2200~2800K，压力最高达3000~5000KPa

。作功终了时，气缸内压力下降到300~500KPa，温度为1300~1600K。4.

排气冲程：排气终了时，气缸内压力为105~115KPa，温度为900~1200K。

总之，二者工作原理的主要区别是：可燃混合气的形成方式不同；点火方式不同。思考四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么相同之处呢？

三、柴油机与汽油机比较汽油机具有转速高（轿车汽油机最高转速可达5000～6000r/min）、质量小、工作噪声小、起动容易、制造和维修费用低等特点，故在轿车、轻型货车和越野车上得到广泛的应用，其缺点是燃油消耗率高，燃油经济性差。柴油机因压缩比高，燃油消耗率比汽油机低20％～30％左右，故燃油经济性好。其缺点是转速低（一般在2500～3000r/min，最高可达5000r/min

）、质量大、制造和维修费用高（因有精密偶件）。一般装载5t以上的货车大都采用柴油机，中、轻型货车和轿车也有采用。共同特点：每个工作循环曲轴转两周，每一行程曲轴转半周。只有作功行程产生动力。不同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第三节

二冲程发动机的工作原理

二冲程发动机：曲轴旋转一周，活塞经过两个冲程，完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的内燃机。一、单缸二冲程汽油机（一）构造

二冲程汽油机没有气门式配气机构，在气缸壁不同的高度位置开有三对窗口，即进气孔、扫气孔（换气孔）、排气孔。进气孔与化油器相连；排气孔与排气管相连；扫气孔则将曲轴箱与气缸相连。利用活塞上、下运动，先后开启、关闭这些窗口，以达到配气的目的。曲轴箱是密闭的。在气缸盖上装有火花塞，定时以电火花点燃气缸内的混合气。（二）二冲程汽油机工作过程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

第一冲程（辅助冲程）：活塞由下止点向上止点运动，先后关闭扫气孔、排气孔，并压缩已经进入气缸的混合气，同时，由于活塞的上移，使密闭的曲轴箱的容积不断加大、压力降低。当活塞上行至其下边缘将进气孔打开时，在大气压的作用下，可燃混合气被吸入曲轴箱内。第一冲程在活塞上部完成了压缩过程；在活塞下部完成了预进气过程。

第二冲程（作功冲程）：在压缩临近上止点时，火花塞产生电火花点燃混合气，混合气急剧燃烧、膨胀，推动活塞下移作功。此时，曲轴箱内的混合气受到压缩。当活塞下行约2/3行程时，排气孔打开，废气在自身压力的作用下，从排气孔冲出，作功阶段结束。活塞继续下行，将换气孔打开，曲轴箱内受压缩的混合气经扫气孔进入气缸，且在活塞顶的导流作用下驱赶废气。第二冲程完成了作功、排气和进气过程。至此，完成了一个工作循环。思考二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优点？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。二、二冲程柴油机的工作过程

二冲程柴油机与二冲程汽油机的工作过程基本相同。主要区别在于：柴油进入气缸的是清洁的空气而不是混合气；柴油是在压缩接近终了时，由喷油器喷入，不用电火花点火，而是利用压缩产生的高温自燃着火。介绍带扫气泵的二冲程柴油机工作。二、二冲程柴油机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三、二冲程与四冲程内燃机的比较

1二冲程内燃机的优点：曲轴每转一圈有一个作功行程，故在相同的缸径、行程、转速时，在理论上它的功率为四冲程内燃机的2倍。由于上述原因，它运转平稳，可采用尺寸较小的飞轮。省去了气门式配气机构，使机构相对简单，因而使用方便。

2二冲程内燃机的缺点：不易将废气从气缸内排干净，并且在换气时减少了有效作功行程，所以实际上它的功率只是四冲程内燃机的1.5~1.6倍，而且在换气时，还有一部分未燃烧的新鲜可燃混合气随废气排出，故其经济性较差。电控然油喷射可改善其缺点。二冲程内燃机制造费用低廉、构造简单、质量小，常用作摩托车的动力或用做大功率内燃机的起动机。第四节

多缸四冲程内燃机的工作过程

四冲程内燃机每个工作循环中，只有一个冲程作功，而其余冲程都要消耗功，使曲轴在工作中转速不均匀，为提高发动机转速的均匀性，常采用在曲轴上安装飞轮、多缸结构等措施。多缸内燃机具有两个或两个以上的气缸，各缸的活塞连杆装在同一根曲轴上。常用的多缸发动机有四缸、六缸、八缸等。安排多缸发动机的发火次序时应注意：连续作功的两个缸应尽可能远：以减轻主轴承载荷，避免进气重叠、以免影响进气。作功间隔要均匀：以保证运转平稳。在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个缸都应按工作顺序轮流发火作功一次，各缸的发火间隔时间应均匀，每个缸依次独立完成自己的一个工作循环。

发火间隔角：二冲程发动机：φ＝360/i

四冲程发动机：φ＝720/i

四缸、六缸发动机的发火次序依次为：1－3－4－2和1－2－4－31－5－3－6－2－4和1－4－2－6－3－5其工作循环表如下所示：曲轴转角1——3——4——2一缸二缸三缸四缸0°~180°作功排气压缩进气180°~360°排气进气作功压缩36