发动机的工作原理和总体结构

汽车构造

第四讲主讲教师：冯原学时：４８发动机工作原理和总体构造概述

四冲程发动机工作原理

发动机总体构造

发动机主要性能指标和特性

内燃机名称及型号编制规则

第一节概述

发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。一、发动机的定义：

风能------风力发动机水流能------水力发动机热能------热力发动机电能------电力发动机原子能------原子能发动机太阳能------太阳能发动机地热能------地热发动机风力发动机返回水力发动机水轮是以流水为动力，进行旋转的动力装置，又称“水车”，可以带动磨、风箱、抽水装置、纺车、榨油和制革机械乃至发动机等返回热力发动机返回二、热力发动机：将热能转变成机械能的发动机。1、外燃机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器内部并转变成机械能输出的热力发动机。如蒸汽机。2、内燃机：液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再将热能转变成机械能输出的热力发动机。。热机内燃机外燃机活塞式叶片式蒸汽机汽轮机热气机燃气轮机斯特灵发动机3、比较：外燃机体积大，重量重，热效率低；内燃机单机功率范围大（0.6-16860kW）、热效率高（汽油机略高于0.3，柴油机达0.4左右）、体积小、质量轻、操作简单，便于移动和起动性能好等优点。被广泛应用于汽车、火车、工程机械、拖拉机、发电机、船舶、坦克、排灌机械和众多其它机械的动力

。4、内燃机按热能转变成机械能的主要构件分活塞式内燃机、燃气轮机燃气轮机燃气轮机是以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致5、活塞式内燃机按活塞运动方式分往复活塞式内燃机、转子活塞式内燃机

活塞式内燃机按运动方式分类按行程数分类其他分类方式往复运动式旋转运动式四行程二行程1、按使用的燃料不同分汽油机柴油机三、发动机的分类（往复活塞式）：3、按冷却方式不同水冷发动机风冷发动机2、按完成一个工作循环所需行程数四冲程发动机二冲程发动机4、按气缸数及排列方式单缸发动机多缸发动机单列式Ｖ型对置式单列式Ｖ型对置式5、按进气状态分自然吸气式发动机（非增压式发动机）强制吸气式（增压式发动机）第二节四行程发动机工作原理

一、基本结构上止点

下止点活塞行程(S)曲柄半径(R)气缸工作容积(Vh)燃烧室容积(Vc)气缸总容积(Va)二、基本术语

压缩比发动机排量工作循环1、上止点、下止点

活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。2、活塞行程

上、下止点间的距离S称为活塞行程。S3、曲柄半径曲柄与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离R。其中S=2R。R4、气缸工作容积活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积。一般用Vh表示。Vh5、燃烧室容积活塞位于上止点时，其顶部与气缸盖之间的容积。一般用VC表示。Vc6、气缸总容积活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的容积。一般用Va表示。Va动态演示

7、发动机排量多缸发动机各气缸工作容积的总和。一般用VL表示。VL=Vh×ii为气缸数目8、压缩比气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比（压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比

），用ε表示。

汽油机压缩比一般为8～11。柴油机压缩比一般为16～22。Va－气缸总容积；Vh－气缸工作容积；

Vc－燃烧室容积；9、工作循环

对于往复活塞式发动机，每进行一次能量转换，均要经过进气、压缩、作功、排气四个过程。这种周而复始的连续过程，称为发动机的一个工作循环。（在气缸内进行的，每一次将热能转换为机械能的一系列的连续过程）例题：

某汽油机有四个气缸，气缸直径92mm，活塞冲程92mm，压缩比为6。计算其每缸工作容积、燃烧室容积及发动机排量（容积以升为单位）。1）每缸工作容积：

Vh

=

=

=

0.61(L)2）燃烧室容积：∵∴（L）3）发动机排量：

VL=Vh·i=0.61×4=2.44(L)

三、四冲程汽油机工作原理1、进气行程2、压缩行程

3、作功行程

4、排气行程

四冲程汽油机的工作原理示意图汽油发动机四个行程的图示1.进气行程２.压缩行程３.作功行程4.排气行程每一行程工作的具体分析如下

1、进气行程排气门关闭进气门开启大气压力线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。进气终了时气缸内压强为0.074～0.093Mpa，温度上升至353～403K

活塞下行2、压缩行程进气门关闭排气门关闭PVra示功图大气压力线c上止点下止点压缩终了时气缸内压强上升至0.6～1.5Mpa，温度继续上升至600～700K。活塞上行3、作功行程进气门关闭排气门关闭PVra示功图大气压力线cZb上止点下止点作功中气缸内最高压强可达3～5Mpa，最高温度可达2200～2800K；作功终了时气缸内压强下降至0.3～0.5Mpa，温度下降至1300～1600K。

活塞下行4、排气行程进气门关闭排气门打开PVr示功图大气压力线cZb上止点下止点残余废气排气终了时气缸内压强下降至0.102～0.120Mpa，温度下降至900～1200K

a

活塞上行四、四冲程柴油机工作原理

四行程柴油机同样包括进气、压缩、作功和排气四个行程。但由于柴油机使用的柴油，粘度比汽油大，不易蒸发，且自燃温度又比汽油低，所以采用的着火方式是压缩自燃式点火（压燃）。喷油器喷油泵进气行程压缩行程作功行程排气行程新鲜空气四冲程柴油机各行程示意图开始喷油分析和比较汽油机、柴油机的工作异同?首先分别看一下汽油机和柴油机的图示火花塞

喷油器

汽油机、柴油机的工作相同点

每个工作循环曲轴转两周;对应每一活塞行程曲轴转半周;只有作功行程产生动力。

汽油机柴油机汽油与空气缸外混合，进入气缸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自行燃烧有点火系统无点火系统汽油机、柴油机的工作不同点五、二冲程发动机结构特点及工作原理二冲程发动机：指活塞在上、下止点间往复移动两个行程（相当于曲轴旋转360度），完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机。1、第一行程（换气-压缩行程）2、第二行程（作功-换气行程）二冲程与四冲程汽油机比较性能二冲程汽油机四冲程汽油机结构简单复杂比质量小大燃油消耗高低升功率大小制造维修成本低高比质量小大起动性好差使用寿命短长排放大小六、爆燃和表面点火1、压缩比对发动机工作的影响：

⑴压缩比适当增加，可燃混合气温度增加，压力增加，燃烧速度快，发动机功率增加，经济性好；⑵压缩比如果过大，