发动机工作原理和结构

发动机工作原理和结构发动机工作原理和结构发动机工作原理和结构发动机工作原理和结构发动机工作原理和结构发动机工作原理和结构121.分类内燃机，根据其将热能转变为机械能的主要构件的型式，可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式分为往复活塞式内燃机和旋转活塞式内燃机两种。往复活塞式内燃机在汽车上应用最为广泛，是本课研究的重点。发动机（主要往复活塞式内燃机）分类方法很多，按照不同的分类方法可以把发动机分成不同的类型，下面是其分类情况。

(1)按照所用燃料分类内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机及柴油机比较各有特点；汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。21.分类2图1-1图1-13

4(2)按照行程分类内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机(图1-2)。把曲轴转两圈(720°)，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转一圈(360°)，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机。。(2)按照行程分类51-21-26(3)按照冷却方式分类内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机(图1-3)。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于气缸体及气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。(3)按照冷却方式分类7发动机工作原理和结构8(4)按照气缸数目分类内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机(图1-4)。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。(4)按照气缸数目分类9发动机工作原理和结构10(5)按照气缸排列方式分类内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角<180°(一般为90°)称为V型发动机，若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。此外还有W型和*型排列的。(5)按照气缸排列方式分类11发动机工作原理和结构12(6)按照进气系统是否采用增压方式分类内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。(6)按照进气系统是否采用增压方式分类13发动机工作原理和结构142.基本构造发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。(1)曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。2.基本构造15发动机工作原理和结构16(2)配气机构（图1-8）配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入。气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。(2)配气机构（图1-8）17发动机工作原理和结构18(3)燃料供给系统

汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。

(3)燃料供给系统

汽油机燃料供给系的功用是根据发19柴油机燃料供给系柴油机燃料供给系20(4)润滑系统（图1-10）润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。(4)润滑系统（图1-10）21发动机工作原理和结构22(5)冷却系统（图1-11）冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。(5)冷却系统（图1-11）23发动机工作原理和结构24(7)点火系统（图1-12）在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，旧式点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。(7)点火系统（图1-12）25发动机工作原理和结构26发动机工作原理和结构27要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。汽油机由以上两大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成，柴油机是压燃的，不需要点火系。要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的28第二节发动机常用术语第二节发动机常用术语29如图1-14:如图1-14:30活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞向上运动到最高位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置，称为上止点TDC。活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞向下运动到最低位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为下止点BDC。活塞从一个止点到另一个止点移动的距离，即上、下止点之间的距离称为活塞行程。一般用s表示，对应一个活塞行程，曲轴旋转180°曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径，一般用R表示。通常活塞行程为曲柄半径的两倍，即

S=2R。活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为气缸工作容积。一般用Vh表示：式中：D－气缸直径，单位mm；

S－活塞行程，单位mm；活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞向上运动到最高位置，即活31活塞位于下止点时，其顶部及气缸盖之间的容积称为气缸总容积。一般用Va表示，显而易见，气缸总容积就是气缸工作容积和燃烧室容积之和，即Va＝Vc＋Vh。多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机排量。一般用VL表示：式中：Vh－气缸工作容积；

i－气缸数目。

压缩比是发动机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度，它是气体压缩前的容积及气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积及燃烧室容积之比称为压缩比。一般用ε表示。式中：Va－气缸总容积；

Vh－气缸工作容积；

Vc－燃烧室容积；通常汽油机的压缩比为6～10，柴油机的压缩比较高，一般为16～22。每一个工作循环包括进气、压缩、作功和排气过程，即完成进气、压缩、作功和排气四个过程叫一个工作循环。活塞位于下止点时，其顶部及气缸盖之间的容积称为气缸总容积。一32第三节发动机的工作原理第三节发动机的工作原理33下面介绍一下四行程发动机的工作原理和工作过程。1.四行程汽油机的工作原理四行程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程的顺序不断循环反复的。下面介绍一下四行程发动机的工作原理和工作过程。34(1)进气行程由于曲轴的旋转，活塞从上止点向下止点运动，这时排气门关闭，进气门打开。进气过程开始时，活塞位于上止点，气缸内残存有上一循环未排净的废气，因此，气缸内的压力稍高于大气压力。随着活塞下移，气缸内容积增大，压力减小，当压力低于大气压时，在气缸内产生真空吸力，空气经空气滤清器并及化油器供给的汽油混合成可燃混合气，通过进气门被吸入气缸，直至活塞向下运动到下止点。在进气过程中，受空气滤清器、化油器、进气管道、进气门等阻力影响，进气终了时，气缸内气体压力略低于大气压，约为0.075～0.09MPa，同时受到残余废气和高温机件加热的影响，温度达到370～400K。实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开，并且延迟到下止点之后关闭，以便吸入更多的可燃混合气。(1)进气行程35(2)压缩行程曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，气缸内成为封闭容积，可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高，当活塞到达上止点时压缩行程结束。此时气体的压力和温度主要随压缩比的大小而定，可燃混合气压力可达0.6～1.2MPa，温度可达600～700K。压缩比越大，压缩终了时气缸内的压力和温度越高，则燃烧速度越快，发动机功率也越大。但压缩比太高，容易引起爆燃。所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高，可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧，且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播，造成尖锐的敲缸声。会使发动机过热，功率下降，汽油消耗量增加以及机件损坏。轻微爆燃是允许的，但强烈爆燃对发动机是很有害的，汽油机的压缩比一般为ε＝6～11。(2)压缩行程36(3)作功行程作功行程包括燃烧过程和膨胀过程，在这一行程中，进气门和排气门仍然保持关闭。当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时，火花塞产生电火花点燃可燃混合气，可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高，最高压力可达3～5MPa，最高温度可达2200～2800K，高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械功，除了用于维持发动机本身继续运转外，其余用于对外作功。随着活塞向下运动，气缸内容积增加，气体压力和温度降低，当活塞运动到下止点时，作功行程结束，气体压力降低到0.3～0.5MPa，气体温度降低到1300～1600K。(3)作功行程37(4)排气行程可燃混合气在气缸内燃烧后生成的废气必须从气缸中排出去以便进行下一个进气行程。当作功接近终了时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的压力先进行自由排气，活塞到达下止点再向上止点运动时，继续把废气强制排出到大气中去，活塞越过上止点后，排气门关闭，排气行程结束。实际汽油机的排气行程也是排气门提前打开，延迟关闭，以便排出更多的废气。由于燃烧室容积的存在，不可能将废气全部排出气缸。受排气阻力的影响，排气终止时，气体压力仍高于大气压力，约为0.105～0.115MPa，温度约为900～1200K。曲轴继续旋转，活塞从上止点向下止点运动，又开始了下一个新的循环过程。可见四行程汽油机经过进气、压缩、作功、排气四个行程完成一个工作循环，这期间活塞在上、下止点往复运动了四个行程，相应地曲轴旋转了两圈。(4)排气行程38三、柴油机的工作原理1．进气行程·在柴油机进气行程中，被吸入气缸的只是纯净空气。由于柴油机进气系统阻力较小，残余废气的温度较低，因此进气行程结束时气缸内气体的压力较高，约为0.085~0.095Mpa。2．压缩行程·因为柴油机的压缩比大，所以压缩行程终了时气体压力可高达3~5Mpa，温度可高达750~1000K。3．作功行程·在压缩行程结束时，喷油泵将柴油泵入喷油器，并通过喷油器喷入燃烧室。因为喷油压力很高，喷孔直径很小，所以喷出的柴油呈细雾状。细微的油滴在炽热的空气中迅速蒸发汽化并借助于空气的运动，迅速及空气混合形成可燃混合起。由于气缸内的温度远高于柴油的自燃点，因此柴油随即自行着火燃烧。燃烧气体的压力、温度迅速升高，体积急剧膨胀。在气体压力的作用下，活塞推动连杆，连杆推动曲轴旋转做功。·在做功行程中，燃烧气体的最大压力可达6~9Mpa，最高温度可达1800~2200K。做功结束时压力约为0.2~0.5Mpa，温度约为1000~1200K。4．排气行程·排气行程及汽油机类似，排气终了时气缸内残余废气压力约为0.105~0.12Mpa，温度为700~900K。三、柴油机的工作原理39柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多(一般为16～22)，压缩终了时气体温度和压力都比汽油机高，大大超过了柴油机的自燃温度。压缩终了时，气体压力约为3.5～4.5MPa，气体温度约为750～1000K，柴油机是压缩后自燃着火的，不需要点火，故柴油机又称为压燃机。

柴油机及汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较好。但它的主要缺点是转速低，质量大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。在其发展过程中，柴油机不断发扬其优点，克服缺点，提高速度，有望得到更广泛地应用。柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多(一般为16～22405.多缸发动机的工作原理前面介绍的是单缸发动机的工作过程，而现代汽车发动机都是多缸发动机四行程发动机，那么，多缸四行程发动机及单缸四行程发动机的工作过程有什么区别呢？就能量转换过程，发动机的每一个气缸和单缸机的工作过程是完全一样的，都要经过进气、压缩、作功和排气四个行程。但是单缸发动机的四个行程中只有一个行程作功，其余三个行程不作功，即曲轴转两圈，只有半圈作功，所以运转平稳性较差，功率越大，平稳性就越差。为了使运转平稳，单缸机一般都装有一个大飞轮。而多缸发动机的作功行程是差开的，按照工作顺序作功，即曲轴转两圈交替作功，因此，运转平稳，振动小。缸数越多，作功间隔角越小，同时参及作功的气缸越多，发动机运转越平稳。多缸机使用最多的有四缸发动机，六缸发动机和八缸发动机。5.多缸发动机的工作原理41第四节发动机的主要性能指标及特性第四节发动机的主要性能指标及特性421.发动机性能指标发动机的性能指标是用来衡量发动机性能好坏的标准。发动机的主要性能指标有：动力性能指标，经济性能指标和排放性能指标。1.发动机性能指标43

(1)

动力性能指标动力性能指标指曲轴对外作功能力的指标，包括有效扭矩、有效功率和曲轴转速。a.有效扭矩：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的扭矩，通常用Te表示，单位为N·m。有效扭矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的扭矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净扭矩。b.有效功率：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用Pe表示，单位为kW。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效扭矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用下面公式计算出有效功率。式中：Te－有效扭矩，单位为N·m；

n－曲轴转速，单位为r/min。

(1)

动力性能指标44c.转速：指发动机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定汽车发动机应能在额定工况下连续运行300～1000小时。c.转速：指发动机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。发动45(2)经济性能指标通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能。燃油消耗率是指单位有效功的燃油消耗量，也就是发动机每发出1kW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量(以g为单位)，燃油消耗率通常用ge表示，其单位为g/kW·h，计算公式如下式中：GT－每小时的燃油消耗量，kg/h；

Pe－有效功率，kW。很明显，有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率ge是最小值。(2)经济性能指标46(3)排放性能排放性能指标包括排放烟度、有害气体(CO，HC，NOx)排放量、噪声等。

(3)排放性能47发动机的主要性能指标有效扭矩Te，有效功率Pe，有效耗油率随其运转工况(负荷、转速)变化而变化的关系称为发动机的特性。其性能指标随发动机曲轴转速变化的关系称为发动机的速度特性，而性能指标随负荷变化的关系称为发动机的负荷特性。用曲线来表示这些关系，称为发动机的特性曲线。发动机特性是对发动机性能进行全面评价和鉴定的依据。发动机的主要性能指标有效扭矩Te，有效功率Pe，有效耗油率随48第五节发动机的编号规则第五节发动机的编号规则49为了便于内燃机的生产管理和使用，国家标准(GB725－82)《内燃机产品名称和型号编制规则》中对内燃机的名称和型号作了统一规定。内燃机的名称和型号内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、柴油机、煤气机等。内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。内燃机型号由以下四部分组成：首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。为了便于内燃机的生产管理和使用，国家标准(GB725－82)50内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义规定如下：内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义51发动机工作原理和结构52型号编制举例(1)汽油机1E65F：表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型4100Q：表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用4100Q-4：表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品CA6102：表示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通用型，CA表示系列符号8V100：表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷通用型TJ376Q：表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号CA488：表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号(2)柴油机195：表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型165F：表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型495Q：表示四缸，四行程，缸径95mm，水冷车用6135Q：表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用X4105：表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号型号编制举例53曲柄连杆机构曲柄连杆机构54第二章曲柄连杆机构1.功用曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。第二章曲柄连杆机构1.功用552.工作条件发动机工作时，曲柄连杆机构直接及高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时及可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。2.工作条件563.组成曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮3.组成57第二节机体组第二节机体组581、汽缸体机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。因此，机体必须要有足够的强度和刚度。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。气缸体（图2-1）1、汽缸体59发动机工作原理和结构601.气缸体水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体——轴箱，也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，冷却水套和润滑油道等。气缸体应具有足够的强度和刚度，根据气缸体及油底壳安装平面的位置不同，通常把气缸体分为以下三种形式。（图2-2）1.气缸体61发动机工作原理和结构62(1)一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。这种气缸体的优点是机体高度小，重量轻，结构紧凑，便于加工，曲轴拆装方便；但其缺点是刚度和强度较差(2)龙门式气缸体其特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。它的优点是强度和刚度都好，能承受较大的机械负荷；但其缺点是工艺性较差，结构笨重，加工较困难。(3)隧道式气缸体这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式，采用滚动轴承，主轴承孔较大，曲轴从气缸体后部装入。其优点是结构紧凑、刚度和强度好，但其缺点是加工精度要求高，工艺性较差，曲轴拆装不方便。此外，还有底坐式通常用于干式油底壳。(1)一般式气缸体其特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在63为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行适当地冷却。冷却方法有两种，一种是水冷，另一种是风冷（图2-3）为了能够使气缸内表面在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖进行64

65水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并且气缸体和气缸盖冷却水套相通，冷却水在水套内不断循环，带走部分热量，对气缸和气缸盖起冷却作用。现代柴油机基本都采用水冷多缸发动机，对于多缸发动机，气缸的排列形式决定了发动机外型尺寸和结构特点，对发动机机体的刚度和强度也有影响。按照气缸的排列方式不同，气缸体还可以分成直列式，V型和对置式三种

水冷发动机的气缸周围和气缸盖中都加工有冷却水套，并66发动机工作原理和结构67气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种（图2-5）。湿式气缸套的特点是气缸套装入气缸体后，其外壁直接及冷却水接触，气缸套仅在上、下各有一圆环地带和气缸体接触，壁厚一般为5～9mm。它散热良好，冷却均匀，加工容易，通常只需要精加工内表面，而及水接触的外表面不需要加工，拆装方便，但缺点是强度、刚度都不如干式气缸套好，而且容易产生漏水现象。应该采取一些防漏措施。气缸套有干式气缸套和湿式气缸套两种（图2-5）。68发动机工作原理和结构692.曲轴箱气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱及气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳图（图2-6）。油底壳受力很小，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。2.曲轴箱70

713.气缸盖气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常及高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔及缸体的冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分3.气缸盖72

73缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排74气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。气缸盖是燃烧室的组成部分，燃烧室的形状对发动机的工作影响很大，由于汽油机和柴油机的燃烧方式不同，其气缸盖上组成燃烧室的部分差别较大。汽油机的燃烧室主要在气缸盖上，而柴油机的燃烧室主要在活塞顶部的凹坑。这里只介绍汽油机的燃烧室，而柴油机的燃烧室放在柴油供给系里介绍。气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好75汽油机燃烧室常见的三种形式（图2-8）。汽油机燃烧室常见的三种形式（图2-8）。76发动机工作原理和结构77发动机工作原理和结构78气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖及气缸体接触面的密封，防止漏气，漏水和漏油。气缸垫的材料要有一定的弹性，能补偿结合面的不平度，以确保密封，同时要有好的耐热性和耐压性，在高温高压下不烧损、不变形。目前应用较多的是铜皮——棉结构的气缸垫，由于铜皮——棉气缸垫翻边处有三层铜皮，压紧时较之石棉不易变形。有的发动机还采用在石棉中心用编织的纲丝网或有孔钢板为骨架，两面用石棉及橡胶粘结剂压成的气缸垫。气缸垫装在气缸盖和气缸体之间，其功用是保证气缸盖及气79注意:安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完好程度，所有气缸垫上的孔要和气缸体上的孔对齐,将光滑的一面朝向气缸体,防止被高温气体冲坏。其次要严格按照说明书上的要求上好气缸盖螺栓。拧紧气缸盖螺栓时，必须由中央对称地向四周扩展的顺序分2～3次进行，最后一次拧紧到规定的力矩。否则,会使气缸盖平面翘曲,造成泻漏。

注意:安装气缸垫时，首先要检查气缸垫的质量和完好程度，所有气80第三节活塞连杆组第三节活塞连杆组81活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成，如图2-10。活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成，如图82发动机工作原理和结构83发动机工作原理和结构84功用：活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。工作条件：活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接及高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600～700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用；活塞在气缸内以很高的速度(8～12m/s)往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。功用：活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴85要求：(1)要有足够的刚度和强度，传力可靠；

(2)导热性能好，要耐高压、耐高温、耐磨损；

(3)质量小，重量轻，尽可能地减小往复惯性力。铝合金材料基本上满足上面的要求，因此，活塞一般都采用高强度铝合金，但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。要求：(1)要有足够的刚度和强度，传力可靠；86构造：活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。构造：活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。87活塞顶部活塞顶部88活塞顶部承受气体压力，它是燃烧室的组成部分，其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求，其顶部形状可分为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。平顶活塞顶部是一个平面，结构简单，制造容易，受热面积小，顶部应力分面较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，二行程汽油机常采用凸顶活塞。凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。活塞顶部承受气体压力，它是燃烧室的组成部分，其形状、位置、大892.活塞头部活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。它有数道环槽，用以安装活塞环，起密封作用，又称为防漏部。柴油机压缩比高，一般有四道环槽，上部三道安装气环，下部安装油环。汽油机一般有三道环槽，其中有两道气环槽和一道油环槽，在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。第一道环槽工作条件最恶劣，一般应离顶部较远些。活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁，再由冷却水传出去。总之，活塞头部的作用除了用来安装活塞环外，还有密封作用和传热作用，及活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气漏到曲轴箱内，同时还将(70～80)%的热量通过活塞环传给气缸壁。2.活塞头部90

3.活塞裙部活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括装活塞销的销座孔。活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞直径。所谓侧压力是指在压缩行程和作功行程中，作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。压缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，所以，作功行程中的侧压力也大大高于压缩行程中的侧压力（图2-13）。活塞裙部承受侧压力的两个侧面称为推力面，它们处于及活塞销轴线相垂直的方向上。

3.活塞裙部91发动机工作原理和结构92结构特点：（1）

预先做成椭圆形（图2-14）：结构特点：93发动机工作原理和结构94为了使裙部两侧承受气体压力并及气缸保持小而安全的间隙，要求活塞在工作时具有正确的圆柱形。但是，由于活塞裙部的厚度很不均匀，活塞销座孔部分的金属厚，受热膨胀量大，沿活塞销座轴线方向的变形量大于其他方向。另外，裙部承受气体侧压力的作用，导致沿活塞销轴向变形量较垂直活塞销方向大。这样，如果活塞冷态时裙部为圆形，那么工作时活塞就会变成一个椭圆，使活塞及气缸之间圆周间隙不相等，造成活塞在气缸内卡住，发动机就无法正常工作。因此，在加工时预先把活塞裙部做成椭圆形状。椭圆的长轴方向及销座垂直，短轴方向沿销座方向。这样活塞工作时趋近正圆。

为了使裙部两侧承受气体压力并及气缸保持小而安全的间隙，要求活95（2）

活塞裙部开槽（图2-16）（2）

活塞裙部开槽（图2-16）96（6）有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，向作功行程中受主侧压力的一方偏移了1～2mm（图2-19）。这种结构可使活塞在从压缩行程到作功行程中较为柔和地从压向气缸的一面过渡到压向气缸的另一面，以减小敲缸的声音。在安装时，这种活塞销偏置的方向不能装反，否则换向敲击力会增大，使裙部受损。（6）有的汽油机上，活塞销孔中心线是偏离活塞中心线平面的，向972.活塞环活塞环（图2-20）是具有弹性的开口环，有气环和油环之分。2.活塞环98发动机工作原理和结构99功用：气环的是保证气缸及活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，由冷却水带走。其中密封作用是主要的，因为密封是传热的前提。如果密封性不好，高温燃气将直接从气缸表面流入曲轴箱。这样不但由于环面和气缸壁面贴合不严而不能很好散热，而且由于外圆表面吸收附加热量而导致活塞和气环烧坏；油环起布油和刮油的作用，下行时刮除气缸壁上多余的机油，上行时在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入气缸燃烧掉，又可以减少活塞、活塞环及气缸壁的摩擦阻力，此外，油环还能起到封气的辅助作用。功用：气环的是保证气缸及活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活100工作条件：活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难的条件下工作，尤其是第一道环最为困难，长期以来，活塞环一直是发动机上使用寿命最短的零件。活塞环工作时受到气缸中高温高压燃气的作用，温度很高(特别是第一道环温度可高达600K)，活塞环在气缸内随活塞一起作高速运动，加上高温下机油可能变质，使环的润滑条件变坏，难以保证良好的润滑，因而磨损严重。另外，由于气缸壁的锥度和椭圆度，活塞环随活塞往复运动时，沿径向会产生一张一缩运动，使环受到交变应力而容易折断。因此，要求活塞环弹性好，强度高、耐磨损。目前广泛采用的活塞环材料是合金铸铁(在优质灰铸铁中加入少量铜、铬、钼等合金元素)，第一道环镀铬，其余环一般镀锡或磷化。工作条件：活塞环在高温、高压、高速和润滑极其困难的条1011.气环气环开有切口，具有弹性，在自由状态下外径大于气缸直径，它及活塞一起装入气缸后，外表面紧贴在气缸壁上，形成第一密封面，被封闭的气体不能通过环周及气缸之间，便进入了环及环槽的空隙，一方面把环压到环槽端面形成第二密封面，同时，作用在环背的气体压力又大大加强了第一密封面的密封作用（图2-21），气环密封效果一般及气环数量有关，汽油机一般采用2道气环，柴油机一般多采用3道气环。1.气环102发动机工作原理和结构103气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环和桶面环（图2-22）。气环的断面形状很多，最常见的有矩形环、扭曲环、锥面环、梯形环104发动机工作原理和结构105发动机工作原理和结构106活塞下行时，由于环及气缸壁的摩擦阻力及环的惯性，环被压靠在环槽的上端面上，气缸壁面上的油被刮入下边隙和内边隙；活塞上行时，环又被压靠在环槽的下端面。结果第一道环背隙里的机油就进入燃烧室，窜入燃烧室的机油，会在燃烧室内形成积炭，造成机油的消耗量增加，另外上窜的机油也可能在环槽内形成积炭，使环在环槽内卡死而失去密封作用，划伤气缸壁，甚至使环折断，可见泵油作用是很有害的，必须设法消除。为了消除或减少有害的泵油作用，除了在气环的下面装有油环外，广泛采用了非矩形断面的扭曲环。活塞下行时，由于环及气缸壁的摩擦阻力及环的惯性，环1072.油环油环有普通油环和组合油环两种（图2-24）。2.油环108发动机工作原理和结构1091）普通油环普通油环又叫整体式油环。环的外圆柱面中间加工有凹槽，槽中钻有小孔或开切槽，当活塞向下运动时，将缸壁上多余的机油刮下，通过小孔或切槽流回曲轴箱；当活塞上行时，刮下的机油仍通过回油孔流回曲轴箱。有些普通环还在其外侧上边制有倒角，使环在随活塞上行时形成油楔，可起均布润滑油的作用，下行刮油能力强，减少了润滑油的上窜（图2-25）。1）普通油环1102）组合式油环如图所示的组合环由上下两片侧轨环及中间的扩胀器组成，侧轨环用镀铬钢片制成，扩胀器的周边比气缸内圆周略大一些，可装侧轨环紧紧压向气缸壁。这种油环的接触压力高，对气缸壁面适应性好，而且回油通路大，重量小，刮油效果明显。图2-24右侧所示的组合环由三个刮油钢片和两个弹性衬环组成，它具有上述组合环的优点。近年来汽车发动机上越来越多地采用了组合式油环。它的缺点主要是制造成本高。

2）组合式油环1113.活塞销（图2-26）活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传给连杆。活塞销在高温下周期地承受很大的冲击载荷，其本身又作摆转运动，而且处于润滑条件很差的情况下工作，因此，要求活塞销具有足够的强度和刚度，表面韧性好，耐磨性好，重量轻。所以活塞销一般都做成空心圆柱体，采用低碳钢和低碳合金钢制成，外表面经渗碳淬火处理以提高硬度，精加工后进行磨光，有较高的尺寸精度和表面光洁度。活塞销的内孔有三种形状：a圆柱形；b两段截锥及一段圆柱组合；c两段截锥形。圆柱形孔结构简单，加工容易，但从受力角度分析，中间部分应力最大，两端较小，所以这种结构质量较大，往复惯性力大；为了减小质量，减小往复惯性力，活塞销做成两段截锥形孔，接近等强度梁，但孔的加工较复杂；组合形孔的结构介于二者之间。3.活塞销（图2-26）112发动机工作原理和结构113活塞销及活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接配合有两种方式（图2-27）："全浮式"安装和"半浮式"安装。活塞销及活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接配合有两种方式（图2114发动机工作原理和结构115全浮式"安装，当发动机工作时，活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动，这样，活塞销能在连杆衬套和活塞销座中自由摆动，使磨损均匀。为了防止全浮式活塞销轴向窜动刮伤气缸壁，在活塞销两端装有档圈，进行轴向定位。由于活塞是铝活塞，而活塞销采用钢材料，铝比钢热膨胀量大。为了保证高温工作时活塞销及活塞销座孔为过渡配合。装配时，先把铝活塞加热到一定程度，然后再把活塞销装入，这种安装方式应用较广泛。"半浮式"安装的特点是活塞中部及连杆小头采用紧固螺栓连接，活塞销只能在两端销座内作自由摆动，而和连杆小头没有相对运动。活塞销不会作轴向窜动，不需要锁片。小轿车上应用较多。全浮式"安装，当发动机工作时，活塞销、连杆小头和活塞销座都有1164.连杆连杆（图2-28）的功用是连接活塞及曲轴。连杆小头通过活塞销及活塞相连，连杆大头及曲轴的连杆轴颈相连。并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使得活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。4.连杆117发动机工作原理和结构118连杆杆身通常做成"I"字形断面，抗弯强度好，重量轻，大圆弧过渡，且上小下大，采用压力法润滑的连杆，杆身中部都制有连通大、小头的油道。连杆大头及曲轴的连杆轴颈相连，大头有整体式和分开式两种。一般都采用分开式，分开式又分为平分和斜分两种。连杆杆身通常做成"I"字形断面，抗弯强度好，重量轻，大圆弧过119连杆盖和连杆大头用连杆螺栓连在一起，连杆螺栓在工作中承受很大的冲击力，若折断或松脱，将造成严重事故。为此，连杆螺栓都采用优质合金钢，并精加工和热处理特制而成。安装连杆盖拧紧连杆螺栓螺母时，要用扭力板手分2～3次交替均匀地拧紧到规定的扭矩，拧紧后还应可靠的锁紧。连杆螺栓损坏后绝不能用其它螺栓来代替。连杆盖和连杆大头用连杆螺栓连在一起，连杆螺栓在工作中120连杆轴瓦（图2-30）——为了减小摩擦阻力和曲轴连杆轴颈的磨损，连杆大头孔内装有瓦片式滑动轴承，简称连杆轴瓦。轴瓦分上、下两个半片，目前多采用薄壁钢背轴瓦，在其内表面浇铸有耐磨合金层。耐磨合金层具有质软，容易保持油膜，磨合性好，摩擦阻力小，不易磨损等特点。耐磨合金常采用的有巴氏合金，铜铝合金，高锡铝合金。连杆轴瓦的背面有很高的光洁度。半个轴瓦在自由状态下不是半圆形，当它们装入连杆大头孔内时，又有过盈，故能均匀地紧贴在大头孔壁上，具有很好的承受载荷和导热的能力，并可以提高工作可靠性和延长使用寿命。连杆轴瓦（图2-30）——为了减小摩擦阻力和曲轴连杆121发动机工作原理和结构122主轴承和连杆轴承（1）载荷及材料要求·连杆轴承和主轴承均承受交变载荷和高速摩擦，因此轴承材料必须具有足够的抗疲劳强度，而且要摩擦小、耐磨损和耐腐蚀（2）结构和材料·连杆轴承和主轴承均由上下两片轴瓦对合而成。每一片轴瓦都是由钢背和减磨合金层或钢背、减磨合金层和软镀层构成·轴瓦一般是等壁厚的，但也有变厚度轴瓦，多用于强化程度较高的发动机·轴瓦在自由状态时，两个结合面外端的距离比轴承孔的直径大，其差值称为轴瓦的扩张量。在装配时，轴瓦的圆周过盈变成径向过盈，对轴承孔产生径向压力，使轴瓦紧密贴合在轴承孔内·在轴瓦的结合端冲压出定位唇，在轴承孔中加工有定位槽。以便装配时有正确的定位·通过连杆小头喷油孔喷油冷却活塞的发动机，在主轴承和连杆轴承的上下轴瓦上均加工有环形油槽和油孔，以便不间断的向连杆小头喷孔供油主轴承和连杆轴承123连杆轴瓦上制有定位凸键，供安装时嵌入连杆大头和连杆盖的定位槽中，以防轴瓦前后移动或转动，有的轴瓦上还制有油孔，安装时应及连杆上相应的油孔对齐。V型发动机左右两侧对应两个气缸的连杆是装在曲轴的一个连杆轴颈上的，称为叉形连杆。连杆轴瓦上制有定位凸键，供安装时嵌入连杆大头和连杆盖的124V型发动机连杆（1）并列连杆·两个完全相同的连杆一前一后地并列装在同一个曲柄销上，因此左右两列活塞的运动规律完全相同，前后连杆可以通用。·但是增加了曲轴和发动机长度（2）主副连杆·副连杆通过销轴铰接在主连杆体或主连杆盖上。一列气缸装主连杆，一列气缸装副连杆·这种结构主副连杆不能互换，且副连杆对主连杆作用以附加弯矩·两列气缸中活塞的运动规律和上止点位置均不相同·但发动机的长度可缩短（3）叉形连杆·一列气缸的连杆大头为叉形，另一列气缸的连杆则插在叉形连杆大头的开裆中·优点是两列气缸中活塞的运动规律相同·但结构复杂，制造和维修困难，且刚度差V型发动机连杆125并列连杆并列连杆126主副连杆主副连杆127

128叉型连杆叉型连杆129第四节曲轴飞轮组

第四节曲轴飞轮组

130曲轴是发动机最重要的机件之一。它及连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。同时，驱动配气机构和其它辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。工作时，曲轴承受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。曲轴有整体式和组合式两种。曲轴是发动机最重要的机件之一。131

132曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。

曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。133发动机工作原理和结构134全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。如六缸发动机全支承曲轴有七个主轴颈。四缸发动机全支承曲轴有五个主轴颈。这种支承，曲轴的强度和刚度都比较好，并且减轻了主轴承载荷，减小了磨损。柴油机和大部分汽油机多采用这种形式。非全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目少或及气缸数目相等。这种支承方式叫非全支承曲轴，虽然这种支承的主轴承载荷较大，但缩短了曲轴的总长度，使发动机的总体长度有所减小。有些汽油机，承受载荷较小可以采用这种曲轴型式。全支承曲轴：曲轴的主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈135平衡机构1．平衡机构功用·平衡往复惯性力及其力矩（现代轿车重视乘坐舒适性和噪声水平）·比较曲柄臂平衡重：平衡旋转惯性力及其力矩·平衡状况：及气缸数、气缸排列形式及曲拐布置形式等因素有关2．往复惯性力·Fj=FjⅠ+FjⅡ·FjⅠ：一阶往复惯性力（及曲轴转角余弦成正比）·FjⅡ：二阶往复惯性力及二倍曲轴转角余弦成正比3．双轴平衡机构·平衡二阶往复惯性力（1）链传动双轴平衡机构（图3-44a）（2）齿轮传动双轴平衡机构4．单轴平衡机构（图3-44b）·平衡一阶往复惯性力矩平衡机构136发动机工作原理和结构137发动机工作原理和结构138曲轴的连杆轴颈是曲轴及连杆的连接部分，通过曲柄及主轴颈相连，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。直列发动机的连杆轴颈数目和气缸数相等。V型发动机的连杆轴颈数等于气缸数的一半。曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡重块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。曲轴的连杆轴颈是曲轴及连杆的连接部分，通过曲柄及主轴颈相连，139曲轴前端装有正时齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈及飞轮凸缘之间制成档油凸缘及回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。曲轴前端装有正时齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为140曲轴的形状和曲拐相对位置(即曲拐的布置)取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。安排多缸发动机的发火顺序应注意使连续作功的两缸相距尽可能远，以减轻主轴承的载荷，同时避免可能发生的进气重叠现象。作功间隔应力求均匀，也就是说发动机在完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次，而且各缸发火的间隔时间以曲轴转角表示，称为发火间隔角。四行程发动机完成一个工作循环曲轴转两圈，其转角为720°，在曲轴转角720°内发动机的每个气缸应该点火作功一次。且点火间隔角是均匀的，因此四行程发动机的点火间隔角为720°/i，(i为气缸数目)，即曲轴每转720°/i，就应有一缸作功，以保证发动机运转平稳。曲轴的形状和曲拐相对位置(即曲拐的布置)取决于气缸数、气缸排141四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置四缸四行程发动机的发火顺序和曲拐布置142四缸四行程发动机的发火间隔角为720°/4＝180°，曲轴每转半圈(180°)作功一次，四个缸的作功行程是交替进行的，并在720°内完成，因此，可使曲轴获得均匀的转速，工作平稳柔和。对于每一个气缸来说，其工作过程和单缸机的工作过程完全相同，只不过是要求它按照一定的顺序工作，即为发动机的工作顺序，也叫作发动机的发火顺序。可见，多缸发动机的工作顺序(发火顺序)就是各缸完成同名行程的次序。四缸发动机四个曲拐布置在同一平面内。1，4缸在上，2，3缸在下，互相错开180°，其发火顺序的排列只有两种可能，即为1-3-4-2或为1-2-4-3，两种工作顺序的发动机工作循环表分别见表2-1和表2-2。四缸四行程发动机的发火间隔角为720°/4＝180°，曲轴每143发动机工作原理和结构144

四行程直列六缸发动机的发火顺序和曲拐布置

四行程直列六缸发动机的发火顺序和曲拐布置145四行程直列六缸发动机发火间隔角为720°/6=120°，六个曲拐分别布置在三个平面内，一种发火顺序是1-5-3-6-2-4，国产汽车的六缸直列发动机都用这种，其工作循环表见表2-3。另一种发火顺序是1-4-2-6-3-5四行程直列六缸发动机发火间隔角为720°/6=120°，六146发动机工作原理和结构147(3)四行程V型八缸发动机的发火顺序四行程V型八缸发动机的发火间隔角为720°/8=90°，V型发动机左右两列中对应的一对连杆共用一个曲拐，所以V型八缸发动机只有四个曲拐（图2-37）。(3)四行程V型八缸发动机的发火顺序148发动机工作原理和结构149发动机工作原理和结构150发动机工作原理和结构151V8发动机工作循环·发火间隔角为：720°/8＝90°·工作顺序为：R1-L1-R4-L4-L2-R3-L3-R2或L1-R4-L4-L2-R3-R2-L3-R1V8发动机工作循环1522.飞轮（图2-38）飞轮的主要功用是用来贮存作功行程的能量，用于克服进气、压缩和排气行程的阻力和其它阻力，使曲轴能均匀地旋转。飞轮外缘压有的齿圈及起动电机的驱动齿轮啮合，供起动发动机用；汽车离合器也装在飞轮上，利用飞轮后端面作为驱动件的摩擦面，用来对外传递动力。2.飞轮（图2-38）153发动机工作原理和结构154飞轮是高速旋转件，因此，要进行精确地平衡校准，平衡性能要好，达到静平衡和动平衡。飞轮是一个很重的铸铁圆盘，用螺栓固定在曲轴后端的接盘上，具有很大的转动惯量。飞轮轮缘上镶有齿圈，齿圈及飞轮紧配合，有一定的过盈量。在飞轮轮缘上标有刻度供找压缩上止点和喷油提前角用(四缸发动机为1缸或4缸压缩上止点；六缸发动机为1缸或6缸压缩上止点)。当飞轮上的零刻度及外壳上的记号对正时，正好是压缩上止点。飞轮及曲轴在制造时一起进行过动平衡实验，在拆装时为了不破坏它们之间的平衡关系，飞轮及曲轴之间应有严格不变的相对位置。通常用定位销和不对称布置的螺栓来定位。飞轮是高速旋转件，因此，要进行精确地平衡校准，平衡性能要好，155第三章配气机构

第一节概述

1．功用：配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时，保证气缸密封。进气充分、排气彻底，四行程发动机都采用气门式配气机构。

第三章配气机构

第一节概述

1．功用：156空气滤清器（图4-24）由于汽车行驶时，速度快，引起道路两旁，特别是士路上的尘土飞扬，使周围空气中含有灰尘，而灰尘中又含有大量的砂粒，如果被吸入气缸里的话，就会粘附在气缸，活塞和气门座等另件的密封表面，加速它们的磨损，使发动机寿命大大下降。因此，在发动机上，必须装上空气滤清器。空气滤清器（图4-24）157发动机工作原理和结构158发动机工作原理和结构159（1）功用及要求：空气滤清器的功用就是把空气中的尘土分离出来，保证供给气缸足够量的清洁空气。对空气滤清器的基本要求是滤清能力强，进气阻力小，维护保养周期长，价格低廉。（2）型式和工作原理目前，采用的空气滤清器的型式很多，但归纳起来可分为下面几类：按滤清方式可以分为惯性式和过滤式；按是否用机油分干式和湿式。把它们组合起来就有干惯性式、干过滤式、湿惯性式、湿过滤式、综合两种以上的叫综合式。（1）功用及要求：160惯性式：它是根据离心力或惯性力及质量成正比的原理，利用尘土比空气重的特点，引导气流作高速旋转运动，重的尘土就会自动的从空气中甩出去，或着引导气流突然改变流动方向，重的尘土就会来不及改变方向而从空气中分离出去。优点：进气阻力小，保养简单。缺点：滤清能力不强，即滤清效果差。过滤式：它是根据吸附原理，引导气流通过滤芯（如金属网、丝、棉质物质和纸质等），将尘土隔离和粘附在滤芯上，从而使空气得到滤清。优点：滤清能力强，滤清效果好。缺点：进气阻力大，滤芯易堵塞。综合式：综合上述两种滤清方式，使空气通过惯性式，除去粗粒灰尘，然后再通过过滤式除去细粒灰尘。因此，滤清能力强，可将空气中%的灰尘清除掉，而阻力增加不大，从而得到了广泛的应用。惯性式：它是根据离心力或惯性力及质量成正比的原理，利用尘土比1612.进气管及排气管（图4-25）（图4-26）（图4-27）（图4-28）

2.进气管及排气管（图4-25）（图4-26）（图4-27）162发动机工作原理和结构163发动机工作原理和结构164发动机工作原理和结构165

(1)

气门布置方式

气门位于气缸盖上称为气门顶置式配气机构，由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成。其特点，进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能达到较高的压缩比，目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。气门位于气缸体侧面称为气门侧置式配气机构，由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。省去了推杆、摇臂等零件，简化了结构。因为它的进、排气门在气缸的一侧，压缩比受到限制，进排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘汰。

166发动机工作原理和结构167(2)凸轮轴布置方式(如图3-2)凸轮轴下置式，主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动另件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。凸轮轴中置,凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，这种结构称为凸轮轴中置配气机构。凸轮轴上置,凸轮轴布置在气缸盖上。(2)凸轮轴布置方式(如图3-2)168凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高速发动机。另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特别适应于高速发动机。凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样169发动机工作原理和结构170(3)凸轮轴传动方式（5）凸轮轴传动方式·齿形带传动式·齿轮传动式(柴油机通常采用)·链传动式凸轮轴下置，中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动，一般从曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。链条及链轮的传动适用于凸轮轴上置的配气机构，但其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动。近年来高速汽车发动机上广泛采用齿形皮带来代替传动链，齿形带传动，噪声小、工作可靠、成本低。(3)凸轮轴传动方式（5）凸轮轴传动方式171发动机工作原理和结构172发动机工作原理和结构173发动机工作原理和结构174发动机工作原理和结构175

176气门数目及气道布置（4）气门数目及气道布置一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。但是由于燃烧室尺寸的限制，气门直径最大一般不能超过气缸直径的一半。当气缸直径较大，活塞平均速度较高时，每缸一进一排的气门结构就不能保证良好的换气质量。因此，在很多新型发动机上多采用每缸四个气门结构。即两个进气门和两个排气门。气门数目及气道布置（4）气门数目及气道布置1774．组成

包括气门组和气门传动组（图3-6）

4．组成

包括气门组和气门传动组（图3-6）

1781．气门组

包括：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、锁片、卡簧。

1．气门组

包括：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、锁片、卡179

180（1）气门（图3-8）

功用：控制进、排气管的开闭工作条件：承受高温、高压、冲击、润滑困难。要求：足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击。材料：进气门采用合金钢（铬钢或镍铬等），排气门采用耐热合金钢（硅铬钢等）。构造：气门由头部、杆身和尾部组成。（1）气门（图3-8）

功用：控制进、排气管的开闭181发动机工作原理和结构182

183气门导管功用：①起导向作用，保证气门作直线往复运动。

②起导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去。为了保证导向，导管应有一定的长度，气门导管的工作温度也较高，约500k。气门导管和气门的润滑是靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑的，因此易磨损。为了改善润滑性能，气门导管常用灰铸铁或球墨铸铁或铁基粉未治金制造。导管内、外圆面加工后压入气缸盖的气门导管孔内，然后再精铰内孔。为了防止气门导管在使用过程中松脱，有的发动机对气门导管用卡环定位。气门导管184发动机工作原理和结构1855．气门油封（1）气门油封的功用·气门杆及气门导管孔需要润滑，机油又不能太多，否则机油消耗量增加。·为了控制和减少机油消耗量，汽油发动机及部分柴油发动机装有气门油封。5．气门油封186（3）气门座

气门座及气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传。气门座可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。镶嵌式结构气门座都采用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作。（3）气门座187气门弹簧（1）气门弹簧的功用·保证气门关闭时能紧密地及气门座贴合。·克服在气门开启时配气机构产生的惯性力·使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离气门弹簧188发动机工作原理和结构189（5）气门旋转机构为了使气门头部温度均匀，防止局部过热引起的变形和清除气门座积炭，可设法使气门在工作中相对气门座缓慢旋转。气门缓慢旋转时在密封锥面上产生轻微的摩擦力，有阻止沉积物形成的自洁作用。（5）气门旋转机构为了使气门头部温度均匀，防止局部过热引起190发动机工作原理和结构191锁片、卡簧锁片、卡簧

其功用是在气门弹簧力的作用下把弹簧座和气门杆锁住，使弹簧力作用到气门杆上。锁片、卡簧锁片、卡簧

1922．气门传动组功用：传递凸轮轴→气门之间的运动气门传动组包括，凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂气门间隙调整螺钉等。2．气门传动组功用：传递凸轮轴→气门之间的运动193

凸轮轴功用：控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。凸轮的形状影响气门的开闭时刻及高度，凸轮的排列影响气门的开闭时刻和工作顺序。（根据凸轮轴可以判断工作顺序）工作中，凸轮轴受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷，因此对凸轮表面要求耐磨，凸轮轴要有足够的韧性和刚度。凸轮轴功用：控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相194发动机工作原理和结构195挺柱的功用是将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力，近年来，液压挺柱被广泛地采用。挺柱的功用是将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋196发动机工作原理和结构197

推杆的作用是将从凸轮轴传来的推力传给摇臂，它是配气机构中最容易弯曲的零件。要求有很高的刚度，在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些。

推杆的作用是将从凸轮轴传来的推力传给摇臂，它是配气机构中最198发动机工作原理和结构199

摇臂实际上是一个双臂杠杆，将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端打开气门。

摇臂实际上是一个双臂杠杆，将推杆传来的力改变方向，作用到气200发动机工作原理和结构201第三节配气相位和气门间隙

1．配气相位（1）定义：配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示-配气相位图。（2）理论上的配气相位分析理论上讲进、压、功、排各占180°，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180°。但实际表明，简单配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求。第三节配气相位和气门间隙

1．配气相位202原因：①气门的开、闭有个过程开启总是由小→大关闭总是由大→小②气体惯性的影响随着活塞的运动同样造成进气不足、排气不净③发动机速度的要求实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，当转速为5600r/min时一个行程只有60/（5600×2）=0.0054s，就是转速为1500r/min，一个行程也只有0.02s，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。原因：203解决措施进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。解决措施进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度204②气门重叠由于进气门早开，排气门晚关，势必造成在同一时间内两个气门同时开启。把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角。在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？不会的，这是因为：a.进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出；b.进气门附近有降压作用，有利于进气。②气门重叠2052．气门间隙（图3-19）（1）定义：气门间隙是指气门完全关闭（凸轮的凸起部分不顶挺柱）时，气门杆尾端及摇臂或挺柱之间的间隙。（2）作用：给热膨胀留有余地

保证气门密封2．气门间隙（图3-19）（1）定义：气门间隙是指气门完全206不同机型，气门间隙的大小不同，根据实验确定，一般冷态时，排气门间隙大于进气门间。道依兹柴油机F3L912冷机时的进排气门间隙均为0.15mm；BF8M1015冷机时的进气门间隙为0.25mm，排气门间隙为0.30mm。不同机型，气门间隙的大小不同，根据实验确定，一般冷态时，排气207间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降，此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快。间隙过小：发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的208发动机工作原理和结构209发动机工作原理和结构210

211注意：一般来说，柴油机曲轴箱体和汽缸体以及配气机构的材料是同样的，通常是钢铁，膨胀系数也是同样的，所以热机时气门间隙较冷机时大。而汽油机由于曲轴箱体和汽缸通常用铝合金制成，而配气机构的材料是钢铁，由于铝合金的膨胀系数比钢铁大，所以汽油机的气门间隙热机时比冷机时小。注意：212第四章汽油机供给系

汽油机所用的燃料是汽油，在进入气缸之前，汽油和空气已形成可燃混合气。可燃混合气进入气缸内被压缩，在接近压缩终了时点火燃烧而膨胀作功。可见汽油机进入气缸的是可燃混合气，压缩的也是可燃混合气，燃烧作功后将废气排出。因此汽油供给系的任务是根据发动机的不同情况的要求，配制出一定数量和浓度的可燃混合气，供入气缸，最后还要把燃烧后的废气排出气缸。所以它包括四个部分：第四章汽油机供给系

汽油机所用的燃料是汽油，在进入气缸之前213①燃油供给装置：汽油油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管等。②空气供给装置：空气滤清器、进气总管、进气歧管。③可燃混合气形成装置：化油器。④废气排出装置：排气总管、排气支管、排气消声器、三元催化转换器。①燃油供给装置：汽油油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管等。2142．汽油汽油机使用的燃料是汽油，汽油是从石油中提炼出来的碳氢化合物。汽油的使用性能指标主要有蒸发性、热值、抗爆性。按辛烷值不同分为几个牌号。以RQ打头，后跟汽油的辛烷值。汽油的辛烷值通常有两种测定方法，即研究法（RON）和马达法（MON），其换算关系为（RON）=（MON）+10。例如代号为RQ-90，"R"是燃的汉语拼音字头，"Q"是汽的汉语拼音字头，代表燃汽油-90是辛烷值（表示研究法辛烷值为90），辛烷值越高,抗爆性越好。因此，压缩比大的汽油机应选用较高牌号的汽油。由于环保的要求，我国在2000年7月1日推广使用无铅汽油，含铅量小于2.5mg/L为无铅汽油2．汽油215第二节简单化油器原理及混合气形成

1．简单化油器的构造简单化油器由浮子室、喉管、量孔、喷管和节气门等组成（图4-3）。第二节简单化油器原理及混合气形成

1．简单化油器的构造216发动机工作原理和结构217（1）浮子室和浮子汽油由进油口进入浮子室