第一章发动机基本知识工作原理

发动机工作原理分类四行程发动机二行程发动机四行程柴油机与汽油机的比较发动机工作原理分类四行程汽油机四行程柴油机二行程汽油机二行程柴油机二行程柴油机与汽油机的比较把完成一个工作循环，曲轴转两圈(720°)，活塞上下往复运动四次，称为四行程发动机。四行程发动机的工作原理分类完成一个工作循环，曲轴转一圈(360°)，活塞上下往复运动两次，称为二行程发动机。二行程发动机的工作原理分类四行程汽油发动机的工作过程①进气②压缩③作功④排气四行程汽油机的工作原理（进气行程）进气行程：活塞下行，进气门打开，排气门关闭。混合气温度：370～400K。压力约为0.075～0.09MPa。进气冲程活塞从上止点向下运动，进气门打开，排气门关闭。活塞到达下止点时，进气冲程结束。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：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。四行程汽油机的工作原理（压缩行程）压缩行程：活塞上行，进、排气门都关闭。压力和温度升高，压力达0.6～1.2MPa，温度达600～700K。压缩冲程进排气门均关闭，活塞从下止点上行，压缩气缸内的气体，当活塞到达上止点时，压缩冲程结束。 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600~700K，

压力0.6~1.5MPa四行程汽油机的工作原理（做功行程）作功行程：进、排气门关闭。火花塞点燃可燃混合气，气体膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动，对外作功。压力达3～5MPa，最高温度可达2200～2800K。作功冲程在压缩冲程末，接近上止点时，火花塞点火（汽油机），气体燃烧，推动活塞下行，产生动力。当活塞位于下止点时，作功冲程结束。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2200~2800K，

压力3~5MPa作功终了：温度1300~1600K，

压力0.3~0.5MPa四行程汽油机的工作原理（排气行程）排气行程：排气门开启，进气门关闭，废气从气缸中排出去。气体压力约为0.105～0.115MPa，温度约为900～1200K。排气冲程排气门打开，进气门关闭，活塞从下止点上行，趋赶燃烧废气，当活塞位于上止点时，排气冲程结束。下一循环进气冲程即将开始。发动机周而复始进行这样的循环，从而产生动力。 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900~1200K压力0.105~0.115MPa残余废气四行程汽油机的工作原理结论：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。四行程柴油机的工作原理①进气②压缩③作功④排气四行程柴油机的工作原理进气行程

柴油机:吸入纯空气。压力：0.0785～0.0932MPa温度：300～370K。

汽油机：吸入可燃混合气。压力：0.075～0.09MPa，温度：370～400K。点击观看动画四行程柴油机的工作原理压缩行程柴油机:压缩的是纯空气。压力：3.5～4.5MPa，温度：750～1000K。汽油机：压缩的是可燃混合气。压力：0.6～1.2MPa，温度：600～700K。点击观看动画四行程柴油机的工作原理作功行程柴油机:喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，柴油和空气在气缸内形成可燃混合气并着火燃烧。压力：6～9MPa，温度：2000～2500K。汽油机：火花塞产生电火花点燃混合气。压力：3～5MPa，温度：2200～2800K。点击观看动画四行程柴油机的工作原理排气行程柴油机:排出废气。压力：0.105～0.125MPa，温度：800～1000K。汽油机：排出废气。压力：0.105～0.115MPa，温度：900～1200K。结论：柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，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。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。点击观看动画柴油机与汽油机的不同进气冲程中，柴油机进入气缸中的是纯空气，汽油机是空气和汽油的混合气。压缩过程中，柴油机压缩的是纯空气，汽油机压缩的是空气和汽油的混合气。汽油机在压缩冲程末，由火花塞点火，点燃混合气；柴油机在压缩冲程末，由于气缸温度达到柴油自燃点的温度，柴油自燃。所以，汽油机是点燃式，柴油机是压燃式。二行程汽油机的工作原理1活塞向上运动，将三排孔都关闭。①进气孔②排气孔③换气孔点击观看动画二行程汽油机的工作原理2活塞开始压缩上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱。①②③①进气孔②排气孔③换气孔点击观看动画二行程汽油机的工作原理3活塞接近上止点时，火花塞点燃混合气，气体做功。①②③①进气孔②排气孔③换气孔点击观看动画二行程汽油机的工作原理4气体做功活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受压，当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动，换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并扫除废气。①②③①进气孔②排气孔③换气孔点击观看动画二行程柴油机的工作原理和二行程汽油机工作类似，不同：柴油机进入气缸的不是可燃混合气，是纯空气。第一行程：活塞从下止点向上止点运动，进气孔和排气门均开启，利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。四冲程二冲程二行程柴油机的工作原理和二行程汽油机工作类似，不同：柴油机进入气缸的不是可燃混合气，是纯空气。第一行程：活塞从下止点向上止点运动，进气孔和排气门均开启，利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭，排气门也关闭，空气受到压缩，当活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，缸内压力增大。四冲程二冲程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？？共同特点：

1.每个工作循环曲轴转两转(720°)每一行程曲轴转半转(180°)，进气行程是进气门开启，排气行程是排气门开启，其余两个行程进、排气门均关闭。

2.四个行程中，只有作功行程产生动力，其它三个行程是为作功行程做准备工作的辅助行程，虽然作功行程是主要行程，但其它三个行程也不可缺少。

3.发动机运转的第一个循环，必须有外力使曲轴旋转完成进气、压缩行程，着火后，完成作功行程，依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自行完成以后的行程，以后的工作循环发动机无需外力就可自行完成。

思考四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么不同呢？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返回四行程汽油机示意图四行程柴油机示意图1.四冲程发动机的进、排气是两个分开的专门过程，而二冲程发动机单纯的排气(或进气)时间极短，主要是一个几乎完全重叠的，以新鲜气体清扫废气的换气过程。这样的换气过程不可避免地会发生新鲜气体和废气混合，造成废气难以排净和新鲜气体随废气排出的后果。

2.完成一个工作循环，二冲程发动机只需转一转，而四冲程发动机需要转两转。因此，当发动机工作容积、压缩比和转速相等时，从理论上讲，二冲程发动机的功率应为四冲程发动机功率的两倍，但实际上，只有1.5～1.6倍，这是由于二冲程发动机难以将废气排净，以及为了安排换气过程而较多地损失了高压气体的作功能力，另外还有可燃混合气随废气排出等所致。

3.当转速相同时，二冲程发动机的作功次数较四冲程发动机多一倍。因此，二冲程发动机运转较平稳，这对单缸发动机来说更为明显。

4.由于没有气门或只有排气门，也就省去了配气机构或使配气机构较为简单，简化了发动机的结构。易受磨损和经常需要修理的运动部件数量较少。

由于二冲程汽油机有混合气损失，故经济性差，在大中型汽车上的应用受到了限制。但由于它结构简单、重量轻、制造成本低等优点，轻便摩托车和微型汽车的小排量发动机广泛采用。二冲程柴油机由于换气时进入气缸的是纯空气，没有燃料损失，为某些汽车所采用。

二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优点？

从各单缸发动机工作原理可知，只有作功行程产生动力，其它三个行程都要消耗动力。为了维持运动，单缸发动机必须有一个贮备能量较大的飞轮。即使如此，发动机运转仍然是不平稳的，作功行程快，其它行程慢。

汽车上实际应用的是多缸发动机，它是由若干个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力所组成。现代汽车上用的较多是四缸、六缸、八缸发动机。

§1.3多缸四冲程发动机的工作顺序

相同点：就能量转换过程，发动机的多缸机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。不同点：单缸：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；多缸发动机：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，运转平稳。发动的工作原理（多缸与单缸的比较—四行程）多缸发动机是在曲轴转角720°内(四冲程)或曲轴转角360°内(二冲程)，各缸都要象单缸发动机一样完成一个工作循环。为了使发动机运转平稳，各缸作功间隔角大都均等。如四冲程六缸发动机各缸作功间隔角为Ψ=720°/6=120°即曲轴每转1200就有一个缸作功，各缸作功行程略有搭接，这样发动机运转较单缸发动机平稳得多。另外，由于各缸的作功行程为其它缸的准备行程提供动力，所以贮存能量的飞轮也较单缸发动机小得多。四缸发动机从理论上讲作功冲程就已连续，而六、八缸发动机都有作功重叠，且缸数越多、重叠得就越大，发动机运转得就越平稳。各缸做功行程顺序（据机器平衡性及各缸机械负荷和热负荷的均匀性）：直列四缸：1-3-4-2；1-2-4-3直列六缸：1-5-3-6-2-4四冲程发动机工作状态状态行程温度(K)压力进气行程370~44075~90kPa压缩行程600~800600~1500kPa作功行程2200~2800(瞬时最高)1500~1700(作功终了)