发动机的工作原理与总体构造

汽车的组成汽车的组成汽车的组成汽车的心脏－发动机汽车发动机构造与维修

参考教材：《汽车发动机构造与维修》主编：方道生出版社：北京师范大学出版社项目一：认识发动机任务1：了解发动机任务2:分析发动机的工作原理发动机：汽车动力来源。

一.发动机的简介任务一：了解发动机发动机：就是一个能量转换机构。

热能机械能燃料与空气混合旋转活塞式发动机

二、发动机的分类1、按活塞运动方式分往复活塞式发动机

2、按照所用燃料分类：

汽油机柴油机汽油机：转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低。柴油机：经济性能和排放性能都比汽油机好，但转速低，质量大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。你所知道的汽车燃料还有哪些？

3、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。4、按照冷却方式分类

风冷水冷散热片风冷发动机的特点是结构简单，质量轻。维护使用方便，对气候变化适应性强，起动快，不需要散热器。因此它被一些军用汽车和个别载货汽车采用。缺点：缸体和缸盖刚度差，振动大，噪声大，容易过热。

5、按照气缸数目分类：

单缸发动机和多缸发动机。

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、十六缸等都是多缸发动机。单缸四缸6、按照气缸排列方式分类：

分为L、H、V、W型

单列式（L型或直列式）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；

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（H型）。

请说出以下气缸的排列方式？并简单说出它们的特点？直列式6缸发动机V6型发动机对置气缸式发动机稳定，成本低，结构简单，运转平衡性好，体积小。当汽缸数增加时，长度将大大增加。

运转稳定，节省空间；结构比较复杂，不利于保养和维修，并且造价较高。重心低，易与操控、平衡性非常的好。还是造价高，发动机太宽。

7、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。

活动1：观察发动机台架，结合所学的知识，完成下面问题？

1、本组发动机属于（冷却方式）发动机，

按

排列方式，有

缸，是

冲程。

2、本组发动机是往复活塞式还是旋转活塞式？是自

然吸气还是强制进气发动机。

下一节二、发动机的总体构造发动机的总体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注意：柴油机没有点火系。连杆飞轮曲轴活塞排气门推杆挺柱正时齿轮配气机构曲柄连杆机构进气门1、曲柄连杆机构

作用：将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力，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。

组成：由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组组成2、配气机构

作用：定时开启和关闭进排气门。

组成：进气门、排气门、挺杆、推杆、摇臂、凸轮轴、正时齿轮等组成

3、燃料供给系统

按需要向气缸内供应已配制好的可燃混合气，燃烧后排出废气。

4、点火系统

按规定时刻及时点燃气缸内的混合气。

组成：由蓄电池、分电器、点火线圈、火花塞等组成。

强制循环式水冷却系示意图1-百叶窗；2-散热器；3-散热器盖；4-风扇；5-小循环水管；6-水泵；7-节温器；8-出水管；9-水套；10-水温表和传感器；11-水套放水开关；12-散热器放水开关5、冷却系统

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。

6、润滑系统

润滑、冷却、清洗、防腐、密封等。

讨论：可燃混合气点燃做功就能推动活塞连杆作往复运动，从而带动曲轴旋转输出动力吗？

不可能，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。7、起动系统

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。

再次观看视频，学生上台指出视频中所涉及发动机的基本构造随堂测试1、四冲程发动机的定义？2、气缸数目与发动机功率之间的关系？3、大多数单缸发动机采用什么冷却形式的发动机？4、简单叙述发动机的两大机构五大系统？5、为什么柴油机没有点火系？6、何为冷却不良？有什么危害？课外作业1、比较柴油机与汽油机的特点？2、何为四冲程发动机？何为二冲程发动机？3、简述两大机构五大系统？柴油机有点火系吗？为什么？4、自学发动机的发展史。讨论你买车注重哪些方面！

动力性能指标

经济性能指标

排放性能指标四、发动机主要性能指标一、动力性能指标1、有效扭矩(N﹒M)

发动机通过曲轴或飞轮对外输出的扭矩。（克服损失后的曲轴对外输出的净扭矩）2、有效功率(KW)

发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率。3、转速(r/min)

发动机曲轴每分钟的转数。活动：分组找出整车上发动机铭牌上关于发动机性能的信息并记录，其余同学先自学试着完成教材书P24-25页上的任务。功率扭矩图二、经济性能指标燃油消耗率：发动机发出1KW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量（g/kw﹒h）一般用汽车用百公里油耗（L/100KM）：汽车在道路上行驶时每百公里平均燃料消耗量

三、排放性能排放烟度、有害气体、噪声等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。1.国内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。任务四：发动机编号的识别2.国内内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义

规定如下：

3.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

随堂测试1、四冲程柴油机在进气时进的是可燃混合气还是空气？四冲程汽油机呢？你能说出两者在工作循环中的区别吗？2、二冲程汽油机在工作中会存在混合气损失吗？当发动机工作容积、压缩比和转速相等时，二冲程发动机的功率为四冲程发动机功率的

倍？3、二冲程与四冲程发动机的运转平稳性哪个好？为什么？4、请解释汽油机492Q的含义。作业：1、描述四冲程柴油机与汽油机在工作过程的区别？2、发动机主要性能指标有哪些？3、用什么来评价发动机的经济性能？3、请解释492Q的含义。你能解释以下两幅图中的数字含义吗？发动机的基本术语任务二:发动机的基本术语及工作原理一、往复活塞式内燃机的基本结构

发动机的基本术语气缸盖气缸体活塞连杆曲轴油底壳进气门火花塞排气门曲轴箱汽油发动机组成示意图

请观察PPT的动画及台架演示，结合教材找出本组认为的最简单的术语与最难的术语，请本组派一名同学到前面举一例进行描述，并提出你认为最难的术语。基本术语二、往复活塞式内燃机的基本术语：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)压缩比（ε）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)压缩比（ε）基本术语上止点下止点活塞行程(S)曲柄半径(R)曲轴

指曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离。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)压缩比（ε）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。

发动机的工作循环：在气缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转化为机械能的一系列连续过程(进气、压缩、作功和排气)称发动机的工作循环。思考：还记得四冲程与二冲程的区别吗？上止点

讨论：是否能将“上止点”的概念表述为“活塞在气缸内作往复直线运动时，活塞到达的最高点称为上止点？”下止点气缸工作容积活塞行程燃烧室容积气缸总容积发动机排量

压缩比思考

压缩比对发动机的影响?压缩比过大的不良后果压缩比过大的不良后果

名称成因现象后果爆燃由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。火焰以极高的速率向外传播，形成压力波，以声速向前推进。当压力波撞击燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重爆燃时甚至造成气门烧毁、轴瓦破裂，火花塞绝缘体击穿等。表面点火由于燃烧室内炽热表面与炽热处(如排气门头，火花塞电极，积炭处)点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。伴有强烈的较沉闷敲击声。产生的高压会使发动机机件负荷增加，寿命降低。四冲程发动机的工作原理

一、四冲程汽油机的工作原理1、进气行程2、压缩行程3、作功行程4、排气行程单缸四冲程汽油机的工作过程

活动二：观察PPT及台架的动画演示，并查阅教材，各组分析四冲程汽油机在进气、压缩、做功、排气的特点并反馈：进排气门开启还是关闭？压力如何变化？温度如何变化？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。

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

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残余废气随堂测试1、你能说出发动机的常用基本术语的含义吗？2、在四冲程汽油机的工作循环中，进排气门的开启与关闭状况如何？压力与温度情况又如何？3、在实际的工作循环中，进气门与排气门的开启与关闭遵循什么原则？4、什么是爆燃？与压缩比有何关系？课外作业1、请写出上止点、活塞行程、燃烧室容积、、气缸总容积和发动机排量的含义。2、什么是压缩比，汽油机与柴油机的压缩比大小如何，压缩比大小对发动机会造成什么影响？四冲程柴油机的工作原理

四冲程柴油机的工作原理

观察下面两幅图，比较其结构特点？气缸盖气缸体活塞连杆曲轴油底壳进气门火花塞排气门曲轴箱气缸盖气缸体活塞连杆曲轴油底壳进气门喷油器排气门曲轴箱汽油发动机组成示意图柴油发动机组成示意图四冲程柴油机的工作原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3-5MPa瞬时：温度2000-2500K压力6-9MPa温度800-1000K压力0.105-0.125MPa终了：温度1200～1500k压力0.2-0.4MPa吸气行程压缩行程作功行程

讨论：观察柴油机示功图，比较其在工作循环中与汽油机的压力和温度区别四冲程汽油机工作时各行程状态参数

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)3~5MPa(瞬时最高)300~500kPa(作功终了)排气行程900~1200105~125kPa四冲程柴油机工作时各行程状态参数

状态行程温度(K)压力进气行程320~350800~900kPa压缩行程800~10003~5MPa作功行程2200~2800(瞬时最高)1500~1700(作功终了)6~9MPa(瞬时最高)300~500kPa(作功终了)排气行程800~1000105~125kPa发动机结构示意图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，形成可燃混合气进入气缸进入气缸的是纯空气，雾化柴油在压缩接近上止点时喷入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（化油器式发动机）有喷油器（电控发动机）喷油器简介二冲程发动机的工作原理二冲程汽油发动机工作原理二冲程柴油发动机工作原理二冲程汽油机工作原理换气孔排气点火燃烧排气孔压缩混合气进气孔进气火花塞

讨论：通过观察PPT的动画，你能简单说出二冲程汽油机的工作原理吗？二冲程：第一行程：活塞上方进行压缩，换气；活塞下方进气第二行程：活塞上方进行做功，换气；活塞下方进行预压混合气。换气：排气孔开启，换气孔开启，曲轴箱内经预压的混合气进入气缸，并排除气缸内残余废气了解二冲程柴油机工作原理

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