发动机工作原理和结构

1、第一章发动机基础，第一节发动机的分类和基本结构，2，1。分类内燃机可以分为两类茄子，活塞内燃机和燃气轮机，具体取决于将热能转换为机械能的主要组成部分的类型。电子可根据活塞运动方式分为往复活塞内燃机和旋转活塞内燃机两种。往复活塞内燃机在汽车上应用最广泛，是本课程研究的重点。发动机(主要往复活塞内燃机)分类方法有很多种，根据分类方法，发动机可以分为多种类型，以下是其分类情况。(1)根据使用的燃料对内燃机进行分类，可以根据使用的燃料分为汽油机和柴油机。以汽油为燃料的内燃机称为汽油引擎。以柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。汽油发动机和柴油机徐璐具有不同的特性。汽油发动机转速高，质量小，噪音小，易于启动，

2、制造成本低。柴油机的压缩比大，热效率高，经济能力和排放性能都比汽油机好。图1-1，(2)根据移动将内燃机分类，以便完成一个工作周期所需的冲程数可以分为4冲程内燃机和2冲程内燃机(图1-2)。将曲轴旋转到两个蟑螂(720)，活塞在气缸内上下往复，完成一个工作周期的内燃机称为四冲程内燃机。蟑螂绕曲轴旋转(360)，活塞在气缸内上下往复，移动两个冲程，完成一个工作周期的内燃机称为两冲程内燃机。1-2，(3)根据冷却方式对内燃机分类，可以根据冷却方式分为水冷引擎和风冷引擎(图1-3)。水冷引擎使用气缸体和汽缸盖冷却槽中循环的冷却液作为冷却介质进行冷却。风冷引擎通过使用气缸体和汽缸盖外部表面散热器之间流

3、动的空气作为冷却介质来冷却。水冷引擎冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，广泛应用于现代车用引擎。(4)根据气缸数，内燃机可以根据气缸数分为单缸发动机和多缸引擎(图1-4)。只有一个气缸的引擎称为单缸引擎。具有两个或多个气缸的引擎称为多缸引擎。例如，2缸、3缸、4缸、5缸、6缸、8缸、12缸等都是多缸引擎。(5)根据气缸排列方式对内燃机进行分类，根据气缸排列方式，可以分为单列和双列。单列引擎的每个气缸都排成一行，通常垂直排列，但为了降低高度，有时会倾斜或水平放置气缸。双列引擎以两列排列圆柱体，两列之间的角度180(通常为90)称为V型引擎，两列之间的角度=180称为相反引擎。并且以W型和*型排列。(

4、6)根据进气系统是否使用增压方式，内燃机可以根据进气系统是否使用增压方式分为自然进气(非增压)引擎和强制进气(增压)引擎。汽油发动机经常使用自然吸气式。柴油机为了提高动力，采用了增压式。2 .基本结构引擎是由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油引擎、柴油引擎、4冲程引擎、2冲程引擎、单缸引擎还是多缸引擎。要完成能源转换、实现工作周期和确保长时间持续运行，必须有以下机构和系统：(1)曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机实现工作周期，是完成能量转换的主要运动部件。它由气体组、“活塞链接”组、“曲轴飞轮”组等组成。工作行程中，活塞在气体压力下在气缸内进行直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，从曲轴

5、输出动力。在进、压和排气行程中，飞轮释放能量，将曲轴的旋转运动转换为活塞的直线运动。(2)排气设备(图1-8)排气设备的功能是按照引擎的工作顺序和工作流程定期打开和关闭进气口和排气孔，以便进入可燃混合机或空气。汽缸将废气从汽缸里排出，实现通风过程。阀门机构大多采用顶阀排气机构，一般由阀门组、阀门电动组和阀门驱动组组成。(3)燃料供给系统、汽油发动机燃料供给系统的功能是根据引擎的要求，配制一定量的混合气体，放入缸内，将燃烧的废气从缸内排放到大气中。柴油燃料供给系统的功能是将柴油和空气分别供应给汽缸，在燃烧室中形成混合物，排出燃烧后燃烧的废气。柴油燃料供给系统，(4)润滑系统(图1-10)润滑系统

6、的功能是将定量清洁润滑油输送到相对运动的零件表面，以实现液体摩擦，减少摩擦阻力，减少机器磨损。清洁和冷却零件表面。润滑系统通常由润滑、油泵、滤油器、部分阀门等组成。(5)冷却系统(图1-11)冷却系统用于及时释放热量部件吸收的部分热量，使引擎在最佳温度状态下工作。水冷发动机的冷却系统通常由冷却液夹克、泵、风扇、水箱、温控器等组成。(7)点火系统(图1-12)在汽油引擎中，气缸内的可燃混合物被火焰点燃，汽油引擎的气缸盖上安装了火花，火花塞的头部延伸到燃烧室。点火插头电极之间能够按时产生火花的所有设备称为点火系统，老式点火系统一般由蓄电池、发电机、分电、点火线圈、点火插头等组成。要将发动机从静止状

7、态转换到工作状态，首先必须用外力转动发动机的曲轴，使活塞成为往复运动，气缸内可燃混合气体的燃烧膨胀，使活塞向下移动，旋转曲轴。发动机必须自行运转，工作循环可以自动进行。因此，曲轴在外力的作用下，发动机自动开始怠速运行的整个过程称为发动机起动。完成启动过程所需的设备称为引擎的启动系统。汽油发动机由曲柄连杆机构、气体分配机构、燃料供应系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和启动系统组成的上述两个茄子主要机构和五个系统组成。柴油机由曲柄连杆机构、气体分配机构、燃料供应系统、润滑系统、冷却系统和启动系统组成的上述两个茄子主要机构和四个茄子主要系统组成，柴油机是压缩燃烧，不需要点火系统。如图1-14:所示，

8、第二引擎称为顶角TDC，活塞在圆柱上进行往复直线运动时活塞的最高位置，即活塞顶部离曲轴旋转中心最远的极限位置。活塞在圆柱体上来回直线运动时，活塞将移动到最低位置，即活塞顶部最接近曲轴旋转中心的极限位置，即低点BDC。活塞从一个停止点移动到另一个停止点的距离，即上下停止点之间的距离称为活塞冲程。通常用S表示。对应于活塞冲程。曲轴旋转180曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离称为曲柄半径，通常用R表示。活塞冲程通常是曲柄半径的两倍S=2R。活塞从一个停止点移动到另一个停止点的体积称为气缸工作容量。通常显示为Vh:格式中：D圆柱直径，单位MM；s活塞行程，单位mm；活塞在低点时，顶部和汽缸盖之间的体积称为

9、气缸总体积。一般用Va表示，汽缸的总容积是汽缸工作容积和燃烧室容积，即VaVcVh的总和。多缸发动机的各缸工作容积总和称为发动机位移。通常用VL表示：格式中：Vh气缸工作容积；I圆柱体数。压缩比是引擎中很重要的概念。压缩比表示气体的压缩程度，气体压缩前的体积与气体压缩后的体积之比，即圆柱体总体积与燃烧室体积之比，称为压缩比。一般标记。中间：Va气缸总体积；Vh气缸工作容量；Vc燃烧室容量；普通汽油发动机的压缩比为610，柴油机的压缩比较高，一般为1622。每个工作周期包括进气、压缩、工作和排气过程。也就是说，完成进气、压缩、工作和排放的四个茄子过程称为工作周期。介绍了三节发动机的工作原理，下面

10、介绍了四冲程发动机的工作原理和工作过程。1.4冲程汽油机的工作原理4冲程汽油机的工作根据进气冲程、压缩冲程、工作冲程和排气冲程顺序重复。(1)进气行程由于曲轴的旋转，活塞从商店移动到最低点，此时排气门关闭，进气阀打开。进气过程开始时，活塞位于上停止点，气缸内还残留着以前循环中未排出的废气，气缸内的压力比大气压力稍高。活塞向下移动时，气缸内容物变大，压力减小，压力低于大气压力时，气缸内产生真空吸力，空气通过空气过滤器，汽化器供应的汽油和可燃混合物混合在一起，通过进气口吸入气缸，直到活塞向下移动。在进气过程中，受空气过滤器、汽化器、进气管、进气阀等阻力的影响，进气结束后，缸内气体压力比气压略低，约

11、为0.0750.09MPa，受残余废气和高温部件加热的影响，温度达到370400K。实际汽油发动机的进气阀在活塞到达商店点之前打开，延迟到最低点吸入更多的可燃混合物。(2)压缩冲程曲轴继续旋转，活塞从低点向上移动，此时进气口和排气门均关闭，气缸内封闭体积，可燃混合气体压缩，压力和温度继续升高，活塞到达商店点时压缩冲程结束。此时气体的压力和温度主要取决于压缩比的大小，可燃混合机压力为0.61.2MPa，温度为600700K。压缩比越大，压缩结束时气缸内的压力和温度越高，燃烧速度越快，发动机功率也越大。但是压缩比太高，容易引起爆燃。爆燃是由于气体压力和温度太高，可燃混合物不点火自行燃烧，火焰以比正

12、常燃烧快几倍的速度向外传播，产生尖锐的毒素。引擎过热，电力下降，汽油消耗量增加，机器部件可能损坏。允许轻度爆燃，但强烈爆燃对发动机有害。汽油发动机的压缩比通常为611。(3)工作行程包括燃烧过程和膨胀过程，在牙齿过程中，进气阀和排气门仍然关闭。当活塞接近压缩行程(即点火前进角度)位置时，火花会产生火花，点燃可燃混合物，可燃混合物燃烧后释放大量热量，使缸内气体温度和压力急剧升高。最大压力为35MPa，最大温度为22002800K，高温高压气体膨胀，使活塞从商店运动到底部，通过连杆制作曲轴。活塞向下移动时，气缸内容物增加，气体压力和温度降低。活塞移动到最低点时，工作行程结束，气体压力下降到0.30

13、.5MPa，气体温度降低到13001600K。(4)排气冲程可燃混合机在缸内燃烧后产生的废气必须从缸内排出，以进行下一进气行程。工作结束时，排气口打开，进气口仍然关闭，在废气的压力下先自由排气，活塞到达低点，再进行商店运动时，将继续废气强制排放到大气中，活塞超过商店点时，排气口关闭，排气旅程结束。实际汽油发动机的排气日程也提前打开了排气口，关闭延迟，可以排出更多的废气。由于燃烧室容积的存在，不可能把废气全部从气缸中排出。受到排气阻力的影响，排气结束时的气体压力仍然高于大气压力。约为0.1050.115MPa，温度约为9001200K。曲轴继续旋转，活塞从上到下移动，然后开始下一个新的循环过程。

14、4冲程汽油发动机经过进、压、工作、排气等4个冲程完成一个工作周期的同时，可以看到活塞上下点往复移动4个冲程，相应地曲轴旋转2蟑螂。3，柴油机的工作原理1进气行程在柴油引擎进气行程中被吸入气缸只是纯粹的空气。由于柴油引擎进气系统的阻力小，剩余废气的温度低，进气行程结束时，缸内气体的压力高到约0.0850.095Mpa。2压缩冲程是因为柴油机的压缩比大小，压缩冲程结束时气体压力最高可达35 Mpa，温度最高可达7501000K。3工作行程完成压缩行程后，喷油器将柴油泵入喷油器，通过喷油器喷射到燃烧室。由于喷雾压力高，喷雾直径小，喷出的柴油呈细雾状。微小的油滴在热空气中迅速蒸发，依靠空气的运动，迅速

15、与空气混合，形成可燃混合。缸内的温度比柴油的自燃点高得多，柴油立即自行着火。燃烧气体的压力和温度迅速上升，体积急剧膨胀。在气体压力的作用下，活塞推连杆，连杆推曲轴旋转。工作日程中燃烧气体的最大压力可达69 Mpa，最高温度可达18002200K。工作结束时压力约为0.20.5 Mpa，温度约为10001200K。4排气冲程排气行程类似于汽油发动机，排气结束时缸内剩余的废气压力约为0.1050.12Mpa，温度为700900K。柴油机的压缩比远远大于汽油机的压缩比(通常为1622)，压缩完成后，气体温度和压力比汽油机高，远远超过柴油机的自然燃烧温度。压缩完成后，气体压力约为3.54.5MPa，气

16、体温度约为7501000K，柴油机压缩后无需自燃点火，因此柴油机也称为压缩燃烧器。与柴油机和汽油发动机相比，柴油机的压缩比高、热效率高、油耗率低、柴油价格低，因此柴油机的燃料经济性能好，柴油机的排气污染少，排放性能好。但是主要缺点是转速低、质量高、噪音大、振动大、制造和维修成本高。在其发展过程中，柴油机将不断发扬其优点，克服缺点，提高速度，应用更广。5 .在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，如果现代汽车引擎都是多缸发动机4冲程引擎，多缸4冲程引擎和单缸4冲程引擎的工作过程有什么不同呢？对于能量转换过程，引擎的每个气缸和单缸机器的工作过程完全相同，必须经过进气、压缩、工作和排

17、气四茄子行程。但是，单缸发动机的四个行程中只有一个运行，另外三个运行不运行。也就是说，曲轴转动两蟑螂，只有半圈运转，所以运行不顺畅，功率越大，稳定性越差。为了使运行顺畅，单机通常配有大飞轮。多缸发动机的工作行程是列车，按工作顺序工作。也就是说，曲轴在两个蟑螂之间交替工作，因此运行顺畅，振动小。(David aser，Northern Exposure(美国电视电视剧)，缸的数量越多，工作间隔角度越小，同时参与工作的缸越多，引擎运行得越顺畅。多缸机最常用的是4缸发动机、6缸发动机、8缸引擎。4节发动机的主要性能指标和特性，1 .发动机性能指标发动机的性能指标是衡量发动机性能好坏的标准。发动机的主要性能指标包括动力性能指标、经济性能指标和排放性能指标。(1)动力性能指标动力性能指标是曲轴对外作用力的指标，包括有效扭矩、有效动力、曲轴转速。a .有效扭矩：引擎通过曲轴或飞轮输出到外部的扭矩，通常以Te表示，单位为Nm。有效扭矩是作用于活塞顶部的气体压力通过连杆传递到曲轴的扭矩，是克服摩擦、驱动附件等损失后从曲轴输出到外部的净扭矩。B.有效功率：引擎通过曲轴或飞轮向外输出的功率，通常以Pe表示，单位为kW。有效功率也是曲轴外部输出的净功率。等于有效转矩和曲轴速度的乘积。发动机的有效功率可以从专用实验台用测功机测量