第一章 汽車發(fā)動機(jī)的工作原理及總體構(gòu)造

1、第一章第一章 汽車發(fā)動機(jī)的工作原理及總體構(gòu)造汽車發(fā)動機(jī)的工作原理及總體構(gòu)造n本章主要內(nèi)容：q有關(guān)汽車發(fā)動機(jī)的名詞術(shù)語q四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作原理q二沖程內(nèi)燃機(jī)的工作原理q汽車發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造第一節(jié)第一節(jié) 汽車發(fā)動機(jī)的類型汽車發(fā)動機(jī)的類型n發(fā)動機(jī)是汽車的動力源。迄今為止除為數(shù)不多的電動汽車外，汽車發(fā)動機(jī)都是熱能動力裝置，或簡稱熱機(jī)。在熱機(jī)中借助工質(zhì)的狀態(tài)變化將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。n熱機(jī)有內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)兩種。q直接以燃料燃燒所生成的燃燒產(chǎn)物為工質(zhì)的熱機(jī)為內(nèi)燃機(jī)，反之則為外燃機(jī)。q內(nèi)燃機(jī)包括活塞式內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)。q外燃機(jī)則包括蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)和熱氣機(jī)等。q內(nèi)燃機(jī)與外燃機(jī)相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體

2、積小、質(zhì)量輕和容易起動等許多優(yōu)點。因此，內(nèi)燃機(jī)尤其是活塞式內(nèi)燃機(jī)被極其廣泛地用作汽車動力?；钊桨l(fā)動機(jī)的分類n按活塞運動方式 ：往復(fù)活塞式、旋轉(zhuǎn)活塞式n按著火方式:壓燃式、點燃式n按所用燃料:汽油機(jī)、柴油機(jī)、氣體燃料發(fā)動機(jī)n按冷卻方式:水冷式、風(fēng)冷式n按沖程數(shù):四沖程、二沖程n按進(jìn)氣狀態(tài) ：增壓式、非增壓式n按氣缸數(shù)目、排列方式：單缸、多缸、直列式、V型、對置式 汽車發(fā)動機(jī)的類型-按活塞運動方式的不同 汽車發(fā)動機(jī)的類型-根據(jù)所用燃料種類汽車發(fā)動機(jī)的類型-按冷卻方式的不同 汽車發(fā)動機(jī)的類型-按其在一個工作循環(huán)期間活塞往復(fù)運動的行程數(shù) 汽車發(fā)動機(jī)的類型-按照氣缸數(shù)目分類 汽車發(fā)動機(jī)的類型-按照氣缸

3、排列方式 汽車發(fā)動機(jī)的類型-按進(jìn)氣狀態(tài)不同 第二節(jié)第二節(jié) 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及基本術(shù)語往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及基本術(shù)語n往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的工作腔稱作氣缸氣缸n在氣缸內(nèi)作往復(fù)運動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸曲軸相連，構(gòu)成曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)。n在氣缸蓋氣缸蓋上裝有進(jìn)氣門進(jìn)氣門和排氣門排氣門。通過進(jìn)、排氣門的開閉實現(xiàn)向氣缸內(nèi)充氣和向氣缸外排氣。n進(jìn)、排氣門的開閉由凸輪軸凸輪軸控制。n凸輪軸由曲軸通過齒形帶齒形帶或齒輪齒輪或鏈條鏈條驅(qū)動。n進(jìn)、排氣門和凸輪軸以及其他一些零件共同組成配氣機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)。通常稱這種結(jié)構(gòu)形式的配氣機(jī)構(gòu)為頂置氣門配氣機(jī)構(gòu)頂置氣門配氣機(jī)

4、構(gòu)。n構(gòu)成氣缸的零件稱作氣缸體氣缸體n支承曲軸的零件稱作曲軸箱作曲軸箱n氣缸體與曲軸箱的連鑄體稱作機(jī)體機(jī)體。二、基本術(shù)語發(fā)動機(jī)常用術(shù)語n工作循環(huán)n上止點、下止點n活塞行程n氣缸工作容積n發(fā)動機(jī)排量n燃燒室容積n氣缸總?cè)莘en壓縮比n工況n負(fù)荷率二、基本術(shù)語n工作循環(huán)q進(jìn)氣行程：q壓縮行程：q作功行程：q排氣行程：二、基本術(shù)語n上止點、下止點q活塞頂面離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)時的止點稱為上止點；q活塞頂面離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近時的止點稱為下止點。n活塞行程q上、下止點間的距離s為活塞行程。對應(yīng)一個活塞行程，曲軸旋轉(zhuǎn)180。q曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心之間的距離稱為曲柄半徑R，通?；钊谐虨榍霃降膬杀?，即S

5、=2R。二、基本術(shù)語n氣缸工作容積q上、下止點間所包容的氣缸容積 ，用Vs表示 。n發(fā)動機(jī)排量q多缸發(fā)動機(jī)各氣缸工作容積的總和，用VL表示。n燃燒室容積q活塞位于上止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積，用Vc表示 。n氣缸總?cè)莘eq活塞位于下止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為氣缸總?cè)莘e。用Va表示，顯而易見，氣缸總?cè)莘e就是氣缸工作容積和燃燒室容積之和，即Va Vs Vc。二、基本術(shù)語n壓縮比q表示了氣體的壓縮程度，它是氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比值，即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比。一般用表示。n工況 q內(nèi)燃機(jī)在某一時刻的運行狀況，以該時刻內(nèi)燃機(jī)輸出的有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速表示。n負(fù)荷率q內(nèi)燃機(jī)

6、在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值稱為負(fù)荷率，以百分?jǐn)?shù)表示。負(fù)荷率通常簡稱負(fù)荷。1asccVVVV 第三節(jié)第三節(jié) 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理n四沖程汽油機(jī)的工作原理n四沖程柴油機(jī)的工作原理n二沖程汽油機(jī)的工作原理n二沖程柴油機(jī)的工作原理第三節(jié)第三節(jié) 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理n四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)在四個活塞行程內(nèi)完成進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣等四個過程，即在一個活塞行程內(nèi)只進(jìn)行一個過程。因此，活塞行程可分別用四個過程命名。四沖程汽油機(jī)的工作原理爆燃：由于氣體壓力和溫度過高，在燃燒室內(nèi)離點燃中爆燃：由于氣體壓力和溫度過高，

7、在燃燒室內(nèi)離點燃中心較遠(yuǎn)處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正心較遠(yuǎn)處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正常燃燒。常燃燒。后果：輕微爆燃，發(fā)動機(jī)功率有所升高；但過度，則會后果：輕微爆燃，發(fā)動機(jī)功率有所升高；但過度，則會使發(fā)動機(jī)過熱，功率下降，經(jīng)濟(jì)性變差，零件壽命使發(fā)動機(jī)過熱，功率下降，經(jīng)濟(jì)性變差，零件壽命下降等。下降等?，F(xiàn)象：發(fā)生爆燃時，有尖銳的金屬敲擊聲傳出。現(xiàn)象：發(fā)生爆燃時，有尖銳的金屬敲擊聲傳出。表面點火：由燃燒室內(nèi)熾熱表面（如排氣門頭、火花塞表面點火：由燃燒室內(nèi)熾熱表面（如排氣門頭、火花塞電極、積碳）點燃混合氣產(chǎn)生的另一種不正常燃燒。電極、積碳）點燃混合氣產(chǎn)生的另一種不正常燃燒。后果：

8、發(fā)動機(jī)的性能下降，零部件壽命降低。后果：發(fā)動機(jī)的性能下降，零部件壽命降低?，F(xiàn)象：發(fā)生表面點火時，有沉悶的敲擊聲傳出。現(xiàn)象：發(fā)生表面點火時，有沉悶的敲擊聲傳出。四沖程汽油機(jī) 二、單缸四沖程二、單缸四沖程柴油機(jī)柴油機(jī)的工作原理的工作原理1、進(jìn)氣沖程、進(jìn)氣沖程與汽油機(jī)主要區(qū)別：與汽油機(jī)主要區(qū)別：進(jìn)入氣缸進(jìn)入氣缸的是純空氣的是純空氣。2、壓縮沖程、壓縮沖程與汽油機(jī)的主要區(qū)別：壓縮比高于汽油機(jī)；在壓縮過程快要結(jié)束的時候，噴油器向氣缸內(nèi)噴入柴油。當(dāng)油與空氣混合后在高壓下達(dá)到其自燃點就開始著火燃燒。3、做功沖程、做功沖程柴油機(jī)由于是邊噴油、邊柴油機(jī)由于是邊噴油、邊混合、邊燃燒，所以，混合、邊燃燒，所以，所以

9、最開始雖然活塞有所以最開始雖然活塞有所下行，但氣缸內(nèi)的壓所下行，但氣缸內(nèi)的壓力基本不變。力基本不變。4、排氣沖程、排氣沖程整個工作過程的示功圖四沖程汽油機(jī)、柴油機(jī)缸內(nèi)壓力、溫度比較四沖程汽油機(jī)、柴油機(jī)缸內(nèi)壓力、溫度比較（p：Mpa ；T：K）汽油機(jī)柴油機(jī) 進(jìn) 氣pde0.0750.090.080.09Tde370400340380 壓 縮pco0.61.23.05.0Tco6007007501000 做 功pmax3.06.54.59Tmax2200280018002500pex0.30.60.20.5Tex1200150010001200 排 氣 pr0.1050.1150.1050.12

10、Tr9001100700900三、四沖程汽油機(jī)、柴油機(jī)特點比較三、四沖程汽油機(jī)、柴油機(jī)特點比較1、由于柴油機(jī)壓縮比較高，燃料燃燒非常完全，所以由于柴油機(jī)壓縮比較高，燃料燃燒非常完全，所以柴油機(jī)的有效熱效率好柴油機(jī)的有效熱效率好，經(jīng)濟(jì)性好。經(jīng)濟(jì)性好。 汽油機(jī)：汽油機(jī)：be=270325 g/(kw.h) 柴油機(jī)柴油機(jī): be=214285 g/(kw.h)2、柴油機(jī)無點火系，所以故障少些，柴油機(jī)無點火系，所以故障少些，易保養(yǎng)易保養(yǎng)。但柴油機(jī)有高精度零件如噴油泵、。但柴油機(jī)有高精度零件如噴油泵、噴油器等，其成本較高，并且加工較難。噴油器等，其成本較高，并且加工較難。3、柴油機(jī)最高爆發(fā)壓力高，所以對

11、發(fā)動機(jī)的零部件強度要求高，這樣導(dǎo)致柴油柴油機(jī)最高爆發(fā)壓力高，所以對發(fā)動機(jī)的零部件強度要求高，這樣導(dǎo)致柴油機(jī)笨重。機(jī)笨重。4、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速低于汽油機(jī)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速低于汽油機(jī)原因：原因：1）由于柴油機(jī)的壓縮比高，所以其受到的機(jī)械負(fù)荷較大，故其零部件的）由于柴油機(jī)的壓縮比高，所以其受到的機(jī)械負(fù)荷較大，故其零部件的質(zhì)量需較大，導(dǎo)致運動時慣性力較大。質(zhì)量需較大，導(dǎo)致運動時慣性力較大。 2）汽油機(jī)可燃混合氣的混合時間和質(zhì)量優(yōu)于柴油機(jī)。）汽油機(jī)可燃混合氣的混合時間和質(zhì)量優(yōu)于柴油機(jī)。 5、柴油機(jī)運轉(zhuǎn)噪音高，但有害氣體的排放優(yōu)于汽油機(jī)，而微粒排放較高。柴油機(jī)運轉(zhuǎn)噪音高，但有害氣體的排放優(yōu)于汽油機(jī)，而微粒排放較高。6、

12、柴油機(jī)啟動困難，汽油機(jī)易啟動。柴油機(jī)啟動困難，汽油機(jī)易啟動。三、三、 二沖程內(nèi)燃機(jī)的工作原理二沖程內(nèi)燃機(jī)的工作原理二沖程內(nèi)燃機(jī)：二沖程內(nèi)燃機(jī)：一、結(jié)構(gòu)介紹一、結(jié)構(gòu)介紹1、換氣機(jī)構(gòu)（氣孔、氣閥）換氣機(jī)構(gòu)（氣孔、氣閥）2、曲軸箱掃氣、掃氣泵掃氣曲軸箱掃氣、掃氣泵掃氣3、活塞頂部為凸頂，以引導(dǎo)氣活塞頂部為凸頂，以引導(dǎo)氣流掃氣流掃氣4、活塞裙部較長，有缺口等活塞裙部較長，有缺口等曲軸箱掃氣掃氣泵工作原理四、二沖程汽油機(jī)的優(yōu)缺點（同四沖程汽油機(jī)相比較）四、二沖程汽油機(jī)的優(yōu)缺點（同四沖程汽油機(jī)相比較）（一）優(yōu)點：（一）優(yōu)點：1、從工作原理上來講，在發(fā)動、從工作原理上來講，在發(fā)動機(jī)排量和轉(zhuǎn)速相同的前提下，機(jī)

13、排量和轉(zhuǎn)速相同的前提下，二沖程發(fā)動機(jī)的功率理論上二沖程發(fā)動機(jī)的功率理論上是四沖程發(fā)動機(jī)的是四沖程發(fā)動機(jī)的2倍。倍。2、由于二沖程發(fā)動機(jī)的做功頻、由于二沖程發(fā)動機(jī)的做功頻率比較高，所以發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)率比較高，所以發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。比較平穩(wěn)。3、無專門的換氣機(jī)構(gòu)，所以結(jié)、無專門的換氣機(jī)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小。構(gòu)簡單，質(zhì)量小。4、由于附屬機(jī)構(gòu)少，所以使用、由于附屬機(jī)構(gòu)少，所以使用、維護(hù)很方便。維護(hù)很方便。所以摩托車上多用。所以摩托車上多用。（二）缺點：（二）缺點：1、廢氣不易排除干凈。、廢氣不易排除干凈。2、換氣時減少了有效工作、換氣時減少了有效工作行程。行程。3、部分新鮮可燃混合氣隨、部分新鮮可燃

14、混合氣隨廢氣排出，使能源浪費，廢氣排出，使能源浪費，經(jīng)濟(jì)性下降。經(jīng)濟(jì)性下降。4、同時造成環(huán)境污染。、同時造成環(huán)境污染。第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造n汽油機(jī)由以下兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點火系和起動系組成；n柴油機(jī)由以上兩大機(jī)構(gòu)和四大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系和起動系組成，柴油機(jī)是壓燃的，不需要點火系。1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)n曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動機(jī)實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件。n它由機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。2.配氣機(jī)構(gòu)n配氣機(jī)構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作順序和工作過程，

15、定時開啟和關(guān)閉進(jìn)氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進(jìn)入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實現(xiàn)換氣過程。 3.冷卻系統(tǒng)n冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。n水冷發(fā)動機(jī)的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風(fēng)扇、水箱、節(jié)溫器等組成。4.燃料供給系統(tǒng)n汽油機(jī)燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動機(jī)的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去；n柴油機(jī)燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。其它系統(tǒng)n5.潤滑系統(tǒng)q潤滑系的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液

16、體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機(jī)件的磨損。并對零件表面進(jìn)行清洗和冷卻。n6.點火系統(tǒng)q在汽油機(jī)中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機(jī)的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。q能夠按時在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備稱為點火系，點火系通常由蓄電池、發(fā)電機(jī)、分電器、點火線圈和火花塞等組成。n7.起動系統(tǒng)q曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機(jī)開始自動地怠速運轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機(jī)的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機(jī)的起動系。供給系供給系點火系統(tǒng)n汽油機(jī)氣缸蓋上裝有火花塞，其頭部伸入燃燒室內(nèi)。n點火系通常由蓄電池、發(fā)電機(jī)、分電器、點火線圈和火花塞等組成。冷卻系統(tǒng)n功用：將受熱零件吸

17、收部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。n組成：冷卻水套、水泵、風(fēng)扇、水箱等。潤滑系統(tǒng)n功用：潤滑零件，減輕磨損。同時有清洗、冷卻作用。n組成：潤滑油道、機(jī)油泵、濾清器、和閥門等組成起動系統(tǒng)n功用：起動發(fā)動機(jī)n曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機(jī)開始自動地怠速運轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機(jī)的起動。n組成：起動機(jī)及其附屬裝置 2.單缸發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第五節(jié)第五節(jié) 發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)n動力性指標(biāo)q有效轉(zhuǎn)矩q有效功率q發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速q平均有效壓力n經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) q有效熱效率q有效燃油消耗率n強化指標(biāo)q升功率q強化系數(shù)n緊湊性指標(biāo)q比容積q比質(zhì)量n環(huán)境指標(biāo) n可靠性指標(biāo) n耐久性指標(biāo)

18、n工藝性指標(biāo)n內(nèi)燃機(jī)速度特性內(nèi)燃機(jī)速度特性動力性能指標(biāo)n有效轉(zhuǎn)矩Teq發(fā)動機(jī)對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，單位為Nm 。q有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角位移的乘積就是發(fā)動機(jī)對外輸出的有效功。n有效功率Peq發(fā)動機(jī)在單位時間內(nèi)對外輸出的有效功稱為有效功率，單位為kW 。它是有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度的乘積 。n曲軸轉(zhuǎn)速nq發(fā)動機(jī)曲軸每分鐘回轉(zhuǎn)的次數(shù)稱為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min。q轉(zhuǎn)速高低，關(guān)系到單位時間內(nèi)作功次數(shù)的多少或發(fā)動機(jī)有效功率的大小。9550106023nTnTPtqtqe經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)n燃油消耗率beq發(fā)動機(jī)每輸出1kWh的有效功所消耗的燃油量稱為有效燃油消耗率 ，單位為g/(kWh)。q有效燃油消耗率越小，其經(jīng)濟(jì)性越好。發(fā)動機(jī)的有效功率耗油量發(fā)動機(jī)在單位時間內(nèi)的eeePBPBb310環(huán)境指標(biāo)n排放品質(zhì)q有害氣體CO、HC、NOx、排氣顆粒n噪聲水平q刺激神經(jīng)、使人煩躁、反映遲鈍發(fā)動機(jī)速度