第1章 發(fā)動機的工作原理與總體構(gòu)造

汽車品牌1-1第一章發(fā)動機總體構(gòu)造與工作原理教學(xué)目的與要求1、了解發(fā)動機分類。2、掌握活塞行程、氣缸工作容積、壓縮比、有效轉(zhuǎn)矩、有效功率等基本概念。3、掌握四沖程、理解二沖程汽油機的工作原理。4、理解柴油機與汽油機、二沖程與四沖程發(fā)動機的主要區(qū)別。5、了解發(fā)動機性能指標(biāo)與特性。6、能根據(jù)發(fā)動機型號確定其基本特征。重點與難點1、發(fā)動機常用術(shù)語和基本概念。2、四沖程與二沖程發(fā)動機的工作原理。3、發(fā)動機型號編制規(guī)則?！?.1發(fā)動機分類§1.2發(fā)動機總體構(gòu)造及常用術(shù)語§1.3四沖程發(fā)動機的工作原理§1.4二沖程發(fā)動機的工作原理§1.5發(fā)動機主要性能指標(biāo)與特性§1.6發(fā)動機號

目錄§1.1發(fā)動機分類按所用燃料分：按發(fā)火（著火）方式不同分：按沖程數(shù)分：按氣缸數(shù)及其排列方式分：液體燃料發(fā)動機（汽、柴油機）、氣體燃料發(fā)動機（液化石油氣、天然氣、甲烷、氫氣等）和多種燃料發(fā)動機壓燃式發(fā)動機和點燃式發(fā)動機四沖程發(fā)動機和二沖程發(fā)動機單缸和多缸發(fā)動機；直列式、V型式、對置式發(fā)動機5.按冷卻方式分為：6.按進氣是否增壓分為：7.按每缸氣門數(shù)分為：水冷式發(fā)動機和風(fēng)冷式發(fā)動機非增壓發(fā)動機（也叫自然吸入式）和增壓式發(fā)動機2氣門、3氣門、4氣門、5氣門發(fā)動機發(fā)動機分類汽車上常用的是：四沖程、水冷、往復(fù)活塞式、多缸發(fā)動機。版權(quán)所有：太原大學(xué)鞏利平四沖程二沖程返回§1.2發(fā)動機總體構(gòu)造及常用術(shù)語一、總體構(gòu)造一組（或一體）：氣缸體機體組氣缸蓋油底殼兩機構(gòu)：曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)五系統(tǒng)：供給系、冷卻系、潤滑系、點火系、起動系發(fā)動機的基本構(gòu)造：曲柄連桿機構(gòu)：發(fā)動機完成工作循環(huán)，能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件。配氣機構(gòu)：根據(jù)發(fā)動機的工作次序，定時開關(guān)進排氣門，實現(xiàn)換氣過程。供給系統(tǒng)：根據(jù)發(fā)動機要求，將一定量的混合氣或燃料送入氣缸，將燃燒后產(chǎn)生的廢氣排出氣缸。潤滑系統(tǒng)：輸送潤滑油對運動零件進行潤滑、清洗和冷卻。冷卻系統(tǒng)：將發(fā)動機工作產(chǎn)生的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機的適宜工作溫度。點火系統(tǒng)：汽油發(fā)動機中，定時產(chǎn)生電火花，點燃混合氣。起動系統(tǒng)：完成發(fā)動機起動過程所需的外力加載裝置。單缸四沖程汽油機結(jié)構(gòu)示意圖單缸四沖程柴油機結(jié)構(gòu)示意圖單缸四沖程汽油發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)1-進氣管2-進氣門3-排氣門4-化油器5-火花塞6-氣缸蓋7-氣缸8-活塞9-水泵10-活塞銷11-連桿12-曲軸箱13-飛輪14-曲軸15-機油管16-油底殼17-機油泵發(fā)動機總體構(gòu)造實例發(fā)動機總體構(gòu)造實例發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意透明模型連桿飛輪曲軸活塞進氣門排氣門推桿挺柱正時齒輪■曲柄連桿機構(gòu)■配氣機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)和配氣機構(gòu)搖臂凸輪軸桑塔納發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖凌志400發(fā)動機福特發(fā)動機羚羊發(fā)動機發(fā)動機常用術(shù)語二、發(fā)動機常用術(shù)語示意圖

發(fā)動機常用術(shù)語詳解1.上止點（下止點）：活塞離曲軸主軸回轉(zhuǎn)中心線最遠（近）處。2.活塞行程：上下止點之間的距離。用S表示，單位為mm。3.曲柄半徑：與連桿大端相連接的曲柄銷的中心線到曲軸回轉(zhuǎn)中心線的距離。用R表示，單位為mm。

S=2R4.氣缸工作容積：活塞從上止點到下止點所掃過的空間的容積，也稱氣缸排量。用Vh表示。升

式中：D為氣缸直徑，S為活塞行程，單位均為mm。5.發(fā)動機工作容積：各缸工作容積之和，也稱發(fā)動機排量。用VL表示。

VL=Vh·

i這里i表示缸數(shù)。6.燃燒室容積：活塞到達上止點時活塞頂和缸蓋底之間的容積。用Vc表示。7.氣缸總?cè)莘e：Va=Vh+Vc8.壓縮比：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比。9.工作循環(huán)：一次熱功轉(zhuǎn)換的全過程。四沖程發(fā)動機四個沖程完成一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)720°；二沖程發(fā)動機兩個沖程完成一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)360°。關(guān)于壓縮比的說明

壓縮比是一個抽象的數(shù)值，它表示當(dāng)活塞在下止點到上止點時氣體所縮小的比數(shù)。例如，氣缸總?cè)莘e為1.2L，壓縮容積為0.2L，壓縮比即為6:1，即氣體被壓縮到原來的1/6。目前，汽油發(fā)動機的壓縮比約為6～10（有的也高達10以上），柴油機的壓縮比約為15～22。壓縮比提高發(fā)動機的壓縮比可以提高發(fā)動機的熱效率，燃油可以被有效地利用。壓縮比的提高提高了燃燒室的溫度，將使爆震容易產(chǎn)生。高的壓縮比和高的燃燒溫度也會加大NOx的產(chǎn)生。發(fā)動機常用術(shù)語綜介演示返回§1.3四沖程發(fā)動機的工作原理一、汽油機進氣沖程壓縮沖程作功沖程排氣沖程單缸四沖程汽油機工作原理示意圖進氣沖程排氣門關(guān)閉進氣門開啟活塞大氣壓力線PVra示功圖上止點下止點示功圖：表示活塞在不同位置時氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。

壓縮沖程進氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞PVra示功圖大氣壓力線c上止點下止點作功沖程進氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞PVra示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點

排氣沖程進氣門關(guān)閉排氣門打開活塞PVr示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點殘余廢氣四沖程汽油機示功圖發(fā)動機工作原理演示汽油機用的燃料是汽油，柴油機用的燃料的是柴油。柴油和汽油比起來，粘度大（不易蒸發(fā)），自燃溫度低。所以汽油機和柴油機在混合氣的形成方式和發(fā)火方式上是不同的。汽油機的混合氣是在氣缸外部或內(nèi)部形成的，柴油機則一定是內(nèi)部形成的；汽油機的發(fā)火方式為點燃式，柴油機的發(fā)火方式則為壓燃式。柴油機也同樣要經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個沖程。只不過進的、壓的是空氣，柴油是在壓縮沖程接近終了時，由噴油器噴入氣缸的，從而在短時間內(nèi)與壓縮以后的高溫空氣混合并吸收熱量，進而自燃，且此后一段時間內(nèi)邊噴油邊燃燒，氣缸內(nèi)壓力和溫度急劇升高，推動活塞下行作功。二、柴油機單缸四沖程柴油機工作原理示意圖推論四沖程發(fā)動機在四個沖程中，只有一個沖程是作功的。也就是說，對于一個缸來說，曲軸所轉(zhuǎn)兩圈中，只有半圈是由于膨脹氣體的作用使曲軸旋轉(zhuǎn)，剩余的一圈半則為輔助沖程。很顯然，曲軸轉(zhuǎn)速是不均勻的，因而發(fā)動機的運轉(zhuǎn)也就不平穩(wěn)。所以，汽車上都不用單缸發(fā)動機。用的最多的是3缸、4缸、6缸、8缸、12缸等。缸數(shù)越多，發(fā)動機工作越平穩(wěn)。發(fā)動機起動時的第一個循環(huán)，必須有外力將曲軸轉(zhuǎn)動，以完成進氣和壓縮沖程；當(dāng)作功沖程開始后，作功能量便通過曲軸儲存在飛輪內(nèi)，以維持以后的沖程和循環(huán)得以繼續(xù)進行。返回柴油機與汽油機的比較一、二沖程汽油機工作原理§1.4二沖程發(fā)動機的工作原理1-進氣孔2-排氣孔3-換氣孔二沖程發(fā)動機剖視圖說明：在理解二沖程汽油機的工作原理時要特別注意三個孔的高低順序，從高到低依次為排氣孔、換氣孔、進氣孔。

歸納和說明

歸納：二沖程發(fā)動機工作循環(huán)也包括進氣、壓縮、作功、排氣四個過程，但它是在活塞往復(fù)兩個沖程內(nèi)完成的。第一沖程：活塞上方進行換氣、壓縮，活塞下方進氣。第二沖程：活塞上方進行作功、換氣，下方預(yù)壓縮。點燃混合氣后，活塞下行，至關(guān)閉進氣孔，曲軸箱內(nèi)的混合氣被壓縮?；钊^續(xù)下行，排氣孔打開，廢氣排出。接著，換氣孔打開，混合氣進入并掃氣，直至換氣孔和排氣孔關(guān)閉。二、二沖程柴油機工作原理換氣噴油燃燒排氣壓縮噴油器空氣掃氣泵廢氣排氣門二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機的比較1.在氣缸容積、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、缸數(shù)相同時，二沖程機的功率是四沖程機的2倍（因為曲軸轉(zhuǎn)一圈就作一次功）。（實際上只有1.5—1.6倍）2.二沖程機轉(zhuǎn)速均勻，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)（因為作功頻率高）。3.結(jié)構(gòu)簡單，使用、維修簡便（因為不需要專門的配氣機構(gòu)，附屬機構(gòu)少）。4.廢氣排除不徹底，作功沖程利用不充分，且同時伴有新鮮混合氣的排出，帶來的是污染嚴重。因此經(jīng)濟性和排放不如四沖程發(fā)動機。（二沖程柴油機不存在換氣損失）。二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機的主要對比返回§1.5發(fā)動機主要性能指標(biāo)與特性

發(fā)動機的性能指標(biāo)可以分為兩大類：指示指標(biāo)與有效指標(biāo)。指示指標(biāo)是表示氣缸內(nèi)燃氣的工作品質(zhì)，包括燃氣做功的能力和熱量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功的效率。有效指標(biāo)是表示發(fā)動機整體的工作優(yōu)劣。它不僅表示了氣缸內(nèi)氣體的工作效果，而且也反映了發(fā)動機本身的機械耗損。有效指標(biāo)表示了發(fā)動機對外做功的能力和熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H有用功的最終效果。發(fā)動機的有效功率總是低于氣缸中燃氣所發(fā)出的功率，這個差別是由于發(fā)動機本身消耗所造成的。發(fā)動機本身所消耗的功率稱為機械損失，包括運動件的摩擦損失、帶動配氣機構(gòu)和各種附件所消耗的功率、泵氣損失等。（一）動力性指標(biāo)

1.有效轉(zhuǎn)矩：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的轉(zhuǎn)矩。用Me表示，單位為N.m2.有效功率：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的功率。用Ne表示，單位為KW

有效功率等于有效轉(zhuǎn)矩和曲軸角速度的乘積。即：3.轉(zhuǎn)速：指曲軸轉(zhuǎn)速。用表示，單位為rpm(即轉(zhuǎn)/分)。4.平均有效壓力：單位氣缸工作容積在一個工作循環(huán)中所做的有效功。為曲軸轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分一、主要性能指標(biāo)（二）經(jīng)濟性指標(biāo)5.燃油消耗率：發(fā)動機每發(fā)出1KW有效功率，在1小時內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量。用ge表示，單位g/(kw.h)。燃油消耗率也稱做比耗油量或比油耗。

（三）緊湊性指標(biāo)6.發(fā)動機比質(zhì)量：發(fā)動機總質(zhì)量與標(biāo)定功率的比值。7.升功率：每單位氣缸工作容積所能發(fā)出的有效功率。8.單位體積功率：發(fā)動機的標(biāo)定功率與其外廓體積之比。主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)（四）發(fā)動機環(huán)保性能指標(biāo)發(fā)動機有害排放發(fā)動機的有害排放指的是CO、HC、NOx和其它有害液體或固體微粒的排放。發(fā)動機的運轉(zhuǎn)噪聲發(fā)動機噪聲是城市噪聲的一個主要來源，國家規(guī)定發(fā)動機運行噪聲不能超過82dB。主要性能指標(biāo)（五）可靠性與耐久性指標(biāo)

發(fā)動機的可靠性指標(biāo)通常是以在保險期內(nèi)不停車故障次數(shù)、停車故障次數(shù)及更換主要零件和非主要零件數(shù)來表示的?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機的無故障保險期一般為1500～2000h。

發(fā)動機耐久性指標(biāo)是以大修期來表示。發(fā)動機大修期是指發(fā)動機從出廠到再進廠大修之前累計的行駛小時數(shù)或車輛行駛的公里數(shù)。大修期也稱為發(fā)動機的使用壽命。汽車發(fā)動機的大修期一般為30萬～60萬km。

發(fā)動機性能是隨許多因素變化的，其變化規(guī)律稱為發(fā)動機特性。發(fā)動機有效功率、有效轉(zhuǎn)矩以及燃油消耗率三者隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律稱為發(fā)動機速度特性。（該特性由專門的試驗臺測定）。節(jié)氣門開度最大時得到的發(fā)動機速度特性，叫做總功率特性，也叫發(fā)動機外特性；在部分開度時得到的發(fā)動機速度特性稱為部分特性。

發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定，逐漸改變節(jié)氣門開度，發(fā)動機每小時耗油量、燃油消耗率隨有效功率（或有效轉(zhuǎn)矩）變化而變化的關(guān)系，稱為發(fā)動機負荷特性。

二、發(fā)動機特性

三、發(fā)動機工況

一般用發(fā)動機功率和曲軸轉(zhuǎn)速來表示，也可用負荷和曲軸轉(zhuǎn)速來表示。負荷是相應(yīng)于轉(zhuǎn)速而言的。發(fā)動機在某一轉(zhuǎn)速下的負荷就是指當(dāng)時發(fā)動機發(fā)出的功率與同一轉(zhuǎn)速下發(fā)動機所能發(fā)出的最大功率之比。用百分比表示。注意：不可混淆功率和負荷，功率大小不能代表負荷大小。在同一轉(zhuǎn)速下，節(jié)氣門開度越大表示負荷越大。發(fā)動機參數(shù)例汽車參數(shù)例返回VTC:VariableTimingControl進排氣門相位角連續(xù)性控制系統(tǒng)VTEC:VariableValveTimingandLifeElectricalContral

全稱是可變氣門正時及升程電子控制VTEC+VTC=i-VTEC

在性能、油耗和污染上就都有更全面性的提升了?；旧蟻碚f，VTC強化了VTEC，一般車子走行時,VTEC根據(jù)引擎的轉(zhuǎn)數(shù)不同來控制氣門開機的時機與揚程,而VTC則根據(jù)轉(zhuǎn)數(shù)以及負荷來連續(xù)改變進氣門和排氣門同時打開的時機,以便對氣門做更加精確的調(diào)整。本田的i-VTEC指的就是這樣的技術(shù)，也就是說i-VTEC是VTEC的進化版本，VTEC+VTC=i-VTEC。i-VTEC技術(shù)是在2001年誕生的，目前已經(jīng)成為本田汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。§1.6發(fā)動機號發(fā)動機號由發(fā)動機型號和發(fā)動機出廠編號兩部分組成。發(fā)動機型號符號按照GB/T725-2008的規(guī)定，具體由企業(yè)代碼、發(fā)動機缸數(shù)、缸徑、特征代碼和區(qū)分代碼組成。發(fā)動機出廠編號由發(fā)動機特征代碼、電噴廠家代碼、生產(chǎn)年份字碼、生產(chǎn)月份字碼、該臺發(fā)動機在該型號發(fā)動機當(dāng)月生產(chǎn)中的順序號和起止符*組成。奇瑞A3發(fā)動機號例一、發(fā)動機型號區(qū)分代碼：用一位大寫英文字母表示，用于區(qū)分發(fā)動機缸數(shù)、缸徑和特征代碼都相同，但在結(jié)構(gòu)、主參數(shù)或供油方式等方面發(fā)生變化（如發(fā)動機改變行程，雙燃料等發(fā)動機）需要區(qū)分時的補充區(qū)分代碼。對于發(fā)動機外圍零部件（如進、排氣歧管）的改變，發(fā)動機型號不變，用改變發(fā)動機總成號區(qū)分。發(fā)動機型號示例：“SQR481F”表示由奇瑞汽車有限公司生產(chǎn)的4缸，缸徑為81毫米的直列汽油發(fā)動機，為四氣門多點噴射發(fā)動機(直列汽油發(fā)動機特征代碼“L”省略后用“四氣門多點噴射”占位，第一種結(jié)構(gòu)區(qū)分代碼A省略)。例：（1）汽油機1E65F/P492Q/P-A6E135C12VE230Z（2）柴油機YZ6