內(nèi)燃機(jī)原理及總體構(gòu)造

陳家瑞.《汽車(chē)構(gòu)造》（上冊(cè)）.第四版.北京:人民交通出版社.2002.6

清華大學(xué)汽車(chē)工程系.《汽車(chē)構(gòu)造》.北京:人民郵電出版社.2000楊杰民.《現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造》.北京:人民交通大學(xué)出版社.1999錢(qián)耀義.《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)》.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1999教材及參考書(shū)1.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)1.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)（Classification）（1）按活塞運(yùn)動(dòng)方式往復(fù)活塞式（Reciprocatingengine)旋轉(zhuǎn)活塞式（Rotaryengine/Wankelengine）1.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)汽油機(jī)（Gasolineengine）氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)（Gasengine)（2）按燃料種類(lèi)柴油機(jī)（Dieselengine)（1）按活塞運(yùn)動(dòng)方式汽油機(jī)和柴油機(jī)1.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)（2）按燃料種類(lèi)（1）按活塞運(yùn)動(dòng)方式（3）按行程數(shù)二行(沖)程（Two－stroke)四行(沖)程（Four－stroke）四沖程和二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)1.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)（2）按燃料種類(lèi)（1）按活塞運(yùn)動(dòng)方式（3）按行程數(shù)（4）按著火方式火花點(diǎn)火（SI）壓縮著火（CI）1.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)（2）按燃料種類(lèi)（1）按活塞運(yùn)動(dòng)方式（3）按行程數(shù)（4）按著火方式（5）按混合氣形成方式均質(zhì)混合（Homogeneousmixture）分層混合（Stratifiedmixture）1.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)（2）按燃料種類(lèi)（1）按活塞運(yùn)動(dòng)方式（3）按行程數(shù)（4）按著火方式（5）按混合氣形成方式（6）按冷卻方式水冷（Watercooling）風(fēng)冷（Aircooling）水冷和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)1.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)（2）按燃料種類(lèi)（1）按活塞運(yùn)動(dòng)方式（3）按行程數(shù)（4）按著火方式（5）按混合氣形成方式（6）按冷卻方式（7）按進(jìn)氣狀態(tài)非增壓/自然吸氣（Naturallyaspiration）增壓（Turbocharging/Supercharging）自然吸氣和增壓發(fā)動(dòng)機(jī)1.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)（2）按燃料種類(lèi)（1）按活塞運(yùn)動(dòng)方式（3）按行程數(shù)（4）按著火方式（5）按混合氣形成方式（6）按冷卻方式（7）按進(jìn)氣狀態(tài)（8）按氣缸數(shù)單缸（Single-cylinder）多缸（Multiple-cylinder）單缸和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)1.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)（2）按燃料種類(lèi)（1）按活塞運(yùn)動(dòng)方式（3）按行程數(shù)（4）按著火方式（5）按混合氣形成方式（6）按冷卻方式（7）按進(jìn)氣狀態(tài)（8）按氣缸數(shù)（9）按氣缸排列直列（Inline）V型（V-type）直列和V型發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸布置In-lineVengineRadialengineDoublepistonengineOpposedpistonengineBoxerengineor180°VengineHengineWengineTriangleengine2.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本構(gòu)造及常用術(shù)語(yǔ)（1）曲柄連桿機(jī)構(gòu)（2）配氣機(jī)構(gòu)（3）機(jī)體（4）油氣供給裝置（5）點(diǎn)火裝置（6）起動(dòng)裝置2.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本構(gòu)造及常用術(shù)語(yǔ)（1）工作循環(huán)由進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣等四個(gè)工作過(guò)程組成的封閉過(guò)程。周而復(fù)始地進(jìn)行這些過(guò)程，內(nèi)燃機(jī)才能持續(xù)地作功。（Workingcycle）2.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本構(gòu)造及常用術(shù)語(yǔ)（1）工作循環(huán)（2）上、下止點(diǎn)活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處，即活塞最高位置，稱(chēng)為上止點(diǎn)（TopDeadCenter,TDC）；活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處，即活塞最低點(diǎn)，稱(chēng)為下止點(diǎn)（BottomDeadCenter,BDC）。在上、下止點(diǎn)處，活塞的運(yùn)動(dòng)速度為零。2.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本構(gòu)造及常用術(shù)語(yǔ)（1）工作循環(huán)（2）上、下止點(diǎn)（3）活塞行程上、下止點(diǎn)間的距離S稱(chēng)為活塞行程。曲軸的回轉(zhuǎn)半徑R稱(chēng)為曲柄半徑。S=2R2.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本構(gòu)造及常用術(shù)語(yǔ)（1）工作循環(huán)（2）上、下止點(diǎn)（3）活塞行程（4）氣缸工作容積活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過(guò)的容積稱(chēng)為氣缸工作容積（Volume）。式中：D－氣缸直徑mm；

S－活塞行程mm。2.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本構(gòu)造及常用術(shù)語(yǔ)（1）工作循環(huán)（2）上、下止點(diǎn)（3）活塞行程（4）氣缸工作容積（5）內(nèi)燃機(jī)排量所有氣缸工作容積的總和稱(chēng)為內(nèi)燃機(jī)排量（Displacement)，記作VL

。式中：Vh－氣缸工作容積；

i－氣缸數(shù)目。2.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本構(gòu)造及常用術(shù)語(yǔ)（1）工作循環(huán)（2）上、下止點(diǎn)（3）活塞行程（4）氣缸工作容積（5）內(nèi)燃機(jī)排量（6）燃燒室容積活塞位于上止點(diǎn)時(shí)活塞頂面以上與氣缸蓋底面以下之間形成的容積稱(chēng)為燃燒室容積。一般用Vc表示。2.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本構(gòu)造及常用術(shù)語(yǔ)（1）工作循環(huán)（2）上、下止點(diǎn)（3）活塞行程（4）氣缸工作容積（5）內(nèi)燃機(jī)排量（6）燃燒室容積（7）氣缸總?cè)莘e活塞位于下止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部與氣缸蓋之間的容積稱(chēng)為氣缸總?cè)莘e。一般用Va表示。顯而易見(jiàn)，氣缸總?cè)莘e就是氣缸工作容積和燃燒室容積之和，即：

Va＝Vc＋Vh2.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本構(gòu)造及常用術(shù)語(yǔ)（1）工作循環(huán)（2）上、下止點(diǎn)（3）活塞行程（4）氣缸工作容積（5）內(nèi)燃機(jī)排量（6）燃燒室容積（7）氣缸總?cè)莘e（8）壓縮比壓縮比是發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)非常重要的概念，壓縮比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與燃燒室容積之比稱(chēng)為壓縮比。一般用ε表示。式中：Va

－氣缸總?cè)莘e；

Vh

－氣缸工作容積；

Vc

－燃燒室容積。2.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本構(gòu)造及常用術(shù)語(yǔ)（1）工作循環(huán)（2）上、下止點(diǎn)（3）活塞行程（4）氣缸工作容積（5）內(nèi)燃機(jī)排量（6）燃燒室容積（7）氣缸總?cè)莘e（8）壓縮比（9）工況（10）負(fù)荷率內(nèi)燃機(jī)在某一時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)。以該時(shí)刻內(nèi)燃機(jī)輸出的有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速表示。曲軸轉(zhuǎn)速即為內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速。2.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本構(gòu)造及常用術(shù)語(yǔ)（1）工作循環(huán)（2）上、下止點(diǎn)（3）活塞行程（4）氣缸工作容積（5）內(nèi)燃機(jī)排量（6）燃燒室容積（7）氣缸總?cè)莘e（8）壓縮比（9）工況（10）負(fù)荷率內(nèi)燃機(jī)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，以百分?jǐn)?shù)表示。負(fù)荷率通常簡(jiǎn)稱(chēng)負(fù)荷。3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（1）四沖程汽油機(jī)工作原理①進(jìn)氣行程（Intake）進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)；排氣門(mén)關(guān)閉；活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)氣終了時(shí)，

氣缸內(nèi)氣體壓力約為0.08～0.09MPa，

溫度達(dá)到320～380K。3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（1）四沖程汽油機(jī)工作原理②壓縮行程（Compression）進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)都關(guān)閉；活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；壓縮終了時(shí)，可燃混合氣壓力可達(dá)0.8～1.5MPa，

溫度可達(dá)600～750K。壓縮比越大，壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)的壓力和溫度越高，則燃燒速度越快，發(fā)動(dòng)機(jī)效率越高，但太大容易引起“爆震”

。3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（1）四沖程汽油機(jī)工作原理③作功行程（Power/Expansion）壓縮行程結(jié)束后，火花塞點(diǎn)火，混合氣燃燒放熱作功。進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)都關(guān)閉；活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。作功終了時(shí)，氣體壓力降低到0.35～0.5MPa，氣體溫度降低到1200～1500K。燃燒最高壓力可達(dá)3～6.5MPa，最高溫度可達(dá)2200～2800K。3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（1）四沖程汽油機(jī)工作原理④排氣行程（Exhaust）進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉；排氣門(mén)開(kāi)啟?；钊麖南轮裹c(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。排氣終止時(shí)，氣體壓力約為0.105～0.12MPa，溫度約為900～1100K。四沖程汽油機(jī)工作原理IVCEVOEVCIVOTDCBDCEIIETDCTDCTDCBDCBDCw/ocombustionppzpuVhVC0180360540720°CAppzpuVa四沖程汽油機(jī)工作原理示功圖3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（2）四沖程柴油機(jī)工作原理

進(jìn)氣行程

壓縮行程

作功行程

排氣行程柴油機(jī)吸入氣缸的是純空氣而不是可燃混合氣，在進(jìn)氣通道中沒(méi)有節(jié)氣門(mén)，進(jìn)氣阻力小，進(jìn)氣終了時(shí)氣體壓力略高于汽油機(jī)而氣體溫度略低于汽油機(jī)。進(jìn)氣終了時(shí)氣體壓力約為0.085～0.095MPa，氣體溫度約為310～340K。3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（2）四沖程柴油機(jī)工作原理

進(jìn)氣行程

壓縮行程

作功行程

排氣行程在壓縮行程接近上止點(diǎn)時(shí)，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，柴油和空氣在氣缸內(nèi)形成可燃混合氣。柴油機(jī)的壓縮比比汽油機(jī)的壓縮比大很多(一般為16～22)，壓縮終了時(shí)氣體溫度和壓力都比汽油機(jī)高，大大超過(guò)柴油機(jī)的自燃溫度。壓縮終了時(shí)氣體壓力約為3～5MPa，氣體溫度約為750～1000K。3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（2）四沖程柴油機(jī)工作原理

進(jìn)氣行程

壓縮行程

作功行程

排氣行程在壓縮終點(diǎn)，由于氣缸內(nèi)的溫度遠(yuǎn)高于柴油的自燃點(diǎn)，柴油隨即自行壓縮著火，故柴油機(jī)又稱(chēng)為壓燃機(jī)。柴油機(jī)燃燒過(guò)程中氣缸內(nèi)出現(xiàn)的最高壓力要比汽油機(jī)高得多，可高達(dá)6～9MPa，最高溫度也可高達(dá)1800～2200K。作功終了時(shí)，氣體壓力約為0.2～0.5MPa，溫度約為1000～1200K。3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（2）四沖程柴油機(jī)工作原理

進(jìn)氣行程

壓縮行程

作功行程

排氣行程柴油機(jī)的排氣行程和汽油機(jī)一樣，廢氣同樣經(jīng)排氣管排入到大氣中去，排氣終了時(shí)，氣缸內(nèi)氣體壓力約為0.105～0.12MPa，氣體溫度約為700～900K。3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理二沖程內(nèi)燃機(jī)分類(lèi)：按掃氣方式：（1）曲軸箱掃氣式（2）掃氣泵式曲軸箱掃氣式掃氣泵式3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理二沖程內(nèi)燃機(jī)分類(lèi)：按掃氣方式：（1）曲軸箱掃氣式（2）掃氣泵式按換氣方式：（1）橫流式（2）回流式（3）直流式3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（3）二沖程汽油機(jī)工作原理①第一沖程活塞由下止點(diǎn)移至上止點(diǎn)。進(jìn)氣過(guò)程：進(jìn)、排氣口關(guān)閉，但進(jìn)閥打開(kāi)，混合氣進(jìn)入曲軸箱；壓縮過(guò)程：進(jìn)、排氣口關(guān)閉。3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（3）二沖程汽油機(jī)工作原理②第二沖程活塞由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。作功過(guò)程：壓縮行程結(jié)束后，火花塞點(diǎn)火，混合氣燃燒放熱作功。進(jìn)、排氣口關(guān)閉3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（3）二沖程汽油機(jī)工作原理③掃氣過(guò)程屬于第二行程，活塞繼續(xù)下行，但進(jìn)、排氣口開(kāi)啟。排氣開(kāi)始，而且進(jìn)氣將排氣推出氣缸。二沖程汽油機(jī)工作原理BDCTDCBDCBDCTDCTDCBDCEPOIPOEPCIPCppzpuVCVHVppzpu0180360540720°CAa二沖程汽油機(jī)工作原理3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（4）二沖程柴油機(jī)工作原理①第一沖程活塞由下止點(diǎn)移至上止點(diǎn)。掃氣過(guò)程：當(dāng)活塞還處于下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣口和排氣門(mén)均已開(kāi)啟。掃氣泵將純凈的空氣增壓到0.12~0.14MPa后，經(jīng)空氣室和進(jìn)氣口送入氣缸，掃除其中的廢氣。廢氣經(jīng)氣缸頂部的排氣門(mén)排出。壓縮過(guò)程：當(dāng)活塞上移將進(jìn)氣口關(guān)閉的同時(shí)，排氣門(mén)也關(guān)閉，進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣開(kāi)始被壓縮?；钊\(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)，壓縮過(guò)程結(jié)束。②第二沖程活塞由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。作功過(guò)程：壓縮行程結(jié)束后，高壓柴油經(jīng)噴油器噴入氣缸，并自行著火燃燒。高溫高壓的燃燒氣體推動(dòng)活塞作功。排氣過(guò)程：當(dāng)活塞下移2/3行程時(shí)，排氣門(mén)開(kāi)啟，廢氣經(jīng)排氣門(mén)排出。掃氣過(guò)程：活塞繼續(xù)下移，進(jìn)氣口開(kāi)啟，來(lái)自?huà)邭獗玫目諝饨?jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入氣缸進(jìn)行掃氣。3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（4）二沖程柴油機(jī)工作原理Sulzer二沖程船用柴油機(jī)NewSulzerDieselRTA-seriesLow-speedTwo-strokeDieselEngines1480-48600kW2000-66120bhp196-54rpm3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（5）汽油機(jī)與柴油機(jī)的比較

混合氣形成汽油機(jī)：氣缸外形成柴油機(jī)：氣缸內(nèi)形成

著火方式汽油機(jī)：火花點(diǎn)燃柴油機(jī)：壓縮自燃汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：點(diǎn)火系統(tǒng)柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：高壓供油系統(tǒng)

3.

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理（6）四沖程與二沖程內(nèi)燃機(jī)的比較

工作循環(huán)四沖程：曲軸每2轉(zhuǎn)一個(gè)循環(huán)二沖程：曲軸每1轉(zhuǎn)一個(gè)循環(huán)

換氣時(shí)間四沖程：進(jìn)、排氣持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，重疊期小，換氣質(zhì)量好二沖程：換氣時(shí)間短（1/3），進(jìn)、排氣過(guò)程幾乎同時(shí)進(jìn)行，換氣質(zhì)量差

結(jié)構(gòu)復(fù)雜性四沖程：有進(jìn)、排氣門(mén)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜二沖程：無(wú)進(jìn)、排氣門(mén)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單