汽車拖拉機(jī)學(xué)（第2版）課件：發(fā)動機(jī)總體組成與原理

汽車拖拉機(jī)學(xué)發(fā)動機(jī)的總體組成與原理2024/10/10發(fā)動機(jī)總體組成與原理第一節(jié)發(fā)動機(jī)的分類與總體構(gòu)造第二節(jié)發(fā)動機(jī)的工作原理第三節(jié)發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)2024/10/10發(fā)動機(jī)總體構(gòu)造發(fā)動機(jī)的工作原理發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)重點(diǎn)、難點(diǎn)2024/10/10掌握發(fā)動機(jī)奧托循環(huán)掌握柴油機(jī)工作原理掌握汽油機(jī)工作原理教學(xué)要求2024/10/101.發(fā)動機(jī)奧托循環(huán)與實(shí)現(xiàn)2.柴油機(jī)工作原理與實(shí)踐3.汽油機(jī)工作原理與實(shí)踐課程思政融入點(diǎn)2024/10/10科技發(fā)展工程倫理學(xué)以致用專業(yè)能力科學(xué)精神課程思政的育人目標(biāo)2024/10/10“耕讀教育”思政點(diǎn)映射表課程耕讀教育要點(diǎn)耕讀教育映射與融入點(diǎn)教育方法與載體途徑耕讀育人預(yù)期成效發(fā)動機(jī)奧托循環(huán)與實(shí)現(xiàn)1.奧托循環(huán)的基本原理是什么？2.奧托循環(huán)有何不足？3.如何取代奧托循環(huán)？參觀體驗(yàn)、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT科技發(fā)展工程倫理學(xué)以致用柴油機(jī)工作原理與實(shí)踐1.柴油機(jī)是如何工作的？2.為何拖拉機(jī)廣泛采用柴油發(fā)動機(jī)？3.柴油機(jī)有何不足之處？如何改進(jìn)？信息化載體、參觀體驗(yàn)、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT專業(yè)能力學(xué)以致用工程倫理汽油機(jī)工作原理與實(shí)踐1.汽油機(jī)是如何工作的？2.為何汽車廣泛采用汽油發(fā)動機(jī)？3.汽油機(jī)有何不足之處？如何改進(jìn)？信息化載體、參觀體驗(yàn)、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT科學(xué)精神科技發(fā)展工程倫理2024/10/107

第一節(jié)發(fā)動機(jī)的分類與總體構(gòu)造2024/10/108一、發(fā)動機(jī)的分類

發(fā)動機(jī)是汽車、拖拉機(jī)的動力源。凡是能使某種形式的能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的機(jī)器都可稱為發(fā)動機(jī)。如熱力發(fā)動機(jī)、水力發(fā)動機(jī)和風(fēng)力發(fā)動機(jī)等，車輛上主要采用熱力發(fā)動機(jī)。第一節(jié)發(fā)動機(jī)的分類與總體構(gòu)造

熱力發(fā)動機(jī)是指將燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的機(jī)器。根據(jù)燃料燃燒所處位置的不同，熱力發(fā)動機(jī)又分為外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩大類。

燃料在發(fā)動機(jī)外部燃燒的熱力發(fā)動機(jī)稱為外燃機(jī)。如蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)等。反之，燃料直接在發(fā)動機(jī)內(nèi)部燃燒的熱力發(fā)動機(jī)稱為內(nèi)燃機(jī)。如柴油機(jī)、汽油機(jī)和煤氣機(jī)等。2024/10/109

內(nèi)燃機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通和國防等各個領(lǐng)域。至今，汽車、拖拉機(jī)的發(fā)動機(jī)全部采用內(nèi)燃機(jī)，因?yàn)榕c外燃機(jī)比較，內(nèi)燃機(jī)熱效率高、功率范圍廣、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、體積小、使用操作方便及運(yùn)行安全。盡管如此，減輕排放污染，減小噪聲振動，提高零部件的耐磨性、可靠性、互換性、修復(fù)性和整機(jī)動力性及經(jīng)濟(jì)性仍是內(nèi)燃機(jī)科學(xué)技術(shù)的重要研究內(nèi)容。2024/10/10

內(nèi)燃機(jī)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、船艦,以及汽車、拖拉機(jī)、坦克等各種車輛上。但是,內(nèi)燃機(jī)一般要求使用石油燃料,同時排出的廢氣中所含有害氣體成分較高。為解決能源與大氣污染的問題,目前國內(nèi)、外正致力于內(nèi)燃機(jī)排氣凈化以及新能源發(fā)動機(jī)的研究工作。102024/10/1011

內(nèi)燃機(jī)根據(jù)其將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的主要構(gòu)件的形式，可分為活塞式內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)兩大類。前者又可按活塞運(yùn)動方式分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。活塞式內(nèi)燃機(jī)在汽車拖拉機(jī)上應(yīng)用最廣泛，裝配在汽車拖拉機(jī)上內(nèi)燃機(jī)，一般稱為發(fā)動機(jī)，是本書的主要討論對象。發(fā)動機(jī)種類繁多，根據(jù)不同特點(diǎn)有不同分類。2024/10/1012

表2-1發(fā)動機(jī)的分類分類方法類別含義按行程數(shù)分二行程發(fā)動機(jī)活塞經(jīng)過2個行程完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)四行程發(fā)動機(jī)活塞經(jīng)過4個行程完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)按著火方式分點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)壓縮氣缸內(nèi)的可燃混合氣，并用外源點(diǎn)火燃燒的發(fā)動機(jī)壓燃式發(fā)動機(jī)壓縮氣缸內(nèi)的空氣或可燃混合氣，產(chǎn)生高溫，引起燃料著火的發(fā)動機(jī)按使用燃料種類分液體燃料發(fā)動機(jī)燃燒液體燃料（汽油、柴油、醇類等）的發(fā)動機(jī)氣體燃料發(fā)動機(jī)燃燒氣體燃料（液化石油氣、天然氣等）的發(fā)動機(jī)多種燃料發(fā)動機(jī)能夠使用著火性能差異較大的兩種或兩種以上燃料的發(fā)動機(jī)按進(jìn)氣狀態(tài)分非增壓發(fā)動機(jī)進(jìn)入氣缸前的空氣或可燃混合氣未經(jīng)壓縮的發(fā)動機(jī)。對于四行程發(fā)動機(jī)也稱自吸式發(fā)動機(jī)增壓發(fā)動機(jī)進(jìn)入氣缸前的空氣或可燃混合氣先經(jīng)過壓氣機(jī)壓縮，借以增大充量密度的發(fā)動機(jī)2024/10/1013

按氣缸數(shù)及布置分單缸發(fā)動機(jī)只有一個氣缸的發(fā)動機(jī)多缸發(fā)動機(jī)具有兩個或兩個以上氣缸的發(fā)動機(jī)立式發(fā)動機(jī)氣缸布置于曲軸上方且氣缸中心線垂直于水平面的發(fā)動機(jī)臥式發(fā)動機(jī)氣缸中心線平行于水平面的發(fā)動機(jī)直列式發(fā)動機(jī)具有兩個或兩個以上直立氣缸，并呈一列布置的發(fā)動機(jī)V形發(fā)動機(jī)具有兩個或兩列氣缸，其中心線夾角呈V形，并共用一根曲軸輸出功率的發(fā)動機(jī)對置氣缸式發(fā)動機(jī)兩個或兩列氣缸分別排列在同一曲軸的兩邊呈180°夾角的發(fā)動機(jī)斜置式發(fā)動機(jī)氣缸中心線與水平面呈一定角度（不是直角）的發(fā)動機(jī)按冷卻方式分液冷式發(fā)動機(jī)用冷卻液冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的發(fā)動機(jī)風(fēng)冷式發(fā)動機(jī)用空氣冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的發(fā)動機(jī)按用途分有汽車用、機(jī)車用、拖拉機(jī)用、船用、坦克用、摩托車用、發(fā)電用、農(nóng)用、工程機(jī)械用等發(fā)動機(jī)2024/10/1014二、發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造

雖然發(fā)動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式不同、具體構(gòu)造多種多樣，并由許多機(jī)構(gòu)和零部件構(gòu)成，但其基本構(gòu)造相同。為保證發(fā)動機(jī)連續(xù)進(jìn)行工作循環(huán)、實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，并使其能持續(xù)地正常工作，根據(jù)各組成部分的作用不同，發(fā)動機(jī)總體構(gòu)成包括機(jī)體組件與曲柄連桿機(jī)構(gòu)、換氣系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)（僅汽油機(jī)）和啟動系統(tǒng)。

第一節(jié)發(fā)動機(jī)的分類與總體構(gòu)造2024/10/101.機(jī)體組件與曲柄連桿機(jī)構(gòu)15

機(jī)體組件包括機(jī)體、氣缸蓋、氣缸套、油底殼等。機(jī)體組件是發(fā)動機(jī)的骨架，所有運(yùn)動部件和系統(tǒng)都支承和安裝在它上面。

曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要由活塞、連桿、曲軸及飛輪等組成。

其功用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并將作用在活塞頂部的燃?xì)鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩輸出。2024/10/102.換氣系統(tǒng)16

換氣系統(tǒng)由空氣濾清器、進(jìn)排氣管道、配氣機(jī)構(gòu)、消音滅火器等組成。

功用是定時開關(guān)進(jìn)、排氣門，實(shí)現(xiàn)氣缸的換氣；過濾空氣中的雜質(zhì)，保證進(jìn)氣清潔；降低排氣噪音。2024/10/103.燃料供給系17

根據(jù)發(fā)動機(jī)所用燃料不同，燃油供給系統(tǒng)分為柴油機(jī)供油系統(tǒng)和汽油機(jī)供油系統(tǒng)

柴油機(jī)供油系統(tǒng)由燃油箱、燃油濾清器、輸油泵、燃油泵、噴油器等組成。其功用是定時、定量、定壓地向燃燒室內(nèi)噴入霧化柴油，并創(chuàng)造良好的燃燒條件，滿足燃燒過程的需要。

汽油機(jī)供油系統(tǒng)由燃油箱、電動汽油泵、濾清器、輸油管、回油管、分配油管、油壓調(diào)節(jié)器、電控噴油器、傳感器、電控單元等組成。其功用是將汽油與空氣按一定比例混合成各種濃度的可燃混合氣供入燃燒室，以滿足汽油機(jī)各種工況下的要求。2024/10/104.潤滑系統(tǒng)18

潤滑系統(tǒng)由集濾器、機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油散熱器、油道、機(jī)油壓力表等組成。

其功用是將機(jī)油壓送到發(fā)動機(jī)各運(yùn)動件的摩擦表面，以減少運(yùn)動件的摩擦和磨損，帶走摩擦熱量，清洗表面磨屑，密封和防止零件銹蝕。

即具有：潤滑、密封、散熱、清洗、防銹等作用。2024/10/105.冷卻系統(tǒng)19

冷卻系統(tǒng)由散熱器、水泵、風(fēng)扇、水套、節(jié)溫器、機(jī)體散熱片等組成。冷卻系統(tǒng)的功用是冷卻受熱機(jī)件、保證發(fā)動機(jī)在適宜的溫度下正常工作。

啟動系統(tǒng)由蓄電池、啟動機(jī)、啟動開關(guān)等組成。其功用是啟動發(fā)動機(jī)，使發(fā)機(jī)動由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)

6.起動系統(tǒng)2024/10/107.點(diǎn)火系統(tǒng)20

汽油機(jī)設(shè)有點(diǎn)火系統(tǒng)，它由蓄電池、發(fā)電機(jī)、

點(diǎn)火線圈、點(diǎn)火控制器、高壓線、火花塞等組

成。點(diǎn)火系統(tǒng)的功用是定時產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃

混合氣。柴油機(jī)沒有點(diǎn)火系統(tǒng)。圖2-1汽油機(jī)的整體構(gòu)造圖2-2柴油機(jī)的整體構(gòu)造2024/10/1021

第二節(jié)發(fā)動機(jī)的工作原理2024/10/1022一、發(fā)動機(jī)的基本術(shù)語

1、基本術(shù)語：發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。①上止點(diǎn)?；钊跉飧字羞\(yùn)動，當(dāng)活塞離曲軸中心最遠(yuǎn)時，活塞頂部所處的位置。

②下止點(diǎn)。活塞在氣缸中運(yùn)動，當(dāng)活塞離曲軸中心最近時，活塞頂部所處的位置。③活塞行程?；钊麖囊粋€止點(diǎn)運(yùn)動到另一個止點(diǎn)所經(jīng)過的距離。常用字母S表示，即曲軸每轉(zhuǎn)半圈（180°），活塞運(yùn)動一個行程。

④曲柄半徑。曲軸與連桿大頭連接中心至曲軸中心的距離r稱為曲柄半徑。

第二節(jié)發(fā)動機(jī)的工作原理2024/10/1023

2024/10/10⑤燃燒室容積?；钊挥谏现裹c(diǎn)時，活塞頂部與氣缸蓋之間的封閉容積。常用V0表示。⑥氣缸工作容積。活塞從上止點(diǎn)運(yùn)動到下止點(diǎn)時，它所掃過的空間容積。常用Vh表示，即式中，D——?dú)飧字睆剑琧m；S—活塞行程，cm。⑦氣缸總?cè)莘e。活塞位于下止點(diǎn)時，活塞頂部與氣缸蓋之間的封閉容積。常用Va表示，即（2-1）24（2-2）2024/10/1025⑧壓縮比。氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比值，常用ε表示，即ε=壓縮比表示活塞從下止點(diǎn)運(yùn)動到上止點(diǎn)時，氣體在氣缸內(nèi)被壓縮的程度。不同類型的發(fā)動機(jī)對壓縮比的要求不同，柴油機(jī)較高（ε=15～22），汽油機(jī)較低（ε=6～10）。⑨活塞總排量。多缸發(fā)動機(jī)所有氣缸工作容積之和，用表示，即式中，i——?dú)飧讛?shù)。⑩發(fā)動機(jī)工況。發(fā)動機(jī)在某一時刻的運(yùn)行狀況稱為發(fā)動機(jī)工況，用發(fā)動機(jī)此時輸出的轉(zhuǎn)速和有效功率表示。?工作循環(huán)。在氣缸內(nèi)進(jìn)行的每一次將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一系列連續(xù)過程（進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣）稱為發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)。（2-3）（2-4）2024/10/1026二、單缸四沖程發(fā)動機(jī)的工作原理

活塞在上、下止點(diǎn)間往復(fù)移動四個行程（相當(dāng)于曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周），完成進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣一個工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)就稱為四行程發(fā)動機(jī)。

四行程發(fā)動機(jī)工作時，利用氣缸中可燃混合氣燃燒后產(chǎn)生的高壓燃?xì)馔苿踊钊蛳逻\(yùn)動，并通過連桿帶動曲軸旋轉(zhuǎn)對外做功，將燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)換為曲軸轉(zhuǎn)動的機(jī)械能。

這一能量轉(zhuǎn)換過程必須歷經(jīng)進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個行程，活塞在氣缸中往復(fù)兩次完成一個工作循環(huán)。第二節(jié)發(fā)動機(jī)的工作原理2024/10/1027

1.單缸四沖程汽油機(jī)的工作原理2024/10/1028

（1）進(jìn)氣行程（以自然吸氣為例）

進(jìn)氣過程中，排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門開啟，活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動一個行程，在氣缸內(nèi)形成真空，新鮮可燃混合氣被吸入氣缸；

曲軸由0°沿順時針方向轉(zhuǎn)到180°。當(dāng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動時，進(jìn)氣系統(tǒng)有阻力，故進(jìn)氣終了時氣缸內(nèi)的氣體壓力略低于大氣壓力，為0.075～0.090kPa。1.單缸四沖程汽油機(jī)的工作原理2024/10/10

流進(jìn)氣缸內(nèi)的可燃混合氣，因與氣缸壁、活塞頂?shù)雀邷貦C(jī)件接觸并與前一行程（排氣行程）留下的高溫殘余廢氣混合，所以它的溫度上升到370～403K在示功圖上，進(jìn)氣行程用曲線r-a表示。曲線r-a位于大氣壓力線以下，它與大氣壓力線縱坐標(biāo)之差即表示氣缸內(nèi)的真空度。

自然吸氣發(fā)動機(jī)動力輸出平順，不會因發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而出現(xiàn)驟然加速。而且發(fā)動機(jī)使用壽命長，維修簡單。292024/10/1030

1.單缸四沖程汽油機(jī)的工作原理2024/10/1031

（2）壓縮行程

為了使吸入的可燃混合氣能迅速燃燒，以產(chǎn)生較大的氣體壓力，使發(fā)動機(jī)做功，燃燒前的必須將可燃混合氣壓縮，此即壓縮行程。

在進(jìn)氣行程終了時，活塞自下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，曲軸由180°轉(zhuǎn)到360°，此時，進(jìn)、壓排氣門均關(guān)閉。隨著氣缸的容積不斷縮小，可燃混合氣受到壓縮，其溫度和壓力不斷升高。壓縮行程一直繼續(xù)到活塞到達(dá)上止點(diǎn)時為止。壓縮終了時，可燃混合氣的溫度為600～750K，可燃混合氣壓力為0.8～2.0kPa。2024/10/10

壓縮終了時可燃混合氣的壓力和溫度取決于壓縮比，壓縮比越大，燃燒速度越快，因而發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率便越大，經(jīng)濟(jì)性越好。但壓縮比過大時，不僅不能進(jìn)一步改善燃燒狀況，反而會出現(xiàn)爆燃和表面點(diǎn)火等不正常燃燒現(xiàn)象。32（3）做功行程

在這個行程中，進(jìn)、排氣門仍關(guān)閉。當(dāng)活塞在壓縮行程接近上止點(diǎn)時，裝在氣缸蓋上的火花塞在高壓電作用下產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃被壓縮的可燃混合氣?？扇蓟旌蠚馊紵?，放出大量的熱能，使燃?xì)獾膲毫蜏囟燃眲∩?。最高壓力PZ為3.0～6.5kPa，相應(yīng)的溫度為2200～2800K，且體積迅速膨脹。2024/10/10

此時活塞被高壓氣體推動從上止點(diǎn)下行，帶動曲軸從360°旋轉(zhuǎn)到540°，并輸出機(jī)械能，除了用以維持發(fā)動機(jī)本身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)外，其余大部分都用于對外做功。在示功圖上，曲線Z-b表示活塞向下移動時氣缸內(nèi)容積增加，氣體壓力和溫度都在降低。在做功行程終了的b點(diǎn)，壓力降到0.3～0.5kPa，溫度則降為1300～1600K。332024/10/1034

（4）排氣行程

可燃混合氣體燃燒后生成的廢氣必須從氣缸中排除，以便進(jìn)行下一個進(jìn)氣行程。

當(dāng)做功接近終了時，進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門開啟，曲軸通過連桿推動活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，曲軸由540°旋轉(zhuǎn)到720°。廢氣在自身殘余壓力和活塞的推力作用下從氣缸中排出，進(jìn)入大氣之中?；钊竭_(dá)上止點(diǎn)附近時，排氣行程結(jié)束。這一行程在示功圖上用曲線b-r表示。由于排氣系統(tǒng)存在排氣阻力，所以在排氣終了時，氣缸內(nèi)壓力稍高于大氣壓力，為0.105～0.120kPa，廢氣溫度為900～1100K。

因燃燒室占有一定容積，故排氣終了時，不可能將廢氣排盡，留下的這一部分廢氣稱為殘余廢氣。2024/10/1035

排氣結(jié)束后，又重新進(jìn)行進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣行程，循環(huán)往復(fù)。四行程汽油機(jī)的工作過程見下表。2024/10/1036

2.單缸四沖程柴油機(jī)的工作原理

柴油機(jī)使用的燃料是柴油，與汽油相比，柴油黏度大，不易蒸發(fā)，但其自燃溫度較低，因此可燃混合氣的形成及其在缸內(nèi)點(diǎn)燃方式各有特點(diǎn)。四行程柴油機(jī)的工作原理與四行程汽油機(jī)基本相似，每個工作循環(huán)包括進(jìn)氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程。每個工作循環(huán)曲軸旋轉(zhuǎn)兩周。

單缸四行程柴油機(jī)的工作原理示意圖如圖2024/10/1037

（1）進(jìn)氣行程

進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，活塞在曲軸的帶動下從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，活塞上方的氣缸容積增大，氣缸內(nèi)的壓力逐漸降低至大氣壓以下，即在氣缸內(nèi)產(chǎn)生真空度，這樣新鮮的純空氣經(jīng)進(jìn)氣管道、進(jìn)氣門被吸入氣缸。2024/10/10

為了分析工作循環(huán)中氣體壓力P和相應(yīng)于活塞不同位置的氣缸容積V之間的變化關(guān)系，經(jīng)常利用發(fā)動機(jī)循環(huán)的示功圖來表示活塞在不同位置時氣缸內(nèi)壓力的變化情況。示功圖中曲線所圍成的面積表示柴油機(jī)整個工作循環(huán)中氣體在單個氣缸內(nèi)所作的功。在四行程柴油機(jī)示功圖，進(jìn)氣行程壓力線為r-a，進(jìn)氣始點(diǎn)r壓力略大于大氣壓力p0，是因?yàn)榇藭r活塞上方仍殘存少量前一個工作循環(huán)未排凈的廢氣（簡稱殘余廢氣）。r點(diǎn)壓力Pr為0.104～0.117MPa，進(jìn)氣行程終點(diǎn)a的壓力Pa受到空氣濾清器及進(jìn)氣管道阻力的影響，低于P0，Pa為0.08～0.095MPa。進(jìn)氣終點(diǎn)介質(zhì)（新鮮空氣加殘余廢氣）的溫度Ta可達(dá)300～400K，主要是高溫零件加熱與高溫廢氣混合的結(jié)果。382024/10/1039

（2）壓縮行程

活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，缸內(nèi)氣體被壓縮，使其壓力和溫度不斷上升，如圖2-5中a-c線。由于柴油機(jī)采用高壓縮比（ε=16～22），壓縮終點(diǎn)壓力Pc為3～5MPa，溫度Tc為750～950K，比該狀態(tài)下柴油的自燃溫度高出200～300K，足以保證噴入缸內(nèi)的柴油自燃。2024/10/10

為了充分利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能，提高熱效率，要求燃燒過程在活塞上止點(diǎn)稍后即迅速完成，使燃燒后的氣體充分膨脹做功?？紤]燃料噴入氣缸后，須經(jīng)過一段著火準(zhǔn)備時間，因此，實(shí)際柴油機(jī)工作時，在壓縮上止點(diǎn)前10°～35°CA即圖2-7中c′點(diǎn)即將燃油噴入氣缸。c′點(diǎn)為噴油始點(diǎn)，它距上止點(diǎn)所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為噴油提前角。a-c′-c線為壓縮行程氣缸容積與缸內(nèi)氣體壓力變化曲線。40（3）做功行程

活塞在燃?xì)鈮毫ν苿酉?，由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，進(jìn)、排氣門仍處于關(guān)閉狀態(tài)。2024/10/1041

由于壓縮行程末期部分噴入燃油已開始著火燃燒，進(jìn)入本行程后燃燒速率急劇增加，導(dǎo)致壓力迅速升高，如圖中c-z段，相當(dāng)陡，即壓力升高率（dp/dψ，ψ為曲軸轉(zhuǎn)角）大，造成柴油機(jī)工作較粗暴。此后出現(xiàn)了近似等壓膨脹z-z′線，這是由于柴油噴射過程及與空氣混合燃燒均需延續(xù)一段時間，此時雖然活塞下行，氣缸容積有所增加，但缸內(nèi)壓力并不立即下降，直到z′點(diǎn)。其間最高壓力Pz為6～9MPa，最高溫度Tz可達(dá)1800～2200K。隨著活塞被推動下移做功，缸內(nèi)壓力、溫度逐漸下降，當(dāng)活塞到達(dá)下止點(diǎn)時，做功行程結(jié)束，其終點(diǎn)壓力Pb為0.2～0.4MPa，溫度Tb為1000～1400K。2024/10/1042

（4）排氣行程

氣缸內(nèi)的混合氣燃燒后成為廢氣。為使柴油機(jī)能夠繼續(xù)不斷工作，就必須把廢氣排出機(jī)外。排氣行程活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，排氣門打開，廢氣被強(qiáng)制排出。排氣過程中缸內(nèi)壓力與氣缸容積變化如圖2-5中b-r線。由于排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的流動阻力使排氣終點(diǎn)r的壓力Pr為0.104～0.117kPa，略高于外界環(huán)境壓力P0，其溫度Tr為700～900K。排氣行程結(jié)束時，活塞回到上止點(diǎn)。至此單缸柴油機(jī)活塞移動四個行程，完成了一個工作循環(huán)。此后曲軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，上述各過程重復(fù)進(jìn)行。2024/10/1043

3.四沖程柴油機(jī)與四沖程汽油機(jī)的區(qū)別

著火方式不同柴油機(jī)進(jìn)氣過程吸入氣缸的是空氣，壓縮接近終了將柴油噴入氣缸，利用氣缸內(nèi)的高溫氣體自行著火燃燒，稱為壓燃式；汽油機(jī)則吸入汽油和空氣的可燃混合氣，壓縮接近終了則采用電火花點(diǎn)燃混合氣，稱為點(diǎn)燃式。

壓縮比不同柴油機(jī)的壓縮比較高，燃?xì)馀蛎涊^充分，膨脹終了的溫度較低，熱量利用程度較好，耗油率較低；汽油機(jī)則相反。所以，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性比汽油機(jī)好。

2024/10/10

柴油機(jī)平均壓力高

柴油機(jī)最大壓力較高，機(jī)件受力大，剛度和強(qiáng)度要求較高，與同等功率的汽油機(jī)相比，體積和重量大。柴油機(jī)的噴油泵和噴油精密度高，加工較困難，制造成本較高。柴油機(jī)的工作噪聲也較大。

燃燒類型不同

柴油機(jī)的燃燒過程既有等容加熱（燃燒）階段又有等壓加熱（燃燒）階段，屬混合加熱循環(huán)；而汽油機(jī)只有等容加熱階段，屬等容加熱循環(huán)。柴油機(jī)和汽油機(jī)工作過程中各點(diǎn)的壓力和溫度都不同。442024/10/1045

單缸四行程發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)兩圈完成一個工作循環(huán)，而兩圈中只有半圈做功，故其曲軸旋轉(zhuǎn)不均勻、工作穩(wěn)定性差、功率小。隨著時代的發(fā)展，要求發(fā)動機(jī)的功率越來越大、穩(wěn)定性越來越高，因而誕生了多缸四行程發(fā)動機(jī)。

由兩個或兩個以上氣缸所組成的發(fā)動機(jī)，稱為多缸發(fā)動機(jī)。多缸發(fā)動機(jī)各缸的活塞連桿組件都連接在同一根曲軸上，用一根曲軸輸出功率。多缸發(fā)動機(jī)的曲軸每轉(zhuǎn)180°，各缸都完成自己的一個行程；曲軸轉(zhuǎn)720°每個缸都完成一個工作循環(huán)，做功一次。為了提高整機(jī)的平穩(wěn)性，應(yīng)盡量將各缸發(fā)火做功相對曲軸的轉(zhuǎn)角均勻分布。把一個缸發(fā)火做功后到另一個缸發(fā)火做功時的曲軸轉(zhuǎn)角，稱為發(fā)火間隔角，用α表示。三、多缸四沖程發(fā)動機(jī)的工作原理2024/10/10

式中，i——?dú)飧讛?shù)。二缸發(fā)動機(jī)因受曲軸結(jié)構(gòu)限制，其做功行程不可能均布，一般最小發(fā)火間隔角為180°；三缸發(fā)動機(jī)的發(fā)火間隔角為240°。2024/10/1047

四缸發(fā)動機(jī)的發(fā)火間隔角為180°，四個曲柄布置在同一平面內(nèi)。1、4缸與2、3缸互相錯開180°，其工作順序有兩種，即1-3-4-2或1-2-4-32024/10/1048

六缸直列發(fā)動機(jī)的發(fā)火間隔角為120°，六個曲柄分別布置在三個平面內(nèi)。六缸發(fā)動機(jī)工作順序有兩種，即1-5-3-6-2-4和l-4-2-6-3-5，國產(chǎn)汽車一般采用前一種。

八缸V形發(fā)動機(jī)的發(fā)火間隔角為90°，發(fā)動機(jī)左右兩列對應(yīng)的一對連桿共用一個曲柄，所以V形八缸發(fā)動機(jī)只有四個曲柄。曲柄布置可以與四缸發(fā)動機(jī)相同，四個曲柄布置在同一平面內(nèi)，也可以布置在兩個互相錯開90°的平面內(nèi)，使發(fā)動機(jī)得到更好地平衡。八缸發(fā)動機(jī)工作順序?yàn)?-8-4-3-6-5-7-2。

多缸發(fā)動機(jī)采用同一缸徑、不同缸數(shù)的方法獲得不同功率，并成為系列產(chǎn)品。其具有工作平穩(wěn)，制造、維修、使用方便，功率大等特點(diǎn)，故在拖拉機(jī)、汽車上得到廣泛應(yīng)用。2024/10/1049

第二節(jié)發(fā)動機(jī)的工作原理四、二沖程發(fā)動機(jī)的工作原理

二行程發(fā)動機(jī)是指活塞走兩個行程，曲軸轉(zhuǎn)一周完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)。目前汽車已不采用二行程的汽油機(jī)和柴油機(jī)，只有少數(shù)農(nóng)用小動力機(jī)械采用二行程發(fā)動機(jī)，一些低速大型輪船上采用二行程柴油機(jī)。

1.二行程發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

二行程發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是沒有專設(shè)的配氣機(jī)構(gòu)，而在氣缸壁不同高度上設(shè)有進(jìn)氣孔、排氣孔和換氣孔。二行程汽油機(jī)的進(jìn)氣孔與噴油器相接；二行程柴油機(jī)的進(jìn)氣孔與空氣濾清器相接。排氣孔與排氣管相連接；換氣孔與密封的曲軸箱相通。二行程汽油機(jī)的缸蓋上安裝火花塞，二行程柴油機(jī)缸蓋上安裝噴油器。2024/10/1050

2.二行程發(fā)動機(jī)性能特點(diǎn)

二行程發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)一圈，即360°CA，完成一個工作循環(huán)，做功一次；而四行程發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)二圈，720°CA，完成一個工作循環(huán)，做功一次。在排量、壓縮比和轉(zhuǎn)速相同的條件下，理論上二行程發(fā)動機(jī)比四行程發(fā)動機(jī)的功率大一倍。但因排氣和換氣占去了總行程的1/3，做功有效行程短，能量利用不充分。所以，實(shí)際上二行程發(fā)動機(jī)比四行程發(fā)動機(jī)的輸出功率只大0.5～0.7倍；利用壓差和掃氣排氣，排氣不凈、進(jìn)氣不足，換氣過程中，有少量新鮮氣體隨廢氣排出，經(jīng)濟(jì)性差。

由于二行程發(fā)動機(jī)做功時間間隔短，發(fā)動機(jī)工作較平穩(wěn)，可采用尺寸較小的飛輪；同時，二行程發(fā)動機(jī)沒有專設(shè)的配氣機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，單位比重功率大。所以，二行程多用于小功率的汽油機(jī)和大功率的柴油機(jī)上。2024/10/1051第三節(jié)發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)2024/10/10發(fā)動機(jī)的動力性指標(biāo)主要有:有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、升功率、比質(zhì)量、標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速等。1．有效轉(zhuǎn)矩發(fā)動機(jī)通過飛輪對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為發(fā)動機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩，用Ttq表示，單位為N·m。2．有效功率發(fā)動機(jī)通過飛輪對外輸出的功率稱為發(fā)動機(jī)的有效功率，用Pe表示，單位為kW。它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸轉(zhuǎn)速的乘積，即

Tq——有效轉(zhuǎn)矩，N·m；n——曲軸轉(zhuǎn)速，r/min。522024/10/10一、動力性指標(biāo)第三節(jié)發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)2024/10/103．升功率升功率是指發(fā)動機(jī)每升工作容積產(chǎn)生的有效功率。即53

—每缸工作容積L；—發(fā)動機(jī)的有效功率，kW；i——?dú)飧讛?shù)。升功率反映了發(fā)動機(jī)排量的利用程度，繼續(xù)提高升功率式發(fā)動機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向之一。2024/10/104．比質(zhì)量比質(zhì)量指發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量G（凈質(zhì)量）與它所發(fā)出的有效功率Pe（額定功率）之比值。它反映了發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的利用程度和結(jié)構(gòu)緊湊性。

542024/10/105．標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)產(chǎn)品銘牌上標(biāo)出的為標(biāo)定工況下的有效功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速，稱為標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速。目前按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，發(fā)動機(jī)標(biāo)定功率分為4級：①15min功率。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，發(fā)動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)15min的最大有效功率。②1h功率。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，發(fā)動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1h的最大有效功率。③12h功率。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，發(fā)動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)12h的最大有效功率。④持續(xù)功率。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，發(fā)動機(jī)以標(biāo)定轉(zhuǎn)速允許長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大有效功率。55

一般燃油消耗率表示發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。燃油消耗率是指發(fā)動機(jī)每發(fā)出1kW有效功率，在1h內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量（以g為單位），用be表示。很明顯，燃油消耗率越低，燃油經(jīng)濟(jì)性越好。燃油消耗率[單位為g/（kW·h）]按下式計算

—發(fā)動機(jī)單位時間的耗油量，kg/h，可由試驗(yàn)測定；Pe—發(fā)動機(jī)的有效功率，kW。56二、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)第三節(jié)發(fā)動機(jī)的