汽车构造 第四讲 主讲教师：冯原　　　　　　　　　　　　　　　学时：４８

发动机工作原理和总体构造 概述 四冲程发动机工作原理 发动机总体构造 发动机主要性能指标和特性 内燃机名称及型号编制规则

第一节 概 述 一、发动机的定义： 发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。 风能------风力发动机 水流能------水力发动机 第一节 概 述 一、发动机的定义： 发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。 风能------风力发动机 水流能------水力发动机 热能------热力发动机 电能------电力发动机 原子能------原子能发动机 太阳能------太阳能发动机 地热能------地热发动机

风力发动机 返回

水力发动机 水轮是以流水为动力，进行旋转的动力装置，又称 “水车”，可以带动磨、风箱、抽水装置、纺车、榨油和制革机械乃至发动机等 返回

热力发动机 返回

二、热力发动机：将热能转变成机械能的发动机。 1、外燃机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器内部并转变成机械能输出的热力发动机。如蒸汽机。 2、内燃机：液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再将热能转变成机械能输出的热力发动机。。

4、内燃机按热能转变成机械能的主要构件分 活塞式内燃机、燃气轮机 3、比较： 外燃机体积大，重量重，热效率低； 内燃机单机功率范围大（0.6-16860kW）、热效率高（汽油机略高于0.3，柴油机达0.4左右）、体积小、质量轻、操作简单，便于移动和起动性能好等优点。被广泛应用于汽车、火车、工程机械、拖拉机、发电机、船舶、坦克、排灌机械和众多其它机械的动力 。 4、内燃机按热能转变成机械能的主要构件分 活塞式内燃机、燃气轮机

燃气轮机 燃气轮机是以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致

5、活塞式内燃机按活塞运动方式分 往复活塞式内燃机、转子活塞式内燃机

三、发动机的分类 （往复活塞式）： 汽油机 柴油机 1、按使用的燃料不同分

四冲程发动机 二冲程发动机 2、按完成一个工作循环所需行程数 水冷发动机 风冷发动机 3、按冷却方式不同

单缸发动机 多缸发动机 单列式 Ｖ型 对置式 4、按气缸数及排列方式 对置式 Ｖ型 单列式

5、按进气状态分 自然吸气式发动机（非增压式发动机） 强制吸气式（增压式发动机）

第二节 四行程发动机工作原理 一、基本结构

二、基本术语 上止点 气缸工作容积(V h ) 下止点 燃烧室容积(Vc ) 活塞行程(S) 压缩比 曲柄半径(R) 发动机排量 气缸总容积(Va ) 工作循环

1、上止点、下止点 活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。

2、活塞行程 上、下止点间的距离 S 称为活塞行程。 S

曲柄与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离R。其中S=2R。 3、曲柄半径 曲柄与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离R。其中S=2R。 R

活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积。一般用Vh表示。 4、气缸工作容积 活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积。一般用Vh表示。 Vh

活塞位于上止点时，其顶部与气缸盖之间的容积。一般用VC表示。 5、燃烧室容积 活塞位于上止点时，其顶部与气缸盖之间的容积。一般用VC表示。 Vc

活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的容积。一般用Va表示。 6、气缸总容积 活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的容积。一般用Va表示。 Va

动态演示

7、发动机排量 多缸发动机各气缸工作容积的总和。一般用VL表示。 VL=Vh×i i为气缸数目

气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比（压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比 ），用ε表示。 8、压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比（压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比 ），用ε表示。 Va － 气缸总容积； Vh － 气缸工作容积；  Vc － 燃烧室容积； 汽油机压缩比一般为8～11。柴油机压缩比一般为16～22。

9、工作循环 对于往复活塞式发动机，每进行一次能量转换，均要经过进气、压缩、作功、排气四个过程。这种周而复始的连续过程，称为发动机的一个工作循环。 （在气缸内进行的，每一次将热能转换为机械能的一系列的连续过程 ）

例题： 某汽油机有四个气缸，气缸直径92mm，活塞冲程92mm，压缩比为6。计算其每缸工作容积、燃烧室容积及发动机排量（容积以升为单位）。

1） 每缸工作容积： Vh = = 0.61 (L) = 2） 燃烧室容积： ∵ ∴ （L）

3） 发动机排量： VL=Vh·i=0.61×4=2.44 (L)

三、 四冲程汽油机工作原理 1、进气行程 2、压缩行程 3、作功行程 4、排气行程

四冲程汽油机的工作原理示意图

汽油发动机四个行程的图示 1.进气行程 ２.压缩行程 ３.作功行程 4.排气行程 每一行程工作的具体分析如下

1、进气行程 P r a V 示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。 活 塞 下 行 下止点 上止点 P 活 塞 下 行 进气门开启 排气门关闭 r 大气压力线 a 进气终了时气缸内压强为0.074～0.093Mpa，温度上升至353～403K V 示功图

2、压缩行程 P c r a V 活 塞 上 行 压缩终了时气缸内压强上升至0.6～1.5Mpa，温度继续上升至600～700K 。 示功图 上止点 下止点 P 活 塞 上 行 进气门关闭 排气门关闭 c r 大气压力线 a 压缩终了时气缸内压强上升至0.6～1.5Mpa，温度继续上升至600～700K 。 V 示功图

3、作功行程 上止点 下止点 P 活 塞 下 行 Z 进气门关闭 排气门关闭 c b r 大气压力线 a 作功中气缸内最高压强可达3～5Mpa，最高温度可达2200～2800K；作功终了时气缸内压强下降至0.3～0.5Mpa，温度下降至1300～1600K。 V 示功图

4、排气行程 残余废气 P 上止点 下止点 Z 活 塞 上 行 进气门关闭 排气门打开 c b r 大气压力线 a 排气终了时气缸内压强下降至0.102～0.120Mpa，温度下降至900～1200K V 示功图

四、四冲程柴油机工作原理 喷油器 四行程柴油机同样包括进气、压缩、作功和排气四个行程。但由于柴油机使用的柴油，粘度比汽油大，不易蒸发，且自燃温度又比汽油低，所以采用的着火方式是 喷油泵 压缩自燃式点火（压燃）。

四冲程柴油机各行程示意图 新鲜空气 开始喷油 作功行程 排气行程 进气行程 压缩行程

? 异同 分析和比较汽油机、柴油机的工作 首先分别看一下汽油机和柴油机的图示 喷油器 火花塞

汽油机、柴油机的工作相同点 汽油机、柴油机的工作不同点 柴油机 汽油机 每个工作循环曲轴转两周; 对应每一活塞行程曲轴转半周;只有作功行程产生动力。 汽油机、柴油机的工作不同点 汽油机 柴油机 汽油与空气缸外混合，进入气缸可燃混合气 进入气缸的是纯空气 电火花点燃混合气 高温气体加热柴油自行燃烧 有点火系统 无点火系统

五、二冲程发动机结构特点及工作原理 二冲程发动机：指活塞在上、下止点间往复移动两个行程（相当于曲轴旋转360度），完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机。 1、第一行程（换气-压缩行程） 2、第二行程（作功-换气行程）

二冲程与四冲程汽油机比较 性 能 二冲程汽油机 四冲程汽油机 结构 简单 复杂 比质量 小 大 燃油消耗 高 低 升功率 制造维修成本 性 能 二冲程汽油机 四冲程汽油机 结构 简单 复杂 比质量 小 大 燃油消耗 高 低 升功率 制造维修成本 起动性 好 差 使用寿命 短 长 排放

六、爆燃和表面点火 1、压缩比对发动机工作的影响： ⑴压缩比适当增加，可燃混合气温度增加，压力增加，燃烧速度快，发动机功率增加，经济性好； ⑵压缩比如果过大，反而会出现爆燃和表面点火等不正常燃烧现象，发动机过热，功率下降。 ⑶压缩比过小，压缩终了时气体的压力和温度越低，燃烧速度缓慢，发动机功率降低，燃油消耗率增加。

2、爆燃 由于压缩比过高导致压缩终了时气体压力和温度过高，在火花塞点火之后燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧现象，称为爆燃。

爆燃现象： 爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速推进，当这种压力波撞击燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。同时还会引起发动机过热、功率下降、燃油消耗率增加等一系列不良后果，严重爆燃时甚至造成排气门烧废、轴瓦破裂、活塞顶熔穿、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。

3、表面点火 在火花塞点火之前，由于燃烧室内灼热表面（如排气门头部、火花塞电极处、积碳处）点燃可燃混合气而产生的另一种不正常燃烧现象，称为表面点火。

4、汽油机压缩比的选择 表面点火现象： 表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会使发动机机件机械负荷增加，寿命降低。 应在避免引起爆燃和表面点火的前提下尽可能提高压缩比，以提高发动机功率，改善燃油经济性。

第三节 发动机总体构造 曲柄连杆机构 以汽油机为例包括： 配气机构 燃料供给系统 机体组 ＋ 润滑系统 冷却系统 点火系统 起动系统 第三节 发动机总体构造 两大机构 曲柄连杆机构 配气机构 五大系统 燃料供给系统 润滑系统 冷却系统 点火系统 起动系统 以汽油机为例包括： 机体组 ＋

汽油机结构示意图

曲柄连杆机构

配 气 机 构

燃料供给系统

润滑系统

冷却系统

点 火 系 统

起动系统的 起动机

第四节 发动机的主要性能指标与特性 一、动力性指标 n － 曲轴转速，单位为r/min 二者关系 第四节 发动机的主要性能指标与特性 一、动力性指标 1、有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩称为发动机的有效转矩，用Te表示 。 2、有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率称为发动机的有效功率，用Pe表示。   二者关系 式中：Te － 有效转矩，单位为N·m；       n － 曲轴转速，单位为r/min 3、转速：指发动机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。

二、经济性指标 三、运转性能指标 1、排气品质 有害物质主要有氮氧化合物（NOx）、碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）等以及排气颗粒。 燃油消耗率：指发动机每发出1kw有效功率，在1小时内所消耗的燃油质量，称为为燃油消耗率，用be表示，单位为 g/（kW·h） 。 三、运转性能指标 1、排气品质 有害物质主要有氮氧化合物（NOx）、碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）等以及排气颗粒。 2、噪声 3、起动性能

四、发动机的速度特性 指发动机的功率、转矩和燃油消耗率三者随曲轴转速变化的规律。用曲线表示，称为速度特性曲线。 节气门（燃料供给调节机构）全开时的速度特性叫发动机的外特性； 节气门不全开的任意位置所得到的速度特性都称为部分特性。 发动机的外特性代表了发动机所具有的最高动力性能。

汽油发动机外特性曲线 Te Te Pe Pe be be

四、发动机的工况与负荷 分析右图发动机的负荷 1、工况（指发动机的工作状况）：一般用它的功率与曲轴转速来表征，有时也用负荷与曲轴转速来表明 。 2、发动机在某一转速下的负荷：是当时发动机发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比，以百分数表示。 Pe/kW e 50 d Ⅰ 分析右图发动机的负荷 45 c 32 Ⅱ 27 b 20 Ⅲ a n/r·min-1 2000 3500 4800

第五节 内燃机名称及型号编制规则 一、内燃机型号由以下四部分组成 第五节 内燃机名称及型号编制规则 一、内燃机型号由以下四部分组成 首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。 中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。 后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。 尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。

二、内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义

三、型号编制举例 (1) 汽油机 (2) 柴油机 1E65F： 表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型 4100Q-4： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品 TJ376Q： 表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号 CA488： 表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号 (2) 柴油机 195： 表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型 165F： 表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型 6135Q： 表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用 X4105： 表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号