发动机的分类、工作原理及构造

P0 V
进气终了P： “汽”0.75—0.90 （个大气 压 ） “ 柴” 0.80— 0.95
压缩终了 P： “汽” 6—12
“柴” 35— 45
P0
P0
燃烧时的最高P： “汽”30—50 “ 柴 ” 60--90 作功终了P： “汽”3---5 “柴”2---4
排气终了P： “ 汽 ” 1.05--1.25
进关 排关
上
V↓ P↑，T↑
电极发出的电火花点燃。
“柴”压缩接近终了，由喷油泵把柴油提高
至上百个大气压以上使之雾化，再送至喷 油器，由喷油器把雾状柴油喷入气缸，使
与压缩后的高温空气混合，达自然温度时，
便自行发燃烧。 终了 P、T：“汽” 6—12 ； 300— 400º C
“柴” 35— 45 ； 500—700º C 压缩比ε： ε=Va/ Vc= 1+Vh/ Vc 是发动机重要的结构参数。
3、活塞冲程：上、下止点间的距离S。
1、上止点：活塞顶部离曲轴中心最远处。
2、下止点：活塞顶部离曲轴中心最近处。
气 缸 总 容 积
活塞在上止点位置 活塞在下止点位置
4、气缸排量（气缸工作容积）： 8、压缩比： 活塞由上止点到下止点所扫过的气缸容积Vh。 Vh=（πD ²/ 4 ×103）× S (L) ( D：气缸直径，cm. S：活塞冲程，cm.) 5、发动机排量：VL=Vh•ⅰ (ⅰ----气缸数) 7、气缸总容积： Va=Vc+Vh 6、燃烧室容积：当活塞在上止点时，活塞上方与缸盖围成的容积Vc。
经济性。但高的压缩比带来高的压缩压力、燃烧压力，使柴油机各部
件要承受高的机械负荷，因而需要增加强度及刚度。故柴油机的尺寸、 重量指标不如汽油机。
3、作功行程：压缩终了，气缸容积很小，迅速燃烧的混合气使缸内P、T
急剧升高。
最高压力：“汽”30—50 “柴”60---90
进关 排关
温 80º C
由于进气有阻力，进气终了的压力略小于大气压力。
由于上一循环留在气缸中的高温残余废气与新鲜气体混合，
所以进气终了气体温度↑。
2、压缩行程：为使混合气体能迅速燃烧，产生较大的压力，使发动机发出
较大的功率，必须在燃烧前对可燃混合气进行压缩，使之V↓，T↑。 “汽”压缩接近终了，可燃混合气体由火花塞 活塞由下
发动机的分类、工作原 理及构造
第一章
发动机的分类
一、热力发动机即是将燃料的热能转变为机械能的一种动力装置。 热力发动机
内燃机
外燃机
①内燃机：可燃混合气在机器内部燃烧而产生热能， 然后再转为机械能。 ②外燃机：燃料在机器外部的锅炉内燃烧，将锅内 的水加热，使之变为高温高压的水蒸气，然后送至 机器内部，使所含热能转变为机械能。
发动机不如四冲程发动机经济。
第三章
两大机构：
发动机的结构
曲柄连杆机构：进行热功转换。 配气机构：控制进、排气门的开启时刻及延续时间。
五大系统（包括）：
燃料供给系：
汽油机：由化油器向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。
柴油机：由喷油泵提供雾状柴油，通过喷油器喷入气缸。 点火系：（汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞电极 间产生电火花以点燃混合气。
燃料供给系：
汽油机：由化油器向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。
柴油机：由喷油泵提供雾状柴油，通过喷油器喷入气缸。
汽油机
柴油机
点火系统： （汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞
电极间产生电火花以点燃混合气。
冷却系统：降低气缸及高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温
度。
润滑系统：减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。
4）由于附属机构少，所以受磨损和经常需要修理的运动部件数量也
比较少
缺点：1）不易将气缸内的废气排除干净，而且在换气时减少了有效工作行
程。因此，在同样的工作容积和曲轴转速下，二冲程发动机的功率
并不等于四冲程发动机的两倍，只等于1.5~1.6倍。 2）在换气时有一部分新鲜可燃混合气随废气排出，因此，二冲程
② 高温高压气体推动活塞下行至 2/3行程。（排气门开，废气排出， 接着，进气孔开， 进行换气。）
* 活塞上行：换气；压缩下行：作功，换气。
二冲程发动机与四冲程发动机比较，其主要优点、缺点如下： 优点：1）曲轴每转一周就有一个作功行程，因此，当二冲程发动机的工
作容积和转速与四冲程发动机相同时，在理论上它的功率应等于 四冲程发动机的两倍。 2）由于发生作功过程的频率较高，故二冲程发动机的运转比较平稳。 3）由于没有专门的换气机构，所以其结构较简单，质量也比较小。
第2节
二冲程发动机工作原理
二冲程发动机的一个工作循环也包 括进气、压缩、燃烧作功、排气四个 行程。只不过这些行程的完成仅需活 塞在两个行程内，即曲轴旋转一周完 成。
一：二冲程汽油机的工作原理：
1、结构：无进排气门及配气机构， 由三孔控制进、排气，活塞为凸顶 。
②高温高压气体推动 活塞下行， 活塞上行（三孔均闭），压缩上一循环吸 孔1逐渐关闭；曲轴箱内气体被预压， 入气缸的可燃混合气，活塞上方 V↓，P↑ 曲轴箱 V↑，P↓产生真空度；上行2/3行程（孔1开启）， 接近下止点 （孔2开启，废气排出， 可燃混合气吸入曲轴箱接近上止点，由火花塞 接着孔3 开启，新鲜混合气自孔3流 发火点燃。。（a、b、c) 入气缸，并驱除废气。）（d )
条件下，接通起动机15s 内发动机要能自行运转。
4、发动机的速度特性：
1、定义：指发动机的Pe、Te、be随曲轴转速的变化规律。
点燃式发动机（汽油机）
按点火方式分
压燃式发动机（柴油机）
四冲程发动机：活塞往复四个单程完成一个工作循 环。 二冲程发动机：活塞往复二个单程完成一个工作循 环。
按每一工作循环的冲程数分
一个工作循环：在气缸中完成一次热功转换所进行的一系列连续过程。
按气缸数及排列方式分：
单缸（立式、卧式）发动机
多缸（直列、Ｖ型、Ｐ型或对置式）发动机
（缺点）由于ε较大 P、T较高，所以体积大、重量大，转速 较低，制造维修成本高（喷油泵、喷油器加工精度要求高）。
常用于中、重型货车。（对经济性要求高，动力性要求较低）。
同排量的单缸与多缸发动机优缺点比较： 单缸：结构简单、重量轻。运转不平稳、冲击振动大。 多缸：与单缸相反。发火间隔角
=720 º/ i （ i—— 缸数）。 现代汽车上一般不用单缸机，用得最多的是四缸、六缸、八缸。
内燃机的优点： 热效率高、 体积小、重量轻、广泛应用。 但由于使用的是石油燃料 ， 因而污染较大 。城市的大气 污染相当部分来至内燃机所 排出的废气。
①活塞式内燃机（本书的主要介绍对象。）
1、内燃机：
②燃气轮机：旋转式的内燃机。
活塞式内燃机分类：
汽油机 按所用燃料分
液体燃料发动 柴油机 机 天然气发动机 气体燃料发动 机 液化石油发动机
2、经济性指标：
1、 燃油消耗率be：发动机每发出1KW有效功率，在1h内所消耗的燃油量。 be= B Pe x1000 (g / kwh ) ； B—发动机每小时的耗油量(kg/h)——可测定
3、发动机的运转性能指标：
1、 排气品质：有害气体成分的限制标准。P41 2、 噪声：车外噪声标准 美日欧韩：74---80 dB(A) 中国：82---89dB(A) 3、起动性能：标准：汽油机在-10º ，柴油机在-5º 以下气温 C C
多缸（直列、Ｖ型、Ｐ型或对置式）发动机
Ｐ型或对置式
按冷却方式分：
水冷式发动机
风冷式发动机
按是否装增压装置分：
增压发动机 非增压发动机（自然吸气发动机）
按每缸气门数分：
二气门发动机
多气门发动机
第二章
发动机的原理
第1节 第1节
四冲程发动机工作原理 二冲程发动机工作原理
第1节
四冲程发动机工作原理
曲轴强制 旋转作功
高温高压气体推动活塞由上
下
热能
机械能
终了压力：“汽”3---5 “柴”2---4
温度：1000---1300º C 800---1000º C
4、排气行程：可燃混合气燃烧后变成废气，为了进行下一
循环，必须把废气排气过程。
活塞由下
进关
排开
上
废气经排气门排出气缸
温度：600---900º C
冷却系：降低气缸及高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温度。 润滑系：减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。 起动系：用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件。
发动机结构示意图 汽车发动机总装图
曲柄连杆机构：是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件
配气机构：用于控制进、排气门的开启时刻及延续时间。
起动系统：用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件。
第四章
发动机的主要性能指标与特性
发动机的主要性能指标包括：
动力性指标：有效扭矩Te 、有效功率Pe 、转速 n
经济性指标：be
运转性指标：排气品质、噪声、起动性。
1、动力性指标：
1、有效扭矩Te：发动机对外输出的扭矩。——可在实验台架上测出。 2、有效功率Pe：发动机对外输出的功率。 Pe=（Te× n）/ 9550 ( kw ) ； Te (N· m)、n (r/min)——可测定
可燃混合气的形成及发火方式： 汽油机：汽油粘度小，蒸发性好，在气缸外部形成混合气，
自燃温度高于 380º C，外火源点燃。汽油机又称点燃式发动机。
柴油机：柴油粘度大，蒸发性差，在气缸内部形成 混合气，
自燃度为250º C左右， 压缩自燃。柴油机又称压燃式发动机。
1、进气行程：
进入气缸的是
柴油机：新鲜空气。