汽车发动机构造与原理

第1篇 汽车发动机构造与原理

第1章 发动机基本结构与工作原理

发动机：将其

它形式的能量转化为机械能的机器。

内燃机：将燃料在气缸内部燃烧产生的热能直接转化为机械能的动力机械。有活塞式和旋转式两大类。本书所提汽车发动机，如无特殊说明，都是指往复活塞式内燃机。

内燃机特点：单机功率范围大（）、热效率高（汽油机略高于，柴油机达左右）、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。

四冲程发动机基本结构及工作原理

四冲程汽油机基本结构及工作原理

1.四冲程汽油机基本结构（图1-2）

2.四冲程汽油机基本工作原理（图1-2）

表1-1 四冲程汽油机工作过

程

内容提要

1.四冲程汽油机基本结构与工作原理

2.四冲程柴油机基本结构与工作原理

3.二冲程汽油机基本结构与工作原理

4.发动机的分类

5.发动机的主要性能指标

图1-2 四冲程汽油机基本结构简图

1-气缸 2-活塞 3-连杆 4-曲轴 5-气缸盖 6-进气门 7-进气道 8-电控喷油器 9-火花塞 10-排气门

（1）四冲程发动机：活塞在上、下止点间往复移动四个行程（相当于曲轴旋转了两周），完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机就称为四冲程发动机。

四个行程中，只有一个行程作功，造成曲轴转速不均匀，工作振动大。所以在曲轴后端安装了一个质量较大的飞轮，作功时飞轮吸收储存能量，其余三个行程则依靠飞轮惯性维持转动。

（2）冲程与活塞行程： 冲程：指发动机的类型；

行程S ：指活塞在上、下两个止点之间距离；

气缸工作容积V s ：一个活塞在一个行程中所扫过的容积。

S D

V s

10

6

2

4⨯=π

式中 V s ——工作容积（m 3）；

D ——气缸直径（mm ）； S ——活塞行程（mm ）。

发动机的排量V st ：一台发动机所有气缸工作容积之和。

i V

V s

st

=

式中 V st ——发动机的排量（L ）；

i ——气缸数。

（3）压缩行程的作用

一是提高进入气缸内混合气的压力和温度（压缩终了的气缸内气体压力可达~，温度达600K~700K ），为混合气迅速着火燃烧创造条件；

二是可以有效提高发动机的燃烧热效率η。由热力学第一定律

1

2

1T T -

=η 当混合气被压缩程度提高时，发动机混合气燃烧所达到的最高温度（T 1）升高，而排气的温度（T 2）降低，导致热效率提高。

1860年，法国人Lenoir （勒努瓦）研制成功的世界第一台内燃机，没有压缩行程，热效率仅%；1876年，德国人奥托（Otto ）制造出第一台四冲程内燃机，采用压缩行

程，虽然压缩比只有，但热效率却提高到12%，有力地证明了科学是第一生产力这个真理。

压缩比ε：气缸内气体被压缩的程度。

c

a

V V =

ε 式中 V a ——气缸总容积（活塞处于下止点时，活塞顶部以上的气缸容积）；

V c ——气缸燃烧室容积（活塞处于上止点时，活塞顶部以上的容积）。

现代汽油机压缩比一般为7～11，如广州本田雅阁 i-VTEC 发动机压缩比为，而发动机压缩比则为10。

发动机压缩比也不能过高，否则会导致压缩终了温度和压力升高，汽油机产生爆震燃烧（参见），热负荷、机械负荷、噪音和振动加大，起动困难。

可变压缩比(SVC)发动机：能根据发动机工作负荷变化，自动调节压缩比。负荷减少时，使压缩比提高；全负荷时，使压缩比降低。可有效达到防止爆震燃烧，增加功率、降低油耗、减少排放的目的。

当气缸、活塞等磨损，气门不密封时，将导致发动机压缩气体外泄，热效率和功率下降。

4.多缸发动机结构特点

单缸发动机问题：功率小，转速不均匀，工作振动大，现代汽车发动机都是多缸发动机，用得最多的是4缸、6缸、8缸发动机。

多缸发动机结构特点：由多个结构相同的气缸组成，它们共用一个机体，一根曲轴。曲轴的曲柄布置应该使各缸作功行程均匀分布在7200曲轴转角内。如4缸发动机曲轴（图1-3）相邻工作缸的曲柄夹角为1800，曲轴每转1800便有一个气缸作功。

5.示功图

将四冲程发动机在一个工作循环里气缸内气体压力随气缸工作容积或曲轴转角变化的关系以座标图表示，得到图1-4所示的发动机示功图。

由示功图可以看到发动机一个工作循环里工作状态的变化，检查判断发动机性能优劣。发动机特征点参数随机型、结构等有所不同，一般范围如表1-2所示。

图1-3 4缸发动机曲轴 图1-4 四冲程发动机示功图

表1-2 发动机特征点参数

a c z

b r

汽油机P ～～3～5 ～～

T 370～400 600～700 2200～2800 1300～1600 900～1200

柴油机P ～～6～9 ～～

T 300～370 750～1000 2000～2500 1200～1500 800～1000

注：P-气缸内气体压强（MPa）；T-气缸内气体温度（K）

四冲程柴油机结构特点与工作原理

结构特点：没有火花塞，喷油器直接安装在

气缸顶向气缸内喷油（图1-5）。

工作原理：进气行程进入气缸的是纯空气，

而不是可燃混合气；在压缩行程末，喷油器向气

缸喷入高压柴油，由于气缸的高温高压作用，柴

油迅速着火燃烧，使气体急剧膨胀，推动活塞作

功。其着火方式属于压燃式，而不是汽油机的点

燃式。

燃料：柴油，粘度高，不易挥发，自燃点低，

不会产生爆燃。为了使柴油可靠着火，提高发动

机燃烧热效率，柴油机的压缩比汽油机高得多，

一般为16～22，所以其最高燃烧压力也比汽油机

高，工作也比汽油机粗暴。

柴油机与汽油机比较（表1-3）：

表1-3 柴油机与汽油机比较

性能汽油机柴油机

着火方式点燃压燃

燃油消耗高低

热效率30%左右40%左右工作平稳性柔和粗暴

发动机转速高（4000～6000 r/min）低（2500～3000r/min）升功率大小

起动性易难

制造维修成本低高

比质量小大

图1-5 四冲程柴油机基本结构简图