发动机概论

气缸工作容积
活塞行程
燃烧室容积
气缸总容积
发动机排量
压缩比
定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积 之比称为压缩比。用ε表示。
现代化油器式发动机压缩 比一般为6～9(轿车有的达9～ 11)。上海桑塔纳轿车汽油机 压缩比为8.2。
压缩比
定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积 之比称为压缩比。用ε表示。
3.发动机运转的第一个循环，必须有外力使 曲轴旋转完成进气、压缩行程，着火后，完成作 功行程，依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自行完 成以后的行程，以后的工作循环发动机无需外力 就可自行完成。
思考
四冲程汽油机和柴油 机的工作循环有什么 不同呢？
不同点
汽油机
柴油机
汽油与空气缸外混合，进 入可燃混合气
进入气缸的是纯空气
(如排气门头，火
表面点火
花塞电极，积炭 处)点燃混合气产
生的另一种不正
常燃烧。
火焰以极高的速 率向外传播，形 成压力波，以声 速向前推进。当 压力波撞击燃烧 室壁时就发出尖 锐的敲缸声。
伴有强烈的较沉 闷敲击声。
后果
还会引起发动机过热， 功率下降，燃油消耗量 增加等一系列不良后果。 严重爆燃时甚至造成气 门烧毁、轴瓦破裂，火 花塞绝缘体击穿等。
柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率 高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴 油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少， 排放性能较好。但它的主要缺点是转速低，质量大，
噪声大，振动大，制造和维修费用高。
2、按照行程分类 ：
内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行 程内燃机(图1-2 )。把曲轴转两圈(720°)，活塞在气缸内上下往复运动 四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转 一圈(360°)，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环 的内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。
四冲程
二冲程
3、按照冷却方Leabharlann 分类内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机(图1-3)。水 冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷 却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面 散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工 作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。
产生的高压会使发动机 机件负荷增加，寿命降 低。
下一节
§1.2 四冲程发动机的工作原理
一、四冲程汽油机的工作原理
1、进气行程 2、压缩行程 3、作功行程 4、排气行程
单缸四冲程汽油机的工作过程
温度370~400 K， 压力0.07~0.09MPa
进气行程
排气门关闭
进气门开启
上 止
P点
下 止 点
电火花点燃混合气
高温气体加热柴油燃烧
有点火系
无点火系
无喷油器
有喷油器
下一节
§1.3 二冲程发动机的工作原理
二冲程汽油发动机工作原理 二冲程柴油发动机工作原理
一、二冲程汽油机工作原理
压缩混合气 排气孔
点火燃烧
火花塞
进气孔
进气
换气孔
排气
扫气泵
二、二冲程柴油机工作原理
压缩
喷油器
排气
空 气
换气 排气门
燃烧
废 气
二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优点？
1.四冲程发动机的进、排气是两个 分开的专门过程，而二冲程发动机单 纯的排气(或进气)时间极短，主要是 一个几乎完全重叠的，以新鲜气体清 扫废气的换气过程。这样的换气过程 不可避免地会发生新鲜气体和废气混 合，造成废气难以排净和新鲜气体随 废气排出的后果。
内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式(图1-5)。单列式 发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有 时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列， 两列之间的夹角<180°(一般为90°)称为V型发动机，若两列之间的夹 角=180°称为对置式发动机。
§1.4 多缸四冲程发动机的工作顺序
从各单缸发动机工作原理可知，只有作功行程产生动力， 其它三个行程都要消耗动力。为了维持运动，单缸发动机必 须有一个贮备能量较大的飞轮。即使如此，发动机运转仍然 是不平稳的，作功行程快，其它行程慢。
ε= Va/Vc
现代化油器式发动机压缩 比一般为6～9(轿车有的达9～ 11)。上海桑塔纳轿车汽油机 压缩比为8.2。
压缩比过大的不良后果
压缩比过大的不良后果
名称
成因
现象
由于气体压力和 温度过高，在燃 烧室内离点燃中 爆燃 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。
由于燃烧室内炽
热表面与炽热处
柴油机工作时各行程状态参数
状态 行程
进气行程
温度(K) 320~350
压缩行程 作功行程 排气行程
800~1000
2200~2800(瞬时最高) 1500~1700(作功终了)
800~1000
压力
800~900 kPa
3~5MPa
3~5MPa (瞬时最高) 300~500 kPa (作功终了)
105~125 kPa
单列式发动机 双列式发动机
化油器式发动机 直接喷射式发动机
1、按照所用燃料分类：
燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机(图1-1)。使用汽油为燃料 的内燃机称为汽油机；使用柴油为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比 较各有特点；汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机 压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。
曲轴每转一转，活塞移动两个行 程。 5.气缸工作容积(Ⅴh)：活塞从上止 点到下止点所让出的空间容积(L)。
Ⅴh =πD2S/(4×106) (L) 式中：D——气缸直径(mm)。
6.发动机排量(ⅤL)：发动机所有气缸工作容积之 和(L)。设发动机的气缸数为i，则
ⅤL =Ⅴh i (L) 7.燃烧室容积(ⅤC)：活塞在上止点时，活塞上方 的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积(L)。
下一节
6、按照进气系统是否采用增压方式分类：
内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发 动机和强制进气(增压式)发动机(图1-6)。汽油机常采用自然吸气式；柴 油机为了提高功率有采用增压式的。
1.1发动机基本组成和常用术语
1.1.1 单缸发动机结构示意图
1.1.2 基本术语
8.气缸总容积(Ⅴa)：活塞在下止点时，活塞上方 的容积称为气缸总容积(L)。它等于气缸工作容积 与燃烧室容积之和，即
Ⅴa =Ⅴh +ⅤC
9.压缩比(ε)：气缸总容积与燃烧室容积的比值，即 ε =Ⅴa /ⅤC =(Ⅴh +ⅤC)/ ⅤC =1+Ⅴh /ⅤC 它表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被压缩 的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温 度就越高。一般车用汽油机的压缩比为6~10，柴油机的压 缩比为15~22。
状态 行程
进气行程
温度(K) 370~440
压力 75~90 kPa
压缩行程 作功行程 排气行程
600~800
600~1500 kPa
2200~2800(瞬时最高) 3~5MPa (瞬时最高) 1500~1700(作功终了) 300~500 kPa (作功终了)
900~1200
105~125 kPa
10.发动机的工作循环：在气缸内进行的每一次将燃料燃烧 的热能转化为机械能的一系列连续过程(进气、压缩、作功 和排气)称发动机的工作循环。
11.二冲程发动机：活塞往复两个行程完成一个工作循环的 称为二冲程发动机。
12.四冲程发动机：活塞往复四个行程完成一个工作循环的 称为四冲程发动机。
上止点
下止点
3.当转速相同时，二冲程发动机的 作功次数较四冲程发动机多一倍。 因此，二冲程发动机运转较平稳， 这对单缸发动机来说更为明显。 4.由于没有气门或只有排气门， 也就省去了配气机构或使配气机构 较为简单，简化了发动机的结构。 易受磨损和经常需要修理的运动部 件数量较少。
由于二冲程汽油机有混合气损失， 故经济性差，在大中型汽车上的应 用受到了限制。但由于它结构简单、 重量轻、制造成本低等优点，轻便 摩托车和微型汽车的小排量发动机 广泛采用。二冲程柴油机由于换气 时进入气缸的是纯空气，没有燃料 损失，为某些汽车所采用。
桑塔纳发动机结构示意图
？
思考
四冲程汽油机和柴油 机的工作循环有什么 相同之处呢？
共同特点：
1.每个工作循环曲轴转两转(720°)每一行程 曲轴转半转(180°)，进气行程是进气门开启，排 气行程是排气门开启，其余两个行程进、排气门 均关闭。
2.四个行程中，只有作功行程产生动力，其 它三个行程是为作功行程做准备工作的辅助行程， 虽然作功行程是主要行程，但其它三个行程也不 可缺少。
Va ＝V h ＋ Vc
ε ＝ Va / Vc＝1＋ Vｈ / Vc
1.1.2 基本术语
1.上止点：活塞离曲轴回转中心最 远处，通常指活塞上行到最高位置。 2.下止点：活塞离曲轴回转中心最 近处，通常指活塞下行到最低位置。 3.活塞行程(S)：上、下两止点间的 距离(mm)。 4.曲柄半径(R)：与连杆下端(即连 杆大头)相连的曲柄销中心到曲轴回 转中心的距离(mm)。
上 止
Z
P点
下 止 点
活
c
塞
大气压力线 r
b
a
作功终了：温度 1300~1600 K， 压 力0.3~0.5 MPa
示功图 V
排气行程 进气门关闭