发动机工作原理

第一章发动机工作原理

发动机是将其他形式的能量转变为机械能的一种机械装置。内燃机是燃料在发动机内部燃烧,内燃机每实现一次热功转换，都要经历一系列连续的工作过程，构成一个工作循环，否则，就不能实现热功的转换。

第一节发动机总体结构及基本原理

现代汽车发动机根据所用燃料的不同可分为:

1.汽油发动机(简称汽油机)

1). 化油器式汽油机: 汽油和空气在化油器内混合成可燃混合气,在输入气缸加

以压缩，然后用电火花点火使之燃烧而发热作功。

2). 汽油喷射式发动机: 将汽油直接喷人进气管或气缸内，与空气混合形成可燃

混合气，再用电火花点燃。

2.柴油发动机(简称柴油机)：汽车用柴油机使用的燃料一般是轻柴油，它是通过喷

油泵和喷油器将柴油直接喷人气缸，与气缸内经过压缩的空气混合，使之在高温下自燃作功。

一．发动机总体构造

发动机基本由以下机构和系统组成：曲柄连杆机构、配气机构、供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系。

1．曲柄连杆机构：它的功用是将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。

2．配气机构：它的功用是使可燃混合气及时充人气缸并及时从气缸排出废气。

3．供给系：它的功用是把汽油和空气混合成合适的可燃混合气供人气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。

4．润滑系：它的功用是将润滑油供给作相对运动的零件以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件

5．冷却系：它的功用是把受热机件的热量散到大气中去，以保证发动机正常工作。

6．点火系：它的功用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。

7．起动系：它的功用是用以使静止的发动机起动并转入自行运转。

汽油机一般都由上述两个机构和五个系统组成。对于汽车用柴油机，由于其混合气是自行着火燃烧的，所以柴油机没有点火系。因此柴油机由两个机构和四个系统组成。

二．四冲程发动机工作原理

（一）汽车发动机的基本名词术语

1．活塞行程与止点

上止点：活塞顶距离曲轴旋转中心最远的位置称为上止点。下止点：

活塞顶距离曲轴旋转中心最近的位置称为下止点。

活塞行程：上下止点间的距离。

曲轴每转动半周（即180度），相当于一个活塞行程，即曲轴每转一周，活塞完成两个行程。

2．气缸容积

活塞在气缸内作往复直线运动，当活塞位于上止点时，活塞顶上面的气缸空间为燃烧室容积，用Vc表示。

活塞从一个止点移到另一个止点所扫过的容积称为气缸工作容积

或气缸排量，用VL(1)

Vh=∏D2/4×S×10-3

式中： D—气缸直径，㎝。

s——活塞行程，cm。

活塞位于下止点时，活塞顶上部的全部气缸容积称为气缸总容积，用Va表示，即：

Va=Vc+V

h

多缸发动机所有气缸工作容积的总和称为发动机工作容积

或发动机排量，用V

L

表示。

3．压缩比

气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用ε表示。

ε=Va/Vc=(Va+Vh)/Vc=1+Vh/Vc

表示活塞从下止点移到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。现代汽车发动机压缩比，汽油机一般为6—9(有的轿车可达9-11)，柴油机一般为16—22。

(二)四冲程汽油机工作原理

1．进气行程

进气行程中，进气门打开，排气门关闭，转动的曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，缸内容积增大，压力降低而形成真空，将可燃混合气吸人气缸。由于进气系统的阻力，进气终了时缸内气体的压力略低于大气压，约为0．075MPa—0．09MPa，温度为370K —400K。

示功图上曲线ra表示进气行程，位于大气压力线之下。它与大气压力线纵坐标之差，即为活塞在各位置时缸内的真空度。

2．压缩行程

为使吸人缸内的混合气迅速燃烧，放出更多的热量而使发动机发出大的功率，必须在混合气燃烧前对其进行压缩，使其容积变小、温度升高。为此，在进气终了时便立即进入压缩行程。在此行程中，进、排门均关闭，曲轴推动活塞定时由下止点向上止点移动一个行程。

四

四冲程汽油机

的示功图

a)进气行程；

b)压缩行程；

曲线ac表

示压缩行程。压

缩终了时，活塞

到达上止点，混

合气被压人活

塞上方然烧室

中。此时，混合

气压力高达得而附为环医点约

0．6Mpa-1．2MPa，温度可达600K-700K。

3．作功行程

在压缩行程接近终了时，火花塞产生电火花点燃混合气，此时进排门仍关闭。由于混合气的迅速燃烧，使缸内气体的温度和压力迅速升高，最高压力可达5MPa-9MPa，最高温度可达2200K-2800K。在高温高压气体的作用力推动下，活塞向下止

点运动，活塞的下移通过连杆使曲轴旋转运动，产生转矩而作功。发动机至此完成了一次将热能转变为机械能的过程。

c)作功行程； d)排气行程；

图上曲线zb表示作功行程。

4．排气行程

当作功行程接近终了时排气门打开，进气门仍关闭，因废气压力高于大气压而自动排出，此外，当活塞越过下止点上移时，还靠活塞的推挤作用强制排气。活塞到上止点附近时，排气行程结束。

示功图上曲线br表示排气行程。

(三)四冲程柴油机工作原理

四冲程的柴油机(压燃式发动机),用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却比汽油低，故可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。

1．进气行程

它不同于汽油机的是进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。

2．压缩行程

不同于汽油机的是压缩的是纯空气，且由于柴油机压缩比高，压缩终了的温度和压力都比汽油机高，压力可达3MPa～5MPa，温度可达800K—1000K。

3．作功行程

此行程与汽油机有很大不同，在柴油机压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷人气缸内的高温空气中，迅速汽化并与空气形成混合气，由于此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度(约500K左右)，柴油便立即自行着火燃烧，且此后一段时间内边喷油边燃烧，气缸内压力、温度急剧升高，推动活塞下行作功。

4．排气行程

与汽油机基本相同。排气终了气缸内压力约为0．105 MPa—0.125Mpa, 温度约为(

程发

飞压

高气时

约