第一章 发动机的基本知识(工作原理)

多缸发动机是在曲轴转角720°内(四冲程)或曲轴转角 360°内(二冲程)，各缸都要象单缸发动机一样完成一个工 作循环。为了使发动机运转平稳，各缸作功间隔角大都均 等。如四冲程六缸发动机各缸作功间隔角为 Ψ =720°/6=120°即曲轴每转1200就有一个缸作功，各缸 作功行程略有搭接，这样发动机运转较单缸发动机平稳得 多。另外，由于各缸的作功行程为其它缸的准备行程提供 动力，所以贮存能量的飞轮也较单缸发动机小得多。四缸 发动机从理论上讲作功冲程就已连续，而六、八缸发动机 都有作功重叠，且缸数越多、重叠得就越大，发动机运转 得就越平稳。 各缸做功行程顺序（据机器平衡性及各缸机械负荷和热 负荷的均匀性）： 直列四缸：1-3-4-2；1-2-4-3 直列六缸：1-5-3-6-2-4
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四行程柴油机的工作原理排气行程
柴油机:排出废气。 压力：0.105～0.125MPa， 温度：800～1000K。 汽油机：排出废气。
压力：0.105～0.115MPa，温度：900～1200K。 结论：柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗 率低，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。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。
进气门关闭
压缩行程
压缩比：
ε=Va/Vc
排气门关闭 下 止 点
P
温度600~700K， 压力0.6~1.5 MPa
上 止 点
活 塞
大气压力线
c r a
示功图
V
四行程汽油机的工作原理（做功行程）
作功行程：进、排气门关闭。火花塞点燃 可燃混合气，气体膨胀，推动活塞从上止 点向下止点运动，对外作功。压力达3～ 5MPa，最高温度可达2200～2800K。
四冲程发动机工作状态
状态 行程
温度(K) 370~440 600~800
压力 75~90 kPa 600~1500 kPa
进气行程 压缩行程
作功行程
排气行程
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
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二行程柴油机的工作原理
和二行程汽油机工作 类似，不同：柴油机 进入气缸的不是可燃 混合气，是纯空气。 第一行程：活塞从下 止点向上止点运动， 进气孔和排气门均开 启，利用从扫气泵流 出的空气使气缸换气。
四冲程
二冲程
二行程柴油机的工作原理
和二行程汽油机工作类似，不同：柴油机进入 气缸的不是可燃混合气，是纯空气。第一行程： 活塞从下止点向上止点运动，进气孔和排气门 均开启，利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。 当活塞继续向上运动进气孔被关闭，排气门也 关闭，空气受到压缩，当活塞接近上止点时， 喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油和 空气混合后燃烧，缸内压力增大。
二行程汽油机的工作原理1
活塞向上运动，将三排孔都关闭。
①进气孔 ②排气孔 ③换气孔
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二行程汽油机的工作原理2
活塞开始压缩上行时，活塞下方打开 了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱。 ①
②
③
①进气孔 ②排气孔 ③换气孔
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二行程汽油机的工作原理3
活塞接近上止点时，火花塞点燃混合气， 气体做功。 ①
汽油机：压缩的是可燃混合气。
压力：0.6～1.2MPa， 温度：600～700K。
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四行程柴油机的工作原理作功行程
柴油机:喷油器将高压柴油以雾状喷入 燃烧室，柴油和空气在气缸内形成 可燃混合气并着火燃烧。 压力：6～9MPa ，温度：2000～ 2500K 。 汽油机：火花塞产生电火花点燃混合 气。 压力：3～5MPa，温度：2200～ 2800K。
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。 2.完成一个工作循环，二冲程发动 机只需转一转，而四冲程发动机需要 转两转。因此，当发动机工作容积、 压缩比和转速相等时，从理论上讲， 二冲程发动机的功率应为四冲程发动 机功率的两倍，但实际上，只有1.5～ 1.6倍，这是由于二冲程发动机难以将 废气排净，以及为了安排换气过程而 较多地损失了高压气体的作功能力， 另外还有可燃混合气随废气排出等所 致。 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。
800~1000
105~125 kPa
发动的工作原理（多缸与单缸的比较—四行程）
相同点：就能量转换过程，发动机的多缸 机和单缸机的工作过程是完全一样的， 都要经过进气、压缩、作功和排气四个 行程。 不同点：单缸：单缸发动机的四个行程中 只有一个行程作功，其余三个行程不作 功，即曲轴转两圈，只有半圈作功，所 以运转平稳性较差； 多缸发动机：作功行程是差开的，按照 工作顺序作功，即曲轴转两圈交替作功， 运转平稳。
发动机的基本知识(工作原理）
发动机的工作原理——能量转化
发动机是一种能量转换机构，它将燃料燃烧产 生的热能转变成机械能。它是怎样把热能转换 成机械能的呢？
点击观发动机的工作原理.M 机 工 作 原 理 分 类
四行程汽油机
四行程发动机
四行程柴油机
二行程汽油机
二行程发动机
进气行程
排气门关闭
P
活 塞
上 止 点
下 止 点
进气门开启
大气压力线
r a
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。
示功图
V
四行程汽油机的工作原理（压缩行程）
压缩行程：活塞上行，进、排气门都关闭。 压力和温度升高，压力达0.6～1.2MPa， 温度达600～700K。
压缩冲程
进排气门均关闭，活塞从下止 点上行，压缩气缸内的气体， 当活塞到达上止点时，压缩冲 程结束。
示功图
V
四行程汽油机的工作原理（排气行程）
排气行程：排气门开启，进气门关闭，废 气从气缸中排出去。气体压力约为0.105～ 0.115MPa，温度约为900～1200K。
排气冲程 排气门打开，进气门关闭， 活塞从下止点上行，趋赶 燃烧废气，当活塞位于上 止点时，排气冲程结束。 下一循环进气冲程即将开 始。发动机周而复始进行 这样的循环，从而产生动 力。
② ③ ①进气孔 ②排气孔 ③换气孔
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二行程汽油机的工作原理4
气体做功活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合 气受压，当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废 气，活塞再向下运动，换气孔打开，受到压缩的混合 气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并扫除废气。
①
② ③
①进气孔 ②排气孔 ③换气孔
二行程柴油机
四行程柴油机与汽油机的比较
二行程柴油机与汽油机的比较
四行程发动机的工作原理分类
把完成一个工作循环，曲轴转两圈(720°)，活 塞上下往复运动四次，称为四行程发动机。
二行程发动机的工作原理分类
完成一个工作循环，曲轴转一圈(360°)，活 塞上下往复运动两次，称为二行程发动机。
四行程汽油发动机的工作过程
105~125 kPa
柴油机工作时各行程状态参数
状态 行程
温度(K) 320~350 800~1000
2200~2800(瞬时最高) 1500~1700(作功终了)
压力 800~900 kPa 3~5MPa
3~5MPa (瞬时最高) 300~500 kPa (作功终了)
进气行程 压缩行程
作功行程
排气行程
作功冲程
在压缩冲程末，接近上止点 时，火花塞点火（汽油机）， 气体燃烧，推动活塞下行， 产生动力。当活塞位于下止 点时，作功冲程结束。
作功行程
排气门关闭 进气门关闭 上 止 点
Z
P
瞬时最高：温度 2200~2800 K， 压 力3~5MPa
下 止 点
活 塞
大气压力线
c r b a
作功终了：温度1300~1600 K， 压力 0.3~0.5 MPa
进气门关闭
排气行程
排气门打开
P c
残余废气
大气压力线
上 Z 止 点
下 止 点
r V
b
活 塞
温度900~1200 K 压力 0.105~0.115 MPa
示功图
四行程汽油机的工作原理
结论：可见四行程汽油机经过进气、压缩、作功、排 气四个行程完成一个工作循环，这期间活塞在上、下 止点往复运动了四个行程，相应地曲轴旋转了两圈。
思考
四冲程汽油机和柴油 机的工作循环有什么 不同呢？
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不同点
汽油机
汽油与空气缸外混合，进 入可燃混合气
柴油机
进入气缸的是纯空气
电火花点燃混合气
有点火系 无喷油器
高温气体加热柴油燃烧
无点火系 有喷油器
四 行 程 汽 油 机 示 意 图
四 行 程 柴 油 机 示 意 图
二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优点？
①进气
②压缩
③作功 ④排气
四行程汽油机的工作原理（进气行程）