1发动机的工作原理和总体构造

单缸发动机 直列式 多缸发动机 Ｖ型 对臵式
直列式
Ｖ型
对置式
自然吸气式发动机（非增压式发动机）
5、按进气状态分 强制吸气式（增压式发动机）
第二节 四冲程发动机工作原理
Байду номын сангаас
一、发动机结构基本术语
止点：活塞往复运动时，其顶面从一个方向转为相反方向的转变点的位置。
上止点：活塞顶面离曲轴中心线最远处，通常指活塞上行到最高位置，通 常用英文缩写词TDC来表示。
1、有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩称为发动机的有 效转矩，用Te表示 。
2、有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率成为发动机的有 效功率，用Pe表示。
二者关系
式中：Te － 有效扭矩，单位为N· m； n － 曲轴转速，单位为r/min
二、经济性指标
燃油消耗率：发动机每发出1kw 有效功率，在1小时内所消耗 的燃油质量，称为燃油消耗率，用be表示。

Va Vh Vc V 1 h Vc Vc Vc

现代汽油发动机的压缩比一般为8～11。上海桑塔纳轿车汽油机 压缩比为8.2。柴油机ε=16～22。 ε 越大，压缩终了时混合气压力和温度越高，燃烧速度增快，发 动机的输出功率提高，经济性越好。
压缩比过小或过大有何后果？ 过小 过大 功率下降，经济性差； 不正常燃烧，如爆燃、表面点火
4、排气行程
残余废气
P
上 止 点
下 止 点
进气门关闭
活 塞 上 行
排气门打开
Z
c
大气压力线
r
示功图
b V
a
排气终了时气缸内压强下降至0.105～ 0.1150Mpa，温度下降至900～1200K
总结：
发动机完成一次工作循环，曲轴需要转两周，进、排气 门各开启一次，活塞移动四个行程，其中进气、压缩、排气
外燃机——燃料在机器外部燃烧以加热水 ，产生高温、高压的水蒸
气，输送至机器内部，使所含的热能转变为机械能。如蒸汽机。
热机 内燃机 活塞式 叶片式 蒸汽机 外燃机 汽轮机 热气机
燃气轮机
斯特灵发动机
内燃机和外燃机的比较
外燃机：体积大、重量重、热效率低。 内燃机：热效率高、体积小、质量小、便于移动、
起动性能好。广泛应用于飞机、船舶、汽车、拖拉机、坦
压缩比过大的不良后果
名称 成因 由于气体压力和温度过 高，在燃烧室内离点燃 中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。 现象 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。 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。
起动系
桑塔纳发动机结构示意图
机体组
42
桑塔纳发动机的曲柄连杆机构
桑 塔 纳 发 动 机 的 配 气 机 构
桑塔纳轿车汽油供给系
桑塔纳发动机冷却系
桑塔纳发动机润滑系示意图
桑 塔 纳 发 动 机 点 火 系
桑 塔 纳 轿 车 起 动 机
第五节 发动机的主要性能指 标与特性
一、动力性指标
爆燃
表面 点火
由于燃烧室内炽热表面 与炽热处(如排气门头， 火花塞电极，积炭处) 点燃混合气产生的另一 伴有强烈的较沉 种不正常燃烧。 闷敲击声。
产生的高压会使发动机 机件负荷增加，寿命降 低。
二、 四行程发动机工作原理
1、进气行程 2、压缩行程 3、作功行程 4、排气行程
观 看 演 示
汽油发动机四个行程的图示
一、内燃机型号由以下四部分组成
首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据
需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。
中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸
径符号等组成。
后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。
尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分
时，由制造厂选用适当符号表示。
油机工作原理。
第一节 发动机的分类
一、发动机的定义
发动机——将某一种形式的能量转变为机械能的机器。
风能 → 风力发动机
水流能 → 水力发动机 热能 → 热力发动机 电能 → 电力发动机 原子能 → 原子能发动机
太阳能 → 太阳能发动机
地热能 → 地热发动机
热力发动机： 热能——机械能
内燃机——燃料和空气混合后在机器内部燃烧而产生热能，然后再转 变为机械能。
二行程发动机的工作循环是在两个活塞 行程内，即曲轴旋转一周的时间内完成。
活塞上行:上方—压缩 下方---吸气
活塞下行(上半程): 上方—作功 下方---预压
活塞下行(下半程): 上方—换气 下方---预压
二冲程与四冲程比较
优点： 1、曲轴每转一周，有一个作功行程。理论上，在相同的工作容积和 转速下，二冲程的功率等于四冲程的2倍（实际：1.5～1.6倍）。 2、发生作功过程的频率高，二冲程发动机运转比较均匀平稳。 3、二冲程没有专门的换气机构，结构简单，质量比较小。
教学目的及教学要求：
掌握发动机一般构造，熟悉其术语； 了解四冲程汽油机、柴油机工作原理和熟悉两者之间的特点； 了解二冲程汽油机、柴油机工作原理和其优缺点； 掌握发动机总体构造和类型； 熟悉内燃机型号编制规则； 了解发动机性能指标与性能特性。
重点：发动机的总体构造、类型、型号编制规则； 难点：发动机一般构造及术语，四冲程和二冲程汽油机、柴
汽油机、柴油机的工作不同点：
汽油机
汽油与空气缸外混合， 进入可燃混合气 电火花点燃混合气 有点火系 无喷油器
柴油机
进入气缸的是纯空气 高温气体加热柴油燃烧 无点火系 有喷油器
汽油机与柴油机的优缺点
汽油机：转速高(轿车5000-6000r/min，货车4000r/min)、
质量轻、工作噪声小、起动容易、制造和维修费用低等。 燃油消耗率高，经济性差。
四行程柴油机工作原理
与汽油机工作原理 基本相似。 由于柴油粘度比汽 油大、不易蒸发，且自 燃温度又较汽油低，所 以柴油机采用的是 压缩自燃式点火。
四行程柴油机各行程示意图
新鲜空气 开始喷油
进气行程
压缩行程
作功行程
排气行程
分析和比较汽油机、柴油机的工作 异同?
首先分别看一下汽油机和柴油机的图示
喷油器 火花塞
汽油机、柴油机的工作相同点：
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。 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。
2、发动机在某一转速下的负荷：指发动机驱动从动机械所耗 费的功率和有效转矩的大小，可以表述为当时发动机发出的功率与 同一转速下所有可能发出的最大功率之比，以百分数表示。
分析 右图 发动 机的 负荷
Pe/kW 50 45 32
d
c
e
Ⅰ
Ⅱ
27
20
b
Ⅲ
n/r· min-1
0
a
2000 3500 4800
第六节 内燃机名称及 型号编制规则
三、发动机的速度特性
发动机速度特性--指发动机的功率、转矩和燃油消耗率三者随 曲轴转速变化的规律。 发动机速度特性曲线--当燃料供给调节机构位臵固定不变时， 发动机性能参数（有效转矩、功率、燃油消耗率）随转速改变而 变化的曲线。 发动机外特性、部分速度特性
四、发动机的工况与负荷
1、工况（指发动机的工作状况）：一般用它的功率与曲轴 转速来表征，有时也用负荷与曲轴转速来表明 。
1.进气行程
２.压缩行程
３.作功行程
4.排气行程
每一行程工作的具体分析如下
1、进气行程
示功图：表示活塞在不同
位臵时气缸内气体压力的变 化情况。
进气门开启
活 塞 下 行
P
排气门关闭
上 止 点
下 止 点
大气压力线
r
示功图
进气终了时气缸内压强为0.075～ 0.09Mpa，温度上升至370～400K
a V
柴油机：压缩比高（16-22），燃油消耗率比汽油机低 20%~30%，
柴油价格低，经济性好。 转速比汽油机低（2500~3000r/min）、质量大、制造和维修
费用高（喷油泵和喷油器加工精度要求高）。
国外：轿车用柴油机 5000r/min。
第三节 二冲程发动机的工作原理
1—进气孔
2—排气孔
3—扫气孔/换气孔
行程需要消耗动力，只有作功行程产生动力对外作功。
多缸发动机：每一个气缸中工作过程相同，并按照顺序
进行，但所有气缸的作功行程并不同时发生。 4缸发动机：曲轴每转半周 就有一个气缸作功。 8缸发动机：曲轴每转1/4周就有一个气缸作功。 因此，发动机的气缸数越多，工作越平稳。
三、四冲程柴油机的工作原理
二、内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义
三、型号编制举例
(1) 汽油机
1E65F： 表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型
4100Q-4： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品 TJ376Q： 表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号 CA488： 表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号
4、使用方便。附属机构少，易受磨损和经常需要修理的运动部件数 量也比较少。
缺点：
1、不易将废气排的干净。并且在换气时减少了有效工作行程。
2、 换气时有新鲜可燃混合气随同废气排除，经济性差。
第四节 发动机总体构造
两 曲柄连杆机构 大 机 构 配气机构
机体组
+
燃料系
五 润滑系 大 冷却系 系 统 点火系
(2) 柴油机
195：
165F： 6135Q：
表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型
表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型 表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用
X4105：
表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号
小
定义
分类 发动机 常用术语
结
发动机是将某一种形式的能量转变成 机械能的机器。 按不同的分类方法大致分为四大类
第一章 练习与思考
名词解释： 1.上止点 2.爆燃 3.发动机负荷 4.燃油消耗率 5.发动机排量 6.发动机速度特性曲线 7.气缸工作容积 8.压缩比 论述题： 汽油机和柴油机在可燃混合气形成方式和点火方式上有何不同？ 它们在结构上有何区别？ 计算题： 解放CA6102型发动机，其活塞行程为114.3mm，缸径为101.6mm， 试计算出该发动机的排量。若知其压缩比为7，问燃烧室容积是 多少升？
克等各种车辆上。
根据车用内燃机将热能转化为机械能的主要构件形式不同
车用内燃机
活塞式内燃机
燃气轮机
往复活塞式
旋转活塞式
二、发动机的分类 ：
1、按燃料的使用不同分 柴油机 汽油机
2、按完成一个工作循环所需行程数
四行程发动机 二行程发动机
3、按冷却方式不同
水冷发动机 风冷发动机
4、按气缸数及排列方式
十个基本术语 汽油发动机
四个行程的工作过程
工作原理
（重点）
柴油发动机
区别于汽油机的工作过程
总体构造：汽油机（两大机构五大系统）， 柴油机（两大机构四大系统） 主要性能 指标与特性 动力性指标：有效转矩，有效功率 经济性指标：燃油消耗率 速度特性：外特性，部分特性 工况与负荷
发动机
内燃机名称及 熟练识认内燃机名称和规格 型号编制规则
2、压缩行程
P
进气门关闭 上 止 点 下 止 点
活 塞 上 行
排气门关闭
c
大气压力线
r
示功图
a V
压缩终了时气缸内压强上升至0.6～ 1.2Mpa，温度继续上升至600～700K 。
3、作功行程
P
进气门关闭 上 止 点 下 止 点
活 塞 下 行
排气门关闭
Z
c
大气压力线
r
示功图
b a V
作功中气缸内最高压强可达3～5Mpa，最 高温度可达2200～2800K；作功终了时气 缸内压强下降至0.3～0.5Mpa，温度下降 至1300～1600K。
VL Vh i
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。
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
压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积的比值，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。即
下止点：活塞顶面离曲轴中心线最近处，通常指活塞下行到最低位置，通 常用英文缩写词BDC来表示。 活塞行程：上、下止点之间的距离。 曲柄半径：曲轴与连杆下端相连 的曲柄销中心到曲轴 中心的垂直距离。
在上下止点处，活 塞的运动速度为零。
气缸工作容积（Vh）：活塞从上止点到下止点所扫过的容积。 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，则发动机的排量为：