大学汽车构造第1章发动机构造原理和总体构造讲义

内燃机的发展历史
1700年英国人纽卡姆制成了最早的蒸汽机； 1860年法国人勒纳仿蒸汽机制成了煤气机； 1876年德国人奥托制成了按等容燃烧的四冲程煤气
机 1883年英国人司派尔仿照四冲程煤气机制造了汽油
机 柴油机的发明沿2个方向进行： 改进汽油机的故障，防止早燃以1885～1890年英国
柴油机压缩比较高（一般为16～22），所以压缩终 了时的压力可达3.5～4.5MPa，温度高达750～ 1000K，大大超过柴油的 自燃温度，故柴油高压 （10MPa以上）喷入气缸后，在很短时间内与空 气混合后便自行着火燃烧，最大爆发压力可达6～ 9MPa，最高燃气温度可达2000～2500K。
（一）柴油机压缩比的选择依据
（七）润滑系：
功用：将一定压力的润 滑油供给作相对运动的零 件工作表面之间以形成液 体摩擦，减少摩擦阻力， 减轻机件的磨损，并冷却 摩擦零件，清洗摩擦表面， 缓和冲击，分散应力，辅 助密封。
内部并转变成机械能输出的热力发动机。如蒸汽机。 2、内燃机：液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内
部燃烧而产生热能，然后再将热能转变成机械能输出的 热力发动机。如活塞式内燃机、燃气轮机(按热能转变成 机械能的主要构件分）。 3、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，重量轻，便于移动，起动性能好;燃气轮机功率大，转 速高， 质量小（没有往复运动件，单位功率质量小），转矩 特性好，燃料适应性好，起动性好，但耗油量、
2、按发火方式分：
（1）点燃式发动机 （如汽油机、气体燃料发动机）； （2）压燃式发动机（如柴油机）。
3、按进气方式分： （1）自然吸气式发动机（非增压式发动机） （2）强制吸气式发动机（增压式发动机）。
4、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
5、按冷却方式不同
水冷发动机 风冷发动机
（1）进气管内喷射： 将汽油喷射入进气管内，同空气 混合成可燃混合气，再输入发动机气缸并加以压缩， 然后用电火花使之点火燃烧发热而作功——（现代轿 车电控汽油喷射式汽油机）。
（2）气缸内直接喷射：将汽油直接喷射入气缸内同空 气混合成可燃混合气并加以压缩，然后用电火花使之 点火燃烧发热而作功——（ 发展趋势）。
1、四冲程汽油机的工作循环
1.进气行程 ２.压缩行程 ３.作功行程 4.排气行程
1、进气行程
活
进气门开启
塞
下
行
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。
P
排气门关闭
下止点 上止点
大气压力线
进气终了时气缸内压强为0.074～ 0.093Mpa，温度上升至353～430K
r
a
示功图 V
（如排气门头部、火花塞电极处、积碳处） 点燃可燃混合气而产生的一种不正常燃烧 现象，称为表面点火。 表面点火现象：
表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声 （较沉闷），产生的高压会使发动机机件 机械负荷增加，寿命降低。 （c）汽油机压缩比的选择：
应在避免引起爆燃和表面点火的前提下尽 可能提高压缩比，以提高发动机功率，改 善燃油经济性。
面向21实际课程教材
汽车构造（上册）
发动机构造（48/8)
吉林大学 陈家瑞 主编 机械工业出版社 刘金山 主讲 TEL:13604439631
本课程学习的目的、任务、内容：
一、目的： 1.了解什么是发动机——内燃机； 2.发动机的用途是什么？ 3.明了发动机的基本工作原理； 4.了解发动机的基本结构组成；
比较：转子发动机与往复活塞式发动机相比，优点是体积 小，重量轻，转速高，升功率大，但耐久性、可靠性等较差， 制造成本较高。
四、往复活塞式内燃机分类:
1、按燃料的使用不同分
（1）液体燃料发动机 汽油机（gasoline engine）； 柴油机（diesel engine）。
（2）气体燃料发动机 压缩天然气发动机（CNG）； 液化石油气发动机（LPG）。
（二）曲柄连杆机构：
作用：是发动机借以产生动力，并将活塞的直线往复运动转 变为曲轴的旋转运动而输出动力的机构。
组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆总成、曲轴、飞轮等运 动机件。
（三）配气机构：
作用：是使可燃混 合气及时充入气 缸并及时从气缸 排出废气。
组成：进气门、排 气门、挺柱、推 杆、摇臂、凸轮 轴、凸轮轴
3、作功行程
排气门关闭
进气门关闭
瞬时最高：温度 2200~2800 K， 压 力3~5MPa
下止点 上止点
活塞
Z P
c
大气压力线 r
作功终了：温度 1300~1600 K， 压 力0.3~0.5 MPa
示功图
b
a V
下止点 上止点
活塞
进气门关闭 4、排气行程 排气门打开
Z P
残余废气
c b
大气压力线 r
（五）点火系：
功用：保证按规定 时刻及时点燃被压缩 的可燃混合气。
组成：蓄电池和发 电机，将低压电流变 成变成高压电流的断 电器和点火线圈，把 高压电流按规定时刻 通过分电装置通到各 气缸的火花塞等。
（六）冷却系：
功用：是把受热机件的热量散到大气中，以保证发动机在正 常温度范围内工作。
组成：水泵、散热器、风扇、分水管、气缸体放水阀及气缸 体和气缸盖上铸出的冷却水套等。
⑽工作循环
对于往复活塞式发动机，每进行一次能量转换，均 要经过进气、压缩、作功、排气四个过程。这种周而 复始的连续过程，称为发动机的一个工作循环。
（四）四冲程发动机的工作循环：
四冲程发动机的工作循环需要经 过进气、压缩、膨胀（作功）、 排气四个过程，对应活塞上下四 个行程，相应的曲轴转角旋转 720（两周）。
的斯托尔特为代表； 从提高热效率特别是提高压缩压力，达到燃料自燃，
代表是：德国的班克教授和德国的狄塞尔工程师。
§1.1 发动机的分类
一、定义：将某一种形式的能量（热能、电能、化学能、太 阳能等）转 变成机械能的机器。 二、热力发动机：将热能转变成机械能的发动机。 1、外燃机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器
6、按气缸数及排列方式
单缸发动机 单列式 多缸发动机 Ｖ型
对置式
单列式
Ｖ型
对置式
§1.2 四冲程发动机的工作原理
一、四冲程汽油机工作原理
（一）基本工作原理
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，再输入发动机气缸并加以压缩，然后用电 火花使之点火燃烧发热而作功——传统式。
2、汽油喷射式汽油机：
噪声和制造成本均较高，适用于坦克发动机。 三、活塞式内燃机：
按活塞运动方式分： 1、往复活塞式内燃机 2、转子活塞式内燃机
三角活塞旋转式发动机（简称转子发动机）于1958年由 德国F.汪克尔发明，关键技术是1954年F.汪克尔提出的气密 封系统，1964年德国NSU公司将转子发动机装在轿车上， 1967年日本东洋工业公司成批生产，至今。
⑦气缸总容积Va : 活塞在下止点时其顶部以上的气缸 容积； Va= Vh+Vc
⑧内燃机排量VL : 缸数*气缸工作容积VL=i. Vh
⑨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。
其中： Va－ 气缸总容积； Vh － 气缸工作容积； Vc－ 燃烧室容积；
例如：汽油发动机压缩比一般为8～11； 柴油机压缩比一般为为16～22。
V 示功图
温度900~1200 K 压力 0.105~0.115 MPa
二、四行程柴油机工作原理
四冲程柴油机每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排
气四个行程，相应地曲轴旋转了两周。
开始喷油
新鲜空气
进气行程
压缩行程
作功行程 排气行程
柴油的粘度比汽油大，不易蒸发，不可能用气缸外 部的化油器进行雾化，因此不可能采用气缸外部形 成可燃混合气的方法，唯有在高温、高压的气缸内 采用高压喷射才能将柴油在很短的时间内完全雾化。 柴油的自燃温度比汽油低，因此，可燃混合气的着 火方式可采用自燃（压燃）方式，与汽油机的点燃 方式不同（否则会产生爆炸性燃烧，使柴油机工作 粗暴）。
柴油机压缩比远较汽油机的压缩比高，这 是因为柴油机采用压燃的着火方式，为了 保证发动机良好的冷起动性能，压缩比远 较汽油机的高。
柴油机压缩比应在保证良好的冷起动性能 前提下尽可能低，因为过高的压缩比会导 致发动机工作粗暴，而且，发动机的循环 热效率随着压缩比的增加已接近缓慢，增 加不明显，对燃油经济性并没有带来多大 改善。
正时齿轮（由曲 轴正时齿轮驱动） 等。
（四）供给系：
作用：把汽油和 空气混合成成分合适 的可燃混合气供入气 缸，以供燃烧，并将 燃烧生成的废气排出 发动机。
组成：汽油箱、 汽油泵、汽油滤清器、 化油器、空气滤清器、 进气管、排气歧管总 成、排气消声器等。
气缸盖、气缸体上铸的进、排气道显然是供给系的一部分。
（三）发动机基本术语
①上止（死）点:活塞离曲轴中心最远的位置；
②下止（死）点:活塞离曲轴中心最近的位置；
③活塞行程（冲程）S ：上止点与下止点间的距离； ④曲柄半径R :曲轴中心（曲柄旋转中心）到曲柄销
间的距离；
⑤燃烧室容积Vc : 活塞在上止点时其顶部容积；
⑥气缸工作容积Vh : 活塞上止点和下止点间的气缸 容积；
（二）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
火花塞
喷油器
汽油机、柴油机的工作相同点：
1、每个工作循环曲轴转两周; 2、每一行程曲轴转半周， 只有作功行程产生动力。 3.发动机运转的第一个循环，必 须有外力使曲轴旋转完成，以后的工作循环发动机无需外 力就可自行完成。
（一）机体组： 作用：是作为发动机各机构、各系统的装配基体，