面向面向2121实际课程教材实际课程教材 汽车构造（上册）汽车构造（上册） 发动机构造（发动机构造（48/8)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：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； 二、任务：通过48/8学时的学习及试验掌握内燃机的 基本结构、工作原理。 三、内容：共12章，分别介绍了内燃机的结构组成系统， 介绍了内燃机术语及相关指标。第一章发动机的工作原理和总体构造发动机的工作原理和总体构造(4h)(4h) 内燃机发展历史内燃机发展历史 1.1 1.1 发动机的分类发动机的分类 1.2 1.2 四冲程发动机的工作原理四冲程发动机的工作原理 1.3 1.3 二冲程发动机的工作原理二冲程发动机的工作原理 1.4 1.4 发动机的总体构造发动机的总体构造 1.5 1.5 发动机的主要性能指标发动机的主要性能指标 1.6 1.6 内燃机产品名称和型号的编制规则内燃机产品名称和型号的编制规则内燃机的发展历史内燃机的发展历史n n17001700年英国人年英国人纽卡姆纽卡姆制成了最早的蒸汽机；制成了最早的蒸汽机；n n18601860年法国人年法国人勒纳勒纳仿蒸汽机制成了煤气机；仿蒸汽机制成了煤气机；n n18761876年德国人年德国人奥托奥托制成了按等容燃烧的四冲程煤气机制成了按等容燃烧的四冲程煤气机n n18831883年英国人年英国人司派尔司派尔仿照四冲程煤气机制造了汽油机仿照四冲程煤气机制造了汽油机n n柴油机的发明沿柴油机的发明沿2 2个方向进行：个方向进行：n n改进汽油机的故障，防止早燃以改进汽油机的故障，防止早燃以1885188518901890年英国的年英国的 斯托尔特斯托尔特为代表；为代表；n n从提高热效率特别是提高压缩压力，达到燃料自燃，从提高热效率特别是提高压缩压力，达到燃料自燃， 代表是：德国的代表是：德国的班克班克教授和德国的教授和德国的狄塞尔狄塞尔工程师。工程师。1.1 1.1 发动机的分类发动机的分类 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、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。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。1、按燃料的使用不同分四、往复活塞式内燃机分类:（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）。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6、按气缸数及排列方式单缸发动机多缸发动机单列式 型 对置式单列式型对置式1.2 四冲程发动机的工作原理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： （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）。（三）发动机基本术语上止（死）点:活塞离曲轴中心最远的位置； 下止（死）点:活塞离曲轴中心最近的位置； 活塞行程（冲程）S ：上止点与下止点间的距离； 曲柄半径R :曲轴中心（曲柄旋转中心）到曲柄销 间的距离； 燃烧室容积Vc : 活塞在上止点时其顶部容积； 气缸工作容积Vh : 活塞上止点和下止点间的气缸 容积； 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 内燃机排量VL : 缸数*气缸工作容积VL=i. Vh压缩比气缸总容积与燃烧室容积之比称为压 缩比，用表示。 例如：汽油发动机压缩比一般为811；柴油机压缩比一般为为1622。其中：Va 气缸总容积；Vh 气缸工作容积； Vc 燃烧室容积；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。 1.进气行程.压缩行程.作功行程4.排气行程n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）。 1、四冲程汽油机的工作循环（四）四冲程发动机的工作循环：1、进气行程排气门关闭进气门开启大气压力线PVra示功图上止点下止点示功图：表示活塞 在不同位置时气缸内 气体压力的变化情况 。进气终了时气缸内压强为0.074 0.093Mpa，温度上升至353430K 活 塞 下 行2、压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比： =Va/VcPVr a示功图大气压力线c上止点下止点温度600700K， 压力0.61.5 MPa（a）爆燃：由于压缩比过高导致压缩终了时气体压力和温度过 高，在火花塞点火之后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，称为 爆燃。爆燃现象：爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速推进，当这种压力波撞击 燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。同时还会引起发动机 过热、功率下降、燃油消耗率增加等一系列不良后果， 严重爆燃时甚至造成排气门烧废、轴瓦破裂、活塞顶熔 穿、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。（b）表面点火：非火花塞点火，由于燃烧室内灼热表 面（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。3、作功行程进气门关闭排气门关闭活塞PVr a示功图大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度 22002800 K， 压 力35MPa作功终了：温度 13001600 K， 压 力0.30.5 MPa 4、排气行程进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气压力线cZb上止点下止点温度9001200 K 压力 0.1050.115 MPa残余废气二、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。进气行程压缩行程作功行程排气行程新鲜空气开始喷油n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）。n柴油机压缩比较高（一般为1622），所以压缩终 了时的压力可达3.54.5MPa，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69MPa ，最高燃气温度可达20002500K。（一）柴油机压缩比的选择依据n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。n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。（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。 3.3.发动机运转的第一个循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。无需外力就可自行完成。 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 无喷油器有喷油器汽油机、柴油机的工作不同点：（三）柴油机与汽油机性能比较：汽油机具有转速高（轿车高达5000 6000r/min）、质量小、工作柔和、起动容易、制 造成本低和维修方便等优点，不足之处是燃油消耗 率较高，燃油经济性较差，适用于轿车型乘做人员 车辆；柴油机燃油消耗率较汽油机低30%左右，且 柴油价格低，所以燃油经济性好，而且输出扭矩较 大，但冷起动困难、工作粗暴、工作转速较低（一 般4000rpm以下）、制造成本高、维修困难，适用 于运输型汽车。1、 发动机的定义是什么？2、 发动机的分类如何？3、 什么是发动机的排量、燃烧室容积和压缩比？4、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？ 1.4 发动机的总体构造两 大 机 构曲柄连杆机构配气机构五 大 系 统燃料系润滑系冷却系点火系起动系一、四冲程汽油机的一般构造（一）机体组： 作用：是作为发动机各机构、各系统的装配基体，本身许多部分又分比别是各机构、各系统的组成部分。如气缸盖、气缸体上钻的润滑油道是润滑系统的组成部分，气缸盖、气缸体上铸的冷却水套是冷却系统的组成部分等。 组成：气缸盖 、气缸体、油底壳 。有的发动机 将气缸体分铸成上下两部分，上部称为气缸体，下部称为曲轴箱。此外，气缸盖和气缸体的内壁共同组成燃烧室 的一部分。通常，将机体组列入曲柄连杆机构。n（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