项目描述通过对发动机总体构造的学习，能能正确描述发动机的基 本结构、作用、基本原理和发动机的常用术语定义；通过 学习国产发动机编号规则，能根据提供的发动机型号判别 其发动机信息；了解发动机主要性能指标的定义与作用。学习目标能力目标1. 能正确描述发动机的 基本结构、作用、基 本原理和发动机的常 用术语定义；2. 能正确识别国产发动 机型号。知识目标技能目标素质目标1. 正确描述发动机的基 本结构、作用和发动机的常用术语定义 2. ； 3. 会正确描述发动机基 本工作原理；4. 会正确描述国产发动 机编号规则及发动机 主要性能指标的定义 与作用。1. 能根据发动机的结 构和原理区分汽、柴油机；2. 能根据提供的发动 机型号判别其发动 机信息。1. 仔细、认真的工作 态度；2. 吃苦耐劳、有责任 心、且团结协作的 职业素养；3. 积极、努力、勤于 思考的学习态度；4. 良好的语言表达、 沟通能力；学习要求1、 能够根据发动机的不同分类方式，确认发动机类型 ； 2、 掌握往复活塞式内燃机基本结构、基本术语； 3、 掌握四冲程汽、柴油机基本工作原理； 4、 了解发动机总体构造及各系统作用； 5、 掌握发动机产品名称及型号； 6、 能更加发动机型号正确识读发动机信息； 7、 了解发动机各项性能指标；理论知识一、汽车发动机类型二、往复活塞式内燃机汽车发动机的分类如下： 1、按活塞运动方式分类按活塞运动方式不同，活塞式内燃机可分为往复活塞式 和旋转活塞式两种。前者活塞在 气缸内作直线运动，后者在气缸内做旋转运动。汽车发动 机多为往复活塞式内燃机。2、按活塞行程数分类 对于往复活塞式内燃机，每一次能量转换都 必须经过将可燃混合气或空气吸入气缸，并 对其压缩后，使可燃混合气着火燃烧而膨胀 做功，再将生成的废气排出气缸这样一个连 续的工作过程。该过程称为发动机的一个工 作循环。根据每个工作循环所需活塞行程数 可将往复活塞式内燃机分为四冲程发动机与 二冲程发动机。汽车发动机广泛采用的是四 冲程发动机。3、按使用燃料分类 按照发动机所使用燃料的不同，可分为汽油 机、柴油机和气体燃料发动机等。以汽油和 柴油为燃料的活塞式内燃机分别称为汽油机 和柴油机，使用天然气、液化石油气和其他 气体燃料的活塞式内燃机称为气体燃料发动 机。4、按着火方式分类 发动机所使用的燃料不同，着火方式也不相同，具 体可分为点燃式发动机（汽油机属于 此类)和压燃式发动机（柴油机属于此类）。用在气缸体和气缸盖冷却水套中循环的冷却液作为冷却 介质进行冷却；风冷发动机利用流动 于气缸体和气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介 质进行冷却。水冷发动机冷却均匀、 工作可靠、冷却效果好，被广泛应用于现代车用发动 机。5、按冷却方式分类按冷却方式的不同，发动机可分为水冷发 动机和风冷发动机（图1-1）。水冷发动机利6、按气缸数分类 发动机按照气缸数可分为单缸发动机和多缸 发动机，如图1-2所示，现代车用发动机多 采用四缸、六缸、八缸、十二缸发动机。7、按气缸的布置分类多缸发动机按照气缸的布置不同可分为直列式发动机（ 图1-3a）、对置式发动机（图1-3b）、V型发动机（图1- 3c）、W型发动机等。直列式发动机的各个气缸排成一列 ，一般是垂直布置的。若为了降低高度，有时把气缸布置 成倾斜的（斜置式发动机），甚至水平的（卧式发动机 ）。具有两列气缸，两列之间的夹角小于180（一般为 90）呈V形布置的发动机，称为V型发动机，两列之间的 夹角等于180时称为对置式发动机。8、按燃料供给方式分类 发动机按燃料供给方式可分为化油器式发动机 （目前已很少采用）和直喷式发动机等。9、按进气状态分类 发动机按进气状态可分为增压式发动机和非增压式发动机。 目前应用最广、最多的汽车发动机为水冷、四冲程往复活塞式内煅机， 其中汽油机 用于轿车和轻型客货车上，而大型客车和中、重型货车发动机多为柴油 机。由于柴油具有燃油经济性及排放性等特点，近年来在轿车和轻型 客、货车中应用越来越广。随着交通密度的不断增加，对汽车加速性能 的要求越来越高，这意味着应该提高内燃机的功率。因此，近年来增压 发动机的应用也越来越广。 另外，随着汽车保有量的增加，汽车排放法规也越来越严，混合动力汽 车应运而生。二、往复活塞式内燃机1、基本结构往复活塞式内燃机的基本结构如图1-4 所示。气缸6、7内装有活塞8，活塞通过 活塞销与连杆9的小端铰接，连杆的另一 端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。 因此，当活塞在气缸内往复运动时，便 通过连杆推动曲轴转动。气缸的顶部用气缸盖密封。在气缸盖上装有进气门和排气门 ，进、排气门是头部朝下倒 挂在气缸盖上的，属于气门顶置式配气机构。通过进、排气 门的开闭实现向气缸内充气和向 气缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴控制。凸轮轴由曲 轴通过正时带或齿轮、链条驱动 旋转，凸轮轴与曲轴的转速比为1：2。构成气缸的零件称为气缸体，支承曲轴的零件称为曲轴 箱。现代发动机通常将气缸体与 曲轴箱铸成一体，称为气缸体一曲轴箱，简称气缸体。2、基本术语汽车发动机是一部复杂的能量转换的机器， 图1-5所示为发动机工作示意图，从中可看出能 量转换机构的最基本组成及其运动关系和一些 基本术语。图l-4往复活塞式内燃机的基本结构 图1-5发动机工作 示意图1一凸轮轴2-气门弹簧3-进气门 1-进气门2-排气门3 -气缸4一排气门5-气缸盖6、7-气缸 4-活塞5-连杆6-曲 轴8一活塞9-连杆10-曲轴ll-曲 中心7-曲柄 轴带轮12-张紧轮13-正时带 14凸轮轴带轮1）上止点。活塞顶离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上 行到最高位置。 2）下止点。活塞顶离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行 到最低位置。 3）活塞行程(s)。上、下两止点间的距离。4)曲柄半径(R)。与连杆下端（即连杆大头）相连的曲柄销 中心到曲轴回转中心的距离。曲轴每转一圈，活塞移动两个行程。5)气缸工作容积( vs)。活塞从上止点到下止点所让出的空 间容积，也称气缸排量。它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。压缩比越大，压缩终 了时气缸内的气体压力和温度就越高。一般车用汽油机的压缩 比为610，柴油机的压缩比 为1522。10)发动机的工作循环：在气缸内进行的将燃料燃烧的热能 转化为机械能的一系列连续过程（进气、压缩、做功和排气） 称发动机的工作循环。3、工作原理汽油机是将汽油和空气混合后的可燃混合气吸人发动机氕缸 内（也有的将汽油直接喷入 气缸内），用电火花强制点燃使其燃烧，产生热能膨胀做功。 柴油机是利用喷油泵、喷油器 使柴油在高压下直接喷人发动机气缸内，并与气缸内已经被压 缩的高温、高压空气混合形成 混合气，自燃后产生热能而膨胀做功。3.1四冲程汽油机的工作原理 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 四冲程发动机。 四冲程汽油发动机每完成一个工作循环需要经过进气、压缩、做功和排 气四个过程，如图1-6所示。为了分析工作循环力p与对应的活塞不同位 置的气缸容积v之间的变化关系，通 常用发动机循环示功图表示它们的关系。示功图中曲线所围成的面积表 示发动机一个工作循 环中气体在单个气缸内所做的功。四冲程汽油机的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，如图1-7所示。（1）进气行程 进气行程开始时，进气门开启，排气门关闭， 活塞被曲轴带动从上止 点向下止点移动一个行程，曲轴由0沿顺时针方向转到180。 当活塞从上止点向下止点移动时，气缸内活塞上方的容积增大， 压力降低到小于大气压力，产生真空度。这时，可燃混合气经进 气歧管、进气门被吸入气缸。由于进气系统有阻力，且进气时间 很短，故进气终了时气缸内的气体压力略低于大气压力，压力约 为0. 0750.09MPa。流进气缸内的可燃混合气，因与气缸壁、活塞顶等高温机件接 触并与前一行程（排气行程）残留的高温废气混合，所以它的 温度上升到370 400K。图1-7a所示进气行程用曲线ra表示。 （2）压缩行程 进气行程结束时，活塞在曲轴的带动下， 从下止点向上止点运动，曲轴由l80转到360，气缸内容 积逐渐减小。此时进、排气门均关闭，可燃混合气被压缩 至活塞到达上止点时压缩行程结束。压缩过程中，气体压 力和温度同时升高，并使混合气进一步均匀混合，压缩终 了时，气缸内的压力约为0.61.5MPa，温度约为 600800K。图1-7b所示压缩行程用曲线ac表示。压缩终了时可燃混合气的压力和温度取 决于压缩比。压缩比越大，燃烧速度越快 ，因而 发动机发出的功率便越大，经济性越好。 但压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃 烧，反而会出现爆燃和表面点火等不正常 燃烧现象。1)爆燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内距离点火 中心较远处及具有高温处（如排气门头部、火花塞电极和积 炭处）可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。爆燃时火 焰以极高的速率向外传播，在气体来不及膨胀的情况下，由 于温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速向外推进。这 种压力波撞击燃烧室壁时便发出尖锐的敲击声。爆燃还会引 起发动机过热、功率下降、工作不稳定、燃油消耗增加等一 系列不良后果。严重时会造成气门烧毁、轴承破裂、火花塞 绝缘体击穿等机件损坏现象。2)表面点火是燃烧室内炽热表面与炽热处（ 如排气门头部、火花塞绝缘体、零件表面炽热 的沉积物等）点燃混合气的现象。表面点火发 生时，会伴有沉闷的金属敲击声，所产生的高 压会导致发动机机件负荷增加、活塞和连杆损 坏及气门、火花塞、活塞等零件过热，从而 使发动机寿命降低。(3)做功行程在这个行程中，进、排气门仍关 闭。当活塞接近上止点时，装在气缸盖上的火 花塞在高压电作用下产生电火花，点燃被压缩 的可燃混合气，并迅速燃烧，使气体的温度、 压力迅速升高，从而推动活塞从上止点向下止 点运动，带动曲轴从360转到540， 通过连杆使曲轴旋转做功，至活塞到达下止点 时做功结束。可燃混合气燃烧后，放出大量的热能，使混合气的 压力和温度急剧升高。瞬时压力可达 35MPa，瞬时温度可达2200 2800K，并输出机 械能，除了维持发动机本身继续运转消耗一部分能 量外，其余部分都用于对外做功。在做功行程终了 时，压力降到0.30. 5MP，温度 则降为1300一1600K。图1-7c所示示功图上的曲线 czb表示做功行程气缸内气体压力的变化情况。（4）排气行程 在做功行程接近终了时，排气门打开 进气门关闭，曲轴通过连杆推动活塞从下止点向上止点 运动，曲轴由540旋转到720。废，排气结束。因排气 系统存在排气阻力，排气行程终了时，气缸内压力略高 于大气压力，约为0. 1050.115MPa，温度约为 9001200K。图1-7d所示示功图上的曲线br代表排气行 程。因燃烧室占有一定容积，故排气终了时，不可能 将废气排尽，留下的这一部分废气称为残余废 气。结论：可见四冲程汽油机经过进气、压缩、 做功、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。3.2四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机（压燃式发动机）的工作循环也经历进气、 压缩、做功和排气四个过程。 图1-8所示为四冲程柴油机工作示意图。柴油机在进气行程吸 入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油 压提高到100MPa以上，通过喷油器的高压喷射，将柴油分散 成数以百万计的细小油雾喷入气缸，在很短时间内与压缩后 的高温、高压空气混合，形成可燃混合气。可见，柴油机混 合气的形成不同于汽油机，它是在气缸内形成的。图1-8 四冲程柴油机工作示意图a) 进气行程 b) 压缩行程 c)做功行程 d)排气行程 1-喷油器 2-排气门 3-进气门 4-气缸 5-喷油泵 6-活