发动机基本术语与类型发动机基本术语与类型 发动机简单工作原理发动机简单工作原理 发动机性能指标发动机性能指标 第一章第一章 发动机工作原理与总体构造发动机工作原理与总体构造发动机基本术语发动机基本术语 发动机分类发动机分类 发动机总体构造发动机总体构造 第一节第一节 发动机基本术语和类型发动机基本术语和类型 发动机 是汽车的动力源，是把某一种形式的能量转变成机械能的机器。 现代汽车所使用的发动机多为内燃机。内燃机把燃料燃烧的化学能转变成热能，然后又把热能转变成机械能，并且这种能量转换过程是在发动机气缸内部进行的。汽车上使用的内燃机主要是汽油机和柴油机。发动机发动发动机结机结构示构示意图意图单缸发动机结构示意图上止点上止点 （TopDeadCenterTopDeadCenter） 活塞离曲轴旋转中心最远的位置活塞离曲轴旋转中心最远的位置 下止点下止点（BottomDeadCenterBottomDeadCenter） 活塞离曲轴旋转中心最近的位置活塞离曲轴旋转中心最近的位置 活塞行程活塞行程 SS 上下止点之间的距离上下止点之间的距离 上止点上止点 下止点下止点 活塞行程活塞行程曲柄半径曲柄半径RR 曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离 气缸工作容积（排量）气缸工作容积（排量）V VS S （L L） 活塞由上止点运动到下止点，活塞顶部所扫过的容积活塞由上止点运动到下止点，活塞顶部所扫过的容积 V VS S=(=( /4)D/4)D2 2SS 1010-6-6曲柄半径曲柄半径 气缸工作容积气缸工作容积燃烧室容积（压缩容积）燃烧室容积（压缩容积）V VC C 活塞位于上止点时，活塞顶部上方的容积 气缸总容积气缸总容积VVa a 气缸工作容积与燃烧室容积之和容积之和 V Va a=V=VS S+V+VC C 燃烧室容积燃烧室容积 气缸总容积气缸总容积压缩比压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比容积之比 =V Va a/V/VC C=1+V=1+VS S/V/VC C 表示气缸内气体被压缩的程度表示气缸内气体被压缩的程度 （压缩终了气体（压缩终了气体）P P、T T 汽油机一般汽油机一般6 61111，柴油机一般，柴油机一般16162222压缩比压缩比 发动机（内燃机）排量发动机（内燃机）排量VVL L（L L） 所有气缸的工作容积之和 V VL L=iV=iVS S 发动机排量发动机排量 热能动力装置（热机）热能动力装置（热机） 内燃机内燃机 直接以燃料燃烧所生成的燃料产物为工质直接以燃料燃烧所生成的燃料产物为工质的热机的热机 活塞式内燃机活塞式内燃机（汽车发动机）（汽车发动机） 往复活塞式往复活塞式 旋转活塞式旋转活塞式 燃气轮机燃气轮机 外燃机外燃机 燃料燃烧加热其它工质（水）燃料燃烧加热其它工质（水） 蒸气机蒸气机 汽轮机汽轮机二、二、发动机的分类发动机的分类液体燃料发动机液体燃料发动机 汽油机汽油机 柴油机柴油机 代用燃料（非石油燃料）发动机代用燃料（非石油燃料）发动机 酒精、氢气、甲醇发动机等酒精、氢气、甲醇发动机等 气体燃料发动机气体燃料发动机 天然气发动机天然气发动机 液化石油气发动机等液化石油气发动机等按所用燃料种类按所用燃料种类 四冲程发动机四冲程发动机 二冲程发动机二冲程发动机按工作循环的冲程数按工作循环的冲程数 点燃式发动机、压燃式发动机点燃式发动机、压燃式发动机 按发火方式按发火方式单缸发动机单缸发动机 多缸发动机多缸发动机 按气缸数按气缸数 直列立式、直列卧式、直列立式、直列卧式、V V型发动机型发动机 按气缸排列方式按气缸排列方式 水冷发动机水冷发动机 风冷发动机风冷发动机按冷却方式按冷却方式非增压发动机非增压发动机 增压发动机增压发动机 按进气方式按进气方式 每气缸设有一个进气门和一个排气每气缸设有一个进气门和一个排气 门的发动机，称为门的发动机，称为二气门发动机二气门发动机 ； 每气缸设有每气缸设有2 2个进气门和个进气门和2 2个排气个排气门的发动机，称为门的发动机，称为四气门发动机四气门发动机 ； 每气缸设有每气缸设有3 3个进气门和个进气门和2 2个排气门个排气门的发动机，称为的发动机，称为五气门发动机五气门发动机 。按每气缸的气门数按每气缸的气门数20100903Z20100903Z第二节第二节 发动机的总体构造发动机两大机构五大系统曲柄连杆机构配气机构供给系统冷却系统润滑系统点火系统起动系统 机体机体 气缸体气缸体+ +曲轴箱的曲轴箱的连铸体连铸体 构成气缸的零件称做构成气缸的零件称做气缸体气缸体 支承曲轴的零件称作支承曲轴的零件称作曲轴箱曲轴箱 骨架作用，安装各个骨架作用，安装各个机构和系统机构和系统气缸盖气缸盖 组成燃烧室，布置组成燃烧室，布置各零件各零件机体组机体组主要件主要件 活塞、连杆、活塞、连杆、曲轴曲轴 功用功用 将活塞的往复将活塞的往复直线运动直线运动曲曲轴的旋转运动轴的旋转运动，对外输出动，对外输出动力力活塞连杆组曲轴飞轮组机体组曲柄连杆机构曲柄连杆机构曲柄连杆机构 功用：将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动 组成：由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等 功用功用 定时开启和关闭进排气门定时开启和关闭进排气门 主要部件主要部件 气门组气门组 传动组传动组配气机构配气机构 配气机构 功用：按工作循环和发火次序的要求，定时开、闭进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出 组成：气门组、气门传动组配气机构 功用：按工作循环和发火次序的要求，定时开、闭进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出 组成：气门组、气门传动组 燃油供给系统燃油供给系统 将燃油及时供给气缸将燃油及时供给气缸 进、排气系统进、排气系统 将空气及时供给气缸将空气及时供给气缸 将废气及时排除将废气及时排除供给系统供给系统供给系统 空气供给系统：向发动机提供混合气燃烧所需要的空气，并测出进入气缸的空气量 燃油供给系统：向发动机提供燃烧混合气所需的燃油量 电子控制系统：对各种传感器送来的信息进行运算、处理和分析判断，然后发出各种控制指令，使执行器按规定动作。同时具有故障检测功能(OBD)汽油机点燃混合气汽油机点燃混合气通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。点火系统点火系统点火系统 功用：是在压缩行程终了时准确点火 组成：由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等 返回功用功用 防止发动机过热，及时散热防止发动机过热，及时散热 分类分类 风冷系风冷系 水冷系水冷系冷却系冷却系冷却系的工作演示冷却系统 功用：使发动机 在所有工况下都 保持在适当的温 度范围内 组成：由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等。返回 功用功用 润滑、冷却、清洁、密封、防腐润滑、冷却、清洁、密封、防腐 润滑方式润滑方式 压力润滑压力润滑 飞溅润滑飞溅润滑润滑系润滑系润滑系的油路润滑系统 功用：向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。 组成：由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等。 利用外力起动发动机利用外力起动发动机起动系起动系起动系统 功用：起动系统是在发动机以自身动力运转之前，协同启动发动机的机电部件的结合。它将蓄电池的电能转变为机械能 组成：蓄电池、点火开关、起动机第三节第三节 四冲程发动机工作原理四冲程发动机工作原理 四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机工作原理 四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理 工作循环工作循环 进气行程 压缩行程 作功行程 排气行程四冲程内燃机工作循环四冲程内燃机工作循环行程行程活塞运动活塞运动气门状态气门状态曲轴转角曲轴转角功用功用进气门进气门排气门排气门第一第一 上上下下开开关关0 00 01801800 0 进气进气第二第二 下下上上关关关关1801800 03603600 0 压缩压缩第三第三 上上下下关关关关3603600 05405400 0 作功作功第四第四 下下上上关关开开5405400 07207200 0 排气排气工作循环特点工作循环特点1、进气行程 2、压缩行程 3、作功行程 4、排气行程单缸四冲程汽油机的工作过程一、一、四冲程汽油机工作原理排气门关闭进气门开启活塞温度370440 K， 压力7590 kPa 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。进气行程进气提前角 早于上止点开启 增加进入气缸内的混合气量 进气晚关角 迟于下止点关闭 减少进气过程所消耗的功 进气终了时刻 p：约为0.070.09MPa大气温度由进气门开启到进气门关闭PraV（）大气压力线进气行程示功图进气行程示功图进气门关闭排气门关闭活塞压缩比： =Va/VcPVra示功图大气压力线c上止点下止点温度600800K， 压力6001500 kPa 压缩行程（压缩上止点） 进气门关闭 排气门关闭 活塞上行，气缸内气体被压缩，缸内压力温度都升高 p：约为0.81.5MPa T：约为600750K 由进气门关闭到活塞移到上止点PraV（）大气压力线c压缩行程示功图压缩行程示功图进气门关闭排气门关闭活塞PVra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15001700 K， 压力300500 kPa 作功行程火花塞跳火，点燃可燃混合气，燃烧气体的体积急剧膨胀 进气门关闭 排气门关闭 高温高压燃气推动活塞下行，对外作功 p：高达3.06.5MPa T：高达22002800K 作功行程结束时 p：约为0.350.5MPa T：约为12001500K 燃气压力推动活塞由上止点移至下止点PraV（）大气压力线cZb作功行程示功图作功行程示功图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105125 kPa残余废气排气行程 排气提前角 早于下止点开启 减少气缸内的废气量排气晚关角 迟于上止点关闭 减少排气过程消耗的功 排气终了时，残余废气 p：0.1050.12MPa T：9001100K 气门重叠角 在排气门关闭之前，进气门就已打开，进 气门同时开启时期所对应的曲轴转角从排气门开启到排气门关闭的时刻PraV（）大气压力线cZb排气行程示功图排气行程示功图二、四冲程柴油机工作原理二、四冲程柴油机工作原理 吸入的只是纯净空气吸入的只是纯净空气 进气系统阻力较小，残余废气的温度较低进气系统阻力较小，残余废气的温度较低 进气行程结束时进气行程结束时 P P：约为：约为0.0850.095MPa 0.0850.095MPa T T：约为：约为310340K 310340K 压缩行程压缩行程 压缩比大压缩比大 压缩行程终了时压缩行程终了时 P P：高达：高达35 MPa 35 MPa T T：高达：高达7501000K7501000K进气行程进气行程 喷油器高压雾状喷油（喷油器高压雾状喷油（1020MPa1020MPa） 柴油蒸发汽化，形成可燃混合气柴油蒸发汽化，形成可燃混合气 温度远高于柴油的自燃点（温度远高于柴油的自燃点（600K600K） 燃气压力、温度迅速升高，膨胀作功燃气压力、温度迅速升高，膨胀作功 最大压力和温度最大压力和温度 P P：高达：高达69MPa 69MPa T T：高达：高达18002200K 18002200K 作功行程结束时作功行程结束时 P P：0.20.5MPa 0.20.5MPa T T：10001200K10001200K作功行程作功行程排气终了时残余废气排气终了时残余废气 P P：约为：约为0.1050.12MPa 0.1050.12MPa T T：约为：约为700900K700900K排气行程排气行程Pra大气压力线V（）Zbc四冲程柴油机示功图四冲程柴油机示功图喷油器喷油泵吸气行程压缩行程作功行程排气行程进气门排气门纯空气温度300370K压力800900