单缸四行程发动机（汽油机）设计大纲一：原理： 单缸四行程汽油发动机的工作原理是发动机将化学能转化为机械能的机器，它的转化过程实际上就是工作循环的过程，简单来说就是通过燃烧气缸内的燃料，产生动能，驱动发动机气缸内的活塞往复的运动，由此带动连在活塞上的连杆和与连杆相连的曲柄，围绕曲轴中心作往复的圆周运动，而输出动力的。发动机的一个工作循环包括有四个活塞行程，活塞行程就是指活塞由上止点到下止点之间的距离的过程，包括进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程：（1）进气行程 在这个行程中，发动机的进气门开启，排气门关闭，气缸与化油器相通，随着活塞由上止点向下止点移动，活塞上方容积增大，从而使气缸内的压力降到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸力，这样空气便经由进气管道和进气门被吸入气缸，同时喷油嘴喷出雾化的汽油与空气充分混合，可燃混合气体被吸入气缸内。活塞行至下止点时，曲轴转过半周，进气门关闭，进气行程结束。此时气缸内的气体压力约为 0.0750.09MPa。而此时气缸内的可燃混合气的温 度已经升高到 370-400K。（2）压缩行程 进气行程结束后，为使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。在这个过程中，进气门、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程，即压缩行程。此 时混合气压力会增加到 a，温度可达 600-700K。（3）做功行程 在这个过程中，进气门、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，火花塞发出电火花，点燃可燃混合气体。由于混合气体迅速燃烧膨胀，在极短的时间内压力可达到3-5MPa，最高温度约为2200-2800K。高温、高压的燃气推动活塞迅速下行，通过连杆使曲柄旋转并输出机械能，除了维持 发动机本身继续运转外，其余即用于对外做功。在做功行程中，活塞自上止点移至下止点，曲轴转至一周半。随活塞向下运动，活塞上方容积增大，燃气温度、压力逐渐降。在行程终了时，压力降至 0.3-0.5MPa， 温度则为 1300-1600K。（4）排气行程 混合气体燃烧后成了废气，为了便于下一个工作循环，这些废气应及时排出气缸，所以在做功行程终了时，排气门开启，活塞向上移动，废气便排到气缸外，这就是排气行程。在此行程中，气缸内压力稍微高于大气压力， 约为 0.105-0.115MPa。当活塞到达上止点附近时，排气行程结束，此时的废气 温度约为 900-1200K。 当活塞到达上止点时，排气门关闭、曲轴转至两周，完成一个工作循环。由此可见，四行程发动机经过进气、压缩、做功、排气四个过程，完成一个工作循环。这期间活塞在上、下止点间往复移动了四个行程，相应的曲轴旋转了两周。由上面的分析我们可以看出二行程与四行程汽油机不同，即二行程汽油机曲轴每转动一周就有一个做功行程，因此，理论上相同排量的二行程发动机的功率应该等于四行程发动机的二倍。和四行程发动机相比，由于做功频率较快，因而运转比较均匀平稳。而且结构简单。但是二行程发动机换气过程中新鲜气体损失较多，废气排放也不彻底，而且气孔占据了一部分活塞行程，做功时能量损失较大，经济性较差。基本术语：1.上止点：活塞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(mm)。 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(mm)。 曲轴每转一转，活塞移动两个行程。 5.气缸工作容积(h)：活塞从上止点到下止点所让出的空间容积(L)。 h =D2S/(4106) (L) 式中：D气缸直径(mm)。 6.发动机排量(L)：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 L =h i (L) 7.燃烧室容积(C)：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(L)。 8.气缸总容积(a)：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 a =h +C 9.压缩比（） 气缸总容积与燃烧室容积的比值，即 =Va/Vc=1+Vh/Vc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1622。二：结构：（一） 总体结构图（水冷）：1油底壳 2机油 3曲轴 4曲轴同步带轮 5同步带 6曲轴箱 7连杆 8活塞 9水套 10汽缸 11汽缸盖 12排气管 13凸轮轴同步带轮 14摇臂 15排气门 16凸轮轴 17高压线 18分电器 19空气滤清器 20化油器 21进气管 22点火开关 23点火线圈 24火花塞 25进气门 26蓄电池 27飞轮 28启动机（二） 基本构造： 发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。 （1) 曲柄连杆机构 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。（2) 配气机构 配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。（3) 燃料供给系统 汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。（4) 润滑系统 润滑系的功用是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。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。（5) 冷却系统 冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。（6) 点火系统 在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。（7) 起动系统 要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。 汽油机由以上两大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成。（三） 零件：1. 气缸：活塞往复运动的工作腔，其内表面为圆柱体。2. 活塞和连杆：活塞和连杆是实现能量转换的部件。活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动。3. 曲轴和飞轮:曲轴接受活塞连杆传来的力旋转，并通过飞轮将动力输出。 活塞环 活塞 活塞销连杆 连杆轴承 曲轴 曲轴齿轮曲轴带轮曲轴轴承飞轮4. 气门：负责向气缸内输入燃料并排出废气。分为进气门和排气门。5. 火花塞：适时产生电火花用来点燃汽油和空气的混合气。三、 设计数据（未取得）。暂略四、 设计内容及方案分析：（一） 曲柄连杆机构的受力分析1. 曲柄连杆机构的类型及方案选择2. 曲柄连杆机构运动学（活塞的位移、速度、加速度）3. 曲柄连杆机构中的作用力（二） 活塞组的设计1. 活塞的设计（工作条件、设计要求、材料、头部和群部设计）2. 活塞销的设计（结构、材料、强度和刚度计算）3. 活塞销座设计4. 活塞环设计及计算（形状及主要尺寸、强度校核）（三） 连杆组的设计1. 连杆的设计（工作情况、设计要求、材料选用、长度）2. 连杆小头的结构设计与强度刚度计算3. 连杆杆身的结构设计与强度计算4. 连杆大头的结构设计与强度刚度计算5. 连杆螺栓设计（工作负荷与预紧力、屈服强度校核和疲劳计算）（四） 曲轴的设计1. 曲轴的结构形式和材料的选择（工作条件和设计要求、结构形式、材料）2. 曲轴尺寸（曲轴销、主轴颈直径和长度、曲柄、平衡重、油孔位置和尺寸、曲轴两端结构、曲轴止推）3. 曲轴的疲劳强度校核（作用于单元曲拐上的力和力矩、名义应力的计算）（五） 齿轮机构的设计1. 传动类型的选择2. 变为因数的选择3. 齿轮机构几何尺寸的计算（六） 曲轴整体模型计算结果分析1. 压应力分析2. 拉应力分析3. 疲劳强度校核五、 曲柄连杆机构的装配与运动分析（一） 活塞及连杆的装配（组件装配的分析与思路、活塞组件装配步骤、连杆组件装配步骤）（二） 定义曲轴连杆的连接（三） 建立运动分析（四） 获取分析结果（五） 对结果分析六、 结论七、 总结八、 参考文献此为设计大纲，设计数据与设计对象可能会因情况而改变，其中包括发动机热力学计算等内容会按照设计要求增减。