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1、单元1 发动机的基本知识,1.1 概述,1.2 往复活塞式发动机的工作原理,1.3 发动机的总体构造,1.4 发动机的主要性能指标,知识目标：1.了解发动机的定义和类型；2.掌握往复活塞式发动机的工作原理、主要性能指标。能力目标：1.掌握车用发动机的总体构造；2.掌握发动机的型号编制规则。建议学时：10学时,1.1 概述,1.1.1 发动机的定义,1.1.2 发动机的类型,1.1.3 往复活塞式发动机的基本结构,1.1.1 发动机的定义,汽车的动力源是发动机，发动机是将某一种形式的能量转化为机械能的机器。将燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的装置称为热力发动机（简称热机）。,1.1.2 发动机的
2、类型,一、按照点火方式分类二、按照工作循环分类三、按照热力循环分类四、按照凸轮轴的位置及凸轮轴数分类五、按照使用燃料分类六、按照汽缸的数目及排列分类七、按照冷却方式分类,往复活塞式发动机的基本结构,一、按照点火方式分类（1）火花点火发动机（2）压缩点火发动机,（1）火花点火发动机使用高压电火花于压缩行程末期，点燃汽缸中混合气的发动机，如汽油发动机、LPG发动机（液化石油气发动机）、双燃料发动机等。,（2）压缩点火发动机先将空气以极高压缩比在汽缸内压缩，压缩后汽缸内空气的压力及温度均很高，再将柴油或重油以极细的雾粒，喷入汽缸中，自行吸热着火燃烧的发动机，如柴油发动机、重油发动机等。,二、按照工作
3、循环分类按照工作循环分为四冲程发动机和二冲程发动机。（1）发动机的循环（2）行程定义（3）四行程循环（4）二行程循环,（1）发动机的循环,（2）行程定义所谓行程，是指上止点与下止点间的距离。进气行程的作用：即吸入适当比例的燃料与空气的混合气于汽缸中。压缩行程的作用：将吸入的混合气，加以压缩。做功行程的作用：在汽缸内的混合气经过压缩后，点火燃烧，气体膨胀，推动活塞产生动力。排气行程的作用：使燃烧后的废气从汽缸内排出。,（3）四行程循环活塞在汽缸中移动四个行程，即曲轴旋转720，完成一次循环的工作程序。,（4）二行程循环活塞在汽缸中移动两个行程，即曲轴旋转360，完成一次循环的工作程序。,三、按照
4、热力循环分类1.奥托循环2.狄塞尔循环3.混合循环,1.奥托循环在热力学上称为等容循环，被现代汽油发动机广泛采用，如图所示。,2.狄塞尔循环在热力学上称为等压循环，早期的低速柴油发动机采用，如图所示。,3.混合循环又称为等容等压循环，现代柴油发动机采用，如图所示。,四、按照凸轮轴的位置及凸轮轴数分类1.按照凸轮轴位置分类2.按照凸轮轴数分类,1.按照凸轮轴位置分类凸轮轴装在汽缸体内凸轮轴装在汽缸盖上,凸轮轴装在汽缸体内,凸轮轴装在汽缸盖上,2.按照凸轮轴数分类单凸轮轴发动机气门顶置发动机与单凸轮轴顶置发动机均属此类。双凸轮轴发动机有的称为双凸轮轴顶置发动机，即汽缸盖上有两个凸轮轴，一个驱动进气
5、门，另一个驱动排气门。四凸轮轴发动通常用于V型6缸以上发动机。,双凸轮轴发动机(一),双凸轮轴发动机(二),四凸轮轴发动机,五、按照使用燃料分类1.汽油发动机2.柴油发动机3.液化石油气发动机4.双燃料发动机,1.汽油发动机化油器式发动机利用化油器，使汽油与空气依一定比例混合成混合气后，进入汽缸的发动机。进气歧管喷油式发动机使用汽油喷射器，将汽油喷入进气歧管中，与空气混合成混合气，再吸入汽缸。汽缸内直接喷油式使用汽油喷射器，在进气行程或压缩行程，将汽油直接喷入汽缸中，与空气混合成混合气的汽油发动机。,化油器式发动机燃料供给系统,进气歧管喷油式发动机,汽缸内直接喷油式发动机,2.柴油发动机直接喷
6、射式预燃室式涡流室式能量室式,直接喷射式柴油以极高压力直接喷入单室的燃烧室中，如图所示。,预燃室式柴油先喷入预燃室中，预燃后再经一个或数个窄孔喷入主燃烧室中燃烧。,涡流室式柴油喷入球形的涡流室中燃烧后，再以高速经过相当宽的通道进入主燃烧室燃烧，燃烧气体产生快速的涡流，燃烧迅速。,能量室式柴油喷头装在主燃烧室中，喷头的正对面设有能量室，柴油喷入主燃烧室燃烧后，一部分进入能量室中，活塞下行汽缸压力降低后，能量室中的燃烧气体再喷入主燃烧室中燃烧，如图所示。,3.液化石油气发动机以液化石油气(LPG)为燃料的发动机，除氧化氮外，其余污染气体排放量低，且CO2的排放量比汽油发动机低，适合城区公共交通车辆
7、采用。,4.双燃料发动机一般具有两套燃料供应系统，一套供给天然气或液化石油气，另一套供给汽油或柴油。,六、按照汽缸的数目及排列分类1.按照汽缸的数目分类2.按照汽缸的排列方式分类,1.按照汽缸的数目分类单汽缸发动机排气量较小，通常在500ml以下，广泛应用于摩托车、抽水机、割草机等。多汽缸发动机多汽缸的汽油发动机有2、3、4、5、6、8、10、12缸等，通常排气量1 L以下的为24缸，13.5L的为46缸，3.5L以上的为812缸。,2.按照汽缸的排列方式分类直列式发动机V形发动机辐射式发动机对置式发动机水平式发动机,直列式发动机为目前2.0L以下排气量发动机的主流，如图所示。,V形发动机为目
8、前3.0L以上排气量发动机的主流，如图所示。,辐射式发动机,对置式发动机,水平式发动机,四缸水平式发动机的结构,七、按照冷却方式分类1.水冷式发动机2.风冷式发动机,1.水冷式发动机汽缸及气门周围有水套，使用水作为冷却液，利用水将热经水箱散发于空气中，大部分发动机均采用此式。,2.风冷式发动机在汽缸周围装置有很多散热片，以风扇、鼓风机或自然通风方式，使空气流过散热片四周，将发动机热量带走的冷却方式，一般小型发动机采用较多。,1.1.3 往复活塞式发动机的基本结构,（1）活塞的上下往复运动，经连杆传给曲轴，变成旋转运动，如图所示。,（2）活塞顶面在汽缸中的最高点，称为活塞位移的上止点；活塞顶面在
9、汽缸中的最低点，称为活塞位移的下止点；上、下止点间的距离，称为活塞行程；全部汽缸上、下止点间的活塞位移容积，称为排气量；活塞在上止点时，其上方的容积，称为燃烧室容积。,1.2 往复活塞式发动机的工作原理,1.2.1 四冲程汽油机工作原理,1.2.2 四冲程柴油机工作原理,1.2.3 二冲程汽油机工作原理,1.2.4 二冲程柴油机工作原理,1.2.1 四冲程汽油机工作原理,活塞在汽缸中上下运动四个行程，四个行程依照工作的先后次序，分别为进气压缩做功排气四个行程。（1）进气行程。（2）压缩行程。（3）做功行程。（4）排气行程。,四冲程往复活塞式发动机工作原理示意图,（1）进气行程。活塞从上止点下行
10、至下止点，进气门开，排气门关，汽缸内产生真空，将新鲜的混合气吸入汽缸。实际上，一般发动机进气门在上止点前525时开始打开，要在进气行程活塞到达下止点后3565才完全关闭，这种现象称为进气门的早开睌关，或气门正时，如图所示。,（2）压缩行程。此时进气门与排气门均关闭，活塞从下止点上行至上止点，将汽缸中的混合气压缩。压缩混合气的效果，是可燃混合气混合得更均匀，温度提高，燃烧迅速，以获得较大的动力。,（3）做功行程。此时进气门与排气门都关闭，混合气点火燃烧，爆发压力迅速增大，将活塞从上止点推往下止点。火花塞)在上止点前将混合气点燃，但真正有效的做功行程，是活塞从上止点刚下行时开始。做功行程时，汽缸中
11、的最大压力，称为燃烧压力。燃烧时汽缸的最高温度可达2480左右。,（4）排气行程。活塞从下止点上行至上止点，进气门关闭，排气门打开，汽缸中已燃烧过的废气，经排气门与排气歧管等排至大气中。实际上，排气门必须在做功行程时，活塞到达下止点前3565时开始开启，要在活塞到达上止点后525才完全关闭，这种现象称为排气门的早开晚关，或气门正时，如图所示。,1.2.2 四冲程柴油机工作原理,四冲程柴油机（压燃式发动机）的每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个行程。但由于柴油机的燃料是柴油，其黏度比汽油大，而其自燃温度却较汽油低，故可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。,四冲程柴油发动机工作循环,柴
12、油机在进气行程吸入的是纯空气，在压缩行程终了时，柴油机喷油泵将油压提高到1015MPa以上，通过喷油器喷入汽缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。因此，这种发动机的可燃混合气是在汽缸内部形成的。,柴油机与汽油机比较，各有特点。汽油机具有转速高、质量小、工作噪声小、起动容易、制造和维修费用低等特点，故在客车和轻型货车及越野车上得到广泛的应用；其不足之处是燃油消耗率高，燃油经济性差。柴油机因压缩比高，燃油消耗率平均比汽油机低20%30%左右，且柴油价格较低，所以燃油经济性好。一般装载质量为5t以上的货车大都采用柴油机。柴油机的缺点是转速较汽油机低、质量大、制造和维修费用高。,由此
13、可见，四冲程发动机在一个工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是做功的，其余三个则是做功行程的辅助行程。在多缸四冲程发动机的每一个汽缸内，所有的工作过程是相同的，并按上述次序进行，但所有汽缸的做功行程并不同时发生。,1.2.3 二冲程汽油机工作原理,（1）活塞移动两个行程，即曲轴转一圈(360)，可完成进气、压缩、做功、排气四个工作过程，完成一次循环的发动机，称为二冲程循环发动机。（2）因活塞只上下二次，必须完成进气、压缩、做功、排气等工作过程，故没有独立的进气及排气行程。,（3）二冲程汽车及机车用小型汽油发动机，因混合气须利用曲轴箱预压后进入汽缸中，故曲轴箱中不能装机油，曲轴、连杆及活塞等机
14、件的润滑，须靠混在汽油中的机油来达成，润滑效果较差，故只适用于小型发动机。,（4）二冲程汽油发动机的工作原理，如图所示。进气过程分成两个阶段：活塞从下止点上行将扫气孔封闭时起，至活塞到达上止点时止，因活塞向上移动，曲轴箱容积增大，而产生真空，单向进气阀打开，混合气进入曲轴箱中。活塞从上止点转而下行，单向阀关闭，曲轴箱容积变小，其内的混合气被曲轴压缩，到活塞使扫气孔开启时起，混合气从曲轴箱中，经扫气孔进入汽缸中，直至活塞到达下止点转而上行，再将扫气孔封闭为止，完成进气过程。,二冲程汽油发动机的工作原理,压缩过程：从活塞由下止点上行将排气孔封闭后，至活塞到达上止点时止，与进气过程第一阶段的大部分同
15、时发生。做功过程：活塞将到达上止点附近时，火花塞点火，可燃混合气燃烧，将活塞从上止点向下推动，直到活塞使排气孔打开为止。排气过程：从活塞下行使排气孔开启时起，至活塞经下止点转而上行，再将排气口封闭时止。,1.2.4 二冲程柴油机工作原理,二冲程柴油机的工作过程和二冲程汽油机的工作过程相似，所不同的是，进入柴油机汽缸的不是可燃混合气，而是纯空气。空气由扫气泵提高压力以后，经过装在汽缸外部的空气室和汽缸壁（或汽缸套）上的许多小孔进入汽缸内，废气经由汽缸盖上的排气门排出。,二冲程柴油发动机的工作循环,在第一行程中，活塞自下止点向上止点移动。行程开始前不久，进气孔和排气门均已开启，利用自扫气泵流出的空
16、气（压力为0.120.14MPa）使汽缸换气。但活塞继续向上移动，进气孔被遮盖，排气门也被关闭，空气受到压缩。当活塞接近上止点时，汽缸内的压力增到3MPa，温度升至8501000K，燃油在高压（1720MPa）下喷入汽缸内。这时燃油自行着火燃烧，使汽缸内压力增高。,在第二行程中，活塞受燃烧气体的膨胀作用自上止点向下止点移动而做功。活塞下行2/3行程时排气门开启，排出废气。此后，汽缸内压力降低，进气孔开启，进行换气。换气一直继续到活塞向上移动1/3行程的距离、进气孔完全被遮盖为止。,1.3 发动机的总体构造,1.3.1 发动机的组成,1.3.2 发动机型号编制规则,1.3.1 发动机的组成,1.
17、机体曲柄连杆机构 2.配气机构3.供给系 4.点火系5.冷却系 6.润滑系7.起动系,1.机体曲柄连杆机构（1）机体：发动机的机体组包括汽缸盖、汽缸体及油底壳。（2）曲柄连杆机构：曲柄连杆机构包括活塞、连杆、带有飞轮的曲轴等。,2.配气机构配气机构包括进气门、排气门、摇臂、气门间隙调节器、凸轮轴以及凸轮轴定时带轮（由曲轴定时带轮驱动）。其作用是使可燃混合气及时充入汽缸并及时从汽缸排出废气。,3.供给系供给系包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器等。其作用是把汽油和空气混合成成分合适的可燃混合气供入汽缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。,4.点火系点火系的
18、功用是保证按规定时刻及时点燃汽缸中被压缩的混合气。其中包括供给低压电流的蓄电池和发动机以及分电器、点火线圈与火花塞等。,5.冷却系冷却系主要包括水泵、散热器、风扇、分水管以及汽缸体和汽缸盖里铸出的空腔（水套）等。其功用是把受热机件的热量散到大气中去，以保证发动机的正常工作。,6.润滑系润滑系包括机油泵、机油集滤器、限压阀、润滑油道、机油滤清器等。其功用是将润滑油供给做相对运动的零件，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。,7.起动系包括起动机及其附属装置，用以使静止的发动机起动并转入自行运转。,车用发动机一般都有上述两个机构和五个系统组成。桑塔纳AJR汽
19、车发动机外形图,依维柯柴油发动机外形图,1.3.2 发动机型号编制规则,根据（GB 725-82）规定，分为以下四个部分：首部：为制造厂根据需要自选相应字母表示的，经主管部或由部主管标准机构核准的产品系列符号或换代标志符号。中部：由缸数符号、行程符号、汽缸排列形式符号和缸径符号组成。后部：用字母表示结构特征和用途特征符号。尾部：为区分符号，同系列产品因改进原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。,内燃机型号编制规则,（1）柴油发动机型号列表,（2）汽油发动机型号列表,1.4 发动机的主要性能指标,1.4.1 动力性指标,1.4.2 经济性指标,1.4.1 动力性指标,1.有效转矩2.有效功率,1.有效转矩发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，以 Te 表示，单位为Nm。,2.有效功率发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率。用Pe表示，单位为kW。,1.4.2 经济性指标,发动机每发出1kW有效功率，在1h内所消耗的燃油质量（以g为单位），称为燃油消耗率，用 be表示。很明显，燃油消耗率越低，经济性越好。,Thank you!,
