内燃机构造 教材: 1、《汽车构造》上册:面向21世纪课程教材一吉林工大陈家瑞主编
内 燃 机 构 造 教材： 1、《汽车构造》上册：面向21世纪课程教材—吉林工大陈家瑞主编
第一章发动机的工作原理和 总体构造
第一章 发动机的工作原理和 总体构造
第一节发动机的分类 、发动机: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。 、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內部并转变成机 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(减少变速器挡数),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
第一节 发动机的分类 一、发动机：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（减少变速器挡数），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,现代转子发动机燃油消耗率 水平接近往复活塞式发动机,但耐久性、可靠性等较差,制造 成本较高
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，现代转子发动机燃油消耗率 水平接近往复活塞式发动机，但耐久性、可靠性等较差，制造 成本较高
往复活塞式内燃机: 1、按所用的燃料分:(1)液体燃料发动机;汽油机( gasoline engine) 柴油机( diesel engi ne)。 (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、按工作循环的冲程数分:(1)四冲程发动机; (2)二冲程发动机。 4、按冷却方式分:(1)水冷发动机; (2)风冷发动机 5、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(增压式发动机)。 6、按气缸数分:(1)单缸发动机; (2)多缸发动机。 7、按气缸排列方式分:(1)单列发动机:直立式发动机、平卧式发动机 (2)双列发动机:V型发动机、水平对置式发动机
1、按所用的燃料分：（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、按工作循环的冲程数分：（1）四冲程发动机； （2）二冲程发动机。 4、按冷却方式分：（1）水冷发动机； （2）风冷发动机。 5、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（增压式发动机）。 6、按气缸数分： （1）单缸发动机； （2）多缸发动机。 7、按气缸排列方式分：（1）单列发动机：直立式发动机、平卧式发动机 （2）双列发动机：V型发动机、水平对置式发动机 往复活塞式内燃机:
第二节四冲程发动机工作原理 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(未来发 展)
一、四冲程汽油机工作原理 （一）基本工作原理 第二节 四冲程发动机工作原理 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——（未来发 展）
(二)单缸汽油机基本结构: 曲柄连杆机构一气缸7内装有活塞8, 活塞通过活塞销10、连杆1l与曲轴14 相连接。活塞在气缸内作往复直线 运动,通过连杆推动曲轴转动,通 过飞轮13对外输出作功。 配气机构一为了吸入新鲜气体和排 出废气,设有进气门2和排气门3, 曲轴14通过正时齿轮副推动配气凸 轮轴转动,凸轮通过挺杆克服气门 弹簧力顶开气门,气门在气门弹簧 预紧力的作用下关闭。 供给系一汽油和空气在化油器4内 混合成新鲜可燃混合气,经过进气 管1、进气门2吸入气缸内,燃烧后 的废气经过排气门3、排气管排入 图1-1单缸四行程汽油机结构示意图 大气中。 1一进气管2—进气门3一排气门4一化油器5—火花塞6—气缸盖 7一气缸8—活塞9—水泵10-活塞销11一连杆12—曲轴箱 13—飞轮14—曲轴15—机油管16—油底壳17机油泵
曲柄连杆机构—气缸7内装有活塞8， 活塞通过活塞销10、连杆11与曲轴14 相连接。活塞在气缸内作往复直线 运动，通过连杆推动曲轴转动，通 过飞轮13对外输出作功。 （二）单缸汽油机基本结构： 配气机构—为了吸入新鲜气体和排 出废气，设有进气门2和排气门3， 曲轴14通过正时齿轮副推动配气凸 轮轴转动，凸轮通过挺杆克服气门 弹簧力顶开气门，气门在气门弹簧 预紧力的作用下关闭。 供给系—汽油和空气在化油器4内 混合成新鲜可燃混合气，经过进气 管1、进气门2吸入气缸内，燃烧后 的废气经过排气门3、排气管排入 大气中
点火系一气缸内的新鲜可燃混 合气经过压缩后由气缸盖上伸 人燃烧室内的火花生的:A3 点火花点燃。 9 润滑系一机油泵17由配气凸轮 轴上的偏心凸轮驱动,将油底 壳16内的机油吸入并经过机油 管15、润滑油道泵入到各运动 件的摩擦部位进行润滑。 12 冷却系一水泵9由曲轴14上的 皮带轮带动,将来自散热器冷 却后的冷却水泵入气缸7燃烧 室周围的冷却水套,经过气缸 盖6中的冷却水套,热水由气 15 缸盖上部的出水口流往散热器
冷却系—水泵9由曲轴14上的 皮带轮带动，将来自散热器冷 却后的冷却水泵入气缸7燃烧 室周围的冷却水套，经过气缸 盖6中的冷却水套，热水由气 缸盖上部的出水口流往散热器。 点火系—气缸内的新鲜可燃混 合气经过压缩后由气缸盖上伸 入燃烧室内的火花塞5产生的 点火花点燃。 润滑系—机油泵17由配气凸轮 轴上的偏心凸轮驱动，将油底 壳16内的机油吸入并经过机油 管15、润滑油道泵入到各运动 件的摩擦部位进行润滑
(三)发动机基本术语 上止点(TDC):活塞顶离曲轴中心最远处。 下止点(BDC.):活塞顶离曲轴中心最近处。 上止点 活塞行程S:上、下止点之间的距离。 曲柄半径R:曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴融 中心的距离。 气缸工作容积Vh:活塞从上止点到下止点所扫过 下止点 的容积(气缸排量)。 发动机工作容积L:多缸发动机各气缸工作容积 5 的总和(发动机排量)。 4S.z式中:D—气缸直径(cm) x·D S活塞行程(cm) i气缸数 燃烧室容积vc:活塞在上止点时,活塞顶上方的 气缸容积(或气缸最小容积) 气缸总容积va:活塞在下止点时,活塞顶上方的 气缸容积(或气缸最大容积)图12发动机示意图 (V=V+V 1—进气门2—排气门3—气缸 压缩比8:气缸总容积与燃烧室容积之比 4一活塞5连杆6曲轴 (8=Va/V=1/Vc) 中心7一曲柄
上止点（T.D.C.）： 下止点（B.D.C.）： 活塞行程S ： 曲柄半径R ： 气缸工作容积Vh： 发动机工作容积VL： VL= 式中：D——气缸直径（cm） S——活塞行程（cm） i ——气缸数 燃烧室容积VC： 气缸总容积Va： 压缩比： （三）发动机基本术语 活塞顶离曲轴中心最远处。 活塞顶离曲轴中心最近处。 上、下止点之间的距离。 曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴 中心的距离。 活塞从上止点到下止点所扫过 的容积（气缸排量）。 多缸发动机各气缸工作容积 的总和（发动机排量）。 活塞在上止点时，活塞顶上方的 气缸容积（或气缸最小容积）。 活塞在下止点时，活塞顶上方的 气缸容积（或气缸最大容积） （ Va= VC+ Vh） 气缸总容积与燃烧室容积之比。 （ =Va / VC =1+ Vh / VC） S i D 4 2
(四)四冲程发动机的工作循环: 在发动机内,每一次将热能转变成机械能都必须经过吸入空气、压缩 和输入燃料,使之发火燃烧而膨胀作功,然后将生成的废气排除这样一系 列连续过程,称为一个工作循环。 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 (1)进气行程(0-180°CA): 活塞自上止点向下止点移动,活塞上方气 缸容积增大,形成一定真空,此时排气门 关闭,进气门打开,可燃混合气由化油器 进气 大气压力绒 经进气歧管、进气门吸入气缸,历时一个 活塞行程,曲轴旋转180°转角。由于有进 气阻力,进气终了时缸内压力低于大气压 燃混合气上情环残条气和高温作。十 的加热,进气终了时缸内气体温度上升到 370~400K。 (a)进气行程
在发动机内，每一次将热能转变成机械能都必须经过吸入空气、压缩 和输入燃料，使之发火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排除这样一系 列连续过程，称为一个工作循环。... （1）进气行程（0~180 CA）： 活塞自上止点向下止点移动，活塞上方气 缸容积增大，形成一定真空，此时排气门 关闭，进气门打开，可燃混合气由化油器 经进气歧管、进气门吸入气缸，历时一个 活塞行程，曲轴旋转180°转角。由于有进 气阻力，进气终了时缸内压力低于大气压 力，约为0.075~0.09MPa；由于气缸内的可 燃混合气受上一循环残余废气和高温零件 的加热，进气终了时缸内气体温度上升到 370~400K。 （a）进气行程 1、四冲程汽油机的工作循环 （四）四冲程发动机的工作循环： 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）