《汽车构造》课程教学资源（课件讲稿）第一章 汽车发动机的工作原理和总体构造

第一章汽车发动机的工作原 理和总体构造 发动机的定义 第一节发动机分类 发动机是将某一种形式的能量转变成机 第二节四冲程发动机工作原理 械能的机器 第三节二冲程发动机工作原理 ■现代汽车大多使用往复活塞式内燃机 第四节发动机的总体构造 它将燃料在发动机气缸内部进行燃烧 第五节发动机主要性能指标与特性 把产生的热能转变成机械能 第六节内燃机产品名称和型号编制规则 汽油机 发动机分类 按燃料的使用不同分 热力发动机 ■内燃机:活塞式内燃机、燃气轮机 外燃机:蒸汽机 ■活塞式内燃机 四行程发动机 按完成一个工作措环所需行程 按活塞运动方式分为 二行寝发动机 旋转活塞式发动机 按冷却方式不网/水冷发动机 风冷发动机 「单缸发动机单列式 按气如及排列方式{多缸发动机V型 对置式 第二节四冲程发动机工作原理 递 汽油机 1.基本参数及术 活塞行程5 气缸工作容积(气缸排 和 发动机工作容积(发动 草列式 增量

1 第一章 汽车发动机的工作原 理和总体构造 第一节 发动机分类 第二节 四冲程发动机工作原理 第三节 二冲程发动机工作原理 第四节 发动机的总体构造 第五节 发动机主要性能指标与特性 第六节 内燃机产品名称和型号编制规则 发动机的定义 „ 发动机是将某一种形式的能量转变成机 械能的机器 „ 现代汽车大多使用往复活塞式内燃机。 它将燃料在发动机气缸内部进行燃烧， 把产生的热能转变成机械能 第一节 发动机分类 „ 热力发动机 „ 内燃机：活塞式内燃机、燃气轮机 „ 外燃机：蒸汽机 „ 活塞式内燃机 „ 按活塞运动方式分为 „ 往复活塞式发动机 „ 旋转活塞式发动机 按燃料的使用不同分 汽油机 柴油机 按完成一个工作循环所需行程数 四行程发动机 二行程发动机 按冷却方式不同 水冷发动机 风冷发动机 按气缸数及排列方式 单缸发动机 多缸发动机 单列式 Ｖ型 对置式 单列式 Ｖ型 对置式 第二节 四冲程发动机工作原理 „ 一、汽油机 „ 1. 基本参数及术语 „ 活塞行程 S „ 气缸工作容积（气缸排 量）Vh „ 发动机工作容积（发动 机排量）VL „ 燃烧室容积Vc „ 气缸总容积 Va Va=Vh+Vc „ 压缩比ε ε=Va/Vc

第二节四冲程发动机工作原理 主2.汽油机的工作循环 开关Q05-0 3.四冲程发动机的示功图 4.压缩比ε 支F·进气行程 r→>a “越大,(压终了时的压力越大、温度越商,燃烧速度 压缩行程 t过大,易产生爆燃,易产生表面点火。 燃(爆震):离点燃中心较远处的可燃混合气自燃而造成的一 ■作功行程 ·表面点火:由燃烧室内炽热面或炽热点点燃混合气而产生的一种 传统化油器式发动机的压缩比一般为6~9。现代化油 ■排气行程 式动机压般烤为1为21有的达10),果 b->r 示功图 =、柴油机 、柴油机 1.柴油的主要特点 4.柴油机的特点 ■粘度大:不易蒸发:自燃温度低。 压缩比高柴油机16~22,汽油机为6~9 最高转速较低柴油机2500~3000rpm,汽油机4000 ■2.柴油机工作循环与汽油机相同 3.柴油机与汽油机主要不同点 油耗较低比汽油机低约30% 混合气形成:柴油机不用化油器,燃油直接 制造、维修费用高喷油泵、喷油器的制造难度大 喷射入气缸内 振动、噪声较大工作粗暴 点火方式:压燃,无点火系统。 排气污染小过量空气系数大,燃烧比较完全,CO o3的排放量较少

2 第二节 四冲程发动机工作原理 2. 汽油机的工作循环 工作 循环 活塞 运动 进气门 排气门 缸内压力 (MP) 缸内温度 (K) 进气 行程 向下 开 关 0.075－0.09 （终了） 370－400 (终了) 压缩 行程 向上 关 关 0.6－1.2 (终了） 600－700 (终了) 作功 行程 向下 关 关 3－5 (最高) 0.3－0.5 (终了) 2200－2800 (最高) 1300－1600 (终了) 排气 行程 向上 关 开 0.105－0.115 (终了) 900－1200 (终了) 3. 四冲程发动机的示功图 „ 进气行程 r -> a „ 压缩行程 a -> c „ 作功行程 c -> b „ 排气行程 b -> r P V r 示功图 大气压力线 c Z b 上止点 下止点 a 4. 压缩比ε „ 定义：ε= Va/Vc „ ε越大，（压缩终了时的压力越大、温度越高，燃烧速度 越快，因此）发动机功率越大，油耗率越低。 „ ε过大，易产生爆燃，易产生表面点火。 „ 爆燃（爆震）：离点燃中心较远处的可燃混合气自燃而造成的一 种不正常燃烧。 „ 表面点火：由燃烧室内炽热面或炽热点点燃混合气而产生的一种 不正常燃烧。 „ 传统化油器式发动机的压缩比ε一般为 6～9。现代化油 器式发动机压缩比一般为8～11(轿车有的达10以上)。柴 油机压缩比一般为为16～22。 二、柴油机 „ 1. 柴油的主要特点 „ 粘度大；不易蒸发；自燃温度低。 „ 2. 柴油机工作循环与汽油机相同 „ 3. 柴油机与汽油机主要不同点 „ 混合气形成：柴油机不用化油器，燃油直接 喷射入气缸内。 „ 点火方式：压燃，无点火系统。 二、柴油机 „ 4. 柴油机的特点 „ 压缩比高 柴油机16～22,汽油机为6～9； „ 最高转速较低 柴油机2500～3000rpm,汽油机4000～ 6000rpm； „ 油耗较低 比汽油机低约30% „ 质量较大 „ 制造、维修费用高 喷油泵、喷油器的制造难度大 „ 振动、噪声较大 工作粗暴 „ 排气污染小 过量空气系数大，燃烧比较完全，CO、 HC、NOx 的排放量较少

四行程柴油机工作原理 四行程柴油机各行程示意图 新解空气〕 与汽油机工作 原理相比,只有一 个行程即作功行程 柴油粘度比汽油 大、不易蒿发,且 自燃温度又较汽油 压缩自燃式点火。 进气行程压缩行程作功行程排气行程 寺析和比蠡汽鼬机、暮鼬帆的二作异? 首先分别看一下汽油机和柴油机的图示 四行程汽缃机田 四行程叠油机示急田 汽油机和柴油机的比较 相同立曲轴传平周只有作功行程产生动力 墳油器 火花塞 不同点 汽帆 幕 汽油与空气缸外藏合,造入可操避入气的是她空气 电火花点燃合气 高温气你加热乘油燃烧 有火系 元喷油县 有喷油昌 、发动机运转平稳问题 第三节二冲程发动机工作原理 、二冲程汽油机工作原理 ■曲轴每转两周,1个气缸作功1次一曲轴 1工作循环 转速是不均匀的,发动机运转是不平稳 第一行程 第二行程 作功:换 飞轮转动惯量越大,越平稳 缸数越多,越平稳 2结构 第一行程 无进、排气阀(进气孔、排气 孔、扫气孔均由活塞开、闭 活塞顶部为一特殊形状,以利

3 与汽油机工作 原理相比，只有一 个行程即作功行程 中，柴油机由于用 的柴油粘度比汽油 大、不易蒸发，且 自燃温度又较汽油 低，所以采用的是 压缩自燃式点火。 四行程柴油机工作原理 进气行程 压缩行程 作功行程 排气行程 新鲜空气 开始喷油 四行程柴油机各行程示意图 分析和比较汽油机、柴油机的工作异同? 首先分别看一下汽油机和柴油机的图示 火花塞 喷油器 相同点 每个工作循环曲轴转两周; 每一行程 曲轴转半周;只有作功行程产生动力。 无喷油器 有喷油器 有点火系 无点火系 电火花点燃混合气 高温气体加热柴油燃烧 进入气缸的是纯空气 汽油与空气缸外混合，进入可燃 混合气 汽油机 柴油机 不同点 汽油机和柴油机的比较 三、发动机运转平稳问题 „ 曲轴每转两周，1个气缸作功1次—曲轴 转速是不均匀的，发动机运转是不平稳 的。 „ 飞轮转动惯量越大，越平稳 „ 缸数越多，越平稳 第三节 二冲程发动机工作原理 一、二冲程汽油机工作原理 „ 1.工作循环 „ 第一行程（活塞向上）：压缩； 进气（进入曲轴箱） „ 第二行程（活塞向下）：燃烧 作功；换气（缸内进气、排 气）。 „ 2.结构 „ 无进、排气阀（进气孔、排气 孔、扫气孔均由活塞开、闭）； „ 活塞顶部为一特殊形状，以利 换气

第三节二沖程发动机工作原理 冲程柴油机工作原理 3特点 与二冲程汽油机的主要不同之处 功率大理论上为四冲程的2倍,实际为15~16倍 ■进入缸内的是空气而不是可燃混合气,因此 运转平稳每两次行程就有一次作功 可方便地增大进气量(如用扫气泵)。进气 结构简单,质量小无配气机构 充分、燃油经济性好 使用、维修方便 燃油经济性差换气时有部分新鲜可燃混合气随废 进气不经过曲轴箱 气被排出 ■无火花塞,有喷油系统。结构较复杂 排气污染大 带扫气泵的二冲程柴油机 士、二冲程发动机的示功图 aC压缩 ■第一行程 一冲程发动机 C-z燃烧 活塞上行 z-b膨胀作功 扫、换、压 b-f自由排气 ■第二行程 f-dh换气 上止点到下止点·排、扫 gha额外排气 ■比二冲程汽油机的 经济性好 第四节发动机的总体构造 发动机结构示意图 ■2个机构: 曲柄连杆机 配气机构 5个系统 系 润滑系 起动系

4 第三节 二冲程发动机工作原理 „ 3.特点 „ 功率大 理论上为四冲程的2倍，实际为1.5～1.6倍； „ 运转平稳 每两次行程就有一次作功； „ 结构简单，质量小 无配气机构 „ 使用、维修方便 „ 燃油经济性差 换气时有部分新鲜可燃混合气随废 气被排出 „ 排气污染大 二、二冲程柴油机工作原理 „ 与二冲程汽油机的主要不同之处 „ 进入缸内的是空气而不是可燃混合气，因此 可方便地增大进气量（如用扫气泵）。进气 充分、燃油经济性好； „ 进气不经过曲轴箱； „ 无火花塞，有喷油系统。结构较复杂。 带扫气泵的二冲程柴油机 „ 第一行程 „ 活塞上行 „ 扫、换、压 „ 第二行程 „ 活塞下行 „ 排、扫 „ 比二冲程汽油机的 经济性好 三、二冲程发动机的示功图 „ a-c 压缩 „ c-z 燃烧 „ z-b 膨胀作功 „ b-f 自由排气 „ f-d-h 换气 „ h-a 额外排气 第四节 发动机的总体构造 „ 2个机构： „ 曲柄连杆机构 „ 配气机构 „ 5 个系统： „ 供给系 „ 点火系 „ 冷却系 „ 润滑系 „ 起动系 发动机结构示意图

曲柄连杆机构 机 供给系 冷却系 润 滑 火 系

5 曲柄连杆机构 配气机构 供给系 冷却系 润滑系 点火系

起 动 第五节主要性能指标与特性 系 动力性指标 有效转矩T一发动机通过飞轮对外输出的转矩 有效功率P一发动机通过飞轮对外输出的功率 T。一有效扭矩,单位为Nm n一曲轴转速,单位为rmin 第五节主要性能指标与特性 发动机工况(工作状况) 经济性指标 发动机工况用负荷表示 燃油消耗率b。一发动机输出1kW·h的有效功所消耗的燃油量 负荷一发动机发出的功率与同一转速下可能发出的最 (g/kw-h) 大功率之比,用百分数表示 发动机的速度特性 PaT和b随发动机转速n的变化关系 一转速下,节气门开度越大,负荷越大。但二者不 节气门全开时的转速特 工况:鱼荷45-0 发动机部分特性 工况负245-4 节气门部分开启时的转速特性 工况d负45-100% 节气门部分开磨Ⅱ 注拿:负荷与功 不可滑 度外性 负荷与做荷的概念不可混滑。 第六节内燃机产品名称和型 号编制规则(GB725-91) 型号的表示方法 内燃机产品名称均按所采用的燃料命名 如:汽油机、柴油机、双燃料发动机 ■内燃机型号由以下四部分组成 周塑同宽动力 首部:为产品系列符号和换代标志符号,由制 根据需要自选相应字母表 中部:由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号 后部:结构特征和用途特征符号,以字母表示 竟符号 的录 部:区分符号。同一系列产品因改进等原因需要 喜叫及人我二冲 区分时,由制造厂选用适当符号表示 冲很不都号 6

6 起动系 第五节 主要性能指标与特性 „ 动力性指标 „ 有效转矩Te — 发动机通过飞轮对外输出的转矩 „ 有效功率Pe — 发动机通过飞轮对外输出的功率 ( ) 9550 10 60 2 3 kW n T n P T e e e × = ⋅ = ⋅ π − 式中 Te － 有效扭矩，单位为N·m n － 曲轴转速，单位为r/min 第五节 主要性能指标与特性 „ 经济性指标 „ 燃油消耗率be — 发动机输出1kW · h的有效功所消耗的燃油量。 (g/kW·h) „ 发动机的速度特性 „ Pe、Te和be随发动机转速n的变化关系 „ 发动机外特性 节气门全开时的转速特性 „ 发动机部分特性 节气门部分开启时的转速特性 Pe Tee be n 发动机外特性曲线 发动机工况（工作状况） „ 发动机工况用负荷表示 „ 负荷 — 发动机发出的功率与同一转速下可能发出的最 大功率之比，用百分数表示 „ 同一转速下，节气门开度越大，负荷越大。但二者不 成比例。 工况a 负荷=0/45=0 工况b 负荷=20/45=44.4% 工况c 负荷=32/45=71.1% 工况d 负荷=45/45=100% Pe n d c b a 45 32 20 0 (kw) 节气门全开 节气门部分开启Ⅰ 节气门部分开启Ⅱ 注意：负荷与功率的概念不可混淆； 负荷与载荷的概念不可混淆。 第六节 内燃机产品名称和型 号编制规则（GB725-91） „ 内燃机产品名称均按所采用的燃料命名 如：汽油机、柴油机、双燃料发动机。 „ 内燃机型号由以下四部分组成 „ 首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂 根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。 „ 中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号 和缸径符号等组成。 „ 后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。 „ 尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要 区分时，由制造厂选用适当符号表示。 型号的表示方法 系列代号 换代符号 缸数符号 气缸布置形式符号 冲程符号 缸径符号 结构特征符号 用途特征符号 区分符号 无符号——多缸 直列及单缸卧式 V ——V形 P ——平卧形 无符号——水冷 F ——风冷 N ——凝气冷却 S ——十字头式 Dz——可倒转 Z ——增压 ZL——增压中冷 无符号——通用型及固定动力 T ——拖拉机 M ——摩托车 G ——工程机械 Q ——车用 J ——铁路机车 D ——发电机组 C ——船用主机，右机基本型 Cz——船用主机，左机基本型 Y ——农用运输车 E表示二冲程， L ——林业机械 四冲程不标符号 以气缸直径 的mm数表示 首部 中部 后部 尾部

型号编制举例 小结 汽油机 定义发动机是将某一种形式的能量转变成 单缸,二行程, 风冷通用型 机城能的机。 100Q4:四缸,四行程 水冷车用,第四种变型产品 T376Q:三缸,四行程, 水冷车用,系列 分类按不同的分亮方法大致分为四大典 cA488:四缸,四行程, 水冷通用型,CA系列 柴油机 发动机 单缸,四行程,缸径95mm, 常用术语 单缸,四行程,缸径65mm, 六缸,四行程,缸径135mm 汽油发动机四个行程的工作过程 四缸,四行程,缸径105mm 型,X系列 区别子汽油机的工作过程 工作原理 (重点)(油发动机区别于汽油机的工作过程 小结(2) 章复习思考题 1.四冲程依次是哪四个行程 总体构造:汽油机(两大机构五大系能), 2.活塞行程、工作容积(排量)、燃烧室容积、气缸总 柴油机〔两大机构四大系能) 容积、压缩比、分别指什么? 动力性标:有效转距,有效功率 什是购太小对发动机的性能有什么 主要性能 经济性指标:燃汕消耗率 发动机〈指标与特性速度特性 油机和柴油机有哪些主要不同之处 工况与负荷 程发动机的工作循环是怎样的? 程发动机 较,它有什么特点 7.什么叫发动机的速度特性、外特性、部分特性? 内尴机名称及热练识认内燃机名称和规格 良.四冲程汽油机有哪“2个机构、5个系统”? 型号端制规则

7 型号编制举例 „ 汽油机 1E65F： 单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型 4100Q-4： 四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品 TJ376Q： 三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ系列 CA488： 四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA系列 „ 柴油机 195： 单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型 165F： 单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型 6135Q： 六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用 X4105： 四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X系列 发动机是将某一种形式的能量转变成 机械能的机器。 小结（1） 区别于汽油机的工作过程 发动机 常用术语 工作原理 分类 定义 按不同的分类方法大致分为四大类 汽油发动机 （重点） 柴油发动机 四个行程的工作过程 区别于汽油机的工作过程 小结（2） 发动机 总体构造：汽油机（两大机构五大系统）， 柴油机（两大机构四大系统） 主要性能 指标与特性 内燃机名称及 型号编制规则 熟练识认内燃机名称和规格 动力性指标：有效转距，有效功率 经济性指标：燃油消耗率 速度特性 工况与负荷 第一章 复习思考题 1. 四冲程依次是哪四个行程？ 2. 活塞行程、工作容积（排量）、燃烧室容积、气缸总 容积、压缩比、分别指什么？ 3. 压缩比的大小对发动机的性能有什么影响？ 4. 什么是爆燃？ 5. 汽油机和柴油机有哪些主要不同之处？ 6. 二冲程发动机的工作循环是怎样的？与四冲程发动机 比较，它有什么特点？ 7. 什么叫发动机的速度特性、外特性、部分特性？ 8. 四冲程汽油机有哪“２个机构、５个系统”？ 9. 什么叫发动机负荷？