第一章：汽车发动机的工作原理及总体构造

车辆与动力工程系1第一章汽车发动机的工作原理及总体构造第一节内燃机基本结构第二节内燃机基本术语第三节四冲程内燃机工作原理第四节二冲程内燃机工作原理第五节发动机的总体构造第六节发动机的性能指标车辆与动力工程系2第一节内燃机基本结构气缸盖罩(headcover)气缸盖(cylinderhead)机体(engineblock)气缸体(cylinderblock)曲轴箱(crankcase)油底壳(oilpan)气门(valves)凸轮轴(camshaft)气缸(cylinder)活塞(piston)连杆(connectingrod)曲轴(crankshaft)车辆与动力工程系3返回车辆与动力工程系4第二节内燃机的基本术语工作循环(workingcycle)上、下止点(TDC,BDC)活塞行程(stroke)气缸工作容积内燃机排量燃烧室容积气缸总容积压缩比工况、返回车辆与动力工程系5上、下止点活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点(TDC)；活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点(BDC)。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。返回车辆与动力工程系6活塞行程(stroke)上、下止点间的距离S称为活塞行程。曲轴的回转半径R称为曲柄半径。曲轴每回转一周，活塞移动两个活塞行程。对于气缸中心线通过曲轴回转中心的内燃机:S＝2R。返回车辆与动力工程系7气缸工作容积(sweptvolume)定义：上、下止点间所包容的气缸容积式中：D----气缸直径mmS----活塞行程mm)(10462LSDVS返回车辆与动力工程系8内燃机排量(displacement)定义：内燃机所有气缸工作容积的总和式中：i----气缸数VS---气缸工作容积，L)(LiVVSL车辆与动力工程系9多段式排气量调节系统，D-C公司特有技术，05款大切诺基：5.7升V8HEMI发动机MDS系统使发动机工作汽缸在V8-V6-V4之间切换，最大的好处就是提高了发动机的燃油经济性MDS（MultiDisplacementsystem）车辆与动力工程系10VCM可变汽缸系统雅阁3.5LVCM发动机，采取“六缸/四缸/三缸”等不同的运转模式，达到兼顾动力输出或节能的不同需求。返回车辆与动力工程系11燃烧室容积(clearance)活塞位于上止点时，活塞顶面以上气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室，其容积称为燃烧室容积，符号：VC返回车辆与动力工程系12气缸总容积(all)活塞位于下止点时，活塞顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积，符号：Va气缸总容积等于气缸工作容积与燃烧室容积之和CSaVVV返回车辆与动力工程系13压缩比(compressionratio)定义：气缸总容积与燃烧室容积之比(气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比)压缩比是发动机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度。通常汽油机:7～10，柴油机:16～22。绅宝（Saab）的SVC发动机：缸体与缸盖之间安装楔型滑块，缸体可以沿滑块的斜面运动，使得燃烧室与活塞顶面的相对位置发生变化，改变燃烧室的容积。其压缩比范围可从8：1至14：1之间变化。在发动机小负荷时采用高压缩比以节约燃油；在发动机大负荷时采用低压缩比，并辅以机械增压器以实现大功率和高扭矩输出。CScaVVVV1返回车辆与动力工程系14工况及负荷率工况：内燃机在某一时刻的运行状况。以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为发动机转速。负荷率：发动机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值称为负荷率，以百分数表示。负荷率通常简称负荷。返回车辆与动力工程系15第三节四冲程内燃机工作原理进气冲程压缩冲程作功冲程排气冲程工作原理工作过程柴油机返回四冲程往复活塞式内燃机在四个活塞行程内完成进行、压缩、作功（燃烧和膨胀）和排气等四个过程。每一个活塞行程内只进行一个过程。车辆与动力工程系16进气行程(Intake)排气门关闭，进气门打开；活塞在曲轴的带动下由上止点向下止点运动；活塞在移动过程中，气缸容积增大，气缸内形成一定的真空度。空气和汽油的混合物被吸入气缸，在气缸内进一步混合形成可燃混合气。进气终了时，气缸内气体压力约为0.08～0.09MPa，温度达到320～380K。返回车辆与动力工程系17压缩行程(Compression)进、排气门都关闭，气缸内成为封闭容积；曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动；可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高；压缩终了时，可燃混合气压力可达0.8～1.5MPa，温度可达600～750K采用大压缩比，可提高压缩终了时气缸内的压力和温度，从而加快燃烧速度，提高发动机热效率。但太大容易引起“爆震”。返回车辆与动力工程系18作功行程(Power/Expansion)压缩行程结束时，火花塞产生电火花，点燃可燃混合气，火焰迅速传遍整个燃烧室，并放出大量热能；燃烧气体体积膨胀，气缸内气体温度和压力急剧升高，推动活塞从上止点运行到下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。此时，进排气门仍然关闭。燃烧最高压力可达3～6.5MPa，最高温度可达2200～2800K。作功终了时，气体压力降低到0.35～0.5MPa，气体温度降低到1200～1500K。返回车辆与动力工程系19排气行程(exhaust)进气门关闭，排气门打开；活塞由下止点向上止点运动；废气靠自身的残余压力和活塞推动，经排气门排出气缸。排气行程结束后，残留在燃烧室内的少量废气称为残余废气。残余废气压力约为0.105～0.12MPa，温度约为900～1100K。返回车辆与动力工程系20四冲程汽油机工作原理车辆与动力工程系21示功图(indicatordiagram)气缸内气体压力随气缸容积或曲轴转角的变化关系称作示功图图图示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据。将它与所积累的试验数据进行分析比较，可以对整个工作过程或工作过程的不同阶段进展的完善程度作出正确的判断。示功图为曲线围成的面积表示气体在单个气缸内所作的功pvp车辆与动力工程系22车辆与动力工程系23车辆与动力工程系24四冲程汽油机的工作原理小结（1）四冲程汽油机在四个活塞行程内完成进气、压缩、作功和排气等过程，即在一个活塞行程内只进行一个过程。一个工作循环内发动机曲轴转两周，即每一个行程有180度的曲轴转角。在一个循环中，只有一个行程作功。将燃料的化学能转化为曲轴的动能。车辆与动力工程系25四冲程汽油机的工作原理小结（2）实际进气过程中，进气门、排气门早开晚关。为增加进入气缸内的混合气量和减少进气过程所消耗的功，进气门在上止点之前开启，在下止点之后关闭；为减少气缸内的残余废气量和排气过程所消耗的功，排气门在下止点之前开启，在上止点之后关闭。进、排气过程所占曲轴转角都超过180°CA。返回车辆与动力工程系26汽油机工作过程演示返回车辆与动力工程系27四冲程柴油机(compressionignitionengine)工作原理四行程柴油机的工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气四个行程。进气行程：被吸入气缸的是纯空气压缩行程：柴油机压缩比较大作功行程：压缩终了时喷油器将柴油喷入燃烧室，柴油自行燃烧。排气行程：与汽油机相同返回车辆与动力工程系28四冲程柴油机工作循环-工作原理车辆与动力工程系29四冲程柴油机工作原理车辆与动力工程系30返回车辆与动力工程系31第四节二冲程内燃机工作原理第一行程第二行程工作过程返回车辆与动力工程系32第一行程：活塞上行，上方—压缩下方---吸气车辆与动力工程系33第二行程：活塞下行(上半程):上方—作功下方---预压车辆与动力工程系34第二行程：活塞下行(下半程):上方—换气下方---预压车辆与动力工程系35车辆与动力工程系36二冲程汽油机工作过程返回车辆与动力工程系37二冲程汽油机工作原理返回车辆与动力工程系38二冲程柴油机工作原理返回车辆与动力工程系39二冲程柴油机工作原理返回车辆与动力工程系40汽油机柴油机相同点工作行程每个工作循环均包含进气、压缩、燃烧做功和排气四个行程。特点四个活塞行程中都只有一个做功行程，其余均为耗功行程。机构运动在各个活塞行程中进、排气门的开闭，曲柄连杆机构的运动相同。不同点混合气的形成方式缸外混合，在压缩行程进一步混合，压缩行程终了时形成，时间较长缸内混合，在压缩行程终了时燃油直接喷射进入气缸进行雾化混合，时间短着火方式电火花点火自燃（压燃）供油方式化油器（供可燃混合气）/直喷喷油器（油、气单独供）工作状态柔和平稳较为粗暴进气阻力大小压缩比小：7-10高：16-22动力性低高车辆与动力工程系41四冲程二冲程相同点工作过程都包含进气、压缩、燃烧作功排气过程作功情况每个工作循环作功一次不同点工作循环每个工作循环曲轴旋转两周，且角速度不均匀每个工作循环曲轴旋转一周，且角速度较为均匀进排气系统有专门的进排气门设有进气孔、排气孔和扫气孔排气过程利用废气自身剩余压力和活塞的推动排气利用废气自身剩余压力和新气扫除，活塞推动排气，分成先期排气、扫气和额外排气压缩过程在压缩行程中一次压缩完成分为预压缩和再次压缩振动较大较小平稳性较差较好经济性较好较差车辆与动力工程系42附:转子发动机工作原理现代汪克尔转子发动机缸体内部空间总是被分成三个工作室，转子转动这些工作室也在运动，依次在摆线型缸体内的不同位置完成进气、压缩、作功和排气四个过程。转子自转速度与公转速度之比为1:3。车辆与动力工程系43车辆与动力工程系44车辆与动力工程系45车辆与动力工程系46车辆与动力工程系47转子发动机工作原理车辆与动力工程系48转子发动机工作原理车辆与动力工程系49第五节发动机的总体构造返回车辆与动力工程系50车辆与动力工程系51车辆与动力工程系52车辆与动力工程系53车辆与动力工程系54车辆与动力工程系55机体组车辆与动力工程系56机体组作用：发动机的骨架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零部件的装配基体。车辆与动力工程系57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动画车辆与动力工程系58配气机构组成：气门组、气门传动组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，废气从气缸排出动画车辆与动力工程系59进排气系统进气系统功用：尽可能多、尽可能均匀地向各缸供给可燃混合气或纯空气组成：空气滤清器、进气歧管排气系统功用：尽可能多的把燃烧后的废气排出气缸。组成：排气歧管、消声器等车辆与动力工程系60进排气系统返回车辆与动力工程系61燃油供给系统功用：根据发动机运转工况的需要，向发动机供给一定数量的、清洁的、雾化良好的燃油，以便与一定数量的空气混合形成可燃混合气；储存相当数量的燃油，以保证汽车有相当远的续驶里程。车辆与动力工程系62化油器式汽油机燃油供给车辆与动力工程系63电子控制汽油喷射系统车辆与动力工程系64柴油机燃油供给柴油箱8输油泵5柴油滤清器3喷油泵6喷油器12高压油管13低压油管回油管10车辆与动力工程系65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车辆与动力工程系66润滑系统功用：连续不断把数量足够、温度适当的洁净机油输送到传动件的摩擦表面，形成油膜，从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损。车辆与动力工程系67车辆与动力工程系68车辆与动力工程系69点火系统功用：在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气，使发动机作功。车辆与动力工程系70起动系统功用：起动系统是在发动机以自身动力运转之前，协同起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、起动机车辆与动力工程系71演示车辆与动力工程系72发动机的装配过程返回车辆与动力