汽车发动机之——第1章发动机基本知识演示文稿课件

兰州工业高等专科学校交通工程系第第1 1章章 发动机基本知识发动机基本知识汽车构造汽车构造11.按所用燃料按所用燃料分：分：汽油机、柴油机一、分类一、分类1.1 1.1 概述概述22.按冲程分：按冲程分：四冲程式和二冲程式1.1 1.1 概述概述33.3.按冷却方式分：按冷却方式分：水冷式和风冷式1.1 1.1 概述概述44.按气缸数目分：按气缸数目分：单缸发动机和多缸发动机1.1 1.1 概述概述55.按气缸排列方式分：按气缸排列方式分：单列式和双列式（V型）。1.1 1.1 概述概述66.按进气状态分：按进气状态分：增压和非增压1.1 1.1 概述概述77.按活塞运动方式分：按活塞运动方式分：往复活塞式和旋转活塞式1.1 1.1 概述概述8 目前，应用最广、数量最多的汽车发动机为水冷、四冲程往复活塞式内燃机，其中汽油机汽油机用于轿车和轻型客、货车上，而大客车和中、重型货车发动机多为柴油机柴油机。少数轿车和轻型客、货车发动机也有用柴油机的。以风冷或二冲程活塞式内燃机为动力的汽车为数不多。特别是从20世纪80年代起，在世界范围内，就不再有以二冲程活塞式内燃机为动力的轿车了。1.1 1.1 概述概述9二、汽车发动机的基本结构1.1 1.1 概述概述101.1.工作循环工作循环6.6.燃烧室容积燃烧室容积2.2.上、上、下止点下止点3.3.活塞行程活塞行程4.4.气缸工作容积气缸工作容积5.5.内燃机排量内燃机排量7.7.气缸总容积气缸总容积8.8.压缩比压缩比三、汽车发动机的基本术语三、汽车发动机的基本术语1.1 1.1 概述概述111.1.工作循环工作循环每一个工作循环包括进气、压缩、作功和排气四每一个工作循环包括进气、压缩、作功和排气四个过程，即个过程，即由进气、压缩、做功、排气由进气、压缩、做功、排气4 4个过程组个过程组成的循环称为发动机的工作循环成的循环称为发动机的工作循环。1.1 1.1 概述概述122.2.上、下止点上、下止点 活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；活活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点。塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点。1.1 1.1 概述概述133.3.活塞行程：上、下止点之间的距离。一般用活塞行程：上、下止点之间的距离。一般用s s表示。表示。对应一个活塞行程，曲轴旋转对应一个活塞行程，曲轴旋转180180。1.1 1.1 概述概述144.4.曲柄半径曲柄半径曲轴旋转中心到曲曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离柄销中心之间的距离称为曲柄半径，一般称为曲柄半径，一般用用R R表示。通常活塞表示。通常活塞行程为曲柄半径的两行程为曲柄半径的两倍，即倍，即s=2Rs=2R 。曲柄半径曲柄半径1.1 1.1 概述概述155.5.气缸工作容积气缸工作容积上、下止点间所包容的气缸容积称为气缸工作容积。上、下止点间所包容的气缸容积称为气缸工作容积。1.1 1.1 概述概述166.6.内燃机排量内燃机排量内燃机所有气缸工作容积的总和称为内燃机排量。内燃机所有气缸工作容积的总和称为内燃机排量。1.1 1.1 概述概述177.7.燃烧室容积燃烧室容积 活塞位于上止点时，活塞顶面以上气缸盖底面以活塞位于上止点时，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，下所形成的空间称为燃烧室，其容积称为燃烧室容积，也叫压缩容积。也叫压缩容积。1.1 1.1 概述概述188.8.气缸总容积气缸总容积气缸工作容积与燃烧室容积之和为气缸总容积。气缸工作容积与燃烧室容积之和为气缸总容积。1.1 1.1 概述概述199.9.压缩比压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比 。压压缩比的大小表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内缩比的大小表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内的气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。的气体压力和温度就越高。1.1 1.1 概述概述20一、一、四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机工作原理n发动机把热能转换成机械能首先必须进气，把可燃混发动机把热能转换成机械能首先必须进气，把可燃混合气合气(或新鲜空气或新鲜空气)引入气缸；然后将进入气缸的可燃混合引入气缸；然后将进入气缸的可燃混合气气(或新鲜空气或新鲜空气)压缩，压缩接近终点时点燃可燃混合气压缩，压缩接近终点时点燃可燃混合气(或或将柴油高压喷入气缸内形成可燃混合气并引燃将柴油高压喷入气缸内形成可燃混合气并引燃)；可燃混合；可燃混合气着火燃烧，膨胀推动活塞下行实现对外作功；最后排出气着火燃烧，膨胀推动活塞下行实现对外作功；最后排出燃烧后的废气。即燃烧后的废气。即进气、压缩、作功、排气进气、压缩、作功、排气四个过程。把四个过程。把这四个过程叫做发动机的一个工作循环，工作循环不断地这四个过程叫做发动机的一个工作循环，工作循环不断地重复，就实现了能量转换，使发动机能够连续运转。重复，就实现了能量转换，使发动机能够连续运转。n把完成一个工作循环，曲轴转两圈把完成一个工作循环，曲轴转两圈(720)(720)，活塞上下往，活塞上下往复运动四次的发动机，称为复运动四次的发动机，称为四冲程发动机四冲程发动机。1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理211.1.进气行程进气行程 活塞在曲轴的带动下活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点由上止点移至下止点。此。此时时排气门关闭，进气门开排气门关闭，进气门开启。启。在活塞移动过程中，在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸气缸容积逐渐增大，气缸内形成一定的真空度。空内形成一定的真空度。空气和汽油的混合物通过进气和汽油的混合物通过进气门被吸入气缸，并在气气门被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃缸内进一步混合形成可燃混合气。混合气。上止点上止点下止点下止点1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理222.2.压缩行程压缩行程 进气行程结束后，进气行程结束后，曲轴继续带动活塞曲轴继续带动活塞由由下止点移至上止点下止点移至上止点。这时，这时，进、排气门均进、排气门均关闭关闭。随着活塞移动，。随着活塞移动，气缸容积不断减小，气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压气缸内的混合气被压缩，其压力和温度同缩，其压力和温度同时升高。时升高。上止点上止点下止点下止点1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理233.3.作功行程作功行程 压缩行程结束时，安装压缩行程结束时，安装在气缸盖上的火花塞产生电在气缸盖上的火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合火花，将气缸内的可燃混合气点燃，火焰迅速传遍整个气点燃，火焰迅速传遍整个燃烧室，同时放出大量的热燃烧室，同时放出大量的热能。燃烧气体的体积急剧膨能。燃烧气体的体积急剧膨胀，压力和温度迅速升高。胀，压力和温度迅速升高。在气体压力的作用下，活塞在气体压力的作用下，活塞由由上止点移至下止点上止点移至下止点，并通，并通过连杆推动曲轴旋转作功。过连杆推动曲轴旋转作功。这时，这时，进、排气门仍旧关闭进、排气门仍旧关闭。上止点上止点下止点下止点1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理244.4.排气行程排气行程 排气行程开始，排排气行程开始，排气门开启，进气门仍然关气门开启，进气门仍然关闭闭，曲轴通过连杆带动活，曲轴通过连杆带动活塞塞由下止点移至上止点由下止点移至上止点，此时膨胀过后的燃烧气体此时膨胀过后的燃烧气体(或称废气或称废气)在其自身剩余在其自身剩余压力和在活塞的推动下，压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸之外。经排气门排出气缸之外。当活塞到达上止点时，当活塞到达上止点时，排排气行程结束，排气门关闭。气行程结束，排气门关闭。上止点上止点下止点下止点1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理25 工作过程运动情况及气缸内温度与压力的变化情况工作过程运动情况及气缸内温度与压力的变化情况 （压力单位：（压力单位：MPa MPa）活塞行活塞行程程活塞运动活塞运动气门开闭情气门开闭情况况气缸压力气缸压力气缸温度气缸温度备注备注进气进气向下运动向下运动进气门开进气门开排气门关排气门关0.0750.0750.090.09 (终了终了)370K370K400K 400K (终了终了)可燃混合可燃混合气气压缩压缩向上运动向上运动进气门关进气门关排气门关排气门关 0.60.61.2 1.2 (终了终了)600K600K700K700K (终了终了)上止点火上止点火花塞点火花塞点火作功作功向下运动向下运动进气门关进气门关排气门关排气门关最高压力最高压力3 35 50.30.30.50.5终了终了最高最高220022002800K2800K1300130016001600终了终了排气排气向上运动向上运动进气门关进气门关排气门开排气门开 0.1050.1050.1250.125 (终了终了)900K900K1200K1200K (终了终了)1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理26二、二、四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理 四冲程柴油机的工作循环同样包括四冲程柴油机的工作循环同样包括进气、压进气、压缩、作功和排气缩、作功和排气等四个过程，在各个活塞行程中，等四个过程，在各个活塞行程中，进、排气门的开闭和曲柄连杆机构的运动与汽油进、排气门的开闭和曲柄连杆机构的运动与汽油机完全相同。机完全相同。只是由于柴油和汽油的使用性能不只是由于柴油和汽油的使用性能不同，使柴油机和汽油机在同，使柴油机和汽油机在混合气形成方法及着火混合气形成方法及着火方式上有着根本的差别。方式上有着根本的差别。1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理271.1.进气行程进气行程 在柴油机进气行程在柴油机进气行程中，被吸入气缸的只是中，被吸入气缸的只是纯净的空气。纯净的空气。2.2.压缩行程压缩行程 因为柴油机的压缩因为柴油机的压缩比大，所以压缩行程终比大，所以压缩行程终了时气体压力高。了时气体压力高。1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理283.3.作功行程作功行程 在压缩行程结束时，喷在压缩行程结束时，喷油泵将柴油泵入喷油器，油泵将柴油泵入喷油器，并通过喷油器喷入燃烧室。并通过喷油器喷入燃烧室。细微的油滴蒸发汽化，迅细微的油滴蒸发汽化，迅速与空气混合形成可燃混速与空气混合形成可燃混合气。由于气缸内的温度合气。由于气缸内的温度远高于柴油的自燃点，因远高于柴油的自燃点，因此柴油随即自行着火燃烧。此柴油随即自行着火燃烧。4.4.排气行程排气行程 排气行程开始，排气门排气行程开始，排气门开启，进气门仍然关闭，开启，进气门仍然关闭，燃烧后的废气排出气缸。燃烧后的废气排出气缸。1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理29 工作过程运动情况及气缸内温度与压力的变化情况工作过程运动情况及气缸内温度与压力的变化情况 （压力单位：（压力单位：MPa MPa）活塞行程活塞行程活塞运动活塞运动气门开闭情气门开闭情况况压力压力温度温度/K/K备注备注进气行程进气行程向下运动向下运动进气门开进气门开排气门关排气门关0.0790.0790.0930.093 (终了终了)300300370370 (终了终了)纯空气纯空气压缩行程压缩行程向上运动向上运动进气门关进气门关排气门关排气门关3.53.54.54.5 (终了终了)75075010001000 (终了终了)上止点喷油上止点喷油压燃压燃作功行程作功行程向下运动向下运动进气门关进气门关排气门关排气门关6 69 9（最高）（最高）0.20.20.40.4（终了）（终了）20002000250025001200120015001500排气行程排气行程向上运动向上运动进气门关进气门关排气门开排气门开0.1050.1050.1250.125 (终了终了)80080010001000 (终了终了)1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理30三、三、二冲程汽油机工作原理二冲程汽油机工作原理 二冲程内燃机的工作循环是在两个活塞行二冲程内燃机的工作循环是在两个活塞行程即程即曲轴旋转一周曲轴旋转一周的时间内完成的。在四冲程内的时间内完成的。在四冲程内燃机中，常把排气过程和进气过程合称为换气过燃机中，常把排气过程和进气过程合称为换气过程。在二冲程内燃机中换气过程是指废气从气缸程。在二冲程内燃机中换气过程是指废气从气缸内被新气扫除并取代的过程。这两种内燃机工作内被新气扫除并取代的过程。这两种内燃机工作循环的循环的不同之处不同之处主要在于主要在于换气过程换气过程。1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理311.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理32四、四、二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理1 1第一行程第一行程活塞由下止点移至上止点。活塞由下止点移至上止点。2 2第二行程第二行程活塞由上止点移至下止点。活塞由上止点移至下止点。1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理33 1.四冲程汽油机和柴油机的共同点1)1)每个工作循环曲轴转两转每个工作循环曲轴转两转(720)(720)每一行程曲轴转每一行程曲轴转半转半转(180)(180)，进气行程是进气门开启，排气行程是，进气行程是进气门开启，排气行程是排气门开启，其余两个行程进、排气门均关闭。排气门开启，其余两个行程进、排气门均关闭。2)2)四个行程中，只有作功行程产生动力，其它三个行四个行程中，只有作功行程产生动力，其它三个行程是辅助行程。程是辅助行程。3)3)发动机运转的第一个循环，必须有外力使曲轴旋转发动机运转的第一个循环，必须有外力使曲轴旋转完成进气、压缩行程，着火后，完成作功行程，依靠完成进气、压缩行程，着火后，完成作功行程，依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自行完成以后的行程，以曲轴和飞轮贮存的能量便可自行完成以后的行程，以后的工作循环发动机无需外力就可自行完成。后的工作循环发动机无需外力就可自行完成。五、四冲程汽油机与柴油机的比较五、四冲程汽油机与柴油机的比较1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理342 2、四冲程汽油机与柴油机的不同点、四冲程汽油机与柴油机的不同点1)1)混合气形成方式不同混合气形成方式不同 汽油机的汽油和空气在气缸外混合，进气行程进入汽油机的汽油和空气在气缸外混合，进气行程进入气缸的是可燃混合气。气缸的是可燃混合气。柴油机进气行程进入气缸的是纯空气，柴油是在作柴油机进气行程进入气缸的是纯空气，柴油是在作功行程开始阶段喷入气缸，在气缸内与空气混合。功行程开始阶段喷入气缸，在气缸内与空气混合。2)2)点火方式不同点火方式不同 汽油机用电火花点燃混合气。汽油机用电火花点燃混合气。柴油机是用高压将柴油喷入气缸内，靠高温气体加热柴油机是用高压将柴油喷入气缸内，靠高温气体加热自行着火燃烧，即着火方式不同。所以汽油机有点火系，自行着火燃烧，即着火方式不同。所以汽油机有点火系，因而柴油机则无点火系。因而柴油机则无点火系。1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理353.3.汽油发动机和柴油发动机的比较汽油发动机和柴油发动机的比较1)1)汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低。在轿车、轻型货车等应用广泛。制造成本低。在轿车、轻型货车等应用广泛。2)2)柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴油机的燃料经济性同时柴油价格较低，因此，柴油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较好。能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较好。但缺点是转速低，质量大，噪声大，振动大，制但缺点是转速低，质量大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。在货车上大量使用，也应用在造和维修费用高。在货车上大量使用，也应用在一些轿车上。一些轿车上。1.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理361.2 1.2 发动机的基本工作原理发动机的基本工作原理37汽油机由汽油机由一机组、两大机构一机组、两大机构和和五大系统五大系统组成，组成，即由即由机体组、曲柄连杆机构、配气机构、燃机体组、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系料供给系、润滑系、冷却系、点火系和和起动起动系系组成；组成；柴油机由柴油机由一机组、两大机构一机组、两大机构和和四大系统四大系统组成，即由组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系供给系、润滑系、冷却系和和起动系起动系组成，柴组成，柴油机是压燃的，不需要点火系。油机是压燃的，不需要点火系。1.3 1.3 发动机的总体结构发动机的总体结构381.3 1.3 发动机的总体结构发动机的总体结构391.1.曲柄连杆机构曲柄连杆机构功用：将活塞的往复功用：将活塞的往复直线运动转化为曲轴的直线运动转化为曲轴的旋转运动对外输出动力。旋转运动对外输出动力。组成：主要由组成：主要由气缸体、气缸体、气缸盖、油底壳、活塞、气缸盖、油底壳、活塞、连杆、曲轴和飞轮连杆、曲轴和飞轮等零等零件组成。件组成。1.3 1.3 发动机的总体结构发动机的总体结构402.2.配气机构配气机构n功用：根功用：根据发动机的工作循环和工作过程，定时开据发动机的工作循环和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门。启和关闭进气门和排气门。n组成：一般由组成：一般由气门、气门弹簧、凸轮轴、正时齿轮、气门、气门弹簧、凸轮轴、正时齿轮、齿形皮带、摇臂、挺柱齿形皮带、摇臂、挺柱等组成。等组成。1.3 1.3 发动机的总体结构发动机的总体结构413.3.燃料供给系燃料供给系n功用功用：按照发动机每一气缸内所进行的工作循环或按照发动机每一气缸内所进行的工作循环或发火次序的要求，定时将燃油和空气及时地供给气缸，发火次序的要求，定时将燃油和空气及时地供给气缸，并将燃烧后的废气及时排除。并将燃烧后的废气及时排除。n组成：主组成：主要由要由油箱、油泵、油箱、油泵、汽油滤清器、汽油滤清器、喷油器、喷油泵、喷油器、喷油泵、化油器、化油器、空气滤空气滤清器清器、进排气管、进排气管、排气消音器排气消音器等组成。等组成。1.3 1.3 发动机的总体结构发动机的总体结构421.3 1.3 发动机的总体结构发动机的总体结构431.3 1.3 发动机的总体结构发动机的总体结构444.4.冷却系冷却系n功用：将受热零件吸功用：将受热零件吸收的部分热量及时散发收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。适宜的温度状态下工作。n水冷发动机的冷却系水冷发动机的冷却系通常由通常由冷却水套冷却水套、水泵、水泵、风扇、水箱、节温器风扇、水箱、节温器等等组成。组成。1.3 1.3 发动机的总体结构发动机的总体结构455.5.润滑系润滑系n功用：向作相对运动的零功用：向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，油，以实现液体摩擦，减小减小摩擦阻力，减轻机件的磨损，摩擦阻力，减轻机件的磨损，同时还有冷却、清洁、密封、同时还有冷却、清洁、密封、防腐防腐的作用。的作用。n通常由通常由润滑油道、机油泵、润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门机油滤清器和一些阀门等组等组成。成。1.3 1.3 发动机的总体结构发动机的总体结构466.6.点火系点火系n功用：是保证按规定功用：是保证按规定时刻及时点燃气缸中被时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。压缩的混合气。n组成：通常由组成：通常由蓄电池蓄电池、发电机、发电机、分电器、点火分电器、点火线圈、点火开头和高压线圈、点火开头和高压线线等组成。等组成。1.3 1.3 发动机的总体结构发动机的总体结构477.7.起动系起动系n功用：用功用：用外力转动发外力转动发动机的曲轴，使活塞作动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功。燃混合气燃烧膨胀作功。n主要由主要由起动机起动机及其附及其附属装置属装置等组成。等组成。1.3 1.3 发动机的总体结构发动机的总体结构481.4 1.4 发动机产品名称及型号编制规则发动机产品名称及型号编制规则49个人观点供参考，欢迎讨论！