汽车发动机的类型及工作原理

汽 车 发 动 机 的 类 型及 工 作 原 理 发 动 机 是 汽 车 的 心 脏 ， 为 汽 车 的 行 走 提 供 动 力 ， 关 系着 汽 车 的 动 力 性 、 经 济 性 、 环 保 性 。 简 单 来 说 ， 发 动机 就 是 一 个 能 量 转 换 机 构 ， 即 将 汽 油 （ 汽 车 发 动 机 柴油 ） 或 天 然 气 的 热 能 ， 通 过 在 密 封 汽 缸 内 燃 烧 气 体 膨胀 ， 推 动 活 塞 作 功 ， 转 变 为 机 械 能 ， 这 是 发 动 机 最 基本 的 原 理 。 发 动 机 的 所 有 结 构 都 是 为 能 量 转 换 服 务 的 ，发 动 机 伴 随 着 汽 车 走 过 了 100多 年 的 历 史 ， 无 论 是 在设 计 、 制 造 、 工 艺 还 是 在 性 能 、 控 制 方 面 都 有 很 大 的提 高 ， 但 其 基 本 原 理 仍 然 没 有 改 变 。 一 、 汽 车 发 动 机 类 型1、 按 往 活 塞 复 次 数2、 按 冷 却 方 式3、 按 汽 缸 数4、 按 燃 料5、 按 气 缸 排 列 方 式6、 按 进 气 方 式 1、按活塞往复次数二 冲 程 发 动 机 、 四 冲 程 发 动机往 复 活 塞 式 内 燃 机 还 按 其 在一 个 工 作 循 环 期 间 活 塞 往 复运 动 的 行 程 数 进 行 分 类 。 活塞 式 内 燃 机 每 完 成 一 个 工 作循 环 ， 便 对 外 作 功 一 次 ， 不断 地 完 成 工 作 循 环 ， 才 使 热能 连 续 地 转 变 为 机 械 能 。 在一 个 工 作 循 环 中 活 塞 往 复 四个 行 程 的 内 燃 机 称 作 四 冲 程往 复 活 塞 式 内 燃 机 ， 而 活 塞往 复 两 个 行 程 便 完 成 一 个 工 作 循 环 的 则 称 作 二 冲 程 往 复活 塞 式 内 燃 机 。 2、按冷却方式水 冷 式 发 动 机 、 风冷 式 发 动 机以 水 或 冷 却 液 为 冷却 介 质 的 称 作 水 冷式 内 燃 机 ， 而 以 空气 为 冷 却 介 质 的 则称 作 风 冷 式 内 燃 机 。 3、按汽缸数单 缸 发 动 机 、 多 缸发 动 机仅 有 一 个 气 缸 的 发动 机 称 为 单 缸 发 动机 ； 有 两 个 以 上 气缸 的 发 动 机 称 为 多缸 发 动 机 。 如 双 缸 、三 缸 、 四 缸 、 五 缸 、六 缸 、 八 缸 、 十 二缸 等 都 是 多 缸 发 动机 。 现 代 车 用 发 动机 多 采 用 四 缸 、 六缸 、 八 缸 发 动 机 。 4、按燃料汽 油 机 、 柴 油 机汽 油 和 柴 油 为 燃 料的 活 塞 式 内 燃 机 分别 称 作 汽 油 机 和 柴油 机 。 使 用 天 然 气 、液 化 石 油 气 和 其 他气 体 燃 料 的 活 塞 式内 燃 机 称 作 气 体 燃料 发 动 机 。 5、按汽缸排列方式直列式发动机、双列式（V形和对置式）发动机 直列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的； 双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角180(一般为90)称为V型发动机，两列之间的夹角=180称为对置式发动机。 双列式发动机 6、按进气方式活 塞 式 内 燃 机 还 可 分为 增 压 和 非 增 压 两 类 。若 进 气 是 在 接 近 大 气状 态 下 进 行 的 ， 则 为非 增 压 内 燃 机 或 自 然吸 气 式 内 燃 机 ； 若 利用 增 压 器 将 进 气 压 力增 高 ， 进 气 密 度 增 大 ，则 为 增 压 内 燃 机 。 增压 可 以 提 高 内 燃 机 功率 。 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 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 。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 。 二、发动机工作原理1 能 量 转 化 机 构（ 1） 结 构发 动 机 的 工 作 过 程 是 周 期 性 地将 燃 料 燃 烧 的 热 能 转 变 为 机 械能 的 过 程 。（ 2） 特 点经 过 进 气 、 压 缩 、 作 功 、 排 气 ，每 进 行 一 次 称 为 一 个 工 作 循 环 。曲 轴 旋 转 两 周 ， 活 塞 往 复 运 动四 次 完 成 一 个 工 作 循 环 ， 称 为四 冲 程 发 动 机 。 曲 轴 旋 转 一 周 ， 活 塞 往 复 运 动 二 次 完 成 一 个 工作 循 环 ， 称 为 二 冲 程 发 动 机 。 （ 3） 发 动 机 基 本 术 语1） 上 止 点 ： 活 塞 离 曲 轴 回 转 中 心 最 远 处 ， 一 般 指 活 塞 上 行 到 最 高 位 置 ， 一 般 用 英 文 缩 写 词 TDC表 示 。2） 下 止 点 ： 活 塞 离 曲 轴 回 转 中 心 最 近 处 ， 一 般 指 活 塞 下 行 到 最 低 位 置 ， 一 般 用 英 文 缩 写 词 BDC表 示 。3） 活 塞 行 程 （ s） ：上 、 下 止 点 间 的 距 离 （ mm） 。4） 曲 柄 半 径 （ R） ： 与 连 杆 下 端 （ 即 连 杆 大 头 ） 相 连 的 曲 柄 销 中 心 到 曲 轴 回 转 中 心 的 距 离 （ mm） 。 显 然 ，s=2R。 曲 轴 每 转 一 周 ， 活 塞 移 动 两 个 行 程 。5） 气 缸 工 作 容 积 （ Vh） ：活 塞 从 上 止 点 到 下 止 点 所 让 出 的 空 间 容 积 （ L） 。 Vh= （ L）式 中 ： D 气 缸 直 径 ， mm。 6） 燃 烧 室 容 积 （ Vc ） ： 活 塞 在 上 止 点 时 ， 活 塞 上 方 的 空 间 叫 燃 烧 室 ， 它 的 容 积 叫 燃 烧 室 容 积 （ L） 。7） 发 动 机 排 量 （ VL） ：发 动 机 所 有 气 缸 工 作 容 积 之 和 （ L） 。 设 发 动 机 的 气 缸 数 为 i， 则 VL = Vh i8） 气 缸 总 容 积 （ Va） ： 活 塞 在 下 止 点 时 ， 活 塞 上 方 的 容 积 称 为 气 缸 总 容 积 （ L） 。 它 等 于 气 缸 工 作容 积 与 燃 烧 室 容 积 之 和 ， 即 Va= Vh +Vc9） 压 缩 比 （ ） ：气 缸 总 容 积 与 燃 烧 室 容 积 的 比 值 ， 即 = Va/Vc =1+Vh /Vc 2、四冲程汽油机工作原理 1） 进 气 行 程 ： 活 塞 由 曲 轴 带 动 从 上 止 点 向 下 止 点 运 动 。 进 气 门 打 开 ， 排 气 门 关闭 。 活 塞 上 腔 容 积 增 大 ， 在 真 空 吸 力 的 作 用 下 ， 经 过 滤 清 的 空 气与 汽 油 形 成 混 合 气 ， 经 进 气 门 被 吸 入 气 缸 ， 至 活 塞 运 动 到 下 止 点时 ， 进 气 门 关 闭 ， 停 止 进 气 ， 进 气 行 程 结 束 。 2） 压 缩 行 程 ： 活 塞 在 曲 轴 的 带 动 下 ， 从 下 止 点 向 上 止 点 运 动 。 进 、 排 气 门 均 关闭 ， 活 塞 上 腔 容 积 不 断 减 小 ， 混 合 气 被 压 缩 ， 至 活 塞 到 达 上 止 点时 ， 压 缩 行 程 结 束 。 气 体 压 力 和 温 度 同 时 升 高 ， 混 合 气 进 一 步 混合 ， 形 成 可 燃 混 合 气 。 此 时 ， 气 缸 内 压 力 为 6001500kPa， 温 度600800K ， 远 高 于 汽 油 的 点 燃 温 度 ， 因 而 很 容 易 点 燃 。 3） 作 功 行 程 ：压 缩 行 程 末 ， 火 花 塞 产 生 电 火 花 ， 点 燃 气 缸 内 的 可 燃 混 合 气 ，并 迅 速 着 火 燃 烧 ， 气 体 产 生 高 温 、 高 压 ， 推 动 活 塞 由 上 止 点向 下 止 点 运 动 ， 再 通 过 连 杆 驱 动 曲 轴 旋 转 向 外 输 出 作 功 。4） 排 气 行 程 ：在 作 功 行 程 终 了 时 ， 排 气 门 被 打 开 ， 活 塞 在 曲 轴 的 带 动 下 由下 止 点 向 上 止 点 运 动 。 废 气 在 自 身 的 剩 余 压 力 和 活 塞 的 驱 赶作 用 下 ， 自 排 气 门 排 出 气 缸 ， 至 活 塞 运 动 到 上 止 点 时 ， 排 气门 关 闭 ， 排 气 行 程 结 束 。 3、 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 进 气 、 压 缩 、 作 功 和 排 气 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 机 完 全 相 同 。 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 混 合 气 形 成 方 法 及 着 火 方 式 上 有 着 根 本 的 差别 。 1） 进 气 行 程 在 柴 油 机 进 气 行 程 中 ， 被 吸 入 气 缸 的 只 是 纯 净 的 空 气 。 2） 压 缩 行 程 因 为 柴 油 机 的 压 缩 比 大 ， 所 以 压 缩 行 程 终 了 时 气 体 压 力 高 。 3） 作 功 行 程在 压 缩 行 程 结 束 时 ， 喷 油 泵 将 柴 油 泵 入 喷 油 器 ， 并 通 过 喷 油 器喷 入 燃 烧 室 。 因 为 喷 油 压 力 很 高 ， 喷 孔 直 径 很 小 ， 所 以 喷 出 的柴 油 呈 细 雾 状 。 细 微 的 油 滴 在 炽 热 的 空 气 中 迅 速 蒸 发 汽 化 ， 并借 助 于 空 气 的 运 动 ， 迅 速 与 空 气 混 合 形 成 可 燃 混 合 气 。 由 于 气缸 内 的 温 度 远 高 于 柴 油 的 自 燃 点 ， 因 此 柴 油 随 即 自 行 着 火 燃 烧 。燃 烧 气 体 的 压 力 、 温 度 迅 速 升 高 ， 体 积 急 剧 膨 胀 。 在 气 体 压 力的 作 用 下 ， 活 塞 推 动 连 杆 ， 连 杆 推 动 曲 轴 旋 转 作 功 。4） 排 气 行 程排 气 行 程 开 始 ， 排 气 门 开 启 ， 进 气 门 仍 然 关 闭 ， 燃 烧 后 的 废 气排 出 气 缸 。 4、汽油机与柴油机、四冲程发动机的比较 以上叙述了各类往复活塞式内燃机的简单工作原理，从中可以看出汽油机与柴油机、四冲程与二冲程内燃机的若干异同之处。（1）四冲程汽油机与四冲程柴油机的共同点是：1)每 个 工 作 循 环 都 包 含 进 气 、 压 缩 、 作 功 和 排 气 等 四 个 活 塞 行 程 ，每 个 行 程 各 占 180 曲 轴 转 角 ， 即 曲 轴 每 旋 转 两 周 完 成 一 个 工 作 循环 。2)四 个 活 塞 行 程 中 ， 只 有 一 个 作 功 行 程 ， 其 余 三 个 是 耗 功 行 程 。 显然 ， 在 作 功 行 程 曲 轴 旋 转 的 角 速 度 要 比 其 他 三 个 行 程 时 大 得 多 ， 即在 一 个 工 作 循 环 内 曲 轴 的 角 速 度 是 不 均 匀 的 。 为 了 改 善 曲 轴 旋 转 的不 均 匀 性 ， 可 在 曲 轴 上 安 装 转 动 惯 量 较 大 的 飞 轮 或 采 用 多 缸 内 燃 机并 使 其 按 一 定 的 工 作 顺 序 依 次 进 行 工 作 。 （2）两者不同之处是：1)汽 油 机 的 可 燃 混 合 气 在 气 缸 外 部 开 始 形 成 并 延 续 到 进 气 和压 缩 行 程 终 了 ， 时 间 较 长 。 柴 油 机 的 可 燃 混 合 气 在 气 缸 内 部形 成 ， 从 压 缩 行 程 接 近 终 了 时 开 始 ， 并 占 小 部 分 作 功 行 程 ，时 间 很 短 。2)汽 油 机 的 可 燃 混 合 气 用 电 火 花 点 燃 ， 柴 油 机 则 是 自 燃 。 所以 又 称 汽 油 机 为 点 燃 式 内 燃 机 ， 称 柴 油 机 为 压 燃 式 内 燃 机 。 项 目 3 汽 车 发 动 机 的 类 型 及 工 作 原理 一 、 汽 车 发 动 机 类 型1 按 往 活 塞 复 次 数二 冲 程 发 动 机 、 四 冲 程 发 动 机2 按 冷 却 方 式水 冷 式 发 动 机 、 风 冷 式 发 动 机 3 按 汽 缸 数单 缸 发 动 机 、 多 缸 发 动 机4 按 燃 料汽 油 机 、 柴 油 机5 按 气 缸 排 列 方 式直 列 式 发 动 机 、 双 列 式 （ V形 和 对置 式 ） 发 动 机6 按 进 气 方 式 7 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 。二 、 发 动 机 工 作 原 理 （ 课 时 二 ）1 能 量 转 化 机 构（ 1） 结 构发 动 机 的 工 作 过 程 是 周 期 性 地 将 燃料 燃 烧 的 热 能 转 变 为 机 械 能 的 过 程 。（ 2） 特 点经 过 进 气 、 压 缩 、 作 功 、 排 气 ， 每 进 行 一 次 称 为 一 个 工 作 循 环 。 曲 轴 旋 转 两 周 ， 活 塞 往 复 运 动 四 次完 成 一 个 工 作 循 环 ， 称 为 四 冲 程 发 动机 。 曲 轴 旋 转 一 周 ， 活 塞 往 复 运 动 二次 完 成 一 个 工 作 循 环 ， 称 为 二 冲 程 发动 机 。（ 3） 发 动 机 基 本 术 语1） 上 止 点 ：2） 下 止 点 ：3） 活 塞 行 程 （ s） ： 4） 曲 柄 半 径 （ R） ：5） 气 缸 工 作 容 积6） 燃 烧 室 容 积 （ Vc ） ：7） 发 动 机 排 量 （ VL） ：8） 气 缸 总 容 积 （ Va） ：9） 压 缩 比 （ ） ：2 四 冲 程 汽 油 机 工 作 原 理 （ 课 时 三 ）1） 进 气 行 程 ：2） 压 缩 行 程 ：3） 作 功 行 程 ：4） 排 气 行 程 ： 3 四 冲 程 柴 油 机 工 作 原 理1） 进 气 行 程2） 压 缩 行 程3） 作 功 行 程4） 排 气 行 程 4 汽 油 机 与 柴 油 机 、 四 冲 程 发 动 机的 比 较 Thank you for your attention