华南农业大学：《汽车构造》课程教学课件（讲稿）第1章 发动机工作原理和总体构造

发工生 ,四冲程发动机工作顾理和总体构造 发动机的分类 主讲：武涛 >发动机的性能指标 口机是汽车聚生 时方轮 机油 机油 “ 压缩比过大的不良后果 名称 成因 t=Va/Vo 压蜜比过大的不良后果■ 更 债会 1

1 wt55pub@scau.edu.cn 第一章 发动机工作 原理和总体构造 主讲：武涛 第一章 发动机工作原理和总体构造 ¾基本概念 ¾发动机总体构造 ¾四冲程发动机工作原理和总体构造 ¾发动机的分类 ¾发动机的性能指标 发动机概述 † 发动机是汽车最主 要的总成之一，动 力的来源。被称为 汽车的“心脏”。 §1.2 基本术语 ™ 上止点 ™ 下止点 ™ 活塞行程(S) ™ 曲柄半径(R) ™ 气缸工作容积(V h ) ™ 发动机排量(VL) ™ 燃烧室容积(Vc ) ™ 气缸总容积(Va ) ™ 压缩比（ε） ™ 工作循环 VL= V h × I ε= Va / Vc Vh= πD2·S ×10-6/4 （L） D——气缸直径mm S——活塞行程mm 压缩比 现代化油器式发 动机压缩比一般为 6～9(轿车有的达 9～11)。上海桑塔 纳轿车汽油机压缩 比为8.2。 定义：压缩前气缸中气 体的最大容积与压缩后 的最小容积之比称为压 缩比。用ε表示。 ε= Va/Vc 压缩比过大的不良后果 压缩比过大的不良后果 由于燃烧室内炽热 表面与炽热处(如排 气门头，火花塞电 极，积炭处)点燃混 合气产生的另一种 不正常燃烧。 由于气体压力和温 度过高，在燃烧室 内离点燃中心较远 处的末端可燃混合 气自燃而造成的一 种不正常燃烧。 成因 产生的高压会使发动机机 件负荷增加，寿命降低。 伴有强烈的较沉闷敲 表面点 击声。 火 还会引起发动机过热，功 率下降，燃油消耗量增加 等一系列不良后果。严重 爆燃时甚至造成气门烧毁、 轴瓦破裂，火花塞绝缘体 击穿等。 火焰以极高的速率向 外传播，形成压力 波，以声速向前推进。 当压力波撞击燃烧室 壁时就发出尖锐的敲 缸声。 爆燃 名称 现象 后果

行程 ·1、迹气行有 单四冲容汽机的工作世程 作功行程 季142四冲程油机的工作原 示功 2

2 §1.4 四冲程发动机的简单工作原理 † §1.4.1 四冲程汽油机的工作原理 † • 1、进气行程 • 2、压缩行程 • 3、作功行程 • 4、排气行程 单缸四冲程汽油机的工作过程 进气行程 † 示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。 排气门关闭 进气门开启 活塞 温度320-380 K， 压 力0.08-0.09MPa 大气压力线 P V r a 示功图 上止点 下止点 压缩行程 进气门关闭 排气门关闭 活塞 压缩比： ε=Va/Vc P V r a 示功图 大气压力线 c 上止点 下止点 温度600~750K， 压力0.8-1.5MPa 作功行程 进气门关闭 排气门关闭 活塞 P V r a 示功图 大气压力线 c Z b 上止点 下止点 瞬时最高温度 2200~2800 K 压力:3~6.5MPa 作功终了：温度 1200~1500 K， 压 力0.35~0.5 MPa 排气行程 进气门关闭 排气门打开 活塞 P V r 示功图 大气压力线 c Z b 上止点 下止点 温度:900~1100 K 压力:0.105~0.12MPa 残余废气 §1.4.2 四冲程柴油机的工作原理 喷油器 喷油泵 吸气行程 压缩行程 作功行程 排气行程 进气门 排气门 纯空气 温度310~340K压 力 0.085~0.095MPa 温度750~1000K压 力3~5 MPa 瞬时：温度1800~2200K压 力6~9 MPa 温度700~900K压 力 0.105~0.12MPa 终了：温度 1000~1200K压力 0.2~0.5MPa

油机与汽油机工作时各行程状态数比 1897年，德国人鲁道夫，秋塞尔(1858.1913年) 制造出世界上第一台柴油机并获得了发明专利 8-1 1105-0D L-1100 0.105-0L12 世界上第一辆柴油桥 1936年将事棉新奔抛牌索油机轿车 口四冲程汽油机与四冲程柴油机的共同点是： 口两者不同之处是： 了时开 3

3 柴油机与汽油机工作时各行程状态参数比较 柴油机 汽油机 900~1100 2200~2800(瞬时最高) 1200~1500(作功终了) 600~750 320~380 温度(K) 0.105~0.12 3~6.5 (瞬时最高) 0.35~0.5(作功终了) 0.8~1.5 0.08~0.09 压力(MPa) 0.105~0.12 6~9(瞬时最高) 0.2~0.5(作功终了) 3~5 0.085~0.095 压力(MPa) 排气行程 700~900 1800~2200(瞬时最高) 1000~1200(作功终了) 作功行程 压缩行程 750~1000 进气行程 310~340 温度(K) 状态 行程 1897年，德国人鲁道夫·狄塞尔（1858-1913年) 制造出世界上第一台柴油机并获得了发明专利。 鲁 道 夫 · 狄 塞 尔 狄 塞 尔 发 明 的 第 一 台 柴 油 机 柴油机 1936年梅塞德斯·奔驰牌柴油机轿车 世界上第一辆柴油轿车 思考 †四冲程汽油机和柴 油机的工作循环有 什么异同之处呢？ †四冲程汽油机与四冲程柴油机的共同点是： ƒ 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。 ƒ 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。 †两者不同之处是： ƒ 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。 ƒ 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

冲发动机的工作原 二冲程与四冲程内隧机比较 二行程汽油机工作原现 口作功次数 口换气质量 口结构 发动机总体构 连杆机构 E气机构 供系 大 曲柄连轩机构 g

4 二冲程发动机的工作原理 二冲程与四冲程内燃机比较 † 作功次数 † 换气质量 † 结构 §1.3 发动机总体构造 起动系 润滑系 冷却系 点火系 供给系 五大系统 配气机构 曲柄连杆机构 两大机构 曲柄连杆机构

冷却系统 ※ 5

5 配气机构 供给系统 润滑系统 油压开关 油泵 旁通阀 机油滤网 油压指示器及警告灯 油压开关 油泵 旁通阀 机油滤网 油压开关 如果在发动机运转时油压太低， 油压开关点亮警告灯 油泵 从油底壳吸入机油，并将机油泵 到发动机的各个零部件 旁通阀 当油泵的输出压力过高时，释放 一部分机油压力 机油滤网 这是一个安装在油泵吸油口的金属 网，作用是阻止大的微粒通过油泵进 入发动机的零部件 机油滤清器 发动机机油会逐渐污染，变脏。机油 滤清器可以过滤不希望有的杂质 注意： 根据保养时间表更换机油 机油分类 美国石油组织分类 API分类 API（美国石油协会）：按质量分类。 质量按字母分级。 SAE分类 SAE（美国汽车工程协会）：按粘度 分类。 SAE指数决定特定机油的使用 温度。 什么是多级油？ 单级油只能在比较窄的温度范围内使 用。多级油可以在四季使用，温度范 围较广。 水泵 节温器 副水箱 散热器 汽缸盖 气缸体 水温表 节温器 这个装置调节发动机冷却液的温度 冷却风扇 冷却分扇加快流过散热器的风速，提 高散热器的效率 散热器 散热器利用汽车前进产生的气流降低 在发动机冷却系统中循环的冷却液温 度 水泵 水泵强迫冷却水在循环系统中流通 副水箱 副水箱储存溢出的冷却水，以保持足 够的冷却液 为什么必须更换冷却液？ 因为暴露在空气中和发动机散热，长 效冷却液的腐蚀性会增加，防锈性能 下降。 冷却系统

点火系丝 肩动系统 阳邵 点火系统 14 发动机的分 梅方大 口（一）按所用燃料分 ·1用液体料内起 口（二)按燃料在汽缸内的着火方式分 乘袖发动顿 口（三）按完成一个工作循环的冲程数分 (四)冷却方式分 之、风冷内越机 水冷发动制 风冷发动 6

6 点火系统 启动系统 §1.4.3 发动机的分类 冷却方式 水冷发动机 风冷发动机 气缸数 燃料种类 冲程数 四冲程发动机 二冲程发动机 汽油发动机 柴油发动机 单缸发动机 多缸发动机 化油器式发动机 直接喷射式发动机 气缸布置 单列式发动机 双列式发动机 发动机分类 †（一）按所用燃料分 ƒ 1、用液体燃料内燃机 ƒ 2、用气体燃料内燃机 ƒ 3、用多种燃料内燃机 †（二）按燃料在汽缸内的着火方式分 ƒ 1、压燃式内燃机 ƒ 2、点燃式内燃机 †（三）按完成一个工作循环的冲程数分 ƒ 1、二冲程内燃机 ƒ 2、四冲程内燃机 （四）按冷却方式分 1、水冷式内燃机 2、风冷式内燃机

(五)按气缸数目及排列方式分 2器庭一酒收-玉水-一 2、增压内地机 (七)按活遍运动方式分 1、往复式内燃机 2、旋转式内燃机 ⑨@o 口17马上市转子发动机车型0o @QQo o@ 7

7 （五）按气缸数目及排列方式分 1、单缸机 2、多缸机（双缸 →四缸→五缸→六缸→八缸→ 十二缸） （六）按进气方式分 1、非增压内燃机（自然吸气式） 2、增压内燃机 （七）按活塞运动方式分 1、往复式内燃机 2、旋转式内燃机 德国人弗力斯·汪克尔，1929年取 得第一个转子发动机专利 转子发动机 转子发动机的工作行程 †1967年 马自达第一辆转子发动机车型“Cosmo Sport” 在日本上市

口得法售2小打学线室 口种运发省数责季性集踏济性抓标瘦 尸延：商熟装紫聚被热过轮对外出的转 口喜察事位雾融机通过飞轮对外错出的功率 I0() 式中，。一鱼轴种毫，e 内机度特 学路。 机主要性能指标可在发动机测功器台架上 试验测 被资芳6-7.》国冲厦集 当发动机转速 定在所州 机发动机有效转， 6-月-10'g1w-) 口有贵告视船路金时规有技功率、 紫数9于花 汽性 8

8 †1991年 Mazda 787B创造了历史，成为第一辆夺 得法国勒芒24小时耐力赛冠军的转子发动机车 型 发动机主要性能指标与特性 †一、发动机主要性能指标：有动力性指标（有效 转矩、有效功率、转速等）和经济性指标（燃油 消耗率）。 † 1、有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转 矩，以Te表示，单位为Ν·m。 † 2、有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率。 以Pe表示，单位为kW。 ( ) 9550 10 60 2 3 kW n T n P T e e e ⋅ × = ⋅ = ⋅ π − 式中：n——曲轴转速，r/min † 3、有效燃油消耗率：发动机每发出1kW有效功率， 在1h内所消耗的燃油消耗质量，以be表示,单位为 g/ （kW·h）。 † 四冲程汽油机一般为270∼325 g/（kW·h）四冲程柴 油机一般为190∼238g/（kW·h）。 3 10 ( / ) e e B b g kW h P =⋅ ⋅ 内燃机速度特性 †发动机主要性能指标可在发动机测功器台架上 试验测定： †试验时保持一定油门开度，同时用测功器对发 动机施加一定的阻力矩，用转速表测出发动机 转速，低于所需转速则减小阻力矩，反之则加 大阻力矩，当发动机转速稳定在所需转速时， 即阻力矩与发动机输出有效转矩相等时，测量 发动机转速和发动机有效转矩，用油耗仪测出 发动机单位时间内的耗油质量B，根据式（1-1） 换算出发动机有效功率Pe 。 † 二、发动机速度特性：指油门开度一定时，发动机的有效功率、 有效转矩和有效燃油消耗率三者随发动机转速变化的规律。 † （1）发动机全负荷速度特性（又称为发动机外特性）：指油门全 开时，发动机的有效功率、有效转矩和有效燃油消耗率三者随发 动机转速变化的规律。发动机最高工作转速时的全负荷有效功率 为额定功率，相应转速为额定转速，为发动机铭牌功率和转速。 † （2）发动机部分负荷速度特性：指油门部分开启时，发动机的有 效功率、有效转矩和有效燃油消耗率三者随发动机转速变化的规 律。 † （3）发动机工况：一般是用它的功率与曲轴转速来表征，有时也 用负荷和曲轴转速来表征。 † （4）发动机负荷：发动机在某一转速下的负荷，就是当时发动机 发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比。注意，不 要把负荷与功率混淆，50%负荷不是指油门开启一半开度，而是指 此转速下发动机输出功率是油门全开时发动机输出功率的一半。 Te Pe be Te Pe be （a）汽油发动机外特性 （b）汽油发动机部分负荷速度特性

发动机功率、扭距曲线出 第-来习 口P39思考题 口交作业时间：下周2晚 口用作业纸，作业纸写上班级、姓名、学号， 口齐转等习委员学习委员按学号排列、用 内城知压缩比的克岁愿什？ 共资受务有：什是 为油机与熊油机在可燃混合气形成方式与点火方式上 中理汽油机和四冲程柴油机在总体构造上有些主 冲程汽油机与四冲程汽油机功力性能、燃油经 Thank You 什么是发动机的速 性？什么是发动机的外特性了 冲程汽 由机有 试计气缸工作积 9

9 作业 †P39思考题 †交作业时间：下周2晚 †用作业纸，作业纸写上班级、姓名、学号。 †交给各班学习委员，学习委员按学号排列，用 订书机装订。 第一章 复习题 1. 四冲程汽油机通常由哪些机构与系统组成？它 们各有什么作用？ 2. 四冲程柴油机经过哪四个活塞行程完成一个工 作循环？期间，曲轴旋转了几周？配气凸轮轴 旋转了几周？喷油泵凸轮轴旋转了几周？ 3. 内燃机压缩比的定义是什么？ 4. 什么是汽油机爆燃现象？有哪些危害？什么是 汽油机表面点火现象？有哪些危害？ 6. 汽油机与柴油机在可燃混合气形成方式与点火方式上 有何不同？ 7. 四冲程汽油机和四冲程柴油机在总体构造上有哪些主 要不同？ 8. 比较二冲程汽油机与四冲程汽油机动力性能、燃油经 济性能、HC排放的优劣，并说明原因 。 9. 什么是发动机的速度特性？什么是发动机的外特性？ 10. CA488型四冲程汽油机有4个气缸，气缸直径87.5mm， 活塞行程92mm，压缩比为8.1，试计算其气缸工作容积、 燃烧室容积和发动机排量。 wt55pub@scau.edu.cn