1、 第二章 發(fā)動機的工作原理和總體構(gòu)造一、熱力發(fā)動機即是將燃料的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的一種動力裝置。 內(nèi)燃機：可燃混合氣在機器內(nèi)部燃燒而產(chǎn)生熱能， 然后再轉(zhuǎn)為機械能。 燃料在機器外部的鍋爐內(nèi)燃燒，將鍋內(nèi) 的水加熱，使之變?yōu)楦邷馗邏旱乃魵猓?然后送至機器內(nèi)部，使所含熱能轉(zhuǎn)變?yōu)?機械能。 內(nèi)燃機的優(yōu)點：熱效率高、體積小、重量輕、廣泛應(yīng)用。但由于使用的是石油燃料，因而污染較大。城市的大氣污染相當部分來至內(nèi)燃機所排出的廢氣。 熱力發(fā)動機 外燃機： 第一節(jié) 發(fā)動機的分類 液化石油發(fā)動機 按每一工作循環(huán)的沖程數(shù)分： 按點火方式分：柴油機 天然氣發(fā)動機 點燃式發(fā)動機（汽油機） 壓燃式發(fā)動機（柴油機） 四沖程發(fā)動

2、機：活塞往復四個單程完成一 個工作循環(huán)。 二沖程發(fā)動機：活塞往復二個單程完成一 個工作循環(huán)。汽油機 按所用燃料分：氣體燃料發(fā)動機液體燃料發(fā)動機1、內(nèi)燃機：活塞式內(nèi)燃機（本章的主要介紹對象。）燃氣輪機：旋轉(zhuǎn)式的內(nèi)燃機?；钊絻?nèi)燃機分類：一個工作循環(huán)：在氣缸中完成一次熱功轉(zhuǎn)換所進行的一系列連續(xù)過程。 單缸（立式、臥式）發(fā)動機 多缸（直列、型、型或?qū)χ檬剑┌l(fā)動機 按氣缸數(shù)及排列方式分：型或?qū)χ檬蕉喔祝ㄖ绷?、型、型或?qū)χ檬剑┌l(fā)動機L型發(fā)動機：又稱“直列”(LineEngine)發(fā)動機，是指汽缸是按直線排列的，它所有的汽缸均按同一角度肩并肩排成一個平面。 “直列”一般用L代表，后面加上汽缸數(shù)就是發(fā)動機代

3、號，現(xiàn)代汽車上主要有L3、L4、L5、L6型發(fā)動機。 優(yōu)點：穩(wěn)定，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)平衡性好，體積小穩(wěn)定性高，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸緊湊，應(yīng)用比較廣泛。 缺點：當排氣量和汽缸數(shù)增加時，發(fā)動機的長度將大大增加。 直列4缸發(fā)動機，一般廣泛運用于2.2升排量以下的發(fā)動機中。 直列6缸發(fā)動機，目前的佼佼者就是著名的BMW，BMW直列6缸發(fā)動機凝聚了當今量產(chǎn)發(fā)動機的頂尖技術(shù)，堪稱直列6缸的巔峰之作。 V型發(fā)動機：是將所有汽缸分成兩組，把相鄰汽缸以一定的夾角布置在一起，使兩組汽缸形成兩個有一個夾角的平面，從側(cè)面看汽缸呈V字形，故稱V型發(fā)動機。 V型發(fā)動機的高度和長度尺寸小，在汽車上布置起來較

4、為方便。尤其是現(xiàn)代汽車比較重視空氣動力學，要求汽車的迎風面越小越好，也就是要求發(fā)動機蓋越低越好。 常見的V型發(fā)動機有V6、V8、V10、V12。還有V3、V5以及V16（不要跟有些直列發(fā)動機代表氣門數(shù)搞渾了）。 顧名思義，V代表發(fā)動機氣缸成V型排列，一般是90度，這樣可以抵消運轉(zhuǎn)時的震動，更加穩(wěn)定。也有75度和72度的。雷諾賽車甚至用了超過90度的廣角V10引擎。 優(yōu)點：運轉(zhuǎn)穩(wěn)定（針對V6、V8、V12）、節(jié)省空間。 缺點：結(jié)構(gòu)比較復雜，不利于保養(yǎng)和維修，并且造價較高。同時，V3、V5包括V10都由于其結(jié)構(gòu)或排量的原因，并不非常穩(wěn)定，尤其是作為F1發(fā)動機的V10 3L引擎，更是需要投入大量的精

5、力和經(jīng)費用于保證其穩(wěn)定性。 H型發(fā)動機：又稱水平對置發(fā)動機，這也是V型發(fā)動機的一種，只不過V的夾角變成了180度了，一般為4缸或6缸。 優(yōu)點：低重心：產(chǎn)生的橫向震動容易被支架吸收、有效將全車較重的發(fā)動機重心降低，更容易達到整體平衡。 低振動：活塞運動的平衡良好（180度左右抵消）。相比直列式，在曲軸方面所需的平衡配重因素減少，有助轉(zhuǎn)速提升。它能保持650轉(zhuǎn)的低轉(zhuǎn)速，并保證發(fā)動機平穩(wěn)的工作。同樣相比其它發(fā)動機行式油耗最低。 缺點：造價高，發(fā)動機太寬。 目前世界上只有“保時捷”和“斯巴魯”兩家汽車制造商生產(chǎn)水平對置發(fā)動機。 W型發(fā)動機：W型發(fā)動機是德國大眾專屬發(fā)動機技術(shù)。 簡單說就是兩個V型發(fā)動機

6、相加，再組成一個V型發(fā)動機，也就是“V+V=W=V”。 W型與V型發(fā)動機相比可以將發(fā)動機做得更短一些，曲軸也可短些，這樣就能節(jié)省發(fā)動機所占的空間，同時重量也可輕些，但它的寬度更大，使得發(fā)動機室更滿。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)更緊湊，可以容納更多的汽缸數(shù)，有更大的排量。 缺點是，結(jié)構(gòu)太復雜了！運轉(zhuǎn)平衡性也不好。 由于專利的原因，這種發(fā)動機只在大眾和奧迪等少量車上可以見到，在歐版大眾高爾夫、歐版大眾帕薩特以及奧迪A8上，分別裝備著W6,W8和W12發(fā)動機。 轉(zhuǎn)子發(fā)動機：轉(zhuǎn)子發(fā)動機最早是德國科學家汪克爾發(fā)明的，所以又叫汪克爾發(fā)動機。其實轉(zhuǎn)子發(fā)動機的效率并不高，只是升功率高。 轉(zhuǎn)子發(fā)動機全稱為三角活塞轉(zhuǎn)子發(fā)動機，它

7、是一種特殊的活塞式發(fā)動機。轉(zhuǎn)子活塞為一個凸弧邊三角形，當轉(zhuǎn)子在近似橢圓的外旋輪線缸體內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，弧邊三角形的三個頂點與缸壁保持接觸，從而使轉(zhuǎn)子弧面同缸壁之間形成三個相互分隔的工作室。這三個工作室的容積大小隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動而周期性變化，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，各個工作室都能完成一次四個沖程的過程，這四個沖程同活塞往復式發(fā)動機的四個沖程相對應(yīng)，從而形成完整的工作循環(huán)。 缺點：是費油，污染環(huán)境，還有機器的壽命比較短。 目前只有“馬自達”在應(yīng)用這項技術(shù)。 按冷卻方式分：水冷式發(fā)動機 風冷式發(fā)動機水冷和風冷的不同內(nèi)燃機按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動機和風冷發(fā)動機。水冷發(fā)動機是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進行循環(huán)的

8、冷卻液作為冷卻介質(zhì)進行冷卻的；而風冷發(fā)動機是利用流動于氣缸體與氣缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介質(zhì)進行冷卻的。水冷發(fā)動機冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代車用發(fā)動機。 按是否裝增壓裝置分： 增壓發(fā)動機非增壓發(fā)動機（自然吸氣發(fā)動機）內(nèi)燃機按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)式發(fā)動機和強制進氣(增壓式)發(fā)動機。汽油機常采用自然吸氣式；柴油機為了提高功率有采用增壓式的。 渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入汽缸。當發(fā)

9、動機轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入汽缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量和調(diào)整一下發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動機的輸出功率了。 按每缸氣門數(shù)分： 二氣門發(fā)動機多氣門發(fā)動機 活塞由上止點到下止點所掃過的氣缸容積Vh。 Vh=（D / 4 103） S (L) ( D：氣缸直徑，cm. S：活塞沖程，cm.) 4、氣缸排量（氣缸工作容積）： 5、發(fā)動機排量：VL=Vh (-氣缸數(shù))活塞在上止點位置活塞在下止點位置 6、燃燒室容積：當活塞在上止點時，活塞上方與缸蓋圍成的容積Vc。 7、氣缸總?cè)莘e： Va=Vc+Vh8、壓縮比： 第四節(jié) 四沖

10、程發(fā)動機工作原理一、氣缸總?cè)莘e 1、上止點：活塞頂部離曲軸中心最遠處。 2、下止點：活塞頂部離曲軸中心最近處。3、活塞沖程：上、下止點間的距離S。汽油機：汽油粘度小，蒸發(fā)性好，在氣缸外部形成 混合氣，自燃溫度高于 380C，外火源點燃。柴油機：柴油粘度大，蒸發(fā)性差，在氣缸內(nèi)部形成 混合氣，自燃度為250C左右， 壓縮自燃。汽油機又稱點燃式發(fā)動機。柴油機又稱壓燃式發(fā)動機。二、可燃混合氣的形成及發(fā)火方式：三、四沖程（汽油機，柴油機）的工作原理 1、進氣行程： 柴油機：新鮮空氣。 汽油機：汽油與空氣的混合物。 活塞被曲軸帶動由上止點向下止點移動，此時進氣門開啟，排氣門關(guān)閉。 活塞由上 下 被吸入氣缸

11、。 終了壓力： “汽”0.75 0.90 溫度：100 130C（個大氣壓） “柴”0.80 0.95 60 80C 由于進氣有阻力，進氣終了的壓力略小于大氣壓力。由于上一循環(huán)留在氣缸中的高溫殘余廢氣與新鮮氣體混合， 所以進氣終了氣體溫度。 進開 排關(guān) V，P 氣缸內(nèi)產(chǎn)生真空度新鮮空氣（柴油機） 汽油與空氣的混合氣（汽油機）進入氣缸的是2、壓縮行程：為使混合氣體能迅速燃燒，產(chǎn)生較大的壓力，使發(fā)動機發(fā)出較大的功率，必須在燃燒前對可燃混合氣進行壓縮，使之V，T。 “汽”壓縮接近終了，可燃混合氣體由火花塞活塞由下 上 電極發(fā)出的電火花點燃。 “柴”壓縮接近終了，由噴油泵把柴油提高 至上百個大氣壓以上

12、使之霧化，再送至噴 油器，由噴油器把霧狀柴油噴入氣缸，使 與壓縮后的高溫空氣混合，達自然溫度時， 便自行發(fā)燃燒。 壓縮比： =Va/ Vc= 1+Vh/ Vc 是發(fā)動機重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 越大，壓縮終了的P、T越高，燃燒越快，膨脹作功愈充分。從而使發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性提高。但過高，對汽油機來說，會引起T過高而造成兩種不正常燃燒即：進關(guān)排關(guān)VP，T 終了 P、T：“汽” 612 ； 300 400C “柴” 35 45 ； 500700C 爆燃：由于過大 P、T過高，遠離火焰中心的可燃混合氣在火焰尚未到達就自行發(fā)火燃燒的一種不正常燃燒。爆燃時，火焰以15002000m/s的速度向外傳播，P、T極

13、劇增加，形成壓力波，撞擊燃燒室壁，發(fā)出尖銳的敲缸聲。同時，引起發(fā)動機過熱功率，氣門、火花塞等部件被燃壞。表面點火：由于過大 P、T過高，在電火花之前可燃混合氣就被燃燒室熾熱的表面點燃的另一種不正常燃燒。表面點火發(fā)生時，伴有沉悶的敲缸聲，產(chǎn)生的高壓使發(fā)動機負荷，壽命。 現(xiàn)代汽油機的壓縮比一般為= 69（個別轎車可達911）。 柴油機靠壓縮自燃，所以壓縮比設(shè)計等較高=1622。具有較好的 經(jīng)濟性。但高的壓縮比帶來高的壓縮壓力、燃燒壓力，使柴油機各部 件要承受高的機械負荷，因而需要增加強度及剛度。故柴油機的尺寸、 重量指標不如汽油機。* 進關(guān) 曲軸強制 排關(guān) 旋轉(zhuǎn)作功3、作功行程：壓縮終了，氣缸容積

14、很小，迅速燃燒的混合氣使缸內(nèi)P、T 急劇升高。 最高壓力：“汽”3050 溫度： 1900-2500C “柴”60-90 1700-2200C高溫高壓氣體推動活塞由上 下 熱能 機械能 4、排氣行程：可燃混合氣燃燒后變成廢氣，為了進行下一 循環(huán)，必須把廢氣排氣過程。 活塞由下 上 廢氣經(jīng)排氣門排出氣缸 進關(guān) 排開終了壓力：“汽”3-5 溫度：1000-1300C終了壓力：“汽” 1.05-1.25 溫度：600-900C “柴” 1.05-1.25 500-700C 。 “柴”2-4 800-1000C四沖程發(fā)動機經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個沖程完成一個工作循環(huán)。此期間，活塞在上、下止點間往

15、復移動了四個行程，曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周。 進氣終了P： “汽”0.750.90 （個大氣壓） “柴”0.80 0.95壓縮終了 P： “汽” 612 “柴” 35 45 燃燒時的最高P： “汽”3050 “柴”60-90作功終了P： “汽”3-5 “柴”2-4 排氣終了P： “汽” 1.05-1.25 “柴” 1.05-1.25 5、示功圖：表示發(fā)動機在工作過程中，其P、V的變化情況，曲線包圍的面積即為發(fā)動機的指示功。*VPP0進氣終了P： “汽”0.750.90 （個大氣壓） “柴”0.80 0.95“汽” 612 “柴” 35 45燃燒時的最高P： “汽”3050 “柴”60-90作功終了P：

16、“汽”3-5 “柴”2-4排氣終了P：P0P0P0P0“汽” 1.05-1.25 “柴” 1.05-1.25壓縮終了 P：汽油機：（優(yōu)點）較小，體積小，重量輕，轉(zhuǎn)速較高，動力性好。 制造維修成本低，噪聲小，起動容易。主要用于轎車、微型 車（客車、貨車）、軍用越野車。 （缺點）燃料經(jīng)濟差，排污大（HC、N0 x、CO）柴油機：（優(yōu)點） 較大，燃料燃燒完全，經(jīng)濟性好。 （缺點）由于較大 P、T較高，所以體積大、重量大，轉(zhuǎn)速 較低，制造維修成本高（噴油泵、噴油器加工精度要求高）。 常用于中、重型貨車。（對經(jīng)濟性要求高，動力性要求較低）。同排量的單缸與多缸發(fā)動機優(yōu)缺點比較：單缸：結(jié)構(gòu)簡單、重量輕。運轉(zhuǎn)

17、不平穩(wěn)、沖擊振動大。多缸：與單缸相反。發(fā)火間隔角 =720 / i （ i 缸數(shù)）。現(xiàn)代汽車上一般不用單缸機，用得最多的是四缸、六缸、八缸。 四：四沖程汽油機和柴油機的優(yōu)缺點比較 1、結(jié)構(gòu)：無進排氣門及配氣機構(gòu)， 由三孔控制進、排氣，活塞為凸頂 。一：二沖程汽油機的工作原理： 第三節(jié) 二沖程發(fā)動機工作原理二沖程發(fā)動機的一個工作循環(huán)也包括進氣、壓縮、燃燒作功、排氣四個行程。只不過這些行程的完成僅需活塞在兩個行程內(nèi)，即曲軸旋轉(zhuǎn)一周完成。 2、工作原理： 活塞上行（三孔均閉），壓縮上一循環(huán)吸入氣缸的可燃混合氣，活塞上方 曲軸箱V，P產(chǎn)生真空度；上行2/3行程（孔1開啟），可燃混合氣吸入曲軸箱接近上止

18、點，由火花塞發(fā)火點燃。（a、b、c)高溫高壓氣體推動 活塞下行，孔1逐漸關(guān)閉；曲軸箱內(nèi)氣體被預壓，接近下止點 （孔2開啟，廢氣排出，接著孔3 開啟，新鮮混合氣自孔3流入氣缸，并驅(qū)除廢氣。）（d )V，P氣 (發(fā)動機的工作原理)* 活塞上行：壓縮，進氣。 下行：作功，換氣。二沖程汽油機的工作原理二、二沖程柴油機的工作原理： 1、結(jié)構(gòu)： 有一排氣門，有一進氣孔，活塞頂部為凹頂。 2、工作過程：進孔開排門開 上行1/3行程（進孔關(guān)，排門關(guān)） 活塞由下 上（空氣進入，廢氣排出）上行接近上止點，由噴油器噴入高壓霧狀柴油與高壓空氣迅速混合，發(fā)火自燃。 高溫高壓氣體推動活塞下行至2/3行程。（排氣門開，廢氣

19、排出，接著，進氣孔開， 進行換氣。）* 活塞上行：換氣；壓縮下行：作功，換氣。 二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機比較，其主要優(yōu)點、缺點如下： 優(yōu)點：1）曲軸每轉(zhuǎn)一周就有一個作功行程，因此，當二沖程發(fā)動機的工 作容積和轉(zhuǎn)速與四沖程發(fā)動機相同時，在理論上它的功率應(yīng)等于 四沖程發(fā)動機的兩倍。 2）由于發(fā)生作功過程的頻率較高，故二沖程發(fā)動機的運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。 3）由于沒有專門的換氣機構(gòu)，所以其結(jié)構(gòu)較簡單，質(zhì)量也比較小。 4）由于附屬機構(gòu)少，所以受磨損和經(jīng)常需要修理的運動部件數(shù)量也 比較少 缺點：1）不易將氣缸內(nèi)的廢氣排除干凈，而且在換氣時減少了有效工作行 程。因此，在同樣的工作容積和曲軸轉(zhuǎn)速下，二沖程發(fā)動機的

20、功率 并不等于四沖程發(fā)動機的兩倍，只等于1.51.6倍。 2）在換氣時有一部分新鮮可燃混合氣隨廢氣排出，因此，二沖程 發(fā)動機不如四沖程發(fā)動機經(jīng)濟。燃料供給系： 汽油機：由化油器向氣缸供給由汽油與空氣混合的混合氣。 柴油機：由噴油泵提供霧狀柴油，通過噴油器噴入氣缸。曲柄連桿機構(gòu)：進行熱功轉(zhuǎn)換。 配氣機構(gòu)：控制進、排氣門的開啟時刻及延續(xù)時間。五大系統(tǒng)（包括）： 點火系：（汽油機獨有）在壓縮行程接近上止點時，點火系即在火花塞電極 間產(chǎn)生電火花以點燃混合氣。 冷卻系：降低氣缸及高溫部件的高溫，使發(fā)動機保持正常的工作溫度。潤滑系：減少相對運動部件的摩擦阻力，減輕磨損。起動系：用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機曲軸以達到燃

21、燒作功所需的條件。 兩大機構(gòu)：第四節(jié) 發(fā)動機的總體構(gòu)造發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖曲柄連桿機構(gòu)：進行熱功轉(zhuǎn)換。 配氣機構(gòu)：控制進、排氣門的開啟時刻及延續(xù)時間。燃料供給系：汽油機：由化油器向氣缸供給由汽油與空氣混合的混合氣。柴油機：由噴油泵提供霧狀柴油，通過噴油器噴入氣缸。汽油機柴油機 點火系：（汽油機獨有）在壓縮行程接近上止點時，點火系即在火花塞電極 間產(chǎn)生電火花以點燃混合氣。 冷卻系：降低氣缸及高溫部件的高溫，使發(fā)動機保持正常的工作溫度。潤滑系：減少相對運動部件的摩擦阻力，減輕磨損。起動系：用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機曲軸以達到燃燒作功所需的條件。 第三節(jié) 發(fā)動機的主要性能指標與特性 發(fā)動機的主要性能指標包括： 動

22、力性指標：有效扭矩Te 、有效功率Pe 、轉(zhuǎn)速 n 經(jīng)濟性指標：be 運轉(zhuǎn)性指標：排氣品質(zhì)、噪聲、起動性。一、動力性指標： 1、有效扭矩Te：發(fā)動機對外輸出的扭矩。可在實驗臺架上測出。 2、有效功率Pe：發(fā)動機對外輸出的功率。 Pe=（Te n）/ 9550 ( kw ) ； Te (Nm)、n (r/min)可測定二、經(jīng)濟性指標： 1、 燃油消耗率be：發(fā)動機每發(fā)出1KW有效功率，在1h內(nèi)所消耗的燃油量。 be=x1000 (g / kwh ) ； B發(fā)動機每小時的耗油量(kg/h)可測定BPe三、發(fā)動機的運轉(zhuǎn)性能指標： 1、 排氣品質(zhì)：有害氣體成分的限制標準。P41 美日歐韓：74-80 dB(A) 中國：82-89dB(A) 3、起動性能：標準：汽油機在-10C，柴油機在-5C以下氣溫 條件下，接通起動機15s 內(nèi)發(fā)動機要能自行運轉(zhuǎn)。 1、定義：指發(fā)動機的Pe、Te、be隨曲軸轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。 這個特性可通過發(fā)動機在試驗臺上進行試驗而求。四