發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)及工作原理第1頁，共17頁。第一節(jié)發(fā)動機的分類和基本構(gòu)造分類

汽車發(fā)動機（主要指車用往復活塞式內(nèi)燃機）分類方法很多，按照不同的分類方法可以把汽車發(fā)動機分成不同的類型，下面是其分類情況。(1)按照所用燃料分類

內(nèi)燃機按照所使用燃料的不同可以分為汽油機和柴油發(fā)動機(圖1-1)。使用汽油燃料的內(nèi)燃機稱為汽油機；使用柴油為燃料的內(nèi)燃機稱為柴油機。(2)按照沖程分類圖1-1內(nèi)燃機按照完成一個工作循環(huán)所需的沖程數(shù)可分為四沖程內(nèi)燃機和二沖程內(nèi)燃機(圖1-2)。把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復運動四個沖程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機稱為四沖程內(nèi)燃機；而把曲軸轉(zhuǎn)一圈(360°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復運動兩個沖程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機稱為二沖程內(nèi)燃機。汽車發(fā)動機廣泛使用四沖程內(nèi)燃機。

圖1-2第2頁，共17頁。(3)按照冷卻方式分類

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(圖1-3)。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，被廣泛地應用于現(xiàn)代車用發(fā)動機。4)按照氣缸數(shù)目分類

內(nèi)燃機按照氣缸數(shù)目不同可以分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機(圖1-4)。僅有一個氣缸的發(fā)動機稱為單缸發(fā)動機；有兩個以上氣缸的發(fā)動機稱為多缸發(fā)動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動機。現(xiàn)代車用發(fā)動機多采用四缸、六缸、八缸發(fā)動機。圖1-3圖1-4第3頁，共17頁。(5)按照氣缸排列方式分類

內(nèi)燃機按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式(圖1-5)。單列式發(fā)動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的；雙列式發(fā)動機把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動機，若兩列之間的夾角=180°稱為對置式發(fā)動機。(6)按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式分類

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(圖1-6)。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。圖1-5圖1-6第4頁，共17頁。2.基本構(gòu)造

發(fā)動機是一種由許多機構(gòu)和系統(tǒng)組成的復雜機器。無論是汽油機，還是柴油機；無論是四沖程發(fā)動機，還是二沖程發(fā)動機；無論是單缸發(fā)動機，還是多缸發(fā)動機。要完成能量轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)工作循環(huán)，保證長時間連續(xù)正常工作，都必須具備以下一些機構(gòu)和系統(tǒng)。(1)曲柄連桿機構(gòu)(圖1-7)

曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功沖程中，活塞承受燃氣壓力在氣缸內(nèi)作直線運動，通過連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，并從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣沖程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成活塞的直線運動。(2)配氣機構(gòu)（圖1-8）

配氣機構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動機的工作順序和工作過程，定時開啟和關(guān)閉進氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸,并使廢氣從氣缸內(nèi)排出,實現(xiàn)換氣過程。配氣機構(gòu)大多采用頂置氣門式配氣機構(gòu)，一般由氣門組、氣門傳動組和氣門驅(qū)動組組成。圖1-5圖1-6第5頁，共17頁。(3)燃料供給系統(tǒng)（圖1-9）

汽油機燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動機的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去；柴油機燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。(4)潤滑系統(tǒng)（圖1-10）

潤滑系的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。潤滑系通常由潤滑油道、機油泵、機油濾清器和一些閥門等組成。(5)冷卻系統(tǒng)

冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風扇、水箱、節(jié)溫器等組成。圖1-9圖1-10第6頁，共17頁。(7)點火系統(tǒng)（圖1-12）

在汽油機中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。能夠按時在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設備稱為點火系，點火系通常由蓄電池、發(fā)電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。(8)起動系統(tǒng)（圖1-13）要使發(fā)動機由靜止狀態(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機的曲軸，使活塞作往復運動，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功,推動活塞向下運動使曲軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機才能自行運轉(zhuǎn),工作循環(huán)才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機開始自動地怠速運轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機的起動系。圖1-12圖1-10第7頁，共17頁。（9）小結(jié)汽油發(fā)動機兩大機構(gòu)五大系統(tǒng)曲柄連桿機構(gòu)配氣機構(gòu)燃油供給系潤滑系冷卻系點火系啟動系柴油發(fā)動機兩大機構(gòu)四大系統(tǒng)曲柄連桿機構(gòu)配氣機構(gòu)燃油供給系潤滑系冷卻系啟動系第8頁，共17頁。第二節(jié)發(fā)動機常用術(shù)語如圖1-14所示:圖1-14①上止點TDC：活塞在氣缸里作往復直線運動時，當活塞向上運動到最高位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠的極限位置。②下止點BDC:活塞在氣缸里作往復直線運動時，當活塞向下運動到最低位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的極限位置。③活塞行程S:活塞從一個止點到另一個止點移動的距離，即上、下止點之間的距離。一般用Ｓ表示，對應一個活塞行程，曲軸旋轉(zhuǎn)180°。④曲柄半徑R：曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心之間的距離。一般用R表示。通?；钊谐虨榍霃降膬杀?，即S=2R。第9頁，共17頁。⑤氣缸工作容積Vh：活塞從一個止點運動到另一個止點所掃過的容積。⑥氣缸總?cè)莘eVa：活塞位于下止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積。氣缸總?cè)莘e就是氣缸工作容積和燃燒室容積之和，即Va＝Vc＋Vh。⑦發(fā)動機排量VL：各氣缸工作容積的總和。VL=i*Vh，其中i為氣缸數(shù)目，Vh為氣缸工作容積。⑧壓縮比

:壓縮比表示了氣體的壓縮程度，它是氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比值，即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比。一般用ε表示。通常汽油機的壓縮比為6～10，柴油機的壓縮比較高，一般為16～22。

第10頁，共17頁。第三節(jié)發(fā)動機的工作原理１、四沖程汽油機的工作原理

四沖程汽油機的運轉(zhuǎn)是按進氣沖程、壓縮沖程、作功沖程和排氣沖程的順序不斷循反復的。(1)進氣沖程（圖1-15）由于曲軸的旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點向下止點運動，這時排氣門關(guān)閉，進氣門打開。隨著活塞下移，氣缸內(nèi)容積增大，壓力減小，當壓力低于大氣壓時，在氣缸內(nèi)產(chǎn)生真空吸力，空氣經(jīng)空氣濾清器并與化油器供給的汽油混合成可燃混合氣，通過進氣門被吸入氣缸，直至活塞向下運動到下止點。實際汽油機的進氣門是在活塞到達上止點之前打開，并且延遲到下止點之后關(guān)閉，以便吸入更多的可燃混合氣。(2)壓縮沖程（圖1-16）曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從下止點向上止點運動，這時進氣門和排氣門都關(guān)閉，氣缸內(nèi)成為封閉容積，可燃混合氣受到壓縮，壓力和溫度不斷升高，當活塞到達上止點時壓縮行程結(jié)束。壓縮比越大，壓縮終了時氣缸內(nèi)的壓力和溫度越高，則燃燒速度越快，發(fā)動機功率也越大。但壓縮比太高，容易引起爆燃。所謂爆燃就是由于氣體壓力和溫度過高，可燃混合氣在沒有點燃的情況下自行燃燒，且火焰以高于正常燃燒數(shù)倍的速度向外傳播，造成尖銳的敲缸聲。會使發(fā)動機過熱，功率下降，汽油消耗量增加以及機件損壞。輕微爆燃是允許的，但強烈爆燃對發(fā)動機是很有害的，汽油機的壓縮比一般為ε＝6～10。圖1-15圖1-16第11頁，共17頁。(3)作功沖程（圖1-17）作功沖程包括燃燒過程和膨脹過程，在這一沖程中，進氣門和排氣門仍然保持關(guān)閉。當活塞位于壓縮行程接近上止點(即點火提前角)位置時，火花塞產(chǎn)生電火花點燃可燃混合氣，可燃混合氣燃燒后放出大量的熱使氣缸內(nèi)氣體溫度和壓力急劇升高，高溫高壓氣體膨脹，推動活塞從上止點向下止點運動，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機械功，除了用于維持發(fā)動機本身繼續(xù)運轉(zhuǎn)外，其余用于對外作功。隨著活塞向下運動，氣缸內(nèi)容積增加，氣體壓力和溫度降低，當活塞運動到下止點時，作功沖程結(jié)束。(4)排氣沖程（圖1-18）當作功接近終了時，排氣門開啟，進氣門仍然關(guān)閉，靠廢氣的壓力先進行自由排氣，活塞到達下止點再向上止點運動時，繼續(xù)把廢氣強制排出到大氣中去，活塞越過上止點后，排氣門關(guān)閉，排氣行程結(jié)束。實際汽油機的排氣行程也是排氣門提前打開，延遲關(guān)閉,以便排出更多的廢氣。由于燃燒室容積的存在,不可能將廢氣全部排出氣缸。受排氣阻力的影響，排氣終止時，氣體壓力仍高于大氣壓力，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點向下止點運動，又開始了下一個新的循環(huán)過程。

可見四沖程汽油機經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個沖程完成一個工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點往復運動了四個沖程，相應地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈。圖1-17圖1-18第12頁，共17頁。２、四沖程柴油機的工作原理四沖程柴油機（圖1-19）和四沖程汽油機的工作過程相同，每一個工作循環(huán)同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣四個沖程，但由于柴油機使用的燃料是柴油，柴油與汽油有較大的差別，柴油粘度大，不易蒸發(fā)，自燃溫度低，故可燃混合氣的形成，著火方式，燃燒過程以及氣體溫度壓力的變化都和汽油機不同，下面主要分析一下柴油機和汽油機在工作過程中的不同點。圖1-19①四沖程柴油機在進氣沖程中所不同的是柴油機吸入氣缸的是純空氣而不是可燃混合氣。②壓縮沖程壓縮的也是純空氣，在壓縮沖程接近上止點時，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，柴油和空氣在氣缸內(nèi)形成可燃混合氣并著火燃燒。柴油機是壓縮后自燃著火的，不需要點火，故柴油機又稱為壓燃機。③優(yōu)點：柴油機的壓縮比高，熱效率高，燃油消耗率低，同時柴油價格較低，因此，柴油機的燃料經(jīng)濟性能好，而且柴油機的排氣污染少，排放性能較好。④缺點：轉(zhuǎn)速低，質(zhì)量大，噪聲大，振動大，制造和維修費用高。第13頁，共17頁。第四節(jié)發(fā)動機的主要性能指標與特性１、發(fā)動機性能指標

發(fā)動機的性能指標是用來衡量發(fā)動機性能好壞的標準。發(fā)動機的主要性能指標有：動力性能指標、經(jīng)濟性能指標和排放性能指標。1)動力性能指標

動力性能指標指曲軸對外作功能力的指標，包括有效扭矩、有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速。

ａ、有效扭矩：指發(fā)動機通過曲軸或飛輪對外輸出的扭矩，通常用Te表示，單位為N.m。有效扭矩是作用在活塞頂部的氣體壓力通過連桿、傳給曲軸產(chǎn)生的扭矩,并克服了摩擦，驅(qū)動附件等損失之后從曲軸對外輸出的凈扭矩。

ｂ、有效功率：指發(fā)動機通過曲軸或飛輪對外輸出的功率，通常用Pe表示，單位為kW。有效功率同樣是曲軸對外輸出的凈功率,它等于有效扭矩和曲軸轉(zhuǎn)速的乘積。發(fā)動機的有效功率可以在專用的試驗臺上用測功器測定，測出有效扭矩和曲軸轉(zhuǎn)速，然后用下面公式計算出有效功率。

Ｐe＝ａ．Ｔe．ｎ（ｋｗ）

式中：Te－有效扭矩，單位為N·m；

n－曲軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min。

a－系數(shù)（ａ＝１／9545.45）

ｃ、轉(zhuǎn)速：指發(fā)動機曲軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為r/min。發(fā)動機產(chǎn)品銘牌上標明的功率及相應轉(zhuǎn)速稱為額定功率和額定轉(zhuǎn)速。按照汽車發(fā)動機可靠性試驗方法的規(guī)定汽車發(fā)動機應能在額定工況下連續(xù)運行300～1000小時。

第14頁，共17頁。(2)經(jīng)濟性能指標通常用燃油消耗率來評價內(nèi)燃機的經(jīng)濟性能。燃油消耗率是指單位有