汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)發(fā)動機(jī)的總體組成與原理《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理發(fā)動機(jī)總體組成與原理第一節(jié)發(fā)動機(jī)的分類與總體構(gòu)造

第二節(jié)發(fā)動機(jī)的工作原理第三節(jié)發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理重點(diǎn)、難點(diǎn)■

發(fā)動機(jī)總體構(gòu)造■

發(fā)動機(jī)的工作原理■

發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理教學(xué)要求■

掌握發(fā)動機(jī)奧托循環(huán)■

掌握柴油機(jī)工作原理■

掌握汽油機(jī)工作原理《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理課程思政融入點(diǎn)1.發(fā)動機(jī)奧托循環(huán)與實現(xiàn)2.柴油機(jī)工作原理與實踐3.汽油機(jī)工作原理與實踐《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理課程思政的育人目標(biāo)■

科技發(fā)展■

工程倫理■

學(xué)以致用■

專業(yè)能力■

科學(xué)精神《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理課程耕讀教育要點(diǎn)耕讀教育映射與融入點(diǎn)教育方法與載體途徑耕讀育人預(yù)期成效發(fā)動機(jī)奧托

循環(huán)與實現(xiàn)1.奧托循環(huán)的基本原理是什么?2.奧托循環(huán)有何不足?3.如何取代奧托循環(huán)?參觀體驗、課堂討

論；制作講義或教

材、制作PPT科技發(fā)展工程倫理學(xué)以致用柴油機(jī)工作

原理與實踐1.柴油機(jī)是如何工作的?2.為何拖拉機(jī)廣泛采用柴油發(fā)動

機(jī)?3.柴油機(jī)有何不足之處?如何改

進(jìn)?信息化載體、參觀

體驗、課堂討論；

制作講義或教材、

制作PPT專業(yè)能力學(xué)以致用工程倫理汽油機(jī)工作

原理與實踐1.汽油機(jī)是如何工作的?2.為何汽車廣泛采用汽油發(fā)動機(jī)

?3.汽油機(jī)有何不足之處?如何改進(jìn)?信息化載體、參觀

體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT科學(xué)精神科技發(fā)展工程倫理“耕讀教育”思政點(diǎn)映射表《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理第一節(jié)發(fā)動機(jī)的分類與總體構(gòu)造《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

7

發(fā)動機(jī)的分類與總體構(gòu)造一、發(fā)動機(jī)的分類發(fā)動機(jī)是汽車、拖拉機(jī)的動力源。凡是能使某種形式的能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的機(jī)器都可稱為發(fā)動機(jī)。如熱力發(fā)動機(jī)、水力發(fā)動機(jī)和風(fēng)力發(fā)動機(jī)等，車輛上主要采用熱力發(fā)動機(jī)。熱力發(fā)動機(jī)是指將燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的機(jī)器。根據(jù)燃料燃燒所處位置的不同，熱力發(fā)動機(jī)又分為外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩大類。燃料在發(fā)動機(jī)外部燃燒的熱力發(fā)動機(jī)稱為外燃機(jī)。如蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)等。反之，燃料直接在發(fā)動機(jī)內(nèi)部燃燒的熱力發(fā)動機(jī)稱為內(nèi)燃機(jī)。如柴油機(jī)、汽油機(jī)和煤氣機(jī)等。《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

8內(nèi)燃機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通和國防等各個領(lǐng)域。至今，汽車、拖拉機(jī)的發(fā)動機(jī)全部采用內(nèi)燃機(jī)，因為與外燃機(jī)比較，內(nèi)燃機(jī)

熱效率高、功率范圍廣、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、體積小、使用操作方便

及運(yùn)行安全。盡管如此，減輕排放污染，減小噪聲振動，提高零部件

的耐磨性、可靠性、互換性、修復(fù)性和整機(jī)動力性及經(jīng)濟(jì)性仍是內(nèi)燃機(jī)科學(xué)技術(shù)的重要研究內(nèi)容。《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

9內(nèi)燃機(jī)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、船艦，以及汽車、拖拉機(jī)、坦克等各種車輛上。但是，內(nèi)燃機(jī)一般要求使用石油燃料，同時排出的廢氣中所含有害氣

體成分較高。為解決能源與大氣污染的問題，目前國內(nèi)、外正致力于內(nèi)燃

機(jī)排氣凈化以及新能源發(fā)動機(jī)的研究工作?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

10內(nèi)燃機(jī)根據(jù)其將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的主要構(gòu)件的形式，可分為活塞式內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)兩大類。

前者又可按活塞運(yùn)動方式分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種?；钊絻?nèi)燃機(jī)在汽車拖拉機(jī)上應(yīng)用最廣泛，裝配在汽車拖拉機(jī)上內(nèi)燃機(jī)，

一般稱為發(fā)動機(jī)，是本書的主要討論對象。發(fā)動機(jī)種類繁多，根據(jù)不同特點(diǎn)有不同分類。《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

11分類方法類別含義按行程數(shù)分二行程發(fā)動機(jī)活塞經(jīng)過2個行程完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)四行程發(fā)動機(jī)活塞經(jīng)過4個行程完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)按著火方式分點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)壓縮氣缸內(nèi)的可燃混合氣，并用外源點(diǎn)火燃燒的發(fā)動機(jī)壓燃式發(fā)動機(jī)壓縮氣缸內(nèi)的空氣或可燃混合氣，產(chǎn)生高溫,引起燃料著火的發(fā)動機(jī)按使用燃料種類分液體燃料發(fā)動機(jī)燃燒液體燃料(汽油、柴油、醇類等)的發(fā)

動機(jī)氣體燃料發(fā)動

機(jī)燃燒氣體燃料(液化石油氣、天然氣等)的發(fā)動機(jī)多種燃料發(fā)動機(jī)能夠使用著火性能差異較大的兩種或兩種以上燃料的發(fā)動機(jī)按進(jìn)氣狀態(tài)分非增壓發(fā)動機(jī)進(jìn)入氣缸前的空氣或可燃混合氣未經(jīng)壓縮的發(fā)動機(jī)。對于四行程發(fā)動機(jī)也稱自吸式發(fā)動機(jī)增壓發(fā)動機(jī)機(jī)壓縮，借以增大充量密度的發(fā)動機(jī)《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理12表2-1

發(fā)動機(jī)的分類按氣缸數(shù)及布置分單缸發(fā)動機(jī)只有一個氣缸的發(fā)動機(jī)多缸發(fā)動機(jī)具有兩個或兩個以上氣缸的發(fā)動機(jī)立式發(fā)動機(jī)氣缸布置于曲軸上方且氣缸中心線垂直于水平面的發(fā)動機(jī)臥式發(fā)動機(jī)氣缸中心線平行于水平面的發(fā)動機(jī)直列式發(fā)動機(jī)具有兩個或兩個以上直立氣缸，并呈一列布置的發(fā)動機(jī)V形發(fā)動機(jī)具有兩個或兩列氣缸，其中心線夾角呈V形，并共用一根曲軸輸出功率的發(fā)動機(jī)對置氣缸式發(fā)動機(jī)兩個或兩列氣缸分別排列在同一曲軸的兩邊呈180°夾角的發(fā)動機(jī)斜置式發(fā)動機(jī)氣缸中心線與水平面呈一定角度(不是直角)的發(fā)動機(jī)按冷卻方式分液冷式發(fā)動機(jī)用冷卻液冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的發(fā)動機(jī)風(fēng)冷式發(fā)動機(jī)用空氣冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的發(fā)動機(jī)按用途分有汽車用、機(jī)車用、拖拉機(jī)用、船用、坦克用、摩托車用、發(fā)電用、農(nóng)用、工程機(jī)械用等發(fā)動機(jī)《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

13第一節(jié)

發(fā)動機(jī)的分類與總體構(gòu)造二、發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造雖然發(fā)動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式不同、具體構(gòu)造多種多樣，并由許多機(jī)構(gòu)和零部件構(gòu)成，但其基本構(gòu)造相同。

為保證發(fā)動機(jī)連續(xù)進(jìn)行工作循環(huán)、實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，并使

其能持續(xù)地正常工作，根據(jù)各組成部分的作用不同，發(fā)

動機(jī)總體構(gòu)成包括機(jī)體組件與曲柄連桿機(jī)構(gòu)、換氣系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)(僅汽油機(jī))和啟動系統(tǒng)?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

141.機(jī)體組件與曲柄連桿機(jī)構(gòu)機(jī)體組件包括機(jī)體、氣缸蓋、氣缸套、油底殼等。

機(jī)體組件是發(fā)動機(jī)的骨架，所有運(yùn)動部件和系統(tǒng)都支承和安裝在它上面。曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要由活塞、連桿、曲軸及飛輪等組成。其功用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并將作用在

活塞頂部的燃?xì)鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩輸出?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

152.換氣系統(tǒng)換氣系統(tǒng)由空氣濾清器、進(jìn)排氣管道、配氣機(jī)構(gòu)、消音滅火器等組成。功

用是定時開關(guān)進(jìn)、排氣門，實現(xiàn)氣缸的換氣；過濾空氣中的

雜質(zhì)，保證進(jìn)氣清潔

；降低排氣噪音?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

163.燃料供給系根據(jù)發(fā)動機(jī)所用燃料不同，燃油供給系統(tǒng)分為柴油機(jī)供油系統(tǒng)和汽油機(jī)供油系統(tǒng)柴油機(jī)供油系統(tǒng)由燃油箱、燃油濾清器、輸油泵、燃油泵、噴油器等組成。其功用是定時、定量、定壓地向燃燒室內(nèi)噴入霧化柴油，

并創(chuàng)造良好的燃燒條件，滿足燃燒過程的需要。汽油機(jī)供油系統(tǒng)由燃油箱、電動汽油泵、濾清器、輸油管、回油

管、分配油管、油壓調(diào)節(jié)器、電控噴油器、傳感器、電控單元等組成

。其功用是將汽油與空氣按一定比例混合成各種濃度的可燃混合氣供

入燃燒室，以滿足汽油機(jī)各種工況下的要求?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

174.潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)由集濾器、機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油散熱器、油道、機(jī)油壓力表等組成。其功用是將機(jī)油壓送到發(fā)動機(jī)各運(yùn)動件的摩擦表面，

以減少運(yùn)動件的摩擦和磨損，帶走摩擦熱量，清洗表面磨

屑

，密封和防止零件銹蝕。即具有：潤滑、密封、散熱、清洗、防銹等作用?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

185.冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)由散熱器、水泵、風(fēng)扇、水套、節(jié)溫器、機(jī)體散熱片等組成。冷卻系統(tǒng)的功用是冷卻受熱機(jī)件、保證發(fā)動機(jī)在適宜的溫度下正常工作。6.起動系統(tǒng)啟動系統(tǒng)由蓄電池、啟動機(jī)、啟動開關(guān)等組成。其功用是啟動發(fā)動機(jī)，使發(fā)機(jī)動由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

197.點(diǎn)火系統(tǒng)汽油機(jī)設(shè)有點(diǎn)火系統(tǒng)，它由蓄電池、發(fā)電機(jī)、點(diǎn)火線圈、點(diǎn)火控制器、高壓線、火花塞等組成。點(diǎn)火系統(tǒng)的功用是定時產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃

混合氣。柴油機(jī)沒有點(diǎn)火系統(tǒng)?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

20圖2-2

柴油機(jī)的整體構(gòu)造圖2-1

汽油機(jī)的整體構(gòu)造第二節(jié)發(fā)動機(jī)的工作原理《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

21第二節(jié)

發(fā)動機(jī)的工作原理一、發(fā)動機(jī)的基本術(shù)語1、

基本術(shù)語

：發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。①上止點(diǎn)?；钊跉飧字羞\(yùn)動，當(dāng)活塞離曲軸中心最遠(yuǎn)時，活塞頂部所處的位置。②下止點(diǎn)?；钊跉飧字羞\(yùn)動，當(dāng)活塞離曲軸中心最近時，活塞頂部所處的位置。③活塞行程?；钊麖囊粋€止點(diǎn)運(yùn)動到另一個止點(diǎn)所經(jīng)過的距離。常

用字母S表示，即曲軸每轉(zhuǎn)半圈(180°),活塞運(yùn)動一個行程。④曲柄半徑。曲軸與連桿大頭連接中心至曲軸中心的距離r稱為曲柄半徑?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

2231011圖

2

-

3

發(fā)

動

機(jī)

的

基

本

結(jié)

構(gòu)1—?dú)飧咨w

2—排氣門3—進(jìn)氣門4—噴油器5—?dú)飧?—活塞7—活塞銷8—連桿

9—主軸承10—曲軸11—曲柄12—飛輪《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

23⑤燃燒室容積?；钊挥谏现裹c(diǎn)時，活塞頂部與氣缸蓋之間的封閉容積。常用V?表示。⑥氣缸工作容積?；钊麖纳现裹c(diǎn)運(yùn)動到下止點(diǎn)時，它所掃過的空間容積。常用Vh表示，即S—

活塞行程，cm。⑦氣缸總?cè)莘e?；钊挥谙轮裹c(diǎn)時，活塞頂部與氣缸蓋之間的封閉容積。常用Va

表示，即《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

24式中，D——?dú)飧字睆?，cm;(2-2)(2-1)壓縮比表示活塞從下止點(diǎn)運(yùn)動到上止點(diǎn)時，氣體在氣缸內(nèi)被壓縮的程度。不同類型的發(fā)動機(jī)對壓縮比的要求不同，柴油機(jī)較高(ε=15~22),汽油機(jī)較低(ε=6～10)。⑨活塞總排量。多缸發(fā)動機(jī)所有氣缸工作容積之和，用Vz

表示，

即

Vz=Vh·i

(2-4)式中，i——?dú)飧讛?shù)。⑩發(fā)動機(jī)工況。發(fā)動機(jī)在某一時刻的運(yùn)行狀況稱為發(fā)動機(jī)工況，用

發(fā)動機(jī)此時輸出的轉(zhuǎn)速和有效功率表示。?工作循環(huán)。在氣缸內(nèi)進(jìn)行的每一次將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一系列連續(xù)過程(進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣)稱為發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)。⑧壓縮比。氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比值，常用ε表示，《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

25(2-3)即ε=第二節(jié)

發(fā)動機(jī)的工作原理二、單缸四沖程發(fā)動機(jī)的工作原理活塞在上、下止點(diǎn)間往復(fù)移動四個行程(相當(dāng)于曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周),完成進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣一個工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)就稱為

四行程發(fā)動機(jī)。四行程發(fā)動機(jī)工作時，利用氣缸中可燃混合氣燃燒后產(chǎn)生的高

壓燃?xì)馔苿踊钊蛳逻\(yùn)動，并通過連桿帶動曲軸旋轉(zhuǎn)對外做功，將燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)換為曲軸轉(zhuǎn)動的機(jī)械能。這一能量轉(zhuǎn)換過程必須歷經(jīng)進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個行程，活塞在氣缸中往復(fù)兩次完成一個工作循環(huán)?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

26101112a)b)c)d)圖2-4

單缸四沖程汽油機(jī)基本工作原理圖a)

進(jìn)氣行程

b)壓縮行程

c)做功行程

d)排氣行程1—噴油器2—進(jìn)氣門

3—上止點(diǎn)

4—下止點(diǎn)

5—活塞銷

6—曲軸

7—火花塞

8—排氣門9—?dú)飧咨w10—?dú)飧?1—活塞12—機(jī)體13—連桿《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

271.單缸四沖程汽油機(jī)的工作原理4′1.單缸四沖程汽油機(jī)的工作原理(1)

進(jìn)氣行程(以自然吸氣為例)進(jìn)氣過程中，排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門開啟，活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動一個行程，在氣缸內(nèi)形成真空，新鮮可燃混合氣被吸入氣缸；曲軸由0°沿順時針方向轉(zhuǎn)到180

°。當(dāng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動時，進(jìn)氣系統(tǒng)有阻力，故進(jìn)氣終了時氣缸內(nèi)的氣體壓力略低于大氣壓力，為0.075～0.090kPa?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

28流進(jìn)氣缸內(nèi)的可燃混合氣，因與氣缸壁、活塞頂?shù)雀邷貦C(jī)件接觸并與前一行程(排氣行程)留下的高溫殘余廢氣混合，所以它的溫度上升到370～403K在示功圖上，進(jìn)氣行程用曲線r-a

表示。曲線r-a

位于

大氣壓力線以下，它與大氣壓力線縱坐標(biāo)之差即表示氣缸內(nèi)的真空度。自然吸氣發(fā)動機(jī)動力輸出平順，不會因發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而出現(xiàn)驟然加速。而且發(fā)動機(jī)使用壽命長，維修簡單。《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

29c)d)圖2-

5

四沖程汽油機(jī)的示功圖a)

進(jìn)氣行程

b)

壓縮行程

c)做功行程(膨脹行程)

d)排氣行程《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

301.單缸四沖程汽油機(jī)的工作原理a)b)(2)

壓縮行程為了使吸入的可燃混合氣能迅速燃燒，以產(chǎn)生較大的氣體壓力，使發(fā)動機(jī)做功，燃燒前的必須將可燃混合氣壓縮，此即壓縮行程。在進(jìn)氣行程終了時，活塞自下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，曲軸由

180°轉(zhuǎn)到360°,此時，進(jìn)、壓排氣門均關(guān)閉。隨著氣缸的容

積不斷縮小，可燃混合氣受到壓縮，其溫度和壓力不斷升高。

壓縮行程一直繼續(xù)到活塞到達(dá)上止點(diǎn)時為止。壓縮終了時，可

燃混合氣的溫度為600～750K,可燃混合氣壓力為0.8～2.0kPa?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

31壓縮終了時可燃混合氣的壓力和溫度取決于壓縮比，壓縮比越大，燃燒速度越快，因而發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率便越大，經(jīng)濟(jì)性越好。但壓縮

比過大時，不僅不能進(jìn)一步改善燃燒狀況，反而會出現(xiàn)爆燃和表面點(diǎn)

火等不正常燃燒現(xiàn)象。(3)

做功行程在這個行程中，進(jìn)、排氣門仍關(guān)閉。當(dāng)活塞在壓縮行程接近上止點(diǎn)時，裝在氣缸蓋上的火花塞在高壓電作用下產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃

被壓縮的可燃混合氣。可燃混合氣燃燒后，放出大量的熱能，使燃

氣的壓力和溫度急劇升高。最高壓力Pz為3.0～6.5kPa

,

相應(yīng)的溫

度為2200～2800K,

且體積迅速膨脹?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

32此時活塞被高壓氣體推動從上止點(diǎn)下行，帶動曲軸從360°旋轉(zhuǎn)到540°,并輸出機(jī)械能，除了用以維持發(fā)動機(jī)本身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)外，

其余大部分都用于對外做功。在示功圖上，曲線Z-b

表示活塞向下移動時氣缸內(nèi)容積增加，氣體壓力和溫度都在降低。在做功行程終了的b點(diǎn)，壓力降到0.3～0.5kPa,

溫度則降為1300～1600K?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

33(4)

排氣行程可燃混合氣體燃燒后生成的廢氣必須從氣缸中排除，以便進(jìn)行下一個進(jìn)氣行程。當(dāng)做功接近終了時，進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門開啟，曲軸通過連桿推

動活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，曲軸由540°旋轉(zhuǎn)到720°。廢氣在自身殘余壓力和活塞的推力作用下從氣缸中排出，進(jìn)入大氣之中?；钊竭_(dá)上止點(diǎn)附近時，排氣行程結(jié)束。這一行程在示功圖上用曲線

b

-r表示。由于排氣系統(tǒng)存在排氣阻力，所以在排氣終了時，氣缸內(nèi)壓力稍高于大氣壓力，為0.105～0.120

kPa,

廢氣溫度為900~11

00K

。因燃燒室占有一定容積，故排氣終了時，不可能將廢氣排盡，留下的這一部分廢氣稱為殘余廢氣。《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

34行程名稱曲軸轉(zhuǎn)角/(°)活塞行程進(jìn)氣門排氣門進(jìn)氣0～180開關(guān)壓縮180～360↑關(guān)關(guān)做功360～540個關(guān)關(guān)排氣540～720個關(guān)開排氣結(jié)束后，又重新進(jìn)行進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣行程，

循環(huán)往復(fù)。四行程汽油機(jī)的工作過程見下表。表2-2

四沖程汽油機(jī)的工作過程《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

35柴油機(jī)使用的燃料是柴油，與汽油相比，柴油黏度大，不易蒸發(fā)，但其自燃溫度較低，因此可燃混合氣的形成及其在缸

內(nèi)點(diǎn)燃方式各有特點(diǎn)。

四行程柴油機(jī)的工

作原理與四行程汽油機(jī)基本相似，每個工作循環(huán)包括進(jìn)氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程。每個工作循環(huán)曲軸旋轉(zhuǎn)兩周。柴油單缸四行程柴油機(jī)的工作原理示意圖如圖圖2-6

單缸四沖程柴油機(jī)的工作原理示意圖1—噴油泵

2—噴油器3—排氣門4—進(jìn)氣門《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

362.單缸四沖程柴油機(jī)的工作原理(1)

進(jìn)氣行程進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，活塞在曲軸的帶動下從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，活塞上方的氣缸容積增大，氣缸內(nèi)的壓力逐漸降低至大

氣壓以下，即在氣缸內(nèi)產(chǎn)生真空度，這樣新鮮的純空氣經(jīng)進(jìn)氣管道、

進(jìn)氣門被吸入氣缸?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

37為了分析工作循環(huán)中氣體壓力P和相應(yīng)于活塞不同位置的氣缸容積V

之間的變化關(guān)系，經(jīng)常利用發(fā)動機(jī)循環(huán)的示功圖來表示活塞在不同位置時氣缸內(nèi)壓力的變化情況。示功圖中曲線所圍成的面積表示

柴油機(jī)整個工作循環(huán)中氣體在單個氣缸內(nèi)所作的功。在四行程柴油機(jī)示功圖，進(jìn)氣行程壓力線為r-a,

進(jìn)氣始點(diǎn)r壓力略大于大氣壓力p0,

是因為此時活塞上方仍殘存少量前一個工作循環(huán)未排凈的廢氣(簡稱殘余廢氣)。r點(diǎn)壓力Pr為0.104～0.117

MPa,進(jìn)氣行程終點(diǎn)a的壓力Pa受到空氣濾清器及進(jìn)氣管道阻力的影響，低于P0,Pa為0.08～0.095MP

a。進(jìn)氣終點(diǎn)介質(zhì)(新鮮空氣加殘余廢氣)的溫度Ta可達(dá)300～400

K,主要是高溫零件加熱與高溫廢氣混合的結(jié)果。《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

38(2)

壓縮行程活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，缸內(nèi)氣體被

壓縮，使其壓力和溫度不斷上升，

如圖2-5中a-c

線。由于柴油機(jī)采用高壓縮比(ε=16～22),

壓縮終點(diǎn)壓力Pc為3～5MPa,

溫度Tc為750～950K,

比該狀

態(tài)下柴油的自燃溫度高出200~

300

K,足以保證噴入缸內(nèi)的柴

油自燃?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

39圖2-7四沖程柴油機(jī)示功圖為了充分利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能，提高熱效率，要求燃燒過程在活塞上止點(diǎn)稍后即迅速完成，使燃燒后的氣體充分膨脹做功?？紤]燃

料噴入氣缸后，須經(jīng)過一段著火準(zhǔn)備時間，因此，實際柴油機(jī)工作時，在壓縮上止點(diǎn)前10°~35℃A即圖2-7中c′點(diǎn)即將燃油噴入氣缸。

c′

點(diǎn)為噴油始點(diǎn)，它距上止點(diǎn)所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為噴油提前角。a-c'-c線為壓縮行程氣缸容積與缸內(nèi)氣體壓力變化曲線。(3)

做功行程活塞在燃?xì)鈮毫ν苿酉?，由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動，進(jìn)、排氣門仍處于關(guān)閉狀態(tài)?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

40由于壓縮行程末期部分噴入燃油已開始著火燃燒，進(jìn)入本行程后燃燒速率急劇增加，導(dǎo)致壓力迅速升高，如圖中c-z段，相當(dāng)陡，即

壓力升高率(dp/dψ,ψ

為曲軸轉(zhuǎn)角)大，造成柴油機(jī)工作較粗暴。

此后出現(xiàn)了近似等壓膨脹z-z'線，這是由于柴油噴射過程及與空氣混合燃燒均需延續(xù)一段時間，此時雖然活塞下行，氣缸容積有所增加，但缸內(nèi)壓力并不立即下降，直到z'點(diǎn)。其間最高壓力Pz為6～9MPa,

最高溫度Tz可達(dá)1800～2200K。隨著活塞被推動下移做功，缸內(nèi)壓力、溫度逐漸下降，當(dāng)活塞到達(dá)下止點(diǎn)時，做功行程結(jié)束，其終點(diǎn)壓力Pb

為0.2～0.4MPa,溫度T

為1000～1400

K?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

41(4)

排氣行程氣缸內(nèi)的混合氣燃燒后成為廢氣。為使柴油機(jī)能夠繼續(xù)不斷工作，就必須把廢氣排出機(jī)外。排氣行程活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，排氣門打開，廢氣被強(qiáng)制排出。排氣過程中缸內(nèi)壓力與氣缸容積變化如圖2-5中b-r線。由于排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的流動阻力使排

氣終點(diǎn)r

的壓力Pr為0.104～0.117

kPa,略高于外界環(huán)境壓力P?

,

其溫度Tr為700～900K。排氣行程結(jié)束時，活塞回到上止點(diǎn)。至此單缸柴油機(jī)活塞移動四個行程，完成了一個工作循環(huán)。此后

曲軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，上述各過程重復(fù)進(jìn)行?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

423.四沖程柴油機(jī)與四沖程汽油機(jī)的區(qū)別著火方式不同柴油機(jī)進(jìn)氣過程吸入氣缸的是空氣，壓縮接近終了將柴油噴入氣缸，利用氣缸內(nèi)的高溫氣體自行著火燃燒，稱為壓燃式；

汽油機(jī)則吸入汽油和空氣的可燃混合氣，壓縮接近終了則采用電火花點(diǎn)燃混合氣，稱為點(diǎn)燃式。壓縮比不同柴油機(jī)的壓縮比較高，燃?xì)馀蛎涊^充分，膨脹終了的

溫度較低，熱量利用程度較好，耗油率較低；汽油機(jī)則相反。所以，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性比汽油機(jī)好?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

43柴油機(jī)平均壓力高

柴油機(jī)最大壓力較高，機(jī)件受力大，剛度和強(qiáng)度要求較高，與同等功率的汽油機(jī)相比，體積和重量大。柴油機(jī)的噴油泵和噴油精密度

高，加工較困難，制造成本較高。柴油機(jī)的工作噪聲也較大。燃燒類型不同

柴油機(jī)的燃燒過程既有等容加熱(燃燒)階段又有等壓加熱

(

燃燒)階段，屬混合加熱循環(huán)；而汽油機(jī)只有等容加熱階段，屬等容加熱循

環(huán)。柴油機(jī)和汽油機(jī)工作過程中各點(diǎn)的壓力和溫度都不同。表2-3

發(fā)動機(jī)工作過程中各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)發(fā)動機(jī)

類型狀態(tài)參數(shù)Pa/kPaT./KP./kPaT./KP?/kPaT?/KP?/kPaT,/Kp,/kPaT,/K汽油機(jī)73.6~88.3350~400830~1960500~7002900~49002200~

2800290~4901300~1600103~123900~1100柴油機(jī)78.5~93.2300~4002900~4900750~9505900~88001800~2200290~5801000~1300100~120500~800《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

44三、多缸四沖程發(fā)動機(jī)的工作原理單缸四行程發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)兩圈完成一個工作循環(huán)，而兩圈中只有半圈做功，故其曲軸旋轉(zhuǎn)不均勻、工作穩(wěn)定性差、功率小。隨著時代

的發(fā)展，要求發(fā)動機(jī)的功率越來越大、穩(wěn)定性越來越高，因而誕生了多缸四行程發(fā)動機(jī)。由兩個或兩個以上氣缸所組成的發(fā)動機(jī)，稱為多缸發(fā)動機(jī)。多

缸發(fā)動機(jī)各缸的活塞連桿組件都連接在同一根曲軸上，用一根曲軸輸出功率。多缸發(fā)動機(jī)的曲軸每轉(zhuǎn)180°,各缸都完成自己的一個行程；曲軸轉(zhuǎn)720°每個缸都完成一個工作循環(huán)，做功一次。為了提高整機(jī)的平穩(wěn)性，應(yīng)盡量將各缸發(fā)火做功相對曲軸的轉(zhuǎn)角均勻分布。把一個缸發(fā)火做功后到另一個缸發(fā)火做功時的曲軸轉(zhuǎn)角，稱為發(fā)火間隔角，用α表示?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

45式

中

，i——?dú)飧讛?shù)。二缸發(fā)動機(jī)因受曲軸結(jié)構(gòu)限制，其做功行程不可能均布，一般最小發(fā)火間隔角為180°;三缸發(fā)動機(jī)的發(fā)火間隔角為240°?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理工作順序1-3-4-21-2-4-3曲軸轉(zhuǎn)角各缸工作過程各缸工作過程一缸二缸三缸四缸一缸二缸三缸四缸0°~180°做功排氣壓縮進(jìn)氣做功壓縮排氣進(jìn)氣180°~360°排氣進(jìn)氣做功壓縮排氣做功進(jìn)氣壓縮360°~540°進(jìn)氣壓縮排氣做功進(jìn)氣排氣壓縮做功540°~720°壓縮做功進(jìn)氣排氣壓縮進(jìn)氣做功排氣四缸發(fā)動機(jī)的發(fā)火間隔角為180°,四個曲柄布置在同一平面內(nèi)。1、4缸與2、3缸互相錯開180°,其工作順序有兩種，即1-3-4-2或1-2-4-3表2-4

四缸四沖程發(fā)動機(jī)的工作原理《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

47六缸直列發(fā)動機(jī)的發(fā)火間隔角為120°,六個曲柄分別布置在三個平面內(nèi)。六缸發(fā)動機(jī)工作順序有兩種，即1-5-3-6-2-4和I-4-2-6-3-5,國產(chǎn)汽車一般采用前一種。八缸V形發(fā)動機(jī)的發(fā)火間隔角為90°,發(fā)動機(jī)左右兩列對應(yīng)的一對連桿共用一個曲柄，所以V

形八缸發(fā)動機(jī)只有四個曲柄。曲柄布置可以與四缸發(fā)動機(jī)相同，四個曲柄布置在同一平面內(nèi)，也可以布置在兩個互相錯開90°的平面內(nèi)，使發(fā)動機(jī)得到更好地平衡。八缸發(fā)動機(jī)工作順序為1-8-4-3-6-5-7-2。多缸發(fā)動機(jī)采用同一缸徑、不同缸數(shù)的方法獲得不同功率，并

成為系列產(chǎn)品。其具有工作平穩(wěn)，制造、維修、使用方便，功率大等特點(diǎn)，故在拖拉機(jī)、汽車上得到廣泛應(yīng)用?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

48

發(fā)動機(jī)的工作原理四、二沖程發(fā)動機(jī)的工作原理二行程發(fā)動機(jī)是指活塞走兩個行程，曲軸轉(zhuǎn)一周完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)。目前汽車已不采用二行程的汽油機(jī)和柴油機(jī)，只有少數(shù)農(nóng)用小動力機(jī)械采用二行程發(fā)動機(jī)，

一些低速大型輪船上采用二行程柴油機(jī)。1.二行程發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二行程發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是沒有專設(shè)的配氣機(jī)構(gòu)，而在氣缸

壁不同高度上設(shè)有進(jìn)氣孔、排氣孔和換氣孔。二行程汽油機(jī)的進(jìn)

氣孔與噴油器相接；二行程柴油機(jī)的進(jìn)氣孔與空氣濾清器相接。

排氣孔與排氣管相連接；換氣孔與密封的曲軸箱相通。二行程汽

油機(jī)的缸蓋上安裝火花塞，二行程柴油機(jī)缸蓋上安裝噴油器?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

492.二行程發(fā)動機(jī)性能特點(diǎn)二行程發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)一圈，即360CA,完成一個工作循環(huán)，做

功一次；而四行程發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)二圈，720℃A,

完成一個工作循環(huán)，

做功一次。在排量、壓縮比和轉(zhuǎn)速相同的條件下，理論上二行程發(fā)動機(jī)比四行程發(fā)動機(jī)的功率大一倍。但因排氣和換氣占去了總行程

的1/3,做功有效行程短，能量利用不充分。所以，實際上二行程發(fā)動機(jī)比四行程發(fā)動機(jī)的輸出功率只大0.5～0.7倍；利用壓差和掃氣

排氣，排氣不凈、進(jìn)氣不足，換氣過程中，有少量新鮮氣體隨廢氣排出，經(jīng)濟(jì)性差。由于二行程發(fā)動機(jī)做功時間間隔短，發(fā)動機(jī)工作較平穩(wěn)，可采用

尺寸較小的飛輪；同時，二行程發(fā)動機(jī)沒有專設(shè)的配氣機(jī)構(gòu)，結(jié)

構(gòu)簡單、體積小、重量輕，單位比重功率大。所以，二行程多用于小功率的汽油機(jī)和大功率的柴油機(jī)上?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

50第三節(jié)

發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

51第三節(jié)

發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)一

、動力性指標(biāo)發(fā)動機(jī)的動力性指標(biāo)主要有：有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、升功率、比質(zhì)量、標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速等。1.

有

效

轉(zhuǎn)

矩發(fā)動機(jī)通過飛輪對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為發(fā)動機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩，用Ttq表示，單位為N·m。2.

有

效

功

率發(fā)動機(jī)通過飛輪對外輸出的功率稱為發(fā)動機(jī)的有效功率，用P表示，單位為kW。

它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸轉(zhuǎn)速的乘積，即Tq——有效轉(zhuǎn)矩，

N·m;n——

曲軸轉(zhuǎn)速，r/min。2025/12/1

《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理52Vh一每缸工作容積L:N—發(fā)動機(jī)的有效功率，

kW;i——

氣缸數(shù)。升功率反映了發(fā)動機(jī)排量的利用程度，繼續(xù)提高升功率式發(fā)動

機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向之一。3.

升功率升功率是指發(fā)動機(jī)每升工作容積產(chǎn)生的有效功率。即《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

534.

比質(zhì)量

Ge比質(zhì)量指發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量G(凈質(zhì)量)與它所發(fā)出的有效功率Pe(額定功率)之比值。它反映了發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的利用程度和結(jié)構(gòu)緊湊

性

?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

545.

標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)產(chǎn)品銘牌上標(biāo)出的為標(biāo)定工況下的有效功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速，稱為

標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速。目前按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，發(fā)動機(jī)標(biāo)定功率分為4級：■①15min

功率。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，發(fā)動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)15min

的最大有效功率?！觫?h

功率。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，發(fā)動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1h的最大有效功率?！觫?2h功率。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，發(fā)動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)12h的最大有效功率。■④持續(xù)功率。在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，發(fā)動機(jī)以標(biāo)定轉(zhuǎn)速允許長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大有效功率?！镀囃侠瓩C(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

55第三節(jié)

發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)二

、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)一般燃油消耗率表示發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。燃油消耗率是指發(fā)動機(jī)每發(fā)出1kW

有效功率，在1h內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量(以g為單位),用be表示。很明顯，燃油消耗率越低，燃油經(jīng)濟(jì)性越好。燃油消耗率[單位為g/(kW

·h)]

按下式計算G一發(fā)動機(jī)單位時間的耗油量，kg/h,

可由試驗測定；Pe—發(fā)

動

機(jī)的有效功率，kW。《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

56第三節(jié)

發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)三、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)主要指排放指標(biāo)、噪聲、啟動性能等。1.排放指標(biāo)發(fā)動機(jī)的排氣中含有多種對人體有害的物質(zhì)，主要有CO、HC

、NOx

、SO2

、

醛類和微粒(含碳煙)等，其主要危害見下表。《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

57有害排放有害物特征危

害CO無色、無臭、有毒氣體使人出現(xiàn)惡心、頭暈和疲勞等缺氧癥狀，嚴(yán)重時窒息死亡NO赤褐色帶刺激性的氣體傷害心、肝、腎。與光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧和醛等HC刺激性的氣體破壞造血機(jī)能，造成貧血、神經(jīng)衰弱，降低肺對傳染病的抵抗力。與

光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧和醛等光化學(xué)煙霧H

C

與

N

O

、

在

陽

光

作

用下所形成的煙霧，有刺激性降低大氣能見度，傷害眼睛、咽喉，影響植物生長醛類較強(qiáng)的刺激性臭味傷害眼睛、上呼吸道、中樞神經(jīng)微粒碳煙等傷害肺組織SO?無色、刺激性氣體刺激鼻喉，引起咳嗽、胸悶、支氣管炎等《汽車拖拉機(jī)學(xué)(第2版)》發(fā)動機(jī)總體組成與原理

58表2-5

發(fā)動機(jī)主要有害排放及危害歐洲1992年實行歐I排放標(biāo)準(zhǔn)，2008年實行歐V

排放標(biāo)準(zhǔn)，2013年1月開始實行歐VI排放標(biāo)準(zhǔn)，具體的排放污染物要求見表2-6。我國排放標(biāo)準(zhǔn)參照歐洲法規(guī)體系，2001年7月1日全面實施國

I

標(biāo)準(zhǔn)，2004年7月1日全面實施國Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)，2007年7月1日全面實施國Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，2010年7月1日全面實施國IV標(biāo)準(zhǔn)，2018年

1月1日全面實施國V

標(biāo)準(zhǔn)，2020年7月1日實施國VIa

標(biāo)準(zhǔn)