{dy}篇 汽车发动机

{dy}章 发动机工作原理与总体构造

发动机是汽车的动力源。迄今为止除为数不多的电动汽车外，汽车发动机都是热能动力装置，或简称热机。在热机中借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。

热机有内燃机和外燃机两种。直接以燃料燃烧所生成的燃烧产物为工质的热机为内燃机，反之则为外燃机。内燃机包括活塞式内燃机和燃气轮机。外燃机则包括蒸汽机、汽轮机和热气机等。内燃机与外燃机相比，具有结构紧凑、体积小、质量轻和容易起动等许多优点。因此，内燃机尤其是活塞式内燃机被极其广泛地用作汽车动力。

{dy}节 汽车发动机的类型

1）按活塞运动方式：往复活塞式和旋转活塞式。

2）按每循环活塞行程数：四冲程和二冲程。

3）按使用燃料分类：汽油机、柴油机和多种燃料发动机。

4）按混合气着火方式：点燃式和压燃式。

5）按发动机冷却方式：水冷式和风冷式。

6）按发动机气缸数：单缸和多缸。

7）按气缸布置形式：直列式、卧式和V型。

8)按进气状态不同：增压和非增压。

汽车上常用的是四冲程、水冷式、往复活塞式、多缸发动机。

第二节 往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语

一、基本结构

两大机构：曲柄连杆机构、配气机构。

五大系统：供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系。

1．曲柄连杆机构

功用：是往复活塞式发动机实现热功转换的主要装置。

组成：机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组。

2．配气机构

功用：使新鲜气体进入气缸，使气缸内废气排出。

基本组成：气门和气门驱动装置。

3．燃料供给系

功用：向发动机提供燃料和空气、并排除缸内废气。

基本组成：燃料供给装置和进、排气装置。

4．润滑系

功用：向摩擦表面提供润滑，以减少摩擦和磨损。

基本组成：油底壳、机油泵、机油滤清器、润滑油道。

5．冷却系

功用：帮助发动机散热，以保持正常工作温度。

水冷却系基本组成：水套、水泵、散热片和风扇等。

6．点火系

功用：在活塞处于压缩冲程接近上止点时及时点燃混合气。

组成：低压电路、高压电路、分电器、火花塞等。

7.起动系

功用：使静止的发动机进入运转状态。

组成：起动机、控制装置等。

二、基本术语

1）工作循环：每完成一次热功转换的工作过程。工作循环是由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成。

2）上止点：活塞离曲轴最远处，活塞的{zg}位置。

3）下止点：活塞离曲轴最近处，活塞的{zd1}位置。

4）曲柄半径R ：连杆与曲轴连接中心至曲轴旋转中心的距离。

5）活塞行程S ：活塞上、下止点间的距离。 S=2R。

6）四行程发动机：每工作循环，曲轴转两圈，活塞运行四个行程。

7）二行程发动机：每工作循环，曲轴转一圈，活塞运行两个行程。

8）气缸工作容积Vh：活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称气缸排量。

9）发动机工作容积VL ：多缸发动机各缸工作容积的总和，又称发动机排量。 VL= Vh×气缸数。

10）燃烧室容积Vc： 活塞在上止点时，活塞上方的容积。

11）压缩比ε：气缸总容积与燃烧室容积之比，表示气缸内气体被压缩的程度。

12）工况：内燃机在某一时刻的运行状况简称工况，以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为内燃机转速。

13）负荷率：内燃机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的{zd0}有效功率的比值称为负荷率，以百分数表示。负荷率通常简称负荷。

第三节 往复活塞式内燃机工作原理

一、四冲程汽油机工作原理

四冲程往复活塞式内燃机在四个活塞行程内完成进气、压缩、作功和排气等四个过程，即在一个活塞行程内只进行一个过程。

1.进气行程

活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时排气门关闭，进气门开启。在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内形成一定的真空度。空气和汽油的混合物通过进气门被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。

特点：活塞下行，排气门关，进气门开。混合气进入缸内。

2.压缩行程

进气行程结束后，曲轴继续带动活塞由下止点移至上止点。这时，进、排气门均关闭。随着活塞移动，气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压缩，其压力和温度同时升高。

特点：活塞上行，排气门关，进气门关。缸内气体被压缩。

3.作功行程

压缩行程结束时，安装在气缸盖上的火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃，火焰迅速传遍整个燃烧室，同时放出大量的热能。燃烧气体的体积急剧膨胀，压力和温度迅速升高。在气体压力的作用下，活塞由上止点移至下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。这时，进、排气门仍旧关闭。

特点：接近压缩上止点时火花塞跳火，进、排气门均关，缸内温度和压力进一步升高，缸内气体推动活塞下行，通过连杆推动曲轴输出机械功。

4.排气行程

排气行程开始，排气门开启，进气门仍然关闭，曲轴通过连杆带动活塞由下止点移至上止点，此时膨胀过后的燃烧气体(或称废气)在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸之外。当活塞到达上止点时，排气行程结束，排气门关闭。

特点：排气门开，进气门关，活塞上行，缸内废气排出。

二、 四冲程柴油机工作原理

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。

※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。

※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。

3）汽油机进入汽缸的是可燃混合气，柴油机进入气缸的是空气。

3)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。

※多缸四冲程发动机工作原理

1）每一个气缸所有的工作过程与单缸发动机相同。

2)曲轴每转两圈每个气缸都完成一个工作循环。

3)各缸不同时作功，而是按一定顺序。

4)各缸作功间隔角（曲轴转角）相等。