汽车发动机工作原理与构造教案

发动机工作原理和总体构造

任务一 汽车发动机的发展史

学习目标

1.了解发动机的发展史；

2.了解汽车发动机的分类。

1.发动机的发展史

发动机是汽车的动力源。汽车发动机大多是热能动力装置，简称热力机。热力机是借助

工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。

1876年，德国人奥托(Nicolaus A. Otto）在大气压力式发动机的基础上发明了往复活塞式四

冲程汽油机。由于采用了进气、压缩、做功和排气四个冲程，发动机的热效率从大气压力式

发动机的11%提高到14%，而发动机的质量却降低了70%。

1892 年，德国工程师狄塞尔（Rudolf Diesel）发明了压燃式发动机（即柴油机），实现了内

燃机历史上的第二次重大突破。由于采用高压缩比和膨胀比，热效率比当时其他发动机又提

高了1 倍。

1926 年，瑞士人布希（A. Buchi）提出了废气涡轮增压理论，利用发动机排出的废气能量来

驱动压气机，给发动机增压。50 年代后，废气涡轮增压技术开始在车用内燃机上逐渐得到

应用，使发动机性能有很大提高，成为内燃机发展史上的第三次重大突破。[1]

1956年，德国人汪克尔（Wankel）发明了转子式发动机，使发动机转速有较大幅度的提高。

1964年，德国NSU公司首次将转子式发动机安装在轿车上。

1967 年德国博世（Bosch）公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统（Electronic Fuel

Injection，EFI），开创了电控技术在汽车发动机上应用的历史。经过30年的发展，以电子计

算机为核心的发动机管理系统(Engine Management System，EMS）已逐渐成为汽车（特殊是

轿车发动机）上的标准配置。由于电控技术的应用，发动机的污染物排放、噪声和燃油消耗

大幅度地降低，改善了动力性能，成为内燃机发展史上第四次重大突破。[3]

1967年，美国进行了一次氢气汽车行驶的公开表演，那辆氢气汽车在80公里时速下，每次

充氢10分钟可运行121公里。该车有19个坐位，由美国比林斯公司创造。1971年，第一

台装有斯特林发动机（Strling）的公共汽车开始运行。1972年，日本本田技研工业在市场售

出装有复合涡流控制燃烧(CVCC, Compound Vertex Controlled Combustion)的发动机的西维克

（Civic）牌轿车，打响了稀薄气体燃烧发动机的第一炮。

1977年，在美国芝加哥召开了第一次国际电动汽车会议。会议期间，展出了各种电动汽车

一百多辆。1978年，日本研究成功混合动力汽车。1979年8月，巴西创造出以酒精为燃料

的汽车。巴西是现在世界上使用酒精汽车最多的国家。

1980年，日本研制成功液态氢气车。在后部装有保持液态氢低温和一定压力的特制贮存罐。

该车用85公升的液氢，行驶了400公里，时速达135公里。

1980年，美国试制成功了一种锌氯电池电动汽车。 1980年，西班牙试研制成功一种太阳能汽车。

1980年，西德汉堡市西北伊策霍的一位工程师，发明了一种利用电石气（乙炔气）作动力

的汽车。先将电石变成气体，然后用这种气体燃烧推动喷气式发动机来驱动汽车，其速度和

安全性均不亚于汽油车，20公斤电石块可以使汽车至少行驶300公里。

1980年，美国加州大学的约翰.库伯和埃尔文.贝伦开始研究“烧铝”的电动汽车。

1983年，世界上第一辆装备柴油陶瓷发动机的汽车运行试验成功。所装发动机是日本京都

陶瓷公司研制的，其主要零部件由陶瓷制成，省去了冷却系统，分量轻，节能效果显著，在

同样条件下可比常规发动机多走30%的路程。

1984年，前苏联研制出一种双重燃料汽车。当汽车发动时，首先使用汽油，然后专用天然

气。

1984年，美国美孚石油公司的阿莫柯比化学公司，研制出了一种叫杜隆塑料的合成材料，

该公司采用这一塑料成功地创造出了世界上第一台全塑料汽车发动机，其分量惟独84公斤。

美国的洛拉T-616GT型汽车用的就是这种全塑发动机。

1984年，澳大利亚工程师沙里许研制成功了一种OCP发动机。

1985年，澳大利亚彼兰丁研制出一种安全可靠、启动灵便、高速而又不冒烟的蒸汽机汽车。

1986年，日本的三洋电气公司研制成功首辆太阳能电池汽车。

1994年，英国的戴维.伯恩发明了另一种风力汽车，并已投入批量生产。

2.汽车发动机的分类

汽车发动机是为汽车提供动力的发动机，是汽车的心脏，影响汽车的动力性、经济性和

环保性。根据动力来源不同，汽车发动机可分为柴油发动机、汽油发动机、电动汽车电动机

以及混合动力等。

常见的汽油机和柴油机都属于往复活塞式内燃机，是将燃料的化学能转化为活塞运动的机械

能并对外输出动力。汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，创造成本低；柴油机压缩

比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。

除了使用汽油和柴油之外，使用其他新能源的汽车被称为新能源汽车，包括纯电动汽车、混

合动力汽车、燃料电池汽车、燃气汽车、生物乙醇/生物柴油汽车和氢发动汽车等。我国市

场上在售的新能源汽车多是混合动力汽车，但是目前已把纯电动汽车作为了主攻方向。

1)按进气系统的工作方式可分为自然吸气、涡轮增压。

自然吸气 涡轮增压

2）按活塞运动方式可分为往复活塞式内燃机和旋转活塞式发动机两

种。

往复活塞式 旋转活塞式

3）按照气缸罗列方式分类

（1）L型发动机又称“直列”发动机，是指汽缸是按

直线罗列的，它所有的汽缸均按同一角度肩并肩排成

一个平面。“直列”普通用L代表，后面加之汽缸数就

是发动机代号，现代汽车上主要有L3、L4、L5、L6型

发动机。

L型发动机

（2）V型发动机是将所有汽缸分成两组，

把相邻汽缸以一定的夹角布置在一起，使

两组汽缸形成两个有一个夹角的平面，从

侧面看汽缸呈V字形，故称V型发动机。

在汽车上布置起来较为方便。特别是现代

汽车比较重视空气动力学，要求汽车的迎

风面越小越好，也就是要求发动机盖越低

越好。普通为6缸8缸或者12缸。

V型发动机

（3）水平对置发动机，这也是V型发动机

的一种，只无非V的夹角变成为了180度了，一

般为4缸或者6缸。

水平对置发动机

（4）W型发动机是德国大众专属发动机技

术。简单说就是两个V型发动机相加，再组成

一个V型发动机，也就是“V+V=W=V”。W型

与V型发动机相比可以将发动机做得更短一

些，曲轴也可短些，这样就能节省发动机所占

的空间，同时分量也可轻些，但它的宽度更大，

使得发动机室更满。

W型发动机

（5）转子发动机最早是德国科学家汪克尔发

明的，所以又叫汪克尔发动机。其实转子发动机的

效率并不高，只是功率高。目前惟独“马自达”在

应用这项技术。

转子发动机

4)按点火方式分

压燃式(CI)发动机:利用气缸内空气被压缩

后产生的高温，使燃油白燃，如柴油机。

点燃式(SI)发动机:利用火花塞发出的电火

花强制点燃燃料，使燃料强行着火燃烧，如汽

油机。

点火方式

5）按照冷却方式分类

内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是利用在气缸体和

气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的;而风冷发动机是利用流动于

气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，

工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。

冷却方式

6）按照行程分类

内燃机按照完成一个工作循环所需的冲程数可分为四冲程内燃机和二冲程内燃机。把曲轴转

两圈(720°)，活塞在气缸内上下往复运动四个冲程，完成一个工作循环的内燃机称为四冲程

内燃机;而把曲轴转一圈(360°)，活塞在气缸内上下往复运动两个冲程，完成一个工作循环

的内燃机称为二冲程内燃机。汽车发动机广泛使用四冲程内燃机。

内燃机行程

7）按照所用燃料分类

内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油

机;使用柴油为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比较各有特点;汽油机转速高，质

量小，噪音小，起动容易，创造成本低;柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都

比汽油机好。

内燃机燃料

任务二往复活塞式内燃机工作原理

学习目标

1.发动机基本构造；

2.掌握发动机常用术语；

3.掌握发动机工作原理。

1.发动机基本构造

发动机是将某一种型式的能量转换为机械能的机器，其作用是将液体或者气体燃烧的化学

能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。发动机是一部

由许多结构和系统组成的复杂机器，其结构型式多种多样，但由于基本工作原理相同，所以