发动机工作原理和总体构造

科　诺赢　技ｊ术ｊ广ｊ场　发动机的工作原理及总体构造　翟金波　（黑龙江道路运输管理局，黑龙江哈尔滨１５００００）　摘要：在汽车的各钟组成ｅｅ，发动机是至关重要的一部分，所以了解发动机的工作原理和总体构造是汽车维修中的第一步　关键词：发动机；原理；构造　

２发动机的分类　２．１根据所用燃料不同，发动机可以分为汽油　机、柴油机和气体燃料发动机。以汽油或柴油为燃　料的发动机分别称为汽油机和柴油机。使用天然　气、液化石油气和其它气体燃料的发动机称为气　体燃料发动机。　２２按照冷却方式的不同，发动机可以分为水　冷发动机和风冷发动机两种。利用水或冷却液作　为冷却介质进行冷却的称为水冷发动机，利用空　气作为冷却介质进行冷却的称为风冷发动机。　２３按照完成一个工作循环所需的行程数不　同，内燃机可分为四行程内燃机和二行程内燃机。　把曲轴转两圈（７２ｏｏ），活塞在气缸内上下往复运动　四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行　程内燃机；而把曲轴转～圈ｆ３６０。），活塞在气缸内　上下往复运动两个行程，完成～个工作循环的内　燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四　行程内燃机。　２４按照进气状态不同，活塞式内燃机可分为　增压和非增压两种，若进气是在接近大气状态下　进行的，则为非增压式或自然吸气式内燃机；若利　用增压器将进气压力增高，进气密度增大，则为增　压式内燃机。增压可以提高内燃机功率。汽油机常　采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增　压式的。　３发动机的型号与编制　发动机型号的排列顺序及符号所代表的意　义规定如下表：　型号编制示例如下：　３　１　１Ｅ６５Ｆ—表示单缸、四冲程、缸径６５ｒａｍ、　风冷、通用型。　３．２　４１００　示四缸、四冲程、缸径　ｌＯＯｍｍ冰冷、车用。　３．３　４９２　示四缸、四冲程、缸径９５ｒａｍ、　一定的真空度，空气和汽油混合物通过进气门被　吸入气缸，并在气缸内进一步形成可燃混合气。　４．１．２压缩行程。进气结束终了，曲轴继续旋转，带　动活塞从下止点向Ｅ止点运动，这时进、排气门均　关闭，气缸内成为封闭容积，随着活塞移动，气缸　容积不断减小，可燃混合气受到压缩，压力和温度　不断升高，当活塞到达上止点时压缩行程结束。　４，１．３做功行程。做功行程包括燃烧过程和膨胀过　程，在这一行程中，进气门和排气门仍然保持关　闭。当活塞位于压缩行程接近Ｅ　ｌｔ点ｆ即点火提前　角腔置时，安装在气缸盖Ｅ的火花塞产生电火花，　点燃可燃混合气，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，温度　和压力急剧升高，最高压力可达３．０－－，６．５ＭＰａ，最高　温度可达２２００～２８ＯＫ，高温高压气体膨胀，推动　活塞从上止点向下止点移动，通过连杆使曲轴旋　转并输出机械能，除了用于维持发动机本身继续　运转外，其余用于对外做功。随着活塞向下运动，　气缸内容积增加，气体压力和温度逐渐降低，当活　塞运动到下止点时，做功行程结束，气体压力降低　到０．３５－－．０．５ＭＰａ，气体温度降低到１２００～１５ＯＯＫ。　４１．４排气行程。可燃混合气在气缸内燃烧后生成　的废气必须从气缸中排出去以便进行下一个进气　行程。排气行程开始时，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向上止点　运动时，此时废气在自身生剩余压力和在活塞的　推动下，经排气门排出气缸之外。活塞越过Ｅ止点　后，排气门关闭，排气行程结束。　受排气阻力的影响，排气终止时，气体压力　仍高于大气压力，约为０．１０５－－－０．１２ＭＰａ，温度约为　９００－－ｌ　１００Ｋ。曲轴继续旋转，活塞从Ｅ止点向下止　点运动，又开始了下—个新的循环过程。可见四行　程汽油机经过进气、压缩、作功、排气四个行程完　成一个循环，这期间活塞在上、下止点往复运动了　四个行程，相应地曲轴旋转了两圈。实际汽油机的　进气过程中，进气门打开。在排气行程中，是排气　门早于下止点开启，迟于上止良关闭。进气门早开　晚关的目的是为了增加进入气缸的混合气量，排　气门早开晚关的目的是为了减少气缸内的残余废　气量。减少残余废气量，会相应增加进气量。　４．２四行程柴油机的工作原理。四行程柴油机　和四行程汽油机的工作过程一样，每—个工作循　环同样包括进气、压缩、做功和排气四个行程，但　由于柴油机使用的燃料是柴油，柴油与汽油有较　大的差别，柴油粘度大，不易蒸发，自燃温度低，故　可燃混合气的形成，着火方式，燃烧过程以及气体　温度压力的变化都和汽油机不同．四冲程柴油机工　作原理如下：４，２，１进气冲程：与汽油机相比，进入　柴油机汽缸的不是可燃混合气而是纯空气。进气　行程结束时，气体压力为８０－．－９０ｋｐａ，温度为３１Ｏ～　３５０Ｋ。４２．２压缩冲程：压缩的是纯空气，由于柴油　机压缩比大，压缩终了时气体的温度和压力比汽　油机高。压力约为３０００－－５０００ｋｐａ＇温度约为８００－　１０Ｏｋ。４．２．３做工冲程：压缩行程结束，高压柴油经　喷油器呈雾状喷入汽缸，迅速汽化并与空气形成　混合气。由于压缩终了汽缸内温度远高于柴油的　自然温度（５００Ｋ左右１柴油立即自行着火燃烧。因　此，柴油机没有点火系统。燃烧最高压力为５０００－　１００００ｋｐａ，最高温度约为１８００－，２２００Ｋ。４，２，４排气　冲程：基本上与汽油机相同。　４３二行程汽油机的工作原理。二行程汽油机　的工作循环也是由进气、压缩、燃烧膨胀、排气过　程组成，但它是在曲轴旋转一圈（３６０ｏ），活塞上下　往复运动的两个行程内完成的。因此＇二行程发动　机与四行程发动机工作原理不同，结构也不一　样。（如图２）　

重点内容

1、 基本术语 P22 （1）工作循环 （2）上、下止点 （3）活塞行程S （4）气缸工作容积Vs

（5）内燃机排量Vl （6）燃烧室容积Vc （7）气缸总容积Va （8）压缩比ε

（9）工况 内燃机在某一时刻的运行状况

表示方法：1 该时刻内燃机输出的有效工率

2 该时刻曲轴转速

（10）负荷率（负荷）某一转速有效功率该转速下的最大有效功率

2、往复活塞式内燃机工作原理

四个行程 、一个循环 重点行程：压缩行程

❖ 压缩行程

❖ 爆燃——是因气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端，可燃混合气自燃而形成的一种不正常燃烧。严重时，气门烧毁，轴瓦破裂等。

❖ 表面点火——因燃烧室内炽热表面与炽热处（如排气门头，火花塞等）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧也称为炽热点火或早燃，也有较沉闷的敲击声。

压缩比过大的不良后果

名称 成因 现象 后果

爆燃 由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。 火焰以极高的速率向外传播，形成压力波，以声速向前推进。当压力波撞击燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。 还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重爆燃时甚至造成气门烧毁、轴瓦破裂，火花塞绝缘体击穿等。

表面点火 由于燃烧室内炽热表面与炽热处(如排气门头，火花塞电极，积炭处)点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。 伴有强烈的较沉闷敲击声。 产生的高压会使发动机机件负荷增加，寿命降低。

四冲程汽油机工作状态P24

行程 状态 温度（K） 压力（MPa）

进气行程 320——380 0.08——0.090

压缩行程 600——750 0.8——1.500

作功行程 2200~2800(瞬时最高)

《汽修》专业工艺、实习一体化教学

课 题 授 课 计 划

2010至2011学年度 上 学期 第 周 第1页

审批意见

（签字） 年 月 日

授课班级 本课题需课日 实 施 日 期

天 月 日至 月 日

课题名称： 课题一、发动机的总体构造与工作原理

目的要求： 1、正确理解并掌握发动机的构造与常用术语概念 ；

2、掌握发动机的工作原理与型号标注规则。

重点难点： 重点：发动机的总体构造与常用术语概念；

难点：多缸发动机的工作原理。

设备、工具、教具等： 四缸柴油发动机、教具机、常用工具、

挂图等。

相关工艺知识：

授课内容 授课时间

编写日期 指导教师 周永钢

课题图样及技术要求、课日授课计划（附后）

时间 教 学 内 容 教 法

10＇

20＇

30＇ 一、组织教学：

1．考勤、检查同学着装；

2．强调安全文明生产的基本要求；

3．明确实习任务。

二、相关工艺知识：

（一）、汽车发动机的类型；

1. 按活塞运动方式的不同，活塞式内燃机可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。

2. 根据所用燃料种类，活塞式内燃机主要分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机三类。

3. 按冷却方式不同，活塞式内燃机分水冷风冷式两种。

4. 往复活塞式内燃机还按其在一个工作循环期间活塞往复运动的行程数进行分类。

5. 按照气缸数目分类可分为单缸发动机和多缸发动机。

6. 按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。

7. 按进气状态不同，还可分为增压和非增压两类。

（二）、往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语

1. 基本结构：往复活塞式内燃机的工作腔称作气缸，气缸内表面为圆柱形。在气缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。

发动机结构

发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。汽油机由两大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成，柴油机是压燃的，不需要点火系。

曲柄连杆机构 起动系统

曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。 要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。

点火系统 冷却系统

在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。 冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。

润滑系统 配气机构

润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。 配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。