1、汽车发动机构造,西南科技大学城市学院 主讲教师：蒋莎,项目一：发动机总体构造,教学重点：掌握发动机分类及常用术语。 教学难点：理解四种不同发动机的工作原理。,、概述及发动机分类 、发动机的常用术语 、往复式活塞式内燃机的工作原理及结构 、发动机总体组成,项目一主要内容：,、概述 发动机的定义：将某一种形式的能量转变为机械能的机器。 内 燃 机：混合气在机器内部燃烧而产生热能，然后再转变成机械能。 外 燃 机：混合气在机器外部燃烧而产生热能，然后再转变成机械能。,热能,机械能,电能,太阳能,风能,车用内燃机：活塞式-往复活塞式和旋转活 塞式燃气轮机,往复式发动机:必须通过曲轴连杆机构将 活塞直线
2、运动转化为旋转运动。技术较 成熟，油耗较小，动力输出稳定，但转 速不高。,转子式发动机：直接将可燃气的燃烧膨胀力 转化为驱动扭矩。,优点：转子发动机尺寸更小，重量较轻，振动、 噪声较低，可以达到很高的转速。,缺点：技术不够成熟，油耗在转速未提升时很高。 运用较少,发动机分类（按七种不同分类）,燃料,活塞运动方式,行程数,冷却方式,点火方式,气缸布置,进气方式,汽油、柴油、CNG、LPG,甲醇、乙醇幻灯片 8，氢气、,油气或油电混合、电动（BEV）、 太阳能。,往复式、转子式,二冲程、四冲程,水冷、风冷,点燃、压燃,直列式、V型、W型、对置式,自然进气、增压,涡轮增压（双）,机械增压,幻灯片 9
3、,乙醇汽油也被称为“E型汽油”，我国使用乙醇汽油是 用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。它可 以改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合 物等主要污染物排放。,甲醇是由煤、焦、天然气、轻油、重油等为原料合成生产 的工业甲醇，甲醇的性质：工业甲醇有毒、易燃、易爆。 在常温常压下，甲醇为无色、透明、易流动、易挥发的 液体，具有与乙醇相似的气味。甲醇汽油在动力性能上是 可以替代汽、柴油。甲醇汽油需要由甲醇、汽油和核心添 加剂配置而成，甲醇汽油技术已成熟。,汽车上常用的是： 四冲程水冷式往复活塞式多缸汽油发动机。,、发动机的常用术语,上止点 下止点 活塞行程(S) 曲柄半径(R) 气缸工
4、作容积(V h ) 发动机排量(VL) 燃烧室容积(Vc ) 气缸总容积(Va ) 压缩比（） 工作循环,VL= V h I = Va / Vc,Vh= D2S 10-6/4 （L） D气缸直径mm S活塞行程mm,1上、下止点 活塞顶离曲轴回转中心最远处时的位置称为上止点； 活塞顶离曲轴回转中心最近处时的位置称为下止点。,2活塞行程（S） 上、下止点之间的距离称为活塞行程。3曲柄半径（R）曲轴上连杆轴颈轴线与曲轴主轴颈轴线之间的距离称为曲柄半径。活塞行程为曲柄半径的两倍，即S=2R。,4气缸工作容积（Vh）活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积称为气缸工作容积或气缸排量，单位为L，即式中
5、 D气缸直径，mm；S活塞行程，mm。,5燃烧室容积（Vc）活塞在上止点时，活塞顶与气缸盖之间的容积称为燃烧室容积，单位为L。6气缸总容积（Va）活塞在下止点时，活塞顶上方的容积称为气缸总容积，单位为L。显然，气缸总容积是气缸工作容积与燃烧室容积之和，即式中 Vc燃烧室容积，L；Va气缸工作容积，L。,7发动机排量（VL）多缸发动机各气缸工作容积之和称为发动机排量，单位为L，即式中 Vh气缸工作容积，L；i气缸数目。,8压缩比（）气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，即式中 Va气缸总容积，L；Vh气缸工作容积，L；Vc燃烧室容积，L。,9工作循环在气缸内每完成一次热能与机械能的相互转换，所经
6、历的一系列连续过程称为发动机的一个工作循环。,10.发动机其他参数及定义,进气形式 最大马力 最大功率 最大功率转速 最大扭矩 最大扭矩转速 气缸排列形式 配气机构,发动机特有技术 燃料形式 燃料标号 供油方式 缸盖材料 缸体材料 排放标准,最大扭矩转速(rpm)与最大功率转速(rpm),扭矩：扭矩是指发动机曲轴输出的平均力矩。 最大扭矩转速：是指发动机输出最大扭矩对应的曲轴转速。同发动机的功率输出一样，扭矩输出也是一个类似山峰式的曲线图，先升高再降低，因而也就存在最大扭矩对应的转速。当然，这也不是绝对，涡轮发动机由于先天的优势，发动机的最大扭矩输出变得平缓了很多，因而最大扭矩转速对应的不是一
7、个转速，而是一个速度区间。 最大功率转速：是指发动机输出最大功率对应的曲轴转速。为什么会有最大功率转速?因为发动机的输出和转速有直接的联系。在刚开始的时候，发动机的输出功率随着转速的升高而加大。但输出达到最大值之后，其便会随着发动机的转速提高而下降。发动机最大功率转速用r/min表示，意思是转每分钟。不同发动机的最大功率转速是不同的。一般汽油发动机最大功率转速在5000-8000r/min，而柴油发动机的转速要低一点，在3000-5000r/min。,、往复活塞式内燃机的基本结构,（一）内燃机的基本结构如右图所示。,1、进气门,2、排气门,3、气缸壁,4、活塞,5、连杆,6、曲轴,7、曲柄,教
8、学“五个一”,（二）四冲程发动机柴油汽油之争,1.四冲程柴油机2.四冲程汽油机3.两者工作状况对比,一个工作循环：进气、 压缩、作功、排气。 可燃混合气形成：在压 缩行程终了时，柴油经 喷油泵将油压提高到10MP以上，再通过喷油器喷入气缸，与高温空气混合，形成可燃混合气。 着火方式：自燃,1.四冲程柴油机工作原理,幻灯片 28,(1)四冲程柴油机的工作原理,喷油器,喷油泵,吸气行程,压缩行程,作功行程,进气门,排气门,纯空气,温度300370K压力8090 kPa,温度8001000K压力35 MPa,瞬时：温度18002200K压力510 MPa,温度8001000K压力105400 kPa
9、,终了：温8001000K压力105400 kPa,与汽油机不同的是：可燃混合气的着火方式 原因：柴油粘度大，不易蒸发，而其自燃温度压缩终了压力：3.54.5MPa压缩终了温度：7501000K压缩比：1622,(2)柴油机工作时各行程状态参数,2. 四冲程汽油机结构,组成：活塞、活塞环、连杆、曲轴、火花塞、进气门和排气门。 幻灯片 23,(1)四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机每完成一个工作循环需要经过进气、压缩、膨胀（做功）和排气四个过程。对应活塞上下四个行程，曲轴相应旋转720。,排气门关闭,进气门开启,活塞,温度370440 K， 压力7590 kPa,大气压力,P,V,r,a,上止点,
10、下止点,示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。,示功图,排气门关闭,活塞,压缩比： =Va/Vc,P,V,a,上止点,下止点,温度600800K， 压力6001500 kPa,进气门关闭,r,c,进气门关闭,排气门关闭,活塞,P,V,r,c,z,b,上止点,下止点,瞬时最高：温度22002800 K， 压力35MPa,作功终了：温度15001700 K， 压力300500 kPa,a,进气门关闭,排气门打开,活塞,温度9001200 K 压力105125 kPa,残余废气,V,r,z,b,上止点,下止点,a,P,综上所述，四冲程汽油发动机经过进气、压缩、燃烧作功、排气四个冲程，
11、完成一个工作循环。活塞在上、下止点间往复移动了四个行程，相应地曲轴旋转了两周。,(2)四冲程汽油发动机工作状态,（1）每个工作循环曲轴转2周，每一行程曲轴转半周。 （2）四行程中，只有做功行程产生功，其他三个行程都消耗能量。 （3）起动时，必须有外力；当做功行程开始后，做功能量便可维持发动机继续运行。 （4）混合气是利用电火花点燃的。,（3）总结： 四冲程汽油发动机工作特点,3.四冲程汽油机与柴油机工作状况对比,3.汽油机与柴油机比较结论汽油机-转速高（50006000r/min)、质量小、工作噪音小、启动容易、制造和维护费用低等 。不足是燃料消耗率高，燃料经济性差。 柴油机-燃油消耗率比汽油
12、机低30%，且柴油价格较低，经济性好，转速可达5000r/min。不足是质量大、制造和维护费用高。,（三）二冲程发动机汽油柴油之争,1.二冲程汽油机2.二冲程柴油机3.两者工作状况对比,1.二冲程汽油机工作原理,压缩混合气,进气,点火燃烧,排气,扫气孔,进气孔,排气孔,火花塞,1、结构：发动机气缸体上有三个孔，即进气孔、排气孔和扫气孔，这三个孔的开闭分别由活塞控制。,2、工作原理：工作循环包含两个行程 1.第一行程：活塞自下止点向上移动，三个气孔同时被关闭后，进入气缸的混合气被压缩；在进气孔露出时，可燃混合气流入曲轴箱。 2.第二行程：活塞压缩到上止点附近时，火花塞点燃可燃混合气，燃气膨胀推动
13、活塞下移作功。这时进气孔关闭，密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩；当活塞接近下止点时排气孔开启，废气冲出；随后换气孔开启，受预压的可燃混合气冲人气缸，驱除废气，进行换气过程。,2.二冲程柴油机工作原理,换气,燃烧,排气,压缩,喷油器,空气,扫气泵,废气,排气门,3.二冲程汽油机与四冲程汽油机的比较,难,易,污染小,污染严重,复杂,简单方便,高,低,长,短,小,大,低,高,复杂,简单,1.发动机在整车上的位置,、发动机总体组成,我在这儿呢！,基本结构：发动机由“两大机构五大系统”组成。,两大机构：曲柄连杆机构、配气机构。,曲柄连杆机构,配气机构,2.发动机基本结构,五大系统：冷却系、润滑系、燃料供
14、给系、点火系、起动系。,冷却系,润滑系,点火系,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： 使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸中排出废气。 组成：进气门、排气门、挺杆、推杆、摇臂、凸轮轴、正时齿轮等。,连杆,飞轮,曲轴,活塞,进气门,排气门,推杆,挺柱,正时齿轮, 配气机构 曲柄连杆机构,摇臂,凸轮轴,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。 组成：燃料供给装置和进、排气装置。,4点火系统 功用：将汽车电源供给的低压电转变为高压电，并按照发动机的做功顺序与点火时刻的要求，适时准确
15、地将高压电送至各缸的火花塞，使火花塞跳火，点燃气缸内的混合气。,组成：蓄电池、发电机、点火线圈、断电器、分电器、点火提前角调节器、火花塞和点火开关等。,5.冷却系功用：把受热零件的热量散到大气中去，以保证发动机正常工作。组成：水泵、散热器、风扇、分水管、水套等。,6.润滑系 功用：润滑、冷却、清洗、密封、防腐等。 组成：由机油泵、滤清器、限压阀、油道等。,7起动系统 功用：使发动机由静止状态进入到正常工作状态。 组成：蓄电池、起动机、起动继电器、点火开关等。,8.总体分布,9.发动机拆卸后组成,今天的知识你理解了多少？ 现在能在车上找到发动机了吗？ 你能理解发动机的原理了吗？ 你能举一反三了吗
16、？,欢饮品鉴！谢谢各位童鞋,作业：,1、叙述四冲程汽油机和四冲程柴油机工作过程的主要不同之处。 2、为什么市场上轿车普遍采用四冲程汽油机作为主要动力？新的动力系统又有哪些，未来汽车你比较看好那种动力系统？ 3、压缩比是大一点好还是小一点好？,3、压缩比是大一点好还是小一点好？,压缩比是指发动机气缸的总容积（即工作容积燃烧室容积）与燃烧室容积之比（压缩比气缸的总容积燃烧室容积）。压缩比是发动机的一个非常重要的结构参数，它表示活塞在下止点压缩开始时的气体体积与活塞在上止点压缩终了时的气体体积之比。从动力性和经济性方面来说，压缩比应该越大越好。压缩比高，动力性好、热效率高，车辆加速性、最高车速等会相
17、应提高。但是受汽缸材料性能以及汽油燃烧爆震的制约，汽油发动机的压缩比又不能太大。,通常，压缩比在7580应选用90号车用汽油；压缩比在8085应选用90号93号车用汽油；压缩比在8595应选用93号95号车用汽油；压缩比在9510应选用95号97号车用汽油。一般可以在汽车说明书中查到压缩比，除说明书以外，汽车生产厂也会在油箱盖内侧标注推荐使用的燃油标号。车主应严格按汽车发动机不同的压缩比，选用相应标号的车用汽油，才能使发动机发挥出最佳的效能。如使用比规定要求低号数的无铅汽油，发动机将出现爆震现象。一般在急加速及爬坡时出现，如果由于汽油标号低，使发动机长期出现爆震，将会损坏发动机，甚至打坏活塞、缸体等。,但是选择汽油也不是标号越高越好，汽油标号选择的主要依据是发动机的压缩比。压缩比、点火提前角等参数已经在发动机电脑中设置，车主只要严格按照使用说明的要求选择汽油就没有问题。盲目使用高标号汽油，其高抗爆性的优势无法发挥出来，还会造成金钱的浪费。,
