《发动机详细剖析》

1、教材：教材：1、汽车构造、汽车构造上册上册：面向：面向21世纪课程教材世纪课程教材吉林工大陈家瑞主编吉林工大陈家瑞主编一、一、发动机：将某一种形式的能量（热能、电能、化学能、太阳能等）转发动机：将某一种形式的能量（热能、电能、化学能、太阳能等）转 变变成机械能的机器。成机械能的机器。二、二、热力发动机：将热能转变成机械能的发动机。热力发动机：将热能转变成机械能的发动机。1、外燃、外燃机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器内部并转变成机机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器内部并转变成机械能输出的热力发动机。如械能输出的热力发动机。如蒸汽机。蒸汽机。2、内燃、内燃机：液体或气体燃料和

2、空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热机：液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再将热能转变成机械能输出的热力发动机。能，然后再将热能转变成机械能输出的热力发动机。如活塞式内燃机如活塞式内燃机、燃气燃气轮机轮机(按热能转变成机械能的主要构件分）。按热能转变成机械能的主要构件分）。3、比较、比较：外燃外燃机体积大，重量重，热效率低；机体积大，重量重，热效率低；内燃机热效率高，体积小，重量轻，便于移动，起动性能好内燃机热效率高，体积小，重量轻，便于移动，起动性能好;燃气轮机功率大，转速高，燃气轮机功率大，转速高， 质量小（没有往复运动件，单位功率质量小），质量小（没有往复运

3、动件，单位功率质量小），转矩特性好（减少转矩特性好（减少 变速器挡数），燃料适应性好，起动性好，但耗油量、噪变速器挡数），燃料适应性好，起动性好，但耗油量、噪声和制造成本均较高，适用于坦克发动机声和制造成本均较高，适用于坦克发动机 三角活塞旋转式发动机（简称转子发动机）于三角活塞旋转式发动机（简称转子发动机）于19581958年由德年由德国国F.F.汪克尔发明，关键技术是汪克尔发明，关键技术是19541954年年F.F.汪克尔提出的气密封系汪克尔提出的气密封系统，统，19641964年德国年德国NSUNSU公司将转子发动机装在轿车上，公司将转子发动机装在轿车上，19671967年日本年日本东洋

4、工业公司成批生产，至今。东洋工业公司成批生产，至今。 比较比较：转子发动机与往复活塞式发动机相比，：转子发动机与往复活塞式发动机相比，优点是体积小，优点是体积小，重量轻，转速高，升功率大，重量轻，转速高，升功率大，现代转子发动机燃油消耗率水平现代转子发动机燃油消耗率水平接近往复活塞式发动机，接近往复活塞式发动机，但耐久性、可靠性等较差，制造成本但耐久性、可靠性等较差，制造成本较高。较高。1、按所用的燃料分：按所用的燃料分： （1）液体燃料发动机；汽油机（）液体燃料发动机；汽油机（gasoline engine）；）； 柴油机（柴油机（diesel engine）。）。 （2）气体燃料发动机：压

5、缩天然气发动机（）气体燃料发动机：压缩天然气发动机（CNG）；）； 液化石油气发动机（液化石油气发动机（LPG）。）。 2、按发火方式分：（、按发火方式分：（1）点燃式发动机（如汽油机、气体燃料发动机）；）点燃式发动机（如汽油机、气体燃料发动机）； （2）压燃式发动机（如柴油机）。）压燃式发动机（如柴油机）。3、按工作循环的冲程数分：、按工作循环的冲程数分： （1）四冲程发动机；）四冲程发动机； （2）二冲程发动机。）二冲程发动机。4、按冷却方式分：、按冷却方式分： （1）水冷发动机；）水冷发动机； （2）风冷发动机。）风冷发动机。5、按进气方式分：、按进气方式分： （1）自然吸气式发动机（非

6、增压式发动机）；）自然吸气式发动机（非增压式发动机）； （2）强制吸气式（增压式发动机）。）强制吸气式（增压式发动机）。6、按气缸数分：、按气缸数分： （1）单缸发动机）单缸发动机 ； （2）多缸发动机。）多缸发动机。7、按气缸排列方式分：（、按气缸排列方式分：（1）单列发动机：直立式发动机、平卧式发动机）单列发动机：直立式发动机、平卧式发动机 （2）双列发动机：）双列发动机： V型发动机、水平对置式发动机型发动机、水平对置式发动机一、四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机工作原理（一）基本工作原理（一）基本工作原理 1、化油器式汽油机：、化油器式汽油机：汽油和空气在化油器内混合成可燃混合气，再输入

7、汽油和空气在化油器内混合成可燃混合气，再输入发动机气缸并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功发动机气缸并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功传统式。传统式。2、汽油喷射式汽油机：、汽油喷射式汽油机： （1）进气管内喷射：进气管内喷射： 将汽油喷射入进气管内，同空气混合成可燃混合气，将汽油喷射入进气管内，同空气混合成可燃混合气，再输入发动机气缸并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功再输入发动机气缸并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功（现代轿车电控汽油喷射式汽油机）。（现代轿车电控汽油喷射式汽油机）。（2）气缸内直接喷射：气缸内直接喷射：将汽油直接喷射入气缸内同空

8、气混合成可燃混合将汽油直接喷射入气缸内同空气混合成可燃混合气并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功气并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功（未来发展）。（未来发展）。曲柄连杆机构曲柄连杆机构气缸气缸7内装有活塞内装有活塞8，活塞通过活塞销活塞通过活塞销10、连杆、连杆11与曲轴与曲轴14相连接。活塞在气缸内作往复直线运相连接。活塞在气缸内作往复直线运动，通过连杆推动曲轴转动，通过飞动，通过连杆推动曲轴转动，通过飞轮轮13对外输出作功。对外输出作功。配气机构配气机构为了吸入新鲜气体和排出为了吸入新鲜气体和排出废气，设有进气门废气，设有进气门2和排气门和排气门3，曲轴，曲轴14通过

9、正时齿轮副推动配气凸轮轴转通过正时齿轮副推动配气凸轮轴转动，凸轮通过挺杆克服气门弹簧力顶动，凸轮通过挺杆克服气门弹簧力顶开气门，气门在气门弹簧预紧力的作开气门，气门在气门弹簧预紧力的作用下关闭。用下关闭。供给系供给系汽油和空气在化油器汽油和空气在化油器4内内混合成新鲜可燃混合气，经过进气混合成新鲜可燃混合气，经过进气管管1、进气门、进气门2吸入气缸内，燃烧后吸入气缸内，燃烧后的废气经过排气门的废气经过排气门3、排气管排入、排气管排入大气中。大气中。冷却系冷却系水泵水泵9由曲轴由曲轴14上的上的皮带轮带动，将来自散热器冷皮带轮带动，将来自散热器冷却后的冷却水泵入气缸却后的冷却水泵入气缸7燃烧燃烧

10、室周围的冷却水套，经过气缸室周围的冷却水套，经过气缸盖盖6中的冷却水套，热水由气中的冷却水套，热水由气缸盖上部的出水口流往散热器。缸盖上部的出水口流往散热器。点火系点火系气缸内的新鲜可燃混气缸内的新鲜可燃混合气经过压缩后由气缸盖上伸合气经过压缩后由气缸盖上伸入燃烧室内的火花塞入燃烧室内的火花塞5产生的产生的点火花点燃。点火花点燃。润滑系润滑系机油泵机油泵17由配气凸轮由配气凸轮轴上的偏心凸轮驱动，将油底轴上的偏心凸轮驱动，将油底壳壳16内的机油吸入并经过机油内的机油吸入并经过机油管管15、润滑油道泵入到各运动、润滑油道泵入到各运动件的摩擦部位进行润滑。件的摩擦部位进行润滑。上止点（上止点（T.

11、D.C.）：下止点（下止点（B.D.C.）：活塞行程活塞行程 S ：曲柄半径曲柄半径 R ：气缸工作容积气缸工作容积Vh：发动机工作容积发动机工作容积VL：VL=式中：式中：D气缸直径（气缸直径（cm） S活塞行程（活塞行程（cm） i 气缸数气缸数燃烧室容积燃烧室容积VC ：气缸总容积气缸总容积Va ： 压缩比压缩比 ：活塞顶离曲轴中心最远处。活塞顶离曲轴中心最远处。活塞顶离曲轴中心最近处。活塞顶离曲轴中心最近处。上、下止点之间的距离。上、下止点之间的距离。曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离。中心的距离。活塞从上止点到下止点所扫过活塞从上止点到下止点所扫过

12、的容积的容积（气缸排量）（气缸排量） 。多缸发动机各气缸工作容积多缸发动机各气缸工作容积 的总和的总和 （发动机排量）（发动机排量） 。活塞在上止点时，活塞顶上方的活塞在上止点时，活塞顶上方的气缸容积（或气缸最小容积）。气缸容积（或气缸最小容积）。活塞在下止点时，活塞顶上方的活塞在下止点时，活塞顶上方的 气缸容积（或气缸最大容积）气缸容积（或气缸最大容积） （ Va= VC+ Vh ）气缸总容积与燃烧室容积之比。气缸总容积与燃烧室容积之比。 （ =Va / VC =1+ Vh/ VC ）iSD 42 在发动机内，每一次将热能转变成机械能都必须经过吸入空气、压缩在发动机内，每一次将热能转变成机械

13、能都必须经过吸入空气、压缩和输入燃料，使之发火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排除这样一系和输入燃料，使之发火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排除这样一系列连续过程，称为一个工作循环。列连续过程，称为一个工作循环。. （1）进气行程进气行程（0180 CA）：）： 活塞自上止点向下止点移动，活塞上方气活塞自上止点向下止点移动，活塞上方气缸容积增大，形成一定真空，缸容积增大，形成一定真空，此时排气门此时排气门关闭关闭，进气门打开进气门打开，可燃混合气由化油器，可燃混合气由化油器经进气歧管、进气门吸入气缸，历时一个经进气歧管、进气门吸入气缸，历时一个活塞行程，曲轴旋转活塞行程，曲轴旋转180转角。

14、由于有进转角。由于有进气阻力，进气终了时缸内压力低于大气压气阻力，进气终了时缸内压力低于大气压力，约为力，约为0.0750.09MPa；由于气缸内的可由于气缸内的可燃混合气受上一循环残余废气和高温零件燃混合气受上一循环残余废气和高温零件的加热，进气终了时缸内气体温度上升到的加热，进气终了时缸内气体温度上升到370400K。（a）进气行程进气行程（四）四冲程发动机的工作循环：（四）四冲程发动机的工作循环： 四冲程发动机四冲程发动机的工作循环需要经过的工作循环需要经过进气进气、压缩压缩、膨胀（作功）膨胀（作功）、排气排气四个过程，对应活塞上下四个行程，相应的曲轴转角旋转四个过程，对应活塞上下四个行

15、程，相应的曲轴转角旋转720 （两周）（两周）。 压缩终了时，可燃混合气的压力、压缩终了时，可燃混合气的压力、温度取决于压缩比的大小。温度取决于压缩比的大小。 愈大，压愈大，压缩终了时的可燃混合气的压力、温度缩终了时的可燃混合气的压力、温度愈高，燃烧速度愈快，发动机发出功愈高，燃烧速度愈快，发动机发出功率愈大，经济性愈好，但汽油机的率愈大，经济性愈好，但汽油机的压压缩比过高缩比过高会引起会引起爆燃爆燃和和表面点火表面点火等不等不正常的燃烧现象，一般在正常的燃烧现象，一般在69之间之间，现，现代轿车汽油机的代轿车汽油机的 在在911之间之间。（b）压缩行程压缩行程（2）压缩行程压缩行程（1803

16、60 CA）：）： 为了使可燃混合气能迅速燃烧，为了使可燃混合气能迅速燃烧，使发动机发出更大功率，燃烧前必须使发动机发出更大功率，燃烧前必须将可燃混合气压缩，使其容积缩小，将可燃混合气压缩，使其容积缩小，密度加大，温度升高。此时，密度加大，温度升高。此时，进、排进、排气门均关闭气门均关闭，活塞从下止点向上止点，活塞从下止点向上止点移动，曲轴旋转移动，曲轴旋转180 CA。 （a）爆燃：爆燃： 由于压缩比过高导致压缩终了时气体压力和温度过高，在由于压缩比过高导致压缩终了时气体压力和温度过高，在火花塞点火之后火花塞点火之后燃烧室内离点燃中心较远处的燃烧室内离点燃中心较远处的末端末端可燃混合气可燃混

17、合气自燃自燃而造成的一种不正常燃烧现象，称为爆燃。而造成的一种不正常燃烧现象，称为爆燃。 爆燃现象爆燃现象： 爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高，爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速推进，当这种压力波撞击燃烧室壁时就发形成压力波，以声速推进，当这种压力波撞击燃烧室壁时就发出出尖锐的敲缸声尖锐的敲缸声。同时还会引起。同时还会引起发动机过热发动机过热、功率下降功率下降、燃油燃油消耗率增加消耗率增加等一系列不良后果，严重爆燃时甚至造成等一系列不良后果，严重爆燃时甚至造成排气门烧排气门烧废废、轴瓦破裂轴瓦破裂、活塞顶熔穿活塞顶熔穿、火花塞绝缘体被击穿火花塞

18、绝缘体被击穿等机件损坏等机件损坏现象。现象。（b）表面点火表面点火： 在在火花塞点火之前火花塞点火之前，由于燃烧室内灼热表面（如排气门头由于燃烧室内灼热表面（如排气门头部、火花塞电极处、积碳处）点燃可燃混合气而产生的另一种部、火花塞电极处、积碳处）点燃可燃混合气而产生的另一种不正常燃烧现象，称为表面点火。不正常燃烧现象，称为表面点火。 表面点火表面点火现象现象： 表面点火发生时，也伴有强烈的表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷）敲缸声（较沉闷），产生，产生的高压会使发动机机件机械负荷增加，寿命降低。的高压会使发动机机件机械负荷增加，寿命降低。（c）汽油机压缩比的选择：汽油机压缩比的选择：

19、 应在避免引起应在避免引起爆燃爆燃和和表面点火表面点火的前提下的前提下尽可能提高压缩比尽可能提高压缩比，以提高发动机以提高发动机功率功率，改善，改善燃油经济性燃油经济性。 进、排气门仍关闭进、排气门仍关闭。当压缩行程接近。当压缩行程接近终了时，火花塞发出电火花，点燃被压终了时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气，放出大量的热能，使缩的可燃混合气，放出大量的热能，使气缸内的压力和温度迅速增加，所能达气缸内的压力和温度迅速增加，所能达到的最大压力到的最大压力PZ约为约为35MPa，相应温度相应温度为为22002800K。. （3）作功（膨胀）行程）作功（膨胀）行程： （360540 CA）

20、高温、高压燃气推动活塞从上止点向下高温、高压燃气推动活塞从上止点向下止点移动，通过连杆使曲轴旋转并通过飞止点移动，通过连杆使曲轴旋转并通过飞轮输出机械能，除了一部分用于维持发动轮输出机械能，除了一部分用于维持发动机继续运转外，其余大部分机械能用于对机继续运转外，其余大部分机械能用于对外作功，期间曲轴旋转外作功，期间曲轴旋转180 CA，膨胀终膨胀终了时，压力降至了时，压力降至0.30.5MPa，相应温度则相应温度则降为降为13001600K。（d）排气行程排气行程（4）排气行程（）排气行程（540720 CA ）：）： 当膨胀接近终了时，排气门打开，当膨胀接近终了时，排气门打开，靠废气的压力进

21、行靠废气的压力进行自由排气自由排气（排气（排气门开启时废气压力与大气压力之比门开启时废气压力与大气压力之比大于临界压力比），大部分废气自大于临界压力比），大部分废气自行排出。活塞到达下止点后再向上行排出。活塞到达下止点后再向上止点移动，继续将废气止点移动，继续将废气强制强制排到大排到大气中，排气终了时缸内压力稍大于气中，排气终了时缸内压力稍大于大气压力（排气阻力存在），约为大气压力（排气阻力存在），约为0.1050.115MPa，废气温度约为废气温度约为9001200K。 由于燃烧室占有一定容积，因此在排由于燃烧室占有一定容积，因此在排气终了时（上止点），不可能将废气排气终了时（上止点），不可

22、能将废气排尽，留下的这一部分废气称为尽，留下的这一部分废气称为残余废气。残余废气。 柴油的粘度比汽油大柴油的粘度比汽油大，不易蒸发不易蒸发，不可能用气缸外部的化油，不可能用气缸外部的化油器进行雾化，因此不可能采用气缸外部形成可燃混合气的方法，器进行雾化，因此不可能采用气缸外部形成可燃混合气的方法，唯有在高温、高压的气缸内采用高压喷射才能将柴油在很短的时唯有在高温、高压的气缸内采用高压喷射才能将柴油在很短的时间内完全雾化。间内完全雾化。 柴油机压缩比较高柴油机压缩比较高（一般为（一般为16162222），所以压缩终了时的压），所以压缩终了时的压力可达力可达3.53.54.54.5MPaMPa，温

23、度高达温度高达75075010001000K K，大大超过柴油的大大超过柴油的 自自燃温度，故柴油高压（燃温度，故柴油高压（1010MPaMPa以上以上）喷入气缸后，在很短时间内喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便自行着火燃烧，最大爆发压力可达与空气混合后便自行着火燃烧，最大爆发压力可达6 69 9MPaMPa，最最高燃气温度可达高燃气温度可达2000200025002500K K。四冲程柴油机每个工作循环也经历四冲程柴油机每个工作循环也经历进气进气、压缩压缩、作功作功、排气排气四个行程，相应地曲轴旋转了四个行程，相应地曲轴旋转了两周两周。 柴油的自燃温度比汽油低柴油的自燃温度比汽油低，因此

24、，可燃混合气的着火方式可采，因此，可燃混合气的着火方式可采用用自燃自燃（压燃压燃）方式，与汽油机的）方式，与汽油机的点燃方式点燃方式不同（否则会产生爆不同（否则会产生爆炸性燃烧，使柴油机工作粗暴）。炸性燃烧，使柴油机工作粗暴）。 图中喷油泵图中喷油泵2凸轮轴一端的传动齿轮由曲轴正时齿轮经过中间凸轮轴一端的传动齿轮由曲轴正时齿轮经过中间齿轮驱动旋转，泵油机构产生高压燃油，经过高压油管进入气缸盖齿轮驱动旋转，泵油机构产生高压燃油，经过高压油管进入气缸盖上的喷油器上的喷油器1，在压缩终了附近，由伸入气缸内的喷油嘴头部喷孔，在压缩终了附近，由伸入气缸内的喷油嘴头部喷孔喷入雾化良好的燃油，在燃烧室内与空

25、气混合成可燃混合气后喷入雾化良好的燃油，在燃烧室内与空气混合成可燃混合气后自燃自燃。 喷油泵凸轮轴的转速是曲轴转速的喷油泵凸轮轴的转速是曲轴转速的12。 （一）柴油机压缩比的选择依据（一）柴油机压缩比的选择依据 柴油机压缩比远较汽油机的压缩比高，这是因为柴油机采柴油机压缩比远较汽油机的压缩比高，这是因为柴油机采用压燃的着火方式，为了保证发动机良好的冷起动性能，压缩用压燃的着火方式，为了保证发动机良好的冷起动性能，压缩比远较汽油机的高。比远较汽油机的高。 柴油机压缩比应在保证良好的冷起动性能前提下尽可能低柴油机压缩比应在保证良好的冷起动性能前提下尽可能低，因为过高的压缩比会导致发动机工作粗暴，而

26、且，发动机的循因为过高的压缩比会导致发动机工作粗暴，而且，发动机的循环热效率随着压缩比的增加已接近缓慢，增加不明显，对燃油环热效率随着压缩比的增加已接近缓慢，增加不明显，对燃油经济性并没有带来多大改善经济性并没有带来多大改善（二）柴油机与汽油机工作原理的不同（二）柴油机与汽油机工作原理的不同： 1、着火方式不同、着火方式不同：汽油机是：汽油机是点燃式点燃式，柴油机是，柴油机是压燃式压燃式；2、可燃混合气形成方式不同、可燃混合气形成方式不同： 汽油机是汽油机是气缸外部化油器内均匀混合气缸外部化油器内均匀混合（传统化油器式和现（传统化油器式和现代轿车进气管内电控汽油喷射式），代轿车进气管内电控汽油

27、喷射式），柴油机是柴油机是气缸内部燃烧室气缸内部燃烧室内不均匀混合内不均匀混合；（均匀性体现在燃料的蒸发性、混合气形成时；（均匀性体现在燃料的蒸发性、混合气形成时间的长短）间的长短）3、发动机功率调节方式不同、发动机功率调节方式不同： 汽油机是通过汽油机是通过调节节气门开度的大小调节节气门开度的大小改变可燃混合气的数改变可燃混合气的数量而改变发动机功率的大小量而改变发动机功率的大小，属属“量量”的调节；柴油机是通过的调节；柴油机是通过改变喷油泵每循环的供油量即改变喷油泵每循环的供油量即改变每循环喷入气缸内的燃油量改变每循环喷入气缸内的燃油量，从而改变可燃混合气的浓度而改变发动机功率的大小，属从

28、而改变可燃混合气的浓度而改变发动机功率的大小，属“质质”的调节。的调节。 （三）柴油机与汽油机性能比较：（三）柴油机与汽油机性能比较： 汽油机具有汽油机具有转速高转速高（轿车高达（轿车高达50006000r/min）、）、质量小质量小、工作柔和工作柔和、起动容易起动容易、制造成本低制造成本低和和维修方便维修方便等优点，不足之等优点，不足之处是处是燃油消耗率较高燃油消耗率较高，燃油经济性较差燃油经济性较差，适用于适用于轿车型轿车型乘做人乘做人员车辆；员车辆； 柴油机柴油机燃油消耗率较汽油机低燃油消耗率较汽油机低30%左右左右，且柴油价格低，且柴油价格低，所以所以燃油经济性好燃油经济性好，而且而且

29、输出扭矩较大输出扭矩较大，但但冷起动困难冷起动困难、工作工作粗暴粗暴、工作转速较低工作转速较低（一般（一般4000r/min以下）、以下）、制造成本高制造成本高、维维修困难修困难，适用于适用于运输型汽车运输型汽车。 （四）飞轮的作用（四）飞轮的作用： 四冲程发动机工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程四冲程发动机工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是作功的，其余三个行程是依靠飞轮的惯性作用完成的，飞轮是作功的，其余三个行程是依靠飞轮的惯性作用完成的，飞轮的作用就是的作用就是储存作功行程时的动能，克服活塞上行时的压缩储存作功行程时的动能，克服活塞上行时的压缩负功，维持工作循环周而复始，并使曲轴

30、转速均匀负功，维持工作循环周而复始，并使曲轴转速均匀。 飞轮的另一作用就是通过飞轮上的齿圈起飞轮的另一作用就是通过飞轮上的齿圈起起动和输出机起动和输出机械能械能的作用。的作用。 多缸发动机每循环作功的曲轴转角间隔小，工作较均匀，多缸发动机每循环作功的曲轴转角间隔小，工作较均匀，转速较平稳，飞轮的转动惯量较小。因此，汽车发动机用的较转速较平稳，飞轮的转动惯量较小。因此，汽车发动机用的较多的是四缸、六缸和八缸发动机。多的是四缸、六缸和八缸发动机。第三节第三节 二冲程发动机工作原理二冲程发动机工作原理一、二冲程汽油机工作原理一、二冲程汽油机工作原理（一）二冲程发动机的工作循环（一）二冲程发动机的工作

31、循环: 是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一周的时间内完成的。周的时间内完成的。（二）（二）二冲程汽油机的结构特点二冲程汽油机的结构特点： 二冲程汽油机采用二冲程汽油机采用曲轴箱扫气曲轴箱扫气，曲轴曲轴箱是密封的箱是密封的，对多缸机而言，对多缸机而言，各曲柄轴室各曲柄轴室相互之间是密封的相互之间是密封的，气缸壁上开有矩形扫气缸壁上开有矩形扫气口和排气口气口和排气口，气缸壁上开有进气口气缸壁上开有进气口（右（右图所示最早的活塞阀进气方式）。图所示最早的活塞阀进气方式）。（三）二冲程汽油机的工作循环（三）二冲程汽油机的工作循环：1、第一行程、第一行程： 活塞自下止点开始

32、向上止点移动活塞自下止点开始向上止点移动，曲，曲轴箱内在上一行程中被预压缩的新鲜可燃轴箱内在上一行程中被预压缩的新鲜可燃混合气自气缸壁上的扫气口继续向气缸内混合气自气缸壁上的扫气口继续向气缸内扫气，活塞顶将扫气口关闭后，由于排气扫气，活塞顶将扫气口关闭后，由于排气口仍未关闭，气缸内的新鲜可燃混合气被口仍未关闭，气缸内的新鲜可燃混合气被活塞强行从排气口挤出，此谓燃料的活塞强行从排气口挤出，此谓燃料的过后过后排气损失排气损失，不可避免；由于扫气过程中或，不可避免；由于扫气过程中或多或少有新气与废气的混合，存在燃料的多或少有新气与废气的混合，存在燃料的扫气损失扫气损失，因此，二冲程汽油机的燃油消，因

33、此，二冲程汽油机的燃油消耗率远较四冲程汽油机的高，耗率远较四冲程汽油机的高，HC排放严排放严重。重。（1）第一行程）第一行程（扫气口关闭）（扫气口关闭） 排气口关闭后，气缸内才开排气口关闭后，气缸内才开始真正的压缩，活塞上移到接近始真正的压缩，活塞上移到接近上止点时，火花塞点火，点燃被上止点时，火花塞点火，点燃被压缩的可燃混合气。压缩的可燃混合气。 扫气口关闭后，随着活塞的扫气口关闭后，随着活塞的上移，曲轴箱内形成一定真空，上移，曲轴箱内形成一定真空，当活塞底端打开气缸壁上的进气当活塞底端打开气缸壁上的进气口，曲轴箱内开始进气，直至活口，曲轴箱内开始进气，直至活塞运动到上止点，此时，进气口塞运

34、动到上止点，此时，进气口应全开，曲轴箱容积最大。应全开，曲轴箱容积最大。（2）第一行程（进气）第一行程（进气口开启）口开启）（3）第二行程（燃烧膨胀作功）第二行程（燃烧膨胀作功）（4）第二行程）第二行程（排气口、扫气口开启）（排气口、扫气口开启） 着火后，高温、高压燃气膨胀迫使活塞着火后，高温、高压燃气膨胀迫使活塞从上止点向下止点移动从上止点向下止点移动，进气口逐，进气口逐渐关闭，渐关闭，曲轴箱内的可燃混合气开始被预压缩曲轴箱内的可燃混合气开始被预压缩。2、第二行程、第二行程： 当活塞顶打开排气口时，缸内压力仍有当活塞顶打开排气口时，缸内压力仍有0.30.6MPa，故大部分废气以音速故大部分废

35、气以音速从缸内排出，当活塞顶打开扫气口时，缸内压力已降低到低于曲轴箱内压力，从缸内排出，当活塞顶打开扫气口时，缸内压力已降低到低于曲轴箱内压力，曲轴箱内的可燃混合气开始扫入气缸，并向排气口驱除剩余废气。活塞到达下曲轴箱内的可燃混合气开始扫入气缸，并向排气口驱除剩余废气。活塞到达下止点时，排气口和扫气口应全开，曲轴箱容积最小。止点时，排气口和扫气口应全开，曲轴箱容积最小。 排气口关闭时气缸内气体的容积与压缩终了时气体的最小容积之比排气口关闭时气缸内气体的容积与压缩终了时气体的最小容积之比。显然，。显然，实际压缩比要小于实际压缩比要小于名义压缩比名义压缩比（气缸内气体的最大容积与压缩终了时气体的最

36、（气缸内气体的最大容积与压缩终了时气体的最小容积之比）。小容积之比）。（四）总结（四）总结1、第一行程、第一行程： 活塞自下止点上移到上止点，活塞自下止点上移到上止点，包括气缸内扫气、排气、压缩包括气缸内扫气、排气、压缩过程和曲轴箱内的进气过程过程和曲轴箱内的进气过程；2、第二行程、第二行程： 活塞自上止点下移到下止点，活塞自上止点下移到下止点，包括气缸内燃气膨胀作功包括气缸内燃气膨胀作功、排气排气、扫气过程扫气过程和和曲轴箱内新鲜可燃混合气的预压缩过程曲轴箱内新鲜可燃混合气的预压缩过程；3、气缸内的换气过程、气缸内的换气过程： 气缸内的气缸内的扫气扫气和和排气排气过程。过程。4、曲轴箱压缩比

37、、曲轴箱压缩比：曲轴箱内的最大容积与最小容积之比。一般在曲轴箱内的最大容积与最小容积之比。一般在1.251.40之之间，过小影响曲轴箱进气效率（间，过小影响曲轴箱进气效率（给气比给气比），过大导致扫气），过大导致扫气时新鲜可燃混合气与气缸内废气掺混，造成燃料从排气口时新鲜可燃混合气与气缸内废气掺混，造成燃料从排气口逸失。逸失。5、换气口布置、换气口布置： 排气口上沿位置比扫气口上沿位置高排气口上沿位置比扫气口上沿位置高，尺寸差很重要，否则若扫气口开，尺寸差很重要，否则若扫气口开启时气缸内废气压力高于曲轴箱内压力，会导致废气向曲轴箱内倒流。启时气缸内废气压力高于曲轴箱内压力，会导致废气向曲轴箱内

38、倒流。排气排气口与扫气口圆周方向上呈口与扫气口圆周方向上呈90布置布置 ，即，即回流扫气方式回流扫气方式。6、实际压缩比、实际压缩比：二冲程汽油机由于二冲程汽油机由于燃油消耗率高、燃油消耗率高、HC等排放严重等排放严重而逐渐淘汰而逐渐淘汰出摩托车用市场，但军用小型无人航空飞行器却因其出摩托车用市场，但军用小型无人航空飞行器却因其体积小体积小、重量轻重量轻、单位气缸工作容积输出功率大单位气缸工作容积输出功率大而仍被看好，但要解而仍被看好，但要解决决电控汽油喷射技术电控汽油喷射技术甚至甚至废气涡轮增压技术废气涡轮增压技术 。二、二冲程汽油机与四冲程汽油机比较二、二冲程汽油机与四冲程汽油机比较理论上

39、同样发动机排量、同样工作转速的发动机其功率应等于理论上同样发动机排量、同样工作转速的发动机其功率应等于四冲程汽油机的二倍四冲程汽油机的二倍，实际上由于实际压缩比小于名义压缩比，实际上由于实际压缩比小于名义压缩比，气缸内进气不足（进气时间短，存在给气和扫气损失），只等气缸内进气不足（进气时间短，存在给气和扫气损失），只等于于1.51.6倍。倍。1、二冲程汽油机二冲程汽油机没有配气机构没有配气机构，结构简单，体积小，重量轻，结构简单，体积小，重量轻，容易维修。容易维修。2、二冲程汽油机作功间隔短，二冲程汽油机作功间隔短，发动机运转平稳，飞轮转动惯量小，发动机运转平稳，飞轮转动惯量小，容易上高速容易

40、上高速。3、二冲程汽油机二冲程汽油机燃油消耗率远较四冲程汽油机的燃油消耗率高燃油消耗率远较四冲程汽油机的燃油消耗率高，HC等排放严重等排放严重。4、5、一、四冲程汽油机的一般构造一、四冲程汽油机的一般构造（以东风（以东风EQ1090E型汽车为例）型汽车为例）（一）机体组（一）机体组： 包括包括气缸盖气缸盖 3、气缸体气缸体 11、油底壳油底壳 26。有的发动机。有的发动机 将气缸将气缸体分铸成上下两部分，上部称体分铸成上下两部分，上部称为为气缸体气缸体，下部称为，下部称为曲轴箱曲轴箱。. 机体的作用是作为发动机各机体的作用是作为发动机各机构、各系统的机构、各系统的装配基体装配基体，本，本身许多

41、部分又分比别是身许多部分又分比别是各机构、各机构、各系统的组成部分各系统的组成部分。如气缸盖、如气缸盖、气缸体上钻的润滑油道是润滑气缸体上钻的润滑油道是润滑系统的组成部分，气缸盖、气系统的组成部分，气缸盖、气缸体上铸的冷却水套是冷却系缸体上铸的冷却水套是冷却系统的组成部分等。统的组成部分等。 此外，气缸盖和气缸体的内壁共同此外，气缸盖和气缸体的内壁共同组成燃烧室的一部分组成燃烧室的一部分。通常，。通常，将机体组列入曲柄连杆机构。将机体组列入曲柄连杆机构。（二）曲柄连杆机构（二）曲柄连杆机构： 包括包括活塞活塞、连杆总成连杆总成25、曲轴曲轴22、飞轮飞轮15等运动机等运动机件。件。. 曲柄连杆

42、机构的作用曲柄连杆机构的作用是发动机借以产生动是发动机借以产生动力，并将活塞的直线力，并将活塞的直线往复运动转变为曲轴往复运动转变为曲轴的旋转运动而输出动的旋转运动而输出动力的机构。力的机构。（三）配气机构（三）配气机构： 包括包括进气门进气门、排气门排气门、挺柱挺柱、推杆推杆、摇臂摇臂9、凸轮轴凸轮轴20、凸轮凸轮轴正时齿轮轴正时齿轮33（由曲轴正时齿轮（由曲轴正时齿轮32驱动）等。驱动）等。 配气机构的作用是使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸配气机构的作用是使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排出废气。排出废气。（四）供给系（四）供给系： 气缸盖、气缸体上铸的进、气缸盖、气缸体上铸的进、

43、排气道显然是供给系的一部分。排气道显然是供给系的一部分。 供给系的作用是把汽供给系的作用是把汽油和空气混合成成分合油和空气混合成成分合适的可燃混合气供入气适的可燃混合气供入气缸，以供燃烧，并将燃缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动烧生成的废气排出发动机。机。. 包括包括汽油箱汽油箱、汽油泵汽油泵45、汽油滤清器汽油滤清器、化油化油器器7、空气滤清器空气滤清器38、进气管进气管、排气歧管总成排气歧管总成51、排气消声器排气消声器等。等。.（五）点火系（五）点火系： 其功用是保证按规定时刻及时点燃被压缩的可燃混其功用是保证按规定时刻及时点燃被压缩的可燃混合气。包括供给低压电流的蓄电池和发电机，

44、将低压合气。包括供给低压电流的蓄电池和发电机，将低压电流变成变成高压电流的断电器（与分电装置等组合电流变成变成高压电流的断电器（与分电装置等组合成为成为分电器总成分电器总成43）和点火线圈，把高压电流按规定）和点火线圈，把高压电流按规定时刻通过分电装置通到各气缸的火花塞等。时刻通过分电装置通到各气缸的火花塞等。（六）冷却系（六）冷却系： 包括包括水泵水泵2、散热器散热器、风扇风扇1、分水管分水管、气缸体放水阀气缸体放水阀50以及气缸体和气缸盖上铸出的以及气缸体和气缸盖上铸出的冷却水套冷却水套等。其功用等。其功用是把受热机件的热量散到大气中，以保证发动机在正是把受热机件的热量散到大气中，以保证发

45、动机在正常温度范围内工作。常温度范围内工作。（七）润滑系（七）润滑系： 包括包括机油泵机油泵27、集滤器集滤器、限压阀限压阀、气缸体和气缸盖钻、气缸体和气缸盖钻设的设的润滑油道润滑油道、机油粗滤器机油粗滤器46、机油细滤器机油细滤器49和和机油冷机油冷却器却器等。其功用是将一定压力的润滑油供给作相对运动等。其功用是将一定压力的润滑油供给作相对运动的零件工作表面之间以形成液体摩擦，的零件工作表面之间以形成液体摩擦，减少摩擦阻力减少摩擦阻力，减轻机件的磨损减轻机件的磨损，并，并冷却摩擦零件冷却摩擦零件，清洗摩擦表面清洗摩擦表面，缓缓和冲击和冲击，分散应力分散应力，辅助密封辅助密封。（八）起动系（八

46、）起动系： 车用汽油机一般由车用汽油机一般由曲柄连杆机构曲柄连杆机构（包括机体组）、（包括机体组）、配配气机构气机构两大机构和两大机构和供给系供给系（包括燃料供给系统和进、排（包括燃料供给系统和进、排气系统）、气系统）、点火系点火系、冷却系冷却系、润滑系润滑系和和起动系起动系五大系统五大系统组成。组成。二、总结二、总结：包括包括起动电机起动电机及其及其附属装置附属装置。其作用是使静止的发动机。其作用是使静止的发动机起动并转入自行运转。起动并转入自行运转。1、风扇、风扇2、水泵、水泵3、气缸盖、气缸盖4、小循环水管、小循环水管5、进、排气歧管总成、进、排气歧管总成6、曲轴箱通风装置、曲轴箱通风装

47、置7、化油器、化油器8、气缸盖出水管、气缸盖出水管9、摇臂机构、摇臂机构10、曲轴箱通风管、曲轴箱通风管11、气缸体、气缸体12、后挺杆室盖、后挺杆室盖13、曲轴箱通风挡油板、曲轴箱通风挡油板14、飞轮壳、飞轮壳15、飞轮、飞轮16、发动机后悬、发动机后悬 置螺栓、螺母置螺栓、螺母17、限位板、限位板18、发动机后悬、发动机后悬 置软垫置软垫19、油底壳衬垫、油底壳衬垫20、凸轮轴、凸轮轴21、曲轴止推片、曲轴止推片22、曲轴、曲轴23、主轴承盖、主轴承盖24、机油泵、分电器总成、机油泵、分电器总成25、活塞、连杆总成、活塞、连杆总成 26、油底壳、油底壳27、机油泵、机油泵28、发动机前悬置

48、软垫总成、发动机前悬置软垫总成29、发动机前悬置支架总成、发动机前悬置支架总成30、风扇皮带、风扇皮带31、正时齿轮室盖及曲轴前油封、正时齿轮室盖及曲轴前油封32、曲轴正时齿轮、曲轴正时齿轮33、凸轮轴正时齿轮、凸轮轴正时齿轮34、空气压缩机皮带、空气压缩机皮带51、排气管、排气管27、机油泵、机油泵 7、化油器、化油器35、曲轴箱通风单向阀、曲轴箱通风单向阀36、进气管、进气管37、绝热垫及衬垫、绝热垫及衬垫38、空气滤清器、空气滤清器 ：52、弯管接头、弯管接头53、弹簧、弹簧54、单向阀、单向阀55、阀体、阀体11、气缸体、气缸体48、出水弯管、出水弯管50、放水阀、放水阀49、机油细滤

49、器、机油细滤器3、气缸盖、气缸盖39、气缸套、气缸套40、定位销、定位销41、挺杆室衬垫、挺杆室衬垫42、挺杆室盖、挺杆室盖43、分电器、分电器44、加机油管和盖、加机油管和盖45、汽油泵、汽油泵46、机油滤清器、机油滤清器47、联轴套、联轴套19、油底壳衬垫、油底壳衬垫26、油底壳、油底壳15、气缸盖罩、气缸盖罩二、现代四冲程汽油机的一般结构二、现代四冲程汽油机的一般结构（以桑塔纳轿车电喷发动机（以桑塔纳轿车电喷发动机为例）为例）1、正时齿形带护罩、正时齿形带护罩2、空调压缩机、空调压缩机3、空调压缩机带轮、空调压缩机带轮4、多楔皮带、多楔皮带5、曲轴带轮、曲轴带轮6、张紧轮、张紧轮7、发电

50、机带轮、发电机带轮8、导向轮、导向轮9、动力转向油泵、动力转向油泵10、动力转向泵带轮、动力转向泵带轮11、发电机、发电机12、进气歧管、进气歧管13、机油标尺、机油标尺14、燃油分配管、燃油分配管35、油底壳、油底壳16、正时齿形皮带、正时齿形皮带17、凸轮轴正时齿形带轮、凸轮轴正时齿形带轮18、水泵齿形带轮、水泵齿形带轮19、曲轴正时齿形带轮、曲轴正时齿形带轮20、机油泵传动链、机油泵传动链21、机油泵、机油泵22、曲轴、曲轴23、水泵、水泵24、活塞、活塞25、排气门、排气门26、进气门、进气门27、气缸体、气缸体28、气缸盖、气缸盖29、液压挺柱、液压挺柱30、凸轮轴、凸轮轴31、喷油

51、器、喷油器32、机油滤清器、机油滤清器33、机油压力限压阀、机油压力限压阀34、连杆、连杆喷油器喷油器气缸盖罩气缸盖罩加机油口加机油口气缸盖气缸盖排气歧管排气歧管进气歧管进气歧管发电机发电机空调压缩机空调压缩机导向轮导向轮动力转向泵带轮动力转向泵带轮水泵水泵气缸体气缸体曲轴箱曲轴箱油底壳油底壳机油泵链轮机油泵链轮曲轴曲轴连杆连杆活塞活塞进气门进气门凸轮轴凸轮轴液压挺柱液压挺柱气门弹簧气门弹簧（3）化油器式汽油机上的进、排气歧管）化油器式汽油机上的进、排气歧管布置于发动机一侧，便于加热进气管，促布置于发动机一侧，便于加热进气管，促使燃油雾化，而柴油机上的进、排气歧管使燃油雾化，而柴油机上的进、排

52、气歧管全都部置于发动机异侧，以免进气受到加全都部置于发动机异侧，以免进气受到加热，减少进气量，降低发动机功率。热，减少进气量，降低发动机功率。三、四冲程柴油机的一般构造三、四冲程柴油机的一般构造 四冲程柴油机的结构与四冲程汽油四冲程柴油机的结构与四冲程汽油机的结构主要区别在于：机的结构主要区别在于：（1）柴油机没有点火系，气缸盖上火花）柴油机没有点火系，气缸盖上火花塞的位置被喷油器代替，高压导线被高塞的位置被喷油器代替，高压导线被高压油管代替。压油管代替。.（2）柴油机燃料供给系统不同于汽油机：）柴油机燃料供给系统不同于汽油机：柴油机有高压喷油泵、喷油器，由喷油泵柴油机有高压喷油泵、喷油器，由

53、喷油泵凸轮轴上的凸轮驱动产生高压燃油，喷油凸轮轴上的凸轮驱动产生高压燃油，喷油泵总成中的输油泵类似于化油器式汽油机泵总成中的输油泵类似于化油器式汽油机上的汽油泵，作用是克服燃油流动阻力，上的汽油泵，作用是克服燃油流动阻力，但化油器式汽油机上的汽油泵由配气凸轮但化油器式汽油机上的汽油泵由配气凸轮轴上的偏心凸轮驱动，现代电喷汽油机上轴上的偏心凸轮驱动，现代电喷汽油机上的汽油泵是电动汽油泵。的汽油泵是电动汽油泵。.一、一、发动机主要性能指标发动机主要性能指标：有：有动力性指标动力性指标（有效转矩有效转矩、有效功率有效功率、转速转速等）和等）和经济性指标经济性指标（燃油消耗率燃油消耗率）。）。 1 1

54、、有效转矩有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩，以：发动机通过飞轮对外输出的转矩，以T Te e表示，单位表示，单位为为 m m。 2 2、有效功率有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率。以：发动机通过飞轮对外输出的功率。以P Pe e表示，单位表示，单位为为kWkW。)(9550106023kWnTnTPeee 式中：式中：n n曲轴转速，曲轴转速，r/minr/min3 3、有效燃油消耗率有效燃油消耗率：发动机每发出：发动机每发出1 1 kWkW有效功率，在有效功率，在1 1h h内所消耗内所消耗的燃油消耗质量，以的燃油消耗质量，以b be e表示表示, ,单位为单位为 g/g/（kWk

55、Wh h）。（四冲程汽油机一般为（四冲程汽油机一般为270270 325 325 g/g/（kWkWh h） ，四冲程柴油机一般，四冲程柴油机一般为为190190 238 238 g/g/（kWkWh h）。）。）310 (/)eeBbgkWhP（1-11-1）（1-21-2）发动机主要性能指标可在发动机发动机主要性能指标可在发动机测功器台架测功器台架上试验上试验测定：测定： 试验时保持一定油门开度，同时用试验时保持一定油门开度，同时用测功器测功器对发动机对发动机施加一定的施加一定的阻力矩阻力矩，用，用转速表转速表测出发动机转速，低于测出发动机转速，低于所需转速所需转速则减小阻力矩，反之则加大

56、阻力矩，当发动则减小阻力矩，反之则加大阻力矩，当发动机转速稳定在所需转速时，即机转速稳定在所需转速时，即阻力矩与发动机输出有阻力矩与发动机输出有效转矩相等效转矩相等时，测量发动机转速和发动机有效转矩，时，测量发动机转速和发动机有效转矩，用用油耗仪油耗仪测出发动机单位时间内的耗油质量测出发动机单位时间内的耗油质量B B，根据式，根据式（1-11-1）换算出发动机）换算出发动机有效功率有效功率P Pe e ，根据式（，根据式（1-21-2）换）换算出发动机算出发动机有效燃油消耗率有效燃油消耗率b be e 。二、发动机二、发动机速度特性速度特性：指油门开度一定时，发动机的有效功率、有效转矩和有效指油门开度一定时，发动机的有效功率、有效转矩和有效燃油消耗率三者随发动机转速变化的规律燃油消耗