汽车发动机的总体构造和工作原理

汽车发动机原理与维修第一章·汽车发动机的总体构造和工作原理 第一节节·汽车发动车发动 机的类类型任务1：内燃机的分类 任务2：往复活塞式内燃机分类 任务3：发动机的总体结构组成任务务1：内燃机的分类类知识点1往复活塞式内燃机简介 知识点2转子发动机简介(1)优缺点： 优点：这种内燃机具有 热效率高、体积小、质 量轻和功率大等一系列 优点，现在技术比较成 熟。 缺点：该种内燃机机构 复杂，且由于活塞组的 往复运动容易造成发动 机惯性力的不平衡而产 生强烈的振动。知识识点1往复活塞式内燃机简简介（Reciprocating engine)知识识点1往复活塞式内燃机简简介（Reciprocating engine)(2)组成：往复 式内燃机由两大 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 。知识识点1往复活塞式内燃机简简介（Reciprocating engine) (3)工作原理：往复式内燃机 一般是利用汽油、柴油或者气 体燃料燃烧产生压力的，利用 压力推动活塞运动通过连杆、 曲轴等，将压力转换为功率。 活塞的这种直线运动通过连杆 和曲轴转换成圆周运动。向外 输出动力。往复式发动机由于活塞在汽缸中做往复直线运动而得名，往复式发动机最早是在蒸汽机的基础上发展而来的 。知识识点1往复活塞式内燃机简简介（视频视频 ）（Reciprocating engine)知识点2 转子式内燃机简介（Wankel Engine、Rotary Engine）（1）特点：相对活塞往 复式的传统内燃机，转子 发动机的结构要简单很多 ，在往复活塞内燃机中安 装的曲柄连杆机构、配气 相位机构等，在转子发动 机上都没有，因此也造就 了其体积小、重量轻的特 点。知识点2 转子式内燃机简介（Wankel Engine、Rotary Engine）（2）组成：转子发动机 主要由转子外壳、转子、 侧边外壳、偏心轴、气封 等部件构成。 缸体内部空间总是被 分成三个工作室，转子转 动这些工作室也在运动。 依次在摆线型缸体内的不 同位置完成进气、压缩、 作功（燃烧）和排气四个 过程。转子外壳通常由铝合金制造，它相当于传统内燃机的缸体，内 部呈“8”字形，内表面有特殊的电镀涂层以增强其耐磨性，通常在外 壳的一侧设计有进气口和排气口，在另一侧则安装有火花塞。知识点2 转子式内燃机简介（Wankel Engine、Rotary Engine）（3）工作原理：三角转子每 旋转一周，可以完成三次进 气、压缩、做功、排气的过 程，也就是做功三次，而偏 心轴则已经旋转了三周，也 就是说曲轴与三角转子的转 速比为3:1。MAZDA公司转子发动机用于运动型RX系列轿车知识点2 转子式内燃机简介（视频）（Wankel Engine、Rotary Engine）知识点1按燃料不同分类 知识点2按循环冲程数不同分类 知识点3按冷却方式不同分类 知识点4按气缸数不同分类 知识点5按着火方式不同分类 知识点6按进气方式不同分类 知识点7按转速范围不同分类 知识点8按汽缸排列形式不同分类任务2：往复活塞式内燃机分类知识点1按燃料不同分类汽油机（Gasoline engine）柴油机（Diesel engine)其它燃料发动机（Alternative engine)（1）.汽油机（Gasoline engine）汽油发动机是以汽油作为燃料 ，将内能转化成动能的的发动机。 由于汽油粘性小，蒸发快，可以用 汽油喷射系统将汽油喷入气缸，经 过压缩达到一定的温度和压力后， 用火花塞点燃，使气体膨胀做功。 汽油机的特点是转速高、结构简单 、质量轻、造价低廉、运转平稳、 使用维修方便。汽油机在汽车上， 特别是小型汽车上大量使用。知识点1按燃料不同分类（1）.汽油机（Gasoline engine）（2）.柴油机（Diesel engine)柴油发动机的气缸中的混合气是 压燃的，而非点燃的。柴油发动机工 作时，进入气缸的是空气，气缸中的 空气压缩到终点的时候，温度可以达 到500-700，压力可以达到4050 个大气压。活塞接近上止点时，供油系统 的喷油嘴以极高的压力在极短的时间 内向气缸燃烧室喷射燃油，柴油形成 细微的油粒，与高压高温的空气混合 ，可燃混合气自行燃烧，猛烈膨胀产 生爆发力，推动活塞下行做功，此时 温度可达1900-2000，压力可达60 -100个大气压，产生的扭矩很大，所 以柴油发动机广泛的应用于大型柴油 设备上（2）.柴油机（Diesel engine)（3）.其它燃料发动机（Alternative engine)BMW在法国的Miramas 高速试车场上向世人证 明，氢不仅仅能够为火 箭和宇宙飞船提供最高 性能的动力：采用内燃 发动机的氢动力汽车创 造的9项世界记录为氢 燃料汽车的真正潜力提 供了清晰的证据。H2R的“心脏”基本上是以BMW顶级的6升12缸发动机为基础而开发的。 通过对发 动机管理系统以及气/油混合部件进行相应的改造，使用氢气作为燃料为汽车提供动力 的目标得以实现。 H2R昂燃料分视屏知识点2按循环冲程数不同分类二冲程（Twostroke）四冲程（Fourstroke)优缺点： 优点：二冲程发动机更加轻便，简 易，制造成本低廉。 缺点：二冲程发动机会产生很多污 染，污染来自两方面。第一是润滑 油的燃烧。第二条原因是每当往燃 烧室注入大量新空气/燃料时，它 们中的一些便从排气口泄露了。（1）.二冲程发动机（1）.二冲程发动机原理与结构：第一个行程：活塞 从上止点到下止点。完成两个动 作 1.火花塞点火，做功排气 2.关闭进气，把混合气从活塞下 部压入曲轴箱，从活塞上部再进 入汽缸 第二个行程：活塞从下止点到上 止点。完成两个动作 1.关闭所有进排气，压缩混合气 。 2.完成一个做功循环需要活塞运 动两个行程，所以叫二冲程。特点与原理：四冲程发动机每个工作循环是由进气 行程、压缩行程、做功行程和排气行程组成，而四冲 程发动机要完成一个工作循环，活塞在气缸内需要往 返4个行程（即曲轴转2转）。（2）.四冲程发动机四冲程 vs. 二冲程四冲程二冲程工作循环曲轴每转二圈一 个工作循环，作 功一次 。曲轴每转一圈一 个工作循环，作 功一次。旋转角速度比较 均匀换气 时间进、排气持续时 间长，重叠期小 换气质量好。换气时间短 （1/3），进、 排气过程几乎同 时进行，换气质 量差结构复杂性有进、排气门， 结构复杂无进、排气门， 结构简单（曲轴 箱扫气式）知识点3按冷却方式不同分类水冷（Water cooling）风冷（Air cooling）水温低时 节温器关闭（1）.水冷（Water cooling）组成与原理： 组成：水箱（散热器） 、水泵、风扇、节温器 、暖风水箱以及储液罐 是冷却系统的主要部件 。原理：水泵在曲轴的 带动下，维持了冷却液 在冷却管路内的循环， 车头的散热器通过迎面 而来的气流和电子扇的 作用，将高温的冷却液 所散发出的热量吹走。（2）.风冷（Air cooling） 特点：风冷发动机的特点 是结构简单，质量轻。维护 使用方便，对气候变化适应 性强，起动快，不需要散热 器。因此它被一些军用汽车 和个别载货汽车采用。风冷 发功机大量用于摩托车，使 摩托车不必安装散热器。风 冷发动机还用于缺水地区， 因为它不用水作冷却介质。 它的缺点是，缸体和缸盖刚 度差，振动大，噪声大，容 易过热。（2）.风冷（Air cooling） 工作原理 ：风冷系统 由风扇、风扇传动带、 导流罩、散热片、分流 板等机件组成。风冷发 动机，是以空气作为冷 却介质的发动机。它在 气缸及缸盖的外壁铸造 出一些散热片，并用冷 却风扇使空气高速吹过 散热片表面，带走发动 机散出的热量, 使发动 机冷却。知识点4按缸数不同分单缸（ one-cylinder motor)多缸（ multi-cylinder engine)单缸发动机单缸发动机是所有发动机 中最简单的一种，它只有一个 气缸，是发动机的基本形式。单缸发动机工作时，曲轴 每转一圈（二冲程）或两圈（ 四冲程），气缸内的混合气点 火燃烧一次，从声音和振动上 ，能明显地感到发动机的工作 是断续的，排气也是“突突”的断 续声。（1）.单缸发动机 （ one-cylinder motor)有两个以上气缸的发动机称为 多缸发动机。它是由若干个相同的 单缸排列在一个机体上共用一根曲 轴输出动力所组成。如双缸、三缸 、四缸、五缸、六缸、八缸、十二 缸等都是多缸发动机。现代车用发 动机多采用四缸、六缸、八缸发动 机。发动机的气缸数越多，曲轴转 动越均匀，振动也就越小，但制造 成本增加。多缸发动机的气缸排列 有直列、V形和水平对置等形式， 这取决于安装、制造成本和冷却方 式等因素。（2）.多缸发动机 （ multi-cylinder engine)知识点5按着火方式分火花点火（Spark Ignition）压缩着火（Compression Ignition）（1）.火花点火 （Spark Ignition）工作原理：汽油的自燃温度（ 480左右）要大于柴油发动机 ，而且黏度小容易蒸发，所以 可以在气缸外部与空气形成均 匀的混合气，或者用喷射系统 直接将汽油喷入气缸，然后在 压缩行程快结束时通过火花塞 跳火将混合气点燃，故称这种 点火方式为火花点火。（2）.压缩着火 （Compression Ignition）点火原理：柴油经喷油泵将油压提高到 10MPa以上，通过喷油器喷入气缸 ，在很短时间内与压缩后的高温 空气混合，形成可燃混合气。由 于柴油机压缩比高（一般为16-22 ），所以压缩终了时气缸内空气 压力可达3.5-4.5MPa，同时温度 高达750-1000K，大大超过柴油的 自燃温度。因此柴油在喷入气缸 后，在很短时间内与空气混合后 便立即自行发火燃烧。知识点6按进气方式分非增压/自然吸气 （Naturally aspiration）增压 （Turbocharging/Supercharging）（1）.非增压/自然吸气 （Naturally aspiration）自然吸气发动机主要利用活 塞下行时的吸力让空气进入气缸 的不需要其他装置的辅助，在动 力输出上自然吸气发动机的平顺 性与响应的直接性上，要远优于 增压发动 机，现在F1的V8 2.4L 引擎就是 最好的例子。特点：增压发动机是利 用机械泵向发动机燃烧室注 入空气的，目前主要有机械 泵和废气涡轮两种形式以废 气涡轮形式应用较多。（2）.增压 （Turbocharging/Supercharging）涡轮增压 工作原理： 废气涡轮增 压是利用发动机排出的 废气惯性冲力来推动涡 轮室内的涡轮，涡轮又 带动同轴的叶轮，叶轮 压送由空气滤清器管道 送来的空气，使之增压 进入气缸空气的压力和 密度增大可以燃烧更多 的燃料，相应增加燃料 量和调整发动机的转速 ，就可以增加发动机的 输出功率了。知识点7按转速范围分高速发动机（Gasoline engine）中速发动机（Diesel engine)低速发动机（Alternative engine)高速发动机发动 机的最高转速可以突 破19000转/分， 2.3 秒就可以实现0到100 公里/小时的加速； 只需比网球场长一点 的距离，它就可以将 时速从300公里降到 60公里他就是安装在 F1赛车上的。超级发 动机（1）高速发动机（Gasoline engine）考斯沃斯的CA2006-V8（2）中速发动机（Diesel engine)中速发动机的最高 转速通常不会超过8000 转/分。 宝马的N20发动机在最 低1250转时就能爆发最 大扭矩，是目前量产涡 轮增压发动机中，最大 扭矩输出转速设定最低 的。最大扭矩可以一直 持续到4800转，拥有 3550转的宽广扭矩平台 ，涵盖了日常行车所要 用到的转速范围。低转速发