【2017年整理】1发动机的工作原理和总体构造.doc

发动机的工作原理和总体构造 第一节 发动机的分类 汽车的动力源是发动机。发动机是将某一种形式的能量转化为机械能的机器。 将燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的装置称为热力发动机，简称热机。内燃机是热力发动机的一种，其特点是液力或气体燃料与空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再转变成机械能。另一种热机是外燃机，如蒸汽机，其特点是燃料在机器外部的锅炉内燃烧，将锅炉内的水加热而产生高温、高压的水蒸气，输送至机器内部，使所含的热能转变为机械能。 内燃机具有热效率高、体积小、质量小、便于移动以及起动性能好等优点，因而广泛应用于飞机、船舰以及汽车、拖拉机、坦克等各种车辆上。但是，内燃机一般要求使用石油燃料，同时排出的废气中所含有害气体成分较高。为解决能源与大气污染的问题，目前国内、外正致力于排气净化以及其它新能源发动机的研究工作。 内燃机根据其将热能转化为机械能的主要构件的形式，可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式内燃机在汽车上应用最广泛，是本书的主要讨论对象。汽车用活塞式内燃机可以根据不同的特征分类。 （1）按所用的燃料分类 可分为液体燃料发动机（汽油机、柴油机等）和气体燃料发动机（如天然气发动机、液化石油气发动机等）。 （2）按发火方式分类 可分为压燃式发动机与点燃式发动机。 柴油的特性是在同样的条件下其自燃点比汽油的自燃点低，因此采用压燃式（自燃式）发火。一般可通过喷油泵和喷油器将柴油直接喷入发动机的气缸内，在气缸内与压缩空气均匀混合后，在高温下得以自燃，这种发动机称为压燃式发动机。 汽油的特性是其自燃的温度比柴油的要高，因此常采用点燃式发火。利用火花塞发出的电火花强制点燃汽油，使其发火燃烧，这种发动机称为点燃式发动机。 （3）按工作循环的冲程数分类 在发动机内，每一次将热能转变为机械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列连续过程，称为一个工作循环。对于往复活塞式发动机，可以根据每一工作循环所需活塞行程数来分类。凡活塞往复四个单程完成一个工作循环的称为四冲程发动机，活塞往复两个单程即完成一个工作循环的称为二冲程发动机。 （4）按气缸数及其排列方式分类 仅有一个气缸的称为单缸发动机，有两个以上气缸的称为多缸发动机。单缸有立式与卧式，多缸有V 型与对置式。 （5）按冷却方式分类 根据冷却方式不同，发动机可以分为水冷式和风冷式两种。此外，发动机还可按进气方式分类。当发动机不装增压器，空气是靠活塞的抽吸作用进入气缸内的发动机，称为非增压式发动机（或自然吸入式发动机）；发动机上装有增压器，空气通过增压器可以提高进气压力的发动机，称为增压式发动机。 近年来还有按每气缸中的气门数来分类的，当每气缸中设有一个进气门和一个排气门的发动机，称为二气门发动机；每缸中设有两个进气门和两个排气门的，称为四气门发动机；或者每个气缸中设有三个进气门和两个排气门的，称为五气门发动机。 第二节 四冲程发动机工作原理 四冲程汽油机工作原理 现代汽车发动机的构造如图1-1所示。 气缸内装有活塞7，活塞通过活塞销、连杆4与曲轴3连接。活塞在气缸内作往复运动，通过连杆推动曲轴转动。为了吸入新鲜气体和排除废气，设有进排气系统等。 图1-2为发动机示意图。 活塞顶部离曲轴中心最远，即活塞最高位置，称为上止点。上下止点间的距离S称为活塞行程，曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离R称为曲柄半径。活塞每走一个行程相应于曲轴转角180。对于气缸中心线与曲轴中心线相交的发动机，活塞行程S等于曲柄半径R的两倍。 活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积或气缸排量，可用符号表示。多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机排量，用符号 （L）表示，即 式中 为气缸直径（mm）；为活塞行程（mm）; 为气缸数。 四冲程发动机的工作循环包括四个活塞行程，即进气行程、压缩行程、膨胀行程（作功行程）和排气行程。通常利用发动机循环的示功图来分析工作循环中气体压力和相应于活塞不同位置的气缸容积之间的变化关系，示功图表示了活塞在不同位置时气缸内压力的变化情况。其中，曲线所围成的面积表示发动机整个工作循环中气体在单个气缸内所作的功。四冲程汽油机的示功图如图1-3所示。 （1）进气行程（图1-3 a） 化油器式汽油机将空气与燃料先在气缸外部的化油器中进行混合，形成可燃混合气后吸入气缸。 进气过程中，进气门开启，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积增大，从而气缸内的压力降低到大气压以下，即在气缸内造成真空吸力。这样，可燃混合气便经进气管道和进气门被吸入气缸。由于进气系统有阻力，进气终了时气缸内的