1、發動機工作原理和總體構造發動機工作原理和總體構造概述概述 四沖程發動機工作原理四沖程發動機工作原理 發動機總體構造發動機總體構造 發動機主要性能指標和特性發動機主要性能指標和特性 內燃機名稱及型號編制規則內燃機名稱及型號編制規則 第一節第一節 概概 述述 發動機是將某一種形式的能量轉變成機械能的機器。發動機是將某一種形式的能量轉變成機械能的機器。一、發動機的定義一、發動機的定義： n風能風能-風力發動機風力發動機n水流能水流能-水力發動機水力發動機n熱能熱能-熱力發動機熱力發動機n電能電能-電力發動機電力發動機n原子能原子能-原子能發動機原子能發動機n太陽能太陽能-太陽能發動機太陽能發動機n地

2、熱能地熱能-地熱發動機地熱發動機風力發動機返回水力發動機 水輪是以流水為動力，進行旋轉的動力裝置，又稱 “水車”，可以帶動磨、風箱、抽水裝置、紡車、榨油和制革機械乃至發動機等返回熱力發動機返回二、二、熱力發動機：熱力發動機：將熱能轉變成機械能的發動機。將熱能轉變成機械能的發動機。1 1、外燃、外燃機：機：燃料在機器外部燃燒，產生的熱能輸入到機器內燃料在機器外部燃燒，產生的熱能輸入到機器內部并轉變成機械能輸出的熱力發動機。如部并轉變成機械能輸出的熱力發動機。如蒸汽機蒸汽機。2 2、內燃、內燃機：機：液體或氣體燃料和空氣混合后直接輸入機器內部液體或氣體燃料和空氣混合后直接輸入機器內部燃燒而產生熱能

3、，然后再將熱能轉變成機械能輸出的熱力發動燃燒而產生熱能，然后再將熱能轉變成機械能輸出的熱力發動機。機。熱機內燃機外燃機活塞式葉片式蒸汽機汽輪機熱氣機燃氣輪機斯特靈發動機3 3、比較、比較： 外燃外燃機體積大，重量重，熱效率低；機體積大，重量重，熱效率低；內燃機單機功率范圍大（內燃機單機功率范圍大（0.6-16860kW0.6-16860kW）、熱效）、熱效率高（汽油機略高于率高（汽油機略高于0.30.3，柴油機達，柴油機達0.40.4左右）、左右）、體積小、質量輕、操作簡單，便于移動和起動性體積小、質量輕、操作簡單，便于移動和起動性能好等優點。被廣泛應用于汽車、火車、工程機能好等優點。被廣泛應

4、用于汽車、火車、工程機械、拖拉機、發電機、船舶、坦克、排灌機械和械、拖拉機、發電機、船舶、坦克、排灌機械和眾多其它機械的動力眾多其它機械的動力 。 4 4、內燃機按熱能轉變成機械能的主要構內燃機按熱能轉變成機械能的主要構件分件分活塞式內燃機、燃氣輪機活塞式內燃機、燃氣輪機燃氣輪機 燃氣輪機是以空氣及燃氣為工質的旋轉式熱力發動機，它的結構與飛機噴氣式發動機一致5 5、活塞式內燃機按活塞運動方式分活塞式內燃機按活塞運動方式分往復活塞式內燃機、轉子活塞式內燃機往復活塞式內燃機、轉子活塞式內燃機 活塞式內燃機按運動方式分類按行程數分類其他分類方式往復運動式旋轉運動式四行程二行程1 1、按使用的燃料不同

5、分、按使用的燃料不同分汽油機汽油機柴油機柴油機三、發動機的分類三、發動機的分類 （往復活塞式）：3 3、按冷卻方式不同、按冷卻方式不同水冷發動機水冷發動機風冷發動機風冷發動機2 2、按完成一個工作循環所需行程數、按完成一個工作循環所需行程數四沖程發動機四沖程發動機二沖程發動機二沖程發動機4 4、按氣缸數及排列方式、按氣缸數及排列方式單缸發動機單缸發動機多缸發動機多缸發動機單列式單列式型型對置式對置式單列式單列式型型對置式對置式5 5、按進氣狀態分、按進氣狀態分自然吸氣式發動機（非增壓式發動機）自然吸氣式發動機（非增壓式發動機）強制吸氣式（增壓式發動機）強制吸氣式（增壓式發動機）第二節第二節 四

6、行程發動機工作原理四行程發動機工作原理 一、基本結構一、基本結構上止點上止點 下止點下止點 活塞行程活塞行程(S) (S) 曲柄半徑曲柄半徑(R) (R) 氣缸工作容積氣缸工作容積(V h ) (V h ) 燃燒室容積燃燒室容積(Vc(Vc ) ) 氣缸總容積氣缸總容積(Va(Va ) ) 二、基本術語二、基本術語 壓縮比壓縮比發動機排量發動機排量工作循環工作循環1 1、上止點、下止點、上止點、下止點活塞頂離曲軸回轉中心最遠處為上止點；活塞頂離曲軸回轉中心最遠處為上止點；活塞頂離曲軸回轉中心最近處為下止點。活塞頂離曲軸回轉中心最近處為下止點。在上、下止點處，活塞的運動速度為零。在上、下止點處，

7、活塞的運動速度為零。2 2、活塞行程、活塞行程上、下止點間的距離上、下止點間的距離 S S 稱為活塞行程。稱為活塞行程。S3 3、曲柄半徑、曲柄半徑曲柄與連桿下端的連接中心至曲軸中曲柄與連桿下端的連接中心至曲軸中心的距離心的距離R R。其中。其中S=2RS=2R。R4 4、氣缸工作容積、氣缸工作容積活塞從一個止點運動到另一個止點所掃活塞從一個止點運動到另一個止點所掃過的容積。一般用過的容積。一般用V Vh h表示。表示。Vh5 5、燃燒室容積、燃燒室容積活塞位于上止點時，其頂部與氣缸蓋之活塞位于上止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積。一般用間的容積。一般用V VC C表示。表示。Vc6 6、氣缸總

8、容積、氣缸總容積活塞位于下止點時，其頂部與氣缸蓋之間的活塞位于下止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積。一般用容積。一般用V Va a表示。表示。Va動態演示動態演示 7 7、發動機排量、發動機排量多缸發動機各氣缸工作容積的總和。一般多缸發動機各氣缸工作容積的總和。一般用用V VL L表示。表示。VL=Vhii為氣缸數目為氣缸數目8 8、壓縮比、壓縮比 氣缸總容積與燃燒室容積之比稱為壓縮氣缸總容積與燃燒室容積之比稱為壓縮比（比（壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積之比的最小容積之比 ），用），用表示表示。 汽油機壓縮比一般為汽油機壓縮比一般為8 81111。

9、柴油機壓縮比一般。柴油機壓縮比一般為為16162222。V Va a 氣缸總容積；氣缸總容積；V Vh h 氣缸工作容積；氣缸工作容積； V Vc c 燃燒室容積；燃燒室容積；9 9、工作循環、工作循環 對于往復活塞式發動機，每進行一對于往復活塞式發動機，每進行一次能量轉換，均要經過進氣、壓縮、作次能量轉換，均要經過進氣、壓縮、作功、排氣四個過程。這種周而復始的連功、排氣四個過程。這種周而復始的連續過程，稱為發動機的一個工作循環。續過程，稱為發動機的一個工作循環。 （在氣缸內進行的，每一次將熱能轉換（在氣缸內進行的，每一次將熱能轉換為機械能的一系列的連續過程為機械能的一系列的連續過程 ）例題：

10、例題： 某汽油機有四個氣缸，氣缸直徑某汽油機有四個氣缸，氣缸直徑92mm92mm，活塞沖程，活塞沖程92mm92mm，壓縮比為，壓縮比為6 6。計算其每缸工作容積、燃燒室容積計算其每缸工作容積、燃燒室容積及發動機排量（容積以升為單位）。及發動機排量（容積以升為單位）。1） 每缸工作容積：每缸工作容積： Vh = 100042SD100042 . 92 . 914. 32= = 0.61 (L) 2） 燃燒室容積：燃燒室容積： chcchcaVVVVVVV1 12. 01661. 01hcVV（L） 3） 發動機排量：發動機排量： VL=Vhi=0.614=2.44 (L) 三、三、 四沖程汽油

11、機工作原理四沖程汽油機工作原理1 1、進氣行程、進氣行程 2 2、壓縮行程、壓縮行程 3 3、作功行程、作功行程 4 4、排氣行程、排氣行程 四沖程四沖程汽油機汽油機的工作原理示意圖的工作原理示意圖汽油發動機四個行程的圖示1.1.進氣行程進氣行程. .壓縮行程壓縮行程. .作功行程作功行程4.4.排氣行程排氣行程每一行程工作的具體分析如下每一行程工作的具體分析如下 1 1、進氣行程、進氣行程排氣門關閉排氣門關閉進氣門開啟進氣門開啟大氣壓力線大氣壓力線PVra示功圖示功圖上止點上止點下止點下止點示功圖示功圖：表示活塞表示活塞在不同位置時氣缸內在不同位置時氣缸內氣體壓力的變化情況。氣體壓力的變化情

12、況。進氣終了時氣缸內進氣終了時氣缸內壓強壓強為為0.0740.0740.093Mpa0.093Mpa，溫度溫度上升至上升至353353403K403K 活活塞塞下下行行2 2、壓縮行程、壓縮行程進氣門關閉進氣門關閉排氣門關閉排氣門關閉PVra示功圖示功圖大氣壓力線大氣壓力線c上止點上止點下止點下止點壓縮終了時氣缸內壓縮終了時氣缸內壓強壓強上升至上升至0.60.61.5Mpa1.5Mpa，溫度溫度繼續上升至繼續上升至600600700K700K 。活活塞塞上上行行3 3、作功行程、作功行程進氣門關閉進氣門關閉排氣門關閉排氣門關閉PVra示功圖示功圖大氣壓力線大氣壓力線cZb上止點上止點下止點下止

13、點作功中氣缸內作功中氣缸內最高壓強最高壓強可達可達3 35Mpa5Mpa，最最高溫度高溫度可達可達220022002800K2800K；作功終了時氣；作功終了時氣缸內缸內壓強壓強下降至下降至0.30.30.5Mpa0.5Mpa，溫度溫度下降下降至至130013001600K1600K。 活活塞塞下下行行4 4、排氣行程、排氣行程進氣門關閉進氣門關閉排氣門打開排氣門打開PVr示功圖示功圖大氣壓力線大氣壓力線cZb上止點上止點下止點下止點殘余廢氣殘余廢氣排氣終了時氣缸內排氣終了時氣缸內壓強壓強下降至下降至0.1020.1020.120Mpa0.120Mpa，溫度溫度下降至下降至9009001200

14、K1200K a 活活塞塞上上行行四、四沖程柴油機工作原理四、四沖程柴油機工作原理 四行程柴油機四行程柴油機同樣包括進氣、壓同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣四縮、作功和排氣四個行程。但由于柴個行程。但由于柴油機使用的柴油，油機使用的柴油，粘度比汽油大，不粘度比汽油大，不易蒸發，且自燃溫易蒸發，且自燃溫度又比汽油低，所度又比汽油低，所以采用的著火方式以采用的著火方式是是 壓縮自燃式點火壓縮自燃式點火（壓燃）（壓燃）。噴油器噴油器噴油泵噴油泵進氣行程進氣行程壓縮行程壓縮行程作功行程作功行程排氣行程排氣行程新鮮空氣新鮮空氣四沖程柴油機各行程示意圖四沖程柴油機各行程示意圖開始噴油開始噴油分析和比較汽油機

15、、柴油機的工作分析和比較汽油機、柴油機的工作異同異同?首先分別看一下汽油機和柴油機的圖示首先分別看一下汽油機和柴油機的圖示火花塞火花塞 噴油器噴油器 汽油機、柴油機的工作汽油機、柴油機的工作相同點相同點 每個工作循環曲軸轉兩周每個工作循環曲軸轉兩周; ; 對應每一活塞行程曲對應每一活塞行程曲軸轉半周軸轉半周; ;只有作功行程產生動力。只有作功行程產生動力。 汽油機汽油機柴油機柴油機汽油與空氣缸外混合，汽油與空氣缸外混合，進入氣缸可燃混合氣進入氣缸可燃混合氣進入氣缸的是純空氣進入氣缸的是純空氣電火花點燃混合氣電火花點燃混合氣高溫氣體加熱柴油自行燃高溫氣體加熱柴油自行燃燒燒有點火系統有點火系統無點

16、火系統無點火系統汽油機、柴油機的工作汽油機、柴油機的工作不同點不同點五、二沖程發動機結構特點及工作原理五、二沖程發動機結構特點及工作原理二沖程發動機：指活塞在二沖程發動機：指活塞在上、下止點間往復移動兩上、下止點間往復移動兩個行程（相當于曲軸旋轉個行程（相當于曲軸旋轉360360度），完成進氣、壓度），完成進氣、壓縮、作功、排氣一個工作縮、作功、排氣一個工作循環的發動機。循環的發動機。1 1、第一行程（換氣、第一行程（換氣- -壓縮壓縮行程）行程） 2 2、第二行程（作功、第二行程（作功- -換氣換氣行程）行程） 二二沖程與沖程與四四沖程汽油機比較沖程汽油機比較性 能二沖程汽油機四沖程汽油機結

17、構簡單復雜燃油消耗高低升功率大小制造維修成本低高比質量小大起動性好差使用壽命短長排放大小六、爆燃和表面點火六、爆燃和表面點火n1 1、壓縮比對發動機工作的影響：、壓縮比對發動機工作的影響： n壓縮比適當增加，可燃混合氣溫度增加，壓力壓縮比適當增加，可燃混合氣溫度增加，壓力增加，燃燒速度快，發動機功率增加，經濟性好；增加，燃燒速度快，發動機功率增加，經濟性好；n壓縮比如果過大，反而會出現壓縮比如果過大，反而會出現爆燃爆燃和和表面點火表面點火等不正常燃燒現象，發動機過熱，功率下降。等不正常燃燒現象，發動機過熱，功率下降。n壓縮比過小，壓縮終了時氣體的壓力和溫度越壓縮比過小，壓縮終了時氣體的壓力和溫

18、度越低，燃燒速度緩慢，發動機功率降低，燃油消耗低，燃燒速度緩慢，發動機功率降低，燃油消耗率增加。率增加。 2 2、爆燃、爆燃 由于壓縮比過高導致壓縮終了由于壓縮比過高導致壓縮終了時氣體壓力和溫度過高，在火花塞時氣體壓力和溫度過高，在火花塞點火之后燃燒室內離點燃中心較遠點火之后燃燒室內離點燃中心較遠處的末端可燃混合氣自燃而造成的處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正常燃燒現象，稱為爆燃。一種不正常燃燒現象，稱為爆燃。 爆燃時，火焰以極高的速率傳播，溫度和壓爆燃時，火焰以極高的速率傳播，溫度和壓力急劇升高，形成壓力波，以聲速推進，當這力急劇升高，形成壓力波，以聲速推進，當這種壓力波撞擊燃燒室壁時就

19、發出種壓力波撞擊燃燒室壁時就發出尖銳的敲缸聲尖銳的敲缸聲。同時還會引起同時還會引起發動機過熱、功率下降、燃油消發動機過熱、功率下降、燃油消耗率增加耗率增加等一系列不良后果，嚴重爆燃時甚至等一系列不良后果，嚴重爆燃時甚至造成造成排氣門燒廢、軸瓦破裂、活塞頂熔穿、火排氣門燒廢、軸瓦破裂、活塞頂熔穿、火花塞絕緣體被擊穿花塞絕緣體被擊穿等機件損壞現象。等機件損壞現象。爆燃現象：爆燃現象：3 3、表面點火、表面點火 在在火花塞點火之前，火花塞點火之前，由于燃燒室由于燃燒室內灼熱表面（如排氣門頭部、火花塞內灼熱表面（如排氣門頭部、火花塞電極處、積碳處）點燃可燃混合氣而電極處、積碳處）點燃可燃混合氣而產生的

20、另一種不正常燃燒現象，稱為產生的另一種不正常燃燒現象，稱為表面點火。表面點火。 4 4、汽油機壓縮比的選擇、汽油機壓縮比的選擇 應在避免引起應在避免引起爆燃爆燃和和表面點火表面點火的前提下的前提下盡盡可能提高壓縮比可能提高壓縮比，以提高發動機，以提高發動機功率功率，改善，改善燃燃油經濟性。油經濟性。 表面點火表面點火現象：現象： 表面點火發生時，也伴有強表面點火發生時，也伴有強烈的烈的敲缸聲（較沉悶），敲缸聲（較沉悶），產生的高壓產生的高壓會使發動機機件機械負荷增加，壽命會使發動機機件機械負荷增加，壽命降低。降低。第三節第三節 發動機總體構造發動機總體構造兩兩大大機機構構曲柄連桿機構曲柄連桿機

21、構配氣機構配氣機構五五大大系系統統燃料供給系統燃料供給系統潤滑系統潤滑系統冷卻系統冷卻系統點火系統點火系統起動系統起動系統機體組機體組 以汽油機為例包括：以汽油機為例包括： 汽油機結構示意圖汽油機結構示意圖曲柄連桿機構曲柄連桿機構配配氣氣機機構構燃料供給系統燃料供給系統潤滑系統潤滑系統冷卻系統冷卻系統點點火火系系統統起起動動系系統統的的起起動動機機第四節第四節 發動機的主要性能指標與特性發動機的主要性能指標與特性一、動力性指標一、動力性指標 1 1、有效轉矩：、有效轉矩：發動機通過飛輪對外輸出的轉矩稱為發動發動機通過飛輪對外輸出的轉矩稱為發動機的有效轉矩，用機的有效轉矩，用TeTe表示表示 。

22、2 2、有效功率：、有效功率：發動機通過飛輪對外輸出的功率稱為發動機發動機通過飛輪對外輸出的功率稱為發動機的有效功率，用的有效功率，用PePe表示。表示。 式中：式中：T Te e 有效轉矩，單位為有效轉矩，單位為N Nm m； n n 曲軸轉速，單位為曲軸轉速，單位為r/minr/min 二者關系二者關系 )(9550106023kWnTnTPeee 3 3、轉速、轉速：指發動機曲軸每分鐘的轉數，單位為指發動機曲軸每分鐘的轉數，單位為r/minr/min。 二二、經濟性指標、經濟性指標 燃油消耗率：燃油消耗率：指發動機每發出指發動機每發出1kw1kw有效功率，有效功率，在在1 1小時內所消耗

23、的燃油質量，稱為為燃油消耗率，小時內所消耗的燃油質量，稱為為燃油消耗率，用用b be e表示，表示，單位為單位為 g/g/（kWkWh h） 。 三、運轉性能指標三、運轉性能指標1 1、排氣品質、排氣品質有害物質主要有有害物質主要有氮氧化合物（氮氧化合物（NOxNOx）、碳氫碳氫化合物（化合物（HCHC）、一氧化碳（一氧化碳（COCO）等以及排等以及排氣顆粒。氣顆粒。2 2、噪聲、噪聲 3 3、起動性能、起動性能四、發動機的速度特性四、發動機的速度特性 指發動機的功率、轉矩和燃油消耗率三者指發動機的功率、轉矩和燃油消耗率三者隨曲軸轉速變化的規律。用曲線表示，稱為隨曲軸轉速變化的規律。用曲線表示

24、，稱為速速度特性曲線。度特性曲線。 節氣門節氣門（燃料供給調節機構）全開時的速（燃料供給調節機構）全開時的速度特性叫發動機的度特性叫發動機的外特性外特性； 節氣門節氣門不全開的任意位置所得到的速度特不全開的任意位置所得到的速度特性都稱為性都稱為部分特性。部分特性。 發動機的外特性代表了發動機所具有的最發動機的外特性代表了發動機所具有的最高動力性能。高動力性能。P Pe eP Pe e汽油發動機外特性曲線汽油發動機外特性曲線四、發動機的工況與負荷四、發動機的工況與負荷 1 1、工況（指發動機的工作狀況）：、工況（指發動機的工作狀況）：一般用它的功率一般用它的功率與曲軸轉速來表征，有時也用負荷與曲

25、軸轉速來表明與曲軸轉速來表征，有時也用負荷與曲軸轉速來表明 。 2 2、發動機在某一轉速下的負荷：、發動機在某一轉速下的負荷：是當時發動機發出是當時發動機發出的功率與同一轉速下所可能發出的最大功率之比，以百的功率與同一轉速下所可能發出的最大功率之比，以百分數表示。分數表示。 Pe/kW n/rmin-1 0 050504545323227272020200035004800abcde分析分析右圖右圖發動發動機的機的負荷負荷 第五節第五節 內燃機名稱及型號編制規則內燃機名稱及型號編制規則 首部首部：為產品系列符號和換代標志符號，由制造廠根據為產品系列符號和換代標志符號，由制造廠根據需要自選相應字母表示，但需