第五节 发动机主要性能指标与特性
一,发动机主要性能指标,有 动力性指标 （ 有效转矩, 有效功率,
转速 等）和 经济性指标 （ 燃油消耗率 ）。
1,有效转矩,发动机通过飞轮对外输出的转矩，以 Te表示，单位
为 ?·m。
2,有效功率,发动机通过飞轮对外输出的功率。以 Pe表示，单位
为 kW。
)(9 5 5 010602 3 kWnTnTP eee ?????? ??
式中,n—— 曲轴转速,r/min
3,有效燃油消耗率,发动机每发出 1 kW有效功率，在 1h内所消耗
的燃油消耗质量，以 be表示,单位为 g/（ kW·h） 。
（四冲程汽油机一般为 270?325 g/（ kW·h）,四冲程柴油机一般
为 190?238 g/（ kW·h）。 ）
31 0 ( / )
e
e
Bb g k W h
P? ? ?
（ 1-1）
（ 1-2）
发动机主要性能指标可在发动机 测功器台架 上试验
测定,
试验时保持一定油门开度，同时用 测功器 对发动机
施加一定的 阻力矩,用 转速表 测出发动机转速，低于
所需转速 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 阻力矩与发动机输出有
效转矩相等 时，测量发动机转速和发动机有效转矩，
用 油耗仪 测出发动机单位时间内的耗油质量 B，根据式
（ 1-1）换算出发动机 有效功率 Pe,根据式（ 1-2）换
算出发动机 有效燃油消耗率 be 。
二、发动机 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
燃油消耗率三者随发动机转速变化的规律 。
（ 1） 发动机 全负荷速度特性 （又称为 发动机外特性 ）,指油门全开时，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 。发动机
最高工作转速时的全负荷有效功率为 额定功率,相应转速为额定转速，为发动机
铭牌 功率和转速。
（ 2） 发动机 部分负荷速度特性, 指油门部分开启时，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 。
（ 3）发动机 工况,一般是用它的功率与曲轴转速来表征，有时也用负荷和曲轴
转速来表征。
（ 4）发动机 负荷,发动机在某一转速下的负荷，就是当时发动机发出的功率与
同一转速下所可能发出的最大功率之比。 注意，不要把负荷与功率混淆，
50%负荷不是指油门开启一半开度，而是指此转速下发动机输出功率是油门全开
时发动机输出功率的一半。
Te Pe
be
Te
Pe
be
（ a） 汽油发动机外特性 （ b） 汽油发动机部分负荷速度特性
三、汽油机与柴油机速度特性的区别,
汽油机速度特性曲线表明：发动机输出的有效转矩随转
速增加而逐渐下降，原因是节气门的节流作用使发动机的充
气效率下降，气缸内进气量减少，尤其是部分节气门开度时。
因此，发动机输出功率随转速增加而增大到极值后迅速下降，
不会发生,飞车” 现象。
柴油机没有节气门的进气节流作用，转速一定时，气缸
内进气质量就一定，改变负荷的大小靠改变每循环喷油量的
多少，柴油机速度特性曲线表明：发动机输出的有效转矩随
转速增加而变化平缓。因此，发动机输出功率随转速增加一
直在增大，只是前面增加迅速，后面平缓，因此，一旦喷油
泵柱塞卡滞在大油门位置而发动机外界负载卸去时，发动机
转速将大幅度上升，直到发动机冒黑烟，排气管烧红，飞轮
飞出伤人等严重事故发生，此谓柴油机的,飞车” 现象。
第六节 内燃机产品名称和编号规则
一、国标 GB725-82规定如下,
1,按所用燃料命名，如柴油机、汽油机等。
2、型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。
3、型号由四部分组成,
首部 中部
系列代号
换代
标志
符号
缸数符号
气缸排列形式符号
符号
无符号
V
P
含 义
直列及单缸卧式
V型
平卧型
缸径符号
（以气缸
直径的
??数表
示） 结构特征符号
符号
无符号
F
Z
结构特征
水 冷
风 冷
增 压
用途特征符号
符号
无符号
Q
M
用途
通用型
汽车用
摩托车用
后部 尾部
同一系列产
品区分符号
6 135 Q
行程符
号,E
表示二
冲程，
无符号
表示四
冲程
1,6135Q柴油机
2,1E65FM汽油机
举例,
第一章 复习题
1,四冲程汽油机通常由 哪些 机构与系统组成？它们各有什么作
用？
2,四冲程柴油机经过哪四个活塞行程完成一个工作循环？期间，
曲轴旋转了 几 周？配气凸轮轴旋转了 几 周？喷油泵凸轮轴旋
转了 几 周？
3,二冲程汽油机曲轴旋转 几 周完成一个工作循环？期间，第一
活塞行程的定义是什么？包括 哪些 过程？第二活塞行程的定
义是什么？包括 哪些 过程？
4,飞轮的作用是什么？二冲程汽油机的飞轮与四冲程汽油机的
飞轮相比哪个飞轮的转动惯量大？多缸机的飞轮与单缸机的
飞轮相比哪个飞轮的转动惯量大？
5,内燃机压缩比的定义是什么？选择汽油机压缩比的主要依据
是什么？选择柴油机压缩比的主要依据是什么？汽油机的压
缩比与柴油机的压缩比为何不一样？
5,什么是汽油机爆燃现象？有哪些危害？什么是汽油机表面点
火现象？有哪些危害？
6,汽油机与柴油机在可燃混合气形成方式与点火方式上有何不
同？他们所用的压缩比为何不一样？
7,四冲程汽油机和四冲程柴油机在总体构造上有哪些主要不同？
8,比较二冲程汽油机与四冲程汽油机动力性能、燃油经济性能、
HC排放的优劣，并说明原因 。
9,汽油机型号 1E65FM和 TJ376Q如何表示发动机的基本参数和特
征？
10,什么是发动机的速度特性？什么是发动机的外特性？
第二章 曲柄连杆机构
第一节 概述
一、曲柄连杆机构的作用,
1、将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动；
2、将作用在活塞顶上的燃气压力转变为曲轴的输出扭矩。
二、组成, 机体组, 活塞连杆组, 曲轴飞轮组 。
三、工作特点, 高温, 高压, 高速, 化学腐蚀 。
四、受力分析,
1,气体作用力,在作功行程
中，气体作用力 Fp作用在活塞
顶上，传到活塞销上，分解为
Fp1, Fp2，分力 Fp1沿连杆传
到曲柄销上,并 可分解为 FR和
FS,垂直于曲柄的分力 FS对曲
轴中心形成转矩 Ttq,推动曲轴
旋转；分力 Fp2则将活塞压向气
缸的左侧。 （ 1）作功行程
图 2-1 气体压力作用情况示意图
2、往复惯性力与离心力, 活塞加速度：在上止点前后活塞加速度是正值，往
复惯性力朝上；在下止点前后活塞加速度是负值，往复惯性力朝下。 如图
（ 2-2） 。
偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯
性力，其方向沿曲柄半径向外。
曲轴转速愈高，往复惯性质量和旋转惯性质量愈大，则往复惯性力与离
心力愈大，惯性力使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈（轴承）受周期性变
化的附加负荷，加快磨损。若不加以平衡，惯性力传到气缸体外，引起发动
机的振动。
（ 1）活塞在上半行程时的惯性力 （ 2）活塞在下半行程时的惯性力
图 2-2往复惯性力和离心力作用情况示意图
第二节 机体组
3、摩擦力,忽略不记。
五、总结,曲柄连杆机构（包括机体组）各有关零件受到 压缩, 拉伸, 弯
曲 和 扭转 作用。
机体组由 气缸体 （有的发动机有 曲轴箱 ）,气缸盖 和 油底壳 组成。
一,气缸体
水冷发动机的气缸体与曲轴箱常铸成一体，简称气缸体，有的水冷发动
机的气缸体象风冷发动机的气缸体一样，将气缸体与 上曲轴箱 （其内腔为曲
轴运动的空间）分开铸造，而把油底壳称之为 下曲轴箱 。气缸体内孔一般镶
入气缸套，其内表面形成气缸工作表面。
（一）作用, 1、内孔：（ 1） 形成气缸工作容积
（ 2）活塞运动导向
2、外部（ 1）各机构和系统的装配基体
（ 2）散热
（二）要求, 1、耐高温,
高压
2、耐磨损
3、耐腐蚀
4、足够的刚
度和强度 （三）材料和工艺, 1、材料 （ 1）气缸套：优质合金铸铁或合金钢
（ 2）气缸体：灰铸铁或铝合金
2、气缸工作表面制造工艺
（ 2级加工精度）
（ 1）精镗
（ 2）珩磨（网纹状）
1,改善磨合条件，磨合
时间短
2,避免拉缸（金属熔着
磨损） 漏气,功率下降
窜机油,冒蓝烟
活塞卡死
三、气缸体结构特点,
1、按 具体结构形式 分为三
种,
（ 1） 一般式气缸体,
曲轴轴线与气缸体下表
面在同一平面上 （图 2-
3a） 。其优点是 制造方便,
质量轻, 高度低,但 刚度
低,适用于 汽油机 。
（ 2） 龙门式气缸体,
气缸体下表面移至曲轴
轴线以下 （图 2-3 b ）。
（ a）一般式 （ b） 龙门式 （ c） 隧道式
图 2-3 气缸体示意图
其优点是 刚度和强度较 好,但 工艺性较差,适用于 柴油机和强化汽油机 。
（ 3） 隧道式气缸体,
气缸体上有完整的主轴承座孔 （图 2-3 c ）。其优点是 刚度最好, 主轴承
座孔不易变形,便于安装滚动主轴承支承的 组合曲轴,各 缸主轴承孔同轴度
易保证, 制造方便,但 质量大, 高度高 。
2、按 冷却方式 分,（ 1）水冷式：气缸体内铸有 冷却水套 （图 2-4）
（ 2）风冷式：气缸体外铸有 散热片 （图 2-5）
3、按 镶缸套方式 分为两种,
（ 1） 干式缸套,图（ a）所示,不直接与冷却水接触, 薄壁 （ 1-3mm）,过盈
压配 在气缸体内孔中。其 优点 是,密封性好, 气缸体刚性好, 不易变形 。 缺点
是,
a, 制造成本增加,气缸体内孔、缸套外圆亦需精加工，且薄壁缸套刚性差，
加工装夹时易变形。
b,热负荷增加,缸套外圆与气缸体内孔理论上是完全接触，但加工误差使
之不可能完全接触，因而散热面积小，影响缸套散热，必然使缸套、活塞等热
负荷严重。
c,气缸体铸造工艺性差,水套封闭，去渣困难。
d,缸心距增加，曲轴易弯曲变形,水套封闭。
图 2-4 水冷发动机和气缸盖 图 2-5 风冷发动机的
气缸体和气缸盖
气缸套
水套
气缸体
图 2-6 （ a）干式 气缸套
（ 2） 湿式缸套,图（ b）所示，气缸体 水套敞开,缸
套与冷却水 直接接触, 薄厚 （ 5-9mm），缸套下端 带
橡胶封水圈,气缸套外圆 上大, 下小 （因为气缸套下
端带 1-3道橡胶封水圈），且 上端 与气缸体内孔 配合
紧, 下端配合松,以方便推入气缸体内孔。
0.05?0.15mm
气缸套
水套
气缸体
橡胶封水圈
图 2-6 （ b）湿式 气缸套
? （轴向定位）
（径向定位）
（径向定位）
湿式缸套压配在气缸体内孔时，上部凸肩顶
面高出气缸体顶面 0.05-0.15 mm，这样紧固缸盖
时，可将缸垫压得更紧，以密封燃气。
湿式缸套 优点 是,气缸套冷却好 ； 制造成本
低 ； 气缸体铸造工艺性好 ； 缸心距短, 曲轴不易弯
曲 。
湿式缸套 缺 点 是,气缸体刚性差, 容易变形,
易漏气, 漏水 ； 气缸套外圆表面易产生穴蚀现象,
常见涂漆 。
4、按 气缸排
列形式 分
单列
双 列
直立
平卧
V型（ ??????，相邻两缸的连杆大头共用一个曲柄销）
水平对置（ ?=????，每缸的连杆大头各占用一个曲柄销）
（ 1）
（ 1）
（ 2）
（ 2）
（ 3）
（ 3）
图 2-7 多缸发动机气缸排列型式
（ 1）单列直立式（直列式） （ 2） V型 （ 3）水平对置式
图 2-8 一汽奥迪 100型发动机气缸体（一般式）
1-机油泵
2-主轴瓦
3-主轴承盖
4-飞轮
5-转速传感器脉冲齿
6-止推垫片
7-曲轴
8-气缸体
9-链轮
图 2-9 桑塔纳时代超
人 2000GSI型轿车 AJR
发动机的气缸体及相
关零件（龙门式）
二、气缸盖与气缸垫
（一）气缸盖
1、基本组成, 气缸盖上应有进、排气门座及气门导管和进、排气门通道等。
2、作用,（ 1）密封气缸上部
（ 2）构成燃烧室（与气缸壁和活塞顶一起）
（ 3） 构成供给系中进、排气系统及冷却系、润滑系的一部分（铸
有进、排气通道及冷却水套或散热片、润滑油道）
3、要求,（ 1）耐高温、高压
（ 2）耐腐蚀
（ 3） 足够的刚度和强度
4、材料,（ 1）铝合金压铸,a,导热性好
（汽油机及少数 b,质量轻
柴油机） c,铸造流动性好（风冷发动机散热片铸造容易）
d,刚度低,易变形 ?导致漏气、漏水
f,强度低,气缸盖螺栓孔易拉毛
g,不耐高温,超过 350?C，强度急剧降低
（ 1）降低热负荷，避免热应
力过大而开裂
（ 2）可提高压缩比（汽油机）
（ 2）灰铸铁或合金铸铁,a, 刚度、强度高
（大部分柴油机） b, 耐高温
c, 导热性差,缸盖底面鼻梁区易开裂
d, 质量重
5、结构特点,
（ 1）多缸发动机
a,单体气缸盖,每缸一盖，刚性好，制造容易，维修方
便，但缸心距较长，曲轴容易弯曲。
b,整体气缸盖,只有一盖，缸心距最短，发动机紧凑，曲
轴刚性好，但气缸盖刚性差，制造困难,
维修成本增加。（现代发动机大部分采用）
c,组合气缸盖：如两缸一盖，便于系列化。
（ 2）按所用燃料分
a,汽油机：（ 1）气缸盖中心加工有装火花塞的孔
（ 2）进、排气道一般铸在气缸盖的一侧（进气管布置在排
气管的上部，利用废气加热进气管壁面油膜，促进雾
化 ),但现代汽油机采用半球形燃烧室时则进、排气道铸
在气缸盖的两侧
（ 3）燃烧室在气缸盖上，气缸盖底部有凹坑。
b,柴油机：（ 1）气缸盖中心加工有装喷油器的孔
（ 2）进、排气道铸在气缸盖的两侧（避免进气加热，影响
充气效率，降低发动机功率）
（ 3）车用中小功率柴油机的气缸盖底部没有凹坑（直喷式
燃烧室一般在活塞顶上，分开式燃烧室则在气缸盖内部）。
（ 3）按冷却方式分, a,水冷,内铸水套，入水口与气缸体上水套相通，上
部出水口通过节温器与散热器入水口相通。
b,风冷,外铸散热片，平行于来流方向。
图 2-10 捷达轿车发动机的气缸盖（进、排气管在同侧，顶置凸轮轴 ）
图 2-11 进、排气
管在同一侧的桑塔
纳轿车发动机气缸
盖
1-气缸垫
2-气缸盖
3-衬垫
4-压条
5-气缸盖罩
（顶置凸轮轴）
图 2-12 桑塔纳时代超人
2000GSI轿车 AJR发动机
气缸盖及相关零件（进、
排气管在两侧，顶置凸
轮轴）
1-凸轮轴同步带轮
2-凸轮轴油封
3-凸轮轴轴承盖
4-凸轮轴
5-液压挺杆
6-气缸盖
7-进气门
8-排气门
6、汽油机燃烧室,
（ 1）要求,a,结构尽可能紧凑,F/V小
b,压缩终了时能形成一定强
度的挤压涡流
减少热量损失
缩短火焰传播距离 提高 ???i?
提高火焰传播速率
促进油、气混合 促使混合气
及时
充分 燃烧
（ 2）结构形式,a,楔形燃烧室
b,盆形燃烧室
c,半球形燃烧室
结构较简单、紧凑
压缩终了时能形成挤压涡流
结构较简单、紧凑
能形成进气涡流
结构最为紧凑,?高
配气机构复杂（进、排气门分置两侧，气
门倾斜，气门传动困难）
图 2-13
汽油机燃烧室形状
（ a）半球形 燃烧室
（ b）楔形 燃烧室
（ c）盆形 燃烧室
（ a ） （ b ） （ c ）
（红旗轿车、切
诺基越野车、解
放 CA1091货车） （捷达、奥迪轿车、北
京吉普）
（桑塔纳、富康、
夏利轿车）
（二）气缸垫
1、作用：密封 燃气 冷却水、机油
2、要求,（ 1）一定的强度要求 （ 2）耐热、耐腐蚀
（ 3）一定的弹性 a,密封（变形以补偿结合面的不平度） b,能重复使用（ ?在一定公差内）
3、材料与结构,
（ 1） 金属 +石棉：石棉中间夹有金属丝或金属屑，且外覆铜皮或钢皮，水孔
和燃烧室孔周围另用镶边增强，以防被高温燃气烧坏，常用，有很好的弹性
和耐热性，能重复使用，但制造厚度均一性较差，使用时注意光滑面朝气缸
体，否则容易被燃气或冷却水冲坏。
（ 2）金属片：带凸纹，强度高，冲压
低碳钢板
铜板
铝板
适用于增压等强化发动机
图 2-14
气缸盖衬垫的结构
（ 1）金属 -石棉板
（ 2）冲压钢板
（ 2） （ 1）
4、气缸盖螺栓的拧紧次序,
必须由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行，最后一次要用扭力
扳手按工厂规定的数值拧紧，一则保证密封性，二则避免损坏气缸垫，三
则保证压缩比的一致性。铝合金制成的气缸盖到最后必须在发动机冷的状
态下拧紧，这样，发动机热起来时会增加密封性，因为铝合金气缸盖的热
膨胀比钢螺栓的大；铸铁气缸盖则一般在发动机热车时最后拧紧，因为装
配时拧紧的螺栓在发动机工作初始后不久会松弛。
图 2-15 丰田佳美 3S-FE发动机气缸盖螺栓的拆、装卸顺序
三、油底壳
1、作用：储存机油并密封曲轴箱。
2、要求：（ 1）结合面平整，密封性好
（ 2）刚性好，避免振动、机械噪声过大
（ 3）散热性好
3、材料与结构,
一般用薄的低碳合金钢板冲压而成，为了加强油底壳内机油的散热，也
有的发动机采用铝合金铸造的油底壳，油底壳底部铸有散热肋片。
油底壳形状决定于发动机的总体布置和机油容量，后部一般做得较深，
以便发动机纵向倾斜时机油泵能吸到机油。油底壳内还设有挡油板，避免油
面波动太大，机油泵吸进气泡，供油不畅。油底壳底部装有磁性放油塞，以
便吸集机油中的金属屑，减少发动机运动零件的磨损。
图 2-16 桑塔纳轿车油
底壳结构
一,发动机主要性能指标,有 动力性指标 （ 有效转矩, 有效功率,
转速 等）和 经济性指标 （ 燃油消耗率 ）。
1,有效转矩,发动机通过飞轮对外输出的转矩，以 Te表示，单位
为 ?·m。
2,有效功率,发动机通过飞轮对外输出的功率。以 Pe表示，单位
为 kW。
)(9 5 5 010602 3 kWnTnTP eee ?????? ??
式中,n—— 曲轴转速,r/min
3,有效燃油消耗率,发动机每发出 1 kW有效功率，在 1h内所消耗
的燃油消耗质量，以 be表示,单位为 g/（ kW·h） 。
（四冲程汽油机一般为 270?325 g/（ kW·h）,四冲程柴油机一般
为 190?238 g/（ kW·h）。 ）
31 0 ( / )
e
e
Bb g k W h
P? ? ?
（ 1-1）
（ 1-2）
发动机主要性能指标可在发动机 测功器台架 上试验
测定,
试验时保持一定油门开度，同时用 测功器 对发动机
施加一定的 阻力矩,用 转速表 测出发动机转速，低于
所需转速 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 阻力矩与发动机输出有
效转矩相等 时，测量发动机转速和发动机有效转矩，
用 油耗仪 测出发动机单位时间内的耗油质量 B，根据式
（ 1-1）换算出发动机 有效功率 Pe,根据式（ 1-2）换
算出发动机 有效燃油消耗率 be 。
二、发动机 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
燃油消耗率三者随发动机转速变化的规律 。
（ 1） 发动机 全负荷速度特性 （又称为 发动机外特性 ）,指油门全开时，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 。发动机
最高工作转速时的全负荷有效功率为 额定功率,相应转速为额定转速，为发动机
铭牌 功率和转速。
（ 2） 发动机 部分负荷速度特性, 指油门部分开启时，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 。
（ 3）发动机 工况,一般是用它的功率与曲轴转速来表征，有时也用负荷和曲轴
转速来表征。
（ 4）发动机 负荷,发动机在某一转速下的负荷，就是当时发动机发出的功率与
同一转速下所可能发出的最大功率之比。 注意，不要把负荷与功率混淆，
50%负荷不是指油门开启一半开度，而是指此转速下发动机输出功率是油门全开
时发动机输出功率的一半。
Te Pe
be
Te
Pe
be
（ a） 汽油发动机外特性 （ b） 汽油发动机部分负荷速度特性
三、汽油机与柴油机速度特性的区别,
汽油机速度特性曲线表明：发动机输出的有效转矩随转
速增加而逐渐下降，原因是节气门的节流作用使发动机的充
气效率下降，气缸内进气量减少，尤其是部分节气门开度时。
因此，发动机输出功率随转速增加而增大到极值后迅速下降，
不会发生,飞车” 现象。
柴油机没有节气门的进气节流作用，转速一定时，气缸
内进气质量就一定，改变负荷的大小靠改变每循环喷油量的
多少，柴油机速度特性曲线表明：发动机输出的有效转矩随
转速增加而变化平缓。因此，发动机输出功率随转速增加一
直在增大，只是前面增加迅速，后面平缓，因此，一旦喷油
泵柱塞卡滞在大油门位置而发动机外界负载卸去时，发动机
转速将大幅度上升，直到发动机冒黑烟，排气管烧红，飞轮
飞出伤人等严重事故发生，此谓柴油机的,飞车” 现象。
第六节 内燃机产品名称和编号规则
一、国标 GB725-82规定如下,
1,按所用燃料命名，如柴油机、汽油机等。
2、型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。
3、型号由四部分组成,
首部 中部
系列代号
换代
标志
符号
缸数符号
气缸排列形式符号
符号
无符号
V
P
含 义
直列及单缸卧式
V型
平卧型
缸径符号
（以气缸
直径的
??数表
示） 结构特征符号
符号
无符号
F
Z
结构特征
水 冷
风 冷
增 压
用途特征符号
符号
无符号
Q
M
用途
通用型
汽车用
摩托车用
后部 尾部
同一系列产
品区分符号
6 135 Q
行程符
号,E
表示二
冲程，
无符号
表示四
冲程
1,6135Q柴油机
2,1E65FM汽油机
举例,
第一章 复习题
1,四冲程汽油机通常由 哪些 机构与系统组成？它们各有什么作
用？
2,四冲程柴油机经过哪四个活塞行程完成一个工作循环？期间，
曲轴旋转了 几 周？配气凸轮轴旋转了 几 周？喷油泵凸轮轴旋
转了 几 周？
3,二冲程汽油机曲轴旋转 几 周完成一个工作循环？期间，第一
活塞行程的定义是什么？包括 哪些 过程？第二活塞行程的定
义是什么？包括 哪些 过程？
4,飞轮的作用是什么？二冲程汽油机的飞轮与四冲程汽油机的
飞轮相比哪个飞轮的转动惯量大？多缸机的飞轮与单缸机的
飞轮相比哪个飞轮的转动惯量大？
5,内燃机压缩比的定义是什么？选择汽油机压缩比的主要依据
是什么？选择柴油机压缩比的主要依据是什么？汽油机的压
缩比与柴油机的压缩比为何不一样？
5,什么是汽油机爆燃现象？有哪些危害？什么是汽油机表面点
火现象？有哪些危害？
6,汽油机与柴油机在可燃混合气形成方式与点火方式上有何不
同？他们所用的压缩比为何不一样？
7,四冲程汽油机和四冲程柴油机在总体构造上有哪些主要不同？
8,比较二冲程汽油机与四冲程汽油机动力性能、燃油经济性能、
HC排放的优劣，并说明原因 。
9,汽油机型号 1E65FM和 TJ376Q如何表示发动机的基本参数和特
征？
10,什么是发动机的速度特性？什么是发动机的外特性？
第二章 曲柄连杆机构
第一节 概述
一、曲柄连杆机构的作用,
1、将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动；
2、将作用在活塞顶上的燃气压力转变为曲轴的输出扭矩。
二、组成, 机体组, 活塞连杆组, 曲轴飞轮组 。
三、工作特点, 高温, 高压, 高速, 化学腐蚀 。
四、受力分析,
1,气体作用力,在作功行程
中，气体作用力 Fp作用在活塞
顶上，传到活塞销上，分解为
Fp1, Fp2，分力 Fp1沿连杆传
到曲柄销上,并 可分解为 FR和
FS,垂直于曲柄的分力 FS对曲
轴中心形成转矩 Ttq,推动曲轴
旋转；分力 Fp2则将活塞压向气
缸的左侧。 （ 1）作功行程
图 2-1 气体压力作用情况示意图
2、往复惯性力与离心力, 活塞加速度：在上止点前后活塞加速度是正值，往
复惯性力朝上；在下止点前后活塞加速度是负值，往复惯性力朝下。 如图
（ 2-2） 。
偏离曲轴轴线的曲柄、曲柄销和连杆大头绕曲轴轴线旋转，产生旋转惯
性力，其方向沿曲柄半径向外。
曲轴转速愈高，往复惯性质量和旋转惯性质量愈大，则往复惯性力与离
心力愈大，惯性力使曲柄连杆机构的各零件和所有轴颈（轴承）受周期性变
化的附加负荷，加快磨损。若不加以平衡，惯性力传到气缸体外，引起发动
机的振动。
（ 1）活塞在上半行程时的惯性力 （ 2）活塞在下半行程时的惯性力
图 2-2往复惯性力和离心力作用情况示意图
第二节 机体组
3、摩擦力,忽略不记。
五、总结,曲柄连杆机构（包括机体组）各有关零件受到 压缩, 拉伸, 弯
曲 和 扭转 作用。
机体组由 气缸体 （有的发动机有 曲轴箱 ）,气缸盖 和 油底壳 组成。
一,气缸体
水冷发动机的气缸体与曲轴箱常铸成一体，简称气缸体，有的水冷发动
机的气缸体象风冷发动机的气缸体一样，将气缸体与 上曲轴箱 （其内腔为曲
轴运动的空间）分开铸造，而把油底壳称之为 下曲轴箱 。气缸体内孔一般镶
入气缸套，其内表面形成气缸工作表面。
（一）作用, 1、内孔：（ 1） 形成气缸工作容积
（ 2）活塞运动导向
2、外部（ 1）各机构和系统的装配基体
（ 2）散热
（二）要求, 1、耐高温,
高压
2、耐磨损
3、耐腐蚀
4、足够的刚
度和强度 （三）材料和工艺, 1、材料 （ 1）气缸套：优质合金铸铁或合金钢
（ 2）气缸体：灰铸铁或铝合金
2、气缸工作表面制造工艺
（ 2级加工精度）
（ 1）精镗
（ 2）珩磨（网纹状）
1,改善磨合条件，磨合
时间短
2,避免拉缸（金属熔着
磨损） 漏气,功率下降
窜机油,冒蓝烟
活塞卡死
三、气缸体结构特点,
1、按 具体结构形式 分为三
种,
（ 1） 一般式气缸体,
曲轴轴线与气缸体下表
面在同一平面上 （图 2-
3a） 。其优点是 制造方便,
质量轻, 高度低,但 刚度
低,适用于 汽油机 。
（ 2） 龙门式气缸体,
气缸体下表面移至曲轴
轴线以下 （图 2-3 b ）。
（ a）一般式 （ b） 龙门式 （ c） 隧道式
图 2-3 气缸体示意图
其优点是 刚度和强度较 好,但 工艺性较差,适用于 柴油机和强化汽油机 。
（ 3） 隧道式气缸体,
气缸体上有完整的主轴承座孔 （图 2-3 c ）。其优点是 刚度最好, 主轴承
座孔不易变形,便于安装滚动主轴承支承的 组合曲轴,各 缸主轴承孔同轴度
易保证, 制造方便,但 质量大, 高度高 。
2、按 冷却方式 分,（ 1）水冷式：气缸体内铸有 冷却水套 （图 2-4）
（ 2）风冷式：气缸体外铸有 散热片 （图 2-5）
3、按 镶缸套方式 分为两种,
（ 1） 干式缸套,图（ a）所示,不直接与冷却水接触, 薄壁 （ 1-3mm）,过盈
压配 在气缸体内孔中。其 优点 是,密封性好, 气缸体刚性好, 不易变形 。 缺点
是,
a, 制造成本增加,气缸体内孔、缸套外圆亦需精加工，且薄壁缸套刚性差，
加工装夹时易变形。
b,热负荷增加,缸套外圆与气缸体内孔理论上是完全接触，但加工误差使
之不可能完全接触，因而散热面积小，影响缸套散热，必然使缸套、活塞等热
负荷严重。
c,气缸体铸造工艺性差,水套封闭，去渣困难。
d,缸心距增加，曲轴易弯曲变形,水套封闭。
图 2-4 水冷发动机和气缸盖 图 2-5 风冷发动机的
气缸体和气缸盖
气缸套
水套
气缸体
图 2-6 （ a）干式 气缸套
（ 2） 湿式缸套,图（ b）所示，气缸体 水套敞开,缸
套与冷却水 直接接触, 薄厚 （ 5-9mm），缸套下端 带
橡胶封水圈,气缸套外圆 上大, 下小 （因为气缸套下
端带 1-3道橡胶封水圈），且 上端 与气缸体内孔 配合
紧, 下端配合松,以方便推入气缸体内孔。
0.05?0.15mm
气缸套
水套
气缸体
橡胶封水圈
图 2-6 （ b）湿式 气缸套
? （轴向定位）
（径向定位）
（径向定位）
湿式缸套压配在气缸体内孔时，上部凸肩顶
面高出气缸体顶面 0.05-0.15 mm，这样紧固缸盖
时，可将缸垫压得更紧，以密封燃气。
湿式缸套 优点 是,气缸套冷却好 ； 制造成本
低 ； 气缸体铸造工艺性好 ； 缸心距短, 曲轴不易弯
曲 。
湿式缸套 缺 点 是,气缸体刚性差, 容易变形,
易漏气, 漏水 ； 气缸套外圆表面易产生穴蚀现象,
常见涂漆 。
4、按 气缸排
列形式 分
单列
双 列
直立
平卧
V型（ ??????，相邻两缸的连杆大头共用一个曲柄销）
水平对置（ ?=????，每缸的连杆大头各占用一个曲柄销）
（ 1）
（ 1）
（ 2）
（ 2）
（ 3）
（ 3）
图 2-7 多缸发动机气缸排列型式
（ 1）单列直立式（直列式） （ 2） V型 （ 3）水平对置式
图 2-8 一汽奥迪 100型发动机气缸体（一般式）
1-机油泵
2-主轴瓦
3-主轴承盖
4-飞轮
5-转速传感器脉冲齿
6-止推垫片
7-曲轴
8-气缸体
9-链轮
图 2-9 桑塔纳时代超
人 2000GSI型轿车 AJR
发动机的气缸体及相
关零件（龙门式）
二、气缸盖与气缸垫
（一）气缸盖
1、基本组成, 气缸盖上应有进、排气门座及气门导管和进、排气门通道等。
2、作用,（ 1）密封气缸上部
（ 2）构成燃烧室（与气缸壁和活塞顶一起）
（ 3） 构成供给系中进、排气系统及冷却系、润滑系的一部分（铸
有进、排气通道及冷却水套或散热片、润滑油道）
3、要求,（ 1）耐高温、高压
（ 2）耐腐蚀
（ 3） 足够的刚度和强度
4、材料,（ 1）铝合金压铸,a,导热性好
（汽油机及少数 b,质量轻
柴油机） c,铸造流动性好（风冷发动机散热片铸造容易）
d,刚度低,易变形 ?导致漏气、漏水
f,强度低,气缸盖螺栓孔易拉毛
g,不耐高温,超过 350?C，强度急剧降低
（ 1）降低热负荷，避免热应
力过大而开裂
（ 2）可提高压缩比（汽油机）
（ 2）灰铸铁或合金铸铁,a, 刚度、强度高
（大部分柴油机） b, 耐高温
c, 导热性差,缸盖底面鼻梁区易开裂
d, 质量重
5、结构特点,
（ 1）多缸发动机
a,单体气缸盖,每缸一盖，刚性好，制造容易，维修方
便，但缸心距较长，曲轴容易弯曲。
b,整体气缸盖,只有一盖，缸心距最短，发动机紧凑，曲
轴刚性好，但气缸盖刚性差，制造困难,
维修成本增加。（现代发动机大部分采用）
c,组合气缸盖：如两缸一盖，便于系列化。
（ 2）按所用燃料分
a,汽油机：（ 1）气缸盖中心加工有装火花塞的孔
（ 2）进、排气道一般铸在气缸盖的一侧（进气管布置在排
气管的上部，利用废气加热进气管壁面油膜，促进雾
化 ),但现代汽油机采用半球形燃烧室时则进、排气道铸
在气缸盖的两侧
（ 3）燃烧室在气缸盖上，气缸盖底部有凹坑。
b,柴油机：（ 1）气缸盖中心加工有装喷油器的孔
（ 2）进、排气道铸在气缸盖的两侧（避免进气加热，影响
充气效率，降低发动机功率）
（ 3）车用中小功率柴油机的气缸盖底部没有凹坑（直喷式
燃烧室一般在活塞顶上，分开式燃烧室则在气缸盖内部）。
（ 3）按冷却方式分, a,水冷,内铸水套，入水口与气缸体上水套相通，上
部出水口通过节温器与散热器入水口相通。
b,风冷,外铸散热片，平行于来流方向。
图 2-10 捷达轿车发动机的气缸盖（进、排气管在同侧，顶置凸轮轴 ）
图 2-11 进、排气
管在同一侧的桑塔
纳轿车发动机气缸
盖
1-气缸垫
2-气缸盖
3-衬垫
4-压条
5-气缸盖罩
（顶置凸轮轴）
图 2-12 桑塔纳时代超人
2000GSI轿车 AJR发动机
气缸盖及相关零件（进、
排气管在两侧，顶置凸
轮轴）
1-凸轮轴同步带轮
2-凸轮轴油封
3-凸轮轴轴承盖
4-凸轮轴
5-液压挺杆
6-气缸盖
7-进气门
8-排气门
6、汽油机燃烧室,
（ 1）要求,a,结构尽可能紧凑,F/V小
b,压缩终了时能形成一定强
度的挤压涡流
减少热量损失
缩短火焰传播距离 提高 ???i?
提高火焰传播速率
促进油、气混合 促使混合气
及时
充分 燃烧
（ 2）结构形式,a,楔形燃烧室
b,盆形燃烧室
c,半球形燃烧室
结构较简单、紧凑
压缩终了时能形成挤压涡流
结构较简单、紧凑
能形成进气涡流
结构最为紧凑,?高
配气机构复杂（进、排气门分置两侧，气
门倾斜，气门传动困难）
图 2-13
汽油机燃烧室形状
（ a）半球形 燃烧室
（ b）楔形 燃烧室
（ c）盆形 燃烧室
（ a ） （ b ） （ c ）
（红旗轿车、切
诺基越野车、解
放 CA1091货车） （捷达、奥迪轿车、北
京吉普）
（桑塔纳、富康、
夏利轿车）
（二）气缸垫
1、作用：密封 燃气 冷却水、机油
2、要求,（ 1）一定的强度要求 （ 2）耐热、耐腐蚀
（ 3）一定的弹性 a,密封（变形以补偿结合面的不平度） b,能重复使用（ ?在一定公差内）
3、材料与结构,
（ 1） 金属 +石棉：石棉中间夹有金属丝或金属屑，且外覆铜皮或钢皮，水孔
和燃烧室孔周围另用镶边增强，以防被高温燃气烧坏，常用，有很好的弹性
和耐热性，能重复使用，但制造厚度均一性较差，使用时注意光滑面朝气缸
体，否则容易被燃气或冷却水冲坏。
（ 2）金属片：带凸纹，强度高，冲压
低碳钢板
铜板
铝板
适用于增压等强化发动机
图 2-14
气缸盖衬垫的结构
（ 1）金属 -石棉板
（ 2）冲压钢板
（ 2） （ 1）
4、气缸盖螺栓的拧紧次序,
必须由中央对称地向四周扩展的顺序分几次进行，最后一次要用扭力
扳手按工厂规定的数值拧紧，一则保证密封性，二则避免损坏气缸垫，三
则保证压缩比的一致性。铝合金制成的气缸盖到最后必须在发动机冷的状
态下拧紧，这样，发动机热起来时会增加密封性，因为铝合金气缸盖的热
膨胀比钢螺栓的大；铸铁气缸盖则一般在发动机热车时最后拧紧，因为装
配时拧紧的螺栓在发动机工作初始后不久会松弛。
图 2-15 丰田佳美 3S-FE发动机气缸盖螺栓的拆、装卸顺序
三、油底壳
1、作用：储存机油并密封曲轴箱。
2、要求：（ 1）结合面平整，密封性好
（ 2）刚性好，避免振动、机械噪声过大
（ 3）散热性好
3、材料与结构,
一般用薄的低碳合金钢板冲压而成，为了加强油底壳内机油的散热，也
有的发动机采用铝合金铸造的油底壳，油底壳底部铸有散热肋片。
油底壳形状决定于发动机的总体布置和机油容量，后部一般做得较深，
以便发动机纵向倾斜时机油泵能吸到机油。油底壳内还设有挡油板，避免油
面波动太大，机油泵吸进气泡，供油不畅。油底壳底部装有磁性放油塞，以
便吸集机油中的金属屑，减少发动机运动零件的磨损。
图 2-16 桑塔纳轿车油
底壳结构
