第二章 内燃机的基本工作原
理及总体构造
本章主要内容:
1,有关汽车发动机的名词术语
2,四冲程内燃机的工作原理
3,二冲程内燃机的工作原理
4,汽车发动机的总体构造
第一节 四冲程发动机的工作原理
一, 内燃机的基本名词术语
1,上止点 ( 下止点 )
定义,活塞顶离曲轴旋转中心最远 ( 近 )处 。
即活塞的最高 ( 低 ) 位置 。
2,活塞冲程 S
定义,活塞上, 下止点之间的距离 。
若曲柄半径为 R,则,S= 2R
3,气缸工作容积 ( 气缸排量 ) Vs
定义,活塞从上止点到下止点所扫过的容积 。
定义式,Vs=( π/4 ) D2S
常作为表征内燃机尺寸大小及动力性能的主要结
构参数之一 。
4,发动机排量 ( 发动机工作容积 ) VL
定义,发动机各气缸工作容积的总和 。
定义式,VL= Vs*i i:发动机气缸数 。
5,燃烧室容积 Vc
定义,活塞在上止点时, 活塞顶以上的空间容积 。
6,气缸总容积 Va
定义,活塞在下止点时, 活塞顶以上的空间容积 。
定义式,Va= Vs+ Vc
7,压缩比 εc
定义,压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的
最小容积之比 。
定义式,εc= Va/ Vc
物理意义,表示气缸内气体被压缩的倍数或燃气
燃烧后膨胀的倍数 。 是发动机的重要性能参数 。
柴油机 εc,14~ 22
汽油机 εc,6~ 9( 轿车有的达到 9~ 11)
二, 单缸四冲程汽油机的工作原理
1,进气冲程
活塞,从上止点移动到下止点
气门,进气门打开, 排气门关闭
曲轴,旋转从 0℃ A~180℃ A
进气终了压力,pde= 0.075~ 0.09 Mpa
进气终了温度,Tde= 370~ 400 K
2,压缩冲程
活塞,从下止点移动到上止点
气门,进气门关闭, 排气门关闭
曲轴,旋转从 180℃ A~ 360℃ A
压缩终了压力,pco= 0.8~ 2.0 Mpa
压缩终了温度,Tco= 600~ 700 K
爆燃,由于气体压力和温度过高, 在燃烧室内离点
燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一
种不正常燃烧 。
后果,轻微爆燃, 发动机功率有所升高;但过度,
则会使发动机过热, 功率下降, 经济性变差, 零
件寿命下降等 。
现象,发生爆燃时, 有尖锐的金属敲击声传出 。
表面点火,由燃烧室内炽热表面 ( 如排气门头, 火
花塞电极, 积碳 ) 点燃混合气产生的另一种不正
常燃烧 。
后果,发动机的性能下降, 零部件寿命降低 。
现象,发生表面点火时, 有沉闷的敲击声传出 。
3,做功冲程
活塞,从上止点移动到下止点
气门,进气门关闭, 排气门关闭
曲轴,旋转从 360℃ A~ 540℃ A
最高压力,pmax= 3.0~ 6.5 Mpa
最高温度,Tmax= 2200~ 2800 K
膨胀终了压力,pex= 0.3~ 0.6 Mpa
膨胀终了温度,Tex= 1200~ 1500 K
4,排气冲程
活塞,从下止点移动到上止点
气门,进气门关闭, 排气门开启
曲轴,旋转从 540℃ A~ 720℃ A
排气终了气体压力 ( 残余废气压力 ),
p`r= 0.105~ 0.115 Mpa
排气终了气体温度 ( 残余废气温度 ),
T`r= 900~ 1100 K
二, 单缸四冲程 柴油机 的工作原理
1,进气冲程
与汽油机主要区别,进入气缸的是纯空气 。
进气终了压力,pde= 0.08~ 0.09Mpa
进气终了温度,Tde= 340~ 380K
2,压缩冲程
与汽油机的主要区别:
压缩比高于汽油机;在压缩过程快要结束的
时候,喷油器向气缸内喷入柴油。当油与空
气混合后在高压下达到其自燃点就开始着火
燃烧。
压缩终了压力,pco= 3.0~ 5.0 Mpa
压缩终了温度,Tco= 750~ 1000K
3,做功冲程
柴油机由于是边喷油, 边混合, 边燃烧,
所以, 所以最开始虽然活塞有所下行,
但气缸内的压力基本不变 。
最高压力,pmax= 4.5~ 9Mpa
最高温度,Tmax= 1800~ 2500K
膨胀终了压力,pex= 0.2~ 0.5Mpa
膨胀终了温度,Tex= 1000~ 1200K
4,排气冲程
排气终了气体压力,p`r= 0.105~ 0.12Mpa
排气终了气体温度,T`r= 700~ 900K
四冲程汽油机、柴油机缸内压力、温度比较
( p,Mpa ; T,K)
汽油机 柴油机


pde 0.075~0.09 0.08~0.09
Tde 370~400 340~380


pco 0.6~1.2 3.0~5.0
Tco 600~700 750~1000


pmax 3.0~6.5 4.5~9
Tmax 2200~2800 1800~2500
pex 0.3~0.6 0.2~0.5
Tex 1200~1500 1000~1200


p`r 0.105~0.115 0.105~0.12
T`r 900~1100 700~900
三, 四冲程汽油机, 柴油机特点比较
1,由于柴油机压缩比较高, 燃料燃烧非常完全,
所以柴油机的有效热效率好, 经济性好 。
汽油机,be=270~ 325 g/(kw.h)
柴油机, be=214~ 285 g/(kw.h)
2,柴油机无点火系, 所以故障少些, 易保养 。
但柴油机有高精度零件如喷油泵, 喷油器等,
其成本较高, 并且加工较难 。
3,柴油机最高爆发压力高, 所以对发动机的零
部件强度要求高, 这样导致柴油机笨重 。
4,柴油机转速低于汽油机
原因,1)由于柴油机的压缩比高,所以其
受到的机械负荷较大,故其零部件的质
量需较大,导致运动时惯性力较大。
2)汽油机可燃混合气的混合时间和
质量优于柴油机。
5,柴油机运转噪音高,但有害气体的排
放优于汽油机,而微粒排放较高。
6,柴油机启动困难, 汽油机易启动 。
第二节 二冲程内燃机的工作原理
二冲程内燃机:
一, 结构介绍
1,换气机构 ( 气孔, 气阀 )
2,曲轴箱扫气, 扫气泵扫气
3,活塞顶部为凸顶, 以引导气流扫气
4,活塞裙部较长, 有缺口等
二, 二冲程汽油机的工作原理
( 一 ) 结构介绍
( 二 ) 工作原理
1,第一冲程
活塞,从下止点到上止点
活塞上方,换气;三孔关闭后, 压缩可燃混
合气
活塞下方,新鲜混合气由进气口进入曲轴箱
曲轴,旋转从 0℃ A~ 180℃ A
2,第二冲程
活塞,从上止点到下止点
活塞上方,可燃混合气燃烧膨胀做功;排气
口露出后排气;扫气口露出后开始扫气 。
活塞下方,进气口被下移地活塞关闭后新鲜
混合气被下移的活塞预压缩, 扫气口露出
后, 被预压缩的新鲜气体经过扫气口进入
活塞上方的气缸内 。
曲轴,旋转从 180℃ A~ 360℃ A
示功图,
三, 二冲程柴油机的工作原理
( 一 ) 结构介绍
1,有排气阀, 无排气口 。
2,进气口设置在气缸上部, 进气口和
扫气口为同一气口 。
3,通过扫气泵扫气 。
( 二 ) 工作原理
第一冲程,活塞从下止点到上止点 。
最开始, 通过扫气泵换气;当进气口被关闭
后, 对进入到气缸内的空气进行压缩;快
到上止点时喷油器喷油入燃烧室, 油气混
合自燃起来 。
第二冲程,活塞从上止点到下止点 。
气缸内的燃气燃烧膨胀做功;活塞下移排气
阀打开排气;露出扫气孔后开始利用扫气
泵将新鲜空气扫入气缸进行扫气 。
四, 二冲程汽油机的优缺点 ( 同四冲程汽油
机相比较 )
( 一 ) 优点:
1,从工作原理上来讲, 在发动机排量和转速
相同的前提下, 二冲程发动机的功率理论上
是四冲程发动机的 2倍 。
2,由于二冲程发动机的做功频率比较高, 所
以发动机运转比较平稳 。
3,无专门的换气机构, 所以结构简单, 质量
小 。
4,由于附属机构少, 所以使用, 维护很方便 。
所以摩托车上多用 。
( 二 ) 缺点:
1,废气不易排除干净 。
2,换气时减少了有效工作行程 。
3,部分新鲜可燃混合气随废气排出,
使能源浪费, 经济性下降 。
4,同时造成环境污染 。
第三节 发动机主要性能指标与特性
一, 主要性能指标
( 一 ) 动力性指标
1,有效转矩 Ttq( N.M)
定义,发动机通过飞轮对外输出的转矩 。
由测功机测得 。 其值与发动机曲轴所受到的阻力
矩相等 。
2,发动机转速 n( r/min)
由转速表直接读取 。
3,有效功率 Pe( KW)
定义,发动机通过飞轮对外输出的功率 。
计算式,Pe= Ttq*2пn/60*10-3= Ttq*n/9550
( 二 ) 经济性指标
1,有效燃油消耗率 be
定义,发动机每发出 1KW有效功率, 在 1h内所消耗
的燃油质量 ( 以 g为单位 ) 。
定义式,be= B/Pe*103 ( g/KW,h)
其中 B:发动机在单位时间内的耗油量 ( kg/h),
可在实验中测得 。
( 三 ) 发动机的运转性能指标
1,排气品质
2,噪声
3,启动性
二, 发动机的速度特性
( 一 ) 定义
1,发动机特性,发动机的性能是随着许多因素
而变化的, 其变化规律称为发动机的特性 。
2,发动机的速度特性,发动机油门开度不变,
发动机的性能指标 ( 如发动机的功率, 转矩,
有效燃油消耗率等 ) 随着曲轴转速变化的规
律 。
3,发动机的外特性,发动机油门全开, 发动机
的性能指标 ( 如发动机的功率, 转矩, 有效
燃油消耗率等 ) 随着曲轴转速变化的规律 。
又称为发动机的总功率特性 。
( 二 ) 速度特性制取步骤 ( 汽油机为例 )
1) 发动机预热, 将点火提前角, 水温 ( 80~ 95℃ ),
油温 ( 80℃ 左右 ) 保持最佳 。
2) 将油门固定在某一位置后, 先将发动机满负荷稳定
运转在最低转速处, 此时即为试验的起点 。 记录耗
一定量燃油所需要的时间, 测功器读数, 转速 。
3) 依次减少发动机负荷, 使其转速增加, 根据发动机
所选择的转速间隔, 使发动机稳定工作在某一转速
处, 再进行此时数据记录 。 如此试验几个点, 到发
动机功率开始下降为止 。
4) 在坐标上描点 。 ( 横坐标发动机曲轴转速, 纵坐标
为发动机的功率, 转矩, 有效燃油消耗率等 )
( 三 ) 发动机外特性 曲线 。
分析,此特性代表了发动机所具有的最高动力
性能 。
1,可以从此曲线上找出发动机所能发出的最
高功率和最高转矩及其相应转速 。
2,最高转矩和最高功率所对应的转速不同
3,发动机的最低燃油消耗率并不是出现在最
高功率或最高转矩对应的转速下, 此说明发
动机的最高动力性与最好经济性不能兼得 。
最低燃油消耗率所对应的转速介于最高功率
和转矩对应的转速之间 。
( 四 ) 发动机工作状况
发动机工作状况 (简称发动机工况 ):一般用发
动机的功率与曲轴转速来表示;有时也用负
荷与发动机曲轴转速来表示 。
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 。 以百分数表示 。
注意,负荷与功率不是同一概念 。
第四节 发动机的总体构造
CA488Q为例 ( 传统的化油器式汽油机 ),
一, 机体组
作用:
组成:气缸盖, 气缸体, 油底壳等
二, 曲柄连杆机构
作用:
组成:活塞, 连杆, 曲轴, 飞轮等
三, 配气机构
作用:
组成:进 ( 排 ) 气门, 摇臂, 凸轮轴等
四, 供给系
作用:
组成:汽油箱, 汽油泵, 汽油滤清器, 化油器等
五, 点火系
作用:
组成:蓄电池, 发电机, 火花塞, 分电器等
六, 冷却系
作用:
组成:水泵, 水箱, 风扇, 节温器等
七, 润滑系
作用:
组成:机油泵, 机油滤清器, 润滑油道等
八, 起动系
作用:
组成:起动机及其附属 装置
第五节 内燃机产品名称和型号编制规则
按照 GB725- 91制定