汽車發(fā)動機的工作原理圖解

1、 發(fā)動機的總體構造發(fā)動機的總體構造 兩大機構兩大機構 曲柄連桿機構：進行熱功轉換。曲柄連桿機構：進行熱功轉換。 配氣機構：控制進、排氣門的開啟時刻及延續(xù)時間。配氣機構：控制進、排氣門的開啟時刻及延續(xù)時間。 五大系統：五大系統： 燃料供給系：向氣缸供給汽油與空氣混合的混合氣。燃料供給系：向氣缸供給汽油與空氣混合的混合氣。 點火系：在壓縮行程接近上止點時，點火系即在火花塞電極間產生電火花點火系：在壓縮行程接近上止點時，點火系即在火花塞電極間產生電火花 以點燃混合氣。以點燃混合氣。 冷卻系：降低氣缸及高溫部件的高溫，是發(fā)動機保持正常的工作溫度。冷卻系：降低氣缸及高溫部件的高溫，是發(fā)動機保持正常的工作

2、溫度。 潤滑系：減少相對運動部件的摩擦阻力，減輕磨損。潤滑系：減少相對運動部件的摩擦阻力，減輕磨損。 起動系：用外力轉動發(fā)動機曲軸以達到燃燒做功所需的條件。起動系：用外力轉動發(fā)動機曲軸以達到燃燒做功所需的條件。 曲柄連桿機構曲柄連桿機構 曲柄連桿機構是發(fā)動曲柄連桿機構是發(fā)動 機實現工作循環(huán)，完成機實現工作循環(huán)，完成 能量轉換的主要部件。能量轉換的主要部件。 他是由機體組、活塞連他是由機體組、活塞連 桿組合曲軸飛輪組的組桿組合曲軸飛輪組的組 成。在做功行程中，活成。在做功行程中，活 塞承受燃氣壓力在氣缸塞承受燃氣壓力在氣缸 內作直線運動，通過連內作直線運動，通過連 桿轉換成曲軸的旋轉運桿轉換成曲

3、軸的旋轉運 動，并從曲軸對外輸出動，并從曲軸對外輸出 動力。而在進氣、壓縮動力。而在進氣、壓縮 和排氣行程中，飛輪釋和排氣行程中，飛輪釋 放能量又把曲軸的旋轉放能量又把曲軸的旋轉 運動轉換成活塞的直線運動轉換成活塞的直線 運動。運動。 配氣機構配氣機構 配氣機構由氣門、氣門彈簧、凸輪軸、挺桿、凸輪軸傳動機構等，功能是根據發(fā)動機的 工作順序和工作過程，定時開啟和關閉進氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸， 并使廢氣從氣缸內排出，實現換氣過程。配氣機構大多采用頂置氣門式配氣機構，一般 由氣門組、氣門傳動組和氣門驅動組組成。 發(fā)動機的缸體：發(fā)動機的缸體： 內部有許多發(fā)動機的工作內部有許多發(fā)動機的

4、工作 零件零件 不同的發(fā)動機設計方案有不同的發(fā)動機設計方案有 不同的發(fā)動機缸體結構不同的發(fā)動機缸體結構 一般的結構變化（缸體的一般的結構變化（缸體的 結構形式）有：直列式發(fā)結構形式）有：直列式發(fā) 動機動機 V形發(fā)動機形發(fā)動機 W形發(fā)形發(fā) 動機動機 活塞：活塞： 在氣缸內上下運動在氣缸內上下運動 必須能夠承受燃燒過程產必須能夠承受燃燒過程產 生的作用和溫度生的作用和溫度 活塞環(huán)：活塞環(huán)：1提供了在活塞提供了在活塞 外側面與氣缸之間的密封外側面與氣缸之間的密封 2吧空氣吧空氣/燃油混合氣體與燃油混合氣體與 曲軸箱中的潤滑油分隔開曲軸箱中的潤滑油分隔開 連桿組件吧活塞與曲軸鏈連桿組件吧活塞與曲軸鏈

5、接起來接起來 軸承軸承 位于連桿、曲軸主軸頸和位于連桿、曲軸主軸頸和 凸輪軸的軸頸處凸輪軸的軸頸處 注意：軸頸是精密加工過的表注意：軸頸是精密加工過的表 面，軸承室套在其上的。面，軸承室套在其上的。 曲軸：曲軸： 連桿是連接在曲軸的軸頸上連桿是連接在曲軸的軸頸上 軸頸是偏置的，允許活塞在氣缸中上下運動軸頸是偏置的，允許活塞在氣缸中上下運動 連接到活塞和撓性板或者是飛輪上連接到活塞和撓性板或者是飛輪上 活塞上下運動帶動曲軸轉動活塞上下運動帶動曲軸轉動 轉動撓性板或者飛輪，取決于車輛上裝備的是手動變速器還是自動變速轉動撓性板或者飛輪，取決于車輛上裝備的是手動變速器還是自動變速 器器 扭減器：扭減器

6、： 位于曲軸的前端位于曲軸的前端 用于緩沖曲軸的振動用于緩沖曲軸的振動 通常是與撓性板或者飛輪一起工作來平衡發(fā)動機的轉通常是與撓性板或者飛輪一起工作來平衡發(fā)動機的轉 動動 撓性板和飛輪： 是是一塊平面的圓盤，當曲軸轉動時它就一起旋轉一塊平面的圓盤，當曲軸轉動時它就一起旋轉 轉動的圓盤的重量可以使曲軸的運動變得更加平穩(wěn)轉動的圓盤的重量可以使曲軸的運動變得更加平穩(wěn) 自動變速器使用撓性板自動變速器使用撓性板 手動變速器使用飛輪 氣門的工作條件非常惡劣。首先，氣門直接與高溫燃氣接觸，受熱嚴重，而散氣門的工作條件非常惡劣。首先，氣門直接與高溫燃氣接觸，受熱嚴重，而散 熱困難，因此氣門溫度很高。其次，氣門

7、承受氣體力和氣門彈簧力的作用，以熱困難，因此氣門溫度很高。其次，氣門承受氣體力和氣門彈簧力的作用，以 及由于配氣機構運動件的慣性力使氣門落座時受到沖擊。第三，氣門在潤滑條及由于配氣機構運動件的慣性力使氣門落座時受到沖擊。第三，氣門在潤滑條 件很差的情況下以極高的速度啟閉并在氣門導管內作高速往復運動。此外，氣件很差的情況下以極高的速度啟閉并在氣門導管內作高速往復運動。此外，氣 門由于與高溫燃氣中有腐蝕性的氣體接觸而受到腐蝕。門由于與高溫燃氣中有腐蝕性的氣體接觸而受到腐蝕。 氣門的構造及作用氣門的構造及作用 工作條件工作條件 氣門的材料氣門的材料 進氣門一般用中碳合金鋼制造，如鉻鋼、鉻鉬鋼和鎳鉻鋼

8、等。排氣門進氣門一般用中碳合金鋼制造，如鉻鋼、鉻鉬鋼和鎳鉻鋼等。排氣門 則采用耐熱合金鋼制造，如硅鉻鋼、硅鉻鉬鋼、硅鉻錳鋼等。則采用耐熱合金鋼制造，如硅鉻鋼、硅鉻鉬鋼、硅鉻錳鋼等。 每缸氣門數每缸氣門數 一般發(fā)動機每個氣缸有兩個氣門，即一個進氣門和一個排氣門。進氣門頭部直一般發(fā)動機每個氣缸有兩個氣門，即一個進氣門和一個排氣門。進氣門頭部直 徑比排氣門大徑比排氣門大1530，目的是增大進氣門通過斷面面積，減小進氣阻力，目的是增大進氣門通過斷面面積，減小進氣阻力， 增加進氣量。凡是進氣門和排氣門數量相同時，進氣門頭部直徑總比排氣門大。增加進氣量。凡是進氣門和排氣門數量相同時，進氣門頭部直徑總比排氣

9、門大。 現代高性能汽車發(fā)動機普遍采用每缸三、四、五個氣門，其中尤以四氣門發(fā)動現代高性能汽車發(fā)動機普遍采用每缸三、四、五個氣門，其中尤以四氣門發(fā)動 機為數最多機為數最多。 五大系統五大系統 燃油供給系統 燃油供給系統的功能是根據發(fā)動燃油供給系統的功能是根據發(fā)動 機的要求，配置出一定數量和濃機的要求，配置出一定數量和濃 度的可燃混合氣，均勻的分配到度的可燃混合氣，均勻的分配到 各個氣缸中，并匯集各個氣缸燃各個氣缸中，并匯集各個氣缸燃 燒后的廢氣，從消聲器中排出。燒后的廢氣，從消聲器中排出。 潤滑系統潤滑系統 潤滑系統的功能是向作相向運動潤滑系統的功能是向作相向運動 的零件表面輸送定量的清潔潤滑的零

10、件表面輸送定量的清潔潤滑 油，以實現液體摩擦，減小摩擦油，以實現液體摩擦，減小摩擦 阻力，減輕機件的磨損，并對零阻力，減輕機件的磨損，并對零 件表面進行清潔和冷卻。潤滑系件表面進行清潔和冷卻。潤滑系 統由潤滑油道、機油泵、機油濾統由潤滑油道、機油泵、機油濾 清器和一些閥門的組成。清器和一些閥門的組成。 五大系統五大系統 冷卻系統冷卻系統 點火系統點火系統 冷卻系統的功能是將受熱零件吸收冷卻系統的功能是將受熱零件吸收 的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā) 動機在適宜的溫度狀態(tài)下工作。水動機在適宜的溫度狀態(tài)下工作。水 冷發(fā)動機的冷卻系統通常由冷卻水冷發(fā)動機的冷卻系統通常由冷

11、卻水 套、水泵、風扇、水箱、節(jié)溫器等套、水泵、風扇、水箱、節(jié)溫器等 組成組成 在汽油機中，氣缸內的可燃混合氣是靠電火花點燃的為此在汽缸蓋上裝有火花在汽油機中，氣缸內的可燃混合氣是靠電火花點燃的為此在汽缸蓋上裝有火花 塞，火花塞頭部伸入燃燒室內。點火系統的功能是定時在火花塞電極間產生電塞，火花塞頭部伸入燃燒室內。點火系統的功能是定時在火花塞電極間產生電 火花，點燃氣缸內的可燃混合氣。點火系統通常由蓄電池、發(fā)電機、點火線圈火花，點燃氣缸內的可燃混合氣。點火系統通常由蓄電池、發(fā)電機、點火線圈、 高壓線、火花塞等。高壓線、火花塞等。 五大系統五大系統 啟動系統啟動系統 要使發(fā)動機由靜止狀態(tài)過渡到工作狀

12、態(tài)，必須先用外力轉動發(fā)動機的曲軸，是活塞作 往復運動，同時使氣缸內的可燃混合氣做功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉發(fā)動機才 能自行運轉，工作循環(huán)才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉動到發(fā)動機開 始自動地怠速運轉的全過程，稱為發(fā)動機的啟動。完成啟動過程所需的裝置，稱為發(fā) 動機的起動系統。 一四沖程汽油機的工作原理 1、進氣行程、進氣行程 2、壓縮行程、壓縮行程 3、作功行程、作功行程 4、排氣行程、排氣行程 1進氣行程進氣行程 排氣門關閉 進氣門開啟 活塞 溫度40-107 壓力7590 kPa 作用：作用： 吸入混合氣吸入混合氣 過程：過程： 活塞在曲軸的帶動下由上活塞在曲軸的帶動下由上 止

13、點移至下止點。此時進止點移至下止點。此時進 氣門開啟，排氣門關閉，氣門開啟，排氣門關閉， 曲軸轉動曲軸轉動180180。在活塞移。在活塞移 動過程中，汽缸容積逐漸動過程中，汽缸容積逐漸 增大，汽缸內氣體壓力降增大，汽缸內氣體壓力降 低，汽缸內形成一定的真低，汽缸內形成一定的真 空度，空氣和汽油的混合空度，空氣和汽油的混合 氣通過進氣門被吸入汽缸，氣通過進氣門被吸入汽缸， 并在汽缸內進一步混合形并在汽缸內進一步混合形 成可燃混合成可燃混合氣氣 。 2壓縮行程壓縮行程 進氣門關閉 排氣門關閉 活塞 溫度327-427 壓力6001500 kPa 作用：作用： 壓縮混合氣，為燃燒創(chuàng)造壓縮混合氣，為燃

14、燒創(chuàng)造 條件條件 過程：過程： 壓縮沖程時，進、排氣門壓縮沖程時，進、排氣門 同時關閉。活塞從下止點同時關閉?；钊麖南轮裹c 向上止點運動，曲軸轉動向上止點運動，曲軸轉動 180180?；钊弦茣r，工?；钊弦茣r，工 作容積逐漸縮小，缸內混作容積逐漸縮小，缸內混 合氣受壓縮后壓力和溫度合氣受壓縮后壓力和溫度 不斷升高不斷升高。 3作功行程作功行程 進氣門關閉 排氣門關閉 活塞 瞬時最高：溫度 1927-2527， 壓力 35MPa 作用：作用： 燃燒高溫高壓氣體膨脹做功燃燒高溫高壓氣體膨脹做功 過程：過程： 當活塞接近上止點時，由當活塞接近上止點時，由 火花塞點燃可燃混合氣，火花塞點燃可燃混合氣

15、， 混合氣燃燒釋放出大量的混合氣燃燒釋放出大量的 熱能，使汽缸內氣體的壓熱能，使汽缸內氣體的壓 力和溫度迅速提高高溫高力和溫度迅速提高高溫高 壓的燃氣推動活塞從上止壓的燃氣推動活塞從上止 點向下止點運動，并通過點向下止點運動，并通過 曲柄連桿機構對外輸出機曲柄連桿機構對外輸出機 械能械能。 4 排氣行程排氣行程 進氣門關閉 排氣門打開 活塞 溫度627-827 壓力 105125 kPa 殘余廢氣 作用：作用： 排出膨脹做功后的廢氣排出膨脹做功后的廢氣 過程：過程： 排氣門開啟，進氣門仍然排氣門開啟，進氣門仍然 關閉，活塞從下止點向上關閉，活塞從下止點向上 止點運動，曲軸轉動止點運動，曲軸轉動

16、 180180。排氣門開啟時，。排氣門開啟時， 燃燒后的廢氣一方面在汽燃燒后的廢氣一方面在汽 缸內外壓差作用下向缸外缸內外壓差作用下向缸外 排出，另一方面通過活塞排出，另一方面通過活塞 的排擠作用向缸外排氣的排擠作用向缸外排氣 發(fā)動機經過進氣、壓縮、作功、排氣四個沖程完成一個工作發(fā)動機經過進氣、壓縮、作功、排氣四個沖程完成一個工作 循環(huán)。一個接一個的工作循環(huán)，維持了發(fā)動機的連續(xù)運轉。循環(huán)。一個接一個的工作循環(huán)，維持了發(fā)動機的連續(xù)運轉。 通過汽車底盤傳出動力，驅動汽車行駛。通過汽車底盤傳出動力，驅動汽車行駛。 在一個工作循環(huán)過程中，活塞在上下止點之間往復運動四個在一個工作循環(huán)過程中，活塞在上下止

17、點之間往復運動四個 沖程，曲軸轉兩周（沖程，曲軸轉兩周（720度），每個沖程曲軸度），每個沖程曲軸180度。度。 四個沖程中只有作功沖程產生動力，其他三個沖程是做功沖四個沖程中只有作功沖程產生動力，其他三個沖程是做功沖 程的準備沖程。程的準備沖程。 在整個循環(huán)過程中，進排氣門各打開一次。進氣和做功沖程在整個循環(huán)過程中，進排氣門各打開一次。進氣和做功沖程 活塞都是由上止點到下止點。壓縮和排氣沖程活塞都是由下活塞都是由上止點到下止點。壓縮和排氣沖程活塞都是由下 止點移動到上止點。止點移動到上止點。 燃燒過程燃燒過程 燃燒過程燃燒過程 混合氣稀混合氣?。喝加吞?多余的氧氣就會在燃燒后存留下來 發(fā)動機的運行溫度就會很高 混合氣濃混合氣濃：燃油太多 多余的燃油就會在燃燒后存留下來 就會造成 1點燃排氣系統 2產生噪聲 3損壞三元催化器 理想的空燃比理想的空燃比:14.7 分空氣對一份燃油 發(fā)動機產生最大的功率輸出 基本術語 v 上止點上止點 v 下止點下止點 v 活塞行程活塞行程(S) v 曲柄半徑曲柄半徑(R) v 氣缸工作容積氣缸工作容積(V h ) v 發(fā)動機排量發(fā)動機排量(VL) v 燃燒室容積燃燒室容積(Vc ) v 氣缸總容積氣缸總容積(Va ) 多缸發(fā)動機各缸工作容積的總和，稱為發(fā)動機排量（VL）。 配氣機構配氣機構 配氣機構由氣門、氣門彈簧、