汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的類型及工作原理

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的類型及工作原理汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的類型及工作原理汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的類型及工作原理發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，為汽車的行走提供動(dòng)力，關(guān)系著汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)就是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，即將汽油（汽車發(fā)動(dòng)機(jī)柴油）或天然氣的熱能，通過(guò)在密封汽缸內(nèi)燃燒氣體膨脹，推動(dòng)活塞作功，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，這是發(fā)動(dòng)機(jī)最基本的原理。發(fā)動(dòng)機(jī)的所有結(jié)構(gòu)都是為能量轉(zhuǎn)換服務(wù)的，發(fā)動(dòng)機(jī)伴隨著汽車走過(guò)了100多年的歷史，無(wú)論是在設(shè)計(jì)、制造、工藝還是在性能、控制方面都有很大的提高，但其基本原理仍然沒有改變。一、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)類型1、按往活塞復(fù)次數(shù)2、按冷卻方式3、按汽缸數(shù)4、按燃料5、按氣缸排列方式6、按進(jìn)氣方式1、按活塞往復(fù)次數(shù)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)還按其在一個(gè)工作循環(huán)期間活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程數(shù)進(jìn)行分類。活塞式內(nèi)燃機(jī)每完成一個(gè)工作循環(huán)，便對(duì)外作功一次，不斷地完成工作循環(huán)，才使熱能連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。在一個(gè)工作循環(huán)中活塞往復(fù)四個(gè)行程的內(nèi)燃機(jī)稱作四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，而活塞往復(fù)兩個(gè)行程便完成一個(gè)工作循環(huán)的則稱作二沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。2、按冷卻方式水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)以水或冷卻液為冷卻介質(zhì)的稱作水冷式內(nèi)燃機(jī)，而以空氣為冷卻介質(zhì)的則稱作風(fēng)冷式內(nèi)燃機(jī)。3、按汽缸數(shù)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)、多缸發(fā)動(dòng)機(jī)僅有一個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)；有兩個(gè)以上氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)多采用四缸、六缸、八缸發(fā)動(dòng)機(jī)。4、按燃料汽油機(jī)、柴油機(jī)汽油和柴油為燃料的活塞式內(nèi)燃機(jī)分別稱作汽油機(jī)和柴油機(jī)。使用天然氣、液化石油氣和其他氣體燃料的活塞式內(nèi)燃機(jī)稱作氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。5、按汽缸排列方式直列式發(fā)動(dòng)機(jī)、雙列式（V形和對(duì)置式）發(fā)動(dòng)機(jī)

直列式發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時(shí)也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的；

雙列式發(fā)動(dòng)機(jī)把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動(dòng)機(jī)，兩列之間的夾角=180°稱為對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)。雙列式發(fā)動(dòng)機(jī)6、按進(jìn)氣方式活塞式內(nèi)燃機(jī)還可分為增壓和非增壓兩類。若進(jìn)氣是在接近大氣狀態(tài)下進(jìn)行的，則為非增壓內(nèi)燃機(jī)或自然吸氣式內(nèi)燃機(jī)；若利用增壓器將進(jìn)氣壓力增高，進(jìn)氣密度增大，則為增壓內(nèi)燃機(jī)。增壓可以提高內(nèi)燃機(jī)功率。目前應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為水冷、四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，其中汽油機(jī)用于轎車和輕型客、貨車上，而大客車和中、重型貨車發(fā)動(dòng)機(jī)多為柴油機(jī)。少數(shù)轎車和輕型客、貨車發(fā)動(dòng)機(jī)也有用柴油機(jī)的。以風(fēng)冷或二沖程活塞式內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車為數(shù)不多。特別是從20世紀(jì)80年代起，在世界范圍內(nèi)，就不再有以二沖程活塞式內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的轎車了。二、發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理1．能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)（1）結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程是周期性地將燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過(guò)程。（2）特點(diǎn)經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣，每進(jìn)行一次稱為一個(gè)工作循環(huán)。曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)四次完成一個(gè)工作循環(huán)，稱為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)二次完成一個(gè)工作循環(huán)，稱為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。（3）發(fā)動(dòng)機(jī)基本術(shù)語(yǔ)1）上止點(diǎn)：

活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處，一般指活塞上行到最高位置，一般用英文縮寫詞TDC表示。2）下止點(diǎn)：

活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處，一般指活塞下行到最低位置，一般用英文縮寫詞BDC表示。3）活塞行程（s）：上、下止點(diǎn)間的距離（mm）。4）曲柄半徑（R）：

及連桿下端（即連桿大頭）相連的曲柄銷中心到曲軸回轉(zhuǎn)中心的距離（mm）。顯然，s=2R。曲軸每轉(zhuǎn)一周，活塞移動(dòng)兩個(gè)行程。5）氣缸工作容積（Vh）：活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所讓出的空間容積（L）。

Vh=（L）式中：D——?dú)飧字睆?，mm。6）燃燒室容積（Vc）：

活塞在上止點(diǎn)時(shí)，活塞上方的空間叫燃燒室，它的容積叫燃燒室容積（L）。7）發(fā)動(dòng)機(jī)排量（VL）：發(fā)動(dòng)機(jī)所有氣缸工作容積之和（L）。設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)為i，則VL=Vh×i8）氣缸總?cè)莘e（Va）：

活塞在下止點(diǎn)時(shí)，活塞上方的容積稱為氣缸總?cè)莘e（L）。它等于氣缸工作容積及燃燒室容積之和，即Va=Vh+Vc9）壓縮比（ε）：氣缸總?cè)莘e及燃燒室容積的比值，即

ε=Va/Vc=1+Vh/Vc2、四沖程汽油機(jī)工作原理1）進(jìn)氣行程：活塞由曲軸帶動(dòng)從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉?；钊锨蝗莘e增大，在真空吸力的作用下，經(jīng)過(guò)濾清的空氣及汽油形成混合氣，經(jīng)進(jìn)氣門被吸入氣缸，至活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉，停止進(jìn)氣，進(jìn)氣行程結(jié)束。2）壓縮行程：活塞在曲軸的帶動(dòng)下，從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，活塞上腔容積不斷減小，混合氣被壓縮，至活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，壓縮行程結(jié)束。氣體壓力和溫度同時(shí)升高，混合氣進(jìn)一步混合，形成可燃混合氣。此時(shí)，氣缸內(nèi)壓力為600~1500kPa，溫度600~800K，遠(yuǎn)高于汽油的點(diǎn)燃溫度，因而很容易點(diǎn)燃。3）作功行程：壓縮行程末，火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的可燃混合氣，并迅速著火燃燒，氣體產(chǎn)生高溫、高壓，推動(dòng)活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)連桿驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)向外輸出作功。4）排氣行程：在作功行程終了時(shí)，排氣門被打開，活塞在曲軸的帶動(dòng)下由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。廢氣在自身的剩余壓力和活塞的驅(qū)趕作用下，自排氣門排出氣缸，至活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，排氣門關(guān)閉，排氣行程結(jié)束。3、四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)的工作循環(huán)同樣包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣等四個(gè)過(guò)程，在各個(gè)活塞行程中，進(jìn)、排氣門的開閉和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及汽油機(jī)完全相同。只是由于柴油和汽油的使用性能不同，使柴油機(jī)和汽油機(jī)在混合氣形成方法及著火方式上有著根本的差別。1）進(jìn)氣行程在柴油機(jī)進(jìn)氣行程中，被吸入氣缸的只是純凈的空氣。2）壓縮行程因?yàn)椴裼蜋C(jī)的壓縮比大，所以壓縮行程終了時(shí)氣體壓力高。3）作功行程在壓縮行程結(jié)束時(shí)，噴油泵將柴油泵入噴油器，并通過(guò)噴油器噴入燃燒室。因?yàn)閲娪蛪毫芨?，噴孔直徑很小，所以噴出的柴油呈?xì)霧狀。細(xì)微的油滴在熾熱的空氣中迅速蒸發(fā)汽化，并借助于空氣的運(yùn)動(dòng)，迅速及空氣混合形成可燃混合氣。由于氣缸內(nèi)的溫度遠(yuǎn)高于柴油的自燃點(diǎn)，因此柴油隨即自行著火燃燒。燃燒氣體的壓力、溫度迅速升高，體積急劇膨脹。在氣體壓力的作用下，活塞推動(dòng)連桿，連桿推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)作功。4）排氣行程排氣行程開始，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，燃燒后的廢氣排出氣缸。4、汽油機(jī)及柴油機(jī)、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的比較

以上敘述了各類往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理，從中可以看出汽油機(jī)及柴油機(jī)、四沖程及二沖程內(nèi)燃機(jī)的若干異同之處。（1）四沖程汽油機(jī)及四沖程柴油機(jī)的共同點(diǎn)是：1)每個(gè)工作循環(huán)都包含進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣等四個(gè)活塞行程，每個(gè)行程各占180°曲軸轉(zhuǎn)角，即曲軸每旋轉(zhuǎn)兩周完成一個(gè)工作循環(huán)。2)四個(gè)活塞行程中，只有一個(gè)作功行程，其余三個(gè)是耗功行程。顯然，在作功行程曲軸旋轉(zhuǎn)的角速度要比其他三個(gè)行程時(shí)大得多，即在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)曲軸的角速度是不均勻的。為了改善曲軸旋轉(zhuǎn)的不均勻性，可在曲軸上安裝轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的飛輪或采用多缸內(nèi)燃機(jī)并使其按一定的工作順序依次進(jìn)行工作。（2）兩者不同之處是：1)汽油機(jī)的可燃混合氣在氣缸外部開始形成并延續(xù)到進(jìn)氣和壓縮行程終了，時(shí)間較長(zhǎng)。柴油機(jī)的可燃混合氣在氣缸內(nèi)部形成，從壓縮行程接近終了時(shí)開始，并占小部分作功行程，時(shí)間很短。2)汽油機(jī)的可燃混合氣用電火花點(diǎn)燃，柴油機(jī)則是自燃。所以又稱汽油機(jī)為點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)，稱柴油機(jī)為壓燃式內(nèi)燃機(jī)。項(xiàng)目3汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的類型及工作原理一、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)類型1．按往活塞復(fù)次數(shù)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)2．按冷卻方式水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)3．按汽缸數(shù)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)、多缸發(fā)動(dòng)機(jī)4．按燃料汽油機(jī)、柴油機(jī)5．按氣缸排列方式直列式發(fā)動(dòng)機(jī)、雙列式（V形和對(duì)置式）發(fā)動(dòng)機(jī)6．按進(jìn)氣方式7．目前應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為水冷、四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。二、發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理（課時(shí)二）1．能量轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)（1）結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程是周期性地將燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的過(guò)程。（2）特點(diǎn)經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣，每進(jìn)行一次稱為一個(gè)工作循環(huán)。曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)四次完成一個(gè)工作循環(huán)，稱為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)二次完成一個(gè)工作循環(huán)，稱為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。（3）發(fā)動(dòng)機(jī)基本術(shù)語(yǔ)1）上止點(diǎn)：2）下止點(diǎn)：3）活塞行程（s）：4）曲柄半徑（R）：