汽車發(fā)動機的類型及工作原理

汽車發(fā)動機類型及工作原理1/252/25發(fā)動機是汽車心臟，為汽車行走提供動力，關(guān)系著汽車動力性、經(jīng)濟性、環(huán)境保護性。簡單來說，發(fā)動機就是一種能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)，即將汽油（汽車發(fā)動機柴油）或天然氣熱能，通過在密封汽缸內(nèi)燃燒氣體膨脹，推進活塞作功，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，這是發(fā)動機最基本原理。發(fā)動機所有構(gòu)造都是為能量轉(zhuǎn)換服務(wù)，發(fā)動機伴伴隨汽車走過了100數(shù)年歷史，無論是在設(shè)計、制造、工藝還是在性能、控制方面都有很大提升，但其基本原理仍然沒有變化。3/25一、汽車發(fā)動機類型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、按進氣方式4/251、按活塞往復(fù)次數(shù)二沖程發(fā)動機、四沖程發(fā)動機往復(fù)活塞式內(nèi)燃機還按其在一種工作循環(huán)期間活塞往復(fù)運動行程數(shù)進行分類?；钊絻?nèi)燃機每完成一種工作循環(huán)，便對外作功一次，不停地完成工作循環(huán)，才使熱能連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。在一種工作循環(huán)中活塞往復(fù)四個行程內(nèi)燃機稱作四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，而活塞往復(fù)兩個行程便完成一種工作循環(huán)則稱作二沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機。5/256/252、按冷卻方式水冷式發(fā)動機、風(fēng)冷式發(fā)動機以水或冷卻液為冷卻介質(zhì)稱作水冷式內(nèi)燃機，而以空氣為冷卻介質(zhì)則稱作風(fēng)冷式內(nèi)燃機。7/253、按汽缸數(shù)單缸發(fā)動機、多缸發(fā)動機僅有一種氣缸發(fā)動機稱為單缸發(fā)動機；有兩個以上氣缸發(fā)動機稱為多缸發(fā)動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動機。當(dāng)代車用發(fā)動機多采取四缸、六缸、八缸發(fā)動機。8/254、按燃料汽油機、柴油機汽油和柴油為燃料活塞式內(nèi)燃機分別稱作汽油機和柴油機。使用天然氣、液化石油氣和其他氣體燃料活塞式內(nèi)燃機稱作氣體燃料發(fā)動機。9/255、按汽缸排列方式直列式發(fā)動機、雙列式（V形和對置式）發(fā)動機

直列式發(fā)動機各個氣缸排成一列，一般是垂直布置，但為了減少高度，有時也把氣缸布置成傾斜甚至水平；

雙列式發(fā)動機把氣缸排成兩列，兩列之間夾角<180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動機，兩列之間夾角=180°稱為對置式發(fā)動機。10/25雙列式發(fā)動機11/256、按進氣方式活塞式內(nèi)燃機還可分為增壓和非增壓兩類。若進氣是在接近大氣狀態(tài)下進行，則為非增壓內(nèi)燃機或自然吸氣式內(nèi)燃機；若利用增壓器將進氣壓力增高，進氣密度增大，則為增壓內(nèi)燃機。增壓能夠提升內(nèi)燃機功率。12/25目前應(yīng)用最廣、數(shù)量最多汽車發(fā)動機為水冷、四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其中汽油機用于轎車和輕型客、貨車上，而大客車和中、重型貨車發(fā)動機多為柴油機。少數(shù)轎車和輕型客、貨車發(fā)動機也有用柴油機。以風(fēng)冷或二沖程活塞式內(nèi)燃機為動力汽車為數(shù)不多。尤其是從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)燃機為動力轎車了。13/25二、發(fā)動機工作原理1．能量轉(zhuǎn)化機構(gòu)（1）構(gòu)造發(fā)動機工作過程是周期性地將燃料燃燒熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能過程。（2）特點通過進氣、壓縮、作功、排氣，每進行一次稱為一種工作循環(huán)。曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，活塞往復(fù)運動四次完成一種工作循環(huán)，稱為四沖程發(fā)動機。曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)運動二次完成一種工作循環(huán)，稱為二沖程發(fā)動機。14/25（3）發(fā)動機基本術(shù)語1）上止點：

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

活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心近來處，一般指活塞下行到最低位置，一般用英文縮寫詞BDC表達。3）活塞行程（s）：上、下止點間距離（mm）。4）曲柄半徑（R）：

與連桿下端（即連桿大頭）相連曲柄銷中心到曲軸回轉(zhuǎn)中心距離（mm）。顯然，s=2R。曲軸每轉(zhuǎn)一周，活塞移動兩個行程。5）氣缸工作容積（Vh）：活塞從上止點到下止點所讓出空間容積（L）。

Vh=（L）式中：D——氣缸直徑，mm。15/256）燃燒室容積（Vc）：

活塞在上止點時，活塞上方空間叫燃燒室，它容積叫燃燒室容積（L）。7）發(fā)動機排量（VL）：發(fā)動機所有氣缸工作容積之和（L）。設(shè)發(fā)動機氣缸數(shù)為i，則VL=Vh×i8）氣缸總?cè)莘e（Va）：

活塞在下止點時，活塞上方容積稱為氣缸總?cè)莘e（L）。它等于氣缸工作容積與燃燒室容積之和，即Va=Vh+Vc9）壓縮比（ε）：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積比值，即

ε=Va/Vc=1+Vh/Vc16/252、四沖程汽油機工作原理17/251）進氣行程：活塞由曲軸帶動從上止點向下止點運動。進氣門打開，排氣門關(guān)閉?；钊锨蝗莘e增大，在真空吸力作用下，通過濾清空氣與汽油形成混合氣，經(jīng)進氣門被吸入氣缸，至活塞運動到下止點時，進氣門關(guān)閉，停頓進氣，進氣行程結(jié)束。2）壓縮行程：活塞在曲軸帶動下，從下止點向上止點運動。進、排氣門均關(guān)閉，活塞上腔容積不停減小，混合氣被壓縮，至活塞達到上止點時，壓縮行程結(jié)束。氣體壓力和溫度同步升高，混合氣深入混合，形成可燃混合氣。此時，氣缸內(nèi)壓力為600~1500kPa，溫度600~800K，遠高于汽油點燃溫度，因而很容易點燃。18/253）作功行程：壓縮行程末，火花塞產(chǎn)生電火花，點燃氣缸內(nèi)可燃混合氣，并迅速著火燃燒，氣體產(chǎn)生高溫、高壓，推進活塞由上止點向下止點運動，再通過連桿驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)向外輸出作功。4）排氣行程：在作功行程終了時，排氣門被打開，活塞在曲軸帶動下由下止點向上止點運動。廢氣在本身剩下壓力和活塞驅(qū)趕作用下，自排氣門排出氣缸，至活塞運動到上止點時，排氣門關(guān)閉，排氣行程結(jié)束。19/253、四沖程柴油機工作原理四沖程柴油機工作循環(huán)同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程，在各個活塞行程中，進、排氣門開閉和曲柄連桿機構(gòu)運動與汽油機完全相同。只是由于柴油和汽油使用性能不一樣，使柴油機和汽油機在混合氣形成辦法及著火方式上有著主線差異。1）進氣行程在柴油機進氣行程中，被吸入氣缸只是純凈空氣。2）壓縮行程由于柴油機壓縮比大，因此壓縮行程終了時氣體壓力高。20/253）作功行程在壓縮行程結(jié)束時，噴油泵將柴油泵入噴油器，并通過噴油器噴入燃燒室。由于噴油壓力很高，噴孔直徑很小，因此噴出柴油呈細霧狀。細微油滴在熾熱空氣中迅速蒸發(fā)汽化，并借助于空氣運動，迅速與空氣混合形成可燃混合氣。由于氣缸內(nèi)溫度遠高于柴油自燃點，因此柴油隨后自行著火燃燒。燃燒氣體壓力、溫度迅速升高，體積急劇膨脹。在氣體壓力作用下，活塞推進連桿，連桿推進曲軸旋轉(zhuǎn)作功。4）排氣行程排氣行程開始，排氣門啟動，進氣門仍然關(guān)閉，燃燒后廢氣排出氣缸。21/254、汽油機與柴油機、四沖程發(fā)動機比較

以上論述了各類往復(fù)活塞式內(nèi)燃機簡單工作原理，從中能夠看出汽油機與柴油機、四沖程與二沖程內(nèi)燃機若干異同之處。（1）四沖程汽油機與四沖程柴油機共同點是：1)每個工作循環(huán)都包括進氣、壓縮、作功和排氣等四個活塞行程，每個行程各占180°曲軸轉(zhuǎn)角，即曲軸每旋轉(zhuǎn)兩周完成一種工作循環(huán)。2)四個活塞行程中，只有一種作功行程，其他三個是耗功行程。顯然，在作功行程曲軸旋轉(zhuǎn)角速度要比其他三個行程時大得多，即在一種工作循環(huán)內(nèi)曲軸角速度是不均勻。為了改善曲軸旋轉(zhuǎn)不均勻性，可在曲軸上安裝轉(zhuǎn)動慣量較大飛輪或采取多缸內(nèi)燃機并使其按一定工作次序依次進行工作。22/25（2）二者不一樣之處是：1)汽油機可燃混合氣在氣缸外部開始形成并延續(xù)到進氣和壓縮行程終了，時間較長。柴油機可燃混合氣在氣缸內(nèi)部形成，從壓縮行程接近終了時開始，并占小部分作功行程，時間很短。2)汽油機可燃混合氣用電火花點燃，柴油機則是自燃。因此又稱汽油機為點燃式內(nèi)燃機，稱柴油機為壓燃式內(nèi)燃機。23/25項目3汽車發(fā)動機類型及工作原理一、汽車發(fā)動機類型1．按往活塞復(fù)次數(shù)二沖程發(fā)動機、四沖程發(fā)動機2．按冷卻方式水冷式發(fā)動機、風(fēng)冷式發(fā)動機3．按汽缸數(shù)單缸發(fā)動機、多缸發(fā)動機4．按燃料汽油機、柴油機5．按氣缸排列方式直列式發(fā)動機、雙列式（V形和對置式）發(fā)動機6．按進氣方式7．目前應(yīng)用最廣、數(shù)量最多汽車發(fā)動機為水冷、四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機。二、發(fā)動機工作原理（學(xué)時二）1．能量轉(zhuǎn)化機構(gòu)（1）構(gòu)造發(fā)動機工作過程是周期性地將燃料燃燒熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能過程。（2）特點通過進氣、壓縮、作功、排氣，每進行一次稱為一種工作循環(huán)。曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，活塞往復(fù)運動四次完成一種工作循環(huán)，稱為四沖程發(fā)動機。曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)運動二次完成一種工作循環(huán)，稱為二沖程發(fā)動機。（3）發(fā)動機基本術(shù)語1）上止點：2）下止點：3）活塞行程（s）：4）曲柄半徑（R）：5）氣缸工作容積6）燃燒室容積（Vc）：7）發(fā)動機排量（VL）：8