發動機的工作原理及總體構造

www.diaoyou.cc 來源：互聯網作者：似水流年90 類別：汽車構造維修時間：2007-01-24

第一節　　發動機的作用和組成
　　一、發動機的作用：是使輸進氣缸內的燃料燃燒而發出動力。
　　二、發動機的組成：機體、曲柄連桿機構、配氣機構、燃油供給系統、冷卻系統、潤滑系統、點火系統(汽油發動機采用)、起動系統等部分組成。（如圖1.1）

    第二節　發動機的分類
　　1、根據所用燃料不同，發動機可以分為汽油機、柴油機和氣體燃料發動機。以汽油或柴油為燃料的發動機分別稱為汽油機和柴油機。使用天然氣、液化石油氣和其它氣體燃料的發動機稱為氣體燃料發動機。
　　2、按照冷卻方式的不同，發動機可以分為水冷發動機和風冷發動機兩種。利用水或冷卻液作為冷卻介質進行冷卻的稱為水冷發動機，利用空氣作為冷卻介質進行冷卻的稱為風冷發動機。
　　3、按照完成一個工作循環所需的行程數不同，內燃機可分為四行程內燃機和二行程內燃機。把曲軸轉兩圈(720°)，活塞在氣缸內上下往復運動四個行程，完成一個工作循環的內燃機稱為四行程內燃機；而把曲軸轉一圈(360°)，活塞在氣缸內上下往復運動兩個行程，完成一個工作循環的內燃機稱為二行程內燃機。汽車發動機廣泛使用四行程內燃機。
　　4、按照進氣狀態不同，活塞式內燃機可分為增壓和非增壓兩種，若進氣是在接近大氣狀態下進行的，則為非增壓式或自然吸氣式內燃機；若利用增壓器將進氣壓力增高，進氣密度增大，則為增壓式內燃機。增壓可以提高內燃機功率。汽油機常采用自然吸氣式；柴油機為了提高功率有采用增壓式的。(相關視頻：第二集)
    第三節　發動機的型號與編制
    發動機型號的排列順序及符號所代表的意義規定如下表：（如圖1.2）
    型號編制示例如下：
　　(1) 1E65F----表示單缸、四沖程、缸徑65mm、風冷、通用型。
　　(2) 4100Q----表示四缸、四沖程、缸徑100mm、水冷、車用。
　　(3) 492T ----表示四缸、四沖程、缸徑95mm、水冷、拖拉機用。

第四節發動機的常用術語
　1、上止點
　活塞在氣缸里作往復直線運動時，當活塞向上運動到最高位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉中心最遠的極限位置，稱為上止點。
　　2、下止點
　　活塞在氣缸里作往復直線運動時，當活塞向下運動到最低位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉中心最近的極限位置，稱為下止點。
　　3、活塞行程　
　　活塞從一個止點到另一個止點移動的距離，即上、下止點之間的距離稱為活塞行程。一般用s表示，對應一個活塞行程，曲軸旋轉180°
　　4、曲柄半徑
　　曲軸旋轉中心到曲柄銷中心之間的距離稱為曲柄半徑，一般用R表示。通常活塞行程為曲柄半徑的兩倍，即 S =2R 。
　　5、氣缸工作容積
　　活塞從一個止點運動到另一個止點所掃過的容積，稱為氣缸工作容積。一般用Vh表示：

   式中：D－氣缸直徑，單位mm；
    　　 S－活塞行程，單位mm；
　　6、氣缸總容積
　　活塞位于下止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為氣缸總容積。一般用Va表示，顯而易見，氣缸總容積就是氣缸工作容積和燃燒室容積之和，即Va＝Vc＋Vh。
　　7、發動機排量
　　多缸發動機各氣缸工作容積的總和，稱為發動機排量。一般用VL表示：
        VL=Vhi　　
　　式中：Vh－氣缸工作容積；
　　      i －氣缸數目。
　　8、壓縮比
　　是發動機中一個非常重要的概念，壓縮比表示了氣體的壓縮程度，它是氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比值，即氣缸總容積與燃燒室容積之比稱為壓縮比。一般用ε表示。

    式中：Va －氣缸總容積；　
      Vh －氣缸工作容積；　　
       Vc －燃燒室容積；
　　通常汽油機的壓縮比為6～10，柴油機的壓縮比較高，一般為16～22。
　　9、工作循環
　　每一個工作循環包括進氣、壓縮、作功和排氣過程，即完成進氣、壓縮、作功和排氣四個過程叫一個。
    (相關視頻：第三集)
    第五節發動機的工作原理
    一、四行程汽油發動機工作原理
　　發動機工作須經過進氣，把可燃混合氣(或新鮮空氣)引入氣缸；然后將進入氣缸的可燃混合氣壓縮，壓縮接近終點時點燃可燃混合氣；可燃混合氣著火燃燒，膨脹推動活塞下行實現對外作功；最后排出燃燒后的廢氣。進氣、壓縮、作功、排氣四個過程。把這四個過程叫做發動機的一個工作循環，工作循環不斷地重復，就實現了能量轉換，使發動機能夠連續運轉。
　　1、進氣行程
　　活塞在曲軸帶動下從上止點向下止點運動，這時排氣門關閉，進氣門打開。隨著活塞下移，氣缸內容積增大，壓力減小，在氣缸內形成一定的真空度，空氣和汽油混合物通過進氣門被吸入氣缸，并在氣缸內進一步形成可燃混合氣。
　　2、壓縮行程：
　　進氣結束終了，曲軸繼續旋轉，帶動活塞從下止點向上止點運動，這時進、排氣門均關閉，氣缸內成為封閉容積，隨著活塞移動，氣缸容積不斷減小，可燃混合氣受到壓縮，壓力和溫度不斷升高，當活塞到達上止點時壓縮行程結束。
　　3、做功行程;
　　做功行程包括燃燒過程和膨脹過程，在這一行程中，進氣門和排氣門仍然保持關閉。當活塞位于壓縮行程接近上止點(即點火提前角)位置時，安裝在氣缸蓋上的火花塞產生電火花，點燃可燃混合氣，火焰迅速傳遍整個燃燒室，同時放出大量的熱能。燃燒氣體的體積急劇膨脹，溫度和壓力急劇升高，最高壓力可達3.0～6.5MPa，最高溫度可達2200～2800K，高溫高壓氣體膨脹，推動活塞從上止點向下止點移動，通過連桿使曲軸旋轉并輸出機械能，除了用于維持發動機本身繼續運轉外，其余用于對外做功。隨著活塞向下運動，氣缸內容積增加，氣體壓力和溫度逐漸降低，當活塞運動到下止點時，做功行程結束，氣體壓力降低到0.35～0.5MPa，氣體溫度降低到1200～1500K。
　　4、排氣行程：
　　可燃混合氣在氣缸內燃燒后生成的廢氣必須從氣缸中排出去以便進行下一個進氣行程。排氣行程開始時，排氣門開啟，進氣門仍然關閉，曲軸通過連桿帶動活塞由下止點向上止點運動時，此時廢氣在自身生剩余壓力和在活塞的推動下，經排氣門排出氣缸之外。活塞越過上止點后，排氣門關閉，排氣行程結束。
　　受排氣阻力的影響，排氣終止時，氣體壓力仍高于大氣壓力，約為0.105～0.12MPa，溫度約為900～1100K。
　　曲軸繼續旋轉，活塞從上止點向下止點運動，又開始了下一個新的循環過程。可見四行程汽油機經過進氣、壓縮、作功、排氣四個行程完成一個工作循環，這期間活塞在上、下止點往復運動了四個行程，相應地曲軸旋轉了兩圈。
　　實際汽油機的進氣過程中，進氣門打開。在排氣行程中，是排氣門早于下止點開啟，遲于上止點關閉。
　　進氣門早開晚關的目的是為了增加進入氣缸的混合氣量，排氣門早開晚關的目的是為了減少氣缸內的殘余廢氣量。減少殘余廢氣量，會相應增加進氣量。(相關視頻：第四集)
    二、四行程柴油機的工作原理
　　四行程柴油機和四行程汽油機的工作過程一樣，每一個工作循環同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣四個行程，但由于柴油機使用的燃料是柴油，柴油與汽油有較大的差別，柴油粘度大，不易蒸發，自燃溫度低，故可燃混合氣的形成，著火方式，燃燒過程以及氣體溫度壓力的變化都和汽油機不同.四沖程柴油機工作原理如下：
　　1、進氣沖程　與汽油機相比，進入柴油機汽缸的不是可燃混合氣而是純空氣。進氣行程結束時，氣體壓力為80 -90kpa，溫度為310-350K。
　　2、壓縮沖程壓縮的是純空氣，由于柴油機壓縮比大，壓縮終了時氣體的溫度和壓力比汽油機高。壓力約為3000-5000kpa,溫度約為800-1000k。
　　3、做工沖程壓縮行程結束，高壓柴油經噴油器呈霧狀噴入汽缸，迅速汽化并與空氣形成混合氣。由于壓縮終了汽缸內溫度遠高于柴油的自然溫度(500K左右)柴油立即自行著火燃燒。因此，柴油機沒有點火系統。燃燒最高壓力為5000-10000kpa，最高溫度約為1800-2200K。
　　4、排氣沖程   基本上與汽油機相同。
    三. 二行程汽油機的工作原理
　　二行程汽油機的工作循環也是由進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣過程組成，但它是在曲軸旋轉一圈(360°)，活塞上下往復運動的兩個行程內完成的。因此，二行程發動機與四行程發動機工作原理不同，結構也不一樣。（如圖1.3）

　　例如曲軸箱換氣式二行程汽油機，氣缸上有三排孔，利用這三排孔分別在一定時刻被活塞打開或關閉進行進氣、換氣和排氣的。工作原理如下：活塞向上運動，將三排孔都關閉，活塞上部開始壓縮，當活塞繼續上行時，活塞下方打開了進氣孔，可燃混合氣進入曲軸箱，活塞接近上止點時，火花塞點燃混合氣，氣體燃燒膨脹，推動活塞向下運動，進氣孔關閉，曲軸箱內的混合氣受到壓縮，當活塞接近下止點時，排氣孔打開，排出廢氣，活塞再向下運動，換氣孔打開，受到壓縮的混合氣便從曲軸箱經進氣孔流入氣缸內，并掃除廢氣。
　　第一行程：活塞從下止點向上止點運動，事先已充滿活塞上方氣缸內的混合氣被壓縮，新的可燃混合氣又從化油器被吸入活塞下方的曲軸箱內。
　　第二行程：活塞從上止點向下止點運動，活塞上方進行作功過程和換氣過程，而活塞下方則進行可燃混合氣的預壓縮。
四. 二行程柴油機的工作原理
　　二行程柴油機和二行程汽油機工作類似，所不同的是，柴油機進入氣缸的不是可燃混合氣，而是純空氣。例如帶有掃氣泵的二行程柴油機工作過程如下：
　　第一行程：活塞從下止點向上止點運動，行程開始前不久，進氣孔和排氣門均以開啟，利用從掃氣泵流出的空氣使氣缸換氣。當活塞繼續向上運動進氣孔被關閉，排氣門也關閉，空氣受到壓縮，當活塞接近上止點時，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，燃油和空氣混合后燃燒，使氣缸內壓力增大。
　　第二行程：活塞從上止點向下止點運動，開始時氣體膨脹，推動活塞向下運動，對外作功，當活塞下行到大約2/3行程時，排氣門開啟，排出廢氣，氣缸內壓力降低，進氣孔開啟，進行換氣，換氣一直延續到活塞向上運動1/3行程進氣孔關閉結束。