发动机基础知识

第 1 章 汽车发动机的基本知识

主讲教师： 主讲教师：

第1章

汽车发动机的基本知识

1.1 概述1.1.1 发动机的发展1876年德国人奥托(Nicolaus A.Otto)往复活塞式四冲程汽油机 往复活塞式四冲程汽油机; 1876年德国人奥托(Nicolaus A.Otto)往复活塞式四冲程汽油机; 年德国人奥托 1892年德国工程师狄塞尔(Rudolf Diesel)发明了压燃式发动机即柴油机; 1892年德国工程师狄塞尔(Rudolf Diesel)发明了压燃式发动机即柴油机; 年德国工程师狄塞尔 发明了压燃式发动机即柴油机 1926年 瑞士人布希(A.Buchi)提出了废气涡轮增压理论， 1926年，瑞士人布希(A.Buchi)提出了废气涡轮增压理论，使发动机性能有很 (A.Buchi)提出了废气涡轮增压理论 大提高，成为内燃机发展史上的第三次重大突破; 大提高，成为内燃机发展史上的第三次重大突破; 1967年德国博世(Bosch)公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统， 1967年德国博世(Bosch)公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统， 年德国博世 开创了电控技术在汽车发动机上应用的历史; 开创了电控技术在汽车发动机上应用的历史; 我国在20世纪50年代中期，有了自己成批制造的汽车发动机—CA10型六缸 我国在20世纪50年代中期，有了自己成批制造的汽车发动机—CA10型六缸 20世纪50年代中期 5.56L汽油机，用于解放牌CA10型中型货车上； 改革开放以后， 5.56L汽油机，用于解放牌CA10型中型货车上； 改革开放以后，我国先后从发达 汽油机 CA10型中型货车上 国家引进生产了一批较为先进的汽车发动机,对原有一些产品改进和更新； 国家引进生产了一批较为先进的汽车发动机,对原有一些产品改进和更新；同时我 国自主开发和研制了一批具有较先进水平的车用发动机。 国自主开发和研制了一批具有较先进水平的车用发动机。

第1章

汽车发动机的基本知识

1.1.2 发动机的分类 发动机是汽车的动力源。汽车发动机大多是热能动力装置， 发动机是汽车的动力源。汽车发动机大多是热能动力装置， 简称热力机。热力机分内燃机和外燃机两种。 简称热力机。热力机分内燃机和外燃机两种。直接以燃料燃烧所 生成的燃烧产物为工质的热机为内燃机，反之则为外燃机。 生成的燃烧产物为工质的热机为内燃机，反之则为外燃机。内燃 机包括活塞式内燃机和燃气轮机。 机包括活塞式内燃机和燃气轮机。 活塞式内燃机按不同的特征分类： 活塞式内燃机按不同的特征分类： 按活塞运动方式的不同， (1)按活塞运动方式的不同，分为往复活塞式和旋转活塞式两 种。 根据所用燃料种类的不同，分为汽油机、 (2)根据所用燃料种类的不同，分为汽油机

、柴油机和气体燃 料发动机三类。 料发动机三类。 根据气缸布置形式的不同，分为L型 直列式)发动机、 (3)根据气缸布置形式的不同，分为 型(直列式)发动机、V 型发动机、 型发动机 型发动机、 型发动机、W型发动机、斜置式发动机和对置式发动机等 按在一个工作循环期间活塞往复运动的行程数， (4)按在一个工作循环期间活塞往复运动的行程数，分为四冲 程和二冲程发动机。 程和二冲程发动机。 按冷却方式的不同，分为水冷式和风冷式两种。 (5)按冷却方式的不同，分为水冷式和风冷式两种。 按进气状态不同，分为增压和非增压两类。 (6)按进气状态不同，分为增压和非增压两类。

第1章

汽车发动机的基本知识

1.1.3 发动机基本结构与术语

1.发动机的基本结构 如图所示为单缸发动机 的基本结构，它由气缸10 10、 的基本结构，它由气缸10、 活塞8 连杆7 曲轴3 活塞8、连杆7、曲轴3、气缸 11、机体、凸轮轴16 16、 盖11、机体、凸轮轴16、进 气门25 排气门15 25、 15、 气门25、排气门15、气门弹 曲轴齿形带轮等组成。 簧、曲轴齿形带轮等组成。1- 油底壳 2- 机油 3- 曲轴 4- 曲轴同 连杆8 步带轮 5-同步带 6-曲轴箱 7-连杆8101112活塞 9-水套 10-气缸 11-气缸盖 121314排气管 13- 凸轮轴同步带轮 14- 摇臂 1516-凸轮轴17 高压线18 171815-排气门 16-凸轮轴17-高压线18-分 192021电器 19-空气滤清器 20-化油器 212223进 气 管 22- 点 火 开 关 23- 点 火 线 圈 2425262724-火花塞 25-进气门 26-蓄电池 2728飞轮 28-起动机

第1章

汽车发动机的基本知识

2.发动机的基本术语 . (1)工作循环 (2)上、下止点 (3)活塞行程 (4)气缸工作容积 (5)发动机排量 (6)燃烧室容积 (7)气缸总容积 (8)压缩比 (9)工况 (10)负荷率 10)

第1章

汽车发动机的基本知识

1.2 四冲程发动机的工作原理 1.2.1 四冲程汽油机工作原理汽油机是将空气与汽油以一定的 比例混合成良好的混合气， 比例混合成良好的混合气，在进气 行程被吸入气缸， 行程被吸入气缸，混合气经压缩点 火燃烧而产生热能， 火燃烧而产生热能，高温高压的气 体作用于活塞顶部， 体作用于活塞顶部，推动活塞作往 复直线运动，通过连杆、 复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮 机构对外输出机械能。 机构对外输出机械能。四冲程汽油 机在进气行程、压缩行程、 机在进气行程、压缩行程、做功行 程和排气行程内完成一个工作循环。 程和排气行程内完成一个工作循环。 1.进气行程(r- 曲线) 进气行程(r 1.进气行程(r-a曲线) 2.压缩行程(a- 曲线) 压缩行程(a 2.压缩行程(a-c曲线) 做功行程( 曲线) 3. 做功行程(c-Z-b曲

线) 4.排气行程(b- 曲线) 排气行程(b 4.排气行程(b-r曲线)

第1章

汽车发动机的基本知识

1.2.2 四冲程柴油机工作原理

a)进气行程；b)压缩行程； 做功行程；d)排气行程 a)进气行程；b)压缩行程；c) 做功行程；d)排气行程 进气行程 压缩行程 四冲程柴油机和汽油机一样，每个工作循环也是由进气行程、压缩行程、 四冲程柴油机和汽油机一样，每个工作循环也是由进气行程、压缩行程、 做功行程和排气行程组成；只是柴油机采用压缩终点自燃着火， 做功行程和排气行程组成；只是柴油机采用压缩终点自燃着火，其工作过程及 系统结构与汽油机有所不同 。

第1章

汽车发动机的基本知识

1.2.3 汽油机和柴油机的比较 汽油和柴油在蒸发性和流动性上的差别使得两种发动机的混合气形成方式不 除了缸内汽油直接喷射的汽油机外， 同。除了缸内汽油直接喷射的汽油机外，目前绝大部分汽油机的可燃混合气 是在气缸外部准备好的；而柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的。 是在气缸外部准备好的；而柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的。 两种发动机在可燃混合气着火方式上不同。 两种发动机在可燃混合气着火方式上不同。汽油机的可燃混合气由电火花强 制点火燃烧(点燃) 制点火燃烧(点燃),而柴油机的可燃混合气则在高温高压环境下自行着火燃 压燃) 烧(压燃)。 汽油机的压缩比受到汽油爆燃的限制，而柴油机压缩的是空气，压缩比比汽 汽油机的压缩比受到汽油爆燃的限制，而柴油机压缩的是空气， 油机高，热量利用率高，柴油机燃油消耗率低。汽油机具有质量轻、体积小、 油机高，热量利用率高，柴油机燃油消耗率低。汽油机具有质量轻、体积小、 升功率高、噪音小、起动性能好、制造和维修成本低等特点，在汽车上、 升功率高、噪音小、起动性能好、制造和维修成本低等特点，在汽车上、特 别在轿车上得到广泛应用。 20世纪70年代以来 世纪70年代以来， 别在轿车上得到广泛应用。自20世纪70年代以来，人们对环境污染和能源问 题的日益重视，低油耗、低排放(主要指CO、HC和CO2)的柴油机在各种货车 题的日益重视，低油耗、低排放(主要指CO、HC和CO2)的柴油机在各种货车 CO 和中型以上客车上得到愈来愈多的应用，并且在轿车上也有应用。 和中型以上客车上得到愈来愈多的应用，并且在轿车上也有应用。

第1章

汽车发动机的基本知识

1.3 发动机的总体构造与产品型号编制规则1.3.1 发动机的总体构造 发动机是一部由许多机构和系统 组成的复杂机器。 组成的复杂机器 。 发动机的类型各不 相同， 但其基本构造相似。 通常

, 相同 ， 但其基本构造相似 。 通常 ， 汽 油机由两大机构五大系统组成， 柴油 油机由两大机构五大系统组成 ， 机由两大机构四大系统组成 ( 无点火 系)。如图所示为四冲程汽油机的一般 构造 。l-火花塞 2-凸轮轴正时齿轮 3-气缸盖 4-气 缸垫 5-正时传动带 6-张紧机构 7-正时齿轮 水泵、 lO罩盖 8-水泵、发电机曲轴带轮 9-活塞 lO-连 杆总成 11-曲轴前端封油挡板 12-油底壳 13111213141516曲轴轴承盖 14-曲轴 15-油标尺 16-机油加 171819油口 17-气缸体 18-凸轮轴 19-凸轮轴轴承盖 2020-凸轮轴罩盖

第1章 1. 机体组

汽车发动机的基本知识

包括气缸盖3、气缸盖罩盖、气缸垫4、气缸体17及油底壳 及油底壳12等 包括气缸盖 、气缸盖罩盖、气缸垫 、气缸体 及油底壳 等。

2.曲柄连杆机构 曲柄连杆机构包括活塞9,连杆总成 ，曲轴14和飞轮等 和飞轮等。 包括活塞 ，连杆总成1O,曲轴 和飞轮等。

3.配气机构 .包括进气门、排气门、液力挺杆总成、凸轮轴 、凸轮轴正时齿轮2、曲轴正时齿轮、 包括进气门、排气门、液力挺杆总成、凸轮轴18、凸轮轴正时齿轮 、曲轴正时齿轮、正 时传动带5。 时传动带 。

4.燃料供给系统 燃料供给系统包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管、空气滤清器、喷油器(或化油器)、进气歧 包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管、空气滤清器、喷油器(或化油器)、进气歧 )、 管、排气歧管、排气消声器等。 排气歧管、排气消声器等。

5.点火系统 点火系统包括电源(蓄电池和发电机 、分电器、点火开关、点火线圈、火花塞等。 包括电源 蓄电池和发电机)、分电器、点火开关、点火线圈、火花塞等。 蓄电池和发电机

6.冷却系统 冷却系统包括水泵、散热器、风扇、节温器、水温表以及气缸体17和气缸盖 里铸出的水套等。 和气缸盖3里铸出的水套等 包括水泵、散热器、风扇、节温器、水温表以及气缸体 和气缸盖 里铸出的水套等。

7.润滑系统 润滑系统包括油底壳12、机油集滤器、机油泵、限压阀、润滑油道及油管、油温和油压传感器、 包括油底壳 、机油集滤器、机油泵、限压阀、润滑油道及油管、油温和油压传感器、 油温和油压表、油标尺15等 油温和油压表、油标尺 等。

8.起动系统 起动系统包括起动机、冷起动加热器及其附属装置。 包括起动机、冷起动加热器及其附属装置。

第1章

汽车发动机的基本知识

1.3.2 内燃机名称及型号编制规则为了便于内燃机的生产管理 和使用，我国于1991 1991年对内燃机 和使用，我国于1991年对内燃机 的名称和型号编制方法重新审定 颁布了国家标准(GB725 91)。 (GB725—91) 颁布了国家标准(G

B725 91)。 内燃机符号的排列顺序及符 号所代表的意义如图所示。 号所代表的意义如图所示。 举例: 举例: 1E65F—表示单缸，L型(气 1E65F 表示单缸， 表示单缸 缸布置形式，即直列) 二冲程， 缸布置形式，即直列),二冲程， 缸径65mm,风冷，通用型汽油机。 缸径65mm,风冷，通用型汽油机。 65mm CA6102—表示第一汽车制造 CA6102 表示第一汽车制造 厂制造，六缸， 四冲程， 厂制造，六缸，L型，四冲程， 缸径102mm 水冷，汽车用。 102mm, 缸径102mm,水冷，汽车用。

第1章

汽车发动机的基本知识

1.4 发动机的性能指标与特性发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点， 发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点 ， 并作为评价各类发动机性能 优劣的依据。发动机的性能指标主要有：动力性指标、经济性指标、环境指标、 优劣的依据。发动机的性能指标主要有：动力性指标、经济性指标、环境指标、 可靠性指标和耐久性指标。 可靠性指标和耐久性指标。

1.4.1 动力性指标1.有效转矩 1.有效转矩 发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作Te,单位为Nm。 发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作Te,单位为Nm。 Te Nm 2.有效功率 2.有效功率 发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作Pe 单位为kW Pe, kW。 发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作Pe,单位为kW。

Pe = Te

Tn 2π n × 10 3 = e 60 9550

式中：Te 有效转矩， 式中 Te——有效转矩，Nm; Te 有效转矩 Nm; n——曲轴转速，r/min。 曲轴转速， min。 曲轴转速

第1章

汽车发动机的基本知识

1.4.2 经济性指标发动机经济性指标一般用有效燃油消耗率表示。发动机每输出lkWh的有效功 发动机经济性指标一般用有效燃油消耗率表示。 发动机每输出lkWh的有效功 lkWh 所消耗的燃油量( 为单位)称为有效燃油消耗率，记作be 单位为g (kWh)。 be, 所消耗的燃油量(以g为单位)称为有效燃油消耗率，记作be,单位为g/(kWh)。 be可按下式计算： be可按下式计算： 可按下式计算

B be = ×103 Pe

式中： 发动机在单位时间内的耗油量， 可由试验测定； 式中：B——发动机在单位时间内的耗油量，kg/h,可由试验测定； 发动机在单位时间内的耗油量 kg/ Pe——发动机的有效功率，kW。 发动机的有效功率，kW。 Pe 发动机的有效功率

第1章

汽车发动机的基本知识

1.4.3 环境指标环境指标主要指发动机排气品质和噪声水平。由于它关系到人类的健康及其 环境指标主要指发动机排气品质和噪声水平。 赖以生存的环境，因此各国政府都制定出严格的控制法规， 赖以生存的环境，因此各国政

府都制定出严格的控制法规，以期削减发动机排气 和噪声对环境的污染。当前，排放指标和噪声水平已成为发动机的重要性能指标。 和噪声对环境的污染。当前，排放指标和噪声水平已成为发动机的重要性能指标。 噪声是指对人的健康造成不良影响及对学习、 噪声是指对人的健康造成不良影响及对学习、工作和休息等正常活动发生干 扰的声音。由于汽车是城市中的主要噪声源之一， 扰的声音。由于汽车是城市中的主要噪声源之一，而发动机又是汽车的主要噪声 因此控制发动机的噪声就显得十分重要。如我国的噪声标准( 18697— 源，因此控制发动机的噪声就显得十分重要。如我国的噪声标准(GB/T 18697

2002)中规定，轿车的噪声不得大于79dB(A)。 2002)中规定，轿车的噪声不得大于79dB(A)。 79dB(A) 排放指标主要是指从发动机油箱、 排放指标主要是指从发动机油箱、曲轴箱排出的气体和从气缸排出的废气中 所含的有害排放物的量。对汽油机来说主要是废气中的一氧化碳(CO) (CO)和碳氢化合 所含的有害排放物的量。对汽油机来说主要是废气中的一氧化碳(CO)和碳氢化合 含量；对柴油机来说主要是废气中的氮氧化物(NOx)和颗粒含量。 (NOx)和颗粒含量 物(HC) 含量；对柴油机来说主要是废气中的氮氧化物(NOx)和颗粒含量。通过发 动机台架试验，采用专门的测试设备，按有关标准制订的测试方法测得这些含量。 动机台架试验，采用专门的测试设备，按有关标准制订的测试方法测得这些含量。

第1章

汽车发动机的基本知识

1.4.4 可靠性和耐久性指标可靠性指标是表征发动机在规定的使用条件下，在规定的时间内， 可靠性指标是表征发动机在规定的使用条件下，在规定的时间内， 正常持续工作能力的指标。可靠性有多种评价方法，如首次故障行驶 正常持续工作能力的指标。可靠性有多种评价方法， 里程、平均故障间隔里程等。 里程、平均故障间隔里程等。 耐久性指标是指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限 时间。通常用发动机的大修里程， 时间。通常用发动机的大修里程，即发动机从出厂到第一次大修之间 汽车行驶的里程数来衡量。 汽车行驶的里程数来衡量。

1.4.5 发动机速度特性汽车发动机的工况能在很广泛的范围内变化。当发动机的工况( 汽车发动机的工况能在很广泛的范围内变化。当发动机的工况(即 功率和转速)发生变化时，其性能(包括动力性、经济性、 功率和转速)发生变化时，其性能(包括动力性、经济性、排放性和噪 声等)也随之改变。 声等)也随之改变。发动机性能指标随调整状况及运行工况而变化的关 系称为发

动机特性。 系称为发动机特性。利用特性曲线可以简单而又方便地评价发动机性 能。

第1章

汽车发动机的基本知识 发动机的有效功率Pe、 发动机的有效功率Pe、有效 Pe 转矩Te和有效燃油消耗率be Te和有效燃油消耗率be随发 转矩Te和有效燃油消耗率be随发 动机转速n 动机转速n的变化关系称为发动机 速度特性( 1.7)。 速度特性(图1.7)。发动机速度特 性通过实验测得， 性通过实验测得，节气门全开时 测得的速度特性称为外特性， 测得的速度特性称为外特性，节 气门部分开启时测得的速度特性 称为部分速度特性。 称为部分速度特性。 如图所示， 表示外特性， 如图所示，1表示外特性， 2、 分别表示节气门开度为75 75%、 3、4分别表示节气门开度为75%、 50%、25%的部分速度特性。 %、25 50%、25%的部分速度特性。 外特性曲线上的每一点都代 表在此转速下的最大功率及最大 转矩， 转矩，所以外特性是最重要的速 度特性。发动机的额定功率、 度特性。发动机的额定功率、额 定转矩的标定就是以外特性为依 据的。 据的。

第1章

汽车发动机的基本知识

发动机的工况通常以发动机功率与转速 或发动机负荷与转速来表示。 或发动机负荷与转速来表示。 在n=3500r/min时，若节气门全开，可 n=3500r min时 若节气门全开， 得到该转速下可能发出的最大功率为45kW。 45kW 得到该转速下可能发出的最大功率为45kW。 如果节气门开到Ⅱ 的位置， 如果节气门开到Ⅱ和Ⅲ的位置，在同样转速 下只能发出32kW 20kW的功率 32kW和 的功率。 下只能发出32kW和20kW的功率。a、b、c和d 四个工况下的负荷值： 四个工况下的负荷值： 工况a 工况a 工况b 工况b 工况c 工况c 工况d 工况d 负荷为零(称为发动机空转工况); 负荷为零(称为发动机空转工况) 负荷 =

20 ×100% = 44.4% 45

负荷 = 32 × 100% = 71.1% 45 负荷 = 45 × 100% = 100% 45

第1章

汽车发动机的基本知识

应当注意的是，不要把负荷和功率的概念相混淆。 应当注意的是，不要把负荷和功率的概念相混淆。如某一转速时 全负荷( 全负荷(如d点),并不意味着此时发动机的功率是最大。发动机的最大 并不意味着此时发动机的功率是最大。 功率，应当是工况e的功率。又如，在工况f 功率，应当是工况e的功率。又如，在工况f下，虽然功率比工况c小， 虽然功率比工况c 但却是全负荷。就是说，功率的大小并不代表负荷的大小。 但却是全负荷。就是说，功率的大小并不代表负荷的大小。

本章的教学要求： 本章的教学要求：1.了解发动机的发展历程； 了解发动机的发展历程； 了解发动机的发展历程 2.掌握发动机的分类和基本术语； 掌握

发动机的分类和基本术语； 掌握发动机的分类和基本术语 3.重点掌握四冲程发动机的工作原理； 重点掌握四冲程发动机的工作原理； 重点掌握四冲程发动机的工作原理 4.了解发动机的总体构造和国产发动 了解发动机的总体构造和国产发动 机编号规则； 机编号规则； 5.熟悉发动机的主要性能指标。 熟悉发动机的主要性能指标。 熟悉发动机的主要性能指标

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tcsj.html