第一章 发动机基本知识

1.1 汽车发动机的分类    2

1.2 汽车发动机的基本术语    7

1.3 发动机的基本工作原理    9

1.4 发动机的总体构造    13

1.5 发动机产品名称和型号编制规则    15

学习目标

汽车发动机，这里专指汽车用往复活塞式内燃机，其分类方法很多，按照不同的分类方法可以把发动机分成不同的类型。

1.1.1　按着火方式分类 

　　发动机根据所使用的燃料的不同，着火方式也不相同，具体可分为点燃式发动机（汽油机属于此类）和压燃式发动机（柴油机属于此类）。 （如图1-1-1）

1.1.2　按使用燃料分类 

　　发动机按照所使用的燃料的不同可分为汽油机、柴油机、煤气机、气体燃料发动机、多种燃料发动机等。 （如图1-1-2）

1.1.3　按冷却方式分类 

　　发动机按照冷却方式的不同可分为水冷发动机、风冷发动机、油冷发动机。水冷发动机利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却；风冷发动机利用流动于气缸体和气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却；油冷发动机利用油冷却气缸和气缸盖等零件。水冷发动机冷却均匀、工作可靠、冷却效果好，被广泛应用于现代车用发动机。 

1.1.4　按进气状态分类 

　　发动机按照进气状态可以分为增压式发动机和非增压式发动机。汽油机常采用非增压式，柴油机常采用增压式。 （如图1-1-4）

1.1.5　按燃料供给方式分类 

　　发动机按燃料供给方式可分为化油器式发动机、汽油喷射式发动机、直接喷射式柴油机等。

1.1.6　按冲程分类

　　发动机按照完成一个工作循环所需的行程数，可分为四冲程发动机和二冲程发动机。曲轴旋转两圈( 720°)，活塞上下往复四次，经过四个行程，完成一个工作循环的发动机，称为四冲程发动机。曲轴旋转一圈(360°)，活塞上下往复两次，经过两个行程，完成一个工作循环的发动机，称为二冲程发动机。汽车发动机广泛采用的是四冲程发动机。 （如图1-1-5）

1.1.7　按气缸数及布置分类 

　　发动机按照气缸数及布置的不同可分为单缸发动机、多缸发动机（如图1-1-6）、直列式发动机、对置式发动机、 V 型式发动机、斜置式发动机、卧式发动机、星形发动机等。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸、十二缸发动机。直列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的。若为了降低高度，有时把气缸布置成倾斜的（斜置式发动机），甚至水平的（卧式发动机）。具有两列气缸，两列之间的夹角小于 180°（一般为 90°）的发动机，称为 V 型式发动机，两列之间的夹角等于 180°时称为对置式发动机。（如图1-1-7）

图 1-1-6

图 1-1-7

1.2 汽车发动机的基本术语

    图1-2-1 为发动机示意图，描述发动机的基本术语如下(图1-2-2)：

图 1-2-1

图 1-2-2

工作循环　包括进气、压缩、膨胀和排气等过程的周而复始的循环。即发动机完成进气、压缩、膨胀和排气四个过程叫做一个工作循环。 

　　上止点 TDC 　活塞顶面离曲轴中心线最远时的止点。通常即活塞的最高位置。 

　　下止点 BDC 　活塞顶面离曲轴中心线最近时的止点。通常即活塞的最低位置。

　　活塞行程（ S ）　活塞运行的上、下两个止点之间的距离。

　　曲柄半径（ R ）　从曲轴主轴颈中心线到连杆轴颈中心线的垂直距离。

　　气缸工作容积（活塞排量 Vs ）　一个气缸中活塞运动一个行程所扫过的容积。即活塞面积与行程的乘积。 

　　发动机工作容积（发动机排量 Vst ）　一台发动机全部气缸工作容积的总和。

　　气缸余隙容积（燃烧室总容积、压缩室容积 Vce ）　活塞在上止点时的气缸容积。活塞顶上面空间叫做燃烧室，它的容积叫做燃烧室总容积。它是气缸的最小容积。 

　　气缸最大容积（ Va ）　活塞在下止点时气缸的容积。它是气缸工作容积和燃烧室总容积之和。

　　压缩比（ε）　气缸最大容积和燃烧室总容积的比值。 

　　负荷率　内燃机在某一转速下的功率与该转速下所能发出的最大功率之比，以百分数表示。

　　工况　指内燃机在某一时刻所处的工作状况，一般用功率和曲轴转速来表示，也可用负荷与转速来表示。

1.3 发动机的基本工作原理

1.3.1 四冲程汽油机的工作原理 

　　四冲程汽油机的工作循环包括进气、压缩、作功、排气四个行程。

　　( 1 ) 进气行程

　　活塞由曲轴带动由上止点向下止点运动，此时排气门关闭，进气门开启，如图1-3-1a 所示，由于活塞下移，气缸内容积逐渐增大，形成一定的真空度，于是经燃料供给系形成的可燃混合气，通过进气门被吸入气缸。活塞到达下止点时，进气门关闭，进气停止。进气行程结束时，由于进气过程中燃料供给系、进气管、进气门等处都存在进气阻力，此时气缸内压力略低于大气压，约为 75 ～ 90kPa ；由于气缸壁、活塞等高温件及上一循环残留高温废气的加热，气体温度约为 370 ～ 440K 。

图1-3-1a            图1-3-1b              图1-3-1c        图1-3-1d

　　( 2 ) 压缩行程 

　　进气行程结束时，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动，如图1-3-1b 所示，气缸内容积逐渐减小，由于进、排气门均关闭，可燃混合气被压缩，活塞到达上止点时，压缩结束。在压缩过程中，气体压力和温度同时升高，并进一步均匀混合，压缩终了时，气缸内压力约为 600 ～ 1500kPa ，温度约为 600 ～ 800K ，远高于汽油的点燃温度（约 263K ），因而很易被点燃。 

　　( 3 ) 作功行程 

　　在压缩行程末，如图1-3-1c 所示，火花塞产生电火花点燃混合气，并迅速燃烧，使气体温度、压力迅速升高并膨胀，从而推动活塞由上止点向下止点运动，再通过连杆驱动曲轴转动作功，活塞到达下止点时作功结束。在作功过程中，初始阶段气缸内气体压力和温度急剧上升，瞬时压力可达 3 ～ 5MPa ，瞬时温度可达 2200 ～ 2800K 。随着活塞的下移，压力、温度下降，作功行程终了时压力约为 300 ～ 500kPa ，温度约为 1500 ～ 1700K 。 

　　( 4 ) 排气行程 

　　在作功行程结束时，排气门打开，如图1-3-1d 所示，曲轴通过连杆推动活塞由下止点向上止点运动，废气在自身剩余压力和活塞的推力作用下，排出气缸。活塞到达上止点时，排气门关闭，排气结束。排气终了时，由于燃烧室容积的存在，气缸内还存有少量废气，气体压力因排气门和排气管的阻力而略高于大气压，此时压力约为 105 ～ 125kPa ，温度约为 900 ～ 1200K 。排出废气是为了下一个工作循环再吸入新鲜空气。排气行程结束时，排气门关闭，同时进气门开启，又开始了下一个工作循环。排气过程和进气过程又合称为换气过程 。 

1.3.2 四冲程柴油机的工作原理 

　　四冲程柴油机和四冲程汽油机一样，每个工作循环也包括进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油和汽油的性质不同，使可燃混合气的形成、着火方式等，与汽油机有很大区别。

　　( 1 ) 进气行程 

　　它不同于汽油机的是进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。由于进气阻力比汽油机小，上一行程残留的废气温度比较低等原因，进气终了时的压力和温度与汽油机略有不同，压力约为 80 ～ 95kPa ，温度约为 320 ～ 350K 。

　　( 2 ) 压缩行程 

　　不同于汽油机的是压缩的是纯空气，且由于柴油机压缩比较大，压缩终了时的温度和压力都比汽油机高，压力可达 3 ～ 5MPa ，温度可达 800 ～ 1000K 。

　　( 3 ) 作功行程 

　　此行程与汽油机有很大不同，压缩行程末了，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温空气中，迅速汽化并与空气形成混合气，因为此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度（约 500K 左右），柴油便立即自行着火燃烧，且此后一段时间内边喷射边混合边燃烧，气缸内压力、温度急剧升高，推动活塞下行作功。瞬时压力可达 5 ～ 10MPa ，瞬时温度可达 1800 ～ 2200K 。随着活塞的下移，压力、温度下降，作功行程终了时压力约为 200 ～ 400kPa ，温度约为 1200 ～ 1500K 。

　　( 4 ) 排气行程 

　　与汽油机排气行程基本相同，排气终了时气缸内压力约为 105 ～ 125kPa ，温度约为 800 ～ 1000K 。 

1.3.3 二冲程汽油机的工作原理 

　　二冲程发动机的工作循环也包括进气、压缩、作功、排气四个过程，但它是在活塞往复两个行程内完成的。工作循环（图1-3-3 ）如下。 

　　第一行程：在曲轴的旋转带动下，活塞由下止点向上止点运动，当活塞上行至关闭换气孔和排气孔时，已进入气缸内的新鲜空气开始被压缩，直至活塞到达上止点，压缩行程结束。由于活塞上行，其下方即曲轴箱内形成一定的真空度，当进气孔开启时，燃油供给系供给的可燃混合气在真空度的作用下，被吸入曲轴箱内。 

　　第二冲程：当活塞接近上止点时，火花塞产生电火花，点燃混合气，混合气燃烧后膨胀作功，推动活塞从上止点向下止点运动作功。当活塞下行到关闭进气孔后，活塞下方曲轴箱内的可燃混合气被预压。当活塞下行至排气孔开启时，部分燃烧后的废气靠自身压力经排气孔排出，紧接着换气孔开启，曲轴箱内预压的可燃混合气经换气孔进入气缸，并扫除气缸内的废气，这一过程称为换气过程，它一直延续到下一行程活塞再上行到关闭换气孔和排气孔时为止。

　　由上可知，第一行程活塞上方进行换气、压缩，活塞下方进气；第二冲程活塞上方进行作功、换气，活塞下方预压缩。换气过程纵跨两个行程。

1.4 发动机的总体构造

发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器无论是汽油机还是柴油机，无论是四冲程还是二冲程发动机，无论是单缸还是多缸发动机，要完成能量转换，实现工作循环，保持长时间连续正常工作，一般应具备下列机构和系统（柴油机无点火系统）：

　　曲柄连杆机构

　　曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内做直线运动，通过连杆转换为曲轴的旋转运动，并向外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放的能量又把曲轴的旋转运动转换成活塞的直线运动。

　　配气机构 

　　配气机构的功能是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，由气门组和气门传动组组成)。

　　燃油供给系统 

　　汽油机燃油供给系统的功能是根据发动机的要求，配置出一定数量和浓度的可燃混合气，均匀的分配到各个气缸中，并汇集各个气缸燃烧后的废气，从排气消声器排出。柴油机燃油供给系统的功能是把柴油和空气分别均匀的分配到各个气缸中，在燃烧室内形成混合气并燃烧，然后汇集各个气缸燃烧后的废气，从排气消声器排出。

　　润滑系统 

　　润滑系的功能是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损，并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系统由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。

　　冷却系统 

　　冷却系的功能是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。

　　点火系统

　　在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。点火系统的功能是定时在火花塞电极间产生电火花，点燃气缸内的可燃混合气。点火系通常由蓄电池、发电机、点火线圈、分电器、火花塞等组成。

　　起动系统 

　　要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞做往复运动，同时使气缸内的可燃混合气燃烧作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系统)。

　　桑塔纳 JV1.8 发动机总体构造

　　该机装有 Keihin 化油器，无触点霍尔传感式晶体管点火，凸轮轴顶置，直接驱动液力挺杆，采用正时齿轮带传动配气机构。 

1.5 发动机产品名称和型号编制规则

为了便于发动机的生产管理和使用，国家标准 (GB725 — 82) 中对发动机的名称和型号编制方法作了统一规定，该标准的主要内容如下：

　　 发动机产品名称均按所采用的燃料命名，例如柴油机、汽油机、煤气机、沼气机、双 ( 多种 ) 燃料发动机等。

　 　发动机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。

发动机型号包括以下四部分：

　( 1 )首部： 为产品系列符号和 ( 或 ) 换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门或由部门主管标准化机构核准。

　( 2 )中部： 由缸数符号、行程符号、气缸排列形式符号和缸径符号组成。

　( 3 )后部： 结构特征和用途特征号，以字母表示。 

　( 4 )尾部： 区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当的符号表示。

发动机型号的排列顺序及符号所代表的意义规定如 图1-5-1 所示：

型号编制示例 

柴油机： 

　165F —表示单缸，四冲程，缸径 65mm ，风冷。 

　R175 —表示单缸，四冲程，缸径 75mm ，水冷，通用型 ( 这里取 R 表示 175 的换代标志符号 ) 。 

　R175ND —表示单缸，四冲程，缸径 75mm ，凝气冷却，发电用 (R 含义同上 ) 。 

　X4105 —表示四缸，四冲程，缸径 105mm ，水冷 ( 这里取 X 表示系列代号 ) 。 

　495T —表示四缸，四冲程，缸径 95mm ，水冷，拖拉机用。 

　12V135ZG —表示 12 缸， V 型，四冲程，缸径 135mm ，水冷，增压，工程机械用。 

　6E135C —表示 6 缸，二冲程，缸径 135mm ，水冷，船用 ( 或右机 ) 。

汽油机： 

　1E65F —表示单缸，二冲程，缸径 65mm ，风冷，通用型。

　6100Q —表示六缸，四冲程，缸径 100mm ，水冷，汽车用。