发布于 10-16 10:53:32
汽车发动机最主要的常用术语如下。
（1）工作循环 由进气、压缩、做功和排气四个工作过程组成的封闭过程。
（2）上止点 活塞顶在气缸内所能到达的最高位置叫上止点，这一位置也是活塞顶距曲轴中心线最远的位置。
（3）下止点 活塞顶在气缸内所能到达的最低位置叫下止点，这一位置也是活塞顶距曲轴中心线最近的位置。
（4）活塞行程S 活塞从上止点到下止点或从下止点到上止点的距离称为活塞行程。
（5）曲柄半径R 曲柄半径是指与连杆大端相连的曲柄销的中心线到曲轴回转中心线的距离。显然，曲轴每转一周，活塞移动两个行程，即S=2R。
（6）气缸工作容积Vh 在同一个气缸内，活塞从上止点到下止点或从下止点到上止点所留出的容积，称为气缸工作容积。
（7）燃烧室容积Vc 活塞顶上方的空间称为燃烧室，燃烧室的容积被称为燃烧室容积。
（8）发动机气缸总容积Va 活塞位于下止点时活塞顶上方的全部空间称为气缸总容积，气缸总容积等于燃烧室容积与气缸工作容积之和，即Va=Vc+Vh。
（9）内燃机排量VL 内燃机所有气缸工作容积的总和称为内燃机排量。
（10）发动机工作容积 同一台发动机的全部气缸工作容积的总和叫发动机工作容积，发动机工作容积又称为发动机排量。
（11）压缩比ε 气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比，压缩比表示气缸内气体被压缩后缩小的倍数，压缩比=气缸总容积/燃烧室容积。适当提高发动机的压缩比，可以收到提高发动机的经济性和动力性的效果。在一般情况下，汽油发动机的压缩比是8～10，柴油发动机的压缩比是18～23。
（12）工况 内燃机在某一时刻的运行状况称为工况。
（13）负荷率 内燃机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值称为负荷率。
发动机是汽车的动力装置，它可将燃料的化学能转变为热能，进而转变为机械能，推动汽车的行驶。
按使用燃料的水同，发动机分为汽油发动机、柴油发动机以及液化石油气发动机。按工作方式分有二冲程发动机和四冲程发动机两种，一般发动机为四冲程发动机。四冲程发动机的工作过程：活塞往复四个行程完成一个工作循环，包括进气、压缩、做功、排气四个过程。四冲程柴油发动机和汽油发动机一样经历进气、压缩、做功、排气的过程，但与汽油发动机的不同之处在于：汽油发动机采用点燃方式，柴油发动机采用压燃方式。近年来，随着高能蓄电池的采用，已出现了电动汽车。
汽车发动机结构复杂，不同类型或同类型的发动机在结构上都会存在差别，但是不管何种类型的汽油发动机和柴油发动机，其总体结构都比较相似，如图2-13所示。发动机的作用是使供入其中的燃料燃烧而发出动力。大多数汽车都采用往复活塞式内燃机，它一般是由机体、曲柄连杆机构、配气机构、供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统（汽油发动机采用）、启动系统等部分组成。
图2-13 发动机的基本结构
1.机体与曲轴连杆机构
机体和曲轴连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成，如图2-14所示。机体组包括气缸盖、气缸垫、气缸体、油底壳等零部件。活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等零部件。曲轴飞轮组包括曲轴、飞轮、皮带轮、正时齿轮等零部件。
图2-14 机体与曲轴连杆机构
机体是发动机安装各零部件的基础。曲柄连杆机构是往复活塞式发动机将热能转换为机械能的主要机构，其功用是将燃气作用在活塞顶上的压力转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。
发动机工作过程中，燃料燃烧产生的气体压力直接作用在活塞顶上，推动活塞做往复直线运动。活塞作用力经活塞销、连杆和曲轴，将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动。
发动机产生的动力大部分由曲轴后端的飞轮传给底盘的传动系统，再经过传动系传给汽车的驱动轮；还有一部分动力通过曲轴前端的齿轮和带轮驱动发动机自身的其他机构及系统。
2.配气机构
配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，如图2-15所示。气门组包括气门（进气门、排气门）、气门弹簧、气门座、气门导管等零部件。气门传动组包括凸轮轴、正时带轮（或齿轮、链轮）、正时皮带（或正时链条）、气门挺柱等零部件。
图2-15 配气机构的传动原理图
配气机构的功用是按照发动机各缸的工作循环和做功次序，定时将气缸的进、排气门开启和关闭，以便使新鲜的可燃性混合气（汽油机）或空气（柴油机）及时进入气缸，废气及时排出。
发动机工作过程中，凸轮轴正时带轮在正时皮带的驱动下，与曲轴正时带轮按照1∶2的转速比同步旋转，并通过凸轮轴、气门挺柱驱动气门组件，根据凸轮轴上凸轮的不同分布形式，适时、准确地打开和关闭进、排气门，达到气缸内气体顺利换气的目的。
3.燃料系统
燃料系统的功用是根据发动机各种工况的不同要求，将一定数量的燃油送入发动机进气管或气缸中，以形成适当浓度的可燃混合气。
在20世纪80年代以前，汽油发动机基本上是采用化油器式燃料系统，其主要部件有汽油泵、化油器等，如图2-16所示。汽油泵把油箱中的燃油泵入到化油器中，化油器安装在进气管的节气门体上，利用发动机进气气流在流经化油器时产生的真空吸力，将燃油吸入到进气歧管中，与空气混合，形成可燃性混合气，进入气缸燃烧。
图2-16 化油器式燃料系
现代汽油机燃料系统已实现了由化油器技术向电控燃油喷射技术的转变，电控燃油喷射式燃料系统的主要部件有电动汽油泵、喷油器等，如图2-17所示。电动汽油泵把油箱中的燃油泵入到燃油管中，并产生一定的油压。喷油器在发动机电脑的控制下喷油，将适量的燃油喷入到进气歧管内，与空气混合形成可燃的混合气，进入气缸燃烧。
图2-17 电控燃油喷射工燃料系统
4.汽油机点火系统
汽油机是点燃式发动机，点火系统的功用就是在适当的时刻让气缸内火花塞产生电火花，以点燃缸内的可燃混合气。点火系统主要由蓄电池、点火开关、点火线圈、分电器、火花塞、点火器和相关高压导线等零部件组成，如图2-18所示。
图2-18 点火系统的组成
点火系统的工作过程是，在点火开关打开的状态下，蓄电池的电源通过点火器（点火模块）控制点火线圈初级绕组的导通和截止，使点火线圈内部的次级绕组在线圈互感的作用下产生高电压，经过分电器将高电压传给火花塞，使火花塞产生电火花。
5.冷却系统
冷却系统的功用是利用冷却液冷却高温零件，并通过散热器将热量散发到大气中去，从而保证发动机在正常的温度状态下工作。
冷却系统主要由水泵、节温器、散热器、冷却风扇和相关的冷却软管所组成，如图2-19所示。
图2-19 冷却系统的组成
冷却系统的工作过程是，在发动机的驱动下，水泵不断地把散热器内的冷却液泵入到发动机缸体的冷却水套中，对发动机缸体进行冷却，再让冷却液流入散热器，通过风扇把热量散发到大气中。节温器的作用是控制冷却水的循环流量，以调节发动机在冷车和热车状态下的冷却强度。
6.润滑系统
润滑系统的功用是将润滑油分送至发动机的各个摩擦零件的摩擦表面上，以减小摩擦力，减缓机件磨损，并清洗、冷却摩擦表面，从而延长发动机使用寿命。
润滑系统主要由滤清器、机油泵和相关的油道等组成，如图2-20所示。有的发动机润滑系统还有机油冷却器等对机油进行冷却的装置。
图2-20 润滑系统
润滑系统的工作过程是，机油泵在发动机的驱动下，将油底壳里面的机油泵出，经过机油滤清器过滤后进入发动机润滑油道中，并通过油道传输到发动机需要润滑的各部件的运动表面进行润滑，最后流回油底壳，有的发动机还让部分机油经过机油冷却器进行冷却，以降低机油的温度，提高机油的使用寿命。
7.启动系统
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，使发动机完成进气、压缩、点火、做功的全过程，直到发动机能自行运转。启动系统的功用就是在发动机启动时，给发动机提供一个使之转动的外力。
启动系统主要由启动开关、起动机、蓄电池、启动继电器等组成，如图2-21所示。驾驶员在启动发动机时，转动启动开关使起动机运转，起动机通过飞轮带动发动机曲轴转动，使发动机顺利启动。
图2-21 启动系统
1.四冲程汽油发动机的工作原理
四行程汽油发动机是指活塞在气缸内往复四个行程完成一个工作循环的发动机，每个工作循环中活塞的四个行程分别为进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程（图2-22）。在此过程中，发动机的曲轴旋转两周，进、排气门各开闭1次。
图2-22 四冲程汽油发动机的工作循环
（1）进气行程 活塞从上止点向下止点运动，排气门关闭，进气门打开。进气过程开始，活塞下移，气缸内容积增大，压力减小，当压力低于大气压时，在气缸内产生真空吸力，空气和汽油的混合气体通过进气门进入气缸，在气缸内进一步形成混合气。
（2）压缩行程 曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，气缸内成为封闭容积，可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高，当活塞到达上止点时，压缩行结束。
（3）做功行程 当活塞位于压缩行程接近上止点位置时，火花塞产生电火花，点燃可燃混合气，可燃混合气燃烧后放出大量的热，使气缸内气体温度和压力急剧升高，高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆、曲柄使曲轴旋转并输出机械功。
（4）排气行程 当做功接近终了时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的压力先进行自由排气，活塞到达下止点再向上止点运动时，继续把废气强制排出到大气中，活塞越过上止点后，排气门关闭，排气行程结束。
2.四冲程柴油发动机的工作原理
四冲程柴油发动机和四冲程汽油发动机的工作过程相同，每一个工作循环同样包括进气、压缩、做功和排气四个行程（图2-23），但由于柴油机使用的燃料是柴油，柴油黏度大，不易蒸发，自燃温度低，故柴油发动机可燃混合气的着火方式是压燃式。
图2-23 四冲程柴油发动机的工作循环
四冲程柴油发动机在进气行程和压缩行程中气缸里都是纯空气而不是可燃混合气，在压缩行程接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，柴油和空气在气缸内形成可燃混合气并着火燃烧。
3.二冲程汽油发动机的工作原理
二冲程汽油发动机的工作循环也包括进气、压缩、做功和排气四个过程，只不过这些过程的完成仅仅需要活塞两个行程即曲轴旋转360°。二冲程汽油发动机的工作循环，其进、排气均由活塞来控制，没有气门机构，如图2-24所示。
图2-24 二冲程汽油发动机的工作循环
（1）第一行程 在曲轴的带动下，活塞由下止点向上止点运动，当活塞将换气孔、排气孔和进气孔都关闭时[图2-24（a）]，活塞开始压缩进入气缸的混合气，同时在活塞的下方形成一定的真空度，因此当进气孔开启时[图2-24（b）]，化油器供应的混合气被吸入缸内，直至活塞到达上止点，完成压缩和进气行程。
（2）第二行程 当活塞接近上止点时[图2-24（c）]，火花塞产生电火花，点燃混合气后形成的高温、高压气体，推动活塞向下止点运动做功。当活塞下行到关闭进气孔后下方曲轴箱内的可燃混合气被预压。当活塞下行到排气孔开启时[图2-24（d）]，废气在压力作用下经排气孔排出，紧接着换气孔开启，曲轴箱内预压的混合气经换气孔进入气缸，气缸内废气被排出，这一过程为做功和排气行程。二冲程汽油发动机的活塞顶一般做成特殊形状，使混合气沿一定方向流向气缸上腔，这样既可以利用混合气驱除废气，又可以避免新鲜混合气中过多地混入废气。但是，要完全避免混合气随废气排出是不可能的。
4.二冲程柴油发动机的工作原理
二冲程柴油发动机的工作循环与二冲程汽油发动机的工作循环也有很多相似之处，所不同的主要是进入气缸的不是可燃混合气，而是空气。如图2-25所示为带有扫气泵的二冲程柴油发动机的工作循环。新鲜空气由扫气泵提高压力（为120～140kPa）后经气缸外部空气室和缸壁进气孔进入气缸内，而废气由缸盖上的排气门排出。
图2-25 带有扫气泵的二冲程柴油发动机的工作循环
（1）第一行程 活塞自下止点向上止点移动。行程开始前，进气孔和排气门均开启，提高压力后的空气进入气缸进行换气[图2-25（a）]。当活塞继续上移，进气孔被关闭，继而排气阀也关闭，空气被压缩[图2-25（b）]。
（2）第二行程 当活塞接近上止点时，喷油器向缸内喷入雾状柴油并自行燃烧[图2-25（c）]，燃烧的高温、高压气体推动活塞下行做功。活塞下行约2/3行程时，排气门开启，废气靠自身压力排出气缸[图2-25（d）]。此后进气孔开启，进行换气。
从以上叙述中可以看出，二冲程发动机具有以下特点：完成一个工作循环，二冲程发动机曲轴只转一周，而四冲程发动机要转两周。因此，当发动机工作容积、压缩比和转速相等时，从理论上讲，二冲程发动机的功率应是四冲程发机的2倍，但实际上只有1.5～1.6倍。这是由二冲程发动机难以将废气排净，以及可燃混合气随废气排出等问题所致。因此，二冲程汽油发动机排量不大，一般用于摩托车或小型机动船上。
1.汽油发动机与柴油发动机工作的异同
汽油发动机和柴油发动机所使用的燃料分别为汽油及柴油。汽油蒸发性好，易挥发，自燃温度较高，为220～47l℃，热值为44400kJ/kg，对汽油的使用存在抗爆性要求。柴油的蒸发性相对较差，挥发性比较差，雾化效果受到黏度的影响，其自燃温度较低，约为240℃，热值为40190kJ/kg，对柴油的使用存在凝点要求。由于燃料性质的区别，汽油发动机和柴油发动机的结构也存在一些区别，见表2-1。
表2-1 汽油发动机比较与柴油发动机
2.四冲程汽油发动机和柴油发动机的区别
（1）可燃混合气的形成和点燃方法不同 汽油发动机的可燃混合气是在化油器中形成后，再进入气缸，于压缩冲程终了被电火花点燃，柴油发动机先进入气缸的是纯空气，只是压缩冲程终了时，柴油才通过喷油装置呈雾状喷入气缸，与空气混合形成可燃混合气，并在高温下自行燃烧。
（2）压缩比不同 柴油发动机可燃混合气的点燃依靠压缩后的高温，压缩比要比汽油发动机高。
