发动机基本知识.docx

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发动机基本知识

12、发动机基本知识

（1）发动机的分类和基本构造:

1分类

内燃机的分类方法很多，按照不同的分类方法可以把内燃机分成不同的类型，下面让我们来看看内燃机是怎样分类的。

（1）按照所用燃料分类

内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油

机和柴油机（图1-1）。

使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油机为燃料的内燃机称

为柴油机。

汽油机与柴油机比较各有特点；汽

油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制图1-1

造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好

（2）按照行程分类

内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数

可分为四行程内燃机和二行程内燃机（图1-2）。

把曲轴转两圈（720°），活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转一圈

图1-2

（360°），活塞在气缸内上下往复运动两个行

程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内

燃机。

汽车发动机广泛使用四行程内燃机。

（3）按照冷却方式分类

内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动

机和风冷发动机（图1-3）。

水冷发动机是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的；而风冷发动机丙

图1-3

是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片

之间的空气作为冷却介质进行冷却的。

水冷发

动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机

（4）

按照气缸数目分类

内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动

机和多缸发动机（图1-4）。

仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。

如双缸、三缸、四缸、五

缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。

图1-4

现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。

（5）按照气缸排列方式分类

内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列

式和双列式（图1-5）。

单列式发动机的各个气高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平

的；双列式发动机把气缸排成两列，两列之间

图1-6

的夹角＜180°（—般为90°）称为V型发动机，若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。

（6）按照进气系统是否采用增压方式分类

内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以

分为自然吸气（非增压）式发动机和强制进气

（增压式）发动机（图1-6）o汽油机常采用自然吸

气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。

2基本构造

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；无论是四行程发动机，还是二行程发动

机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。

要完成能量转换，

实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。

⑴曲柄连杆机构（图1-7）

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作直线运动，通过连

杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。

而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。

图1-7

⑵配气机构（图1-8）配气机构的功用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，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气

图1-8

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，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。

（3）燃料供给系统（图1-9）

汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要

求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气

缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中

去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃

烧，最后将燃烧后的废气排出。

润滑系的功用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

图1-9

摩擦阻力，减轻机件的磨损。

并对零件表面进

行清洗和冷却。

润滑系通常由润滑油道、机油

图1-10

泵、机油滤清器和一些阀门等组成

图1-13

⑺起动系统（图1-13）

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，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，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。

汽油机由以上两大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成，柴油机是压燃的，不需要点火系。

3发动机常用术语

常用术语及释义:

上止点：

活塞在气缸里做往复直线运动时，当活塞向上运动到最高位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置，称为上止点。

下止点：

活塞在气缸里做往复直线运动时，当活塞向下运动到最低位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为下止点。

活塞行程：

活塞从一个止点运动到另一止点的距离，即上、

下止点之间的距离称为活塞行程。

一般用s表示，对应一个

活塞行程，曲轴旋180°。

曲柄半径：

曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄

半径，一般用R表示。

通常活塞行程为曲柄半径的2倍，即

s=2R。

气缸工作容积：

活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为气缸工作容积。

燃烧室容积：

活塞位于上止点时，其顶部与气缸盖之间的容积称为燃烧室容积。

气缸总容积：

活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积。

气缸总容积就是气缸工作容积和燃烧室

容积之和发动机排量：

多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动

机排量。

压缩比：

压缩比是发动机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度，它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。

通常汽油机的压缩比为6—10，柴油机的压缩比较高，一般

为16—22。

工作循环：

每一个工作循环包括进气、压缩、做功和排气过

程，即完成进气、压缩、做功和排气4个过程叫一个工作循

环。

发动机的编号规则

为了便于内燃机的生产管理和使用，国家标准（GB725—82）

《内燃机产品名称和型号编制规则》中对内燃机的名称和型

号作了统一规定。

内燃机的名称和型号

内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、

柴油机、煤气机等。

内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。

内燃机型号由以下四部分组成：

.首部：

为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。

.中部：

由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。

后部：

结构特征和用途特征符号，以字母表示。

.尾部：

区分符号。

同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。

内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义规定如下：

型号编制举例

（1）汽油机

1E65F：

表示单缸，二行程，缸径65mm，风

冷通用型

4100Q：

表示四缸，四行程，缸径100mm，

水冷车用

4100Q-4：

表示四缸，四行程，缸径100mm，

水冷车用，第四种变型产品

CA6102：

表示六缸，四行程，缸径102mm，

水冷通用型，CA表示系列符号

8V100：

表示八缸，四行程、缸径100mm，V

型，水冷通用型

TJ376Q：

表示三缸，四行程，缸径76mm，水

冷车用，TJ表示系列符号

CA488：

表示四缸，四行程，缸径88mm，水

冷通用型，CA表示系列符号

（2）柴油机

195：

表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通

用型

165F：

表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷

通用型

水冷

495Q：

表示四缸，四行程，缸径95mm，车用

水冷

6135Q：

表示六缸，四行程，缸径135mm，

车用

水冷

X4105：

表示四缸，四行程，缸径105mm，通用型，X表示系列代号

四行程柴油机的工作原理

四行程柴油机（图1）和四行程汽油机的工作过程相同，每一个工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气四个行程，但由于柴油机使用的燃料是柴油，柴油与汽油有较大的差别，柴油粘度大，不易蒸发，自燃温度低，故可燃混合气的形成，着火方式，燃烧过程以及气体温度压力的变化都和汽油机不同，下面主要分析一下柴油机和汽油机在工作过程中

的不同

点。

四行程柴油机在进气行程中所不同的是柴油机吸入气缸的是纯空气而不是可燃混合气，在进气通道中没有化油器，进气阻力小，进气终了时气体压力略高于汽油机而气体温度略低于汽油机。

进气终了时气体压力约为0.0785〜

0.0932MPa，气体温度约为300〜370K。

压缩行程压缩的也是纯空气，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。

柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多（一般为16〜22），压缩终了时气体温度和压力都比汽油机高，大大超过了柴油机的自燃温度。

压缩终了时，气体压力约为3.5〜4.5MPa，气体温度约为750〜1000K,柴油机是压缩后自燃着火的，不需要点火，故柴油机又称为压燃机。

柴油喷入气缸后，在很短的时间内与空气混合后便立即着火燃烧，柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的，而不象汽油机那样，混合气主要是在气缸外部的化油器中形成的。

柴油机燃烧过程中气缸内出现的最高压力要比汽油机高得多，可高达6〜9MPa，最高温度也可高达2000〜2500K。

作功终了时，气体压力约为0.2〜0.4MPa，气体温度约为1200〜1500K。

柴油机的排气行程和汽油机一样，废气同样经排气管排入到大气中去，排气终了时，气缸内气体压力约为0.105〜0.125MPa，气体温度约为800〜1000K。

柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较好。

但它的主要缺点是转速低，质量大，噪声大，振动大，制造和维修

费用高。

在其发展过程中，柴油机不断发扬其优点，克服缺点，提高速度，有望得到更广泛地应用。

④三大偶件

什么是三大偶件

柱塞副、出油阀和喷油嘴偶件是柴油机的三大精密偶件。

其技巧状态直接影响柴油机的动力性和经济性。

维持三大精密偶件始终处于良好的技巧状态，是应用保养的一项首要内容。

三大精密偶件的正常应用寿命一般为2500h以上。

但据调查，应用寿命超过1500h者了了无几，一般多在500h左右，有的甚至只应用几十小时。

除制造质量和保管欠妥帖原因之外，以乱拆乱卸、清洗不当、应用劣质燃油等造成三大偶件毁坏的原因为多见。

燃油质量低劣或用油不清洁应用劣质燃油（煤油和机油、柴油混杂油等），其润滑性能、密封性能以及粘度不能满足应用要求，均会引起喷油泵泵油压力不足、磨损加剧和喷油嘴积炭等故障。

此外，燃油未经净化处理，应用的加油工具不清洁、燃油滤清装置毁坏，密封圈漏装、错装或毁坏，拆除滤芯，以使油路“畅通”等差错做法，都会使三大精密偶件应用寿命缩短。

三大偶件的作用

1、喷油泵柱塞偶件作用为调节外套改变油量，把低压

柴油升压。

2、出油阀偶件作用为使高压油管内柴油保持一

定压力，防止柴油倒流，促使柱塞偶件柴油升压后和喷油后

对油路的影响，减小波动。

3、喷油嘴偶件作用为及时地开

启或关闭向气缸内喷入柴油或停止喷入，促使柴油按柴油机要求雾化。

这三个偶件也是柴油机加工最精密的部件。

喷油嘴偶件

喷油中将燃油雾化，并分布在燃烧室内与空气混合的部

件。

它主要由喷油嘴和喷油器体组成。

它在缸盖上的安装位

置与角度取决于燃烧室的设计。

喷油器的喷雾特性包括雾化

粒度、油雾分布、油束方向、射程和扩散锥角等。

这些特性

应符合柴油机燃烧系统的要求，以使混合气形成和燃烧完善，并获得较高的功率和热效率。

喷油器分为开式和闭式两种。

开式喷油器结构简单，但雾化不良，很少被采用。

闭式喷油器广泛应用在各种柴油机上。

喷油器

喷油嘴由针阀和针阀体这一对精密偶件组成。

调压弹簧将针阀紧压在针阀体上，使之呈关闭状态。

当喷油泵开始压油，油路内产生高压波，并以声速由喷油泵端向喷油嘴端传播。

油压作用到针阀的上锥面上，克服弹簧力使针阀升起，从而使燃油流进压力室经喷孔喷出。

油泵一旦停止供油，油压下降，在弹簧力作用下针阀当即关闭。

调整弹簧的松紧可以改变喷油器开启压力。

喷油器按头部形状分为孔式、轴针式和节流式。

4孔以下的喷油器用于半开式燃烧室（见柴油机）；孔数更多的喷油器大多用于开式燃烧室。

这种喷油器每孔可喷出锥角不大、射程较长的油束。

孔数、孔径和孔壁厚度对喷雾特性有影响，依柴油机机型而定。

轴针式喷油器用于涡流室、预燃室等分隔式燃烧室和复合式燃烧室中。

针阀头部的轴针穿过喷孔，形成环形喷射通路，能使喷出的油雾呈空心锥状。

节流式与轴针式类似，只是靠改变轴针形状使针阀上升时形成节流，借以改变喷油规律，使柴油机工作柔和。

喷油器嘴端与燃气接触，温度很高。

强化的柴油机常用长型喷油嘴，使针阀与针阀体的精密配合部分距燃烧室远些，以免这对偶件受热膨胀变形，发生卡滞。

大型高强化柴油机采用冷却式喷油嘴。

另有一种铅笔式喷油器，尺寸较小，既便于在缸盖上布置，又与燃气接触少，适用于小型高速柴油机。

柱塞偶件与出油阀偶件

柱塞泵的泵油机构包括两套精密偶件：

柱塞（plunger）+柱塞套（barrel）构成柱塞偶件（plungerandbarrelassembly）（图1-1）、出油阀（deliveryvalve）和出油阀

座（deliveryvalveseat）构成出油阀偶件（deliveryvalveassembly）（图1-2）

图1-1图1-2

柱塞和柱塞套是一对精密偶件，经配对研磨后不能互换，要求有高的精度和光洁度和好的耐磨性，其径向间隙为0.002〜0.003mm。

柱塞头部圆柱面上切有斜槽，并通过径向孔、轴向孔与顶部相通，其目的是改变循环供油量；柱塞套上制有进、回油孔，均与泵上体内低压油腔相通，柱塞套装入泵上体后，应用定位螺钉定位。

柱塞头部斜槽的位置不同，改变供油量的方法也不同。

出油阀和出油阀座也是一对精密偶件，配对研磨后不能

互换，其配合间隙为0.01mm

出油阀是一个单向阀，在弹簧压力作用下，阀上部圆锥面与阀座严密配合，其作用是在停供时，将高压油管与柱塞上端空腔隔绝，防止高压油管内的油倒流入喷油泵内。

出油阀的下部呈十字断面，既能导向，又能通过柴油。

出油阀的锥面下有一个小的圆柱面，称为减压环带，其作用是在供油终了时，使高压油管内的油压迅速下降，避免喷孔处产生滴油现象。

当环带落入阀座内时则使上方容积很快增大，压力迅速减小，停喷迅速。

泵油原理（图1-3）

工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞作上、下往复运动，从而完成泵油任务，泵油过程可分为以下三个阶段。

图1-3

进油过程当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧力的作用下，柱塞向下运动，柱塞上部空间（称为泵油室）产生真空度，当柱塞上端面把柱塞套上的进油孔打开后，充满在油泵上体油道内的柴油经油孔进入泵油室，柱塞运动到下止点，进油结束。

供油过程当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起滚轮体时，柱塞弹簧被压缩，柱塞向上运动，燃油受压，一部分燃油经油孔流回喷油泵上体油腔。

当柱塞顶面遮住套筒上进油孔的上缘时，由于柱塞和套筒的配合间隙很小

（0.0015-0.0025mm）使柱塞顶部的泵油室成为一个密封油腔，柱塞继续上升，泵油室内的油压迅速升高，泵油压力>出油阀弹簧力+高压油管剩余压力时，推开出油阀，高压柴油经出油阀进入高压油管，通过喷油器喷入燃烧室。

回油过程柱塞向上供油，当上行到柱塞上的斜槽（停供边）与套筒上的回油孔相通时，泵油室低压油路便与柱塞头部的中孔和径向孔及斜槽沟通，油压骤然下降，出油阀在弹簧力的作

用下迅速关闭，停止供油。

此后柱塞还要上行，当凸轮的凸

起部分转过去后，在弹簧的作用下，柱塞又下行。

此时便开始了下一个循环。

结论：

通过上述讨论，得出下列结论

1柱塞往复运动总行程L是不变的，由凸轮的升程决定。

2柱塞每循环的供油量大小取决于供油行程,供油行程不受凸轮轴控制是可变的。

3供油开始时刻不随供油行程的变化而变化。

4转动柱塞可改变供油终了时刻，从而改变供油量。