发动机的工作原理及构造.docx

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发动机的工作原理及构造

发动机的工作原理及构造

下面，我们将讨论有关发动机的基本概念，发动机的工作原理，并详细了解发动机的所有组成部分，结合我们公司的实际情况介绍我们公司所用的发动机种类及相关编号规则。

一、发动机的基本概念

发动机的目的在于将汽油（或柴油）转换为运动，以便汽车能够开动。

目前将汽油（柴油）变成运动的最简单方法是在发动机中燃烧汽油（柴油）。

因此，汽车发动机是一种“内燃发动机”——燃烧发生在内部。

需要注意两件事情：

有多种不同的内燃发动机。

柴油发动机是一种，燃气轮机是另外一种。

每种发动机都有自己的优缺点。

还有一种外燃发动机。

老式火车和蒸汽轮船中的蒸汽机是外燃发动机。

在蒸汽机中，燃料（煤、木柴、石油等）在发动机外部燃烧并产生蒸汽，由蒸汽在发动机内部形成运动。

内燃机的效率比外燃机高出许多（每公里消耗的燃料更少），而且内燃发动机比同等功率的外燃发动机要小巧很多。

二、发动机的工作原理

当前几乎所有汽车都使用往复式内燃发动机，因为这种发动机具有以下优点：

相对高效（与外燃发动机相比）

相对廉价（与燃气轮机相比）

相对来说易于加注燃料（与电动汽车相比）

这些优点使得其成为驱动汽车的首选技术。

往复式内燃发动机的运动是：

活塞通过连杆连接到曲轴，活塞在气缸内往复运动带动曲轴旋转，曲轴的旋转运动通过传动系带动车轮旋转。

目前几乎所有汽车都使用四冲程燃烧循环来将汽油转化为运动。

四冲程方式又称作“奥托循环”，以此纪念1867年发明它的尼克劳斯•奥托（NikolausOtto）。

它们分别是：

进气冲程

压缩冲程

燃烧冲程

排气冲程

循环过程：

1.活塞开始时位于顶部，进气门打开，然后活塞在曲轴的带动下向下运动，在发动机的气缸中充满空气和汽油的混合物。

这便是吸气冲程。

此时，只需要在空气中混合最少量的汽油即可。

2.然后，活塞向上返回以压缩燃油/空气混合物。

压缩过程使得爆炸更具威力。

3.当活塞到达其冲程的顶部时，火花塞发出一个火花，点燃汽油。

气缸中的汽油爆炸，推动活塞向下运动。

4.在活塞到达其冲程的底部后，排气门开启，废气被排出气缸并进入排气尾管。

然后，发动机进行下一次循环，再次吸入空气和汽油。

发动机的核心是气缸和在气缸内部上下运动的活塞。

上面介绍的发动机只有一个气缸，对于单缸发动机来说，其转速不均匀，发动机工作不平稳，振动大。

这是因为四个冲程中只有一个冲程是做功的，其他三个冲程是消耗动力为做功做准备的冲程。

大多数割草机属于这种情况，但是大多数汽车都有多个气缸（通常有四个、六个或八个气缸）。

在多缸发动机中，气缸的排列方式通常有三种：

直列式、V型或卧式（也叫水平对置式）。

三、柴油发动机与汽油发动机的主要差异

目前，我们公司使用的柴油发动机。

柴油机这一概念鲁道夫·狄赛尔提出的，并于1892年在德国申请到专利。

其目标是生产一种高效发动机。

汽油机发明于1876年，效率并非很高，尤其在当时。

柴油发动机与汽油发动机的主要差异是：

1、汽油机吸入燃料与空气的混合物并将其压缩，然后通过火花将混合物点燃。

柴油机没有火花塞，它吸入并压缩空气，然后将燃油直接喷入燃烧腔（直喷式）。

其实是压缩空气产生的热量点燃了柴油机的燃油，由于柴油机是靠压缩自行着火燃烧，故称柴油机为压燃式发动机。

2、柴油机与汽油机之间一项很大的差异是其注入步骤不同。

大多数汽车发动机（汽油机）采用油口喷射或使用化油器，而不采用直喷。

因此在汽车发动机内部，全部燃油在进气冲程期间被注入到气缸中，然后被压缩。

燃油与空气的混合物的压缩限制了发动机的压缩比，因为如果过度压缩空气，燃油与空气的混合物将自行点燃并导致爆震。

而柴油机仅压缩空气，因此压缩比可比汽油机高出许多。

汽油机的压缩比为8:

1至12:

1，而柴油机的压缩比为14:

1，甚至能达到25:

1。

由于柴油机具有更高的压缩比，因此效率也更高。

3、汽油机通常使用汽化作用，即在空气进入气缸或油口之前，空气与燃油早已混合；或使用油口燃油喷射，即在开始进气冲程（气缸外）之前喷射燃油。

柴油机采用直喷式，即柴油被直接喷入气缸。

四、排量

燃烧室是发生压缩和燃烧过程的区域。

随着活塞上下运动，可以看到燃烧室的容积也随之发生改变。

存在最大容积和最小容积。

最大容积和最小容积之间的差值称为排量，其单位为升或CC（立方厘米，1000立方厘米=1升）。

以下是一些例子：

链锯发动机的排量可能为0.04升。

摩托车发动机的排量可能为0.5或0.75升。

跑车发动机的排量可能为5升。

大多数标准汽车发动机的排量在1.5-4.0升之间。

如果是四气缸发动机并且每个气缸的排量为0.5升，则整个发动机为“2.0升发动机”。

如果每个气缸的排量为0.5升，6个气缸以V型配置，则为“3.0升V-6”发动机。

通常，可通过排量大致了解发动机的功率。

排量为0.5升的气缸可以容纳两倍于排量为0.25升的气缸的燃油、空气混合物，因此前者的功率是后者的两倍（如果其他条件相同）。

所以，2.0升发动机的功率大致等于4.0升发动机的一半。

可以通过增加气缸数量或者增大所有气缸的燃烧室（或者同时增加二者）来提高发动机的排量。

五、发动机的其他部件

1、火花塞

火花塞可提供火花来点燃空气/燃油混合物以使其燃烧。

必须在正确的时刻打出火花才能正常工作。

柴油机没有火花塞。

2、气门

进气门和排气门在正确的时间开启，输入空气和燃油并排出废气。

请注意，两种气门在压缩和燃烧期间都处于闭合状态以密闭燃烧室。

3、活塞

活塞是一个金属圆柱形部件，可以在气缸内部上下运动。

4、活塞环

活塞环在活塞外缘和气缸内径之间起到滑动密封作用。

活塞环有两个目的：

在压缩和燃烧期间，防止燃烧室中的燃油/空气混合物和废气泄露到油槽中。

防止油槽中的油液泄露到燃烧区域并在该处燃烧和流失。

大多数“烧油”汽车必须每隔1600公里便添加1升左右的油，其中的原因就是发动机老化，而且活塞环不再能够起到正确的密封作用。

5、连杆

连杆将活塞连接到曲轴。

它的两端都可以旋转，以便在活塞运动和曲轴旋转的同时改变角度。

6、曲轴

曲轴将活塞的上下运动转变为圆周运动，就如同一打开盒子就跳出一个小人的玩具盒上的曲柄一样。

7、油槽

油槽围绕在曲轴周围。

它包含一定量的机油，这些机油集中在底部（油盘）。

六、发动机的子系统

另外，发动机需要大量系统的帮助才能完成将燃油转换为运动的工作。

大多数子系统都可通过不同的技术来实现，使用的技术越先进，发动机的性能也就越出色。

在下面的部分中，我们将介绍现代发动机中使用的各种子系统。

多数发动机子系统可以通过不同的技术加以改进，更好的技术能提高发动机的性能。

下面我们将从气门机构开始看一看现代发动机中使用的各种子系统。

1、气门机构

气门机构由气门以及开合气门的机构组成。

开合系统称作凸轮轴。

凸轮轴上有凸轮，可以向上和向下移动气门。

大多数现代发动机都有称为顶置凸轮轴的机构。

也就是说，凸轮轴位于气门上方。

凸轮轴上的凸轮直接控制气门，或者通过一个很短的连杆控制气门。

老式的发动机使用的凸轮轴位于曲轴附近的油槽中。

使用横杆将下方的凸轮连接到位于气门上方的气门挺杆。

这种方法使用的运动零件较多，并且会导致凸轮激活气门的动作大大滞后于气门的后续运动。

使用正时皮带或正时链条将曲轴与凸轮轴联系在一起，以便气门与活塞保持同步。

凸轮轴的连接方式使得它的转动速度是曲轴的一半。

许多高性能发动机的每个气缸有四个气门（两个进气门，两个排气门），这种布置方式需要为每组气缸提供两个凸轮轴，因此称作“双顶置凸轮轴”。

2、点火系统

点火系统可产生高压电荷并通过点火线将其输送到火花塞。

电荷首先流向分配器，可以很容易地在大多数汽车的发动机盖下找到该分配器。

分配器的中央有一根输入电流的导线，有四、六或八根输出电流的导线（取决于气缸数量）。

这些点火线可将电荷输送到每个火花塞。

发动机经过设置，可使一个时间只有一个气缸会从分配器获得点火火花。

这样可以获得最大的平滑性。

柴油机没有点火系统。

3、冷却系统

大多数汽车中的冷却系统由散热器和水泵组成。

水在气缸周围的通道中循环，然后流过散热器以使之得到冷却。

在少数车辆（最著名的是大众的甲壳虫车型）以及大多数摩托车和割草机中，发动机使用的是空气冷却（可以通过安装在每个气缸外部用于散发热量的散热片来识别出气冷发动机）。

气冷方式让发动机更轻但是更热，通常会降低发动机的使用寿命和整体性能。

4、进气系统

大多数汽车都使用自然吸气式发动机，也就是说气流通过空气滤清器直接进入气缸。

高性能发动机可以涡轮增压，也可以机械增压，也就是说空气在进入发动机前首先经过压缩（以便能够向每个气缸压入更多空气/燃油混合物）以提高性能。

加压量被称作“助力”。

涡轮增压器使用连接到排气管的一个小涡轮来推动进气流中的压缩涡轮发生旋转。

机械增压器直接连接到发动机来使压缩机旋转。

5、起动系统

起动系统由电子起动机电机和起动机电磁开关线圈组成。

在转动点火钥匙时，起动机电机让发动机旋转几次，以便能够开始燃烧过程。

它使用一个强劲的电机来驱动冷的发动机。

起动机电机必须克服：

由活塞环导致的所有内部摩擦

任何气缸在压缩冲程中产生的压缩压力

使用凸轮轴开合气门所需的能量

所有直接连接到发动机的其他东西，例如水泵、机油泵、交流发电机等。

由于需要如此之多的能量并且汽车使用的是12V电气系统，因此必须向起动机电机输送数百安的电流。

起动机电磁开关线圈实际上是一个可以处理大电流的大电气开关。

在转动点火钥匙时，它会激活电磁开关线圈，为电机供电。

6、润滑系统

油液起着很重要的作用。

润滑系统可确保发动机中的所有运动零件都能得到机油，以便轻快地运转。

需要机油的两个主要零件是活塞（这样就可在气缸中轻松滑动）和所有轴承（让曲轴和凸轮轴这样的部件可以自如转动）。

在大多数汽车中，通过油泵从油槽中汲取机油，机油流过机油滤清器以去除杂质，然后在高压下喷到轴承和气缸壁上。

随后，机油滴落到油槽中，在油槽中被收集在一起并重新循环使用。

7、燃油系统

燃油系统将汽油从油箱泵出，然后将其与空气混合，以便适当的空气/燃油混合物能够进入气缸。

通常使用如下三种方式输送燃油：

雾化、进气燃油喷射和直接燃油喷射。

在雾化方式中，当空气进入发动机时，使用称作化油器的装置将汽油与空气进行混合。

在燃油喷射发动机中，将合适数量的燃油分别喷射到每个气缸中，要么喷射到进气门上方（进气燃油喷射），要么直接喷射到气缸中（直接燃油喷射）。

8、排气系统

排气系统包括排气管和消声器。

如果没有消声器，您会听到排气尾管中发出成千上万次小爆炸的声音。

消声器可以减弱这种声音。

排气系统还包括一个催化转化器。

9、排放控制系统

现代汽车中的排放控制系统由催化转化器、一套传感器和执行器以及一个执行监视和调节工作的计算机组成。

例如，催化转化器使用催化剂和氧来烧掉废气中未使用的燃油和其他某些化学物质。

排气系统中的氧传感器可确保为催化剂提供足够的氧，并可在需要时进行调节。

10、电气系统

电气系统由蓄电池和交流发电机组成。

交流发电机通过皮带连接到发动机，并能够发电以便对蓄电池充电。

蓄电池可通过电路为汽车中的所有用电设备（点火系统、收音机、前照灯、雨刷器、电动车窗和座椅、车载电脑等）提供12伏电流。

柴油机很大一部分为24伏电流。

七、我公司使用的柴油发动机

目前主要在用的为四缸机，根据缸径不同分为490、4100、4102、4110。

根据排放标准又分为自然吸气（国Ⅰ）和中冷增压（涡轮增压，国Ⅱ），国三发动机（内置EGR、PE泵、PV泵），国四发动机（高压共轨，EGR（废气再循环）+DOC（氧化型催化器）+POC（颗粒净化器）

主要使用的是云内、玉柴和锡柴三个厂家的发动机，我们公司的产品配置编码中，云内发动机以B开头，如B04（YN490QB）、B14（YN27PE-1）、B55（YN4100QB-2）、B58（YN4100QBZL）等，玉柴发动机用V开头，如V24（YC4D120-21）、V60（YC4D130-33）等，锡柴发动机用X开头，如X03（锡柴485）、X51（锡柴490）、X56（锡柴490国三发动机）等。