第一章發(fā)動(dòng)機(jī)基本知識(shí)工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理分類四行程發(fā)動(dòng)機(jī)二行程發(fā)動(dòng)機(jī)四行程柴油機(jī)與汽油機(jī)的比較發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理分類四行程汽油機(jī)四行程柴油機(jī)二行程汽油機(jī)二行程柴油機(jī)二行程柴油機(jī)與汽油機(jī)的比較把完成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720°)，活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)四次，稱為四行程發(fā)動(dòng)機(jī)。四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理分類完成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)一圈(360°)，活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次，稱為二行程發(fā)動(dòng)機(jī)。二行程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理分類四行程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程①進(jìn)氣②壓縮③作功④排氣四行程汽油機(jī)的工作原理（進(jìn)氣行程）進(jìn)氣行程：活塞下行，進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉?；旌蠚鉁囟龋?70～400K。壓力約為0.075～0.09MPa。進(jìn)氣沖程活塞從上止點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉。活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣沖程結(jié)束。進(jìn)氣行程排氣門關(guān)閉進(jìn)氣門開啟活塞溫度370~400K，

壓力0.07~0.09MPa大氣壓力線PVra示功圖上止點(diǎn)下止點(diǎn)示功圖：表示活塞在不同位置時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。四行程汽油機(jī)的工作原理（壓縮行程）壓縮行程：活塞上行，進(jìn)、排氣門都關(guān)閉。壓力和溫度升高，壓力達(dá)0.6～1.2MPa，溫度達(dá)600～700K。壓縮沖程進(jìn)排氣門均關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)上行，壓縮氣缸內(nèi)的氣體，當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，壓縮沖程結(jié)束。 壓縮行程進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞壓縮比：ε=Va/VcPVra示功圖大氣壓力線c上止點(diǎn)下止點(diǎn)溫度600~700K，

壓力0.6~1.5MPa四行程汽油機(jī)的工作原理（做功行程）作功行程：進(jìn)、排氣門關(guān)閉?；鸹ㄈc(diǎn)燃可燃混合氣，氣體膨脹，推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)外作功。壓力達(dá)3～5MPa，最高溫度可達(dá)2200～2800K。作功沖程在壓縮沖程末，接近上止點(diǎn)時(shí)，火花塞點(diǎn)火（汽油機(jī)），氣體燃燒，推動(dòng)活塞下行，產(chǎn)生動(dòng)力。當(dāng)活塞位于下止點(diǎn)時(shí)，作功沖程結(jié)束。作功行程進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞PVra示功圖大氣壓力線cZb上止點(diǎn)下止點(diǎn)瞬時(shí)最高：溫度2200~2800K，

壓力3~5MPa作功終了：溫度1300~1600K，

壓力0.3~0.5MPa四行程汽油機(jī)的工作原理（排氣行程）排氣行程：排氣門開啟，進(jìn)氣門關(guān)閉，廢氣從氣缸中排出去。氣體壓力約為0.105～0.115MPa，溫度約為900～1200K。排氣沖程排氣門打開，進(jìn)氣門關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)上行，趨趕燃燒廢氣，當(dāng)活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，排氣沖程結(jié)束。下一循環(huán)進(jìn)氣沖程即將開始。發(fā)動(dòng)機(jī)周而復(fù)始進(jìn)行這樣的循環(huán)，從而產(chǎn)生動(dòng)力。 排氣行程進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門打開活塞PVr示功圖大氣壓力線cZb上止點(diǎn)下止點(diǎn)溫度900~1200K壓力0.105~0.115MPa殘余廢氣四行程汽油機(jī)的工作原理結(jié)論：可見四行程汽油機(jī)經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點(diǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)了四個(gè)行程，相應(yīng)地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈。四行程柴油機(jī)的工作原理①進(jìn)氣②壓縮③作功④排氣四行程柴油機(jī)的工作原理進(jìn)氣行程

柴油機(jī):吸入純空氣。壓力：0.0785～0.0932MPa溫度：300～370K。

汽油機(jī)：吸入可燃混合氣。壓力：0.075～0.09MPa，溫度：370～400K。點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫四行程柴油機(jī)的工作原理壓縮行程柴油機(jī):壓縮的是純空氣。壓力：3.5～4.5MPa，溫度：750～1000K。汽油機(jī)：壓縮的是可燃混合氣。壓力：0.6～1.2MPa，溫度：600～700K。點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫四行程柴油機(jī)的工作原理作功行程柴油機(jī):噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，柴油和空氣在氣缸內(nèi)形成可燃混合氣并著火燃燒。壓力：6～9MPa，溫度：2000～2500K。汽油機(jī)：火花塞產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃混合氣。壓力：3～5MPa，溫度：2200～2800K。點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫四行程柴油機(jī)的工作原理排氣行程柴油機(jī):排出廢氣。壓力：0.105～0.125MPa，溫度：800～1000K。汽油機(jī)：排出廢氣。壓力：0.105～0.115MPa，溫度：900～1200K。結(jié)論：柴油機(jī)的壓縮比高，熱效率高，燃油消耗率低，柴油價(jià)格較低因此，柴油機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性能好，而且柴油機(jī)的排氣污染少，排放性能較好。主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)速低，質(zhì)量大，噪聲大，振動(dòng)大，制造和維修費(fèi)用高。點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫柴油機(jī)與汽油機(jī)的不同進(jìn)氣沖程中，柴油機(jī)進(jìn)入氣缸中的是純空氣，汽油機(jī)是空氣和汽油的混合氣。壓縮過程中，柴油機(jī)壓縮的是純空氣，汽油機(jī)壓縮的是空氣和汽油的混合氣。汽油機(jī)在壓縮沖程末，由火花塞點(diǎn)火，點(diǎn)燃混合氣；柴油機(jī)在壓縮沖程末，由于氣缸溫度達(dá)到柴油自燃點(diǎn)的溫度，柴油自燃。所以，汽油機(jī)是點(diǎn)燃式，柴油機(jī)是壓燃式。二行程汽油機(jī)的工作原理1活塞向上運(yùn)動(dòng)，將三排孔都關(guān)閉。①進(jìn)氣孔②排氣孔③換氣孔點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫二行程汽油機(jī)的工作原理2活塞開始?jí)嚎s上行時(shí)，活塞下方打開了進(jìn)氣孔，可燃混合氣進(jìn)入曲軸箱。①②③①進(jìn)氣孔②排氣孔③換氣孔點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫二行程汽油機(jī)的工作原理3活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，火花塞點(diǎn)燃混合氣，氣體做功。①②③①進(jìn)氣孔②排氣孔③換氣孔點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫二行程汽油機(jī)的工作原理4氣體做功活塞向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣孔關(guān)閉，曲軸箱內(nèi)的混合氣受壓，當(dāng)活塞接近下止點(diǎn)時(shí)，排氣孔打開，排出廢氣，活塞再向下運(yùn)動(dòng)，換氣孔打開，受到壓縮的混合氣便從曲軸箱經(jīng)進(jìn)氣孔流入氣缸內(nèi)，并掃除廢氣。①②③①進(jìn)氣孔②排氣孔③換氣孔點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫二行程柴油機(jī)的工作原理和二行程汽油機(jī)工作類似，不同：柴油機(jī)進(jìn)入氣缸的不是可燃混合氣，是純空氣。第一行程：活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣孔和排氣門均開啟，利用從掃氣泵流出的空氣使氣缸換氣。四沖程二沖程二行程柴油機(jī)的工作原理和二行程汽油機(jī)工作類似，不同：柴油機(jī)進(jìn)入氣缸的不是可燃混合氣，是純空氣。第一行程：活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣孔和排氣門均開啟，利用從掃氣泵流出的空氣使氣缸換氣。當(dāng)活塞繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)進(jìn)氣孔被關(guān)閉，排氣門也關(guān)閉，空氣受到壓縮，當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，燃油和空氣混合后燃燒，缸內(nèi)壓力增大。四沖程二沖程思考四沖程汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作循環(huán)有什么相同之處呢？？共同特點(diǎn)：

1.每個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)(720°)每一行程曲軸轉(zhuǎn)半轉(zhuǎn)(180°)，進(jìn)氣行程是進(jìn)氣門開啟，排氣行程是排氣門開啟，其余兩個(gè)行程進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。

2.四個(gè)行程中，只有作功行程產(chǎn)生動(dòng)力，其它三個(gè)行程是為作功行程做準(zhǔn)備工作的輔助行程，雖然作功行程是主要行程，但其它三個(gè)行程也不可缺少。

3.發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的第一個(gè)循環(huán)，必須有外力使曲軸旋轉(zhuǎn)完成進(jìn)氣、壓縮行程，著火后，完成作功行程，依靠曲軸和飛輪貯存的能量便可自行完成以后的行程，以后的工作循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需外力就可自行完成。

思考四沖程汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作循環(huán)有什么不同呢？不同點(diǎn)汽油機(jī)柴油機(jī)汽油與空氣缸外混合，進(jìn)入可燃混合氣進(jìn)入氣缸的是純空氣電火花點(diǎn)燃混合氣高溫氣體加熱柴油燃燒有點(diǎn)火系無(wú)點(diǎn)火系無(wú)噴油器有噴油器返回四行程汽油機(jī)示意圖四行程柴油機(jī)示意圖1.四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣是兩個(gè)分開的專門過程，而二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)單純的排氣(或進(jìn)氣)時(shí)間極短，主要是一個(gè)幾乎完全重疊的，以新鮮氣體清掃廢氣的換氣過程。這樣的換氣過程不可避免地會(huì)發(fā)生新鮮氣體和廢氣混合，造成廢氣難以排凈和新鮮氣體隨廢氣排出的后果。

2.完成一個(gè)工作循環(huán)，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)只需轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，而四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)需要轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積、壓縮比和轉(zhuǎn)速相等時(shí)，從理論上講，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)功率的兩倍，但實(shí)際上，只有1.5～1.6倍，這是由于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)難以將廢氣排凈，以及為了安排換氣過程而較多地?fù)p失了高壓氣體的作功能力，另外還有可燃混合氣隨廢氣排出等所致。

3.當(dāng)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的作功次數(shù)較四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)多一倍。因此，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，這對(duì)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說更為明顯。

4.由于沒有氣門或只有排氣門，也就省去了配氣機(jī)構(gòu)或使配氣機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。易受磨損和經(jīng)常需要修理的運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量較少。

由于二沖程汽油機(jī)有混合氣損失，故經(jīng)濟(jì)性差，在大中型汽車上的應(yīng)用受到了限制。但由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，輕便摩托車和微型汽車的小排量發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用。二沖程柴油機(jī)由于換氣時(shí)進(jìn)入氣缸的是純空氣，沒有燃料損失，為某些汽車所采用。

二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)與四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相比，有何優(yōu)點(diǎn)？

從各單缸發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理可知，只有作功行程產(chǎn)生動(dòng)力，其它三個(gè)行程都要消耗動(dòng)力。為了維持運(yùn)動(dòng)，單缸發(fā)動(dòng)機(jī)必須有一個(gè)貯備能量較大的飛輪。即使如此，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)仍然是不平穩(wěn)的，作功行程快，其它行程慢。

汽車上實(shí)際應(yīng)用的是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，它是由若干個(gè)相同的單缸排列在一個(gè)機(jī)體上共用一根曲軸輸出動(dòng)力所組成?，F(xiàn)代汽車上用的較多是四缸、六缸、八缸發(fā)動(dòng)機(jī)。

§1.3多缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序

相同點(diǎn)：就能量轉(zhuǎn)換過程，發(fā)動(dòng)機(jī)的多缸機(jī)和單缸機(jī)的工作過程是完全一樣的，都要經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)行程。不同點(diǎn)：?jiǎn)胃祝簡(jiǎn)胃装l(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)行程中只有一個(gè)行程作功，其余三個(gè)行程不作功，即曲軸轉(zhuǎn)兩圈，只有半圈作功，所以運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性較差；多缸發(fā)動(dòng)機(jī)：作功行程是差開的，按照工作順序作功，即曲軸轉(zhuǎn)兩圈交替作功，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。發(fā)動(dòng)的工作原理（多缸與單缸的比較—四行程）多缸發(fā)動(dòng)機(jī)是在曲軸轉(zhuǎn)角720°內(nèi)(四沖程)或曲軸轉(zhuǎn)角360°內(nèi)(二沖程)，各缸都要象單缸發(fā)動(dòng)機(jī)一樣完成一個(gè)工作循環(huán)。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各缸作功間隔角大都均等。如四沖程六缸發(fā)動(dòng)機(jī)各缸作功間隔角為Ψ=720°/6=120°即曲軸每轉(zhuǎn)1200就有一個(gè)缸作功，各缸作功行程略有搭接，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)較單缸發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)得多。另外，由于各缸的作功行程為其它缸的準(zhǔn)備行程提供動(dòng)力，所以貯存能量的飛輪也較單缸發(fā)動(dòng)機(jī)小得多。四缸發(fā)動(dòng)機(jī)從理論上講作功沖程就已連續(xù)，而六、八缸發(fā)動(dòng)機(jī)都有作功重疊，且缸數(shù)越多、重疊得就越大，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)得就越平穩(wěn)。各缸做功行程順序（據(jù)機(jī)器平衡性及各缸機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷的均勻性）：直列四缸：1-3-4-2；1-2-4-3直列六缸：1-5-3-6-2-4四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)狀態(tài)行程溫度(K)壓力進(jìn)氣行程370~44075~90kPa壓縮行程600~800600~1500kPa作功行程2200~2800(瞬時(shí)最高)1500~1700(作功終了)