2.发动机结构基本术语；
3.四行程发动机的工作原理；
4.发动机产品名称和型号编制规则；
5.发动机的总体构造；
6.发动机的主要性能指标与特性。
1.能够向客户介绍或解答发动机相关知识；
2.树立以客户为中心的理念，增强服务意识；
3.具有与客户沟通交流的能力；
4.具备通过查询资料完成任务的信息搜集和处理能力。
发动机是汽车的动力源，称为汽车的“心脏”，其直接影响汽车的性能。人们在购车或使用中对发动机都很重视，你能够根据客户需要向其介绍发动机相关知识吗？通过下面的学习，相信你一定能够做到。
客户在购买或使用汽车时非常关注发动机的性能。请你就某一型号类别车辆的发动机制作一个发动机的主要参数和性能表，并解释说明各参数的含义，在学习小组或班级里进行交流汇报。
一、汽车发动机的分类
发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。汽车的动力来自发动机。将燃料燃烧所产生的热能转变为机械能的发动机，称为热力发动机（简称热机）。热力发动机一般又分为内燃机与外燃机。内燃机是将液体燃料或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧产生热能，热能再转变为机械能的装置。外燃机是指燃料在机器外部的锅炉内燃烧，加热锅炉的水，使之变为高温高压的水蒸气，再送往机器内部，将其热能转变为机械能的装置。
内燃机与外燃机相比，具有热效率高、体积小、起动性能好、便于移动和维修方便等优点，因而广泛地被应用于现代汽车及其他交通工具中。
根据发动机将热能转变为机械能的主要构件形式，车用发动机可分为活塞式内燃机与燃气轮机两大类。活塞式内燃机按活塞运动方式，分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式内燃机在汽车上应用最为广泛。
汽车发动机，专门指往复活塞式内燃机，其分类方法有很多，按照不同的分类方法，可以把发动机分成不同类型。发动机的分类如图1-16所示。
图1-16 发动机的分类
二、发动机结构基本术语
发动机的基本术语如图1-17所示。
图1-17 发动机的基本术语
①上止点：活塞顶部离曲轴中心的最远处，即活塞最高的位置。
②下止点：活塞顶部离曲轴中心的最近处，即活塞最低的位置。
③活塞行程（S）：上、下止点间的距离。
④曲轴半径（R）：曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离。
⑤气缸工作容积Vc：活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积或气缸排量，用符号Vh表示。多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机工作容积或发动机排量，用符号VL（单位为L）表示。
式中 D——气缸直径，单位为cm；
S——活塞行程；单位为cm；
i——气缸数。
⑥燃烧室容积：活塞在上止点时，活塞顶上面的空间为燃烧室，它的容积叫作燃烧室容积（单位为L）。
⑦气缸总容积：活塞在下止点时，活塞顶上面整个空间的容积（单位为L）。它等于气缸工作容积与燃烧室容积的和，气缸总容积用符号Va表示。
Va=Vh+Vc
⑧压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积的比值，即
ε=Va/Vc=1+Vh/Vc
它表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。压缩比越大，则压缩终止时气缸内的压力和温度就越高。
目前，一般车用汽油机的压缩比为8～12。如一汽奥迪A6轿车的六缸2.发动机压缩比为10.5。柴油机的压缩比为15～22。
三、四行程发动机的工作原理
汽油机是将汽油和空气混合的可燃混合气吸入发动机气缸内，用电火花强制点燃使其燃烧，并产生热能而膨胀做功的发动机。柴油机是利用喷油泵使柴油在高压下由喷油器直接喷入发动机气缸内，并与气缸内已经被压缩的高温空气混合形成混合气，自燃后产生热能而膨胀做功的发动机。
1.四行程汽油机的工作原理
四行程汽油机每完成一个工作循环，需要经过进气、压缩、膨胀（做功）和排气4个行程，见表1-7。对应活塞上下4个行程，相应的曲轴旋转720°（两圈）。
表1-7 四行程汽油机的工作原理
续表
2.四行程柴油机工作原理
四行程柴油机（压燃式发动机）和四行程汽油机一样，每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气4个行程。由于柴油机用的柴油的黏度比汽油的大，不易蒸发，并且自燃温度又比汽油的低，因此，可燃混合气的形成及着火方式便不同于汽油机。
图1-18所示为四行程柴油机工作示意图。柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。在压缩行程接近终止时，柴油经喷油器将油压提高到Pa以上，通过喷油器的高压喷射，柴油分散成数以百万计的细小油雾喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。因此，柴油机混合气的形成不同于汽油机，它是在气缸内形成的。
图1-18 四行程柴油机的工作原理示意图(www.xing528.com)
由于柴油机压缩终止时气缸内空气压力可达3.5～4.Pa，同时温度高达750～1，大大超过了柴油的自燃温度，故柴油喷入气缸后，在很短时间内与高温高压空气混合后便立即自行发火燃烧。气缸内气压急剧上升到6～Pa，温度也升到2 000～2。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而做功，废气同样经排气管排入大气中。
柴油机与汽油机相比，各有特点。柴油机因压缩比高，燃油消耗率比汽油机的平均低30%左右，故燃油经济性较好，并且柴油机没有电气和点火系统的故障。一般载质量在以上的载货汽车多用柴油机。但柴油机转速比汽油机的低（一般最高转速为2 500～3/min）、质量大、制造和维修费用高（因为喷油泵和喷油器的加工精度要求较高）。柴油机的这些弱点被逐渐克服，它的应用范围普及中、轻型载货汽车。目前部分轿车也采用柴油机，其最高转速可达5/min以上。
汽油机具有转速高（目前轿车用汽油机最高转速达5 000～6/min）、质量小、工作噪声小、起动容易、工作稳定、操作省力、适应性好、制造和维修费用低等特点，故在轿车、中小型载货汽车及军用越野车上得到广泛的应用。但汽油机燃油消耗率较高，因而其燃料经济性差。
四、发动机的总体构造
发动机是一部复杂的机器，不同类型的发动机，其具体结构也各不相同，但基本构造相似。通常，汽油机由两大机构五大系统组成，柴油机由两大机构四大系统组成（没有点火系）。常见轿车四缸发动机结构如图1-19所示。
图1-19 轿车四缸发动机
汽油机的两大机构五大系统的组成见表1-8。
表1-8 汽油机的两大机构五大系统的组成
续表
五、发动机的主要性能指标与特性
1.动力性指标
发动机的动力性指标包括有效转矩、有效功率等。
（1）有效转矩
发动机通过飞轮对外输出的转矩称为发动机的有效转矩，用Me表示，单位为N·m。发动机的转矩是由气体作用在活塞上的力通过连杆推动曲轴而产生的。
（2）有效功率
发动机通过飞轮对外输出的功率称为发动机的有效功率，用Pe表示，单位为kW。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的有效功率可以用台架试验方法测定。在测功器上测定有效转矩和曲轴转速，然后运用以下公式算出发动机的有效功率（单位为kW）：
式中 Me——有效转矩，单位为N·m；
n——曲轴转速，单位为r/min。
发动机产品铭牌上标明的功率及相应的转速称为标定功率和标定转速。按内燃机台架试验国家标准规定，发动机的标定功率分为in功率、功率、功率和持续功率四种。鉴于汽车发动机经常在部分负荷，即较小的功率下，仅克服上坡阻力和加速等情况下工作才短时间地使用最大功率，为了保证发动机有较小的结构尺寸和质量，汽车发动机经常用in功率作为标定功率。
2.经济性指标
一般用燃油消耗率表示发动机的经济性指标。燃油消耗率指发动机每发出W的有效功率时，在内消耗的燃油质量（以g为单位），用ge表示。很明显，燃油消耗率越低，发动机的燃油经济性指标越好。
燃油消耗率[单位为g/（kW·h）]按下式计算：
式中 Gf——发动机每单位时间的耗油量，单位为kg/h，可由试验测定；
Pe——发动机的有效功率，单位为kW。
3.速度特性
发动机的速度特性指发动机的功率、转矩和燃油消耗率三者随曲轴转速变化的规律。该特性可在发动机试验台上（例如测功器试验台）通过试验测得。试验时，当节气门开度达到最大时，所得到的速度特性称为发动机外特性。图1-20所示为汽油发动机外特性曲线。相应地，把在节气门其他开度情况下得到的速度特性称为部分特性。
图1-20 汽油发动机外特性曲线
发动机外特性代表了发动机所具有的最高动力性能。
外特性曲线上标出的发动机最大功率和最大转矩及其相应的转速是表示发动机特性的重要指标。当分析发动机外特性是否符合使用要求时，要关联汽车的使用条件，例如道路情况、要求克服的阻力数值、最高车速等。
4.发动机的工况与负荷
发动机工作状况（简称发动机工况）一般用它的功率与曲轴转速来表征，有时也用负荷与曲轴转速来表征。
发动机在某一转速下的负荷就是发动机当时发出的功率与同一转速下可能发出的最大功率之比，以百分数表示。
图1-21表示某汽油发动机的一组特性曲线。Ⅰ表示相应于节气门全开时的外特性曲线，Ⅱ、Ⅲ分别表示节气门开度依次减小得到的部分特性曲线。
图1-21 发动机的负荷
由图可知，当n=3/min时，由于节气门开度不同，则在该转速下该汽油发动机可能发出的最大功率为W。该转速下Ⅱ、Ⅲ位置所对应的功率分别为W、W。根据对负荷的定义，可求出a、b、c、d 4个位置的工况下的负荷值。
工况a：负荷为0（称为发动机空转工况）；
工况b：负荷=20/45×100%=44.4%；
工况c：负荷=32/45×100%=71.7%；
工况d：负荷=45/45×100%=100%（发动机全负荷）。
因此，外特性曲线上各点表示在各转速下的全负荷工况，但在同一条部分特性曲线上各点的负荷值却不相同。在同一转速下，节气门开度越大，表示负荷越大，但是二者并不成正比。
注意：负荷和功率的概念不要混淆。如某一转速时全负荷（如d点），并不意味着是发动机的最大功率。发动机的最大功率应当是工况e的功率。又如工况f，虽然功率比工况c小，但却是全负荷。这就是说，功率大小并不代表负荷的大小。
随堂测试
1.活塞从________到________所扫过的容积称为气缸工作容积或气缸排量，用符号Vh表示。多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机工作容积或发动机排量。
2.四行程发动机的工作过程可分为________、________、________和________四个行程。
3.柴油机与汽油机相比，主要是________和________不同。
4.汽油机由两大机构五大系统组成，柴油机由________机构________系统组成。
5.发动机的动力性指标主要有________、________等。
任务实施
任务工单
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