第一冲程：进气行程
• 第一冲程开始时，活塞位于上 止点，向下止点方向移动。进 气门打开。 • 活塞向下移动时，燃烧室容积 增大。此时产生轻微真空压力， 从而使新鲜汽油空气混合气通 过打开的进气门吸入燃烧室内 • 活塞到达下止点时，燃烧室内 充满汽油空气混合气。进气门 关闭
第二冲程：压缩
• 气门都关闭时，活塞从下止点 向上止点移动由于燃烧室容积 减小且汽油空气混合气无法排 出，因此混合气经过高度压缩。 燃烧室内的压力明显增大 • 进行快速压缩时，燃烧室内的 温度也随之升高。活塞即将到 达上止点前，混合气被火花塞 的火花点燃。此时称为点火时 刻。汽油空气混合气开始燃烧 并释放出热能。温度升高时气 体迅速膨胀。但燃烧室是一个 封闭空间，气体无法快速膨胀。 因此燃烧室内的压力急剧增大
汽缸盖的结构
• 气缸盖作为气缸的顶部构成了燃烧室顶。它与活塞几何因素一起决定 了燃烧室的形状。燃烧室是由活塞、气缸盖和气缸壁围成的空间 • 图 C 中的布置方式非常有利，因为油气混合气可以非常有效地环绕火 花塞流动，相对于燃烧室体积而言燃烧室表面较小，因此热力学损耗 较少。气门倾斜角度最大可达25°。
曲轴传动机构
• 确定旋转方向时，在发动机动 力输出端（离合器或飞轮一侧） 相对侧进行观察
• 站在确定发动机旋转方向时的 相同位置，距离最近的是气缸1 随后各气缸向动力输出端依次 编号
曲轴传动机构
• 如果是V形的发动机，确 定气缸的顺序与直列的发 动机相似，在发动机动力 输出端（离合器或飞轮一 侧）相对侧进行观察 • 左手边的气缸列为1气缸 列，气缸顺序依次编号。 右手边的是2气缸列，气 缸顺序依次编号，如图所 示
基准参数
• 活塞即将开始向下移动前进气 门打开，活塞重新开始向上移 动后进气门关闭 • 排气门的运行方式相似。活塞 开始向上移动前排气门打开， 活塞重新开始向下移动后排气 门关闭 • 正时时间的质量即与发动机准 确同步，以及准确保持正时时 间对以下方面有重要影响： 1.最大功率 2.最大扭矩 3.排气质量 4.耗油量 5.运行特性。
A 进气 B 压缩 C 作功 D 排气 1 上止点 （TDC） 2 下止点（BDC） 3 进气门 打开 4 进气门关闭 5 点火时刻 6 排气 门打开 7 排气门关闭 8 气门重叠
燃烧室充气
• 燃烧室充气指的是进气行程中进入气缸内的新鲜空气量（汽油空气混 合气或空气）。燃烧室充气量越大，发动机输出功率就越高。 • 因此发动机设计最重要的一个方面就是尽可能达到最高燃烧室充气效 率。尽可能减小用于换气过程的能量也非常重要 提高充气效率：使进气门开启时间超过曲轴转角 180° 可提高燃烧室 充气效率和发动机功率。进气门在活塞到达 TDC 前打开并在活塞到 达 BDC 后关闭。在活塞到达 TDC 前打开表示进气门在排气行程期间 打开。排气行程结束时，高速排出的气体产生吸力。如果进气门在活 塞到达上止点前打开，即使活塞正在向上移动，也可通过燃烧室内的 真空压力吸入新鲜空气。进气门和排气门同时打开的这种状态称为气 门重叠。设计为活塞到达 BDC 后关闭可确保开始压缩行程时进气门 仍处于打开状态。这样可使进气过程中加速的新鲜空气在其惯性作用 下继续流入燃烧室内。活塞向上移动所产生的压力阻止新鲜空气流入 时，该作用结束。最迟在该时刻，进气门必须关闭。但是延长进气时 间也只能使充气效果最多达到理论最大充气量的 80 %，因为进气时 存在真空压力
第三冲程：作功
• 燃烧室内的高压向其边界面 （燃烧室壁、燃烧室顶和活塞） 施加作用力。活塞在作用力下 向下止点方向移动。此时容积 增大，气体能够膨胀，燃烧室 内的压力减小。 • 因此进行作功。燃油内存储的 化学能转化为机械功。气体膨 胀还导致燃烧室内的温度下降 • 活塞到达下止点时排气门打开， 压力值降至环境压力
活塞的主要部分包括活塞顶、活塞 环部分、活塞销座和活塞裙 1.活塞顶 2.气环 3.活塞销 4.活塞裙 5.刮油环传动机构（连杆）
1.油孔 2.滑动轴承 3.连杆 4.轴瓦 5.轴瓦 6.连杆轴承盖 7.连杆螺栓 在曲轴传动机构中，连杆负责连接 活塞和曲轴。活塞的直线运动 通过连杆转化为曲轴的转动。 此外，连杆还要将燃烧压力产 生的作用力由活塞传至曲轴上
第四冲程：排气
• 活塞从下止点向上止点移动 • 燃烧室容积减小。通过打开的 排气门排出燃烧空气。燃烧室 内的压力短时稍稍增大，最后 重新降至环境压力 • 第四冲程结束且活塞到达上止 点时，排气门关闭。 • 四冲程过程重新开始
基准参数
• 每进行一个冲程，曲轴旋转 180°，活塞由一个止点移动到 另一个止点。因此四冲程发动 机完成整个一个循环时曲轴旋 转 720° 即转动两圈。 • 正时时间：吸入新鲜汽油空气 混合气和排出废气称为换气。 通过进气门和排气门控制换气。 气门的开启和关闭时刻也取决 于曲轴转角。这些时刻又称为 正时时间，因为通过它们决定 发动机的换气控制
汽缸盖的结构
• 采用横流冷却方式时，气缸盖 内的冷却液由较热的排气侧流 向较凉的进气侧。这种方式的 优点是整个气缸盖内热量分布 比较均匀 • 与之相反，采用纵流冷却方式 时，冷却液沿气缸盖纵轴流动， 即由端面一侧流向动力输出端 或相反。冷却液在流经各个气 缸的过程中逐渐加热，因此热 量分布非常不均衡。此外还会 造成冷却循环回路内压力降低。 • 也可以组合使用两种冷却方式 A.横流冷却方式 B.纵流冷却方式
发动机工作的基本原理
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汽油发动机的工作原理
• 四冲程发动机 1.进气行程 新鲜空气或汽油空气混合气被 吸入燃烧室内。 2.压缩行程 吸入的新鲜空气或汽油空气混 合气被活塞压缩。 3.作功行程 燃油空气混合气开始燃烧。产 生的压力促使活塞向下移动 4.排气行程 排出燃烧室内的废气。 • 为了完成进气和排气行程在燃 烧室顶装有气门，这些气门根 据需要打开或关闭。不同气门 的功能不同。进气门负责吸入 新鲜空气或汽油空气混合气。 排气门负责排出废气
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下图展示了点火间隔为 120° 六缸直列 发动机的曲轴 图中编号表示各气缸的点火顺序。从编 号一数到编号六需转动曲轴两圈即 720°。各编号之间的距离相等，即 120°
4.气缸盖罩
气缸盖罩执行以下任务： 1.使气缸盖顶端与外部隔离 2.隔音 3.固定曲轴箱通风系统 4.固定安装件 为了达到较好的减振效果，气缸 盖罩与气缸盖以非刚性方式连 接。使用螺栓连接时，通过弹 性密封垫和去耦元件达到上述 目的 气缸盖罩可由铝合金、塑料或镁 合金制成 • 气缸盖罩通常也称作气缸盖盖 板或气门盖。它构成了发动机 壳体的顶部
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此外还能通过减小新鲜空气进气阻 力和降低燃烧室温度提高充气效率 通过气门开启时间提高充气效率的 问题在于，这种方法只有在特定转 速范围内才能达到最佳效果。转速 变化时，吸入新鲜空气和排出废气 的动力性也会随之变化。因此无法 随时根据需要准确控制气门打开或 关闭的时刻。由于在传统发动机中 这些时刻固定不变，因此可以接受 在特定转速范围内进行准确控制而 在其它转速范围内无法确保最佳充 气效果的折衷方案。但现代发动机 提供了改革正时时间的可能。 提前排气：进行排气行程时，排气 门在活塞到达 TDC 前打开。这样 有助于排出废气并减轻曲轴传动机 构负荷。提前打开排气门可使燃烧 室内的压力降至环境压力。反正此 时的压力也不足以继续进行有效功。 反之排气过程更加轻松，因为发动 机无需克服高压作功。此外还能进 一步降低燃烧室内的温度，从而有 利于下一个充气过程
• 气门重叠角
基本概念
1 上止点（TDC） 2 行程 3 下止点（BDC） 4 连杆长度 5 曲轴半径 6 缸径 7 压缩室 8 排量
曲轴传动机构
• 点火顺序
曲轴传动机构
点火间隔 = 720° : 气缸数 • 四缸：180° 曲轴转角 • 六缸：120° 曲轴转角 • 八缸：90° 曲轴转角 • 十二缸：60° 曲轴转角 气缸数越多，点火间隔越小。点火 间隔越小，发动机运行越平稳。 至少从理论上来讲，质量平衡 因素也起到了一定作用，该因 素取决于发动机结构形式和点 火顺序
3.曲轴传动机构
• 曲轴传动机构，是一个将燃烧 室压力转化为动能的功能分组 • 在此过程中，活塞的往复运动 转化为曲轴的转动 • 此外曲轴传动机构还包括一些 外围设备，这些设备并不执行 主要功能而是提供相关辅助。 辅助设备基本包括飞轮、皮带 轮（带有扭转减振器）和正时 链 曲轴传动机构主要包括以下部件： • 1活塞 • 2连杆 • 3曲轴
5.发动机油底壳
油底壳是发动机壳体的底部。油底 壳用于存储发动机油 油底壳执行以下任务： • 发动机油的收集容器 • 回流发动机油的收集容器 • 曲轴箱的底部 • 固定安装件 1 .油底壳 2 .导流板
6.曲轴箱
曲轴箱的任务是： • 构成燃烧室 • 固定曲轴传动机构 • 吸收燃烧产生的作用力 • 固定冷却液和润滑油输送通道以 及曲轴箱通风通道 • 固定安装件 • 使曲轴空间与外界隔离密封 所有气缸都组装在曲轴箱内。曲 轴箱采用双层钢板结构，以便 安装冷却水套。曲轴箱下部区 域称为曲轴传动机构壳体，因 为包含曲轴传动机构。曲轴箱 内有很多开孔和通道于不同系 统，例如供油系统 • 曲轴箱可以说是所有发动机的 核心组件，因此又称为发动机 缸体
发动机机械结构
1.发动机的壳体
（1） 气缸盖罩 （2）气缸盖 （3）气缸盖密封垫 （4）曲轴箱 （5）油底壳密封垫 （6）油底壳
2.气门机构
气门机构由下列部件共同构成： • 凸轮轴 • 传动元件（压杆、挺杆） • 气门（整个总成） • 可能包括液压气门间隙补偿器（HVA）
1 进气门 2 底部气门弹簧座，带有气门杆密封件 3 上部气门弹簧座 4 HVA 元件 5 进气凸轮轴 6 排气门 7 气门弹簧 8 滚子式气门摇臂 9 排气凸轮轴