《汽车发动机构造与维修》汽车发动机的总体构造及工作原理（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《汽车发动机构造与维修》汽车发动机的总体构造及工作原理-讲义 1.掌握汽车发动机的类型，理解发动机的基本术语。 2.理解发动机的工作原理。 3.了解汽车发动机的总体结构。 4.了解汽车发动机的主要性能指标及编号规则。 知识点一 发动机的类型和工作原理 一、汽车发动机的类型 (1)按活塞运动形式可分为往复活塞式和转子式发动机，绝大多数采用往复活塞式发动机。 (2)按完成一个工作循环活塞的往复次数可分为四冲程和二冲程发动机。 (3)按冷却方式不同可分为风冷式和水冷式发动机。 (4)按气缸数量不同可分为单缸机、双缸机和多缸机(直列 L形、星形、V形和对置式)。 (5)按燃料不同可分为汽油机、柴油机、天然气、液化石油气等。 (6)按进气方式不同可分为自然吸气(非增压式)和增压式发动机。 二、发动机的工作原理 1.四冲程汽油机工作原理 四冲程汽油机的活塞每运动四个冲程，完成一个工作循环。这四个冲程依次是：进气冲程、压缩冲程、作功冲程和排气冲程，如图3-1-2 所示。 (1)进气冲程 进气门打开，排气门关闭，活塞从上止点运行到下止点。气缸内容积不断增大，气压不断降低。 (2)压缩冲程 进、排气门均关闭，活塞从下止点运行到上止点，进入气缸的可燃混合气被压缩。 (3)作功冲程 进、排气门仍关闭，火花塞产生电火花点燃混合气，气体压力、温度急剧上升，从而推动活塞从上止点向下止点移动，通过曲柄连杆机构输出机械能。 (4)排气冲程 进气门关闭，排气门打开，活塞由曲轴带动，从下止点向上止点移动，挤出废气。 活塞在上、下止点间每移动一个冲程，曲轴旋转 180°。四冲程发动机每完成一个工作循环，活塞上下运动四次(即移动四个行程)，曲轴旋转两周(即720°)。 2.四冲程柴油机工作原理 四冲程柴油机的每个工作循环包括进气、压缩、作功和排气四个冲程。由于柴油比汽油黏度大，不易蒸发，且自燃温度比汽油低。因此，混合气的形成和点火方式与汽油机不同，两者的主要区别见表3-1-1。 表 3-1-1 四冲程汽油机和柴油机工作循环的比较 发动机冲程 汽油机 柴油机 进气冲程 汽油与空气在缸外混合，进入气缸的是可燃混合气 进入气缸的是纯空气 压缩冲程 压缩可燃混合气 压缩纯空气 作功冲程 电火花点燃混合气；有点火系；无喷油器 喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸，遇高温空气而自燃；无点火系；有喷油器 排气冲程 两者基本相同 【分析题】请根据以下描述，回答下列问题： 一辆汽车搭载了一台四冲程柴油发动机，该发动机使用水冷系统进行冷却，采用增压方式进气，且燃料为柴油。该发动机的气缸排列为V形，共有六个气缸。以下是发动机工作原理的部分描述：（1）在进气冲程中，进气门打开，排气门关闭，活塞从上止点向下止点移动，气缸内气压降低。（2）在压缩冲程中，进气门和排气门均关闭，活塞从下止点向上止点移动，空气被压缩至高温高压状态。（3）在作功冲程中，喷油器将高压柴油喷入气缸，混合气自燃并推动活塞。（4）在排气冲程中，排气门打开，活塞从下止点向上止点移动，将废气排出。 问题：（1）请列举该发动机的类型，并说明其每一类别的特点。（2）该发动机采用的工作循环是什么？请简要描述每个冲程的过程。（3）根据表3-1-1，列出四冲程汽油机与四冲程柴油机在工作原理上的主要区别。（4）该发动机为什么选择增压式进气方式？增压的作用是什么？ 【答案】（1）发动机类型： · 按活塞运动形式：往复活塞式发动机。 · 按完成一个工作循环活塞的往复次数：四冲程发动机。 · 按冷却方式：水冷式发动机。 · 按气缸排列方式：V形六缸发动机。 · 按燃料：柴油机。 · 按进气方式：增压式发动机。 （2）四冲程柴油机工作原理： · 进气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞从上止点到下止点，气缸内气压降低，空气进入气缸。 · 压缩冲程：进气门和排气门关闭，活塞从下止点到上止点，空气被压缩。 · 作功冲程：喷油器喷入高压柴油，柴油与高温空气自燃，推动活塞向下移动。 · 排气冲程：排气门打开，活塞从下止点向上止点移动，将废气排出。 （3）四冲程汽油机与四冲程柴油机的区别： · 进气冲程：汽油机使用汽油与空气的混合气，柴油机只吸入纯空气。 · 压缩冲程：汽油机压缩混合气，柴油机压缩纯空气。 · 作功冲程：汽油机通过电火花点燃混合气，柴油机通过喷油器喷入柴油，柴油与空气自燃。 · 排气冲程：两者相同，都是将废气排出。 （4）增压式进气方式的作用： · 增压式进气通过压缩更多的空气进入气缸，使燃烧更充分，从而提高发动机的功率和效率，尤其在高负荷或高转速时更为显著。 1.（单项选择题）以下哪项描述适用于四冲程柴油机的工作原理？（ ） A. 在作功冲程时，火花塞点燃可燃混合气 B. 在进气冲程中，进气门打开，气缸内充满纯空气 C. 在压缩冲程中，气缸内压缩可燃混合气 D. 在排气冲程中，气缸内气压增加，废气被吸入 【答案】 B 【解析】 四冲程柴油机的进气冲程是进气门打开，排气门关闭，气缸内充满纯空气，而非混合气。选项A描述的是四冲程汽油机的特点，C选项描述的是汽油机的压缩冲程，D选项描述的是错误的排气过程。 2.（单项选择题）哪种类型的发动机通常使用增压式进气系统？（ ） A. 自然吸气汽油发动机 B. 增压式柴油发动机 C. 四冲程发动机 D. 风冷式发动机 【答案】 B 【解析】 增压式进气系统通常应用于柴油发动机（尤其是在需要提高功率时）。增压器能有效压缩空气，增加空气的密度，从而提高燃烧效率和发动机性能。选项A是自然吸气类型，C和D与增压无关。 3.（单项选择题）以下关于四冲程汽油机的描述，哪一项是正确的？（ ） A. 每个工作循环需要两次活塞运动 B. 每个工作循环由进气、压缩、作功和排气四个冲程组成 C. 作功冲程依赖于压缩气体的自燃 D. 排气冲程中活塞向下止点移动排出废气 【答案】 B 【解析】 四冲程汽油机的工作循环包括进气、压缩、作功和排气四个冲程。作功冲程依赖火花塞点燃混合气，而非自燃，排气冲程时废气被排出时活塞向上运动。选项B是准确的描述。 1.（单项选择题）关于四冲程汽油机和柴油机的工作循环差异，以下哪项是正确的？（ ） A. 两者的进气冲程都是通过点火系统点燃混合气 B. 汽油机的压缩冲程压缩的是纯空气 C. 柴油机通过喷油器将柴油喷入气缸并自燃 D. 两者的作功冲程均依赖于火花塞点燃混合气 【答案】 C 【解析】 柴油机与汽油机的作功冲程主要区别在于，柴油机通过喷油器喷入柴油，而柴油与高温压缩空气自燃；而汽油机是通过火花塞点燃混合气。选项C准确描述了柴油机的特点。 2.（单项选择题）以下哪种冷却方式通常用于小型摩托车发动机？（ ） A. 水冷式 B. 风冷式 C. 油冷式 D. 空气冷式 【答案】 B 【解析】 小型摩托车通常采用风冷式发动机，利用外部空气流动来带走发动机的热量，适用于体积较小的发动机。选项A是水冷式，适用于更大功率的发动机，C和D均为较不常见的冷却方式。 3.（单项选择题）哪种发动机类型的气缸排列通常被称为"V形"？（ ） A. 单缸发动机 B. 双缸直列发动机 C. 六缸或更多气缸的V形发动机 D. 星形发动机 【答案】 C 【解析】 "V形"气缸排列通常应用于六缸及以上气缸的发动机，它的特点是气缸呈V字形排列，适合提供更多的动力输出。选项A、B和D的气缸排列与V形不同。 · 汽车发动机的类型根据活塞的运动方式和气缸数量等分类。 · 汽车发动机冲程分为进气冲程，压缩冲程，作功冲程，排气冲程四个阶段。 知识点二 发动机的术语 如图3-1-1所示，发动机的工作过程是一个周期性地将燃料燃烧的热能转变为机械能的过程。发动机每一次将热能转变为机械能，都必须经过进气、压缩、作功、排气四个连续的过程。每进行一次这样的过程称为一个工作循环(周期)。 1. 上止点(TDC) 上止点是活塞离曲轴回转中心最远处，一般指活塞上行到最高位置。 2. 下止点(BDC) 下止点是活塞离曲轴回转中心最近处，一般指活塞下行到最低位置。 3. 活塞冲程(S) 上、下止点间的距离称为活塞冲程或活塞行程。 4. 曲柄半径(R) 曲轴连杆轴颈的中心至曲轴主轴颈中心的距离称为曲柄半径，S=2R。曲轴每转一周，活塞移动两个行程。 5. 气缸工作容积(Vh) 活塞从上止点到下止点所让出的空间容积称为气缸工作容积或气缸排量。 式中 D———气缸直径； S————活塞行程。 6. 发动机排量(VL) 发动机所有气缸工作容积之和称为发动机工作容积或发动机排量。 式中 i———气缸数。 7.燃烧室容积(V。) 活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积。 8. 气缸总容积(Vₐ) 活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和。 9. 压缩比(ε) 气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比。 ε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，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。现在有的发动机的压缩比是可以改变的。 10. 工况 工况是指发动机在某一时刻的运行状况，以该时刻发动机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为发动机转速。 11. 负荷率 负荷率是指发动机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值，以百分数表示。发动机的负荷率通常简称为负荷。 【计算题】某四缸四冲程汽油发动机的相关参数如下：气缸直径（D）：85 mm；活塞行程（S）：90 mm；燃烧室容积（Vc）：50 cm³；发动机转速（n）：3000 r/min；当前工况下发动机输出的有效功率（Pe）：50 kW；在该转速下，发动机的最大有效功率（Pemax）：100 kW根据以上参数，计算气缸工作容积（Vh）和发动机排量（VL）。 【答案】计算气缸工作容积（Vh）。 计算发动机排量（VL）。 其中，i 为气缸数，本题中为 4。 计算： VL​=459×4 VL​=1836 cm3 1.（单项选择题）关于发动机的压缩比（ε），以下说法正确的是？（ ） A. 压缩比是气缸总容积与燃烧室容积的比值，表示活塞从下止点到上止点时气体被压缩的程度。 B. 压缩比越小，发动机的热效率越高。 C. 压缩比与发动机性能无关。 D. 压缩比是燃烧室容积与气缸总容积的比值。 【答案】A 【解析】压缩比（ε）是气缸总容积（Va）与燃烧室容积（Vc）的比值，公式为： ϵ=Vc​Va​​=1+Vc​Vh​​ 其中，Vh 是气缸工作容积。压缩比越大，活塞从下止点到上止点时，气缸内气体被压缩的程度越高，燃烧效率和热效率也越高。因此，选项A正确，选项B和D错误。选项C明显错误，因为压缩比是影响发动机性能的重要参数。 2.（单项选择题）某四缸发动机的气缸直径为80 mm，活塞行程为90 mm，燃烧室容积为40 cm³。该发动机的压缩比是多少？（ ） A. 8.5 B. 9.5 C. 10.5 D. 12.31 【答案】D 【解析】首先计算气缸工作容积（Vh）： 接下来计算气缸总容积（Va）： 最后计算压缩比（ε）： 3.（单项选择题）关于发动机的负荷率，以下说法正确的是？ A. 负荷率是指发动机在某一转速下发出的有效功率与最大有效功率的比值，以百分数表示。 B. 负荷率越高，发动机的燃油经济性越好。 C. 负荷率与发动机的转速无关。 D. 负荷率是指发动机的转速与最大转速的比值。 【答案】A 【解析】负荷率是指发动机在某一转速下发出的有效功率（Pe）与相同转速下所能发出的最大有效功率（Pemax）的比值，以百分数表示： 负荷率=Pemax​Pe​​×100% 因此，选项A正确。 选项B错误，因为负荷率高通常意味着发动机工作在高功率状态，燃油经济性不一定好。 选项C错误，负荷率与转速有关，因为最大功率通常在特定转速下取得。 选项D错误，负荷率与功率相关，而不是转速。 1.（单项选择题）关于发动机的压缩比（ε），以下说法正确的是： （ ） A. 压缩比越小，压缩终了时气缸内的气体压力和温度越高 B. 压缩比等于气缸工作容积与燃烧室容积的比值 C. 压缩比等于气缸总容积与燃烧室容积的比值 D. 压缩比越小，发动机的效率越高 【答案】C 【解析】压缩比（ε）是气缸总容积与燃烧室容积的比值，即 ε = Vₐ/Vc。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度越高，因此选项A错误。选项B错误，因为压缩比不是气缸工作容积与燃烧室容积的比值。选项D错误，因为压缩比越大，发动机的效率通常越高。 2.（单项选择题）关于发动机的活塞冲程（S）与曲柄半径（R）的关系，以下说法正确的是： （ ） A. S = R B. S = 2R C. S = R² D. S = 1/2R 【答案】B 【解析】根据定义，活塞冲程（S）是上、下止点间的距离，而曲柄半径（R）是曲轴连杆轴颈的中心至曲轴主轴颈中心的距离。它们之间的关系为 S = 2R，因此选项B正确。 3.（单项选择题）关于发动机负荷率，以下说法正确的是： （ ） A. 负荷率是指发动机在某一转速下发出的有效功率与最大有效功率的比值 B. 负荷率是指发动机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值 C. 负荷率是指发动机在某一转速下发出的最大有效功率与有效功率的比值 D. 负荷率是指发动机在某一转速下发出的最小有效功率与最大有效功率的比值 【答案】B 【解析】根据定义，负荷率是指发动机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值，以百分数表示。因此选项B正确。选项A、C和D的描述均不准确。 · 理解发动机的基本术语，上止点，下止点，活塞冲程等。 · 理解发动机的发动机排量，压缩比等的计算。 知识点三 发动机的总体构造 各类发动机都是由曲柄连杆机构、配气机构、冷却系统、润滑系统、燃料供给系统、进排气系统和起动系统等组成，即由两大机构和若干大系统组成。 (1)机体组由缸体、缸盖、气缸垫、油底壳等组成。 (2)曲柄连杆机构由活塞、活塞环、连杆、曲轴、飞轮等组成。 (3)配气机构由气门组(气门、气门座、气门导管、气门锁片、气门油封及气门弹簧等)和气门传动组(摇臂、挺柱、推杆、凸轮轴、正时齿带轮、传动齿带等)组成。 (4)供给系统由空气滤清器、进气管、油箱、汽油滤清器、汽油泵、喷射系统、排气管、消声器等组成(其中包括了进、排气系统)。 (5)润滑系统由机油滤清器、机油泵、机油冷却器以及油管、油道等组成。 (6)冷却系统由水泵、散热器、风扇、水套、分水管等组成。 (7)起动系统由起动机及其附属装置等组成。 (8)点火系统由蓄电池、发电机、断电器、分电器、点火线圈、火花塞等组成，柴油机无点火系。 (9)进气增压装置由增压系统、涡轮增压器等组成。 (10)电控发动机管理系统由点钟控制单元(ECU)、传感器、执行器等组成。 一、发动机主要性能指标 发动机主要性能指标包括动力性指标(有效转矩、有效功率及发动机转速)、经济性指标(有效燃油消耗率)以及用来评价发动机排气品质和噪声水平的环境指标等。 1.有效转矩 发动机曲轴对外输出的转矩称为有效转矩，用M。表示，单位为N·m。 2.有效功率 发动机曲轴对外输出的功率称为有效功率，用P。表示，单位为kW。 式中 M。———有效转矩,N·m; n————曲轴转速,r/min。 3.发动机转速 发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速，用n 表示，单位为 r/min。发动机有效转矩不变时，发动机的有效功率与转速成正比。发动机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。 4.有效燃油消耗率 发动机在1h内持续发出1kW有效功率所消耗的燃油量，称为有效燃油消耗率，也称为有效比油耗或有效耗油率，用g。表示，单位为g/(kW·h)。 式中 GT———发动机每小时耗油量, kg/h。 二、国产内燃机型号编制规则 国标GB 725-2008 规定内燃机型号由首部、中部、后部和尾部四部分组成，如图 3-1-3所示。 【单项选择题】关于发动机的性能指标，以下说法正确的是（ ）。 A. 发动机的有效功率与转速成反比 B. 发动机的有效转矩与有效功率无关 C. 有效燃油消耗率越低，发动机的经济性越好 D. 发动机的标定功率是指发动机在任何转速下的最大功率 【答案】 C 【解析】A. 错误。根据公式 Pe​=Me​⋅n​/9550，发动机的有效功率与转速成正比，而不是反比。 B. 错误。发动机的有效功率与有效转矩密切相关，公式 Pe​=Me​⋅n/9550​ 显示有效功率与有效转矩成正比关系。 C. 正确。有效燃油消耗率是指发动机在发出单位功率时消耗的燃油量，单位为 g/(kW·h)。有效燃油消耗率越低，说明发动机在单位功率下消耗的燃油越少，经济性越好。 D. 错误。发动机的标定功率是指发动机在某一特定转速下的最大功率，而不是在任何转速下的最大功率。 1.（单项选择题）发动机冷却系统的主要作用是（ ）。 A. 降低发动机温度至最低 B. 保持发动机在正常工作温度范围内 C. 防止发动机过热而损坏 D. 提高发动机的散热效率 【答案】 B 【解析】冷却系统的主要作用是保持发动机在正常工作温度范围内，避免发动机过热或过冷。A选项错误，冷却系统不是将温度降至最低；C选项不全面，冷却系统不仅防止过热，还要防止过冷；D选项是冷却系统的一部分作用，但不是主要作用。 2.（填空题）发动机润滑系统的主要部件包括机油泵、机油滤清器、________和油管等。 【答案】机油冷却器 【解析】润滑系统的主要部件包括机油泵、机油滤清器、机油冷却器和油管等。机油冷却器的作用是降低机油温度，防止机油因高温而变质。 3.（判断题）发动机的有效燃油消耗率越低，其经济性越好。（ ） 【答案】 √ 【解析】有效燃油消耗率是指发动机在发出单位功率时消耗的燃油量，单位为 g/(kW·h)。有效燃油消耗率越低，说明发动机在单位功率下消耗的燃油越少，经济性越好。 1.（单项选择题）发动机曲柄连杆机构的主要作用是（ ）。 A. 控制气缸的进气和排气 B. 将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动 C. 为发动机提供润滑 D. 冷却发动机部件 【答案】 B 【解析】曲柄连杆机构的作用是将活塞的往复运动通过连杆转化为曲轴的旋转运动，从而输出动力。A选项是配气机构的作用，C选项是润滑系统的作用，D选项是冷却系统的作用。 2.（填空题）发动机的有效功率公式为 Pe​=Me​⋅n​/9550，其中 Me​ 表示________，n 表示________。 【答案】有效转矩；曲轴转速 【解析】公式 Pe​=Me​⋅n​/9550 中，Me​ 是发动机曲轴对外输出的转矩，单位为 N·m；n 是曲轴每分钟的回转数，单位为 r/min。 3.（判断题）所有发动机都配备点火系统。（ ） 【答案】 × 【解析】点火系统是汽油发动机的组成部分，用于点燃混合气。柴油发动机采用压燃方式，不需要点火系统。 · 汽车发动机由各个机构和系统组成。 · 汽车发动机的主要性能指标是转矩，功率。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$