第1章
发动机基本知识
1.1 概述
1.1.1 分类
车用内燃机，根据其将热能转变为机械能的主要构件的形式，分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式分为往复活塞式内燃机和旋转活塞式内燃机两种。往复活塞式内燃机在汽车上应用最为广泛。
汽车发动机（主要指车用往复活塞式内燃机）按照不同的特征来分类。
1.按照所使用燃料分类
按照所使用燃料的不同，汽车发动机可以分为汽油机和柴油机（图1-1）。
以汽油为燃料的内燃机称为汽油机；以柴油为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机转速高，质量小，噪声小，启动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。
图1-1 应用不同燃料的内燃机
2.按照冲程分类
按照完成一个工作循环所需的行程数，汽车发动机可以分为四冲程内燃机和二冲程内燃机（图1-2）。
曲轴转两圈（720°），活塞在汽缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四冲程内燃机；曲轴转一圈（360°），活塞在汽缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二冲程内燃机。汽车发动机广泛使用的是四冲程内燃机。
图1-2 不同冲程的内燃机
3.按照冷却方式分类
按照冷却方式不同，汽车发动机分为水冷发动机和风冷发动机（图1-3）。
水冷发动机是利用在汽缸体和汽缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；风冷发动机是利用流动于汽缸体与汽缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。
图1-3 不同冷却方式的发动机
4.按照汽缸数目分类
按照汽缸数目不同，汽车发动机可以分为单缸发动机和多缸发动机（图1-4）。
仅有一个汽缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上汽缸的发动机称为多缸发动机，如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。
图1-4 不同汽缸数目的发动机
5.按照汽缸排列方式分类
按照汽缸排列方式不同，汽车发动机可以分为单列式和双列式（图1-5）。
单列式发动机的各个汽缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把汽缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把汽缸排成两列，两列之间的夹角小于180°（一般为90°），称为V型发动机，若两列之间的夹角等于180°，称为对置式发动机。
图1-5 汽缸排列方式
6.按照进气系统是否采用增压方式分类
按照进气系统是否采用增压方式，汽车发动机可以分为自然吸气（非增压）式发动机和强制进气（增压）式发动机（图1-6）。
图1-6 发动机的进气方式
1.1.2 汽车发动机的基本结构
汽车发动机的基本结构见图1-7。发动机的工作腔称做汽缸，汽缸内表面为圆柱形。在汽缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。因此，当活塞在汽缸内作往复运动时，连杆便推动曲轴旋转，或者相反。同时，工作腔的容积也在不断的由最小变到最大，再由最大变到最小，如此循环不已。汽缸的顶端用汽缸盖封闭。在汽缸盖上装有进气门和排气门，进、排气门是头朝下尾朝上倒挂在汽缸顶端的。通过进、排气门的开闭实现向汽缸内充气和向汽缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴控制。凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮或链条驱动。进、排气门和凸轮轴以及其他一些零件共同组成配气机构。通常称这种结构形式的配气机构为顶置气门配气机构。现代汽车内燃机无一例外地都采用顶置气门配气机构。构成汽缸的零件称做汽缸体，支撑曲轴的零件称做曲轴箱，汽缸体与曲轴箱的连铸体称做机体。
图1-7 单缸汽油发动机的基本结构
1-油底壳；2-机油；3-曲轴；4-曲轴同步带轮；5-同步带；6-曲轴箱；7-连杆；8-活塞；9-水套；10-汽缸；11-汽缸盖；12-排气管；13-凸轮轴同步带轮；14-摇臂；15-排气门；16-凸轮轴；17-高压线；18-分电器；19-空气滤清器；20-化油器；21-进气管；22-点火开关；23-点火线圈；24-火花塞；25-进气门；26-蓄电池；27-飞轮；28-启动机
1.1.3 汽车发动机的基本术语
1.工作循环
活塞在汽缸内作往复运动所完成的进气、压缩、做功和排气四个过程叫做一个工作循环。
2.上、下止点（图1-8）
活塞在汽缸里作往复直线运动时，当活塞向上运动到最高位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置，称为上止点。
活塞在汽缸里作往复直线运动时，当活塞向下运动到最低位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为下止点。
图1-8 发动机的基本术语
3.活塞行程（图1-8）
活塞从一个止点到另一个止点移动的距离，即上、下止点之间的距离称为活塞行程。一般用S表示，对应一个活塞行程，曲轴旋转180°。
4.曲柄半径（图1-8）
曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径，一般用R表示。通常活塞行程为曲柄半径的两倍，即S=2R。
5.汽缸工作容积（图1-8）
活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为汽缸工作容积。一般用hVh表示：
Vh=（πD2/4×106）×S
式中D——汽缸直径，单位mm；
S——活塞行程，单位mm。
6.汽缸总容积（图1-8）
活塞位于下止点时，其顶部与汽缸盖之间的容积称为汽缸总容积。一般用Va表示，显而易见，汽缸总容积就是汽缸工作容积和燃烧室容积之和，即Va=Vc+Vh。
7.发动机排量
多缸发动机各汽缸工作容积的总和，称为发动机排量。一般用VL表示：
VL=iVh
式中Vh——汽缸工作容积；
i——汽缸数目。
8.压缩比
压缩比是发动机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度，它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即汽缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。一般用ε表示：
ε=Da/Vc=1+（Vh/Vc）
式中Va——汽缸总容积；
Vh——汽缸工作容积；
Vc——燃烧室容积。
通常汽油机的压缩比为6～10，柴油机的压缩比较高，一般为16～22。