发动机的构造与工作原理解析

（一）发动机的构造

内燃叉车发动机的基本原理相似，其基本构造大同小异。汽油机通常由两大机构和五大系统组成，即曲轴连杆机构、配气机构、供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统等。柴油发动机的结构大体上与汽油机相同，但由于使用的燃料不同，混合气形成和点燃方式不同，柴油机由两大机构、四大系统组成，没有化油器、分电器、火花塞，而另设喷油泵和喷油器等。有的柴油机还增设废气涡轮增压器等，如图2-5所示。

（二）发动机常用术语

发动机一般有如下常用术语。

（1）上止点 活塞顶离曲轴中心最远处位置。

（2）下止点 活塞顶离曲轴中心最近位置。

（3）活塞行程（S） 上、下止点（图2-6）间的距离，如图2-7所示。

（4）曲柄半径 曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离R，称为曲柄半径。如图2-8所示。

图2-5 柴油发动机的结构系统

图2-6 上下止点

图2-7 不同形式的发动机压缩比

（5）气缸工作容积 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。

气缸工作容积等于气缸总容积减燃烧室容积。

（6）气缸总容积V 活塞在下止点时，其顶部以上的容积，称为气缸总容积。

气缸总容积等于气缸工作容积加燃烧室容积。

（7）燃烧室容积v 活塞在上止点时，其顶部以上的容积，称为燃烧室容积。

燃烧室容积等于气缸总容积减气缸工作容积。

（8）压缩比 压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比，称为压缩比。换言之，压缩比等于气缸总容积与燃烧室容积之比。发动机示意图如图2-8所示。

（9）功率 功与完成这些功所用时间的比值叫功率，如图2-9所示。

图2-8 发动机示意图

图2-9 功率

（10）转矩 如图2-10所示，发动机持续输出的叫转矩。

（11）发动机的性能曲线 发动机外特性曲线是在发动机最好的工作状态下能使发动机发出最大功率的情况下测出来的发动机速度特性曲线。

当柴油机的油门固定在标定位置、或者汽油机的节气门全开时，发动机的性能指标如功率、燃油消耗率等随速度变化的情况为发动机的外特性曲线。如图2-11所示。

图2-10 转矩

图2-11 发动机的性能曲线

（三）发动机的工作原理

发动机的功能是将燃料在气缸内燃烧产生的热能转换为机械能，对外输出动力。能量转换过程是通过不断地依次反复进行“进气—压缩—做功—排气”四个连续过程来实现的，发动机气缸内进行的每一次将热能转换为机械能的过程叫一个工作循环。

在一个工作循环内，曲轴旋转两周，活塞往复四个行程，称为四冲程发动机。

1.四冲程汽油机的工作原理

汽油机是利用汽油蒸发性较好的特性，使汽油在气缸外部通过化油器与空气混合形成可燃混合气后吸入气缸，经压缩后再用电火花点燃以获得热能。(www.xing528.com)

（1）进气行程 活塞由上止点向下止点移动，进气门开启，排气门关闭，活塞上方容积逐渐增大，形成一定真空度，可燃混合气通过进气门被吸入气缸。活塞到达下止点时，曲轴转过半周，进气门关闭，进气行程结束，如图2-12a所示。

图2-12 四冲程汽油机工作循环示意图

a）进气行程 b）压缩行程 c）做功行程 d）排气行程

（2）压缩行程 活塞在曲轴的带动下，由下止点向上止点运动，进、排气门均关闭，曲轴旋转第二个半周，气缸内的可燃混合气被压缩至燃烧室内，使其温度和压力均升高。当活塞到达上止点时，压缩行程结束。此时，可燃混合气的压力约为800～1400kPa，温度约为350～450℃，如图2-12所示。

（3）做功行程 压缩行程末，火花塞产生电火花点燃混合气并迅速燃烧，使气体温度、压力急剧升高而膨胀，推动活塞由上止点向下止点运动，并经连杆带动曲轴旋转做功。活塞到达下止点，做功行程结束。做功行程初期，气体最高压力达2940～3920kPa，瞬时温度达1800～2000℃，如图2-12所示。

（4）排气行程 进气门仍关闭，排气门开启，曲轴通过连杆推动活塞从下止点向上止点运动。废气在自身压力和活塞的挤压下，被排出气缸。活塞到达上止点，排气行程结束。

此时，气体压力约为105～125kPa，温度约为600～900℃，如图2-12所示。

2.四冲程柴油机工作原理

柴油机是在吸入气缸内的空气被压缩产生高温、高压的情况下，将柴油直接喷入气缸，与经压缩后的高温、高压空气混合自燃产生热能。

四冲程柴油机的工作循环和汽油机一样，也由进气、压缩、做功和排气四个行程组成。

由于燃料性质不同，可燃混合气的形成、着火方式等与汽油机有较大区别，如图2-13所示。

（1）进气行程 与汽油机相比，进入柴油机气缸的是纯空气。

（2）压缩行程 压缩的是纯空气，由于柴油机压缩比大（一般为15～22），压缩终了气体的温度和压力比汽油机高。温度可达500～700℃，压力达3434～4415kPa。

（3）做功行程 压缩行程末，高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸，迅速汽化并与空气形成混合气，由于压缩终了气缸内温度远高于柴油的自燃温度（500℃左右），柴油立即自行着火燃烧。因此，柴油发动机没有点火系统。

图2-13 单缸四冲程柴油机工作循环示意图

a）进气行程 b）压缩行程 c）做功行程 d）排气行程 1—曲轴 2—连杆 3—活塞 4—气缸 5—进气道 6—进气门 7—喷油器 8—排气门 9—排气道

3.多缸发动机的工作顺序

①四冲程四缸发动机的工作顺序：1—2—4—3或1—3—4—2，如图2-14所示。

②四冲程六缸发动机的工作顺序：1—5—3—6—2—4，如图2-15所示。

图2-14 四冲程四缸发动机做功顺序

图2-15 四冲程六缸发动机做功顺序

（四）发动机的编号

1.内燃机的名称和型号

国家2008年修订的《内燃机产品名称和型号编制规则》（GB/T 725—2008）内容如下：

①内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，例如：汽油机、柴油机、煤气机等。

②内燃机型号由阿拉伯数字、汉语拼音文字的首位字母或国际用的英文缩略字母组成。

③内燃机型号应反映它的主要结构与性能，一般由四部分组成。

2.内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义

内燃机编号规则如图2-16所示。

举例：CPC15型叉车发动机是新星牌480型柴油机，表示4缸、四冲程、缸径80mm、水冷、通用式。

有的新增结构特征表中未列举，如新昌490BPC等系列发动机是专为叉车生产的，表示4缸、四冲程、缸径90mm、水冷、液压泵、直接喷射、工程机械专用。其中BP属新增结构，表示发动机配有液压泵和直接喷射。

图2-16 内燃机编号规则