大家好 我是齐鲁工业大学的孔胜利 今天我们的汽车之旅课程 将带领大家一起学习 汽车发动机的相关知识 汽车是我们生活当中常见的交通工具 汽车到底是由哪些零部件组成的 可能有的人会说汽车很简单 无非是两个轮子和一个壳 当然这句话说的并没有问题 但是实际中汽车是由上万个零部件组成的 是一个非常复杂的结构体 所以要想系统的搞明白汽车的构造 需要了解很多的知识 我们一般根据汽车的零部件和组成的功能结构 把汽车分为四大部分 分别为发动机 底盘 车身以及电子电控系统 今天我们和大家学习的是 汽车的发动机知识 这是一个奔驰轿车的发动机 如果说大家打开它的引擎盖 就能看到它 但是因为周围引擎的结构 还有一些链接件结构的遮挡 大家可能只能看到 最上面的一小部分的机构 而且只是表面的结构 那么发动机里面到底 由哪些零部件组成的呢 这有张剖视图 大家从里面可以看到 发动机里面的结构是非常复杂的 虽然说结构很复杂 但是发动机里面的零部件和组成 都是有规律的 如果我们搞清楚它们的规律和位置关系 那么我们可以完全的 了解发动机的构造和功能 接下来我们的内容主要由以下三部分组成 首先我们介绍一下 汽车发动机的基础知识 然后我们会介绍发动机的 两大机构和五大系 首先我们来看一下 汽车发动机的一些基础知识 首先有个概念是热机 也就是热力发动机 它指的是燃料燃烧所产生的热能 转变为机械能的发动机 如果对热机做一个简单分类的话 它可以分为外燃机和内燃机 这个主要是燃烧的场所和结构有区别 外燃机大家可能比较熟悉 就像以前的蒸汽机 它是用燃料加热水 然后产生水蒸气 然后水蒸气再来推动机械运转 这种是一种典型的外燃机 而常见的汽车上面都是用的内燃机 也就是说它的燃烧过程在发动机 或者说是在密闭的容器的内部进行的 而这个内燃机 根据里面主要结构件的形式分为 燃气轮机和活塞式内燃机 燃气轮机是一种旋转叶片式的热机 而活塞式的内燃机是汽车常见的内燃机 主要构件是活塞 而活塞式的内燃机根据里面活塞式的 运动形式 又可以分为两大类 一类是这种旋转活塞式的内燃机 另外一类是往复活塞式的内燃机 旋转活塞式的内燃机其实在汽车上也有用的 只是说相对来说比较少比较小众 像日本的马自达公司的一些轿车上面 就用的旋转活塞式的内燃机 咱生活中接触最多的应用最普遍的 就是这种往复活塞式的内燃机 所以说在下面的内容当中 如果没有特别指明的话 我们说的发动机指的就是这种 往复活塞式的内燃机 为了更清楚的了解发动机的一些专业术语 首先来学习它的发动机的几个基本概念 上止点 下止点 活塞行程 曲柄半径 气缸工作容积 内燃机排量 燃烧室容积 气缸总容积 和压缩比等等 这些专业的术语有助于理解 发动机里面定义的一些名词 这是一个单缸发动机的一个示意图 我们可以从图上简单来看一下 这上面标的1是气门一般来说是进气门 2代表的是气缸 3是活塞 3活塞是在气缸2中做往复的直线运动 4是咱说的连杆 5是曲轴的中心 6是曲柄 所以说咱从4 5 6 这三个结构件来说 它是一个典型的曲柄滑块机构 也就是说图上所示的曲柄6 做旋转运动 通过连杆4带动活塞在气缸中做往复运动 这是它的最基本运动形式 在这上面咱需要看前面说的几个术语 第一个是上止点 上止点指的是活塞运行到你的气缸最上端的这个位置 同样的有一个下止点 下止点指的是活塞往下运动所能达到的最低端的位置 这两个点分别是上止点和下止点 这两个之间的距离 咱把它定义为活塞的行程 活塞行程咱用S表示 同样的咱们能看到在曲柄6上面 标了一个R 这代表的是曲柄的半径 从这个图上大家能很直观的能看出来 曲柄的半径的两倍 刚好是咱的活塞的行程S 下面咱在看一下其他的一些术语 这个图上也是单独把活塞行程拿出来了 指的是上止点和下止点之间的距离 另外一个概念就是气缸的工作容积 从右边这个图上大家能够看出来 这个工作容积指的是上止点和下止点之间 和这个气缸形成的这个圆柱形的体积 所以说计算的时候也比较简单 这个气缸的工作容积就是 你这气缸的横截面的面积 乘以你的活塞的行程 这就是气缸的工作容积 另外一个是大家可能听得比较多的 是发动机的排量 发动机的排量其实等于 你每一个气缸的工作容积乘以你的气缸数 比如说在这个图上面是四个气缸 那这样的话你算出 每一个气缸的工作容积乘以四 就是指的发动机的排量 所以说这个发动机一旦要 要是说制造完成以后 它的这个排量基本上 就是固定的一个值了 还有一个术语是指的是 燃烧室的容积 这个图上大家在右面的图上面可以看一下 燃烧室的容积指的是你的活塞 达到上止点以后 你的活塞的顶部和你气缸周围的 气缸壁形成了这个封闭的空间 也就是说这个时候是你的气缸 上面容积最小的时候 这是你的燃烧室的容器 还有一个术语是气缸的总容积 前面如果说搞明白了 燃烧室的容积和工作容积以后 那就很容易算出你的气缸 所供给气缸总容积 就是等于燃烧室的容积加上你的工作容积这两部分 还有一个很重要的术语是发动机的压缩比 这个压缩比指的是你气缸的总容积 和你燃烧时的容器的一个比值 也就是说等于是你的活塞 在下止点的时候形成了这个容积 和你活塞到上止点的时候 形成这个容积 这两个容积的比值就是压缩比 因为压缩比会影响到后面的 比如说汽油机的点火 包括影响到你的这些燃料的牌号的选择等等上面 咱说发动机相关的一些基本的术语 一般来说发动机的这个行程有 这种两行程和四行程这两种类型 你现在两行程的这种发动机 一般是早期来说就是在摩托车 还有这种农用的拖拉机上面 这类的发动机里面会有两行程的 但是一般呢现在就是汽车上面 用的发动机都是这种四行程的发动机 它这四行程指的是就是说一个发动机 要完成一个完整的工作循环 需要经过吸气压缩做功和排气这四个行程 就是分别对应的这四张图 可能有的人发现这个图片 下面怎么会有两张图片呢 就是对应的做功这个行程的图片 那是因为这种汽油发动机和柴油发动机 在做功的时候有比较大的区别 所以说左边这张图片 对应的是汽油发动机 而右边这张对应的柴油发动机机器的时候 这活塞是从上止点往下止点来运动 这个时候进气门打开 而排气门是关闭的 这样子可以把进气通道 当中的气体吸入气缸当中 而压缩行程指的是活塞从下止点 往上止点运行的这个过程 在这个过程当中 进气门和排气门同时是关闭的这样子 活塞对气缸内的气体进行压缩 第三个行程是做功行程 在做功行程的时候 活塞是从上止点往下止点运行的 在这个过程当中 汽油或者柴油在气缸内燃烧释放 热量向外输出机械能 第四个排气行程指的是活塞 从下止点往上止点运动 在这个循环当中 排气门是打开的 而进气门是关闭的 这样的可以将气缸当中 剩余的废气快速的排出气缸 这是一个完整行程的工作流程 下面大家拿这个四行程汽油机来看一下 它的施工图分别对应的也是 吸气 压缩 做功和排气这四个行程 在具体行程上面 我们主要来看一下气缸内的 压力和体积的这个变化关系 在进气行程当中 大家可以看一下这个曲线 他的压力是从小r到I 小r的时候气缸内的压力 是高于这个大气压力的 而到进气行程完成的时候 大家看到这个小a对应的点 它的压力是小于这个大气压力的 所以说在进气行程终了的时候 气缸里是处于一个负压的这么一个状态 而在压缩行程上面 在这个图里面对应的是从I到c这个过程 大家从这个图上面能看出来 就是说从I到c旗杆内的压力增加比较明显 而在做功的行程当中 在这图上对应的是从C达到顶点Z 然后再下降到b这个过程 也就是说在做功行程的过程当中 气缸的压力首先是急剧增大 也就说从C到Z这个过程 然后完了以后气缸的压力逐渐在下降 直到降为b这个点 但是b这个点的压力 还是要大于这个大气压力的 那就排气行程上面对应的 是从b到小r这一段 大家可以看到 就是说压力是缓慢下降的 到最终小r压力还是略微 要大于外界大气压力的