作者：谭克诚
出版社：机械工业出版社
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汽车发动机机械系统的检测与维修试读：
前言
随着中国经济的快速发展，我国的汽车工业出现了迅猛发展的势头，汽车正日益广泛地深入到社会生活和人们的日常生活当中，汽车技术也发生了一系列的变化，新结构、新装置、新技术在汽车上不断应用。这就要求培养一大批能够适应汽车工业发展需要的汽车运用与维修人才。
本书充分考虑了目前高等职业教育的特点以及汽车发动机维护、保养、检测与故障诊断对人才的需求，坚持面向市场、面向社会，以能力为本位，以职业发展为导向，以经济结构调整和科技进步服务为原则；注重理论知识与实践技能的有机结合，实践内容与现行行业标准紧密结合。
本书还配有实训指导手册，指导手册中导入国家劳动部的国家技能鉴定题库，将国家技能鉴定题库全部融入到相关的学习模块中去，对职业技能进行强化训练（包括中级、高级及技师项目）。两本书配合使用，对从业人员和汽车专业高职学生的知识掌握、能力提升与素质提高有很大的帮助，力求通过本书的学习，使读者全面掌握发动机机械系统的检测与维修。本书有如下特点：
1.整合学习体系
将发动机机械系统的检测与维修分成十三章，保证每章的完整性与独立性，每章内容都按构造、原理、拆卸、检测、调试、安装、故障诊断与排除以及考核来进行编排，融“教、学、做”为一体，构建以模块课程为主要特征，以行动导向为主要特点的理论、实践一体化的模式。
2.理论、实践一体化
本书将理论学习与实践学习融为一体，更有利于提高读者的实际操作能力。
3.引导读者主动学习
读者通过自己的实际操作填写实训指导手册，并进行数据的处理与分析，把理论知识应用到实践中，提高对理论知识的掌握。
本书有理论、有方法、有工具、有步骤，图文配合，使读者能够全面掌握相关知识。本书由谭克诚任主编，杨琳、林世明任副主编，参加编写的还有彭敏、蓝芳芳。本书的编写得到上汽车通用五菱市场与网络部的大力支持，同时也得到东风柳汽售后服务部的悉心指导，在此表示衷心的感谢。
在编写过程中，参考了大量的著作和文献资料，在此一并向有关作者、编者表示真诚的感谢。
由于作者水平有限，书中不妥或错误之处在所难免，恳请读者批评指正。编者
第一章 总论
第一节 国产汽车产品型号
一、国产汽车产品型号国产汽车型号应能表明其厂牌、类型和主要特征参数等。该型号由拼音字母和阿拉伯数字组成，分为首部、中部和尾部3部分，如图1-1所示。
首部由2个或3个拼音字母组成，是识别企业名称代号，如CA代表一汽，EQ代表二汽，BJ代表北汽等。
中部由4位阿拉伯数字组成，分为首位、中间两位和末位3部分，其含义如表1-1所示。
尾部由拼音字母或拼音字母加上阿拉伯数字组成，可表示变型车、专用汽车。
专用汽车分类代号用3个汉语拼音字母表示，第一个字母反映车辆结构特征，后两个字母表示用途特征。结构特征代号有：X表示厢式汽车，G表示罐式汽车，Z表示专用汽车，T表示特种结构汽车，J表示起重举升汽车，C表示仓栅式汽车。用途特征代号用专用汽车具体用途的两个汉字的汉语拼音首字母表示。图1-1 汽车产品型号表1-1 汽车型号中部4位阿拉伯数字的含义（续）
下面举例说明汽车型号的表示方法：
1）BJ2020SG：BJ代表北京汽车制造厂，2代表越野汽车，02代表该车总质量为2t，0代表该车为第一代产品，SG为企业自定代号。
2）TJ7131U：TJ代表天津汽车制造厂，7代表轿车，13代表排气量为1.3L，1代表该车为第二代产品，U为企业自定代号。
3）EQ2080：EQ代表中国第二汽车制造厂，2代表越野汽车，08代表汽车总质量为8t，0代表该车为第一代产品。
4）BK6180B：BK代表北京客车厂，6代表客车，18表示车的长度是18m，0代表该车为第一代产品，B为企业自定代号。
5）SGM7161LXAT：SGM代表上海通用，7代表轿车，16代表排气量为1.6L，1代表该车为第二代产品，LXAT为企业自定代号，其中AT表示自动挡。
6）SVW7144Ali：SVW代表上海大众，7代表轿车，14代表排气量为1.4L，4代表该车为第5代产品，Ali为企业自定代号。二、车辆识别代码（VIN）
车辆识别代码VIN（Vehicle Identification Number），是汽车制造厂为了识别而给每一辆车指定的一组代码。VIN码由17位字母、数字组成，又称17位识别代码。VIN码具有全球通用性、最大限度的信息承载性和可检索性，已成为全世界识别车辆唯一准确的“身份证”。它包含着车辆生产厂家、生产日期以及技术参数等诸多相关信息。
车辆识别代码由三个部分组成：第一部分（1～3位）是世界制造厂识别代码（WMI）；第二部分（4～9位）是车辆说明部分（VDS）；第三部分（10～17位）是车辆指示部分（VIS）。
1.世界制造厂识别代码（WMI）
全球所有汽车制造厂都拥有一个或多个世界制造厂识别代码（WMI），该代码由三位字符（字母和数字）组成，如中国一汽大众为LFV，上海大众为LSV，它包含以下信息：
1）第一个字符表示地理区域，如非洲、亚洲、欧洲、大洋洲、北美洲和南美洲。
2）第二个字符表示一个特定地区内的一个国家。美国汽车工程师协会（SAE）负责分配国家代码。
3）第三个字符表示某个特定的制造厂，由各国的授权机构负责分配。
如果某制造厂的年产量少于500辆，其识别代码的第三个字符就是9。
2.车辆说明部分（VDS）
车辆说明部分（VDS）用于提供说明车辆一般特性的资料。第4～8位表示车辆特征，第9位为校验位，通过一定的算法防止输入错误。
例如：轿车应表示出其种类、系列、车身类型、发动机类型及约束系统类型；货车应表示出其型号或种类、系列、底盘、驾驶室类型、发动机类型、制动系及车辆额定总质量；客车应表示出其型号或种类、系列、车身类型、发动机类型及制动系。
3.车辆指示部分（VIS）
这部分是制造厂为区别不同车辆而指定的一组字码。这组字码连同VDS部分一起，足以保证每个制造厂在30年之内生产的汽车的识别代码具有唯一性。第10位为车型年份，即厂家规定的型年（Model Year），不一定是实际生产的年份，但一般与实际生产的年份之差不超过1年；第11位为装配厂；第12～17位为顺序号。
举例：LSVFA49J732045131中，LSV是厂家代码，F是车辆品牌/类型，A是车身类型，4是车身系列，9是约束系统/制动系，J是发动机类型/驱动形式，7是检验位，3是年份，2是装配厂，后边6位是生产顺序号。
第二节 汽车总体构造
汽车通常由发动机、底盘、车身和电气设备4部分组成。典型的轿车总体构造如图1-2所示。图1-2 汽车的总体构造1—前悬架 2—前桥 3—前轮 4—转向盘 5—传动轴 6—后制动器 7—后轮 8—后悬架 9—车身 10—发动机
1.发动机
发动机的作用是使输入气缸的燃料燃烧而输出动力。现代汽车广泛应用往复活塞式内燃机，它一般由机体、曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系、冷却系、润滑系、点火系（汽油发动机采用）、起动系等部分组成。
2.底盘
底盘接受发动机的动力，使汽车产生运动，并保证汽车按照驾驶员的操纵正常行驶。底盘由下列部分组成：
1）传动系。将发动机10的动力传给车轮3和7。传动系包括离合器、变速器、传动轴5、主减速器及差速器、传动轴（半轴）等部分。
2）行驶系。使汽车各总成及部件安装在适当的位置，对全车起支承作用和对路面起附着作用，缓和道路冲击和振动。它包括支承全车的承载式车身9、前悬架1、前轮3、后悬架8、后轮7等部分。
3）转向系。使汽车按驾驶员选定的方向行驶。它由带转向盘4的转向器及转向传动装置组成，有的汽车还有转向助力装置。
4）制动系。使汽车减速或停车，并可保证驾驶员离去后汽车可靠地停止。它包括前轮制动器、后轮制动器以及控制装置、传动装置和供能装置。
3.车身
车身是驾驶员的工作场所，也是装载乘客和货物的地方。它包括车前板制件（俗称车头）、车身9，还包括货车的驾驶室和货箱以及某些汽车上的专用作业设备。
4.电气设备
电气设备包括电源组、发动机起动系和点火系、汽车照明和信号装置、仪表、导航系统、电视、音响、电话等电子设备、微处理机、中央计算机及各种人工智能的操控装置等。
为满足不同的使用要求，不同汽车的总体构造和布置形式各不相同。按发动机和各总成的相对位置不同，汽车的布置形式通常有图1-3所示5种。图1-3 汽车的5种布置形式a）FR式 b）FF式 c）RR式 d）MR式 e）AWD式
1）发动机前置后轮驱动（FR）是传统的布置形式。大多数货车、部分轿车和部分客车采用这种形式。
2）发动机前置前轮驱动（FF）是在轿车上常用的布置形式，具有结构紧凑、减小轿车质量、降低地板高度、改善高速行驶时的操纵稳定性等优点。
3）发动机后置后轮驱动（RR）是目前大、中型客车常用的布置形式，具有降低室内噪声、有利于车身内部布置等优点。少数轿车也采用这种形式。
4）发动机中置后轮驱动（MR）是目前大多数跑车及方程式赛车所采用的形式。由于这类汽车采用功率和尺寸很大的发动机，将发动机布置在驾驶员座椅之后和后轴之前，有利于获得最佳轴荷分配和提高汽车的性能。此外，某些大、中型客车也采用这种布置形式，把配备的卧式发动机装在地板下面。
5）全轮驱动（AWD）是越野汽车普遍采用的驱动形式，通常发动机前置，在变速器后面装有分动器，以便将动力分别输送到全部车轮上。
第三节 汽车行驶基本原理
要使汽车行驶，必须具备两个基本行驶条件：驱动条件和附着条件。
1.驱动条件
汽车必须有足够的驱动力以克服阻力。汽车的驱动力由发动机发出，经由传动系传到车轮上，形成转矩M，使车轮旋转。由此，在驱t动轮与地面接触处向地面施加一个力F，其数值为M与车轮半径r之0t比：
与此同时，地面对车轮施加一个与F数值相等、方向相反的反作0用力F，如图1-4所示，F就是驱动力。tt
注：为便于说明问题，将F和F，分别绘在不同的物体上，其实0t它们应在同一条直线上。汽车行驶总阻力∑F包括滚动阻力F、空气阻f力F和上坡阻力F：∑F=F+F+F。wifwi图1-4 驱动力产生示意图
滚动阻力F主要由车轮滚动时轮胎与路面变形而产生，空气阻力fF是由汽车行驶时与其周围空气的相互作用而产生，上坡阻力F是汽fi车重力沿坡道的分力。
汽车行驶的过程是驱动力克服各种阻力的交替变化过程：当F=∑tF时，汽车匀速行驶；当F>∑F时，汽车速度增加，同时空气阻力也t随车速的增加而急剧增大，在某个较高速度处达到新的平衡然后匀速行驶；当F<∑F时，汽车减速乃至停驶。这时，如果要维持较高的车t速，就需要加大发动机的输出功率或将变速器换入较低的档位以维持较大的驱动力。
2.附着条件
驱动力的最大值一方面取决于发动机可能发出的最大转矩和变速器换入最低档时的传动比，另一方面又受到轮胎与地面的附着作用限制。
当汽车在平整硬路面上行驶时，轮胎与路面存在摩擦力，这个摩擦力阻碍车轮滑动，使车轮能够正常地向前滚动并承受路面的反作用力——驱动力。如果驱动力大于摩擦力，车轮与路面之间就会发生滑动。在松软地面上，除了轮胎与地面的摩擦之外，还有嵌入轮胎花纹凹部的软地面凸起部分的抗滑作用。由附着作用所决定阻碍车轮滑动的力的最大值称为附着力，用Fϕ表示。附着力与车轮承受垂直于地面的法向力G成正比：
Fϕ=G×ϕ
由此可知，附着力是汽车所能发挥驱动力的极限，其表达式为：
F≤Fϕt
此式称为汽车行驶的附着条件。
综上所述，要保证汽车正常行驶必须满足两个条件：一是发动机有足够的功率；二是驱动轮与路面间要有足够的附着力。
在冰雪或泥泞的地面上，由于附着力很小，汽车的驱动力受到附着力的限制而不能克服较大的阻力，导致汽车减速甚至不能前进。即使加大节气门开度或换入低档，车轮只会滑转而驱动力不会增大。为了增加车轮在冰雪路面的附着力，可采用特殊花纹的轮胎、镶钉轮胎或者在普通轮胎上绕装防滑链。非全轮驱动汽车的附着重力仅为分配到汽车驱动轮上的那一部分汽车总重力，而全轮驱动汽车的附着重力则为全车的总重力，因而其附着力较前者显著增大。
思考题
1.车辆识别代码分成几部分？分别表示什么含义？
2.汽车行驶过程中的阻力有哪些？什么是附着系数？
3.试解释汽车CA7460和BJ2020两种型号各个部分的含义。
4.为什么绝大多数货车都采用前置发动机后轮驱动的形式？
第二章 发动机构造及工作原理
第一节 汽车发动机类型
汽车发动机的分类如下：1.按活塞运动方式分类
按活塞运动方式不同，活塞式内燃机可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。前者活塞在气缸内作往复直线运动，后者在气缸内做旋转运动。汽车发动机多为往复活塞式内燃机。2.按活塞行程数分类
对于往复活塞式内燃机，每一次能量转换都必须经过将可燃混合气或空气吸入气缸，并对其进行压缩后，使可燃混合气着火燃烧而膨胀做功，再将生成的废气排出气缸这样一个连续的工作过程。该过程称为发动机的一个工作循环。根据每个工作循环所需活塞行程数可将往复活塞式内燃机分为四冲程发动机与二冲程发动机。汽车发动机广泛采用的是四冲程发动机。3.按使用燃料分类
按照发动机所使用燃料的不同，可分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机等。以汽油和柴油为燃料的活塞式内燃机分别称为汽油机和柴油机，使用天然气、液化石油气和其他气体燃料的活塞式内燃机称为气体燃料发动机。4.按着火方式分类
发动机所使用的燃料不同，着火方式也不相同，具体可分为点燃式发动机（汽油机属于此类）和压燃式发动机（柴油机属于此类）。5.按冷却方式分类图2-1 按照冷却方式不同分类a）水冷发动机 b）风冷发动机
按照冷却方式的不同，发动机可分为水冷发动机和风冷发动机（图2-1）。水冷发动机利用在气缸体和气缸盖冷却水套中循环的冷却液作为冷却介质进行冷却；风冷发动机利用流动于气缸体和气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却。水冷发动机冷却均匀、工作可靠、冷却效果好，被广泛应用于现代车用发动机。图2-2 按照气缸数目不同分类a）单缸发动机 b）多缸发动机
6.按气缸数分类
发动机按照气缸数可分为单缸发动机和多缸发动机，如图2-2所示。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸、十二缸发动机。
7.按气缸的布置分类
多缸发动机按照气缸的布置不同可分为直列式发动机（图2-3a）、对置式发动机（图2-3b）、V型发动机（图2-3c）、W型发动机等。直列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的。若为了降低高度，有时把气缸布置成倾斜的（斜置式发动机），甚至水平的（卧式发动机）。具有两列气缸，两列之间的夹角小于180°（一般为90°）呈V形布置的发动机，称为V型发动机，两列之间的夹角等于180°时称为对置式发动机。图2-3 发动机按照气缸排列方式不同分类a）直列式 b）对置式 c）V形式
8.按燃料供给方式分类
发动机按燃料供给方式可分为化油器式发动机（目前已很少采用）和直喷式发动机等。
9.按进气状态分类
发动机按照进气状态可分为增压式发动机和非增压式发动机。
目前应用最广、数量最多的汽车发动机为水冷、四冲程往复活塞式内燃机，其中汽油机用于轿车和轻型客、货车上，而大型客车和中、重型货车发动机多为柴油机。由于柴油机具有燃油经济性及排放性优异等特点，近年来在轿车和轻型客、货车中应用越来越广。随着交通密度的不断增加，对汽车加速性能的要求越来越高，这意味着应该提高内燃机的功率。因此，近年来增压发动机的应用也越来越广。
另外，随着汽车保有量的增加，汽车排放法规也越来越严，混合动力汽车应运而生。
第二节 往复活塞式内燃机
一、基本结构往复活塞式内燃机的基本结构如图2-4所示。气缸6、7内装有活塞8，活塞通过活塞销与连杆9的小端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。因此，当活塞在气缸内往复运动时，便通过连杆推动曲轴转动。
气缸的顶部用气缸盖密封。在气缸盖上装有进气门和排气门，进、排气门是头部朝下倒挂在气缸盖上的，属于气门顶置式配气机构。通过进、排气门的开闭实现向气缸内充气和向气缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴控制。凸轮轴由曲轴通过正时带或齿轮、链条驱动旋转，凸轮轴与曲轴的转速比为1∶2。
构成气缸的零件称为气缸体，支承曲轴的零件称为曲轴箱。现代发动机通常将气缸体与曲轴箱铸成一体，称为气缸体—曲轴箱，简称气缸体。二、基本术语
汽车发动机是一部复杂的能量转换的机器，图2-5所示为发动机工作示意图，从中可看出能量转换机构的最基本组成及其运动关系和一些基本术语。图2-4 往复活塞式内燃机的基本结构1—凸轮轴 2—气门弹簧 3—进气门 4—排气门 5—气缸盖 6、7—气缸 8—活塞 9—连杆 10—曲轴 11—曲轴带轮 12—张紧轮 13—正时带 14—凸轮轴带轮图2-5 发动机工作示意图1—进气门 2—排气门 3—气缸 4—活塞 5—连杆 6—曲轴中心 7—曲柄
1）上止点。活塞顶离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上行到最高位置。
2）下止点。活塞顶离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行到最低位置。
3）活塞行程（s）。上、下两止点间的距离。
4）曲柄半径（R）。与连杆下端（即连杆大头）相连的曲柄销中心到曲轴回转中心的距离。曲轴每转一圈，活塞移动两个行程。
5）气缸工作容积（V）。活塞从上止点到下止点所让出的空间s容积，也称气缸排量。
式中 D——气缸直径（mm）；
s——活塞行程（mm）。
6）发动机工作容积（V）。发动机所有气缸工作容积之和，也L称发动机排量。设发动机的气缸数为i：
V=iVLs
7）燃烧室容积（V）。活塞在上止点时，活塞顶上面的空间叫c燃烧室，它的容积叫燃烧室容积。
8）气缸总容积（V）。活塞在下止点时，活塞顶上面的容积称a为气缸总容积。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即V=Vas+Vc
9）压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积的比值，即
它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。一般车用汽油机的压缩比为6～10，柴油机的压缩比为15～22。
10）发动机的工作循环：在气缸内进行的将燃料燃烧的热能转化为机械能的一系列连续过程（进气、压缩、做功和排气）称发动机的工作循环。三、工作原理
汽油机是将汽油和空气混合后的可燃混合气吸入发动机气缸内（也有的将汽油直接喷入气缸内），用电火花强制点燃使其燃烧，产生热能膨胀做功。柴油机是利用喷油泵、喷油器使柴油在高压下直接喷入发动机气缸内，并与气缸内已经被压缩的高温、高压空气混合形成混合气，自燃后产生热能而膨胀做功。
1.四冲程汽油机的工作原理
完成一个工作循环，曲轴转两圈（720°），活塞上下往复运动四次，称为四冲程发动机。四冲程汽油发动机每完成一个工作循环需要经过进气、压缩、做功和排气四个过程，如图2-6所示。为了分析工作循环力p与对应的活塞不同位置的气缸容积V之间的变化关系，通常用发动机循环示功图表示它们的关系。示功图中曲线所围成的面积表示发动机一个工作循环中气体在单个气缸内所做的功。四冲程汽油机的示功图表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况，如图2-7所示。（1）进气行程 进气行程开始时，进气门开启，排气门关闭，活塞被曲轴带动从上止点向下止点移动一个行程，曲轴由0°沿顺时针方向转到180°。当活塞从上止点向下止点移动时，气缸内活塞上方的容积增大，压力降低到小于大气压力，产生真空度。这时，可燃混合气经进气歧管、进气门被吸入气缸。由于进气系统有阻力，且进气时间很短，故进气终了时气缸内的气体压力略低于大气压力，压力约为0.075～0.09MPa。图2-6 四冲程汽油机工作原理示意图a）进气行程 b）压缩行程 c）做功行程 d）排气行程1—排气门 2—火花塞 3—进气门 4—气缸 5—活塞 6—连杆 7—曲轴图2-7 四冲程汽油机示功图a）进气行程 b）压缩行程 c）做功行程 d）排气行程
流进气缸内的可燃混合气，因与气缸壁、活塞顶等高温机件接触并与前一行程（排气行程）残留的高温废气混合，所以它的温度上升到370～400K。图2-7a所示进气行程用曲线ra表示。（2）压缩行程 进气行程结束时，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动，曲轴由180°转到360°，气缸内容积逐渐减小。此时进、排气门均关闭，可燃混合气被压缩，至活塞到达上止点时压缩行程结束。压缩过程中，气体压力和温度同时升高，并使混合气进一步均匀混合，压缩终了时，气缸内的压力约为0.6～1.5MPa，温度约为600～800K。图2-7b所示压缩行程用曲线ac表示。
压缩终了时可燃混合气的压力和温度取决于压缩比。压缩比越大，燃烧速度越快，因而发动机发出的功率便越大，经济性越好。但压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧性，反而会出现爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。
1）爆燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内距离点火中心较远处及具有高温处（如排气门头部、火花塞电极和积炭处）可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。爆燃时火焰以极高的速率向外传播，在气体来不及膨胀的情况下，由于温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速向外推进。这种压力波撞击燃烧室壁时便发出尖锐的敲击声。爆燃还会引起发动机过热、功率下降、工作不稳定、燃油消耗增加等一系列不良后果。严重时会造成气门烧毁、轴承破裂、火花塞绝缘体击穿等机件损坏现象。
2）表面点火是燃烧室内炽热表面与炽热处（如排气门头部、火花塞绝缘体、零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气的现象。表面点火发生时，会伴有沉闷的金属敲击声，所产生的高压会导致发动机机件负荷增加、活塞和连杆损坏及气门、火花塞、活塞等零件过热，从而使发动机寿命降低。（3）做功行程 在这个行程中，进、排气门仍关闭。当活塞接近上止点时，装在气缸盖上的火花塞在高压电作用下产生电火花，点燃被压缩的可燃混合气，并迅速燃烧，使气体的温度、压力迅速升高，从而推动活塞从上止点向下止点运动，带动曲轴从360°转到540°，通过连杆使曲轴旋转做功，至活塞到达下止点时做功结束。
可燃混合气燃烧后，放出大量的热能，使混合气的压力和温度急剧升高。瞬时压力可达3～5MPa，瞬时温度可达2200～2800K，并输出机械能，除了维持发动机本身继续运转消耗一部分能量外，其余部分都用于对外做功。在做功行程终了时，压力降到0.3～0.5MPa，温度则降为1300～1600K。图2-7c所示示功图上的曲线czb表示做功行程气缸内气体压力的变化情况。（4）排气行程 在做功行程接近终了时，排气门打开，进气门关闭，曲轴通过连杆推动活塞从下止点向上止点运动，曲轴由540°旋转到720°。废气在自身剩余压力和活塞的推动下，被排出气缸，至活塞到达上止点时，排气门关闭，排气结束。因排气系统存在排气阻力，排气行程终了时，气缸内压力略高于大气压力，约为0.105～0.115MPa，温度约为900～1200K。图2-7d所示示功图上的曲线br代表排气行程。
因燃烧室占有一定容积，故排气终了时，不可能将废气排尽，留下的这一部分废气称为残余废气。
结论：可见四冲程汽油机经过进气、压缩、做功、排气四个行程完成一个工作循环，这期间活塞在上、下止点往复运动了四个行程，相应地曲轴旋转了两圈。
2.四冲程柴油机工作原理
四冲程柴油机（压燃式发动机）和四冲程汽油机一样，每个工作循环也经历进气、压缩、做功和排气四个过程。
图2-8所示为四冲程柴油机工作示意图。柴油机在进气行程吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器的高压喷射，将柴油分散成数以百万计的细小油雾喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温、高压空气混合，形成可燃混合气。可见，柴油机混合气的形成不同于汽油机，它是在气缸内形成的。图2-8 四冲程柴油机工作示意图a）进气行程 b）压缩行程 c）做功行程 d）排气行程1—喷油器 2—排气门 3—进气门 4—气缸 5—喷油泵 6—活塞 7—连杆 8—曲轴
柴油机进气、压缩、做功和排气四个行程有如下特点。
1）进气行程。进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。
2）压缩行程。将进入气缸的纯空气压缩，由于柴油的压缩比大，约为15～22，压缩终了的温度和压力都比汽油机高，压力可达3～5MPa，温度可达800～1000K。
3）做功行程。在压缩行程终了时，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内，被迅速汽化并与高温、高压空气形成混合气。由于气缸内的温度高于柴油的自燃温度（约500K左右），柴油混合气便立即自行着火燃烧，且此后一段时间内边喷油边燃烧，气缸内压力和温度急剧升高，推动活塞下行做功。瞬时压力可达5～10MPa，瞬时温度可达2000～2500K。
4）排气行程。此行程与汽油机基本相同。
汽油机与柴油机在工作原理与性能上的区别见表2-1。表2-1 汽油机与柴油机在工作原理与性能上的区别（续）
柴油机与汽油机相比，各有其特点。柴油机因压缩比高，燃油消耗率平均比汽油机低30%左右，故燃油经济性较好，且柴油机没有点火系的故障。一般载质量在7t以上的货车多用柴油机。但柴油机转速较汽油机低（一般最高转速为2500～3000r/min），质量大，制造和维修费用高（因为喷油泵和喷油器加工精度要求较高）。目前柴油机的这些弱点逐渐得到克服，其最高转速可达5000r/min以上，使它的应用范围已普及到中、轻型货车，而且在乘用车中的应用也越来越多。
汽油机具有转速高（最高转速达5000～6000r/min）、质量小、工作噪声小、起动容易、工作稳定操作省力、适应性好、制造和维修费用低等特点，故在乘用车和中、小型货车上及军用越野车上得到广泛应用。但汽油机燃油消耗率较高，因而其燃油经济性差。
对于多缸四冲程发动机的每一个气缸，所有的工作过程完全相同，但所有气缸的做功行程并不同时发生。例如在四缸发动机内，曲轴每转半周便有一个气缸在做功，在八缸发动机内，曲轴每转四分之一周便有一个气缸在做功。多缸机做功行程的曲轴间隔角为720°/i（i为气缸数）。气缸数越多，发动机的工作便越平稳。但发动机缸数增加时，一般会使发动机结构复杂，尺寸和质量也随之增加。
第三节 发动机构造
发动机是一部复杂的机器，不同类型或即使同类型发动机，其具体结构也各不相同，但基本构造相似。通常，汽油机由两大机构五大系统组成，柴油机由两大机构四大系统组成（无点火系）。下面以丰田公司4缸5A-FE发动机为例，介绍四冲程汽油机的一般构造。1.曲柄连杆机构
曲柄连杆机构是发动机实现工作循环、完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在做功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内直线运动，通过连杆转换为曲轴的旋转运动，并向外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放的能量又把曲轴的旋转运动转换成活塞的直线运动。2.配气机构
配气机构的功能是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门、排气门，使可燃混合气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，由气门组和气门传动组组成。3.燃油供给系
汽油机燃油供给系的功能是根据发动机的要求，配置一定数量和浓度的可燃混合气，均匀地分配到各个气缸中，并汇集各个气缸燃烧后的废气，从排气消声器排出。柴油机燃油供给系的功能是把柴油和空气分别均匀地分配到各个气缸中，在燃烧室内形成混合气并燃烧，然后汇集各个气缸燃烧后的废气，从排气消声器排出。4.润滑系
润滑系的功能是向做相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减图2-9 丰田公司4缸5A-FE发动机部分发动机总成组件1
小摩擦阻力，减轻机件的磨损，并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系由润滑油道、机油泵、机油滤清器和各种阀门组成。5.冷却系
冷却系的功能是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、散热器、节温器等组成。6.点火系
在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。点火系的功能是定时在火花塞电极间产生电火花，点燃气缸内的可燃混合气。点火系通常由蓄电池、发电机、点火线圈、分电器、火花塞等组成。7.起动系
要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞往复运动，同时使气缸内的可燃混合气燃烧做功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，发动机图2-10 丰田公司4缸5A-FE发动机部分发动机总成组件2
才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置称为发动机的起动系。
图2-9～图2-12所示为丰田公司4缸5A-FE汽油发动机部分结构图。图2-13为玉柴6105ZLQB柴油发动机结构图。图2-11 丰田公司4缸5A-FE发动机部分发动机总成组件3图2-12 丰田公司4缸5A-FE发动机部分发动机总成组件4图2-13 玉柴6105ZLQB柴油发动机结构图
第四节 发动机产品名称和型号
为了便于内燃机的生产管理和使用，我国颁布了国家标准（GB/T 725—2008）《内燃机产品名称和型号编制规则》，对内燃机的名称和型号作了统一规定。1.内燃机的名称和型号
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、沼气机、双（多）种燃料发动机等。内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。内燃机型号由以下四部分组成，如图2-14所示。图2-14 内燃机型号（1）首部 它是产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门或由主管标准化机构核准。（2）中部 由缸数符号、行程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。（3）后部 后部是结构特征和用途特征符号，以字母表示。（4）尾部 尾部是区分符号，同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。2.型号编制举例（1）汽油机
1）1E65F：表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型。
2）4100Q：表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用。
3）CA6102：表示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通用型，CA表示一汽。
4）8V100：表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷通用型。（2）柴油机
1）165F：表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型。
2）495Q：表示四缸，四行程，缸径95mm，水冷车用。
3）X4105：表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号。
4）YC6112ZLQ：表示六缸，四行程，缸径112mm，水冷车用；YC表示玉柴机器股份有限公司，Z为增压，L为中冷。
5）EQ6BTA5.9：表示六缸，四行程，水冷车用；EQ表示二汽，B为发动机的系列号，A为水冷中冷，T为增压，5.9为发动机排量。
第五节 发动机性能指标和特性
建立发动机性能指标是为了便于评价其质量。发动机的主要性能指标有动力性指标（指功率、转矩和转速）、经济性指标（指燃料、润滑油的消耗）及运转性能指标（指冷起动性能、噪声和排气品质）。此外还有工作可靠性、耐久性、结构工艺性、操纵维修方便性等指标。
发动机的各种性能指标是相互制约的，而且不同用途、不同生产条件和不同使用条件对发动机性能要求的着重点不同。所谓高质量的发动机，就是在这些具体条件下将各种要求合理地统一起来。
由于性能指标赖以建立的基础不同，又可分为指示性能指标和有效性能指标。有效性能指标是以发动机输出轴上得到的净功率为基础而建立的指标。它可用来评定整机性能的好坏。一、动力性指标
动力性指标是表征发动机做功能力大小的指标，一般用发动机的有效转矩、有效功率、转速和平均有效压力等作为评价发动机动力性好坏的指标。
1.有效转矩
发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作T。有效转矩与曲轴e角位移的乘积即为发动机对外输出的有效功。
2.有效功率
发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作P。e它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的有效功率可以用台架试验方法测定，也可用测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后用公式计算出发动机的有效功率P（kW）：e
式中 T——有效转矩（N·m）；e
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。
发动机转速的高低，关系到单位时间内做功次数的多少或发动机有效功率的大小，即发动机的有效功率随转速的不同而改变。因此，在说明发动机有效功率的大小时，必须同时指明其相应的转速。在发动机产品标牌上规定的有效功率及其相应的转速分别称作标定功率和标定转速。发动机在标定功率和标定转速下的工作状况称作标定工况。标定功率不是发动机所能发出的最大功率，它是根据发动机用途而制定的有效功率最大使用限度。同一种型号的发动机，当其用途不同时，其标定功率值并不相同。
有效转矩也随发动机工况而变化。因此，以发动机所能输出的最大转矩及相应的转速作为评价其动力性的一个指标。
4.平均有效压力
单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，记作P（单位MPa）。显然，平均有效压力越大，发动机的做功能力越me强。二、经济性指标
发动机经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率等。
1.有效热效率
燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率，记作。显然，为获得一定数量的有效功所消耗的热量越少，有效热
ηe效率越高，发动机的经济性越好。
2.有效燃油消耗率
发动机每输出1kW·h的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率，记作b[单位g/（kW·h）]。b可按下式计算：ee
式中 B——发动机在单位时间内的耗油量（kg/h），可由试验测定；
P——发动机的有效功率（kW）。e
显然，有效燃油消耗率越低，经济性越好。三、强化指标
强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标，一般包括升功率和强化系数等。
1.升功率
发动机在标定工况下，单位发动机排量输出的有效功率称为升功率，记作P。升功率大，表明每升气缸工作容积发出的有效功率L大，发动机的热负荷和机械负荷都高。
2.强化系数
平均有效压力与活塞平均速度的乘积称为强化系数，记作Pv。mem
活塞平均速度是指发动机在标定转速下工作时，活塞往复运动速度的平均值。它与发动机转速的关系为
式中 v——活塞平均速度（m/s）；m
s——活塞行程（mm）；
n——发动机标定转速（r/min）。
不论是活塞平均速度高，还是平均有效压力大，均使发动机的热负荷和机械负荷增高。因此，强化系数表征了发动机的强化程度。随着发动机技术的不断进步，其强化程度越来越高。四、紧凑性指标
紧凑性指标是用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标，通常用比容积和比质量衡量。
1.比容积
发动机外廓体积与其标定功率的比值称为比容积。
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