Motor car engine structure and
Principle
专业 汽车制造与装调
学生 苏立民
指导教师 田丰福
长春汽车工业高等专科学校
二零一一年七月
独创性声明
本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 长春汽车工业高等专科学校 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
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学位论文版权使用授权书
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论文作者签名： 导师签名：
签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日
摘要
汽车整体技术日新月异，而作为汽车的心脏——发动机技术的进步显得更受关注。如今介绍一辆汽车的发动机时,在用料上往轻量化的方向发展，全铝发动机目前的应用已经非常广泛；汽车的污染也是不可避免，于是新能源技术—绿色汽车成为成为发动机的发展趋势的最好体现，回顾一下发动机的历史或许更能理解这一百多年来汽车技术所发生的巨大变革。
通过阅读关于汽车类书籍关于发动机的相关知识，查找网上相关知识让我在这个月内完成了汽车制造与装调的毕业论文。汽车发动机是每个汽车的心脏，只有心脏健康，汽车才可以自由地行驶在各种工况下，这篇文章就是让我们更好的了解发动机的构造、原理以及未来的发张趋势，例如：汽油机的做功行程，(1) 吸气行程活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180°。进入汽缸内的可燃混合气的温度，由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340～400K。(2) 压缩冲程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。活塞上移时，工作容积逐渐缩小，缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终点时，其压力pc可达800～2 000kPa，温度达600～750K。(3) 做功行程当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气，混合气燃烧释放出大量的热能，使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。在做功冲程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180°。4)排气冲程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。最后还添加了最几年的热点问题汽车新能源问题。
我相信中国在未来的几年内汽车发展会走上顶峰。
关键词：发动机 系统 原理 分类 汽车
Summary
The automobile overall technology changes with each new day, but appears as the automobile heart - - engine technology progress receives pays attention。Now introduced when an automobile engine, develops on the needed materials toward the lightweight direction, the entire aluminum engine at present application already extremely was widespread; The automobile pollution also is inevitable, therefore perhaps the new energy technology - green automobile into the engine the trend of development well manifest, reviews the engine the history to be able to understand this 100 for many years automobile technology has occurred huge transformation。
Througheadingabouttheautomobileclassbooksabout theengineelatedknowledge, searched on the net to be connected the knowledge to let me complete the graduation thesis in this month which the automobile manufacture and the attire moved. The motor car engine is each automobile heart, only then the heart health, the automobile only then may go freely under each kind of operating mode, this article will be lets we better understanding engine the structure, the principle as well as the future sends opens the tendency，For example: Gasoline engine acting traveling schedule，1) The suction stroke piston moves under the crank impetus by the top dead center to the bottom dead center.This time air intake valve opening, exhaust gate closure, crank rotation 180°.Enters in the cylinder the inflammablemixture temperature, as a result of high temperature components and so on the air feeder, cylinder wall, piston crown, tire valve and combustion chamber wall heatings as well as elevates 340~400K with the residual gas mix. 2) When compression stroke, enters, the exhaust gate also closes.The piston stops upwardly from the bottom dead center the movement, the crank rotation 180°.On the piston after a short while, the piston displacement gradually reduces, after in the cylinder mixes mistreats the compression the pressure and the temperature elevates unceasingly, when arrives the compression end point, its pressure pc may reach 800~2 000kPa, the temperature reaches 600~750K. 3) When acting traveling schedule piston close top dead center, lights the inflammablemixture by the igniter plug, mixture air burning releases the massive heat energies, causes in the cylinder the gas pressure and the temperature rapid enhancement.The high temperature high pressure fuel gas impetus piston stops downward from the top dead center the movement, and through crank link motion gear foreign output mechanical energy.In the acting stroke, the air intake valve, the exhaust gate close, crank rotation 180°. 4)When exhausts the stroke, exhaust gate opening, the air intake valve still shut down, the piston stopped upwardly from the bottom dead center the movement, the crank rotation 180°.Finally also increased several year hot topic automobile new energy question.
I believed China the automobile development will be able to step onto the crest in future several years.
Key word:engine system elements categorise automobile
第一章. 发动机的简介……………………………………………………………7
1.1汽车的总体构造及发动机的总体构造…………………………………7
1.2汽车发动机的概述及其工作原理…………………………………11
1.2.2. 四冲程汽油机工作原理…………………………………………12
1.2.2. 四冲程柴油机工作原理…………………………………………14
1.2.2. 二冲程柴油机工作原理…………………………………………15
1.2.2. 二冲程柴油机工作原理…………………………………………16
1.3汽车发动机的分类………………………………………………………17
1.4发动机的常用术语………………………………………………………18
第二章. 发动机的历史…………………………………………………………19
2.1 汽车发动机的发展历史……………………………………………19
第三章. 汽车发动机到当今…………………………………………………23
3.1电子技术在发动机上的运用………………………………………………23
第四章. 汽车发动机的未来……………………………………………………24
4.1绿色汽车—发动机技术的新趋势…………………………………24
结束语………………………………………………………………………………26
参考文献……………………………………………………………………………27
致谢…………………………………………………………………………………28
第一章 汽车发动机的简介
1.1汽车的总体构造及发动机的总体构造
汽车通常由发动机、底盘、车身和电气设备4部分组成。典型的汽车总体构造如图0-1所示。
图0-1汽车的总体结构
发动机的作用是使输进气缸的燃料燃烧而发出动力。现代汽车广泛应用往复2活塞式内燃机，它一般由机体、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、冷却系统、点火系统（汽油发动机采用）、润滑系统等部分组成。
底盘接受发动机的动力，式汽车产生运动，并保证汽车按照驾驶员的操作正常行驶。底盘由：传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统组成。
车身是驾驶员的工作场所，也是转载乘客和货物的地方。它包括车前板制件（俗称车头）、车身本体、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。
电气设备包括电源组、发动机起动系统和点火系统、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、计算机及各种人工智能的操作装置等。
我们所要讲的汽车发动机是个极为复杂的机器。为了实现其由热能到机械能动的转换，同时也为了达到优异的性能指标，发动机包含许多机构和系统如图0-2。这些机构和系统的构造和组成，又随着发动机的用途、生产厂家 的不同而千差万别。但就其整体结构而言，却都是由机体组、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统、起动系统和有害排放物控制装置等组成。如果是汽油机还包括点火系统。若为增压发动机，则还应有增压系统。
图0-2发动机的总体结构
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。
组成：由汽缸体、汽缸盖、活塞、连杆曲轴和飞轮等机件组成。
功能： 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。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。
2、配气机构
组成：由气门、气门弹簧、凸轮轴、挺杆、凸轮轴传动机构等组件等组成。
功能：配气机构的功用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和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程 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
3、燃料供给系统
组成：化油器式由汽油箱、汽油泵、汽油滤清器等组成。电控燃油喷射式由空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统组成。
功能：汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。
4、点火系统
组成：传统式由蓄电池、发电机、点火线圈、断电器、火花塞等组成。普通式和传统式点火系统类似，只是用电子元件取代了断电器。电子点火式全部是全电子点火系统，完全取消了机械装置，由电子系统控制点火时刻，包括蓄电池、发电机、点火线圈、火花塞和电子控制系统等。
功能：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。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系。
5、冷却系统
组成：水冷式由水套、水泵、散热器、风扇、节温器等组成。风冷式由风扇和散热片等组成。
功能：冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。
6、润滑系统
组成：由机油泵、集滤器、限压阀、油道、机油滤清器等组成。
功能：润滑系的功用是向作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。
7、起动系统
组成：由起动机及其附属装置组成。
功能：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，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，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。
1.2汽车发动机的概述及其工作原理
我们以单缸汽油发动机为例，讲解一下汽油机的工作原理。
气缸内装有活塞，活塞通过活塞销、连杆与曲轴相连接。活塞在气缸内做往复运动，通过连杆推动曲轴转动。为了吸入新鲜气体和排出废气，设有进气门和排气门。
活塞顶离曲轴中心最远处，即活塞最高位置，称为上止点。活塞顶部离曲轴中心最近处，即活塞最低位置，称为下止点。上、下止点间的距离称为活塞行程，曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离称为曲轴半径。活塞每走一个行程相应于曲轴转角180°。对于气缸中心线通过曲轴中心线的发动机，活塞行程等于曲柄半径的两倍。
活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为发动机的工作容积或发动机排量，用符号VL表示。
发动机是汽车的动力源，是汽车的心脏。简单讲发动机就是一个能量转换机构，即将汽油(柴油)的热能，通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀时，推动活塞作功，转变为机械能，这是发动机最基本的原理。
往复活塞式内燃机所用的燃料主要是汽油(gasoline)或柴油(diesel)。由于汽油和柴油具有不同的性质，因而在发动机的工作原理和结构上有差异。 1.2.1. 四冲程汽油机工作原理
汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在吸气冲程被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程内完成一个工作循环。
(1) 吸气行程
活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180°。在活塞移动过程中，汽缸容积逐渐增大，汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa，汽缸内形成一定的真空度，空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸，并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力，进气终点汽缸内气体压力小于大气压力0 p ，即pa= (0.80～0.90) 0 p 。进入汽缸内的可燃混合气的温度，由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340～400K。
(2) 压缩行程
压缩冲程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。活塞上移时，工作容积逐渐缩小，缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终点时，其压力pc可达800～2 000kPa，温度达600～750K。
为使吸入气缸内可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程称为压缩行程。
压缩终了时，活塞到达上止点，活塞上方形成很小空间，称为燃烧室。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，以ε表示：
压缩比愈大，在压缩终了时混合气的压力和温度便愈高，燃烧速度也愈快，因而发动机发出的功率愈大，经济性愈好。但压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。爆燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃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，甚至在气体来不及膨胀的情况下，温度和压力急剧升高。同时，还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。表面点火是由于燃烧室内炽热表面与炽热处（如排气门头，火花塞电极，积炭处）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧（也称为炽热点火或早燃）。表面点火发生时，也伴有强烈的敲击声（较沉闷），产生的高压会使发动机件负荷增加，寿命降低。
(3) 做功行程
当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气，混合气燃烧释放出大量的热能，使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力Pz达3 000～6 000kPa，温度TZ达2 200～2 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移，汽缸容积增加，气体压力和温度逐渐下降，到达 b 点时，其压力降至300～500kPa，温度降至1 200～1 500K。在做功冲程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180°。在这个行程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，装在气缸盖上的火花塞即发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气被燃烧后，放出大量的热能，因此，燃气的压力和温度迅速增加，所能达到的最高压力约为3-5Mpa，相应的温度则为2200-2800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，除了用于维持发动机本身继续运转而外，其余即用于对外作功。
(4) 排气行程
可燃混合气燃烧后生成的废气，必须从气缸中排除，以便进行下一个进气行程。
排气冲程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。排气门开启时，燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用，排气终点r 点的压力稍高于大气压力，即pr=(1.05～1.20)p0。排气终点温度Tr=900～1100K。活塞运动到上止点时，燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出，这部分废气叫残余废气。
1.2.2. 四冲程柴油机工作原理
四冲程柴油机和汽油机一样，每个工作循环也是由进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程组成。由于柴油机以柴油作燃料，与汽油相比，柴油自燃温度低、黏度大不易蒸发，因而柴油机采用压缩终点压燃着火，也叫压燃式点火，其工作过程及系统结构与汽油机有所不同.
(1) 进气行程
进入汽缸的工质是纯空气。由于柴油机进气系统阻力较小，进气终点压力pa= (0.85～0.95)p0，比汽油机高。进气终点温度Ta=300～340K，比汽油机低。
(2) 压缩行程
由于压缩的工质是纯空气，因此柴油机的压缩比比汽油机高(一般为ε=16～22)。压缩终点的压力为3 000～5 000kPa，压缩终点的温度为750～1 000K，大大超过柴油的自燃温度(约520K)。
(3) 做功行程
当压缩冲程接近终了时，在高压油泵作用下，将柴油以10MPa左右的高压通过喷油器喷入汽缸燃烧室中，在很短的时间内与空气混合后立即自行发火燃烧。汽缸内气体的压力急速上升，最高达5 000～9 000kPa，最高温度达1 800～2 000K。由于柴油机是靠压缩自行着火燃烧，故称柴油机为压燃式发动机。
(4) 排气行程
柴油机的排气与汽油机基本相同，只是排气温度比汽油机低。一般Try=700～900K。对于单缸发动机来说，其转速不均匀，发动机工作不平稳，振动大。这是因为四个冲程中只有一个冲程是做功的，其他三个冲程是消耗动力为做功做准备的冲程。为了解决这个问题，飞轮必须具有足够大的转动惯量，这样又会导致整个发动机质量和尺寸增加。采用多缸发动机可以弥补上述不足。现代汽车用多采用四缸、六缸和八缸发动机。
1.2.3.二冲程汽油机的工作原理：
二冲程发动机工作循环也包括进气、压缩、作功和排气四个过程，但它是在活塞往复两个行程内完成的。
(1)第一行程。活塞从下止点向上止点移动，当活塞上行至关闭换气孔和排气孔时，已进入气缸的可燃混合气被压缩，活塞继续上移至上止点时，压缩结束。与此同时，活塞上行时，其下方曲轴箱内形成一定真空度。当活塞上行至进气孔开启时，新鲜的可燃混合气被吸入曲轴箱，至此，第一行程结束。
(2)第二行程。活塞接近上止点时，火花塞产生电火花点燃被压缩的可燃混合气。燃烧形成的高温、高压气体推动活塞下行作功。当活塞下行到关闭进气孔后，曲轴箱内的混合气被预压缩；活塞继续下行至排气孔开启时，燃烧后废气靠自身压力经排气孔排出；紧接着，换气孔开启，曲轴箱内经预压的混合气进入气缸，并排除气缸内残余废气。这一过程称换气过程，它将一直延续到下一行程活塞再上行关闭换气孔和排气孔为止。活塞下行到下止点时，第二行程结束。
由上两个行程可知：第一行程时，活塞上方进行换气、压缩，活塞下方进行进气；第二行程时，活塞上方进行作功、换气，活塞下方预压混合气。换气过程跨越二个行程。
1.2.4. 二行程柴油机的工作原理
二行程柴油机和二行程汽油机工作类似，所不同的是，柴油机进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。例如带有扫气泵的二行程柴油机工作过程如下：
第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开始前不久，进气孔和排气门均以开启，利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭，排气门也关闭，空气受到压缩，当活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，使气缸内压力增大。
第二行程：活塞从上止点向下止点运动，开始时气体膨胀，推动活塞向下运动，对外作功，当活塞下行到大约2/3行程时，排气门开启，排出废气，气缸内压力降低，进气孔开启，进行换气，换气一直延续到活塞向上运动1/3行程进气孔关闭结束。
发动机活塞
活塞的主要作用是承受气缸中气体压力并通过活塞销和连杆传给曲轴。此外，活塞还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室，由于活塞顶部直接与高温燃气接触，承受很高的热负荷；活塞还承受周期性变化的的气体压力和惯性力的作用， 因此要求活塞应有足够的强度和刚度，质量尽可能小，导热性能要好，要有良好的耐热性、耐磨性，温度变化时，尺寸及形状的变化要小。
汽车发动机目前广泛采用的活塞材料是铝合金，有的柴油机上也采用合金铸铁或耐热钢制造活塞。
活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部三个部分。
（1）.活塞顶部。活塞顶部是燃烧室的组成部分，用来承受气体压力。根据不同的目的和要求，活塞顶部制成各种不同的形状：常见的有平顶活塞、、凸顶活塞、凹顶活塞及成型顶活塞。
(2)活塞头部。活塞头部是活塞环槽以上的部分。其主要作用是承受气体压力，并传给连杆；与活塞环一起实现对气缸的密封；将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。 活塞头部切有若干道用以安装活塞环的环槽。汽油机活塞一般有3～4道环槽，上面2～3道用以安装气环，下面一道用以安装油环。在油环槽底面上钻有若干径向小孔，以使被油环从气缸壁上刮下来的多余机油经过这些小孔流回油底壳。
(3)活塞裙部。活塞环槽以下的部分称为活塞裙部。其作用是引导活塞在气缸内作往复运动，并承受侧压力。
直列式气缸体
气缸体与上曲轴箱常铸成一体，称为气缸体－曲轴箱，简称气缸体。气缸体上部有一个或数个为活塞在其中运动作导向的圆柱形空腔，称为气缸；下部为支撑曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。
气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体，并由它来保持发动机各运动件相互之间的准确位置关系。 为了使气缸散热，在气缸外部制有水套（水冷式发动机）或散热片（风冷式发动机）。 在上曲轴箱有前后壁和中间隔板，其上制有主轴承座孔，有的发动机还制有凸轮轴轴承座孔。为了这些轴承的润滑，在侧壁上钻有主油道，前后壁和中间隔板上钻有分油道。
发动机气缸排列常见的有单列式和双列式两种形式：单列式（直列式）发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置。但为了降低发动机的高度，有时也把气缸布置成倾斜甚至水平的。双列式发动机左、右两列气缸中心线的夹角γ＜180°者称为V型发动机。
1.3汽车发动机的分类
按活塞运动方式分类：活塞式内燃机可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。前者活塞在汽缸内作往复直线运动，后者活塞在汽缸内作旋转运动。
按照进气系统分类：内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。若进气是在接近大气状态下进行的，则为非增压内燃机或自然吸气式内燃机；若利用增压器将进气压力增高，进气密度增大，则为增压内燃机。增压可以提高内燃机功率。
按照气缸排列方式分类：内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式、双列式和三列式。单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的。双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角<180°(一般为90°)称为V型发动机，若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。三列式把气缸排成三列，成为W型发动机。
按照气缸数目分类：内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气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、十六缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用三缸，四缸、六缸、八缸发动机。
按照冷却方式分类：内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是利用在气缸体和气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；而风冷发动机是利用流动于气缸体与气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。
按照行程分类：内燃机按照完成一个工作循环所需的冲程数可分为四冲程内燃机和二冲程内燃机。把曲轴转两圈(720°)，活塞在气缸内上下往复运动四个冲程，完成一个工作循环的内燃机称为四冲程内燃机；而把曲轴转一圈(360°)，活塞在气缸内上下往复运动两个冲程，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四冲程内燃机。
按气门机构种分类：侧置气门（SV）发动机、侧置凸轮轴（OHV）发动机、顶置凸轮轴（OHC）发动机、可变气门（VTEC）发动机 和Desmo气门机构发动机。
按燃油供应方式分类：化油器发动机和电喷发动机 。
按照所用燃料分类：内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比较各有特点；汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，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。
1.4 发动机的常用术语
1、上止点
活塞在气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。
2、下止点
活塞在气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。
3、活塞行程
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
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、气缸工作容积
活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为气缸工作容积。一般 用Vh表示：
式中：D－气缸直径，单位mm；
S－活塞行程，单位mm；
6、气缸总容积
活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积。一般用Va表示，显而易见，气缸总容积就是气缸工作容积和燃烧室容积之和，即Va＝Vc＋Vh。
7、发动机排量
多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机排量。一般用VL表示：
VL=Vhi
式中：Vh－ 气缸工作容积；
i － 气缸数目。
8、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，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。一般用ε表示。
式中：Va － 气缸总容积；
Vh － 气缸工作容积；
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。
9、工作循环
每一个工作循环包括进气、压缩、作功和排气过程，即完成进气、压缩、作功和排气四个过程叫一个。
第二章 汽车发动机的历史
2.1 汽车发动机的发展历史
18世纪中叶，瓦特发明了蒸气机，此后人们开始设想把蒸汽机装到车子上载人。法国的居纽是第一个将蒸汽机装到车子上的人。1770年，居纽制作了一辆三轮蒸汽机车。这辆车全长7.23米，时速为3.5公里,是世界上第一辆蒸汽机车。1771年古诺改进了蒸汽汽车，时速可达9.5千米，牵引4-5吨的货物。
1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机，并于1860年申请了专利。发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽，使用电池和感应线圈产生电火花，用电火花将混合气点燃爆发。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等。煤气机是内燃机的初级产品，因为煤气发动机的压缩比为零。
1867年，德国人奥托受里诺研制煤气发动机的启发，对煤气发动机进行了大量的研究，制作了一台卧式气压煤气发动机，后经过改进，于1878年在法国举办的国际展览会上展出了他制作的样品。由于该发动机工作效率高，引起了参观者极大的兴趣。在长期的研究过程中，奥托提出了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础。德国人奥姆勒和卡尔·本茨根据奥托发动机的原理，各自研制出具有现代意义的汽油发动机，为汽车的发展铺平了道路。
1886年被视为汽车的诞生日，那辆奔驰一直为人所津津乐道。但是其动力单元却实在“寒酸”：第一辆“三轮奔驰”搭载的卧式单缸二冲程汽油发动机，最高时速16KM每小时。这就是第一辆汽车的发动机，那时勇敢卡尔奔驰的夫人驾驶这辆奔驰1号上坡还需要儿子推车，当然沿途不停的熄火，转向也不灵，回娘家100公里的路程硬是走了一整天
12 年德国工程师狄塞尔发明了压燃式发动机(即柴油机)，实现了内燃机历史上的第二次重大突破。由于采用高压缩比和膨胀比，热效率比当时其他发动机又提高了1 倍。1956年，德国人汪克尔发明了转子式发动机，使发动机转速有较大幅度的提高。19年，德国NSU公司首次将转子式发动机安装在轿车上。
1926 年，瑞士人布希提出了废气涡轮增压理论，利用发动机排出的废气能量来驱动压气机，给发动机增压。50 年代后，废气涡轮增压技术开始在车用内燃机上逐渐得到应用，使发动机性能有很大提高，成为内燃机发展史上的第三次重大突破。
1957年，德国人汪克尔发明了转子活塞发动机，这是汽油发动机发展的一个重要分支。转子发动机的特点是利用内转子圆外旋轮线和外转子圆内旋轮线相结合的机构，无曲轴连杆和配气机构，可将三角活塞运动直接转换为旋转运动。它的零件数比往复活塞式汽油少40%，质量轻、体积小、转速高、功率大。
1958年汪克尔将外转子改为固定转子为行星运动，制成功率为22.79千瓦、转速为5500转/分的新型旋转活塞发动机。该机具有重要的开发价值，因而引起各国的重视。日本东洋公司（马自达公司）买下了转子发动机的样机，并把转子发动机装在汽车上，可以说，转子发动机生在德国长在日本。如今转子发动机依然只是马自达一家公司在用，如图0-3所示。
1967 年德国博世公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统开创了电控技术在汽车发动机上应用的历史。经过30年的发展，以电子计算机为核心的发动机管理系统已逐渐成为汽车、特别是轿车发动机上的标准配置。由于电控技术的应用，发动机的污染物排放、噪声和燃油消耗大幅度地降低，改善了动力性能，成为内燃机发展史上第四次重大突破。
图 0-3马自达专用的转子发动机
1971年，第一台热气发动机——斯特林机的公共汽车已开始运行。1972年，日本本田技研工业在市场售出装有复合涡流控制燃烧的发动机的西维克牌轿车，打响了稀薄气体燃烧发动机的第一炮。这种发动机是在普通发动机燃烧室的顶部加上一个槌状体的副燃烧室，先将这处副燃烧室中较浓的混合气体点燃，然后其火焰延燃到主燃烧室的稀薄混合气中，使之全部燃烧做功，废气中的CO和HC很少，减少了有害气体的排放
1978年，日本研究成功复合动力汽车，即内燃机——电力汽车。
1979年8月，巴西制造出以酒精为燃料的汽车——菲亚特147型和帕萨特型轿车，及“小甲虫”汽车。巴西是现在世界上使用酒精汽车最多的国家。
1980年，人本研制成功液态氢气车。在后部装有保持液态氢低温和一定压力的特制贮存罐。该车用85公升的液氢，行驶了400公里，时速达135公里。但目前在使用上还有困难，费用也比油高。
1980年，美国试制成功了一种锌氯电池电动汽车。
1980年，西班牙试研制成功一种太阳能汽车。
1980年，西德汉堡市西北伊策霍的一位工程师，发明了一种利用电石气（乙炔气）作动力的汽车。先将电石变成气体，然后用这种气体燃烧推动喷气式发动机来驱动汽车，其速度和安全性均不亚于汽油车，20公斤电石块可以使汽车至少行驶300公里。
1980年，美国开始研究“烧铝”的汽车，这是由加州大学国立罗伦兹研究室的约翰.库伯和埃尔文.贝伦提出的。他们设计出一种新型的电池作为汽车动力；在氢氧化钠的参与下，使铝与水和空气发生化学反应而产生电流。经实验证明，电动汽车重量为1300公斤，载上司机和4名乘客，每更换一次铝板，可行驶约5000公里，以每小时90公里的速度行驶时，每行驶20公里消耗1公斤铝。而在相同的条件下，1公斤汽油却只能走14.18公里。
1981年，美国研制出的一种新的节约能源的风能汽车，这辆汽车现在还不能全部使用风能，而是与燃料交替使用。它是在一辆普通的轿车车顶上，装有一台带有风动螺旋桨的空气透平机，用以随时为车内装有12V60A电池组充电。汽车行驶时，现以燃料发动，当车速达到每小时55公里时，透平机才开始工作。
1982年，日本东京大学一色尚次教授，经过多年的研究，终于成功地研制出世界上第一辆盐水发动机汽车。该车可乘两人，其发动机以蒸汽为动力，而蒸汽是通过向硫酸或苏打等盐类溶液里加水，发生化学加热反应，利用释放出来的化学热能烧沸锅炉里的水而产生的。
1983年，世界上第一辆装备柴油陶瓷发动机的汽车运行试验成功。所装发动机是日本京都陶瓷公司研制的，其主要零部件由陶瓷制成，省去了冷却系统，重量轻，节能效果显著，在同样条件下可比常规发动机多走30%的路程。
1984年，前苏联研制出一种双重燃料汽车。当汽车发动时，首先使用汽油，然后专用天然气。试验证明，这种车排污少，燃料价格便宜，每辆车每年可节省燃料费500卢布。
1984年，美国美孚石油公司的阿莫柯比化学公司，研制出了一种叫杜隆塑料的合成材料，该公司采用这一塑料成功地制造出了世界上第一台全塑料汽车发动机，其重量只有84公斤。目前，美国的洛拉T-616GT型汽车用的就是这种全塑发动机。
1984年，澳大利亚工程师沙里许经10年研究，花费了1300万美元后，研制成功了一种在功率、燃烧效率和降低污染多方面优于四冲程内燃机的OCP发动机。它采用压缩空气形成超细油滴和空气的混合物进入燃烧室，燃烧更为充分，从而改善了总的效果。实验表明，OCP发动机的功率较等重量的四冲程发动机大二倍，并且除节油25%外，废弃污染也大大降低。
1986年，日本的三洋电气公司研制成功首辆由太阳能电池带动的汽车，这是全世界第一辆太阳能运输车。该车有3个小轮子，全长2.1米，宽0.9米，净载重量为110公斤，时速可达24公里。
1994年，英国的戴维.伯恩发明了另一种风力汽车，并已投入批量生产。这种被称为风力汽车的新设计构思很巧妙。其驱动装置是两个电动马达，分别安装在两个前轮上。底盘上装有一个“风圆锥”，看上去活像个巨大的蛋卷冰淇淋。在普通汽车安装散热护栅处则装着一根进风管，直径为1.37米，长度与车身相等，并与“风圆锥”连接。当汽车行驶时，空气通过进风管进入“风圆锥”连接。当汽车行驶时，空气通过进风管进入“风圆锥”，驱动安装在哪里的扇形涡轮机，接着再通过内置式发动机讲风能转化为电能，贮存在蓄电池中，用来驱动位于前轮的两个马达，使汽车得以行驶。
第三章汽车发动机的当今
3.1电子技术在发动机上的运用
1．电子控制喷油装置（EFI） 在现代汽车上，机械式或机电混合式燃油喷射系统已趋于淘汰，电控燃油喷射装置因其性能优越而得到了日益普及。电子喷油装置可以自动地保证发动机始终工作在最佳状态，使其在输出一定功率的条件下最大限度地节油和净化空气。经过实验并修正得到发动机最佳工况时的供油控制规律、事先把这些客观规律编成程序存在微机的存储器中，当发动机工作时，根据各传感器测得的空气流量、排气管中含氧量、进气温度、发动机转速及工作温度等参数，按预先编好的运算程序进行运算、然后和内存中的最佳工况的参数进行比较和判断再调整供油量。这样就能够使发动机一直处于最优工作条件下运行，从而使发动机的综合性能得到提高。
2．电子点火装置（ESA） 它由微机、传感器及其接口、执行机构等几部分构成。该装置可根据传感器送来的发动机各种参数进行运算、判断，然后进行点火时刻的调节，这样可以节约燃料，减少空气污染。此外，新型发动机电子控制装置还有自适应控制、智能控制及自诊断操作等。一般认为，发动机电子控制装置的节能效果在15%以上，而效果更明显的则是在环境保护方面。 除此之外，在发动机部分利用电子技术的内容还有：废气再循环（EGR）、怠速控制（ISC）、电动油泵、发电机输出、冷却风扇、发动机排量、节气门正时、二次空气喷射、发动机增压、油汽蒸发及系统自我诊断功能等，它们在不同的车型上都或多或少地被应用。
3.智能可变气门正时技术(VVT-I) 为了使发动机获得最佳的空然比，使发动机在不同转速能得到不同的燃油供应，丰田的智能可变气门正时技术相当又代表性。 VVT－i系统由传感器、ECU和凸轮轴液压控制阀、控制器等部分组成。ECU储存了最佳气门正时参数值，曲轴位置传感器、进气歧管空气压力传感器、节气门位置传感器、水温传感器和凸轮轴位置传感器等反馈信息汇集到ECU并与预定参数值进行对比计算，计算出修正参数并发出指令到控制凸轮轴正时液压控制阀，控制阀根据ECU指令控制机油槽阀的位置，也就是改变液压流量，把提前、滞后、保持不变等信号指令选择输送至VVT－i控制器的不同油道上。
第四章汽车发动机的未来
4.1绿色汽车—发动机技术的新趋势
1.天然气发动机：天然气产自油气田和气田，在地球上的贮量很大。以天然气作燃料的发动机已有50多年的历史了，因此人类开发天然气发动机的技术已相当成熟。天然气发动机最大的优点是污染物排放大为降低。另外，天然气不用润滑油稀释，从而可延长发动机的使用寿命，同时还可降低汽车噪声等。目前，世界上不少国家都已使用了天然气汽车。氢气发动机：氢气可从电解水、煤的气化、天然气中制取。氢气是一种最清洁的燃料，燃烧产物主要是水，其次是在空气燃烧中形成的微量NOX，对空气没有什么污染。以氢气为燃料的汽车发动机的研究经历了一个曲折发展的过程，研究工作从30年代就已开始，但进展不大。70年代的石油危机给各国重新敲响了警钟，氢气再次被人们所关注。目前，世界一些知名的大汽车公司都研制出了自己的氢气发动机。虽然推广应用氢气燃料发动机还要解决一系列技术问题，如需要找到氢气在汽车上安全有效的贮运方法；需要找到大量生产廉价氢的方法；需要解决氢燃料的供给系统等。但从长远和发展的观点来看，氢气发动机最有前途。
水燃料发动机：不久，以水作燃料将不再被视为神话。目前，英国正在试制一种以水作燃料的发动机。这种水燃料发动机的工作原理，是在发动机燃料管内装一铝制转子，并将铝线一端插入水中，另一端引向转子。当在铝线和转子间通电时，铝线在水中放电，使水分解成氢气和氧气，随后，气体进入燃烧室，气体燃烧后产生驱动力。
2.净化污染空气的发动机：目前，日本本田公司宣称它已研制出一种神奇的、在行驶中能净化污染空气的发动机。这种代号为Z-LEV的发动机，能吸进含烟雾的空气，排放出洁净的尾气。它的排放物是世界上最严格的美国加州标准的1/10。装有这种2.3L四缸发动机的汽车在高烟雾地区行驶，排出的尾气中烟雾含量要比周围空气中的还要低。Z-LEV发动机使用了一种催化剂。当发动机处于低温时，这种发动机还配有计算机控制的燃烧定时系统，以利于提高燃油效率。
3.液态空气发动机：美国华盛顿大学的研究人员已经研究开发出一套空气发动机技术用来推动汽车。空气发动机汽车的原理并不复杂，它是将空气中的氮气分离，然后经过-160℃的低温进行液化，液体氮便成为空气发动机的燃料。空气发动机汽车装有一类似汽车水箱散热器的热能交换器，当液体氮经过热能交换器时，便会因遇热而迅速变为气体，容积在瞬间膨胀达700倍。氮气在膨胀时，便可以将空气发动机内的活塞推动，原理犹如汽油燃烧时产生的爆炸作用。研究人员认为，氮气取自大气层，不含毒性，空气发动机汽车比电动汽车更具有环保优势，原因是制造电池的物质含有毒。
结束语
经过两个月的努力和在请教同学下终于完成了以《汽车发动机》为课题的自考论文。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。这一切都是非常值得的也更加深刻地理解了汽车发动机的工作原理，还知道了一些关于汽车当今和未来的发展方向.
为了完成这篇论文我找了很多资料，并和同学讨论如何把论文写好，庆幸的是在这个过程中我学到了很多课外知识。第一次写论文让我又悲又喜，悲的是第一次写这么多字的文章，寻思了好多天都无从下笔；喜的是我们是在和同学的互相请教帮助下，花了很多时间和精力最后终于完成了。这次试炼让我明白挫折并不可怕，只要坚持不懈，直面困难，不怕吃苦，脚踏实地，实事求是一定能解决问题。
[参考文献]
1 王京民：《汽车节油窍门我教你》，科学技术文献出版社2009年5月第一版
2 吉林大学汽车工程系：《汽车构造》上册，人民交通出版社2006年6月第五版
3 百度百科
4 发动机搜狐网汽车园地频道
5 张贵荣 最新丰田轿车使用与检修 青岛出版社 2003.08
6 道客巴巴网站—汽车类
7 曹彦 汽车导报
致谢
感谢田老师的帮助，使我对发动机发动机的构造和原理有了进一步的了解与认识，使我知道了发动机的系统、类型、结构、原理、未来的发展趋势，也使我知道中国是有很大潜力的。但是我国和美国、欧洲、日本等发达国家相比，在汽车发动机行业和这些国家还有相当大的差距。我们还要努力，使我国在汽车行业卓越发展，为我国的高科技快速发展打下良好的基础。
再一次感谢我的导师田教授。在整个学习和论文指导过程中，他充分体谅我们这些工作任务及其繁重的学生，总是牺牲个人的休息时间为我们作指导。他的无私、他的关怀、他渊博的知识、他的循循善诱，他严谨刻苦的治学态度、精益求精的工作作风、不但让我在专业知识上收获巨大，更让我学会了如何成为一名受人尊敬的人、品德高尚的人，这些都将对我产生深远的影响，使我终生受益。在此，我衷心感谢田老师对我的关心和指导，祝愿他身体健康，阖家幸福！
我要衷心地感谢在百忙之中抽出时间审阅拙作的专家教授，希望能够得到各位师长的不吝赐教，使自己早日成为一名合格的毕业生！下载本文
