微型汽车发动机总体构造概述

        462Q汽油发动机是根据日本铃木公司ST90K微型汽车F8A发动机测绘设计的。目前主要用于“长安”、“松花江”、“汉江”、“悬河”、“昌河”、“飞虎”等微型汽车。它是四缸四冲程水冷汽油发动机。它的功率为26.1KW（35.5PS），扭矩为52.43N.m（5.35kg f.m），比油耗为306g/（kW.h）[225g/（PS.h）]，最高转速为5500r/min。

        462Q汽油发动机采用四缸直列布置、顶置气门顶置凸轮轴，柔性齿形皮带传动，每缸一个进气门一个排气门，两气门间互成40°角，采用多球型燃烧室，平面曲轴，发火次序，1-3-4-2，采用并列连杆，高硅铝合金活塞。采用三个活塞环密封，两个气环一个刮油环。连杆轴瓦、主轴瓦和止推瓦均为钢背铝基合金。进排气门为高级耐热合金钢，并用钴基合金堆焊进排气门杆端头和排气门密封斜面。

        462Q汽油发动机外形图及纵横剖面图请看图1-1和图1-2.

        一、微型汽车汽油发动机工作原理

        为了产生动力，发动机必须先将燃料和空气变成油气混合气吸入气缸，经压缩后，点燃混合气使之燃烧放出热能，再通过一定的机构转变为机械能。最后还要将废弃排除气缸，如此不断反复。在气缸内进行的每一次热能转换为机械能的这一系列连续过程，称为发动机的一个工作循环。

        活塞往复四个单程而完成一个工作循环，称为四冲程发动机。图1-3为发动机示意图。

         活塞上下各移动一个单程，曲轴旋转一周。活塞在距曲轴中心最远处，即活塞的最高位置，称为上止点。活塞距曲轴中心最近处，即活塞最低位置，称为下止点，上下止点之间的距离s称为活塞的行程。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。活塞行程s等于曲柄半径R的两倍。

        气缸直径通常用D表示。上下止点间的容积，称为气缸工作容积，以Vh表示。用气缸直径表示单缸容积如下式：

        活塞处在上止点时，活塞顶以上的气缸容积，称为燃烧室容积，以Vc表示。

        活塞处在下止点时，活塞顶以上的气缸容积，称为气缸工作容积，以Va表示。即：

        发动机气缸排量是指所有气缸工作容积Vh的总和。

        式中：i-表示缸数

        气缸单缸工作总容积Va和燃烧室容积Vc之比，称为压缩比，用表示。

        现代汽油发动机的压缩比一般为6~9.压缩比越大，在压缩终了时混合气的压力和温度越高，燃烧速度就越快，因而发动机发出的动力就越大，经济性越好。但是，当压缩比过大时，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。这时功率不但不上升而且下降，油耗增加，缸体磨损严重，甚至造成机件损坏。表面点火是由于燃烧室表面（如排气门头、火花塞积炭）的温度大大超过混合气的自然温度而引起混合气自行着火燃烧，这种现象又称炽热点火。

        表面点火发生时，伴有强烈的敲击声（较沉闷）。产生的高压会使发动机机件负荷增加，寿命降低。此外，发动机压缩比过大，机械效率下降，排气污染增加。

        四冲程发动机的工作循环，包括四个活塞行程，按其作用不同分别称为：进气行程、压缩行程、膨胀行程（作功行程）、排气行程。研究这些行程时，可以利用一个单缸示意图以及一种表示气缸压力p和相应于活塞不同位置的气缸容积V之间变化关系图。后者能表示整个发动机工作循环中气体在气缸内所作的功，通常叫做能表示整个发动机工作循环中气体在气缸内所作的功，通常叫做示功图，如图1-4所示。

        进气行程（图1-4a）：为使发动机做功，必须把燃料和空气吸入气缸。首先将燃料与空气在化油器内进行混合，形成可燃混合气，然后再吸入气缸。在这期间排气门关闭，进气门开启，活塞被曲轴连杆带动从上止点向下止点移动一个行程。

        当活塞从上止点向下止点移动时，气缸在活塞上方的空间增大，压力降低到小于大气压力，也就是产生了真空。这时可燃混合气由化油器经进气管、进气门吸入气缸。由于进气系统有阻力，故进气终了时，气缸内的气体压力低于大气压力，约为68.6~93.1kPa（0.7~0.95kgf/cm²）。

        流进气缸内的可燃混合气，因为受气缸壁、活塞顶等高温机件的加热，并与前一行程（排气行程）留下的高温残余气体混合，其温度可上升到100~130°C。

        在示功图上，进气行程用曲线ra表示。曲线ra位于大气压力线以下，它与大气压力纵坐标之差就表示气缸内的真空度。

        压缩行程（图1-4b）：为使吸入气缸内的可燃混合气迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大的功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其体积缩小，密度加大，温度升高，既需要有压缩过程。在这个行程中，进排气门全部关闭，曲轴通过连杆推动活塞由下止点向上止点移动一个行程。在示功图上，压缩行程用曲线ac表示。压缩终了时，活塞位于上止点，此时混合气被压缩到活塞上方很小的空间，即燃烧室中。可燃混合气压力被升高到1176~1323kPa（12~13.5kgf/cm²），温度可达330~480°C。

        压缩前气缸中气体最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比，通常用表示。

        作功行程（图1-4c）：如上所述，在压缩行程终了，燃烧室中的可燃混合气的温度和压力均较高，这时就被火花塞发出的电火花点燃。此时进排气门均关闭，活塞刚开始下移，燃烧着的气体不能及时充分地膨胀，其压力和温度都迅速地升高，如曲线cz所示。所能达到的最高压力pz约为3430~4900kPa（35~50kgf/cm²），相应的温度可达2000~2700°C。作用于单缸活塞顶上的最大爆发压力为19.3~14.7kN（1056~1503kgf）。缸内的高压气体推动活塞向下移动，并通过连杆使曲轴旋转而作功，当发动机有负荷时，燃气在作功行程内所作的功的大部分在克服本身运转阻力后，并对外输出功率。其中一小部分储存在飞轮中，作为动能储备，为以后一系列非作功行程（如排气、进气、压缩行程）作动力。

        示功图上曲线zb表示随着活塞的向下移动，气缸容积增加，气体压力和温度都降低。在膨胀终了的b点压力降低至392~490kPa（4~5kgf/cm²），温度则降为1200~1400°C。

        排气行程（图1-4d）：可燃混合气燃烧作功后变成废气。为使发动机能继续工作，必须把废气排除，以便为下一个吸气行程作准备，就需要一个排气过程。此过程中排气门打开，进气门关闭。由于储存了大量的动能的飞轮带动曲轴旋转，并推动活塞由下止点向上止点移动，把废气经排气门排除气缸，这一行程称为排气行程，在示功图上用曲线br表示。排气行程中气缸内压力稍大于大气压力，约为102.9~107.8kPa（1.5~1.1kgf/cm²）。排气终了时，废气温度约为600~850°C。

        由于燃烧室占有一定的容积，因此在排气终了时，不可能将废气排净，这部分留下的废气成为残余废气。

        综上所述，化油器式汽油发动机经过进气、压缩、作功、排气四个行程，完成一个工作循环。这期间活塞在上下止点间往复移动四个行程，相应地曲轴旋转两周。因此，上述462Q汽油发动机成为四冲程发动机。

        上面所述的只是理论上的四行程循环。而实际上为了吸入更多的新鲜可燃混合气，和使排气排的更干净，进气在上止点前51°就开始了，而到下止点后79°才关闭。而排气在下止点前83°就开始，到上止点后47°才关闭。

        示功图是表示一个气缸在每一个循环中所作的功。从图1-4可以看出进气行程ra、压缩行程ac和排气行程br都是消耗功的，唯有膨胀行程zb是作功的。czb曲线所包括的面积愈大，则表示作的功愈多。计算时是把作功行程作的功减去其他三个行程所消耗的功。把曲线的纵坐标折合成一个平均高度代表平均压力乘以总排量，即为发动机的指示功率。

        二、发动机性能指标计算

       1.有效功率Ne（四冲程发动机）

        发动机的有效功率为发动机输出端的单位时间内对外作功的量。通常用Ne表示。

式中：

        pe-平均有效压力，kPa；

        S-行程，cm；

        D-缸径，cm；

        i-缸数；

        n-转速，r/min。

        2.升功率NL

        升功率NL为每升排量气缸容积所发出的功率。

        1-2

        3.有效扭矩Me

        有效扭矩Me为发动机输出端对外输出的扭矩，单位为N.m。它指燃料在气缸中燃烧发热、膨胀所产生的力，除去克服各部分摩擦阻力和驱动各辅助装置之外，最后在输出端飞轮上可以提供外界可供使用的力矩。

        发动机有效扭矩可按下式计算：

式中：Ne-有效功率，kW；

            n-转速，r/min。

        4.平均有效压力pe

        在通常情况下，有了功率、转速，气缸总排量就可以计算出平均有效压力：

式中：Me-有效扭矩，N.m；

            Vh-总排量，L。

或：

式中：Ne-功率，PS；

            Vh-总排量，L；

            n-转速，r/min。

        5.耗油率ge

        发动机对外作相同的功，所消耗的燃料愈少，其经济性愈好。发动机每发出单位有效功率，所消耗燃料的量称为耗油率ge，很明显，耗油率愈低，经济性愈好。油耗率可按下式计算：

式中：G-小时耗油量，kg/h；

            Ne-功率，kW。

        6.有效效率

式中：Hu-燃料低热值，J/kg。

式中：Hu-燃料低热值，cal/kg。

        7.机械效率：

式中：Nm-带动各种附件和内部摩擦阻力消耗的功率，kW。

         8.比重量gN

式中：G-发动机质量，kg；

            Ne-功率，kW。

         9.发动机活塞的平均速度Cm

式中：S-行程，m；

            n-转速，r/min.

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