發(fā)動機工作原理與總體構(gòu)造講

1、第一篇 汽車發(fā)動機,發(fā)動機工作原理與總體構(gòu)造曲柄連桿機構(gòu)配氣機構(gòu)機構(gòu)汽油機供給系柴油機供給系發(fā)動機增壓系統(tǒng)發(fā)動機冷卻系發(fā)動機潤滑系發(fā)動機點火系發(fā)動機起動系,第二章 發(fā)動機工作原理與總體構(gòu)造,第一節(jié)、發(fā)動機基本術(shù)語和類型,知識點：發(fā)動機的基本術(shù)語發(fā)動機的總體構(gòu)造發(fā)動機的分類,（一）、發(fā)動機的基本術(shù)語,發(fā)動機基本術(shù)語,1．上止點: 活塞離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠的位置2．下止點:活塞離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的位置3．活塞行程

2、 S：上下止點之間的距離4．曲柄半徑R：曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心的距離5．氣缸工作容積VS（單位 L) 活塞由上止點運動到下止點,活塞頂部所掃過的容積，VS =(π/4)D2·S×10-36．燃燒室容積（余隙容積）VC ：活塞位于上止點時， 活塞頂部上方的容積,7．氣缸最大容積Va 活塞位于下止點時,活塞頂部上方的容積Va= VS + VC8．內(nèi)燃機排量 VL 所有氣缸的工作容積之和VL

3、 =i·VS9．壓縮比ε： 氣缸最大容積Va與燃燒室容積VC之比 ε = Vc / Va ε 越大，循環(huán)熱效率越高 汽油機ε =7～9 柴油機ε =18～22,（二）內(nèi)燃機的分類 根據(jù)劃分標準的不同，可將內(nèi)燃機分為好多種類1．根據(jù)所用燃料的不同 柴油機：以柴油為燃料，進氣過程中進入汽缸的是純空氣，壓縮終了時噴入柴油，柴油與空氣在汽缸內(nèi)混合由于空氣經(jīng)壓縮后所達到的溫度能引起

4、柴油的自燃，這種內(nèi)燃機也稱為壓燃式內(nèi)燃機。 汽油機：以汽油為燃料，空氣與汽油在氣缸外混合，形成可燃混合氣后進入氣缸，經(jīng)壓縮后依靠火花塞產(chǎn)生電火花引起燃燒。 煤氣機：汽油機進行適當?shù)母倪M。,2．按沖程數(shù) 二沖程： 每兩個活塞行程（曲軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)）完成一個工作循環(huán)。如摩托車的多數(shù)發(fā)動機。 四沖程： 每四個活塞行程（曲軸每轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)）完成一個工作循環(huán)。絕大多數(shù)發(fā)動機所采用。3．按氣缸數(shù) 單缸：只有一個氣缸

5、 多缸：由多個氣缸組成,,4．按氣缸排列方式 直列立式 V型 對置式,對置式,5．按冷卻方式 風(fēng)冷：以空氣為冷卻介質(zhì)，沒有專門的冷卻系統(tǒng) 如：坦克 水冷：以液體為冷卻介質(zhì)，有專門的冷卻系統(tǒng),6．按進氣方式 增壓：在進氣過程中，可燃混合氣或空氣是通過裝在進氣管道上的增壓器提高壓力，然后進入氣缸內(nèi)非增壓：也叫自然吸氣發(fā)動機，靠活塞的抽吸作用,7．按著火方式 點燃：靠火花塞點火來產(chǎn)生燃燒，汽油機所采用

6、 壓燃：靠燃油的自燃來產(chǎn)生燃燒，柴油機所采用8．按用途 固定式：工程機械采用 移動式：,第二節(jié)、發(fā)動機的總體構(gòu)造,1．機體與氣缸蓋機體：骨架作用，安裝各個機構(gòu)和系統(tǒng)，包括氣缸體、油底殼、曲軸箱缸蓋：組成燃燒室，布置各種零部件2．曲柄連桿機構(gòu)作用：將活塞的往復(fù)直線運動—曲軸的旋轉(zhuǎn)運動對外輸出動力組成：活塞、連桿、曲軸三部分,3．配氣機構(gòu)功用：定時開啟和關(guān)閉進排氣門主要部件：氣門組、傳動組,4、燃油供給系統(tǒng),3．供給

7、系統(tǒng)作用：將燃油系統(tǒng)和空氣及時地供給氣缸，并將燃燒后的廢氣及時排除主要部件：化油器（汽）、噴油泵和噴油器（柴）、空氣濾清器、進氣管、排氣管、消聲器等,電控汽油噴射系統(tǒng)的供給系統(tǒng),5．點火系統(tǒng)：汽油機和煤氣機所采用，點燃混合氣主要部件：火花塞、點火線圈、斷電器、分電器,6．冷卻系 功 用：防止發(fā)動機過熱，及時散發(fā)熱量 分 類：風(fēng)冷、水冷 主要部件：水泵、風(fēng)扇、水箱、節(jié)溫器,7．潤滑系 功 用：潤滑、冷卻、

8、清潔、密封、防腐 潤滑方式： 飛濺潤滑：靠曲軸等旋轉(zhuǎn)部件飛濺起的油滴潤滑 壓力潤滑：靠潤滑系統(tǒng)建立起的油壓經(jīng)過各個油道潤滑 各零部件油霧 主要部件：集濾器、機油泵、濾清器、各種閥體等,潤滑系結(jié)構(gòu)圖,8．起動系功用：內(nèi)燃機不能自行起動，借助外力使之運轉(zhuǎn)主要部件：起動機、蓄電池、點火開關(guān)等,起動系,發(fā)動機的總體構(gòu)造,第三節(jié)、發(fā)動機工作原理,知識點： 四沖程發(fā)動機工作原理 二沖程發(fā)動

9、機工作原理能力點： 熟練掌握發(fā)動機（四沖程和二沖程、汽油機和柴油機）工作原理； 熟練掌握各沖程的工作特點。,本講主要內(nèi)容： 四沖程發(fā)動機工作原理： 汽油機的工作原理 柴油機的工作原理 二沖程發(fā)動機工作原理,重點：四沖程發(fā)動機工作原理、汽油機和柴油機的工作原理，簡介二沖程發(fā)動機工作原理,（一）、四沖程發(fā)動機工作原理1．四沖程發(fā)動機工作原理 四沖程發(fā)動機在活塞行程內(nèi)完成進氣、壓縮、作功和排氣四個過程，即

10、在一個活塞行程內(nèi)只進行一個過程，因此，活塞行程可分別用四個過程命名，分別稱為進氣沖程、壓縮沖程、作功沖程、排氣沖程。2．四沖程內(nèi)燃機工作循環(huán) 第一沖程：活塞由上止點移到下止點，即曲軸由0º轉(zhuǎn)到180º進氣門打開，新鮮空氣被吸入氣缸。 第二沖程：下止點—上止點，180º～360º，氣體被壓縮，進排氣門均關(guān)閉 第三沖程：上止點—下止點，360º～540º，氣體膨脹，進

11、排氣門均關(guān)閉； 第四沖程：下止點—上止點，540º～720º，廢氣被排出，排氣門打開。,3、四沖程汽油機的工作原理（1)．進氣行程 由進氣門開啟到進氣門關(guān)閉 進氣提前角： 進氣門打開時刻與活塞位于上止點之間的曲軸轉(zhuǎn)角（為了獲得較多的充氣量，活塞到達上止點前就開始開啟） 進氣晚關(guān)角： 活塞到達下止點時刻與進氣門關(guān)閉時刻之間的曲軸轉(zhuǎn)角。利用空氣流動的慣性及氣體的動量，使更多的

12、空氣充入氣缸。 進氣終了時刻： 氣缸壓縮壓力p=0.07－0.09MPa<大氣壓；氣缸溫度T=370－400K。,進氣行程,示功圖：表示活塞在不同位置時氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。,排氣門關(guān)閉,進氣門開啟,活塞,,,,,,,溫度370~440 K， 壓力75~90 kPa,大氣壓力線,P,V,r,a,示功圖,上止點,下止點,,（2）壓縮行程 由進氣門關(guān)閉到活塞移到上止點（成為壓縮上止點）為止,進

13、排氣門都關(guān)閉。 活塞上行，氣缸內(nèi)氣體被壓縮，缸內(nèi)壓力溫度都升高：p=0.8－11.4MPa；T=600－700K,壓縮行程,進氣門關(guān)閉,排氣門關(guān)閉,活塞,壓縮比： ε=Va/Vc,,,,,,,P,V,r,a,示功圖,,大氣壓力線,c,,上止點,下止點,溫度600~800K， 壓力600~1500 kPa,（3）作功行程（燃燒及膨脹行程） 在壓縮上止點前10－15 ºCA，火花塞點火，引燃可燃混合氣，形成火焰中心。

14、 高溫高壓燃氣推動活塞下行，對外作功：p=3－5MPa；T=2200－2700K。,示功圖czb段曲線,作功行程,進氣門關(guān)閉,排氣門關(guān)閉,活塞,,,,,,,P,V,r,a,示功圖,,大氣壓力線,,c,Z,b,,上止點,下止點,瞬時最高：溫度2200~2800 K， 壓力3~5MPa,作功終了：溫度1500~1700 K， 壓力300~500 kPa,（4）排氣行程 從排氣門開啟到排氣門關(guān)閉的時刻 排氣提前角：在活塞到達下止點之前

15、與下止點之間的曲軸轉(zhuǎn)角。 排氣晚關(guān)角：在上止點與排氣門關(guān)閉這一時期曲軸所轉(zhuǎn)過的角度。 在活塞到達下止點之前30－80 ºCA，膨脹行程還沒有結(jié)束的時刻就將排氣門打開。(原因：氣門有一定的開啟時間，利用壓差,使排氣徹底，利用氣流的慣性多排出一部分廢氣，減少殘余廢氣。) 氣門重疊角：在排氣門關(guān)閉之前，進氣門就已打開，進排氣門同時開啟時期所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。,排氣行程,進氣門關(guān)閉,排氣門打開,活塞,,,,,,,P,V,r,

16、示功圖,,大氣壓力線,,c,Z,b,,,上止點,下止點,溫度900~1200 K 壓力105~125 kPa,殘余廢氣,單缸四沖程汽油機的工作過程,1、進氣行程2、壓縮行程 3、作功行程 4、排氣行程,進氣行程,壓縮性程,做功行程,排氣行程,發(fā)動機氣門開啟角度之間的關(guān)系,（5）汽油機示功圖,汽油機示功圖,4、四沖程柴油機的工作原理 （1）進氣行程 在柴油機進氣行程中，被吸入氣缸的只是純凈空氣。由于柴油機進氣系統(tǒng)阻力較小

17、，殘余廢氣的溫度較低，因此進氣行程結(jié)束時氣缸內(nèi)氣體的壓力較高，約為0.085－0.095Mpa (相對于汽油機而言)。（2）壓縮行程 因為柴油機的壓縮比大，所以壓縮行程終了時氣體壓力可高達3－5 Mpa，溫度可高達750－1000K。,（3）作功行程 在壓縮行程結(jié)束時，噴油泵將柴油泵入噴油器，并通過噴油器噴入燃燒室。因為噴油壓力很高，噴孔直徑很小，所以噴出的柴油呈細霧狀。細微的油滴在熾熱的空氣中迅速蒸

18、發(fā)汽化并借助于空氣的運動，迅速與空氣混合形成可燃混合起。由于氣缸內(nèi)的溫度遠高于柴油的自燃點，因此柴油隨即自行著火燃燒。燃燒氣體的壓力、溫度迅速升高，體積急劇膨脹。在氣體壓力的作用下，活塞推動連桿，連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)做功。 在做功行程中，燃燒氣體的最大壓力可達6－9 Mpa，最高溫度可達1800－2200K。做功結(jié)束時壓力約為0.2－0.5 Mpa，溫度約為1000－1200K。,（4）排氣行程 排氣行程與汽油機類似，排氣

19、終了時氣缸內(nèi)殘余廢氣壓力約為0.105－0.12Mpa，溫度為700－900K。,（5）柴油機示功圖,柴油機示功圖,四沖程柴油機的工作原理,噴油器,噴油泵,吸氣行程,壓縮行程,作功行程,排氣行程,進氣門,排氣門,純空氣,溫度300~370K壓力800~900 kPa,溫度800~1000K壓力3~5 MPa,瞬時：溫度1800~2200K壓力5~10 MPa,溫度800~1000K壓力105~400 kPa,終了：溫800~1000K壓

20、力105~400 kPa,,,第一次課結(jié)束,,四沖程發(fā)動機工作原理四沖程發(fā)動機一個工作循環(huán)要經(jīng)歷進氣、壓縮、作功和排氣四個活塞行程，曲軸旋轉(zhuǎn)二圈。,（二）二沖程發(fā)動機工作原理,（二）二沖程發(fā)動機工作原理1．特點 二沖程發(fā)動機的工作循環(huán)是在兩個活塞行程即曲軸旋轉(zhuǎn)一圈的時間內(nèi)完成的。經(jīng)過兩個沖程完成一個工作循環(huán)，包括進氣、壓縮、作功、排氣四個過程；沒有專門的配氣機構(gòu)。2．換氣機構(gòu) 沒有進排氣門，換氣是通過三個

21、孔（進氣孔、排氣孔、掃氣孔）來實現(xiàn)，混合燃氣在曲軸箱內(nèi)完成混合。,二沖程氣油機工作剖面圖,3．工作過程 以采用曲軸箱掃氣的單缸二沖程汽油機為例： 上行沖程：活塞上移，三個孔均關(guān)，開始壓縮氣體，同時，活塞上移使曲軸箱出現(xiàn)真空，上行到進氣孔打開時，新鮮混合氣進入曲軸箱。 下行沖程：活塞接近上止點時，電火花產(chǎn)生點燃可燃混合氣，使其溫度、壓力上升，推動活塞下行作功，行致排氣口打開，廢氣排出。另外，進氣口關(guān)閉，下行活塞使其壓縮

22、，受壓氣體經(jīng)掃氣口進入氣缸，完成換氣過程。,,二沖程汽油機工作原理,,壓縮混合氣,進氣,點火燃燒,排氣,掃氣孔,進氣孔,排氣孔,火花塞,二沖程柴油機工作原理,換氣,燃燒,排氣,壓縮,噴油器,空氣,掃氣泵,廢氣,排氣門,4．二沖程發(fā)動機示功圖,a：排氣孔關(guān)閉ac：壓縮過程czb：作功過程b：排氣孔打開bf：先期排氣階段f：掃氣孔開啟fdh：掃氣過程h：掃氣孔關(guān)閉ha：額外排氣階段,二沖程發(fā)動機示功壓力圖,5．二沖程與四沖程

23、發(fā)動機的比較 （1）曲軸每轉(zhuǎn)一周完成一個工作循環(huán)，做功一次。當曲軸轉(zhuǎn)速相同時，二沖程發(fā)動機單位時間的做功次數(shù)是四沖程發(fā)動機的兩倍。由于曲軸每轉(zhuǎn)一周做功一次，因此曲軸旋轉(zhuǎn)角速度比較均勻。 （2）二沖程發(fā)動機換氣過程時間短，僅為四沖程發(fā)動機的1/3左右。另外，進排氣過程幾乎同時進行，利用新氣掃除廢氣，新氣可能流失，廢氣也不易清除干凈。,（3）曲軸箱換氣方式二沖程發(fā)動機因為沒有進排氣門，結(jié)構(gòu)大大簡化。綜上所述，二沖程優(yōu)缺點可

24、概括如下： 優(yōu)點：功率大、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、配氣機構(gòu)簡單 缺點：作功沖程多、機件受熱程度增加、經(jīng)濟性差、燃油消耗率高、潤滑條件差,,發(fā)動機工作原理動畫,第四節(jié) 發(fā)動機性能指標,知識點：動力性指標和經(jīng)濟性指標速度特性和負荷內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)定,主要內(nèi)容：發(fā)動機動力性指標和經(jīng)濟性指標,主要性能指標：,發(fā)動機的性能指標是用來衡量發(fā)動機性能好壞的標準 1．動力性指標 概念：指內(nèi)燃機對外作功能力的指標（1）有效轉(zhuǎn)矩Te

25、曲軸傳給汽車傳動系的轉(zhuǎn)動力矩。單位：N·m（2）有效功率Pe 發(fā)動機曲軸的輸出功率 Pe = Te（2πn / 60）× 10-3 （KW） 式中： Te — 有效扭矩，單位為N·m n — 曲軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min,標定功率：并不是該內(nèi)燃機所能發(fā)出的最大功率，而是內(nèi)燃機出廠時根據(jù)使用目的而調(diào)整的。由于使用目的的不同，同一種內(nèi)燃機的標定功率可以不同：十五分鐘功率：內(nèi)燃

26、機允許連續(xù)運轉(zhuǎn)15分鐘的最大有效功率；一小時功率：內(nèi)燃機允許連續(xù)運轉(zhuǎn)1小時的最大有效功率；十二小時功率：內(nèi)燃機允許連續(xù)運轉(zhuǎn)12小時的最大有效功率；持續(xù)功率：內(nèi)燃機允許長期連續(xù)工作的最大有效功率；,（3）曲軸轉(zhuǎn)速 指曲軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，通常用n表示，單位為r/min。 在標定功率時的轉(zhuǎn)速為標定轉(zhuǎn)速。,2、經(jīng)濟性指標概念：是指內(nèi)燃機的生產(chǎn)成本、運轉(zhuǎn)中的消耗以及修理費用等各項指標。通常用燃油消耗率來評價內(nèi)燃機的經(jīng)濟性能

27、（1）有效燃油消耗率be 發(fā)動機每發(fā)出一千瓦有效功率在一小時內(nèi)所消耗的燃油量 be =（B / Pe）× 103 （g/kW·h）式中：B — 每小時的燃油消耗量，kg/h Pe—有效功率，kW,3．環(huán)保性能指標（1）有害排放物對汽油機，主要是廢氣中的CO和HC的量。對柴油機，主要是廢氣中的NOx和顆粒的排放量。 （2）發(fā)動機的噪聲是汽車噪聲的主要來源，約占城市噪聲

28、的75%。,五、內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱與型號編制規(guī)則,為了便于內(nèi)燃機的生產(chǎn)管理和使用，國家標準(GB725－82)《內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則》中對內(nèi)燃機的名稱和型號作了統(tǒng)一規(guī)定。內(nèi)燃機的名稱和型號： 內(nèi)燃機名稱均按所使用的主要燃料命名，例如汽油機、柴油機、煤氣機等。 內(nèi)燃機型號由阿拉伯數(shù)字和漢語拼音字母組成。,內(nèi)燃機型號由以下四部分組成： 首部：為產(chǎn)品系列符號和換代標志符號，由制造廠根據(jù)需要自選相應(yīng)字母表示，但需主管部門核準。 中

29、部：由缸數(shù)符號、沖程符號、氣缸排列形式符號和缸徑符號等組成。后部：結(jié)構(gòu)特征和用途特征符號，以字母表示。 尾部：區(qū)分符號。同一系列產(chǎn)品因改進等原因需要區(qū)分時，由制造廠選用適當符號表示。 內(nèi)燃機型號的排列順序及符號所代表的意義規(guī)定如下：,型號編制舉例： (1) 汽油機 1E65F： 表示單缸，二行程，缸徑65mm，風(fēng)冷通用型 4100Q： 表示四缸，四行程，缸徑100mm，水冷車用 4100Q-4： 表示四缸，四行程，缸徑1

30、00mm，水冷車用，第四種變型產(chǎn)品 CA6102： 表示六缸，四行程，缸徑102mm，水冷通用型，CA表示系列符號 8V100： 表示八缸，四行程、缸徑100mm，V型，水冷通用型 TJ376Q： 表示三缸，四行程，缸徑76mm，水冷車用，TJ表示系列符號 CA488： 表示四缸，四行程，缸徑88mm，水冷通用型，CA表示系列符號,(2) 柴油機 195： 表示單缸，四行程，缸徑95mm，水冷通用型 165F： 表示單缸，四