汽车发动机工作原理及总体构造[1].ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 发动机的工作原理和总体构造,一、热力发动机即是将燃料的热能转变为机械能的一种动力装置,。,内燃机：,可燃混合气在机器内部燃烧而产生热能，,然后再转为机械能。,燃料在机器外部的锅炉内燃烧，将锅内,的水加热，使之变为高温高压的水蒸气，,然后送至机器内部，使所含热能转变为,机械能。,内燃机的优点：,热效率高、体积小、重量轻、广泛应用。但由于使用的是石油燃料，因而污染较大。城市的大气污染相当部分来至内燃机所排出的废气。,热力发动机,外燃机：,第一节 发动机的分类,液化石油发动机,按每一工作循环的冲程数分：,按点火方式分：,柴油机,天然气发动机,点燃式发动机（汽油机）,压燃式发动机（柴油机）,四冲程发动机：活塞往复四个单程完成一,个工作循环。,二冲程发动机：活塞往复二个单程完成一,个工作循环。,汽油机,按所用燃料分：,气体燃料发动机,液体燃料发动机,1,、内燃机：,活塞式内燃机（本书的主要介绍对象。）,燃气轮机：旋转式的内燃机。,活塞式内燃机分类：,一个工作循环,：,在气缸中完成一次热功转换所进行的一系列连续过程。,单缸（立式、卧式）发动机,多缸（直列、型、型或对置式）发动机,按气缸数及排列方式分：,型或对置式,多缸（直列、型、型或对置式）发动机,按冷却方式分：,水冷式发动机,风冷式发动机,按是否装增压装置分：,增压发动机,非增压发动机（自然吸气发动机）,按每缸气门数分：,二气门发动机,多气门发动机,活塞由上止点到下止点所扫过的气缸容积,V,h,。,V,h,=,（,D,/4,10,3,）,S (L)(D,：气缸直径，,cm.S,：活塞冲程，,cm.),4,、气缸排量（气缸工作容积）：,5,、发动机排量：,V,L,=V,h,(-,气缸数,),活塞在上止点位置,活塞在下止点位置,6,、燃烧室容积,：,当活塞在上止点时，活塞上方与缸盖围成的容积,Vc,。,7,、气缸总容积：,V,a,=V,c,+V,h,8,、压缩比：,第四节 四冲程发动机工作原理,一、,气缸总容积,1,、上止点：,活塞顶部离曲轴中心最远处。,2,、下止点：,活塞顶部离曲轴中心最近处。,3,、活塞冲程：,上、下止点间的距离,S,。,（发动机基本术语）,汽油机：,汽油粘度小，蒸发性好，在气缸外部形成,混合气，自燃温度高于,380,C,，外火源点燃。,柴油机：,柴油粘度大，蒸发性差，在气缸内部形成,混合气，自燃度为,250,C,左右，压缩自燃。,汽油机又称,点燃式发动机。,柴油机又称,压燃式发动机。,二、可燃混合气的形成及发火方式：,三、四冲程（汽油机，柴油机）的工作原理,1,、进气行程：,柴油机：新鲜空气。,汽油机,：汽油与空气的混合物。,活塞被曲轴带动由上止点向下止点移动，此时进气门开启，排气门关闭。,活塞由上 下 被吸入气缸。,终了压力：“汽”,0,.,75 0,.,90,温度：,100 130,C,（个大气压）“柴”,0,.,80 0,.,95 60 80,C,由于进气有阻力，进气终了的压力略小于大气压力。,由于上一循环留在气缸中的高温残余废气与新鲜气体混合，,所以进气终了气体温度。,进开,排关,V,，,P,气缸内产生真空度,新鲜空气,（柴油机）,汽油与空气的混合气,（汽油机）,进入气缸的是,2,、压缩行程：,为使混合气体能迅速燃烧，产生较大的压力，使发动机发出较大的功率，必须在燃烧前对可燃混合气进行压缩，使之,V,，,T,。,“汽”,压缩接近终了，可燃混合气体由火花塞,活塞由下 上 电极发出的电火花点燃。,“柴”,压缩接近终了，由喷油泵把柴油提高,至上百个大气压以上使之雾化，再送至喷,油器，由喷油器把雾状柴油喷入气缸，使,与压缩后的高温空气混合，达自然温度时，,便自行发燃烧。,压缩比,：,=V,a,/V,c,=1+V,h,/V,c,是发动机重要的结构参数。,越大，压缩终了的,P,、,T,越高，燃烧越快，膨胀作功愈充分。从而使发动机的动力性、经济性提高。但,过高，对汽油机来说，会引起,T,过高而造成两种不正常燃烧即：,进关,排关,V,P,，,T,终了,P,、,T,：“汽”,612,；,300 400,C,“,柴”,35 45,；,500700,C,爆燃：,由于,过大,P,、,T,过高，远离火焰中心的可燃混合气在火焰尚未,到达就自行发火燃烧的一种不正常燃烧。爆燃时，火焰以,15002000m/s,的,速度向外传播，,P,、,T,极剧增加，形成压力波，撞击燃烧室壁，发出尖锐的,敲缸声。同时，引起发动机过热功率，气门、火花塞等部件被燃坏。,表面点火：,由于,过大,P,、,T,过高，在电火花之前可燃混合气就被燃,烧室炽热的表面点燃的另一种不正常燃烧。表面点火发生时，伴有沉闷的,敲缸声，产生的高压使发动机负荷，寿命。,现代汽油机的压缩比一般为,=69,（个别轿车可达,911,）。,柴油机靠压缩自燃，所以压缩比设计等较高,=1622,。具有较好的,经济性。但高的压缩比带来高的压缩压力、燃烧压力，使柴油机各部,件要承受高的机械负荷，因而需要增加强度及刚度。故,柴油机的尺寸、,重量指标不如汽油机。,*,进关 曲轴强制,排关 旋转作功,3,、作功行程：,压缩终了，气缸容积很小，迅速燃烧的混合气使缸内,P,、,T,急剧升高。,最高压力：“汽”,3050,温度：,1900-2500,C,“,柴”,60-90 1700-2200,C,高温高压气体推动活塞由上 下 热能 机械能,4,、排气行程：,可燃混合气燃烧后变成废气，为了进行下一,循环，必须把废气排气过程。,活塞由下 上 废气经排气门排出气缸,进关,排开,终了压力：“汽”,3-5,温度：,1000-1300,C,终了压力：“汽”,1,.,05-1,.,25,温度：,600-900,C,“,柴”,1,.,05-1,.,25 500-700,C,。,“,柴”,2-4 800-1000,C,四冲程发动机经过,进气、压缩、作功、排气,四个冲程完成一个工作循环。此期间，活塞在上、下止点间,往复移动了四个行程，曲轴旋转了两周。,进气终了,P,：,“,汽”,0,.,750,.,90,（个大气压）,“柴”,0,.,80 0,.,95,压缩终了,P,：,“汽”,612,“,柴”,35 45,燃烧时的最高,P,：,“汽”,3050,“,柴”,60-90,作功终了,P,：,“汽”,3-5,“,柴”,2-4,排气终了,P,：,“汽”,1,.,05-1,.,25,“,柴”,1,.,05-1,.,25,5,、示功图,：,表示发动机在工作过程中，其,P,、,V,的变化情况，曲线包围的面积即为发动机的指示功。,*,V,P,P,0,进气终了,P,：,“汽”,0,.,750,.,90,（个大气压）,“柴”,0,.,80 0,.,95,“,汽”,612,“,柴”,35 45,燃烧时的最高,P,：,“汽”,3050,“,柴”,60-90,作功终了,P,：,“汽”,3-5,“,柴”,2-4,排气终了,P,：,P,0,P,0,P,0,P,0,“,汽”,1,.,05-1,.,25,“,柴”,1,.,05-1,.,25,压缩终了,P,：,汽油机：,（优点）,较小，体积小，重量轻，转速较高，动力性好。,制造维修成本低，噪声小，起动容易。主要用于轿车、微型,车（客车、货车）、军用越野车。,（缺点）,燃料经济差，排污大（,HC,、,N0,x,、,CO,）,柴油机：,（优点）,较大，燃料燃烧完全，经济性好。,（缺点）,由于,较大,P,、,T,较高，所以体积大、重量大，转速,较低，制造维修成本高（喷油泵、喷油器加工精度要求高）。,常用于中、重型货车。（对经济性要求高，动力性要求较低）。,同排量的单缸与多缸发动机优缺点比较：,单缸：,结构简单、重量轻。运转不平稳、冲击振动大。,多缸：,与单缸相反。发火间隔角,=720,/,i,（,i,缸数）。,现代汽车上一般不用单缸机，用得最多的是四缸、六缸、八缸。,四：四冲程汽油机和柴油机的优缺点比较,1,、结构：,无进排气门及配气机构，,由三孔控制进、排气，活塞为凸顶。,一：二冲程汽油机的工作原理：,第三节 二冲程发动机工作原理,二冲程发动机的一个工作循环也包括进气、压缩、燃烧作功、排气四个行程。只不过这些行程的完成仅需活塞在两个行程内，即曲轴旋转一周完成。,2,、工作原理：,活塞上行,（三孔均闭），压缩上一循环吸入气缸的可燃混合气，活塞上方 曲轴箱,V,，,P,产生真空度；上行,2/3,行程（孔,1,开启），可燃混合气吸入曲轴箱接近上止点，由火花塞发火点燃。（,a,、,b,、,c),高温高压气体推动 活塞下行，,孔,1,逐渐关闭；,曲轴箱内气体被预压，接近下止点（孔,2,开启，废气排出，接着孔,3,开启，新鲜混合气自孔,3,流入气缸，并驱除废气。）（,d),V,，,P,气,(,发动机的工作原理,),*,活塞上行：压缩，进气。下行：作功，换气。,二冲程汽油机的工作原理,二、二冲程柴油机的工作原理：,1,、结构：,有一排气门，有一进气孔，活塞顶部为凹顶。,2,、工作过程：,进孔开,排门开,上行,1/3,行程（进孔关，排门关）,活塞由下 上（空气进入，废气排出）,上行接近上止点，由喷油器喷入高压雾状柴油与高压空气迅速混合，发火自燃。,高温高压气体推动活塞下行至,2/3,行程。（排气门开，废气排出，接着，进气孔开，进行换气。）,*,活塞上行：换气；压缩下行：作功，换气。,二冲程发动机与四冲程发动机比较，其主要优点、缺点如下：,优点：,1,）曲轴每转一周就有一个作功行程，因此，当二冲程发动机的工,作容积和转速与四冲程发动机相同时，在理论上它的功率应等于,四冲程发动机的两倍。,2,）由于发生作功过程的频率较高，故二冲程发动机的运转比较平稳。,3,）由于没有专门的换气机构，所以其结构较简单，质量也比较小。,4,）由于附属机构少，所以受磨损和经常需要修理的运动部件数量也,比较少,缺点：,1,）不易将气缸内的废气排除干净，而且在换气时减少了有效工作行,程。因此，在同样的工作容积和曲轴转速下，二冲程发动机的功率,并不等于四冲程发动机的两倍，只等于,1.5,1.6,倍。,2,）在换气时有一部分新鲜可燃混合气随废气排出，因此，二冲程,发动机不如四冲程发动机经济。,燃料供给系：,汽油机：,由,化油器,向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。,柴油机：,由喷油泵提供雾状柴油，通过,喷油器,喷入气缸。,曲柄连杆机构：,进行热功转换。,配气机构：,控制进、排气门的开启时刻及延续时间。,五大系统,（包括）：,点火系：,（汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞电极,间产生电火花以点燃混合气。,冷却系,：,降低气缸及高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温度。,润滑系,：,减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。,起动系：,用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件。,两大机构：,第四节 发动机的总体构造,发动机结构示意图,曲柄连杆机构：,进行热功转换。,配气机构：,控制进、排气门的开启时刻及延续时间。,燃料供给系：,汽油机：由,化油器,向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。,柴油机：由,喷油泵,提供雾状柴油，通过喷油器喷入气缸。,汽油机,柴油机,点火系：,（汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞电极,间产生电火花以点燃混合气。,冷却系,：,降低气缸及高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温度。,润滑系,：,减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。,起动系：,用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件。,第三节 发动机的主要性能指标与特性,发动机的主要性能指标包括：,动力性指标：,有效扭矩,T,e,、有效功率,P,e,、转速,n,经济性指标：,b,e,运转性指标：,排气品质、噪声、起动性。,一、动力性指标：,1,、有效扭矩,T,e,：,发动机对外输出的扭矩。,可在实验台架上测出。,2,、有效功率,P,e,：,发动机对外输出的功率。,P,e,=,（,T,e,n,）,/9550(kw),；,T,e,(Nm),、,n(r/min),可测定,二、经济性指标：,1,、燃油消耗率,b,e,：,发动机每发出,1KW,有效功率，在,1h,内所消耗的燃油量。,b,e,=,x1000 (g/kwh),；,B,发动机每小时的耗油量,(kg/h),可测定,B,P,e,三、发动机的运转性能指标：,1,、,排气品质：,有害气体成分的限制标准。,P41,美日欧韩：,74-80 dB(A),中国：,82-89dB(A),3,、起动性能：,标准：汽油机在,-10,C,，柴油机在,-5,C,以下气温,条件下，接通起动机,15s,内发动机要能自行运转。,1,、定义：指发动机的,Pe,、,Te,、,be,随曲轴转速的变化规律。,这个特性可通过发动机在试验台上进行试验而求。,四、发动机的速度特性：,2,、噪声：,车外噪声标准,试验方法：保持一定的节气门开度，,变更发动机的转速，经测定，计算得到,一系列相应,Pe,、,Te,、,be,值，然后以转速,横坐标，,Pe,、,Te,、,be,为纵坐标，按比例,绘制它们的变化规律，即得发动机在这,一节气门开度的速度特性曲线。,如图：,外特性：,节气门全开时所测得到的速度特性。代表发动机,不同转速下的最高性能。,部分速度特性：,节气门部分开度所测得的速度特性。,五、发动机的工作状况（工况）：,发动机工况可用它的功率与曲轴转速来表示，或用负荷与曲轴转速来表示。,发动机在某一转速下的负荷,=100%,如图表示发动机的一组特性曲线：,I,为节气门全开时的外特性。,、,为节气门部分开启时的部分特性。,在,a,，,b,，,c,，,d,四个工况下的负荷值如下：,a,：负荷为,0,，发动机空转。,b,：负荷,=20/45,100%=44.4%,c,：负荷,=32/45,100%=71.1%,d,：负荷,=45/45,100%=100%,发动机实际发出的功率,在同一转速下可能发出的最大功率,*,全负荷并不意味着是发动机的最大功率。（全负荷最大功率）。,在同一转速下，节气门开度越大，负荷越大。,第六节 内燃机产品名称和型号编制规则,首部：,2,、内燃机型号由四部分组成。,首部,产品系列符号或换代标志符号,中部,机型系列代号,后部,结构特征用途特征,尾部,变型符号,6120Q1,型柴油机：,6,缸、直列、四冲程、缸径,120mm,、水冷、车用第一次变型产品。,12V135Z,型柴油机：,12,缸、,V,型、四冲程、缸径,135mm,、水冷、增压、通用型。,1,、名称：,由所用燃料决定：,汽油机、柴油机。,例如：,由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。,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。,尾部：,通过本章的学习，,您应该能够解答如下,几个问题,：,作业：,P40 11,、,12,、,13,1,、简述发动机的基本构造。,2,、何谓发动机的工作循环？简述四行程汽油机的工作过程。,3,、试分析汽油机与柴油机的特点和区别。,4,、发动机的主要性能指标有哪些？,5,、内燃机产品名称和型号包括几个部分？其含义是什么？,6,、解释下列名词：,上止点、下止点、活塞冲程、气缸排量（气缸工作容积）、,发动机排量、燃烧室容积、压缩比、气缸总容积、爆燃,再见,