发动机工作原理及总体构造.pptx

3)3)按每一工作循环的冲程数分：按每一工作循环的冲程数分：1)1)按所用燃料分：按所用燃料分：气体燃料发动机气体燃料发动机液体燃料发动机液体燃料发动机1、内燃机：、内燃机：1)活塞式内燃机（本书的主要介绍对象。）活塞式内燃机（本书的主要介绍对象。）2)燃气轮机：旋转式的内燃机。燃气轮机：旋转式的内燃机。一个工作循环一个工作循环：在气缸中完成一次热功转换所进行的一系列连续过程。在气缸中完成一次热功转换所进行的一系列连续过程。活塞式内燃机分类：活塞式内燃机分类：四冲程发动机：活塞往复四个单程完成一四冲程发动机：活塞往复四个单程完成一个工作循环。个工作循环。二冲程发动机：活塞往复二个单程完成一二冲程发动机：活塞往复二个单程完成一个工作循环。个工作循环。汽油机汽油机柴油机柴油机液化石油发动机液化石油发动机天然气发动机天然气发动机2)2)按点火方式分：按点火方式分：点燃式发动机（汽油机）点燃式发动机（汽油机）压燃式发动机（柴油机）压燃式发动机（柴油机）单缸（立式、卧式）发动机单缸（立式、卧式）发动机多缸（直列、型、型或对置式）发动机多缸（直列、型、型或对置式）发动机 4)4)按气缸数及排列方式分：按气缸数及排列方式分：型或对置式型或对置式多缸（直列、型、型或对置式）发动机多缸（直列、型、型或对置式）发动机5)5)按冷却方式分：按冷却方式分：水冷式发动机水冷式发动机风冷式发动机风冷式发动机6)6)按是否装增压装置分：按是否装增压装置分：增压发动机增压发动机非增压发动机（自然吸气发动机）非增压发动机（自然吸气发动机）7)7)按每缸气门数分：按每缸气门数分：二气门发动机二气门发动机多气门发动机多气门发动机第二节第二节四冲程发动机工作原理四冲程发动机工作原理1、上止点：、上止点：活塞顶部离曲轴中心最远处。活塞顶部离曲轴中心最远处。2、下止点：、下止点：活塞顶部离曲轴中心最近处。活塞顶部离曲轴中心最近处。3、活塞冲程：、活塞冲程：上、下止点间的距离上、下止点间的距离S。（发动机基本术语）（发动机基本术语）活塞由上止点到下止点所扫过的气缸容积活塞由上止点到下止点所扫过的气缸容积Vh。Vh=（D/4103）S(L)(D：气缸直径，：气缸直径，cm.S：活塞冲程，：活塞冲程，cm.)4、气缸排量（气缸工作容积）：、气缸排量（气缸工作容积）：5、发动机排量：、发动机排量：VL=Vh(-气缸数气缸数)6、燃烧室容积、燃烧室容积：当活塞在上止点时当活塞在上止点时,活塞上方与缸盖围成的容积活塞上方与缸盖围成的容积Vc。7、气缸总容积：、气缸总容积：Va=Vc+Vh8、压缩比：、压缩比：汽油机：汽油机：汽油粘度小，蒸发性好，在气缸外部形成汽油粘度小，蒸发性好，在气缸外部形成混合气，自燃温度高于混合气，自燃温度高于380C，外火源点燃。，外火源点燃。汽油机又称汽油机又称点燃式发动机。点燃式发动机。二、可燃混合气的形成及发火方式：二、可燃混合气的形成及发火方式：柴油机又称柴油机又称压燃式发动机。压燃式发动机。柴油机：柴油机：柴油粘度大，蒸发性差，在气缸内部形成柴油粘度大，蒸发性差，在气缸内部形成混合气，自燃度为混合气，自燃度为250C左右，左右，压缩自燃。压缩自燃。1、进气行程：、进气行程：V，P气缸内产生真空度气缸内产生真空度柴油机：柴油机：新鲜空气被吸入气缸新鲜空气被吸入气缸汽油机：汽油机：汽油与空气的混合气吸入气缸汽油与空气的混合气吸入气缸三、三、四冲程（汽油机，柴油机）的工作原理四冲程（汽油机，柴油机）的工作原理进开进开排关排关活塞由上活塞由上下下进气气门开启开启排气排气门关关闭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。2、压缩行程：、压缩行程：VP，T进关进关排关排关活塞由下活塞由下上上“汽汽”压缩接近终了，可燃混合气体由火花塞压缩接近终了，可燃混合气体由火花塞电极发出的电火花点燃。电极发出的电火花点燃。“柴柴”压压缩缩接接近近终终了了，由由喷喷油油器器把把经经喷喷油油泵泵加加压压的的雾雾状状柴柴油油喷喷入入气气缸缸，使使之之与与压压缩缩后后的的高温空气混合，达自然温度自行发燃烧。高温空气混合，达自然温度自行发燃烧。进、进、排气排气门关关闭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，使之率，必须在燃烧前对可燃混合气进行压缩，使之V，T。越越大大，压压缩缩终终了了的的P、T越越高高，燃燃烧烧快快，膨膨胀胀作作功功充充分分。发发动动机机的的动动力力性性、经经济济性性好好。但但过过高高，对对汽汽油油机机来来说说，会会引引起起T过过高高而而造造成成不不正正常常燃燃烧烧即即：爆燃爆燃或或表面点火。表面点火。压缩比压缩比:=Va/Vc=1+Vh/Vc是发动机重要的结构参数。是发动机重要的结构参数。成成因因产生的高压会使发动机产生的高压会使发动机机件负荷增加，寿命降机件负荷增加，寿命降低。功率下降，燃油消低。功率下降，燃油消耗量增加。耗量增加。伴有强烈的较沉闷敲伴有强烈的较沉闷敲击声。击声。表面表面点火点火引起发动机过热，功率引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严等一系列不良后果。严重爆燃时甚至造成气门重爆燃时甚至造成气门烧毁、轴瓦破裂，火花烧毁、轴瓦破裂，火花塞绝缘体击穿等。塞绝缘体击穿等。爆爆燃燃时时火火焰焰以以15002000m/s的的速速度度向向外外传传播播，P、T极极剧剧增增加加，形形成成压压力力波波，撞撞击击燃燃烧烧室室壁壁，发发出出尖尖锐锐的的敲缸声。敲缸声。爆燃爆燃后后果果现现象象名称名称由由于于过过大大P、T过过高高，在在电电火火花花之之前前可可燃燃混混合合气气就就被被燃燃烧烧室室炽炽热热的的表表面面点点燃燃的的另另一一种种不不正正常燃烧。常燃烧。由由于于过过大大P、T过过高高，远远离离火火焰焰中中心心的的可可燃燃混混合合气气在在火火焰焰尚尚未未到到达达就就自自行行发发火火燃燃烧烧的的一一种种不正常燃烧。不正常燃烧。1)现代汽油机的压缩比一般为现代汽油机的压缩比一般为=69（个别轿车可达（个别轿车可达911）。）。2)柴油机靠压缩自燃，所以压缩比设计等较高柴油机靠压缩自燃，所以压缩比设计等较高=1622。具有较好的。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、柴油机的尺寸、重量指标不如汽油机。重量指标不如汽油机。*进关进关排关排关高温高压气体推动活塞由上高温高压气体推动活塞由上下下3、作功行程：、作功行程：压缩终了，气缸容积很小，压缩终了，气缸容积很小，迅速燃烧的混合气使缸内迅速燃烧的混合气使缸内P、T急剧升高。急剧升高。进关进关排开排开活塞由下活塞由下上上废气经排气门排出气缸废气经排气门排出气缸进、进、排气排气门关关闭进进气气门关关闭排排气气门开启开启4、排气行程：、排气行程：可燃混合气燃烧后变成废气，为了进行下一循环，可燃混合气燃烧后变成废气，为了进行下一循环，必须把废气排出气缸。必须把废气排出气缸。热能热能机械能机械能旋转作功旋转作功曲轴强制曲轴强制四四冲冲程程发发动动机机经经过过进进气气、压压缩缩、作作功功、排排气气四四个个冲冲程程完完成成一一个个工工作作循循环环。此此期期间间，活活塞塞在在上上、下下止止点点间间往往复复移移动动了了四个行程，曲轴旋转了两周四个行程，曲轴旋转了两周(720(720)。*无点火系无点火系有点火系有点火系高温气体加热柴油燃烧高温气体加热柴油燃烧电火花点燃混合气电火花点燃混合气吸进气缸的是纯空气吸进气缸的是纯空气汽油与空气在缸外混合，汽油与空气在缸外混合，吸进气缸的是可燃混合气吸进气缸的是可燃混合气柴油机柴油机汽油机汽油机四冲程汽油机四冲程汽油机与与四冲程的柴油机四冲程的柴油机不同点不同点汽油机：汽油机：（优点）（优点）较小，体积小，重量轻，转速较高，动力性好。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。车（客车、货车）、军用越野车。四：四冲程四：四冲程汽油机汽油机和和柴油机柴油机的优缺点比较的优缺点比较多缸：多缸：与单缸相反。发火间隔角与单缸相反。发火间隔角=720/i i（i i缸数）。缸数）。同排量的单缸与多缸发动机优缺点比较：同排量的单缸与多缸发动机优缺点比较：（缺点）（缺点）燃料经济差，排污大（燃料经济差，排污大（HC、N0 x、CO）柴油机：柴油机：（优点）（优点）较大，燃料燃烧完全，经济性好。较大，燃料燃烧完全，经济性好。（缺点）（缺点）由于由于较大较大P、T较高，所以体积大、重量大，转速较高，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）。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）常用于中、重型货车。（对经济性要求高，动力性要求较低）单缸：单缸：结构简单、重量轻。运转不平稳、冲击振动大。结构简单、重量轻。运转不平稳、冲击振动大。现代汽车上一般不用单缸机，用得最多的是四缸、六缸、八缸。现代汽车上一般不用单缸机，用得最多的是四缸、六缸、八缸。1、结构：、结构：无进排气门及配气机构，无进排气门及配气机构，由三孔控制进、排气，活塞为凸顶由三孔控制进、排气，活塞为凸顶。一：二冲程汽油机的工作原理：一：二冲程汽油机的工作原理：第三节第三节二冲程发动机工作原理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。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。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。扫气孔扫气孔进气孔进气孔排气孔排气孔2、工作原理：、工作原理：(2)高温高压气体推动高温高压气体推动活塞下行，活塞下行，孔孔1逐渐关闭；逐渐关闭；曲轴箱内气体被预压，曲轴箱内气体被预压，接近下止点接近下止点（孔（孔2开启，废气排出，开启，废气排出，接着孔接着孔3开启，新鲜混合气自孔开启，新鲜混合气自孔3流流入气缸，并驱除废气。）（入气缸，并驱除废气。）（d)(1)活活塞塞上上行行（三三孔孔均均闭闭），压压缩缩上上一一循循环环吸吸入入气气缸缸的的可可燃燃混混合合气气，活活塞塞上上方方曲曲轴轴箱箱V，P产产生生真真空空度度；上上行行2/3行行程程（孔孔1开开启启），可可燃燃混混合合气气吸吸入入曲曲轴轴箱箱接接近近上上止止点点，由由火火花花塞塞发发火火点燃。（点燃。（a、b、c)V,P二冲程汽油机的工作原理二冲程汽油机的工作原理气气*活塞上行：压缩，进气。活塞上行：压缩，进气。下行：作功，换气。下行：作功，换气。二、二冲程柴油机的工作原理：二、二冲程柴油机的工作原理：1、结构：、结构：有一排气门，有一进气孔，活塞顶部为凹顶。有一排气门，有一进气孔，活塞顶部为凹顶。进孔开进孔开排门开排门开2、工作过程：、工作过程：上行上行1/3行程（进孔关，排门关）行程（进孔关，排门关）1)活塞由下活塞由下上（空气进入，废气排出）上（空气进入，废气排出）上上行行接接近近上上止止点点，由由喷喷油油器器喷喷入入高高压压雾雾状状柴柴油与高压空气迅速混合，发火自燃。油与高压空气迅速混合，发火自燃。2)高高温温高高压压气气体体推推动动活活塞塞下下行行至至2/3行行程程。（排排气气门门开开，废废气气排排出出，接着，进气孔开，接着，进气孔开，进行换气。）进行换气。）*活塞上行：换气，压缩活塞上行：换气，压缩。活塞下行：作功，换气。活塞下行：作功，换气。扫气泵扫气泵排气门排气门进气孔进气孔二冲程发动机与四冲程发动机比较，其主要优点、缺点如下：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：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）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。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。）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。）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）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。比较少。缺点：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）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，只等于并不等于四冲程发动机的两倍，只等于1.51.6倍。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）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。发动机不如四冲程发动机经济。点火系：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（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。间产生电火花以点燃混合气。冷却系冷却系：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。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。润滑系润滑系：减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。起动系：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。用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件。第四节第四节发动机的总体构造发动机的总体构造两大机构：两大机构：曲柄连杆机构：曲柄连杆机构：进行热功转换。进行热功转换。配气机构：配气机构：控制进、排气门的开启时刻及延续时间。控制进、排气门的开启时刻及延续时间。燃料供给系：燃料供给系：汽油机：汽油机：由由化油器化油器向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。柴油机：柴油机：由喷油泵提供雾状柴油，通过由喷油泵提供雾状柴油，通过喷油器喷油器喷入气缸。喷入气缸。五大系统五大系统（包括）：（包括）：配气机构配气机构曲柄曲柄连杆机构杆机构连杆连杆飞轮飞轮曲轴曲轴活塞活塞进气门进气门排气门排气门推杆推杆挺柱挺柱凸轮轴凸轮轴气缸体气缸体1)曲柄曲柄连杆机构：杆机构：进行热功转换。进行热功转换。2)配气机构：配气机构：控制进、排气门的开启时刻及延续时间。控制进、排气门的开启时刻及延续时间。3)燃料供给系：燃料供给系：汽油机：汽油机：由由化油器化油器向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。柴油机：柴油机：由由喷油泵喷油泵提供雾状柴油，通过喷油器喷入气缸。提供雾状柴油，通过喷油器喷入气缸。柴油机柴油机汽油机汽油机4)点火系点火系:（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（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。间产生电火花以点燃混合气。5)冷却系冷却系：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。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。6)润滑系润滑系：减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。7)起动系：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。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与特性发动机的主要性能指标包括：发动机的主要性能指标包括：动力性指标：动力性指标：有效扭矩有效扭矩Te、有效功率、有效功率Pe、转速、转速n经济性指标：经济性指标：be运转性指标：运转性指标：排气品质、噪声、起动性。排气品质、噪声、起动性。一、动力性指标：一、动力性指标：1、有效扭矩、有效扭矩Te：发动机对外输出的扭矩。发动机对外输出的扭矩。可在实验台架上测出。可在实验台架上测出。2、有效功率、有效功率Pe：发动机对外输出的功率。发动机对外输出的功率。Pe=（Ten）/9550(kw)；Te(Nm)、n(r/min)可测定可测定二、经济性指标：二、经济性指标：1、燃油消耗率燃油消耗率be：发动机每发出发动机每发出1KW有效功率，在有效功率，在1h内所消耗的燃油量。内所消耗的燃油量。be=x1000(g/kwh)；B发动机每小时的耗油量发动机每小时的耗油量(kg/h)可测定可测定BPe三、发动机的运转性能指标：三、发动机的运转性能指标：1、排气品质：排气品质：有害气体成分的限制标准。有害气体成分的限制标准。P36（表（表1-1、表、表1-2）3、起动性能：、起动性能：标准：汽油机在标准：汽油机在-10C，柴油机在，柴油机在-5C以下气温以下气温条件下，接通起动机条件下，接通起动机15s内发动机要能自行运转。内发动机要能自行运转。2、噪声：噪声：车外噪声标准车外噪声标准美日欧韩：美日欧韩：74-80dB(A)中国：中国：82-89dB(A)部分速度特性：部分速度特性：节气门部分开度所测得的速度特性。节气门部分开度所测得的速度特性。四、发动机的速度特性：四、发动机的速度特性：1、定义：、定义：指发动机的指发动机的Pe、Te、be随曲轴转速的变化规律。随曲轴转速的变化规律。这个特性可通过发动机在试验台这个特性可通过发动机在试验台上进行试验而求。上进行试验而求。外特性：外特性：节气门全开时所测得到的速度特性。代表发动机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。不同转速下的最高性能。试验方法：试验方法：保持一定的节气门开度，保持一定的节气门开度，变更发动机的转速，经测定，计算得到变更发动机的转速，经测定，计算得到一系列相应一系列相应Pe、Te、be值，然后以转速值，然后以转速横坐标，横坐标，Pe、Te、be为纵坐标，按比例为纵坐标，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。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。发动机在某一转速下的发动机在某一转速下的负荷负荷=100%发动机实际发出的功率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。全负荷并不意味着是发动机的最大功率。（全负荷（全负荷最大功率）。最大功率）。在同一转速下，节气门开度越大，负荷越大。在同一转速下，节气门开度越大，负荷越大。如图表示发动机的一组特性曲线：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。为节气门全开时的外特性。、为节气门部分开启时的部分特性。为节气门部分开启时的部分特性。在在a，b，c，d四个工况下的负荷值如下：四个工况下的负荷值如下：a：负荷为：负荷为0，发动机空转。，发动机空转。b：负荷：负荷=20/45100%=44.4%c：负荷：负荷=32/45100%=71.1%d：负荷：负荷=45/45100%=100%五、发动机的工作状况（工况）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。首部：首部：2、内燃机型号由四部分组成。、内燃机型号由四部分组成。首部首部产品系列符号或换代标志符号产品系列符号或换代标志符号中部中部机型系列代号机型系列代号后部后部结构特征用途特征结构特征用途特征尾部尾部变型符号变型符号6120Q1型柴油机：型柴油机：6缸、直列、四冲程、缸径缸、直列、四冲程、缸径120mm、水冷、车用第一次变型产品。、水冷、车用第一次变型产品。12V135Z型柴油机：型柴油机：12缸、缸、V型、四冲程、缸径型、四冲程、缸径135mm、水冷、增压、通用型。、水冷、增压、通用型。1、名称：、名称：由所用燃料决定：由所用燃料决定：汽油机、柴油机。汽油机、柴油机。例如：例如：由制造厂根据需由制造厂根据需要自选相应字母要自选相应字母表示，但需主管表示，但需主管部门核准。部门核准。同一系列产品因改进同一系列产品因改进等原因需要区分时，等原因需要区分时，由制造厂选用适当符由制造厂选用适当符号表示。号表示。尾部：尾部：第六节第六节内燃机产品名称和型号编制规则内燃机产品名称和型号编制规则通过本章的学习，通过本章的学习，您应该能够解答如下您应该能够解答如下几个问题几个问题：作业：作业：P4011、12、131、简述发动机的基本构造。、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。、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。、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？、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？、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：、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）、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、爆燃发动机排量、燃烧室容积、压缩比、气缸总容积、爆燃