发动机的工作原理和总体资料.pptx

,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,#,发动机构造,教学安排,总计学时,：,40,课时,理论教学,：,40,学时,成绩,：,期末考试占,7,0%；平时成绩占,3,0%，平时成绩以平时的出勤率和作业完成情况,为主。,本门课程的学习重点,本课程是车辆工程专业的一门专业,必修课,，主要讲授汽车发动机的工作原理和总体构造，以及组成发动机的各机构和系统的,功能、工作条件、要求、工作过程、构造和结构特点,等。,第一章 发动机的工作原理和总体构造,1-1,发动机的分类,发动机,是将是将自然界的某种能量直接转换为机械能并拖动,某些机械进行工作的机器。,热能转换为机械能的发动机称为,热机,，其热能由燃料燃烧所产生的。,车用内燃机,（,internal combustion engine,），根据其将热能转变为机械能的主要构件的型式，可分为,活塞式内燃机,和,燃气轮机,两大类。前者又可按活塞运动方式分为往复活塞式内燃机（,reciprocating engine,）和旋转活塞式内燃机两种。,往复活塞式内燃机,往复活塞式内燃机,在汽车上应用最为广泛,是本课研究的重点。汽车（,automobile,）发动机（主要指车用往复活塞式内燃机）分类方法很多，按照不同的分类方法可以把汽车发动机分成不同的类型，下面是其分类情况。,按照所用燃料不同,内燃机按照所使用燃料的不同可以分为,汽油机,（,gasoline engine,）,和,柴油机,(diesel engine,），,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。,按照行程,(stroke),分类,内燃机按照完成一个工作循环,(,operating cycle,),所需的行程数可分为,四行程内燃机,(four-stroke cycle engine),和二行程内燃机,(,two-stroke cycle engine,),。,把曲轴转两圈,(720),，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为,四行程内燃机,；而把曲轴转一圈,(360),，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为,二行程内燃机,。汽车发动机广泛使用,四行程内燃机,。,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,(liquid-cooled engine),和,风冷发动机,(air-cooled engine),。,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,(coolant),作为冷却介质进行冷却的；,风冷发动机,是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片,(,fins),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。,按照气缸,(cylinder),数目分类,内燃机按照,气缸数目,不同可以分为单缸发动机,(single-cylinder engine),和多缸发动机,(multi-cylinder engine),。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、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。,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,和,双列式,。,单列式发动机,(inline engine),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,(V-type engine),，若两列之间的夹角,=180,称为对置式发动机,(opposed engine),。,按照进气系统是否采用增压方式分类,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,naturary aspirated engine(non-supercharged engine),和,强制进气,(,增压式,),发动机,(supercharged engine),。汽油机常采用,自然吸气式,；柴油机为了提高功率有,采用增压式,的。,1-2,四冲程发动机的工作原理,一、发动机常用术语,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,TDC(Top Dead Center),。,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,BDC(Bottom Dead Center),。,3.,活塞行程,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,表示，对应一个活塞行程，曲轴旋转,180,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,Vs,表示：,式中：,D,气缸直径，单位,mm,；,S,活塞行程，单位,mm,；,4.,气缸工作容积,行程,5.,发动机的排量（,L,）,6.,燃烧室容积,7.,气缸总容积,8.,压缩比,压缩比,(compression ratio),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，一般用,表示。,9,发动机的工作循环,在气缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转化为机械能的一系列连续过程（进气、压缩、作功和排气）称为,发动机的工作循环,。,10,二冲程发动机,活塞,两个行程,完成一个工作循环的称为,二冲程发动机,。,11,四冲程发动机,活塞,四个行程,完成一个工作循环的称为,四冲程发动机,。,发动机常用术语,二、四冲程汽油机工作原理,1,、进气冲程,2,、压缩冲程,3,、作功冲程,4,、排气冲程,气缸盖,气缸体,活塞,连杆,曲轴,油底壳,进气门,排气门,火花塞,四冲程发动机的组成简图,1.,进气冲程,(intake stroke),混合气,（汽油,+,空气）,1,、进气冲程,(intake stroke),混合气,（汽油,+,空气）,1,、进气冲程,(intake stroke),混合气,（汽油,+,空气）,1,、进气冲程,(intake stroke),混合气,（汽油,+,空气）,1,、进气冲程,(intake stroke),混合气,（汽油,+,空气）,由于有进气阻力，进气终了时缸内压力低于大气压力，约为,0.0750.09MPa,；由于气缸内的可燃混合气受上一循环残余废气和高温零件的加热，进气终了时缸内气体温度上升到,370400K,。,实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开，并且延迟到下止点之后关闭，以便吸入更多的可燃混合气。,2,、,压缩冲程,(compression stroke),2,、压缩冲程,(compression stroke),2,、压缩冲程,(compression stroke),2,、压缩冲程,(compression stroke),2,、压缩冲程,(compression stroke),2,、压缩冲程,(compression stroke),2,、压缩冲程,(compression stroke),压缩终了时，可燃混合气压力可达,0.6,1.2MPa,，温度可达,600,700K,。,可燃混合气的,压力、温度,取决于,压缩比,的大小。,愈大，压缩终了时的可燃混合气的压力、温度愈高，燃烧速度愈快，发动机发出功率愈大，经济性愈好。,但汽油机的,压缩比过高,会引起,爆燃,和,表面点火,等不正常的燃烧现象，一般在,69,之间,，现代轿车汽油机的,有的可达,911,之间,。,压缩比越大越好？,3,、作功冲程,（,power stroke,）,3,、作功冲程,（,power stroke,）,3,、作功冲程,（,power stroke,）,3,、作功冲程,（,power stroke,）,3,、作功冲程,（,power stroke,）,作功行程,包括,燃烧过程,和,膨胀过程,，在这一行程中，进气门和排气门仍然保持关闭。最高压力可达,3,5MPa,，最高温度可达,2200,2800K,。,高温高压气体膨胀，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功。,随着活塞向下运动，气缸内容积增加，气体压力和温度降低，当活塞运动到,下止点,时，作功行程结束，气体压力降低到,0.3,0.5MPa,，气体温度降低到,1300,1600K,。,4,、排气冲程,4,、排气冲程,4,、排气冲程,4,、排气冲程,4,、排气冲程,4,、排气冲程,4,、排气冲程,4,、排气冲程,4,、排气冲程,大气,当膨胀接近终了时，,排气门,打开，靠废气的压力进行,自由排气,（排气门开启时废气压力与大气压力之比大于临界压力比），大部分废气自行排出。,活塞到达下止点后再向上止点移动，继续将废气,强制,排到大气中，排气终了时缸内压力稍大于大气压力（排气阻力存在），约为,0.1050.115MPa,，废气温度约为,9001200K,。,四冲程汽油机工作原理,（发动机工作原理中）,三、四冲程柴油发动机的工作原理,1,进气行程,曲轴带动活塞从上止点向下止点运动，进气门开启，排气门关闭，气缸内活塞上腔容积逐渐增大，形成真空度，在真空吸力作用下，,新鲜空气,被吸入气缸。,进气终了时气体压力约为,0.0785,0.0932MPa,，气体温度约为,300,370K,2,压缩行程,曲轴带动活塞从下止点向上止点运动，进气门、排气门均关闭，气缸内活塞上腔容积逐渐减小，空气被压缩，压力、温度升高。,柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多,(,一般为,1622,),，压缩终了时，气体压力约为,3.5,4.5MPa,，气体温度约为,7501000K,。这一温度大大超过了自然温度。,3,作功行程,压缩行程末，,喷油泵,将高压柴油经喷油器喷入气缸内的高压空气中，迅速汽化并与空气形成可燃混合气，,柴油自行着火燃烧,，气缸内压力、温度急剧升高，推动活塞由上止点向下止点运动，带动曲轴旋转作功。,在作功终了时，排气门被打开，曲轴带动活塞由下止点向上止点运动，废气在自身的剩余压力和活塞的驱赶作用下，自排气门排出气缸。,排气终了时，气缸内气体压力约为,0.105,0.125MPa,，气体温度约为,800,1000K,。,4,排气行程,比较柴油机和汽油机工作原理上的不同点？,1,、,着火方式不同,：汽油机是,点燃式,，柴油机是,压燃式,；,2,、可燃混合气形成方式不同,：,汽油机的混合气是在,气缸外部均匀混合,后形成的，柴油机的混合气是在,气缸内部燃烧室内,不均匀混合后形成的。,小结：,1.,发动机不可自启动，必须依靠外力启动后，才可以依靠,飞轮,的惯性进行连续不断地吸气、压缩、做功、排气四个冲程的。,2.,在四个冲程中只有作功冲程是活塞带动曲轴转动，其他三个冲程都是曲轴带动活塞运动。,3.,在整个循环过程中，进气门、排气门各开启一次。,四冲程柴油机工作原理,1-3,二冲程发动机的工作原理,二行程汽油机的工作循环也是由,进气、压缩、燃烧膨胀、排气,过程组成。,但它是在曲轴旋转,一圈,(360),，活塞上下往复运动的,两个,行程内完成的。因此，二行程发动机（,two-stroke-engine,）与四行程发动机工作原理不同，结构也不一样。气缸的三排孔分别在一定时刻被,活塞打开或关闭进行进气、换气和排气的,。,曲轴箱换气式两冲程汽油机工作原理示意图,工作原理,图,a,表示活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩。,当活塞继续上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱（,图,b,），活塞接近上止点时（,图,c,），火花塞点燃混合气。,气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，,进气孔关闭,，曲轴箱内的混合气受到压缩，当活塞接近下止点时，,排气孔,打开，同时,换气孔,打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经扫气孔流入气缸内，并扫除废气（,图,d,）。,图,a,图,b,图,c,图,d,工作原理小结,第一行程,：活塞从,下止点向上止点运动,，事先已充满活塞上方气缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。,第二行程,：活塞从,上止点向下止点运动,，活塞上方进行,作功,过程和,换气,过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。,为什么活塞的顶部做成特殊形状？,为了防止新鲜混合气大量的与废气混合并随废气一起排出气缸造成浪费，,活塞顶做成特殊形状,，使新鲜混合气的气流被引向上部，这样还可以利用新鲜混合气来扫除废气，使排气更为彻底。但两冲程发动机完全避免可燃混合气的损失很困难的。,二冲程汽油机与四冲程汽油机比较,理论上同样发动机排量、同样工作转速的发动机其功率应等于四冲程汽油机的二倍，,实际上由于实际压缩比小于名义压缩比，气缸内进气不足（进气时间短，存在给气和扫气损失），只等于,1.5,1.6,倍。,1,、,二冲程汽油机,没有配气机构,，结构简单，体积小，重量轻，容易维修。,2,、,二冲程汽油机,燃油消耗率,远较四冲程汽油机的燃油消耗率,高,，,HC,等排放严重。,4,、,二冲程汽油机由于燃油消耗率高、,HC,等排放严重而逐渐淘汰出摩托车用市场，但,军用小型无人航空飞行器,却因其,体积小、重量轻、单位气缸工作容积输出功率大,而仍被看好，但要解决,电控汽油喷射技术甚至废气涡轮增压,技术。,5,、,3,、,二冲程汽油机作功间隔短，,发动机运转平稳，飞轮转动惯量小，容易上高速,。,二冲程柴油机组成及工作原理,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。,1-4,发动机的总体构造,发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。,发动机的总体构造,曲柄连杆机构,两大机构,启动系统,五大系统,润滑系统,冷却系统,点火系统,供给系统,配气机构,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。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。,配气机构,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。配气机构大多采用,顶置气门式配气机构,，一般由,气门组、气门传动组和气门驱动组,组成。,燃料供给系统,（,fuel suppling system,）,润滑系统,(lubricating system),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。润滑系通常由,润滑油道,、,机油泵,、,机油滤清器,和一些,阀门,等组成。,冷却系统,(cooling system),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。水冷发动机的冷却系通常由,冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器,等组成。,点火系统,(igniting system),起动系统,(starting system),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,。,1-5,内燃机产品名称和型号编制规则,为了便于内燃机的生产管理和使用，国家标准,(GB725,82),内燃机产品名称和型号编制规则,中对内燃机的名称和型号作了统一规定。,1,、,按所用燃料命名，如柴油机、汽油机等。,2,、型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。,3,、型号由四部分组成。,举例：,EQ6100Q-1,汽油机,二汽生产的六缸四冲程缸径,100,mm,、水冷、汽车用第一种变形的汽油发动机。,举例：,12V135Z,柴油机,12,缸、,V,型缸体、四冲程、缸径,135,mm,、增压柴油发动机。,本章思考题,1.,简述发动机的基本构造,2.,何谓发动机的工作循环？简述四行程和两冲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.,解释下列名词：,上止点；下止点；活塞行程；总容积；工作容积；燃烧室容积；压缩比；发动机排量。,