單缸汽油機(jī)工作原理.doc

單缸汽油機(jī)工作原理講義一四沖程汽油機(jī)的工作原理首先我們就以單缸為例，介紹下四沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。 我們已經(jīng)知道，發(fā)動(dòng)機(jī)是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，它的轉(zhuǎn)化過程實(shí)際上就是工作循環(huán)的過程，簡(jiǎn)單來說就是是通過燃燒氣缸內(nèi)的燃料，產(chǎn)生動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的活塞往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，由此帶動(dòng)連在活塞上的連桿和與連桿相連的曲柄，圍繞曲軸中心作往復(fù)的圓周運(yùn)動(dòng)，而輸出動(dòng)力的。 現(xiàn)在，我們分析一下這個(gè)過程： 一個(gè)工作循環(huán)包括有四個(gè)活塞行程（所謂活塞行程就是指活塞由上止點(diǎn)到下止點(diǎn)之間的距離的過程）：進(jìn)氣行程、壓縮行程、膨脹行程（作功行程）和排氣行程。 1.進(jìn)氣行程 在這個(gè)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉。隨著活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方的氣缸容積增大，從而使氣缸內(nèi)的壓力將到大氣壓力以下，即在氣缸內(nèi)造成真空吸力，這樣空氣便經(jīng)由進(jìn)氣管道和進(jìn)氣門被吸入氣缸，同時(shí)噴油嘴噴出霧化的汽油與空氣充分混合。在進(jìn)氣終了時(shí)，氣缸內(nèi)的氣體壓力約為0.0750.09MPa。而此時(shí)氣缸內(nèi)的可燃混合氣的溫度已經(jīng)升高到370-400K。 2.壓縮行程 為使吸入氣缸的可燃混合氣能迅速燃燒，以產(chǎn)生較大的壓力，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出較大功率，必須在燃燒前將可燃混合氣壓縮，使其容積縮小、密度加大、溫度升高，即需要有壓縮過程。在這個(gè)過程中，進(jìn)、排氣門全部關(guān)閉，曲軸推動(dòng)活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)一個(gè)行程，即壓縮行程。此時(shí)混合氣壓力會(huì)增加到0.6-1.2MPa，溫度可達(dá)600-700K。 在這個(gè)行程中有個(gè)很重要的概念，就是壓縮比。所謂壓縮比，就是壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積之比。一般壓縮比越大，在壓縮終了時(shí)混合氣的壓力和溫度便愈高，燃燒速度也愈快，因而發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率愈大，經(jīng)濟(jì)性愈好。一般轎車的壓縮比在8-10之間，不過現(xiàn)在最新上市的Polo就達(dá)到了10.5的高壓縮比，因此它的扭矩表現(xiàn)相對(duì)不錯(cuò)。但是壓縮比過大時(shí)，不僅不能進(jìn)一步改善燃燒情況，反而會(huì)出現(xiàn)暴燃和表面點(diǎn)火等不正常燃燒現(xiàn)象（燃油質(zhì)量的影響也是占有相對(duì)重要的地位，這方面我們會(huì)在以后詳細(xì)講解）。 暴燃是由于氣體壓力和溫度過高，在燃燒室內(nèi)離點(diǎn)燃中心較遠(yuǎn)處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正常燃燒。暴燃時(shí)火焰以極高的速率向外傳播，甚至在氣體來不及膨脹的情況下，溫度和壓力急劇升高，形成壓力波，以聲速向前推進(jìn)。當(dāng)這種壓力波撞擊燃燒室壁是就發(fā)出尖銳的敲缸聲。同時(shí)，還會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。嚴(yán)重暴燃是甚至?xí)斐蓺忾T燒毀、軸瓦破裂、火花塞絕緣體被擊穿等機(jī)件損壞現(xiàn)象。 除了暴燃，過高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)還可能要面對(duì)另一個(gè)問題：表面點(diǎn)火。這是由于缸內(nèi)熾熱表面與熾熱處（如排氣門頭，火花塞電極，積炭處）點(diǎn)燃混合氣產(chǎn)生的另一種不正常燃燒（也稱作熾熱點(diǎn)火或早燃）。表面點(diǎn)火發(fā)生時(shí)，也伴有強(qiáng)烈的敲缸聲（較沉悶），產(chǎn)生的高壓會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加，降低壽命。 3.膨脹行程（作功行程） 在這個(gè)過程中，進(jìn)、排氣門仍舊關(guān)閉。當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，火花塞發(fā)出電火花，點(diǎn)燃被壓縮的可燃混合氣?？扇蓟旌蠚獗蝗紵?，放出大量的熱能，此時(shí)燃?xì)獾膲毫蜏囟妊杆僭黾印Ｆ渌苓_(dá)到的最大壓力可達(dá)3-5MPa,相應(yīng)的溫度則高達(dá)2200-2800K。高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，通過連桿使曲柄旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械能，除了維持發(fā)動(dòng)機(jī)本身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)外，其余即用于對(duì)外做功。在活塞的運(yùn)動(dòng)過程中，氣缸內(nèi)容積增加，氣體壓力和溫度都迅速下降，在此行程終了時(shí)，壓力降至0.3-0.5MPa，溫度則為1300-1600K。 4.排氣行程 當(dāng)膨脹行程（作功行程）接近終了時(shí)，排球門開啟，考廢氣的壓力進(jìn)行自由排氣，活塞到達(dá)下止點(diǎn)后再向上止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，強(qiáng)制降廢氣強(qiáng)制排到大氣中，這就是排氣行程。在此行程中，氣缸內(nèi)壓力稍微高于大氣壓力，約為0.105-0.115MPa。當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)附近時(shí)，排氣行程結(jié)束，此時(shí)的廢氣溫度約為900-1200K。 由此，我們已經(jīng)介紹完了發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點(diǎn)間往復(fù)移 動(dòng)了四個(gè)行程，相應(yīng)地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周。二二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)原理 950發(fā)動(dòng)機(jī)采用的都是小型二沖程發(fā)動(dòng)機(jī),下面就二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和使用維護(hù)做一個(gè)簡(jiǎn)單的說明:一、發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成 二沖程汽油機(jī)一般都采用預(yù)壓掃氣式二沖程機(jī)，冷卻方式大多是風(fēng)冷,也有水冷的。按作用功能分由機(jī)械、電氣、供油、氣流四個(gè)系統(tǒng)組成。1）機(jī)械系統(tǒng)包括氣缸、活塞組、連桿、曲軸、箱體等。作用是實(shí)現(xiàn)氣體密封，承受氣體壓力及機(jī)械力，保證一定運(yùn)動(dòng)關(guān)系。2）電氣系統(tǒng)包括磁電機(jī)、點(diǎn)火線圈、火花塞等。其作用是由曲軸傳動(dòng)磁電機(jī)產(chǎn)生電能、完成氣缸適時(shí)高壓點(diǎn)火。3）供油系統(tǒng)由油箱、油箱開關(guān)、濾油器、輸油管和化油器組成。其作用是儲(chǔ)存和提供燃油、潤(rùn)滑油，并使燃油與空氣混合成適當(dāng)配比的可燃?xì)狻?）氣流系統(tǒng)包括空氣濾清器、進(jìn)氣閥門、排氣消聲器等，作用是提供助燃空氣，帶油進(jìn)氣缸及降低排氣噪聲。二、基本工作原理起動(dòng)力傳動(dòng)曲軸時(shí)，活塞組受曲軸、連桿牽連，當(dāng)活塞向著氣缸頂部（向上）運(yùn)動(dòng)時(shí)，曲軸箱產(chǎn)生負(fù)壓，空氣經(jīng)空氣濾清器，化油器帶上的燃油。通過進(jìn)氣閥門吸入曲軸箱，當(dāng)活塞向背離氣缸部（向下）運(yùn)動(dòng)時(shí)，曲軸箱中可燃?xì)獗粔嚎s，當(dāng)掃氣口開放時(shí)，可燃?xì)饨?jīng)掃氣道壓入氣缸，活塞再次向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，可燃?xì)庠跉飧字斜粔嚎s，壓力和溫度提高，經(jīng)電器點(diǎn)火燃燒，受熱氣體壓力進(jìn)一步提高，氣體膨脹、推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)、輸出動(dòng)力、當(dāng)排氣口開放時(shí)，燃燒后的廢氣先由壓力噴出，再由掃氣氣流驅(qū)掃出氣缸，經(jīng)消聲器排出機(jī)外，進(jìn)氣、壓縮、膨脹、排氣、周而復(fù)始，曲軸就不斷旋轉(zhuǎn)，做功。三、汽油機(jī)的特點(diǎn)和分類“汽油機(jī)”這個(gè)名詞可泛指各類動(dòng)力機(jī)，產(chǎn)生動(dòng)力的能源不同，動(dòng)力機(jī)可分為電動(dòng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)、水力發(fā)動(dòng)機(jī)等。作為移動(dòng)動(dòng)力用的發(fā)動(dòng)機(jī)，以熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)最為普遍，熱機(jī)的“熱”是燃料通過燃燒產(chǎn)生的，燃燒在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)進(jìn)行的，這種發(fā)動(dòng)機(jī)稱為內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)也有活塞式和旋轉(zhuǎn)葉輪式結(jié)構(gòu)，常見的內(nèi)燃機(jī)是往復(fù)活塞式，隨使用的燃料不同，內(nèi)燃機(jī)又可分為汽油機(jī)、柴油機(jī)、煤油機(jī)等，汽油機(jī)是燃用汽油的內(nèi)燃機(jī)。往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞在氣缸中作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過連桿對(duì)曲軸銷的可動(dòng)聯(lián)接，使曲軸傳動(dòng)，“往復(fù)”二字是在出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)活塞內(nèi)燃機(jī)后才加上去的。四、二沖程循環(huán)汽油機(jī)活塞經(jīng)過兩個(gè)沖程就可完成一個(gè)工作循環(huán)的四個(gè)過程，這種汽油機(jī)稱二沖程循環(huán)汽油機(jī)。五、燃燒的必要條件 熱機(jī)都需要燃燒，燃燒是可燃物質(zhì)的劇烈氧化反應(yīng)，同時(shí)發(fā)出有光的火焰，并放出熱量的一種化學(xué)現(xiàn)象。要燃燒必須同時(shí)具備三個(gè)條件：1)燃料在汽油機(jī)中的燃料就是汽油。2） 助燃劑絕大部分燃燒是以空氣中的氧氣作為助燃劑。）燃燒溫度使燃料和助燃劑開始起劇烈氧化反應(yīng)的臨界溫度，例如普通的紙是一種燃料，處在空氣中的紙既有了燃料，又有了助燃劑，當(dāng)點(diǎn)火引燃，使紙升溫到燃燒溫度時(shí)，三個(gè)條件同時(shí)具備，才發(fā)生紙的燃燒，常見的燃燒是連續(xù)燃燒，它暴露在空氣中，助燃劑是取之不盡的，只要保持燃燒溫度和燃料供應(yīng)，燃燒可一直延續(xù)下去，活塞式內(nèi)燃機(jī)的燃燒是間隙燃燒，氣缸中的燃料和助燃劑是封閉的、限量的，一旦燒完，燃燒立即停止，如再要燃燒，必須重新充入燃料和助燃劑，再次引燃，汽油和空氣的混合氣稱可燃?xì)猓岣呷紵俣?，必須提高引燃前可燃?xì)獾臏囟?，汽油機(jī)的壓縮并未使可燃?xì)膺_(dá)到燃燒溫度，必須點(diǎn)火引燃。六、磁電機(jī) 發(fā)電機(jī)是通過線圈切割磁力線發(fā)電的。勵(lì)磁磁場(chǎng)一般由轉(zhuǎn)子產(chǎn)生。采用永久磁鐵產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)發(fā)電的發(fā)電機(jī)稱磁電機(jī)，勵(lì)磁磁場(chǎng)由轉(zhuǎn)子產(chǎn)生。磁電機(jī)轉(zhuǎn)子直接裝在曲軸上，其轉(zhuǎn)子兼作儲(chǔ)放旋轉(zhuǎn)慣性能量的風(fēng)扇，對(duì)缸體作強(qiáng)制冷卻。轉(zhuǎn)子與線圈的位置不同，轉(zhuǎn)子是在軸上定心的，線圈鐵芯用兩只螺釘固定，安裝時(shí)必須校正氣隙。氣隙減少，點(diǎn)火提前角會(huì)加大；氣隙增大，提前角會(huì)減小，并使點(diǎn)火強(qiáng)度減弱，氣隙過大可能點(diǎn)不著火。氣隙一般為0.250.40mm，有規(guī)定的按規(guī)定值。七、點(diǎn)火系統(tǒng) 1) 點(diǎn)火提前角汽油機(jī)內(nèi)的燃燒是迅速的 ，但總存在一定的燃燒時(shí)間。當(dāng)可燃?xì)恻c(diǎn)火引燃后，隨著燃燒的進(jìn)行，氣體的溫度和壓力升高。在燃燒基本結(jié)束時(shí)，散熱使氣體溫度逐漸下降，活塞下降也使溫度降低。在升與降之間總存在著一個(gè)最大的氣體壓力，出現(xiàn)最大壓力時(shí)的曲軸位置稱為最大（燃燒）壓力點(diǎn)。從點(diǎn)火到最大壓力點(diǎn)，曲軸轉(zhuǎn)過了一定的角度。確定了最大壓力點(diǎn)，也就確定了點(diǎn)火點(diǎn)。以上止點(diǎn)為基準(zhǔn)的點(diǎn)火角度稱點(diǎn)火提前角。若最大壓力點(diǎn)產(chǎn)生在上止點(diǎn)前，可能產(chǎn)生曲軸反轉(zhuǎn)。最大壓力點(diǎn)在上止點(diǎn)后太近，機(jī)件受到?jīng)_擊力大，易受損壞，但推動(dòng)曲軸傳動(dòng)的作用不大，汽油機(jī)功率小，噪聲大，稱點(diǎn)火過早。最大壓力點(diǎn)在上止點(diǎn)后太遠(yuǎn)，曲軸受膨脹氣體作用力推動(dòng)的角度減小，且最大燃燒壓力也小，汽油機(jī)功率也小，稱點(diǎn)火過遲。只有最大壓力點(diǎn)出現(xiàn)在上止點(diǎn)后15左右時(shí)，汽油機(jī)功率最佳，能達(dá)到這樣要求的點(diǎn)火相位角是最佳點(diǎn)火角度。對(duì)一臺(tái)汽油機(jī)來說，最佳點(diǎn)火提前角并非是個(gè)固定值，它應(yīng)隨曲軸轉(zhuǎn)速的提高而需稍有提高，也應(yīng)隨負(fù)荷的變化而變化。除指明特定外轉(zhuǎn)速，一般標(biāo)明的點(diǎn)火提前角是指怠速轉(zhuǎn)速時(shí)點(diǎn)火提前角。八、火花塞的故障與維護(hù) 火花塞的故障主要發(fā)生在裙部與電極。 （）正常正常指空燃比合適、點(diǎn)火提前角合適、火花塞熱值合適、燃燒室燃燒正常，即無熾熱點(diǎn)火，也無漏電斷火。正常情況下，火花塞幾乎無積炭，干燥，電極基本無燒蝕、呈淺褐色（鐵銹色）或表面略帶淺灰色細(xì)粉。維護(hù)時(shí)只要揩拭掉些微沉積殘?jiān)?，可繼續(xù)使用。 （）積炭污損積炭火花塞干燥、附有無光澤的黑色炭層沉積。嚴(yán)重時(shí)炭層呈毛茸狀。積炭會(huì)導(dǎo)致漏電斷火。可燃?xì)膺^濃、火花塞熱值偏高、點(diǎn)火弱或電極間隙過大都會(huì)引起積炭。清除炭層后火花塞仍可使用。（3）過熱使用裙部干燥呈白色或淺灰色，嚴(yán)重時(shí)瓷管表面有局部疏松隆起。電極明顯燒蝕，中心電極近端而有一圈燒蝕，并有瘤狀微粒粘著?？扇?xì)膺^稀、火花塞熱值偏低或漏氣、點(diǎn)火過早或汽油機(jī)過熱，都會(huì)引起過熱燒損，以更新為好。 （4）機(jī)油污損 火花塞頭有機(jī)油，光亮油黑，濕膩?；旌嫌椭袡C(jī)油過多、曲軸油封漏油、火花塞熱值偏低、怠速或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過長(zhǎng)，都會(huì)引起機(jī)油污損。無專用清洗液較難清除。火花塞的電極間隙是重要技術(shù)數(shù)據(jù)，應(yīng)按說明書數(shù)值調(diào)整。無觸電點(diǎn)火一般為0.60.7mm。間隙過大，汽油機(jī)高速性能不好；過小，低速性能不好。九、高壓及高壓帽 點(diǎn)火線圈輸出高電壓，用厚絕緣的高壓線輸送。高壓線與火花塞的連接，是用銅絲彈簧連接而成。彈簧外面套橡膠接頭，稱高壓帽。十、二沖程汽油機(jī)的潤(rùn)滑 機(jī)件相互運(yùn)動(dòng)存在摩擦，為降低摩擦溫度和機(jī)件磨損，并減少摩擦功率損失，都需要潤(rùn)滑。汽缸、活塞組之間產(chǎn)生著燃燒，溫度很高，更需進(jìn)行潤(rùn)滑。曲軸箱預(yù)壓掃氣式二沖程機(jī)，曲軸箱有時(shí)雖對(duì)汽缸封閉，有時(shí)卻要相通的。掃氣道開通時(shí)，有掃氣氣流高速流動(dòng)，只要曲軸箱中存有積油，馬上會(huì)被吹到汽缸中去。少量潤(rùn)滑油進(jìn)入汽缸會(huì)引起汽油機(jī)冒黑煙，并加快積炭，大量機(jī)油進(jìn)入汽缸會(huì)使火花塞不能點(diǎn)火，引起汽油機(jī)熄火。二沖程機(jī)既要潤(rùn)滑，又不允許有過多的機(jī)油竄入汽缸，必須采用特殊的潤(rùn)滑方式，并采用特殊的機(jī)油,950發(fā)動(dòng)機(jī)要求使用高品質(zhì)的全合成機(jī)油. 混合燃料經(jīng)化油器霧化成顆粒，經(jīng)受曲軸箱壓縮，汽油逐漸汽化，融溶于汽油中的機(jī)油縮成更小的微粒，一部分懸浮在可燃?xì)庵?，?jīng)受不完全燃燒后排出汽缸，一部分粘附于運(yùn)動(dòng)件摩擦面的機(jī)油起到了潤(rùn)滑作用，粘附于非摩擦面的 機(jī)油受氣流吹拂，有部分濺起，其余沿壁面逐漸滑移入汽缸，除對(duì)汽缸、活塞組有一定潤(rùn)滑作用外，又被掃七氣流噴散。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同一般采用25:1, 30:1, 50:1等混合比,燃油混合后要盡快用完,長(zhǎng)期放置的混合油不能使用. 十一、減壓閥（供油） 以彈性薄片簧片作開閉元件的單向閥、簧片閥的開閉與曲軸轉(zhuǎn)角無特定關(guān)系、只受簧片兩面氣體作用力的控制，是不對(duì)稱開閉，活塞上行時(shí)曲軸箱出現(xiàn)負(fù)壓，簧片被曲軸箱內(nèi)外壓力差頂開，進(jìn)氣閥開啟；活塞下行時(shí)，曲軸箱內(nèi)氣體壓力回升，當(dāng)進(jìn)氣沖力小于一定值時(shí)，簧片內(nèi)外壓力差小于簧片彈力，簧片彈回閥座，進(jìn)氣閥門關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變動(dòng)，進(jìn)氣沖力變動(dòng)，簧片的開關(guān)時(shí)間也變動(dòng)，簧片閥能開啟早、關(guān)閉早，進(jìn)氣沖量較活塞閥充分，且閥門開閉早晚能隨曲軸轉(zhuǎn)速變動(dòng)?；推鞯淖饔煤头诸愖饔茫夯推魇抢闷蜋C(jī)進(jìn)氣氣流，把吸出的汽油吹成微粒（霧化），使汽油增大與空氣的接觸面積，并迅速汽化的部件，又稱汽化器。分類：化油器的構(gòu)造型式很多，按供油部分結(jié)構(gòu)分，有浮子式和膜片式。膜片式化油器沒有油池，不怕翻轉(zhuǎn)傾倒，因此大多數(shù)動(dòng)力傘汽油機(jī)上采用這種,品牌大多為WALBRO,因有自吸泵，油箱可低于化油器。950汽油機(jī)用的是浮子式化油器?？杖急?汽油的主要成分是C和H。理想的燃燒是C+O2CO2（二氧化碳），2H+OH2O（水）。在完成全燃燒時(shí)，空氣（A）對(duì)燃油（F）的重量比為14