汽車發(fā)動機認知ppt課件

汽車發(fā)動機 模塊一 1 課題一汽車發(fā)動機的認識 概述 四行程發(fā)動機工作原理 發(fā)動機的總體構造 內(nèi)燃機名稱及型號編制規(guī)則 二行程發(fā)動機工作原理 發(fā)動機相關常用術語 2 1 1概述 發(fā)動機 熱能 機械能 1 按燃料的使用不同分 一 發(fā)動機的定義 二 發(fā)動機的分類 現(xiàn)代汽車大多使用往復活塞式內(nèi)燃機 它將燃料在發(fā)動機氣缸內(nèi)部進行燃燒 把產(chǎn)生的熱能轉變成機械能 汽油 柴油 乙醇及酒精汽油 E10 液化石油氣 LPG 燃料電池 氫和氧 壓縮天然氣 CNG 含氧燃料 化學電池 太陽能電池 3 3 按冷卻方式不同 2 按完成一個工作循環(huán)所需行程數(shù) 四行程發(fā)動機 二行程發(fā)動機 轉子型發(fā)動機 轉子式 4 直列式2 3 4 5 6 8 型4 6 8 12 對置式4 6 8 W型12 賓利歐陸 16 布加迪威龍 4 按氣缸數(shù)及排列形式分 直列式 對置式 型 5 6 W型式汽車發(fā)動機的排列形式 7 5 按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式分類 內(nèi)燃機按照進氣系統(tǒng)的進氣形式分 自然吸氣式 非增壓式 強制進氣式 增壓式 注 現(xiàn)社會上流通使用的汽車基本是汽油機采用自然吸氣式 但是有一部分也已使用了渦輪增壓系統(tǒng) 柴油機基本采用增壓式 其都是為了提高使用功率 8 1 2 上止點 TDC 下止點 BDC 活塞行程 S 曲柄半徑 R 氣缸工作容積 Vh 燃燒室容積 Vc 氣缸總容積 Va 一 發(fā)動機結構基本術語 壓縮比 發(fā)動機排量 工作循環(huán) 發(fā)動機相關常用術語 注 上止點前為BTDC 上止點后為ATDC 9 10 發(fā)動機內(nèi)部工作視頻I 汽車構造 動畫圖像視頻 發(fā)動機工作動畫教學視頻 11 12 上止點 下止點 活塞行程 活塞由一個止點到另一個止點移動的距離 稱為活塞行程 S 對應一個活塞行程 曲軸旋轉180度 活塞在氣缸內(nèi)做往返運動時 活塞頂部距離曲軸旋轉中心最遠的位置 活塞在氣缸內(nèi)做往返運動時 活塞頂部距離曲軸旋轉中心最近的位置 13 活塞從上止點到下止點所走過的氣缸容積 稱為氣缸工作容積 Vh 活塞處于上止點時 活塞頂部與缸蓋所形成的空間稱為燃燒室容積 VC 活塞在下止點時 活塞上方全部空間 稱為氣缸總容積 Va 燃燒室容積 氣缸工作容積 氣缸總容積 14 壓縮比 氣缸總容積與燃燒室容積之比稱為壓縮比 用 表示 例如 現(xiàn)代汽油車發(fā)動機壓縮比一般為8 11 中高級轎車基本達到10以上 柴油機壓縮比一般為18 23 Va 氣缸總容積 Vh 氣缸工作容積 Vc 燃燒室容積 與連桿下端 即連桿大頭 相連的曲柄銷中心到曲軸回轉中心的距離 曲軸每轉一圈 活塞移動兩個行程 曲柄半徑 15 工作循環(huán) 對于往復活塞式發(fā)動機 每進行一次能量轉換 均要經(jīng)過進氣 壓縮 作功 排氣四個過程 這種周而復始的連續(xù)過程 稱為發(fā)動機的一個工作循環(huán) 多缸發(fā)動機各氣缸工作容積的總和 稱為發(fā)動機排量 用表示VL 發(fā)動機排量 VL Vh i Vh 氣缸工作容積 單缸排量 i 氣缸數(shù)目 16 動態(tài)演示 17 觀看演示 1 進氣行程 2 壓縮行程 3 作功行程 4 排氣行程 四行程汽油發(fā)動機工作原理 1 3 18 一 汽油發(fā)動機四個行程的圖示 1 進氣行程 壓縮行程 作功行程 4 排氣行程 每一行程工作的具體分析如下 19 1 進氣行程 排氣門關閉 進氣門開啟 大氣壓力線 P V r a 示功圖 上止點 下止點 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 進氣終了時氣缸內(nèi)壓強為0 074 0 093Mpa 溫度上升至353 403 活塞下行 進新鮮混合氣 壓力值的換算 1MPa 1000KPa 10Kg 10Bar 1000000Pa 10kgf cm2溫度值的換算 K為開氏溫度 其從273 15開始相當于0 長度換算單位 1m 10分米 100cm 1000mm 100000絲 1000000微米 1000000000納米1S 1000ms 20 2 壓縮行程 進氣門關閉 排氣門關閉 P V r a 示功圖 大氣壓力線 c 上止點 下止點 壓縮終了時氣缸內(nèi)壓強上升至0 8 1 5Mpa 溫度繼續(xù)上升至600 700 活塞上行 油氣混合氣 21 3 作功行程 進氣門關閉 排氣門關閉 P V r a 示功圖 大氣壓力線 c Z b 上止點 下止點 作功中氣缸內(nèi)最高壓強可達3 5Mpa 最高溫度可達2200 2800 作功終了時氣缸內(nèi)壓強下降至0 3 0 5Mpa 溫度下降至1300 1600 活塞下行 火花塞開始點火 22 4 排氣行程 進氣門關閉 排氣門打開 P V r 示功圖 大氣壓力線 c Z b 上止點 下止點 殘余廢氣 排氣終了時氣缸內(nèi)壓強下降至0 102 0 120Mpa 溫度下降至900 1200 a 活塞上行 23 四行程汽油機的工作原理 四沖程汽油機是將空氣與汽油以一定比例混合 形成良好的混合氣 在進氣行程 適時的被吸入氣缸內(nèi)部 經(jīng)壓縮后達到一定的高溫火花塞再以精確時間點火燃燒而產(chǎn)生熱能 燃燒后的氣體所形成的高溫高壓促使分子迅速膨脹 其作用于活塞頂部 則推動活塞作直線向下行運動 同時通過連桿 曲軸飛輪機構而變?yōu)樾D的轉矩 再通過傳動機構對外輸出作功 飛輪此時貯存一定的慣性力帶動曲軸旋轉完成剩下的排 進 壓三個工作行程 這樣 通過吸入混合氣之后壓縮 點火作功 排氣四行程周而復始 連續(xù)不斷的工作方式即為四沖程汽油機的工作原理 24 二 四沖程柴油機的工作原理 噴油器 排氣行程 進氣門 排氣門 純空氣 溫度300 370K壓力0 0785 0 0932MPa 溫度750 1000K壓力3 5MPa 瞬時 溫度2000 2500K壓力6 9MPa 溫度800 1000K壓力0 105 0 125MPa 終了 溫度1200 1500k壓力0 2 0 4MPa 吸氣行程 壓縮行程 作功行程 25 進氣行程 壓縮行程 作功行程 排氣行程 新鮮空氣 四行程柴油機各行程示意圖 開始噴油 26 四行程柴油機工作原理視頻 27 四沖程柴油機是將新鮮空氣在進氣行程時被吸入氣缸內(nèi)部 經(jīng)壓縮后新鮮空氣達到一定的高溫 燃油噴射系統(tǒng)再在精確時間噴入良好霧化后的柴油并與空氣混合 經(jīng)壓縮后達到一定溫度的新鮮氣體瞬間點燃混合氣產(chǎn)生燃燒 所形成的高溫高壓促使分子迅速膨脹 其作用于活塞頂部 則推動活塞作直線向下行運動 同時通過連桿 曲軸飛輪機構而變?yōu)樾D的轉矩 再通過傳動機構對外輸出作功 飛輪此時貯存一定的慣性力帶動曲軸旋轉完成剩下的排 進 壓三個工作行程 這樣 通過吸入混合氣之后壓縮 點火作功 排氣四行程周而復始 連續(xù)不斷的工作方式即為四沖程汽油機的工作原理 四行程柴油機工作原理 28 與汽油機工作原理相比 其進氣和壓縮行程的氣都是新鮮空氣 且在作功行程時與汽油機有所不同 由于用的柴油粘度比汽油大 不易蒸發(fā) 且自燃溫度又較汽油低 所以采用的是 壓縮自燃式點火 注 相比較而言柴油機的壓縮比比汽油機要高得多 汽油機為8 11 而柴油機可達到16 22 且壓縮壓強也要大得多 壓縮終了是可達到3 5 4 5MPa 29 分析和比較汽油機 柴油機的工作 異同 首先分別看一下汽油機和柴油機的圖示 火花塞 噴油器 30 思考 四沖程汽油機和柴油機的工作循環(huán)有什么相同之處呢 31 共同特點 1 每個工作循環(huán)曲軸轉兩轉 720 每一行程曲軸轉半轉 180 進氣行程是進氣門開啟 排氣行程是排氣門開啟 其余兩個行程進 排氣門均關閉 2 四個行程中 只有作功行程產(chǎn)生動力 其它三個行程是為作功行程做準備工作的輔助行程 雖然作功行程是主要行程 但其它三個行程也不可缺少 3 發(fā)動機運轉的第一個循環(huán) 必須有外力使曲軸旋轉完成進氣 壓縮行程 著火后 完成作功行程 依靠曲軸和飛輪貯存的能量便可自行完成以后的行程 以后的工作循環(huán)發(fā)動機無需外力就可自行完成 32 思考 四沖程汽油機和柴油機的工作循環(huán)有什么不同呢 33 汽油機 柴油機的工作不同點 34 柴油機和汽油機的比較 柴油機與汽油機比較 柴油機的壓縮比高 熱效率高 燃油消耗率低 同時柴油價格也較低 因此 柴油機的燃料經(jīng)濟性能好 而且柴油機的排氣污染少 排放性能較好 但它的主要缺點是轉速低 體積較大 噪聲大 振動大 制造和維修費用高 在其發(fā)展過程中 柴油機不斷發(fā)揚其優(yōu)點 克服缺點 提高速度 現(xiàn)已得到了比較廣泛地應用 35 二行程發(fā)動機工作原理 一 二行程汽油機二行程汽油機的工作循環(huán)也是由進氣 壓縮 作功 排氣過程組成 但它是在曲軸旋轉一圈 360 活塞上下往復運動的兩個行程內(nèi)完成的 因此 二行程發(fā)動機與四行程發(fā)動機工作原理不同 結構也不一樣 下面以曲軸箱換氣式二行程汽油機為例加以說明 1 4 36 氣缸上有三排孔 利用這三排孔分別在一定時刻被活塞打開或關閉進行進氣 換氣和排氣的 工作原理如下 排氣孔 進氣孔 換氣孔 37 圖a表示活塞向上運動 將三排孔都關閉 活塞上部開始壓縮 圖b 當活塞繼續(xù)上行時 活塞下方打開了進氣孔 可燃混合氣進入曲軸箱 活塞接近上止點時 圖c 火花塞點燃混合氣 氣體燃燒膨脹 推動活塞向下運動 進氣孔關閉 曲軸箱內(nèi)的混合氣受到壓縮 當活塞接近下止點時 排氣孔打開 排出廢氣 圖d 活塞再向下運動 換氣孔打開 受到壓縮的混合氣便從曲軸箱經(jīng)換氣孔流入氣缸內(nèi) 并掃除廢氣 排氣孔 進氣孔 換氣孔 38 二行程汽油機的工作原理動態(tài)視頻 39 兩個行程 第一行程 活塞從下止點向上止點運動 將事先已充滿活塞上方氣缸內(nèi)的混合氣被壓縮 新的可燃混合氣又從進氣管道內(nèi)由進氣道被吸入活塞下方的曲軸箱內(nèi) 第二行程 活塞從上止點向下止點運動 活塞上方進行作功過程和換氣過程 而活塞下方則進行可燃混合氣的預壓縮 40 二 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 41 42 1 四沖程發(fā)動機的進 排氣是兩個分開的專門過程 而二沖程發(fā)動機單純的排氣 或進氣 時間極短 主要是一個幾乎完全重疊的 以新鮮氣體清掃廢氣的換氣過程 這樣的換氣過程不可避免地會發(fā)生新鮮氣體和廢氣混合 造成廢氣難以排凈和新鮮氣體隨廢氣排出的后果 2 完成一個工作循環(huán) 二沖程發(fā)動機只需轉一轉 而四沖程發(fā)動機需要轉兩轉 因此 當發(fā)動機工作容積 壓縮比和轉速相等時 從理論上講 二沖程發(fā)動機的功率應為四沖程發(fā)動機功率的兩倍 但實際上 只有1 5 1 6倍 這是由于二沖程發(fā)動機難以將廢氣排凈 以及為了安排換氣過程而較多地損失了高壓氣體的作功能力 另外還有可燃混合氣隨廢氣排出等所致 3 當轉速相同時 二沖程發(fā)動機的作功次數(shù)較四沖程發(fā)動機多一倍 因此 二沖程發(fā)動機運轉較平穩(wěn) 這對單缸發(fā)動機來說更為明顯 4 由于沒有氣門或只有排氣門 也就省去了配氣機構或使配氣機構較為簡單 簡化了發(fā)動機的結構 易受磨損和經(jīng)常需要修理的運動部件數(shù)量較少 由于二沖程汽油機有混合氣損失 故經(jīng)濟性差 在大中型汽車上的應用受到了限制 但由于它結構簡單 重量輕 制造成本低等優(yōu)點 輕便摩托車和微型汽車的小排量發(fā)動機廣泛采用 二沖程柴油機由于換氣時進入氣缸的是純空氣 沒有燃料損失 為某些汽車所采用 二行程與四行程發(fā)動機的比較 43 二行程與四行程發(fā)動機的比較 總結 優(yōu)點 1 曲軸轉一周就做一次功 工作容積轉速相同時 理論上功率是四行程的二倍 2 工作頻率較大 所以運轉比較均勻平穩(wěn)3 沒有專門的配氣機構 構造簡單 質量較小4 使用方便缺點 不易將廢氣自氣缸內(nèi)排出干凈 并且在換氣時減少了有效的工作行程 實際功率只等于四行程的1 5 1 6倍 換氣時有一部分新鮮可燃混合氣隨同廢氣排出 不如四行程的發(fā)動機經(jīng)濟 且還會有相當一部分的潤滑劑的損消耗 由于上述的缺點 二行程發(fā)動機沒有在汽車上采用 但由于制造費用低廉 構造簡單 重量小 所以在摩托車上廣泛應用 44 課后問題 一 發(fā)動機工作偱環(huán)四行程中 進氣 壓縮 作功 排氣行程時相對應的氣門精確工作狀態(tài) 二 四行程汽油機的工作原理三 二行程汽油機的工作原理 45 三角活塞轉子發(fā)動機簡介 46 47 48 49 思考與練習 1 發(fā)動機的定義是什么 2 發(fā)動機的分類如何 3 什么是發(fā)動機的排量 燃燒室容積和壓縮比 4 汽油機和柴油機在可燃混合氣形成方式和點火方式上有何不同 它們在結構上有何區(qū)別 50 1 5發(fā)動機的總體構造 51 52 曲柄連桿機構 組成 活連桿組 曲軸飛輪組 包括 活塞 活塞環(huán) 連桿總成 活塞銷 軸瓦 曲軸主體 主軸頸 連桿軸頸 曲柄 平衡塊 飛輪等 作用 發(fā)動機接受動力且輸出動力的主要零部件 其將活塞所承受的直線往復運動力轉變?yōu)榍S的旋轉運動而形成轉矩 對外輸出動力 53 組成 進氣門 排氣門 挺柱 推桿 搖臂 凸輪軸以及凸輪軸正時齒輪 作用 使可燃混合氣適時適量進入氣缸并及時從氣缸排出廢氣 發(fā)動機的配氣機構 54 組成 汽油箱 汽油泵 汽油濾清器 燃油總管 燃油壓力調節(jié)器 噴油器 碳罐等 以上都屬電控發(fā)動機所具備的元器件 在早期的化油器車型中 其配置則有所不同 化油器 空氣濾清器 進氣管 排氣管 排氣消聲器 作用 將一定量的汽油經(jīng)適當?shù)膲毫F化且與新鮮空氣混合成可燃混合氣供入氣缸 燃燒產(chǎn)生動力 電控發(fā)動機燃油供給系 55 56 57 燃油供給系統(tǒng)的工作原理視頻 58 組成 儲水壺 水泵 節(jié)溫器 散熱器 風扇 分水管 氣缸體放水閥以及氣缸體和氣缸蓋里鑄成的空腔 水套 作用 將發(fā)動機工作后產(chǎn)生的熱量散到大氣中去 并保證發(fā)動機正常工作溫度 發(fā)動機冷卻系 59 發(fā)動機冷卻系工作原理動態(tài)演示 60 61 組成 機油泵 集濾器 限壓閥 潤滑油道 機油粗濾器 機油細濾器和機油冷卻器 功用 將潤滑油供入到相對運動的零件表面 以減少它們之間的相互摩擦阻力 可以減輕機件的磨損 并適當冷卻及清洗摩擦部件工作表面 主要還可以起到防銹作用 發(fā)動機潤滑系示圖 62 發(fā)動機潤滑系工作原理動態(tài)演示 63 組成 蓄電池 發(fā)電機 分電器 點火線圈和火花塞 主高壓線 分缸線等 作用 在適當?shù)臅r刻以充分的能量點燃氣缸中被壓縮的混合氣 桑塔納發(fā)動機點火系 64 65 起動系組成 起動機 電磁開關 起動