發(fā)動(dòng)機(jī)概述電子教程(詳細(xì))

1、LI1101_SY_010600_發(fā)動(dòng)機(jī)概述電子教程一、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的類型現(xiàn)代汽車所用的發(fā)動(dòng)機(jī)，絕大多數(shù)是往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。其分類如下：1.按照所用燃料的不同可以分為汽油機(jī)和柴油機(jī)。汽油機(jī)轉(zhuǎn)速高，質(zhì)量小，噪音小，起動(dòng)容易，制造成本低；柴油機(jī)壓縮比大，熱效率高，經(jīng)濟(jì)性能和排放性能都比汽油機(jī)好。2.按照完成一個(gè)工作循環(huán)所需的行程數(shù)可分為四沖程和二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。把曲軸轉(zhuǎn)兩圈，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)四個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)；而把曲軸轉(zhuǎn)一圈，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛使用四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。3.按照冷卻方式不同可以分為水冷

2、發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)。4.按照氣缸數(shù)目不同可以分為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。5.按照氣缸排列方式不同可以分為直列式、V型和對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)。6.按照進(jìn)氣是否增壓可以分為增壓式和非增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)。二、發(fā)動(dòng)機(jī)的基本術(shù)語(yǔ)1.上止點(diǎn)：活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處，稱為上止點(diǎn)。2.下止點(diǎn)：活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近處，稱為下止點(diǎn)。3.活塞行程：活塞從一個(gè)止點(diǎn)到另一個(gè)止點(diǎn)移動(dòng)的距離，即上、下止點(diǎn)之間的距離稱為活塞行程，一般用S表示。4.曲柄半徑：曲軸連桿軸頸的中心到曲軸主軸頸中心的距離稱為曲柄半徑，一般用R表示?；钊谐虨榍霃降膬杀?，即

3、S=2R 。5.氣缸工作容積：上、下止點(diǎn)間氣缸的容積，稱為氣缸工作容積或氣缸排量。一般用Vh表示。Vh=×S式中：D氣缸直徑，單位mm；       S活塞行程，單位mm；6.發(fā)動(dòng)機(jī)排量：多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸工作容積的總和，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積或發(fā)動(dòng)機(jī)排量。一般用VL表示。 VL = Vh×i 式中：Vh氣缸工作容積；        i 氣缸數(shù)目。7.燃燒室容積：活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部以上的容積稱為燃燒室容積。一般用Vc表示。8.氣缸總?cè)莘e：活塞位于上止點(diǎn)時(shí)

4、，活塞頂部以上的容積稱為氣缸總?cè)莘e。一般用Va表示。Va=Vh+Vc。9.壓縮比：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比。一般用表示。= =1+式中：Va 氣缸總?cè)莘e；       Vh 氣缸工作容積；       Vc 燃燒室容積； 通常汽油機(jī)的壓縮比為610，柴油機(jī)的壓縮比較高，一般為1622。10.工作循環(huán)：發(fā)動(dòng)機(jī)每一次將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，都必須經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)連續(xù)的過(guò)程。每進(jìn)行一次這樣的過(guò)程就叫做一個(gè)工作循環(huán)。三、發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理1.四沖程汽油機(jī)的工作原理

5、四沖程汽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是按進(jìn)氣行程、壓縮行程、作功行程和排氣行程的順序不斷循環(huán)的。（1）進(jìn)氣沖程曲軸帶動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門打開。隨著活塞下移，氣缸內(nèi)容積增大，壓力減小，當(dāng)壓力低于大氣壓時(shí)，在氣缸內(nèi)產(chǎn)生真空吸力，空氣經(jīng)空氣濾清器并與化油器供給的汽油混合成可燃混合氣，通過(guò)進(jìn)氣門被吸入氣缸，直至活塞向下運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)。此時(shí)，氣缸內(nèi)氣體壓力略低于大氣壓，約為0.0750.09MPa，同時(shí)受到殘余廢氣和高溫機(jī)件加熱的影響，溫度達(dá)到370400K。（2）壓縮沖程進(jìn)氣沖程結(jié)束后，曲軸繼續(xù)帶動(dòng)活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)進(jìn)、排氣門都關(guān)閉，氣缸內(nèi)的可燃混合氣受到壓縮，壓力和溫度不斷升高

6、，當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)壓縮行程結(jié)束。此時(shí)氣體的壓力和溫度主要隨壓縮比的大小而定，可燃混合氣壓力可達(dá)0.61.2MPa，溫度可達(dá)600700K。（3）作功沖程當(dāng)壓縮沖程活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，火花塞產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃可燃混合氣，并迅速燃燒。此時(shí)，進(jìn)、排氣門仍關(guān)閉。可燃混合氣燃燒后放出大量的熱使氣缸內(nèi)氣體溫度和壓力急劇升高，最高壓力可達(dá)35MPa，最高溫度可達(dá)22002800K，高溫高壓氣體膨脹，推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械能。（4）排氣沖程作功沖程接近終了時(shí)，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉?；钊汕S帶動(dòng)，從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，廢氣在自身壓力和活塞的擠壓下，被排出氣缸。活塞到達(dá)上止

7、點(diǎn)，排氣沖程結(jié)束。受排氣阻力的影響，排氣終止時(shí)，氣體壓力仍高于大氣壓力，約為0.1050.115MPa，溫度約為9001200K。綜上，四沖程汽油機(jī)經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)沖程完成一個(gè)工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點(diǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)了四個(gè)行程，相應(yīng)地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈。2.四沖程柴油機(jī)的工作原理與汽油機(jī)一樣，四沖程柴油機(jī)每一個(gè)工作循環(huán)同樣包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)沖程，但由于柴油粘度大，不易蒸發(fā)，自燃溫度低，故可燃混合氣的形成方式、著火方式、燃燒過(guò)程以及氣體溫度、壓力的變化都和汽油機(jī)不同，主要區(qū)別見下表：四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)的四個(gè)沖程中，只有一個(gè)沖程作功，其余三個(gè)沖程是作功的準(zhǔn)備沖程。因此

8、，單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸每轉(zhuǎn)兩圈，只有半圈作功，所以運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性較差。功率越大，平穩(wěn)性就越差。采用多缸發(fā)動(dòng)機(jī)可以彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)，各缸的作功行程是錯(cuò)開的，按照工作順序作功，即曲軸轉(zhuǎn)兩圈，各缸交替作功，因此，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)小。缸數(shù)越多，作功間隔角越小，同時(shí)參與作功的氣缸越多，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)越平穩(wěn)?，F(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)多采用四缸、六缸和八缸發(fā)動(dòng)機(jī)。四、發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造發(fā)動(dòng)機(jī)是一種由許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機(jī)器，它的結(jié)構(gòu)形式很多，但是要完成能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，保證長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)正常工作，都必須具備以下一些機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)。1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)由機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。它是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量和運(yùn)動(dòng)

9、的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。在作功沖程中，它把燃?xì)馔苿?dòng)活塞作功的直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并對(duì)外輸出動(dòng)力。而在進(jìn)氣、壓縮和排氣沖程中，它把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以完成作功的準(zhǔn)備工作。2.配氣機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)一般由氣門組、氣門傳動(dòng)組組成。其作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序和工作循環(huán)，定時(shí)開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門，使可燃混合氣或空氣進(jìn)入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出。3.冷卻系 冷卻系通常由水泵、風(fēng)扇、節(jié)溫器、水套、散熱器等組成。其功用是冷卻受熱機(jī)件，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。4.潤(rùn)滑系潤(rùn)滑系通常由機(jī)油泵、潤(rùn)滑油道、機(jī)油濾清器和一些閥門等組成。其功用是潤(rùn)滑摩擦件，減小摩擦阻力，減輕機(jī)件的磨

10、損，并對(duì)零件表面進(jìn)行清洗和冷卻。 5.進(jìn)、排氣系統(tǒng)及排污凈化裝置進(jìn)氣系統(tǒng)主要由空氣濾清器與進(jìn)氣導(dǎo)流管和進(jìn)氣歧管組成。其作用是在進(jìn)氣沖程中經(jīng)可燃混合氣或潔凈空氣導(dǎo)入氣缸。排氣系統(tǒng)主要由排氣歧管、排氣管、消聲器等組成。其作用是在排氣沖程將燃燒完的氣體導(dǎo)出并消減其噪聲。排污凈化裝置主要由催化轉(zhuǎn)換器、二次空氣噴射裝置、廢氣再循環(huán)（EGR）裝置、恒溫進(jìn)氣系統(tǒng)、曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)、汽油蒸發(fā)控制裝置和柴油機(jī)微粒過(guò)濾器等組成。其作用是減少汽車污染物向大氣中的排放量。 6.起動(dòng)系起動(dòng)系由起動(dòng)機(jī)及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其作用是使發(fā)動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到混合氣燃燒作功所需要的轉(zhuǎn)速。 7.燃油系統(tǒng) （1）汽油機(jī)燃油系統(tǒng)電噴汽油機(jī)

11、的燃油系統(tǒng)主要由油箱、電動(dòng)汽油泵、燃油濾清器、燃油壓力調(diào)節(jié)器和噴油器等組成?；推魇狡蜋C(jī)的燃油系統(tǒng)主要由油箱、汽油泵、燃油濾清器和化油器等組成。汽油機(jī)燃油系統(tǒng)的作用是向氣缸提供一定濃度的適量混合氣。 （2）柴油機(jī)燃油系統(tǒng)柴油機(jī)燃油系統(tǒng)主要由油箱、燃油濾清器、輸油泵、噴油泵、調(diào)速器、噴油提前角自調(diào)節(jié)器和噴油器等組成。柴油機(jī)電控共軌燃油噴射系統(tǒng)主要由輸油泵、高壓供油泵、油軌、噴油器以及燃油壓力傳感器和限壓閥等組成。柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的作用是向氣缸內(nèi)定時(shí)定量地噴射物化良好的柴油。 8.汽油機(jī)點(diǎn)火系汽油機(jī)點(diǎn)火系主要由電源、點(diǎn)火線圈、分電器和火花塞等組成。其作用是適時(shí)使火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃缸內(nèi)的混合氣。

12、 9.進(jìn)氣增壓裝置進(jìn)氣增壓裝置主要指進(jìn)氣諧波增壓系統(tǒng)、渦輪增壓器和中冷器等。其作用是提高進(jìn)氣壓力，增加氣缸的充氣量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。 10.電控發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)主要由電控單元（ECU）和各種傳感器、執(zhí)行器組成。其作用是精確地控制發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)運(yùn)行參數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳運(yùn)行狀態(tài)下工作。五、發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)及編號(hào)規(guī)則 1.發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)是用來(lái)衡量發(fā)動(dòng)機(jī)性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)有：動(dòng)力性能指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)和排放性能指標(biāo)。(1) 動(dòng)力性能指標(biāo) 動(dòng)力性能指標(biāo)指曲軸對(duì)外作功能力的指標(biāo)，包括有效扭矩、有效功率和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。有效扭矩：指發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)曲軸或飛輪對(duì)外輸出的扭矩，通常用Me

13、表示，單位為N·m。有效功率：指發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)曲軸或飛輪對(duì)外輸出的功率，通常用Pe表示，單位為kW。它等于有效扭矩和曲軸轉(zhuǎn)速的乘積。發(fā)動(dòng)機(jī)的有效扭矩和曲軸轉(zhuǎn)速可以用測(cè)功器和轉(zhuǎn)速計(jì)測(cè)定，然后用下面公式計(jì)算出有效功率。 Pe = Me××10-3 = 式中：Me 有效扭矩，單位為N·m；      n 曲軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：指發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為r/min。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品銘牌上標(biāo)明的功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速稱為額定功率和額定轉(zhuǎn)速。(2) 經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo) 通常用有效燃油消耗率來(lái)評(píng)價(jià)內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能。有

14、效燃油消耗率是指發(fā)動(dòng)機(jī)每發(fā)出1kW有效功率在1小時(shí)內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量(以g為單位)，燃油消耗率通常用ge表示，其單位為g/kW·h，計(jì)算公式如下 ge=GT/Pe ×103式中：GT 每小時(shí)的燃油消耗量，kg/h；       Pe 有效功率，kW。 很明顯，有效燃油消耗率越小，表示發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出凈功率所消耗的燃油越少，其經(jīng)濟(jì)性越好。通常發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上給出的有效燃油消耗率ge是最小值。 (3) 排放性能 排放性能指標(biāo)包括排放煙度、有害氣體(CO，HC，NOx)排放量、噪聲等。 2.國(guó)產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)型號(hào)編制規(guī)則為了便于內(nèi)燃機(jī)的生產(chǎn)管理和使用，1991年我國(guó)重新審定頒