第1講 發(fā)動機工作原理

1、河西學院 機電系普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”國家級規(guī)劃教材國家級規(guī)劃教材汽車構造汽車構造第一篇第一篇汽車發(fā)動機汽車發(fā)動機郭新華 主編（第二版）高等教育出版社主講：高 斌河西學院 機電系第1章 發(fā)動機工作原理概述概述基本術語基本術語發(fā)動機的總體構造發(fā)動機的總體構造四沖程發(fā)動機工作原理四沖程發(fā)動機工作原理學習目標： 1.掌握活塞行程、氣缸容積、壓縮比等基本概念； 2.理解四沖程汽油機工作原理，重點掌握各個行程 的工作特點； 3.了解四沖程柴油機的基本工作原理； 4.了解發(fā)動機總體結構； 5.能夠確定發(fā)動機的基本特征。河西學院 機電系1 概述車用內燃機車用內燃機水冷發(fā)動機水冷發(fā)動機風冷發(fā)

2、動機風冷發(fā)動機車用內燃機車用內燃機車用內燃機車用內燃機車用內燃機車用內燃機四沖程發(fā)動機四沖程發(fā)動機二沖程發(fā)動機二沖程發(fā)動機汽油發(fā)動機汽油發(fā)動機柴油發(fā)動機柴油發(fā)動機單缸發(fā)動機單缸發(fā)動機多缸發(fā)動機多缸發(fā)動機化油器式發(fā)動機化油器式發(fā)動機直接噴射式發(fā)動機發(fā)動機直接噴射式發(fā)動機發(fā)動機車用內燃機車用內燃機單列式發(fā)動機單列式發(fā)動機雙列式發(fā)動機雙列式發(fā)動機氣體燃料發(fā)動機（代用燃料）氣體燃料發(fā)動機（代用燃料）車用內燃機車用內燃機往復活塞式發(fā)動機往復活塞式發(fā)動機旋轉活塞式發(fā)動機旋轉活塞式發(fā)動機河西學院 機電系發(fā)動機基本結構發(fā)動機基本結構發(fā)動機是汽車最主要的總成之一，動力的來源。被稱為汽車的“心臟”。2 2 基本術

3、語基本術語河西學院 機電系基本術語上止點上止點下止點下止點 活塞行程活塞行程(S) (S) 曲柄半徑曲柄半徑(R) (R) 氣缸工作容積氣缸工作容積(V(V s s ) ) 發(fā)動機排量發(fā)動機排量(V(VL L) ) 燃燒室容積燃燒室容積(V(Vc c ) ) 氣缸總容積氣缸總容積(V(Va a ) ) 壓縮比 工作循環(huán)工作循環(huán)VL= Vs i= Va / Vc Vs= D2S 10-6/4 （L） D氣缸直徑mm S活塞行程mm工況（工況（P P、n n）負荷率（）負荷率（）河西學院 機電系壓縮比定義：壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積之比

4、稱為壓縮比。用表示。 = Va/Vc壓縮比過大的不良后果 現(xiàn)代化油器式發(fā)動機壓縮比一般為69(轎車有的達911)。 上海桑塔納轎車汽油機壓縮比為8.2。越大，循環(huán)熱效率越高。汽油機=79 柴油機=1822河西學院 機電系壓縮比過大的不良后果名稱成因現(xiàn)象后果爆燃由于氣體壓力和溫度過高，在燃燒室內離點燃中心較遠處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正常燃燒?；鹧嬉詷O高的速率向外傳播，形成壓力波，以聲速向前推進。當壓力波撞擊燃燒室壁時就發(fā)出尖銳的敲缸聲。還會引起發(fā)動機過熱，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。嚴重爆燃時甚至造成氣門燒毀、軸瓦破裂，火花塞絕緣體擊穿等。表面點火由于燃燒室內熾熱表面與

5、熾熱處(如排氣門頭，火花塞電極，積炭處)點燃混合氣產(chǎn)生的另一種不正常燃燒。 伴有強烈的較沉悶敲擊聲。 產(chǎn)生的高壓會使發(fā)動機機件負荷增加，壽命降低。返回河西學院 機電系1.3 發(fā)動機總體構造機體及曲柄連桿機構配氣機構燃油供給系點火系（汽油機）冷卻系潤滑系起動系河西學院 機電系發(fā)動機的總體構造兩大機構曲柄連桿機構配氣機構五大系統(tǒng)供給系點火系冷卻系潤滑系起動系河西學院 機電系連桿飛輪曲軸活塞進氣門排氣門推桿挺柱正時齒輪配氣機構 曲柄連桿機構河西學院 機電系機體與氣缸蓋機體與氣缸蓋機體：骨架作用，安裝各個機構和系統(tǒng)，包括氣缸體、油底殼、曲軸箱缸蓋：組成燃燒室，布置各種零部件1 1）曲柄連桿機構）曲柄連

6、桿機構組成：活塞、連桿、曲軸三部分作用：將活塞的往復直線運動曲軸的旋轉運動對外輸出動力河西學院 機電系2 2）配氣機構）配氣機構功用：定時開啟和關閉進排氣門主要部件：氣門組、傳動組河西學院 機電系搖臂凸輪軸河西學院 機電系3 3）供給系統(tǒng)）供給系統(tǒng)組成：燃油供給系統(tǒng)和進、排氣系統(tǒng)組成作用：將燃油系統(tǒng)和空氣及時地供給氣缸，并將燃燒后的廢氣及時排除主要部件：化油器（汽）、噴油泵和噴油器（柴）、空氣濾清器、進氣管、排氣管、聲器等河西學院 機電系4 4）點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)汽油機和煤氣機所采用，點燃混合氣主要部件：火花塞、點火線圈、斷電器、分電器河西學院 機電系5 5）冷卻系）冷卻系河西學院 機電系6 6

7、）潤滑系）潤滑系河西學院 機電系7 7）起動系）起動系功用：內燃機不能自行起動，借助外力使之運轉主要部件：起動機、蓄電池、點火開關等河西學院 機電系1.4 發(fā)動機的簡單工作原理1.4.1 1.4.1 四沖程汽油機的工作原理四沖程汽油機的工作原理 1 1、進氣行程、進氣行程2 2、壓縮行程、壓縮行程 3 3、作功行程、作功行程 4 4、排氣行程、排氣行程 單缸四沖程汽油機的工作過程單缸四沖程汽油機的工作過程河西學院 機電系進氣行程示功圖：表示活塞在不同位置時氣缸內氣體壓力的變化情況。排氣門關閉進氣門開啟活塞溫度370440 K， 壓力7590 kPa 大氣壓力線大氣壓力線PVra示功圖示功圖上止

8、點下止點河西學院 機電系壓縮行程進氣門關閉排氣門關閉活塞壓縮比： =Va/VcPVra示功圖示功圖大氣壓力線大氣壓力線c上止點下止點溫度600800K， 壓力6001500 kPa 河西學院 機電系作功行程進氣門關閉排氣門關閉活塞PVra示功圖示功圖大氣壓力線大氣壓力線cZb上止點下止點瞬時最高：溫度22002800 K， 壓力35MPa 作功終了：溫度15001700 K， 壓力300500 kPa 河西學院 機電系排氣行程進氣門關閉排氣門打開活塞PVr示功圖大氣壓力線大氣壓力線cZb上止點下止點溫度9001200 K 壓力105125 kPa殘余廢氣河西學院 機電系四沖程發(fā)動機工作狀態(tài) 狀

9、狀態(tài)態(tài) 行程行程溫度溫度(K)(K)壓力壓力進氣行程進氣行程3704403704407590 kPa7590 kPa壓縮行程壓縮行程6008006008006001500 kPa6001500 kPa作功行程作功行程22002800(22002800(瞬時最高瞬時最高) ) 15001700(15001700(作功終了作功終了) )35MPa (35MPa (瞬時最高瞬時最高) ) 300500 kPa300500 kPa ( (作功終了作功終了) )排氣行程排氣行程90012009001200105125 kPa105125 kPa河西學院 機電系1.4.2 四沖程柴油機的工作原理噴油器噴油

10、泵吸氣行程吸氣行程壓縮行程壓縮行程作功行程作功行程排氣行程排氣行程進氣門排氣門純空氣溫度300370K壓力800900 kPa 溫度8001000K壓力35 MPa 瞬時：溫度18002200K壓力510 MPa 溫度8001000K壓力105400 kPa 終了：溫8001000K壓力105400 kPa 河西學院 機電系柴油機工作時各行程狀態(tài)參數(shù) 狀態(tài) 行程溫度(K)柴油機工作時各行程狀態(tài)參數(shù)壓力進氣行程320350800900 kPa壓縮行程800100035MPa作功行程22002800(瞬時最高) 15001700(作功終了)510MPa (瞬時最高) 300500 kPa (作功終

11、了)排氣行程8001000105125 kPa河西學院 機電系思考四沖程汽油機和柴油機的工作循環(huán)有什么異同之處呢？河西學院 機電系二沖程發(fā)動機的工作原理v二沖程發(fā)動機二沖程發(fā)動機 v二沖程汽油發(fā)動機工作原理二沖程汽油發(fā)動機工作原理 v二沖程柴油發(fā)動機工作原理二沖程柴油發(fā)動機工作原理河西學院 機電系二沖程汽油機工作原理壓縮混合氣進氣點火燃燒排氣掃氣孔進氣孔排氣孔火花塞1、結構、結構河西學院 機電系二、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河西學院 機電系河西學院 機電系思考1.理論上它的功率應等于四沖程發(fā)動機的二倍。 2.由于作功頻率較大，二沖程發(fā)動機的運轉比較均勻平穩(wěn)。

12、3.構造簡單，質量較小。 4.易受磨損和經(jīng)常需要修理的運動部件數(shù)量較少。二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機相比，有何優(yōu)點？河西學院 機電系桑塔納發(fā)動機結構示意圖河西學院 機電系桑塔納發(fā)動機冷卻系示意圖河西學院 機電系桑塔納發(fā)動機潤滑系示意圖河西學院 機電系1.5 1.5 發(fā)動機的性能指發(fā)動機的性能指標標1.動力性指標概念：指內燃機對外作功能力的指標（1）有效轉矩Te：曲軸傳給汽車傳動系的轉動力矩。單位：Nm（2）有效功率Pe: 發(fā)動機在單位時間對外輸出的有效功率 Te有效轉矩，單位為Nm n曲軸轉速，單位為r/min 二者關系二者關系 河西學院 機電系1.5 1.5 發(fā)動機的性能指標發(fā)動機的性能指標（

13、4）平均有效壓力：單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功。 Pme ：單位MPa（Pme越大，發(fā)動機的作功能力越強)（3）發(fā)動機（曲軸)轉速：指曲軸每分鐘的轉數(shù)，通常用n表示，單位為r/min（發(fā)動機產(chǎn)品銘牌上標明的功率及相應轉速稱為額定功率和額定轉速）河西學院 機電系2.經(jīng)濟性指標概念：通常用燃油消耗率來評價內燃機的經(jīng)濟性能 （1）有效燃油消耗率be：發(fā)動機每發(fā)出一千瓦有效功率在一小時內所消耗的燃油量 be=(B/Pe)10-3 (g/(KWh)vB每小時的燃油消耗量，kg/hvPe有效功率，kW 顯然燃油消耗率越低，燃油經(jīng)濟性越好顯然燃油消耗率越低，燃油經(jīng)濟性越好1.5 發(fā)動機的性能指標河西學院 機

14、電系1.5 發(fā)動機的性能指標三、發(fā)動機的速度特性三、發(fā)動機的速度特性 指發(fā)動機的功率、轉矩和燃指發(fā)動機的功率、轉矩和燃油消耗率三者隨曲軸轉速變化油消耗率三者隨曲軸轉速變化的規(guī)律。的規(guī)律。 河西學院 機電系發(fā)動機外特性：發(fā)動機外特性：當節(jié)氣門開度達到最當節(jié)氣門開度達到最大時，所得到的速度大時，所得到的速度特性稱為發(fā)動機外特特性稱為發(fā)動機外特性性發(fā)動機部分特性：發(fā)動機部分特性：在節(jié)氣門其他開度情在節(jié)氣門其他開度情況下得到的速度特性況下得到的速度特性稱為部分特性稱為部分特性河西學院 機電系四、發(fā)動機的工況與負荷四、發(fā)動機的工況與負荷 Pe/kW n/rmin-1 0 0505045453232272

15、72020abcde分析右圖發(fā)動機的負荷 f 1 1、工況（指發(fā)動機的工作狀況）：、工況（指發(fā)動機的工作狀況）：一般用它的功率與曲軸一般用它的功率與曲軸轉速來表征，有時也用負荷與曲軸轉速來表明轉速來表征，有時也用負荷與曲軸轉速來表明 。 2 2、發(fā)動機在某一轉速下的負荷：、發(fā)動機在某一轉速下的負荷：是當時發(fā)動機發(fā)出的功率是當時發(fā)動機發(fā)出的功率與同一轉速下所有可能發(fā)出的最大功率之比，以百分數(shù)表示。與同一轉速下所有可能發(fā)出的最大功率之比，以百分數(shù)表示。 河西學院 機電系1.5 內燃機名稱及型號編制規(guī)則內燃機名稱及型號編制規(guī)則一、內燃機型號由以下四部分組成一、內燃機型號由以下四部分組成 首部首部：為

16、產(chǎn)品特征代號為產(chǎn)品特征代號( (產(chǎn)品系列符號和換代標志符號產(chǎn)品系列符號和換代標志符號) )，由制造廠根據(jù)需要自選相應字母表示，但需主管部門核準。由制造廠根據(jù)需要自選相應字母表示，但需主管部門核準。 中部中部：由缸數(shù)符號、沖程符號、氣缸排列形式符號和缸由缸數(shù)符號、沖程符號、氣缸排列形式符號和缸徑符號等組成。徑符號等組成。 后部：后部：結構特征和用途特征符號，以字母表示。結構特征和用途特征符號，以字母表示。 尾部尾部：區(qū)分符號。同一系列產(chǎn)品因改進等原因需要區(qū)分區(qū)分符號。同一系列產(chǎn)品因改進等原因需要區(qū)分時，由制造廠選用適當符號表示。時，由制造廠選用適當符號表示。河西學院 機電系二、內燃機型號的排列順

17、序及符號所代表的意義二、內燃機型號的排列順序及符號所代表的意義河西學院 機電系三、型號編制舉例三、型號編制舉例 (1) (1) 汽油機汽油機 1E65F1E65F： 表示單缸，二行程，缸徑表示單缸，二行程，缸徑65mm65mm，風冷通用型，風冷通用型 4100Q-44100Q-4： 表示四缸，四行程，缸徑表示四缸，四行程，缸徑100mm100mm，水冷車用，第四種變型產(chǎn)品，水冷車用，第四種變型產(chǎn)品 TJ376QTJ376Q： 表示三缸，四行程，缸徑表示三缸，四行程，缸徑76mm76mm，水冷車用，水冷車用，TJTJ表示系列符號表示系列符號 CA488CA488： 表示四缸，四行程，缸徑表示四缸

18、，四行程，缸徑88mm88mm，水冷通用型，水冷通用型，CACA表示系列符號表示系列符號 (2) (2) 柴油機柴油機 195195： 表示單缸，四行程，缸徑表示單缸，四行程，缸徑95mm95mm，水冷通用型，水冷通用型 165F165F： 表示單缸，四行程，缸徑表示單缸，四行程，缸徑65mm65mm，風冷通用型，風冷通用型 6135Q6135Q： 表示六缸，四行程，缸徑表示六缸，四行程，缸徑135mm135mm，水冷車用，水冷車用 X4105X4105： 表示四缸，四行程，缸徑表示四缸，四行程，缸徑105mm105mm，水冷通用型，水冷通用型，X X表示系列代號表示系列代號 河西學院 機電系小 結發(fā)動機發(fā)動機常用術語常用術語工作原理工作原理發(fā)動機是將某一種形式的能量轉變成發(fā)動機是將某一種形式的能量轉變成機械能的機器。機械能的機器。分類分類定義定義按不同的分類方法大致分為四大類按不同的分類方法大致分為四大類十個基本術語十個基本術