汽車發(fā)動機的工作原理和總體構(gòu)造教學(xué)課件

1、第一章 汽車發(fā)動機的工作原理和總體 1.1 內(nèi)燃機的基本名詞及一般分類一、內(nèi)燃機簡介1、概念 是將燃料在其燃燒室中燃燒所產(chǎn)生的熱能直接轉(zhuǎn)化為機械能的一種動力機械2、分類內(nèi)燃機旋轉(zhuǎn)式(燃氣輪機)活塞式旋轉(zhuǎn)活塞式往復(fù)活塞式熱力發(fā)動機（熱機）內(nèi)燃機（柴油機、汽油機等）外燃機（蒸汽機、汽輪機）內(nèi)燃機的分類:1）燃料：柴油機、汽油機、燃氣機2）沖程數(shù)：二沖程、四沖程3）氣缸數(shù)：單缸機、多缸機4）氣缸排列方式：直列立式、直列臥式、V型等5）冷卻方式：水冷、風冷6）進氣方式：增壓式、非增壓式（自然吸氣式）7）著火方式：壓燃式、點燃式8）用途：固定式、移動式單缸汽油機構(gòu)造簡圖二、內(nèi)燃機的基本名詞定義1）上止點

2、（TDC ,Top Dead Center）2）下止點（BDC,Bottom Dead Center）3）曲柄半徑（mm)：R4）活塞行程（mm)：S=2R5）氣缸工作容積(L) ： (D氣缸直徑）6）燃燒室容積（余隙容積）(L)：Vc7）氣缸最大容積（L）：Va 8）內(nèi)燃機排量(L)：VL= Vhi9）壓縮比：= Va / Vc動畫上止點下止點上止點下止點工作容積2R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之比稱為壓縮比。用表示。 = Va/Vc壓縮比過大的不良后果 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(nèi)離點燃中心較遠處的末端可燃混合氣自燃

3、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(nèi)熾熱表面與熾熱處(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1-2 四沖程內(nèi)燃機工作原理一、四沖程內(nèi)燃機工作循環(huán)四沖程內(nèi)燃機活塞上、下共四個行程，曲軸旋轉(zhuǎn)二周（720），完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機。四沖程內(nèi)燃機由下述四個沖程組成一個工作循環(huán)1

4、.進氣沖程2.壓縮沖程3.作功沖程4.排氣沖程(動畫：四沖程內(nèi)燃機工作原理)四沖程內(nèi)燃機工作循環(huán)示意圖 四沖程發(fā)動機的簡單工作原理 四沖程汽油機的工作原理 1、進氣行程2、壓縮行程 3、作功行程 4、排氣行程 單缸四沖程汽油機的工作過程進氣行程示功圖：表示活塞在不同位置時氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。排氣門關(guān)閉進氣門開啟活塞溫度370440 K， 壓力7590 kPa 大氣壓力線PVra示功圖上止點下止點壓縮行程進氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞壓縮比： =Va/VcPVra示功圖大氣壓力線c上止點下止點溫度600800K， 壓力6001500 kPa 作功行程進氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞PVra示功圖大氣壓力

5、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 排氣行程進氣門關(guān)閉排氣門打開活塞PVr示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點溫度9001200 K 壓力105125 kPa殘余廢氣四沖程發(fā)動機工作狀態(tài) 狀態(tài) 行程溫度(K)壓力進氣行程3704407590 kPa壓縮行程6008006001500 kPa作功行程22002800(瞬時最高) 15001700(作功終了)35MPa (瞬時最高) 300500 kPa (作功終了)排氣行程9001200105125 kPa 四沖程柴油機的工作原理噴油器噴油泵吸氣行

6、程壓縮行程作功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 柴油機工作時各行程狀態(tài)參數(shù) 狀態(tài) 行程溫度(K)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 (作功終了)排氣行程8001000105125 kPa 1）使用的燃料不同 2）混合氣形成

7、過程不同 柴油機進氣沖程吸入氣缸的是純空氣，柴油以霧狀直接噴入燃燒室，并與空氣邊混合邊燃燒。汽油機混合氣是在氣缸外的化油器和進氣管形成的。 3）壓縮比高低不同 柴油機壓縮比一般 1522，汽油機壓縮比為710。 4）點燃方式不同 柴油機壓縮比高，壓縮終了時混合氣溫度超過柴油的自燃溫度，混合氣自行著火，稱為壓燃式發(fā)動機；而汽油機必須依靠火花塞進行強制點火，又稱為點燃式發(fā)動機。柴油機和汽油機主要區(qū)別柴油機與汽油機的性能比較1、動力性：轉(zhuǎn)速，汽油機，50006000r/min 柴油機，25003000r/min 2、經(jīng)濟性：柴油機好，燃油消耗率要低30%3、用 途： 汽油機：質(zhì)量小，噪聲小，起動容易

8、等，轎車、小型貨車等用。 柴油機：質(zhì)量大，載貨車用。但目前歐洲約轎車柴油機占30% 1-3 二沖程內(nèi)燃機工作原理二沖程內(nèi)燃機工作過程二沖程內(nèi)燃機活塞上、下共二個行程，曲軸旋轉(zhuǎn)一周（360），完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機。仍由下述五個過程組成，即進氣過程、壓縮過程、燃燒過程、膨脹過程、排氣過程。但進氣、排氣過程同時進行，俗稱為換氣過程掃氣過程：大量掃氣空氣進入氣缸，將廢氣從氣缸驅(qū)出的過程。二沖程工作過程動畫二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機相比，有何優(yōu)缺點？理論上它的功率應(yīng)等于四沖程發(fā)動機的二倍。 由于作功頻率較大，二沖程發(fā)動機的運轉(zhuǎn)比較均勻平穩(wěn)。 構(gòu)造簡單，質(zhì)量較小。 易受磨損和經(jīng)常需要修理的運動部件數(shù)量

9、較少。不易將廢氣自氣缸內(nèi)排除干凈，而且部分可燃混合氣隨同廢氣排出，經(jīng)濟性差。思考1-4 內(nèi)燃機總體構(gòu)造內(nèi)燃機通常由下列機構(gòu)和系統(tǒng)組成：1.機體與氣缸蓋： 機體：是內(nèi)燃機的骨架，由氣缸體、曲軸箱及油底殼組成 氣缸蓋：與活塞頂共同組成燃燒室。氣門、氣道等零件安排其中。2.曲柄連桿機構(gòu)：內(nèi)燃機的主要運動件，由活塞、連桿、曲軸、飛輪等組成。活塞的往復(fù)運動曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。3.供給系：包括燃油供給系，進、排氣系統(tǒng)。燃油供給系主要部件化油器（汽油機）及噴油泵、噴油器（柴油機）。進、排氣系統(tǒng)主要部件：空氣濾清器、進排氣管和消聲器等。4.配氣機構(gòu)：定時開啟、關(guān)閉氣門。由氣門組、傳動組、驅(qū)動組等組成。5.點火系：

10、混合氣由火花塞來點燃。由火花塞、點火線圈、斷電器、分電器等組成。6.冷卻系：對高溫零部件進行冷卻。由水泵、風扇、散熱器等組成。7.潤滑系：向高速運動的摩擦副供給潤滑油，以減輕磨損。8.起動裝置：內(nèi)燃機借助于外力，使之著火達到自行運轉(zhuǎn)狀態(tài)。桑塔納發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖桑塔納發(fā)動機冷卻系示意圖桑塔納發(fā)動機潤滑系示意圖1-5 內(nèi)燃機性能指標動力性能指標：功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等經(jīng)濟性能指標：油耗（燃油耗、機油耗等）運轉(zhuǎn)性能指標：排氣品質(zhì)、噪聲、起動性、可靠性等 發(fā)動機的性能指標是用來衡量發(fā)動機性能好壞的標準，主要有：一、動力性指標是指曲軸對外作功能力的指標，包括： 有效扭矩Ttq ：指發(fā)動機通過曲軸或飛輪對外輸

11、出的平均轉(zhuǎn)矩Ttq ，Nm。 有效功率Pe ：指發(fā)動機通過曲軸或飛輪對外輸出的功率Pe ，kW。 曲軸轉(zhuǎn)速n ：指發(fā)動機曲軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為r/min。發(fā)動機產(chǎn)品銘牌上標明的功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速稱為額定功率和額定轉(zhuǎn)速。二、經(jīng)濟性指標：通常用燃油消耗率（be，單位g/kWh）來評價發(fā)動機的經(jīng)濟性能。燃油消耗率是指單位有效功的燃油消耗量，也就是發(fā)動機每發(fā)出1kW有效功率，在1小時內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量(g)。式中：b 每小時的燃油消耗量，kg/h； Pe 有效功率，kW。 通常發(fā)動機銘牌上給出的有效燃油消耗率是最小值。三、運轉(zhuǎn)性能指標包括排放煙度、有害氣體(CO，HC，NOx)排放量、噪聲、起動性能等。

12、四、速度特性是指發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩和燃油消耗率隨曲軸轉(zhuǎn)速變化而變化的規(guī)律。 節(jié)氣門全開時的速度特性叫發(fā)動機的外特性；節(jié)氣門不全開的任意位置所得到的速度特性都稱為部分速度特性。 由圖1-17以看出，當曲軸轉(zhuǎn)速為時，發(fā)動機發(fā)出最大轉(zhuǎn)矩。當轉(zhuǎn)速小于時，發(fā)動機燃燒不良，另外，轉(zhuǎn)速降低,每個工作循環(huán)的時間增長,燃燒氣體與氣缸壁接觸時間也增長，由于冷卻而產(chǎn)生的熱量損失就更大,因而有效轉(zhuǎn)矩略微減小。轉(zhuǎn)速由不斷增加時,由于進氣行程時間短,氣流速度高,阻力大,充氣量減少,而且摩擦損失又加大,故 也隨之減少.當轉(zhuǎn)速達到n3時,有效功率Pe達最大值。功率是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積。在n1n2的范圍內(nèi)，與n都是逐漸增加，其乘

13、積也增加，故在轉(zhuǎn)速n1n2的范圍內(nèi)， Pe隨n 的增加而增加。在n2n3范圍內(nèi)，n雖然增加，但卻逐漸降低，不過降低較緩慢，故Pe緩慢地增加,到時達到最大值.轉(zhuǎn)速超過時,雖然 n是增加的,但由于T下降很快,故Pe也逐漸下降。五、發(fā)動機的工況與負荷 發(fā)動機工作狀況（簡稱發(fā)動機工況）一般用它的功率與曲軸轉(zhuǎn)速來表征，有時也用負荷與曲軸轉(zhuǎn)速來表征。 發(fā)動機在某一轉(zhuǎn)速下的負荷就是當時發(fā)動機發(fā)出的功率與同一轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大功率之比，用百分數(shù)表示。在同一轉(zhuǎn)速下，節(jié)氣門開度越大表示負荷越大，但并不成比例。 圖1-18示某發(fā)動機的一組特性曲線。表示相應(yīng)于燃料供給調(diào)節(jié)機構(gòu)位置最大時的外特性曲線，、分別表示燃料供

14、給調(diào)節(jié)機構(gòu)位置依次減小的位置和位置所得到部分特性。工況 a 負荷為零（稱為發(fā)動機空轉(zhuǎn)工況）工況b 負荷=工況c 負荷=工況d 負荷= （即發(fā)動機全負荷） 功率的大小并不代表負荷的大小 1-6 內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則國家標準（GB725-91）：1.內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱按所采用的燃料命名2.內(nèi)燃機型號由阿拉伯數(shù)字和漢語拼音字母組成。3.型號由四部分組成：（1）柴油機165F單缸、四沖程、缸徑65mm、風冷、通用型。R175A單缸、四沖程、缸徑75 mm、水冷、通用型（R表示175產(chǎn)品換代符號，型A為系列產(chǎn)品改進的區(qū)分符號）。R175ND單缸、四沖程、缸徑75 mm、凝氣冷卻、發(fā)電機組用（R含義同上）。495T四缸、直列、四沖程、缸徑95 mm，水冷、拖拉機用。YZ6102Q-6缸、直列、四沖程、缸徑102mm、水冷、車用（YZ為揚州柴油機廠代號）。12V135ZG12缸、V型、四沖程、缸徑135 mm、水冷增壓、工程機械用。6E430SZ6缸、二沖程