第01章汽車發(fā)動機的工作原理和總體構造

第二章汽車發(fā)動機的工作原理和總體構造

主要學習目的和要求：1、掌握發(fā)動機的基本術語2、掌握發(fā)動機的總體構造3、領會往復式四沖程發(fā)動機的工作原理4、掌握發(fā)動機各組成部分的作用5、掌握發(fā)動機主要性能指標與特性6、識記內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則第一節(jié)四沖程發(fā)動機的工作原理一、內(nèi)燃機的基本名詞術語1、上止點（下止點）定義：活塞頂離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠（近)處。即活塞的最高（低）位置。2、活塞沖程S定義：活塞上、下止點之間的距離。若曲柄半徑為R，則：S＝2R3、氣缸工作容積（氣缸排量）Vs定義：活塞從上止點到下止點所掃過的容積。定義式：

Vs=（π/4）D2S常作為表征內(nèi)燃機尺寸大小及動力性能的主要結構參數(shù)之一。4、發(fā)動機排量（發(fā)動機工作容積）VL定義：發(fā)動機各氣缸工作容積的總和。定義式：VL＝Vs*ii:發(fā)動機氣缸數(shù)。5、燃燒室容積Vc定義：活塞在上止點時，活塞頂以上的空間容積。6、氣缸總容積Va定義：活塞在下止點時，活塞頂以上的空間容積。定義式：Va＝Vs＋Vc7、壓縮比εc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。定義式：εc＝Va/Vc物理意義：表示氣缸內(nèi)氣體被壓縮的倍數(shù)或燃氣燃燒后膨脹的倍數(shù)。是發(fā)動機的重要性能參數(shù)。柴油機εc：16～22汽油機εc：6～9（轎車有的達到9～11）例題：解放CA6102型發(fā)動機，其活塞行程為114.3mm，試計算出該發(fā)動機的排量。（提示：CA6102發(fā)動機的缸徑為101.6mm）若知道其壓縮比為7，問燃燒室容積為多？

二、單缸四沖程汽油機的工作原理1、進氣沖程活塞：從上止點移動到下止點氣門：進氣門打開，排氣門關閉曲軸：旋轉(zhuǎn)從0℃A~180℃A進氣終了壓力：pde＝0.075～0.09Mpa進氣終了溫度：Tde＝370～400K

2、壓縮沖程活塞：從下止點移動到上止點氣門：進氣門關閉，排氣門關閉曲軸：旋轉(zhuǎn)從180℃A～360℃A壓縮終了壓力：pco＝0.8～2.0Mpa壓縮終了溫度：Tco＝600～700K一、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而造成的一種不正常燃燒?，F(xiàn)象：輕微爆燃，發(fā)動機功率有所升高；但過度，傳播速度100M/S~300M/S，產(chǎn)生沖擊波，超音速傳播，撞擊燃燒室，發(fā)出頻率達3K~5KHz的尖銳的金屬敲擊聲。尾氣冒黑煙。危害：1、機件過載（沖擊波使缸壁、缸蓋、活塞、連桿、曲軸過載）2、機件燒壞（局部溫度可達4000℃，沖擊破會破壞隔熱層）3、性能指標下降（局部高分，使燃燒產(chǎn)物分解為CO、H2、O2,、NO及游離碳，游離碳不能燃燒形成黑煙，其他氣體重新燃燒使補燃期增加，造成發(fā)動機過熱，有效功率降低、油耗增加。試驗證明嚴重的爆燃氣缸的磨損是正常燃燒時大27倍預防措施：使用高牌號的汽油、減小壓縮比、采用雙火花塞，不超載、超速。汽油機的不正常燃燒二、表面點火表面點火：由燃燒室內(nèi)熾熱表面（如排氣門頭、火花塞電極、積碳）點燃混合氣產(chǎn)生的另一種不正常燃燒。后果：發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性下降，零部件壽命降低?，F(xiàn)象：發(fā)生表面點火時，有沉悶的敲擊聲傳出。點火無規(guī)律。預防措施：使用低蒸餾的燃料與不易結焦的機油區(qū)別：表面點火是由于熱表面點燃混合氣，而爆燃是由于燃燒室末端混合氣的自燃產(chǎn)生的。兩者存在相互影響，表面點火會促使爆燃的產(chǎn)生3、做功沖程活塞：從上止點移動到下止點氣門：進氣門關閉，排氣門關閉曲軸：旋轉(zhuǎn)從360℃A～540℃A最高壓力：pmax＝3.0～6.5Mpa最高溫度：Tmax＝2200～2800K膨脹終了壓力：pex＝0.3～0.6Mpa膨脹終了溫度：Tex＝1200～1500K4、排氣沖程活塞：從下止點移動到上止點氣門：進氣門關閉，排氣門開啟曲軸：旋轉(zhuǎn)從540℃A～720℃A排氣終了氣體壓力（殘余廢氣壓力）：

p`r＝0.105～0.115Mpa排氣終了氣體溫度（殘余廢氣溫度）：

T`r＝900～1100K二、單缸四沖程柴油機的工作原理1、進氣沖程與汽油機主要區(qū)別：進入氣缸的是純空氣。進氣終了壓力：pde＝0.08～0.09Mpa進氣終了溫度：Tde＝340～380K2、壓縮沖程與汽油機的主要區(qū)別：壓縮比高于汽油機；在壓縮過程快要結束的時候，壓縮接近終了時噴油器向氣缸內(nèi)噴入柴油。當油與空氣混合后在高壓下達到其自燃點就開始著火燃燒。壓縮終了壓力：pco＝3.0～5.0Mpa壓縮終了溫度：Tco＝750～1000K柴油著火點500K,而汽油為750K3、做功沖程柴油機由于是邊噴油、邊混合、邊燃燒，所以，所以最開始雖然活塞有所下行，但氣缸內(nèi)的壓力基本不變。最高壓力：pmax＝4.5～9Mpa最高溫度：Tmax＝1800～2500K膨脹終了壓力：pex＝0.2～0.5Mpa膨脹終了溫度：Tex＝1000～1200K4、排氣沖程排氣終了氣體壓力：p`r＝0.105～0.12Mpa排氣終了氣體溫度：T`r＝700～900K四沖程汽油機、柴油機缸內(nèi)壓力、溫度比較（p：Mpa

T：K）汽油機柴油機

進氣pde0.075~0.090.08~0.09Tde370~400340~380

壓縮pco0.6~1.23.0~5.0Tco600~700750~1000

做功pmax3.0~6.54.5~9Tmax2200~28001800~2500pex0.3~0.60.2~0.5Tex1200~15001000~1200

排氣p`r0.105~0.1150.105~0.12T`r900~1100700~900三、四沖程汽油機、柴油機特點比較1、由于柴油機壓縮比較高，燃料燃燒非常完全，所以柴油機的有效熱效率好，經(jīng)濟性好。汽油機：be=270～325g/(kw.h)柴油機:be=214～285g/(kw.h)2、柴油機無點火系，所以故障少些，易保養(yǎng)。但柴油機有高精度零件如噴油泵、噴油器等，其成本較高，并且加工較難。3、柴油機最高爆發(fā)壓力高，所以對發(fā)動機的零部件強度要求高，這樣導致柴油機笨重。4、柴油機轉(zhuǎn)速低于汽油機原因：1）由于柴油機的壓縮比高，所以其受到的機械負荷較大，故其零部件的質(zhì)量需較大，導致運動時慣性力較大。2）汽油機可燃混合氣的混合時間和質(zhì)量優(yōu)于柴油機。

5、柴油機運轉(zhuǎn)噪音高，但有害氣體的排放優(yōu)于汽油機，而微粒排放較高。6、柴油機啟動困難，汽油機易啟動。第三節(jié)發(fā)動機主要性能指標與特性一、主要性能指標（一）動力性指標1、有效轉(zhuǎn)矩Ttq（N.M）定義：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的平均轉(zhuǎn)矩。由測功機測得。其值與發(fā)動機曲軸所受到的阻力矩相等。2、發(fā)動機轉(zhuǎn)速n（r/min）由轉(zhuǎn)速表直接讀取。3、有效功率Pe（KW）定義：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的功率。計算式：Pe＝Ttq*2пn/60*10-3＝Ttq*n/9550（二）經(jīng)濟性指標1、有效燃油消耗率be定義：發(fā)動機每發(fā)出1KW有效功率，在1h內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量（以g為單位）。定義式：be＝B/Pe*103（g/KW.h）其中B：發(fā)動機在單位時間內(nèi)的耗油量（kg/h）,可在實驗中測得。（三）發(fā)動機的運轉(zhuǎn)性能指標1、排氣品質(zhì)2、噪聲3、起動性二、發(fā)動機的速度特性（一）定義1、發(fā)動機特性：發(fā)動機的性能是隨著許多因素而變化的，其變化規(guī)律稱為發(fā)動機的特性。2、發(fā)動機的速度特性：發(fā)動機油門開度不變，發(fā)動機的性能指標（如發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩、有效燃油消耗率等）隨著曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。3、發(fā)動機的外特性：發(fā)動機油門全開，發(fā)動機的性能指標（如發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩、有效燃油消耗率等）隨著曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。又稱為發(fā)動機的總功率特性。（二）速度特性制取步驟（汽油機為例）1）發(fā)動機預熱，將點火提前角、水溫（80～95℃）、油溫（80℃左右）保持最佳。2）將油門固定在某一位置后，先將發(fā)動機滿負荷穩(wěn)定運轉(zhuǎn)在最低轉(zhuǎn)速處，此時即為試驗的起點。記錄耗一定量燃油所需要的時間、測功器讀數(shù)、轉(zhuǎn)速。3）依次減少發(fā)動機負荷，使其轉(zhuǎn)速增加，根據(jù)發(fā)動機所選擇的轉(zhuǎn)速間隔，使發(fā)動機穩(wěn)定工作在某一轉(zhuǎn)速處，再進行此時數(shù)據(jù)記錄。如此試驗幾個點，到發(fā)動機功率開始下降為止。4）在坐標上描點。（橫坐標發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速，縱坐標為發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩、有效燃油消耗率等）（三）發(fā)動機外特性曲線。分析：此特性代表了發(fā)動機所具有的最高動力性能。1、可以從此曲線上找出發(fā)動機所能發(fā)出的最高功率和最高轉(zhuǎn)矩及其相應轉(zhuǎn)速。2、最高轉(zhuǎn)矩和最高功率所對應的轉(zhuǎn)速不同3、發(fā)動機的最低燃油消耗率并不是出現(xiàn)在最高功率或最高轉(zhuǎn)矩對應的轉(zhuǎn)速下，此說明發(fā)動機的最高動力性與最好經(jīng)濟性不能兼得。最低燃油消耗率所對應的轉(zhuǎn)速介于最高功率和轉(zhuǎn)矩對應的轉(zhuǎn)速之間。（四）發(fā)動機工作狀況發(fā)動機工作狀況(簡稱發(fā)動機工況):一般用發(fā)動機的功率與曲軸轉(zhuǎn)速來表示；有時也用負荷與發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速來表示。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)速下所可能發(fā)出的最大功率之比。以百分數(shù)表示。

注意：負荷與功率不是同一概念。第四節(jié)發(fā)動機的總體構造CA488Q為例（傳統(tǒng)的化油器式汽油機）：一、機體組作用：發(fā)動機的骨架，各系統(tǒng)的裝配機體組成：氣缸蓋、氣缸體、汽缸墊、油底殼等二、曲柄連桿機構作用：將活塞的直線往復運動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動并輸出動力。組成：活塞、連桿、曲軸、飛輪等三、配氣機構作用：使可燃混合氣及時充入氣缸并及時排出廢氣。組成：進（排）氣門、搖臂、凸輪軸等四、供給系

作用：把汽油和空氣混合為成分合適的可燃混合氣供入氣缸，以供燃燒，并將燃燒后的廢氣排出組成：汽油箱、汽油泵、汽油濾清器、化油器等五、點火系

作用：保證在規(guī)定時刻點燃氣缸中被壓縮的混合氣。組成：蓄電池、發(fā)電機、火花塞、分電器等六、冷卻系

作用：把受熱部件的熱量散到大氣中，以保證發(fā)動機的正常工作組成：水泵、水箱、風扇、節(jié)溫器等七、潤滑系

作用：將潤滑油供給做相對運動的零件，以減少他們之間的摩擦阻力，減輕部件的磨損，并部分地冷卻摩擦零件，