第一章 發(fā)動(dòng)機(jī)總體

第一章發(fā)動(dòng)機(jī)總體構(gòu)造和工作原理

農(nóng)機(jī)教研室

發(fā)動(dòng)機(jī)：發(fā)動(dòng)機(jī)是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)器。分類：熱力發(fā)動(dòng)機(jī)、水力發(fā)動(dòng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)等。就是指將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的機(jī)器，分為外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)可分為柴油機(jī)、汽油機(jī)、煤氣機(jī)等。特點(diǎn)：熱效率高、體積小、操作方便、起動(dòng)性能好、便于移動(dòng)和維修方便。減輕排放污染、減小噪聲振動(dòng)、提高零部件的耐磨性、可靠性、互換性、修復(fù)性、整機(jī)動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性仍然是內(nèi)燃機(jī)科學(xué)技術(shù)的重要研究課題。第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)的總體構(gòu)造一、內(nèi)燃機(jī)的分類1.所用燃料：液體燃料內(nèi)燃機(jī)、氣體燃料內(nèi)燃機(jī)2.著火方式：壓燃式、點(diǎn)燃式3.工作循環(huán)：四行程、二行程4.汽缸數(shù)及其排列方式：單缸（立式、臥式）、多缸（V型、直列式、對置式等）5.冷卻方式：水冷、風(fēng)冷6.進(jìn)氣方式：增壓式、非增壓式二、內(nèi)燃機(jī)的總體構(gòu)造結(jié)構(gòu)多樣，但一般主要有曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)等。柴油機(jī)1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)它是柴油機(jī)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞的核心，即通過連桿實(shí)現(xiàn)活塞在氣缸中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)與曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的有機(jī)聯(lián)系，將活塞的推力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩，達(dá)到運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力輸出的最終目的。

2.配氣機(jī)構(gòu)它嚴(yán)格按照柴油機(jī)既定工作循環(huán)的要求，通過氣門的“早開遲閉”，將干凈的新鮮空氣盡可能多的適時(shí)充入氣缸，并及時(shí)將廢氣從氣缸中排出。3.燃料供給系統(tǒng)包括低壓油路和高壓油路兩部分。根據(jù)柴油機(jī)工作循環(huán)的需要和工作負(fù)荷的變化，將清潔的高壓柴油適時(shí)適量地供給噴油器，噴油器又使柴油以霧狀噴入燃燒室，繼而與氣缸內(nèi)的壓縮空氣得以混合并燃燒。4.潤滑系統(tǒng)將潤滑油壓送到相對運(yùn)動(dòng)零件的摩擦表面，達(dá)到減少摩擦阻力，減輕零件磨損，清洗運(yùn)動(dòng)零件表面磨屑和冷卻、減振、防銹等綜合效果。

5.冷卻系統(tǒng)它使受熱零件多余熱量得以散發(fā)，保證柴油機(jī)工作溫度不致過高或過低。

6.啟動(dòng)系統(tǒng)起動(dòng)系統(tǒng)因起動(dòng)方式不同使其組成各異?，F(xiàn)在最常見的是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。所以，柴油機(jī)通常由兩大機(jī)構(gòu)四大系統(tǒng)構(gòu)成。即：曲柄連桿機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)燃料供給系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)啟動(dòng)系統(tǒng)汽油機(jī)汽油機(jī)通常由兩大機(jī)構(gòu)五大系統(tǒng)等構(gòu)成。其中曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和起動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成與柴油機(jī)類似；但是汽油機(jī)燃料供給系統(tǒng)與柴油機(jī)差別較大，且汽油機(jī)還設(shè)有點(diǎn)火系統(tǒng)。

1.燃料供給系統(tǒng)傳統(tǒng)的燃料供給系統(tǒng)主要由汽油箱、汽油泵、濾清器、化油器、空氣濾清器、進(jìn)氣歧管、排氣歧管和消聲滅火器等組成。

2.點(diǎn)火系統(tǒng)按汽油機(jī)各缸的點(diǎn)火順序和一定的提前量，及時(shí)供給火花塞足夠的高壓電，使其兩級間產(chǎn)生足夠強(qiáng)烈的電火花，保證順利點(diǎn)燃混合氣并膨脹作功。

小結(jié)1.了解發(fā)動(dòng)機(jī)及汽車的發(fā)展史；2.發(fā)動(dòng)機(jī)的分類；3.柴油機(jī)、汽油機(jī)的總體構(gòu)造；4.汽油機(jī)在總體上與柴油機(jī)的不同。思考題1.內(nèi)燃機(jī)是如何分類的？2.內(nèi)燃機(jī)通常有哪些機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成？他們的作用是什么？單缸發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)的基本工作原理一、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)基本術(shù)語：上止點(diǎn)下止點(diǎn)活塞行程(S)曲柄半徑(R)燃燒室容積(Vc

)氣缸工作容積(Vh)發(fā)動(dòng)機(jī)排量(VL)氣缸總?cè)莘e(Va

)壓縮比（ε）Vh=πD2·S×10-6/4（L）VL=Vh×iD——?dú)飧字睆絤mS——活塞行程mmi——?dú)飧讛?shù)Va

＝Vh

＋Vc

ε＝Va/Vc＝1＋Vｈ

/Vc發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)基本術(shù)語：上止點(diǎn)topdeadcenter下止點(diǎn)bottomdeadcenter活塞行程(S)pistonstroke

曲柄半徑(R)crankradius燃燒室容積(Vc

)combustionchambervolume氣缸工作容積(Vh)pistondisplacement發(fā)動(dòng)機(jī)排量(VL)

cylinderdisplacement(totalcylindervolume)氣缸總?cè)莘e(Va

)cylindervolume壓縮比（ε）compressionratio

二、四沖程汽油機(jī)的工作原理Four-strokegasolineengineoperationalprinciple1.進(jìn)氣行程Intakestroke2.壓縮行程Compressionstroke3.作功行程Expansionstroke4.排氣行程Exhauststroke單缸四沖程汽油機(jī)的工作過程進(jìn)氣行程排氣門關(guān)閉進(jìn)氣門開啟活塞溫度370~440K，壓力75~90kPa大氣壓力線PVra示功圖上止點(diǎn)下止點(diǎn)示功圖：表示活塞在不同位置時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。

壓縮行程進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞壓縮比：ε=Va/VcPVra示功圖大氣壓力線c上止點(diǎn)下止點(diǎn)溫度600~800K，壓力600~1500kPa作功行程進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞示功圖ZPVra大氣壓力線cb上止點(diǎn)下止點(diǎn)瞬時(shí)最高：溫度2200~2800K，壓力3~5MPa作功終了：溫度1500~1700K，壓力300~500kPa

排氣行程進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門打開活塞cbrPV示功圖大氣壓力線Z上止點(diǎn)下止點(diǎn)溫度900~1200K壓力105~125kPa殘余廢氣二、四沖程柴油機(jī)的工作原理：噴油器噴油泵吸氣行程壓縮行程作功行程排氣行程進(jìn)氣門排氣門純空氣溫度300~370K壓力800~900kPa溫度800~1000K壓力3~5MPa瞬時(shí)：溫度1800~2200K壓力5~10MPa溫度800~1000K壓力105~400kPa終了：溫度800~1000K壓力105~400kPa四沖程汽油機(jī)工作原理

四沖程電噴汽油機(jī)工作原理

四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程

四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖

思考四沖程汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作循環(huán)有什么相同之處呢？共同特點(diǎn)每個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩周，每一行程曲軸轉(zhuǎn)半周。只有作功行程產(chǎn)生動(dòng)力。思考四沖程汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作循環(huán)有什么不同呢？不同點(diǎn)汽油機(jī)柴油機(jī)汽油與空氣缸外混合，進(jìn)入可燃混合氣進(jìn)入氣缸的是純空氣電火花點(diǎn)燃混合氣高溫氣體加熱柴油燃燒有點(diǎn)火系無點(diǎn)火系無噴油器有噴油器三、二沖程汽油機(jī)的工作原理二沖程汽油機(jī)完成一個(gè)工作循環(huán)也需向氣缸內(nèi)引入可燃混和氣，然后將其壓縮著火作功后，再將燃燒后的廢氣排到大氣中去，但它完成上述工作，且在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)行程完成的。其工作原理示意圖如圖。從圖看氣缸上開了三個(gè)口，排氣口位于作功時(shí)活塞行程的三分之二處，它稍高于換氣口，進(jìn)氣口在氣缸的下面。１—進(jìn)氣孔２—排氣孔３—換氣孔“三孔一箱”第一行程：活塞在曲軸的帶動(dòng)下，由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞上行到將換氣口排氣口關(guān)閉時(shí)，已進(jìn)入氣缸的混合氣被壓縮，直到活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)，壓縮行程便結(jié)束。隨活塞上行，曲軸箱容積增大，形成一定真空度，當(dāng)活塞上行到進(jìn)氣口露出時(shí)，化油器供應(yīng)的新鮮沖量在真空吸力的作用下被吸入曲軸箱內(nèi)。第二行程：當(dāng)活塞上行到接近上止點(diǎn)時(shí)，火花塞產(chǎn)生火花，點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的可燃混合氣，混合氣著火燃燒產(chǎn)生高溫高壓，在氣壓的作用下，活塞由上止向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)向外輸出作功。當(dāng)活塞下移到將進(jìn)氣口堵死時(shí)，隨著活塞繼續(xù)下移，曲軸箱內(nèi)的新鮮混合氣被頂壓。當(dāng)活塞下行到排氣口露出時(shí)，燃燒后的廢氣在自身壓力下經(jīng)排氣口排出氣缸，緊接著換氣口開啟，曲軸箱被頂壓的混合氣經(jīng)換氣口進(jìn)入氣缸，這一過程為“換氣過程”，它一直延續(xù)到下一行程活塞上行到將換氣口、排氣口關(guān)閉為止。至此，活塞完成一個(gè)工作循環(huán)，以后活塞重復(fù)上述工作過程，周而復(fù)始，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：排氣口位置稍高于換氣口，這樣可使作功行程將要結(jié)束時(shí)，排氣口首先露出，氣缸內(nèi)的廢氣在殘壓的作用下迅速排出，即有利于排氣干凈，也可使氣缸內(nèi)的壓力迅速降低，便于當(dāng)換氣口露出時(shí)，新鮮空氣進(jìn)入氣缸。二沖程柴油機(jī)工作原理二沖程柴油機(jī)工作原理同二沖程汽油機(jī)有相似處，不同的是進(jìn)入氣缸的不是混合氣，而是空氣，且新鮮空氣由換氣泵提高壓力后經(jīng)氣缸外的空氣室和氣缸上的進(jìn)氣口進(jìn)入氣缸內(nèi)，而廢氣由專設(shè)的排氣門排出，工作原理示意圖。二行程、四行程內(nèi)燃機(jī)比較1.四行程內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)、排氣是兩個(gè)獨(dú)立過程，而二行程內(nèi)燃機(jī)排氣（或進(jìn)氣）過程是一個(gè)完全重疊的、以新鮮沖量清掃廢氣的換氣過程，時(shí)間極短。換氣時(shí)會(huì)不可避免的造成新鮮沖量與廢氣的混合，使廢氣難以排凈和新鮮沖量隨廢氣排出。2.完成一個(gè)循環(huán)，二行程內(nèi)燃機(jī)曲軸只需旋轉(zhuǎn)一周，四行程內(nèi)燃機(jī)需要兩周。從理論上講，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)工作容積、壓縮比、轉(zhuǎn)速相等時(shí)，二行程內(nèi)燃機(jī)功率應(yīng)是四行程內(nèi)燃機(jī)的兩倍。實(shí)際上，由于二行程內(nèi)燃機(jī)廢氣不易排盡，故一般約1.5～1.6倍。因此，二行程內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性較差。3.轉(zhuǎn)速相同時(shí)，二行程內(nèi)燃機(jī)的作功次數(shù)較四行程內(nèi)燃機(jī)多一倍。因此，二行程內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)較為平穩(wěn)。4.二行程內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)簡單，簡化了內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)。四、多缸四行程內(nèi)燃機(jī)工作原理工作順序1-3-4-21-2-4-3曲軸轉(zhuǎn)角各缸工作過程各缸工作過程一

缸二

缸三

缸四

缸一

缸二

缸三

缸四

缸0°-180°180°-360°360°-540°540°-720°作功排氣進(jìn)氣壓縮排氣進(jìn)氣壓縮作功壓縮作功排氣進(jìn)氣進(jìn)氣壓縮作功排氣作功排氣進(jìn)氣壓縮壓縮作功排氣進(jìn)氣排氣進(jìn)氣壓縮作功進(jìn)氣壓縮作功排氣工作順序1-5-3-6-2-4曲軸轉(zhuǎn)角0°60°120°180°240°300°360°420°480°540°600°660°720°各缸工作過程第一缸作

功排

氣進(jìn)

氣壓

縮第二缸排

氣進(jìn)

氣壓

縮作

功排

氣第三缸進(jìn)氣壓

縮作

功排

氣進(jìn)

氣第四缸作功排

氣進(jìn)

氣壓

縮作

功第五缸壓

縮作

功排

氣進(jìn)

氣壓

縮第六缸進(jìn)

氣壓

縮作

功排

氣

§1.5內(nèi)燃機(jī)名稱及型號(hào)編制規(guī)則一、

內(nèi)燃機(jī)的名稱和型號(hào)1.內(nèi)燃機(jī)名稱：按所使用的主要燃料命名，例如汽油機(jī)、柴油機(jī)、煤氣機(jī)等。2.內(nèi)燃機(jī)型號(hào)由下列四部分內(nèi)容組成。首部：產(chǎn)品特征代號(hào)，由制造廠根據(jù)需要自選相應(yīng)字母表示，但需主管部門核準(zhǔn)。中部：由缸數(shù)符號(hào)、沖程符號(hào)、氣缸排列形式符號(hào)和缸徑符號(hào)等組成。后部：結(jié)構(gòu)特征和用途特征符號(hào)，以字母表示。尾部：區(qū)分符號(hào)。同一系列產(chǎn)品因改進(jìn)等原因需要區(qū)分時(shí)，由制造廠選用適當(dāng)符號(hào)表示。內(nèi)燃機(jī)型號(hào)的排列順序及符號(hào)所代表的意義規(guī)定如下：二、型號(hào)編制舉例(1)汽油機(jī)1E65F：表示單缸，二行程，缸徑65mm，風(fēng)冷通用型4100Q-4：表示四缸，四行程，缸徑100mm，水冷車用，第四種變型產(chǎn)品；CA6102：表示六缸，四行程，缸徑102mm，水冷通用型，CA表示系列符號(hào)；8V100：表示八缸，四行程、缸徑100mm，V型，水冷通用型；TJ376Q：表示三缸，四行程，缸徑76mm，水冷車用，TJ表示系列符號(hào)。(2)柴油機(jī)

195：表示單缸，四行程，缸徑95mm，水冷通用型。165F：表示單缸，四行程，缸徑65mm，風(fēng)冷通用型。495Q：表示四缸，四行程，缸徑95mm，水冷車用。6135Q：表示六缸，四行程，缸徑135mm，水冷車用。X4105：表示四缸，四行程，缸徑105mm，水冷通用型，X表示系列代號(hào)。第三節(jié)內(nèi)燃機(jī)的主要性能指標(biāo)為了表征內(nèi)燃機(jī)的性能特點(diǎn)，比較其性能優(yōu)劣，一般以性能參數(shù)作為評價(jià)指標(biāo)。內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo)可分為四大類：指示性能指標(biāo)、有效性能指標(biāo)、環(huán)境性能指標(biāo)和其它性能指標(biāo)。具體表現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)轉(zhuǎn)性和耐久可靠性指標(biāo)等。

一、指示性能指標(biāo)指示性能指標(biāo)用以評定內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)情況的優(yōu)劣，其中，平均指示壓力、指示功率評定循環(huán)的動(dòng)力性；指示熱效、指示燃料消耗率評定循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性

。1.平均指示壓力是指循環(huán)指示功（指一個(gè)實(shí)際循環(huán)工質(zhì)對活塞所做的有用功

）與氣缸工作容積之比。2.指示功率是指發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)所做的指示功。

3.指示燃油消耗率是指單位指示功所消耗的燃油量。4.指示熱效率是指發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗燃料的熱量之比值。

二、有效性能指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)有效性能指標(biāo)是以曲軸輸出功率為基礎(chǔ)的指標(biāo)，用以評價(jià)內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)與制造水平及其整機(jī)性能。有效性能指標(biāo)分為動(dòng)力性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。1.動(dòng)力性指標(biāo)有效功率、有效扭矩、平均有效壓力、轉(zhuǎn)速和活塞平均速度

2.經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)有效熱效率、有效燃料消耗率

3.另外還有升功率：內(nèi)燃機(jī)每升工作容積產(chǎn)生的有效功率；比重量：凈重與標(biāo)定工況有效功率之比。三、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)內(nèi)燃機(jī)除要求具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性外，還必須具有良好的排氣清凈性、較低噪聲度、較小振動(dòng)和可靠的低溫起動(dòng)性。1.排放污染（排放品質(zhì)）內(nèi)燃機(jī)排放污染是指排出廢氣中的有害成分。主要有：一氧化碳CO、碳?xì)浠衔颒C、氮氧化物NOx、二氧化硫SO2、鉛化合物、臭味氣體、固體微粒、以及從曲軸箱通風(fēng)孔泄漏出的碳?xì)浠衔锖蛷钠拖湟莩龅娜加驼魵獾?/p>

2.噪聲內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲刺激神經(jīng)，使人心情煩燥、反應(yīng)遲鈍、甚至導(dǎo)致耳聾、高血壓和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。噪聲主要源于進(jìn)排氣門、風(fēng)扇和增壓器等的氣體動(dòng)力噪聲、氣缸內(nèi)燃燒噪聲、機(jī)體內(nèi)的機(jī)械噪聲（如活塞敲擊、配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)行、齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)）等。3.啟動(dòng)性能內(nèi)燃機(jī)在一定溫度下能可靠起動(dòng)，且起動(dòng)迅速，功率消耗的功率小、磨損少是起動(dòng)性能的重要標(biāo)志。起動(dòng)性能的好壞直接影響車輛機(jī)動(dòng)性、操作者的安全和勞動(dòng)強(qiáng)度。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不采用特殊的低溫起動(dòng)措施，汽油在-10℃、柴油機(jī)在-5℃以下的環(huán)境條件下起動(dòng)順利，且15s以內(nèi)能自行運(yùn)轉(zhuǎn)。四、經(jīng)濟(jì)性和耐久性內(nèi)燃機(jī)的