汽車結(jié)構(gòu)第12章新型車用發(fā)動(dòng)機(jī)

《汽車構(gòu)造》電子教案

第十二章新型車用發(fā)動(dòng)機(jī)2/3/20241第十二章新型車用發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介三角活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)汽車壓縮天然氣汽車及液化石油氣汽車2/3/20242簡(jiǎn)介

新型車用發(fā)動(dòng)機(jī)是指當(dāng)前在車用動(dòng)力中占統(tǒng)治地位的，燃用傳統(tǒng)燃料汽油或柴油的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)以外的動(dòng)力機(jī)械。其中，或從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度出發(fā)，變革發(fā)動(dòng)機(jī)的功率傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；或以解決能源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)失衡等人類最為關(guān)注的三大社會(huì)問(wèn)題為目的的而創(chuàng)制的新型動(dòng)力裝置。2/3/20243哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）第一節(jié)三角活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)一、概述二、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三、汽油轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理四、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的密封系統(tǒng)五、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣六、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻七、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑八、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系2/3/20244哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）一、概述三角活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。是德國(guó)工程師F·汪克爾發(fā)明的，所以又稱為汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)。1954年，F(xiàn)·汪克爾在總結(jié)前人取得的成果基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，解決了旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)氣體密封的重大技術(shù)難題，并于1958年成功地制成了第一臺(tái)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)。1964年，德國(guó)NSN公司首先把轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)裝在轎車上作為正式產(chǎn)品。從1967年日本東洋工業(yè)公司開(kāi)始成批生產(chǎn)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)轎車到1986年，總共生產(chǎn)了150萬(wàn)輛。往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)已有百余年的歷史，其各種性能都已達(dá)到了相當(dāng)高的水平。但是，往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)得基本結(jié)構(gòu)方案卻帶有根本缺陷，即存在許多往復(fù)質(zhì)量，如活塞組件及氣門機(jī)構(gòu)等。當(dāng)提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，這些往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量所產(chǎn)生的往復(fù)慣性力和慣性力矩急劇增大，使軸承載荷顯著增加，振動(dòng)加劇，噪聲增強(qiáng)，并可能破壞氣門機(jī)構(gòu)的正常工作，致使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的提高受到極大的限制。2/3/20245哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（續(xù)）與往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：升功率大，比質(zhì)量小，振動(dòng)輕微，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)量少，拆裝方便，維修簡(jiǎn)單，制造也不困難。進(jìn)入80年代后，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)有了新的發(fā)展，其中包括采用渦輪增壓，電控燃油噴射，排氣凈化，分層燃燒和微機(jī)控制技術(shù)等技術(shù)，使轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性等技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到較高的水平。2/3/20246哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）二、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)主要由轉(zhuǎn)子、前后端蓋、氣缸體、密封件和主軸等組成。此外，汽油轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)還有燃油供給系、點(diǎn)火系、潤(rùn)滑和冷卻系等基本結(jié)構(gòu)。氣缸體2的內(nèi)壁表面是由雙弧長(zhǎng)短幅圓外旋輪線構(gòu)成的特殊型面。氣缸體的兩個(gè)端面分別被前端蓋1、中間隔板3和后端蓋5封閉。氣缸、前后端蓋幾中間隔板是固定件。氣缸內(nèi)裝有弧邊三角形轉(zhuǎn)子12。在轉(zhuǎn)子的一個(gè)端面上固定著與轉(zhuǎn)子同心的內(nèi)齒圈6，而與內(nèi)齒圈相嚙合的外齒圈7則固定在端蓋上。發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸13是偏心軸，其主軸頸支撐在與外齒輪同心的主軸承8上，而偏心軸頸則套在于內(nèi)齒圈同心的轉(zhuǎn)子軸承11內(nèi)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子上的內(nèi)齒圈6圍繞固定的外齒輪7嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)，作行星運(yùn)動(dòng)，即轉(zhuǎn)子不僅繞固定的外齒輪中心（主軸承中心）公轉(zhuǎn)，同時(shí)又繞其自身的回轉(zhuǎn)中心（偏心軸頸中心）自轉(zhuǎn)。由于內(nèi)、外齒輪的齒數(shù)比為3：2，因此，轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)速度與公轉(zhuǎn)速度之比為1：3，即主軸13的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)子12的自轉(zhuǎn)速度的3倍。2/3/20247哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（續(xù)）三角轉(zhuǎn)子的三個(gè)角頂與氣缸型面緊密接觸，三個(gè)弧面與氣缸型面之間形成三個(gè)工作腔。轉(zhuǎn)子工作是工作腔的容積變化，其變化規(guī)律恰好符合四沖程內(nèi)燃機(jī)對(duì)氣缸容積變化的要求。在氣缸體的一側(cè)裝置火花塞14，另一側(cè)設(shè)置進(jìn)氣孔15和排氣孔16。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氣體的爆發(fā)壓力通過(guò)轉(zhuǎn)子傳遞給偏心軸頸并推動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。2/3/20248哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）三、汽油轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理1.四行程工作過(guò)程

——轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)與往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)相同，即由進(jìn)氣、壓縮、作功及排氣等四個(gè)過(guò)程組成。圖12-2是轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)四行程工作過(guò)程原理圖。圖中以三角轉(zhuǎn)子的一個(gè)弧面AB與氣缸型面之間形成的工作腔（AB的工作腔）為例，說(shuō)明轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的四沖程工作原理。2.氣缸型線的創(chuàng)成及三角轉(zhuǎn)子外廓

——轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)壁的理論型線是雙弧長(zhǎng)短幅圓外旋輪線，是由一個(gè)嵌在轉(zhuǎn)子上的內(nèi)齒圈1(動(dòng)圓)圍繞與其相嚙合的固定外齒輪2(定圓)作純滾動(dòng)而創(chuàng)成的（圖12-3）。三角轉(zhuǎn)子的外廓是氣缸型線的內(nèi)包羅線，以保證轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不與氣缸發(fā)生干涉。2/3/20249哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2/3/202410哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）工作過(guò)程當(dāng)三角轉(zhuǎn)子的角頂B轉(zhuǎn)到進(jìn)氣孔左邊的邊緣時(shí)，AB工作腔開(kāi)始進(jìn)氣。在位置1進(jìn)、排氣孔連同，即進(jìn)排氣重疊。這時(shí)AB工作腔的容積最小，相當(dāng)于往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的上止點(diǎn)位置。隨著轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，AB工作腔的容積逐漸增大，可燃混合氣不斷被吸入氣缸。當(dāng)轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)90度（主軸轉(zhuǎn)270）到達(dá)位置4時(shí)，AB工作腔的容積達(dá)到最大，相當(dāng)于往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的下止點(diǎn)位置，進(jìn)氣行程結(jié)束。三角轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，AB的工作腔的容積逐漸小，到位置5時(shí)，轉(zhuǎn)子的角頂A越過(guò)了進(jìn)氣孔右邊緣，這時(shí)AB工作腔被完全封閉，開(kāi)始?jí)嚎s行程。當(dāng)轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)180（主軸轉(zhuǎn)540）到達(dá)位置7時(shí)，AB工作腔的容積最小，相當(dāng)于往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的下止點(diǎn)位置，壓縮行程結(jié)束。這時(shí)，火花塞跳火點(diǎn)燃混合氣，開(kāi)始膨脹作功行程。當(dāng)轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)270度到達(dá)位置10時(shí)，AB工作腔的容積又達(dá)到最大，相當(dāng)于往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的下止點(diǎn)位置，作功行程結(jié)束。三角轉(zhuǎn)子的角頂B轉(zhuǎn)過(guò)排氣孔左邊的邊緣時(shí)，AB工作腔又開(kāi)始排氣。位置11-12為排氣行程。轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)360度時(shí)，AB工作腔又開(kāi)始回到位置1，排氣行程結(jié)束。實(shí)際上，排氣要持續(xù)到角頂A轉(zhuǎn)過(guò)排氣孔之后。至此，AB工作腔完成了一個(gè)工作循環(huán)。與此同時(shí)，BC及CA兩個(gè)工作腔也分別完成了一個(gè)工作循環(huán)。綜上所述，轉(zhuǎn)子每自轉(zhuǎn)一周，主軸則轉(zhuǎn)三周，三角轉(zhuǎn)子與氣缸型面之間形成的三個(gè)工作腔各完成一個(gè)四行程工作循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)所對(duì)應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)角為270度。2/3/202411哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）氣缸型線的形成當(dāng)內(nèi)齒圈與外齒圈的齒數(shù)(或節(jié)圓直徑)之比為3:2時(shí)，位于內(nèi)齒圈外的任意點(diǎn)所畫(huà)出的軌跡便是雙弧長(zhǎng)短幅圓外旋輪線，如圖12-3中的點(diǎn)劃線所示。由于這種理論形線是一個(gè)點(diǎn)的軌跡，若氣缸內(nèi)壁的形線按照理論形線加工制造，則三角轉(zhuǎn)子角頂上的徑向密封片必然是尖片，這樣會(huì)使密封片迅速磨損而喪失密封能力。為了減小徑向密封片的磨損，實(shí)際上均采用半徑為a的圓頭密封片。這時(shí)則需以理論形線上的點(diǎn)為圓心，以a為半徑，作無(wú)數(shù)個(gè)小圓，并以這些小圓的外包絡(luò)線或稱理論形線的等距曲線作為氣缸內(nèi)壁的實(shí)際形線，如圖12-3中的實(shí)線所示。2/3/202412哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）三角轉(zhuǎn)子外廓三角轉(zhuǎn)子的三個(gè)角頂A、B及C(圖12-4)是等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)。根據(jù)雙弧長(zhǎng)短幅圓外旋輪線的性質(zhì)，這三個(gè)頂點(diǎn)恒在圓外旋輪線上。因此，若以圓外旋輪線作為氣缸型線，則轉(zhuǎn)子的三個(gè)角頂必然恒與氣缸型線保持接觸。三角轉(zhuǎn)子的外廓是氣缸型線的內(nèi)包羅線，以保證轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不與氣缸發(fā)生干涉。其創(chuàng)成方法是：保持嵌在轉(zhuǎn)子上的內(nèi)齒圈固定不動(dòng)，使外齒輪連同氣缸型線一起圍繞內(nèi)齒圈滾動(dòng)。外齒輪每滾到一個(gè)位置，氣缸型線也隨之轉(zhuǎn)移到一個(gè)相應(yīng)的位置。當(dāng)外齒輪繞內(nèi)齒圈滾動(dòng)一周時(shí)，便得到一系列形狀相同、位置各異的氣缸型線。所有這些形線的內(nèi)切線便是氣缸型線的內(nèi)包羅線。按內(nèi)包羅線加工轉(zhuǎn)子的三個(gè)弧邊，需要專用機(jī)床上進(jìn)行。有時(shí)為了方便制造，用適當(dāng)半徑的圓弧來(lái)代替內(nèi)包羅線。在圖12-3中，點(diǎn)A到滾動(dòng)的內(nèi)齒圈中點(diǎn)O1的距離R稱作創(chuàng)成半徑；內(nèi)齒圈中心O1與外齒輪中心O的距離OO1稱作偏心距e；密封片圓頭半徑a稱作等距半徑；創(chuàng)成半徑R與偏心距e的比值稱為形狀系數(shù)k。創(chuàng)成半徑R、偏心距e、等距半徑a和形狀系數(shù)k等參數(shù)，都是長(zhǎng)短幅圓外旋輪線型轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)。氣缸型線、轉(zhuǎn)子弧邊形狀以及其他性能指標(biāo)都與這些參數(shù)有關(guān)。2/3/202413哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2/3/202414哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2/3/202415哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）四、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的密封系統(tǒng)1.氣體密封2.油密封2/3/202416哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）1.氣體密封轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體密封系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子角頂?shù)膹较蛎芊馄?、角片2、密封銷5及設(shè)置在轉(zhuǎn)子端面上的端面密封條6組成（圖12-5）。在每個(gè)密封件的底部都裝有彈簧。徑向密封片用來(lái)防止相臨工作腔的氣體泄露。端面密封條和密封銷用以防止工作腔內(nèi)的氣體通過(guò)端面相互泄露。上述氣體密封件在每個(gè)工作腔的周圍構(gòu)成密閉的密封線，可以有效的起到氣體密封的作用。2/3/202417哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（續(xù)）轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)氣體密封件的工作原理與往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣環(huán)相似。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，徑向密封片在離心力和密封片底部氣體壓力的共同作用下壓向氣缸型面。同時(shí)，進(jìn)入密封片槽內(nèi)的氣體還將徑向密封片壓向密封片槽的一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了工作腔的徑向密封（圖12-6）。當(dāng)徑向密封片移動(dòng)到氣缸型面的段軸部位時(shí)，密封片的慣性力由離心方向轉(zhuǎn)為向心方向，這是徑向密封片有脫離氣缸型面的傾向。為了克服向心力的作用在徑向密封片底部裝有弓形片狀彈簧，即徑向密封片彈簧（圖12-5）。弓形片狀彈簧還可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)氣缸工作腔的密封性。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，進(jìn)入密封條底部的氣體將密封條壓向端蓋的工作表面，而在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，借助端面密封條底部的波形彈簧使端面密封條與端蓋工作表面貼緊，以實(shí)現(xiàn)端面密封。密封銷5的底部裝有片狀彈簧，即密封銷彈簧4（圖12-5）以保證密封銷與端蓋工作表面貼緊。徑向密封片的材料應(yīng)與氣缸體的材料配對(duì)選擇。如合金鑄鐵氣缸體可配用氮化硅徑向密封片。氮化硅（）是一種新型工程陶瓷材料，高溫力學(xué)性能好，有自潤(rùn)性，耐磨損，是比較理想的徑向密封片材料之一。端面密封條通常用合金鑄鐵或球墨鑄鐵制造。2/3/202418哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2/3/202419哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2.油密封在潤(rùn)滑各軸承及冷卻三角轉(zhuǎn)子的同時(shí)，不免會(huì)有少量潤(rùn)滑油賤入轉(zhuǎn)子端面與端面工作表面之間的間隙中。為了防止?jié)櫥屯ㄟ^(guò)端面間隙竄入工作腔，在轉(zhuǎn)子每個(gè)端面上的兩個(gè)同心的油環(huán)槽內(nèi)，安裝了兩道油環(huán)1（圖12-7）。在油環(huán)槽的底部裝有波形彈簧3，用來(lái)使油環(huán)的刮油刃4壓緊在端蓋的工作表面上，以便將濺到工作表面上的潤(rùn)滑油刮下來(lái)。油環(huán)是槽形端面的合金鑄鐵圓環(huán)，在其槽內(nèi)裝有耐熱、耐油的硅橡膠圈2，用來(lái)阻止進(jìn)入油環(huán)槽底部的潤(rùn)滑油竄入工作腔。2/3/202420哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）五、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)利用進(jìn)、排氣孔實(shí)現(xiàn)進(jìn)排氣過(guò)程，而進(jìn)排氣孔的開(kāi)閉由三角轉(zhuǎn)子的輪廓來(lái)控制。轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)有三種進(jìn)氣方式：

①周面進(jìn)氣（圖12-8a）——進(jìn)氣孔布置在氣缸型面上的；

②端面進(jìn)氣（圖12-8b）——進(jìn)氣孔布置在端蓋工作表面上的；

③混合進(jìn)氣（圖12-8c）——兼有周面與端面進(jìn)氣的；圖12-82/3/202421哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（1）周面進(jìn)氣進(jìn)、排氣孔的開(kāi)閉由轉(zhuǎn)子角頂?shù)膹较蛎芊馄刂?。由于進(jìn)排氣的方向與氣缸內(nèi)氣體的流動(dòng)方向基本一致，因此，進(jìn)排氣阻力小，可以獲得良好的充氣。采用周面進(jìn)氣的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)高速性能好。但是，周面進(jìn)氣的進(jìn)排氣孔同時(shí)開(kāi)啟的重疊角較大，發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)，排氣工作腔內(nèi)的廢氣可能竄入進(jìn)氣工作腔內(nèi)，影響充氣，致使發(fā)動(dòng)機(jī)的低速性能較差。（2）端面進(jìn)氣進(jìn)氣孔的開(kāi)閉由轉(zhuǎn)子的弧邊輪廓來(lái)控制。端面進(jìn)氣的進(jìn)、排氣孔同時(shí)開(kāi)啟的重疊角小，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的低速性能有所改善。但是，由于進(jìn)排阻力大，因此發(fā)動(dòng)機(jī)高速性能差。（3）混合進(jìn)氣保留了上述兩種進(jìn)氣方式的優(yōu)點(diǎn)，并在一定程度上彌補(bǔ)了它們的不足。2/3/202422哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）六、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體及缸蓋工作表面的不同部位，其熱狀況迥然不同。進(jìn)氣及壓縮區(qū)的溫度相差懸殊，將使氣缸體及端蓋發(fā)生熱變形乃至熱損壞。因此，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的任務(wù)是，既要降低受熱零件的溫度，又要減小氣缸體及端蓋工作表面的溫度。為此，需要合理的組織循環(huán)冷卻液的流動(dòng)。目前，水冷轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)多采用軸流式冷卻液循環(huán)方式。冷卻液從前端蓋進(jìn)入熱區(qū)，然后沿發(fā)動(dòng)機(jī)軸向在氣缸體及端蓋的水套中往返流動(dòng)（圖12-9），并從熱區(qū)流向冷區(qū)，最后仍從前端蓋流出。2/3/202423哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2/3/202424哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）七、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的作用及其組成與往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)大體相同。不過(guò)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)有如下兩個(gè)特點(diǎn)：

①潤(rùn)滑系統(tǒng)的部分潤(rùn)滑油被吸入三角轉(zhuǎn)子的內(nèi)腔，用來(lái)冷卻轉(zhuǎn)子；

②裝設(shè)機(jī)油計(jì)量泵，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的大小及轉(zhuǎn)速的高低，計(jì)量泵將一定數(shù)量的潤(rùn)滑油送入化油器，潤(rùn)滑油與汽油在化油器內(nèi)混和后進(jìn)入氣缸，潤(rùn)滑氣缸密封件和氣缸型面。2/3/202425哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（續(xù)）機(jī)油計(jì)量泵是柱塞泵。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，主軸驅(qū)動(dòng)蝸桿14旋轉(zhuǎn)（圖12-10），蝸桿帶動(dòng)傾斜固定在柱塞15上的蝸輪12旋轉(zhuǎn)。在彈簧13的作用下，蝸桿的下端面始終與挺桿11保持接觸。蝸輪轉(zhuǎn)一周，柱塞也轉(zhuǎn)一周，同時(shí)柱塞還升降一次。當(dāng)活塞升起時(shí)，其下端將進(jìn)油孔打開(kāi)，潤(rùn)滑油充入柱塞腔。柱塞下降時(shí)，其下端將進(jìn)油孔關(guān)閉，這時(shí)柱塞上的豁口與出油孔對(duì)正，潤(rùn)滑油從柱塞腔經(jīng)出油孔被擠送到化油器內(nèi)。機(jī)油計(jì)量泵的控制桿9與節(jié)氣門的控制桿聯(lián)動(dòng)。當(dāng)節(jié)氣門開(kāi)大時(shí)，控制桿9帶動(dòng)控制凸輪10轉(zhuǎn)動(dòng)，挺桿11被頂起，柱塞相應(yīng)的被舉升到較高的位置，柱塞下端將進(jìn)油孔打開(kāi)的較大，充入柱塞腔的潤(rùn)滑油量增多；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，供油次數(shù)相應(yīng)增加，即機(jī)油計(jì)量泵能隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷及轉(zhuǎn)速的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)供油量。2/3/202426哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2/3/202427哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）八、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系與四沖程往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火有許多不利因素：（1）轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，主軸每轉(zhuǎn)一周需要點(diǎn)火一次，因此點(diǎn)火頻率高，火花塞受熱嚴(yán)重。（2）避免徑向密封片與火花塞電極碰觸，火花塞必須縮進(jìn)氣缸型面以內(nèi)，通過(guò)連通孔與氣缸工作腔相通。在這種情況下，火花塞得不到新鮮混和氣的沖刷及冷卻，電極溫度高。另外，連通孔內(nèi)殘存有較多的廢氣，不利于點(diǎn)火。（3）連通孔周圍氣流速度很高，點(diǎn)火后火焰中心散熱快，容易滅火。（4）采用一般的蓄電池點(diǎn)火系統(tǒng)，由于點(diǎn)火頻率高，斷電觸點(diǎn)閉合時(shí)間短，感應(yīng)電勢(shì)下降，致使點(diǎn)火能量不足。采取的措施2/3/202428哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）采取的措施針對(duì)上述問(wèn)題，通常采取下列技術(shù)措施來(lái)改善轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火性能。（1）采用熾熱數(shù)較大的冷型火花塞。（2）裝用兩個(gè)火花塞，裝在氣缸體短軸前方的稱前火花塞，裝在短軸后方的稱后火花塞。雙火花塞既能改善火花塞工作條件，又有利于火焰的形成和傳播。（3）采用無(wú)觸點(diǎn)高能點(diǎn)火系統(tǒng)，以提高點(diǎn)火能量。圖12-11所示為用于雙缸轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的雙點(diǎn)火線路、雙火花塞點(diǎn)火系。其中一個(gè)點(diǎn)火線路連接兩個(gè)前火花塞6，而另一個(gè)點(diǎn)火線路則與兩個(gè)后火花塞5連接。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以分別調(diào)整前、后火花塞的點(diǎn)火定時(shí)，但線路復(fù)雜。2/3/202429哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2/3/202430哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）第二節(jié)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)一、概述二、壓氣機(jī)三、渦輪機(jī)四、燃燒室五、回?zé)崞?/3/202431哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）一、概述燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱燃?xì)廨啓C(jī)，是另一種旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃機(jī)。從1939年第一臺(tái)電站燃?xì)廨啓C(jī)在瑞士新堡正式運(yùn)行起，至今不過(guò)60年。由于它具有質(zhì)量輕、體積小、操作靈活、維修簡(jiǎn)便及制造費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，自問(wèn)世以來(lái)發(fā)展非常迅速。燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用幾乎遍及整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。1950年，英國(guó)的羅弗（Rover）公司制成世界上第一輛燃?xì)廨啓C(jī)汽車。此后，該公司又制成第一輛燃?xì)廨啓C(jī)競(jìng)賽汽車，并在1963年及1965年的萊曼斯汽車大賽中取得了驚人的成績(jī)。與此同時(shí)，美國(guó)的福特（Ford）及克萊斯勒（Chrysler）公司相繼制成燃?xì)廨啓C(jī)轎車，并都取得了令人矚目的成就。目前，國(guó)外在重型貨車及長(zhǎng)途客車上已較多的采用燃?xì)廨啓C(jī)。2/3/202432哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）燃?xì)廨啓C(jī)的組成圖12-12所示為一臺(tái)汽車燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)例。它主要由壓氣機(jī)、渦輪機(jī)、燃燒室及回?zé)崞鞯人拇蟛考M成。此外，還包括燃油供機(jī)系統(tǒng)、速度調(diào)節(jié)裝置、起動(dòng)裝置及各種輔助設(shè)備等。燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)馑哪芰?，一部分在壓氣機(jī)渦輪中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，用來(lái)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)及其他輔助設(shè)備；另一部分則在動(dòng)力渦輪中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。自然，在能量轉(zhuǎn)換及傳輸過(guò)程中，還會(huì)損失部分能量。2/3/202433哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2/3/202434哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（續(xù)）汽車燃?xì)廨啓C(jī)一般有兩根相互獨(dú)立的傳動(dòng)軸。壓氣機(jī)與壓氣機(jī)渦輪安裝在一根軸上，而動(dòng)力渦輪與減速裝置則安裝在另一根軸上。減速裝置與汽車變速器相連。燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理如圖12-13所示。當(dāng)起動(dòng)機(jī)3接通電源后，驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)4旋轉(zhuǎn)，空氣經(jīng)進(jìn)氣道1被吸入壓氣機(jī)，壓縮后的空氣流過(guò)擴(kuò)壓管5，壓力進(jìn)一步增高。高壓空氣沿壓縮空氣流道6進(jìn)入回?zé)崞?0，在回?zé)崞鹬锌諝馀c流經(jīng)回?zé)崞鞯娜細(xì)膺M(jìn)行熱交換，空氣吸收燃?xì)獾挠酂?，溫度進(jìn)一步升高。高溫、高壓的空氣供入燃燒室9，與此同時(shí)，燃油經(jīng)燃油泵2及燃油管7并通過(guò)燃油噴嘴8噴入燃燒室。燃油與空氣在燃燒室內(nèi)混和形成可燃混和氣，并借助點(diǎn)火器16將混和氣點(diǎn)燃。當(dāng)燃燒室內(nèi)形成穩(wěn)定的火焰之后，切斷點(diǎn)火器的電源，后續(xù)的混合氣與火焰接觸而燃燒。高溫、高壓的燃?xì)饬鬟^(guò)噴管15而提高流速后，推動(dòng)壓氣機(jī)渦輪14旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)壓氣機(jī)工作。從壓氣機(jī)渦輪流出的燃?xì)馊杂泻芨叩臏囟群蛪毫Γ谑蛊渫ㄟ^(guò)噴管13提高流速后，沖擊動(dòng)力渦輪12，推動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。動(dòng)力渦輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)減速裝置及汽車變速器萊驅(qū)動(dòng)汽車行駛。從動(dòng)力渦輪流出的燃?xì)庋厝細(xì)饬鞯?1進(jìn)入回?zé)崞?，在回?zé)崞髦?，燃?xì)夥艧峤禍睾笈湃氪髿狻?/3/202435哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）燃?xì)廨啓C(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)燃?xì)廨啓C(jī)作為汽車動(dòng)力，與往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）燃?xì)廨啓C(jī)沒(méi)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)件，因而平衡型好，震動(dòng)輕微。（2）轉(zhuǎn)速高（一般為25000～40000r/min），單位功率質(zhì)量不超過(guò)0.35～0.5kg/W。當(dāng)功率向同時(shí)，在外形尺寸及質(zhì)量方面都優(yōu)于往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。（3）摩擦副少，機(jī)械效率高（達(dá)0.92～0.94）。摩擦表面不予燃?xì)饨佑|，使?jié)櫥瑔?wèn)題簡(jiǎn)化，潤(rùn)滑油消耗率低。（4）燃料適應(yīng)性好，可以燃用氣體燃料和各種液體燃料。（5）起動(dòng)性好，用功率較小的起動(dòng)裝置可以在環(huán)境溫度為-50℃的情況下順利起動(dòng)。（6）排氣中有害排放物少，在帶負(fù)荷工作時(shí)，僅為柴油機(jī)的1/7～1/3。（7）轉(zhuǎn)矩特性好，可以減少汽車變速器的擋數(shù)，在汽車行駛時(shí)可以減少換擋次數(shù)。汽車燃?xì)廨啓C(jī)目前尚存在加速性能差、突然減小負(fù)荷時(shí)有超速危險(xiǎn)以及空氣消耗量大、對(duì)空氣純凈要求高等缺點(diǎn)。2/3/202436哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）二、壓氣機(jī)壓氣機(jī)渦輪傳輸給壓氣機(jī)的機(jī)械功在壓氣機(jī)中轉(zhuǎn)化為氣流的動(dòng)能，再進(jìn)而轉(zhuǎn)化為壓力能。廣泛用于燃?xì)廨啓C(jī)中的壓氣機(jī)分為軸流式和徑流式兩類，后者通常稱為離心式。汽車燃?xì)廨啓C(jī)多采用離心式壓氣機(jī)。離心式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊輕巧，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速范圍壁軸流式壓氣機(jī)廣闊，且當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，容許的氣流流量變化范圍比較大。離心式壓氣機(jī)的上述特點(diǎn)，非常適用于工況經(jīng)常變化的汽車燃?xì)廨啓C(jī)。離心式壓氣機(jī)主要由固定的進(jìn)氣道、排氣道、擴(kuò)壓管及可轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪等構(gòu)成（圖12-14）壓氣機(jī)葉輪輪轂1與壓氣機(jī)葉片3鑄成一體，通稱為葉輪，固定在壓氣機(jī)軸上。當(dāng)壓氣機(jī)工作時(shí)，空氣在進(jìn)器道8的引導(dǎo)下進(jìn)入葉輪的中心部位，并在離心力的作用下沿著葉片之間的葉輪流道4有葉輪中心流向葉輪的周邊，然后以很高的速度進(jìn)入擴(kuò)壓管6。在葉輪中，由于向心加速度的作用，空氣的靜壓增高。高速氣流在擴(kuò)壓管中降速，壓力進(jìn)一步增高，最后經(jīng)排氣道7供入燃燒室。2/3/202437哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）

在葉片的進(jìn)口端有一段壓氣機(jī)葉片導(dǎo)流段2，其作用是引導(dǎo)氣流平緩的流進(jìn)葉片，以減少流動(dòng)損失。擴(kuò)壓管是壓氣機(jī)中的固定部件，其功用是將氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓。葉輪及擴(kuò)壓管是影響離心式壓氣機(jī)性能的主要構(gòu)件。葉輪的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的氣體動(dòng)力性、機(jī)械強(qiáng)度和可鑄性。壓氣機(jī)葉片應(yīng)有光滑的表面及符合氣體動(dòng)力學(xué)要求的幾何形狀，以減小氣體流動(dòng)損失和提高壓氣機(jī)效率。汽車燃?xì)廨啓C(jī)采用后掠式壓氣機(jī)葉片，如圖12-14所示。2/3/202438哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）三、渦輪機(jī)渦輪機(jī)的功用是將燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)換為機(jī)械功。渦輪機(jī)與來(lái)自燃燒室的高溫燃?xì)庵苯咏佑|，因此溫度很高，另外，渦輪機(jī)在每分鐘幾萬(wàn)乃至十幾萬(wàn)的高速下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此旋轉(zhuǎn)部件承受巨大的離心力。渦輪機(jī)按照燃?xì)饬鲃?dòng)方向分為：①?gòu)搅魇綔u輪機(jī)——燃?xì)庋販u輪機(jī)的徑向流動(dòng)；②軸流式渦輪機(jī)——燃?xì)庋販u輪機(jī)的軸向流動(dòng)。這兩種類型的渦輪機(jī)在汽車燃?xì)廨啓C(jī)中均有應(yīng)用。2/3/202439哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）1.徑流式渦輪機(jī)徑流式渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)與離心式壓氣機(jī)相似，唯工作過(guò)程相反。如圖12-15所示，高溫燃?xì)馐紫妊亟鼩獾?流過(guò)安裝在葉輪3周圍的噴管2，然后沿著由渦輪機(jī)葉片4構(gòu)成的流到徑向地由葉輪周邊流向葉輪中心，并從葉輪中心部位排出。燃?xì)饬鹘?jīng)噴管，其速度增加，高速氣流沖擊葉輪使其旋轉(zhuǎn)而作功。徑流式渦輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，堅(jiān)固耐用。2/3/202440哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（續(xù)）為了減輕葉輪的質(zhì)量，以減小其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通常在葉片之間的輪轂外緣上去掉一些輪轂質(zhì)量。因此，渦輪機(jī)葉片的長(zhǎng)度總是超出輪轂的半徑（圖12-16）。渦輪機(jī)葉輪的溫度很高（可達(dá)1100～1200℃），需用耐熱材料制造。現(xiàn)代汽車燃?xì)廨啓C(jī)多采用碳化硅（SiC）或氮化硅（）一類陶瓷材料制造渦輪機(jī)葉輪。2/3/202441哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）

2.軸流式渦輪機(jī)如圖12-17所示，軸流式渦輪機(jī)主要由渦輪機(jī)外殼1、噴管2、渦輪機(jī)葉片3、渦輪轂4、渦輪軸7、軸承6及防止燃?xì)庑孤┑拿芊庋b置5等組成。渦輪機(jī)外殼的功用是引導(dǎo)燃?xì)饬鲃?dòng)。在渦輪機(jī)工作時(shí)，渦輪機(jī)外殼承受高溫燃?xì)獾膲毫Γ虼耍浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)保證在高溫下具有良好的強(qiáng)度及剛度。一般將渦輪機(jī)外殼制成雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層與高溫燃?xì)饨佑|，用耐熱薄板鑲襯。在內(nèi)、外層之間用冷空氣吹拂，以降低外殼的溫度。軸流式渦輪機(jī)的基本工作單位稱作“級(jí)”，一列噴管與一列渦輪葉片組成一級(jí)。現(xiàn)代汽車燃?xì)廨啓C(jī)一般為單級(jí)或雙級(jí)。2/3/202442哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（續(xù)）噴管又稱靜葉，固定在渦輪機(jī)外殼內(nèi)壁圓周上。燃?xì)饬鬟^(guò)噴管時(shí)降壓、增速，并以一定的方向沖擊渦輪葉片。渦輪葉片又稱動(dòng)葉，安裝在渦輪轂的外圓周上。燃?xì)鉀_擊渦輪葉片后，沿著相鄰兩個(gè)渦輪葉片所構(gòu)成的流道流動(dòng)，并按照渦輪葉片的形狀改變其流動(dòng)方向。燃?xì)庠诟淖兎较虻耐瑫r(shí)對(duì)渦輪葉片作用以力，使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)。靜葉及動(dòng)葉的斷面均為翼形斷面（圖12-18），有良好的氣體動(dòng)力性，可以獲得較高的渦輪機(jī)效率。現(xiàn)代汽車燃?xì)廨啓C(jī)的葉片用陶瓷材料制造，有足夠的耐熱、抗氧化、耐腐蝕及耐磨損的能力，可以保證渦輪機(jī)有較長(zhǎng)的使用壽命。2/3/202443哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）四、燃燒室燃料與空氣在燃燒室內(nèi)混和并燃燒，所放出的熱量將燃?xì)饧訜岬浇o定的溫度。燃料室由外殼、火焰管、空氣旋流器、點(diǎn)火器及其它輔助設(shè)備等組成（圖12-19）。

（1）火焰管

（2）空氣旋流器

（3）燃油噴嘴

（4）點(diǎn)火器2/3/202444哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（1）火焰管燃料與空氣在火焰管2內(nèi)混合燃燒。來(lái)自壓氣機(jī)的壓縮空氣分成兩股進(jìn)入火焰管2，分別稱這兩股空氣為一次空氣及二次空氣。一次空氣經(jīng)過(guò)安裝在火焰管頂部的空氣旋流器3進(jìn)入火焰管內(nèi)的主燃燒區(qū)，而此空氣則從火焰管與外殼1之間的環(huán)形通道進(jìn)入火焰管的尾端與燃?xì)饣旌?。二次空氣的作用是使燃燒室出口的溫度趨于均勻并降低至給定值，同時(shí)也使主燃燒區(qū)內(nèi)未完全燃燒的可燃物質(zhì)繼續(xù)燃燒完全。火焰管的溫度很高，多用陶瓷材料制造。2/3/202445哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（2）空氣旋流器空氣通過(guò)旋流器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)的氣流可以促進(jìn)燃料與空氣的混合，同時(shí)也起到穩(wěn)定火焰的作用。空氣旋流器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在空氣流道的出口處裝設(shè)8～10片扭曲的葉片，空氣流過(guò)葉片時(shí)產(chǎn)生切向分速度而使氣流旋轉(zhuǎn)。2/3/202446哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（3）燃油噴嘴燃?xì)廨啓C(jī)燃油噴嘴的作用與柴油機(jī)噴油器相同。圖12-20所使為燃用液體燃料的回流式燃油噴嘴結(jié)構(gòu)和工作原理。燃油沿噴嘴套筒周圍的切向旋流孔1進(jìn)入旋流室2，一部分燃油從噴孔3旋轉(zhuǎn)噴入燃燒室，噴入燃燒室的油霧形成空心的圓錐。另一部分燃油由旋流室經(jīng)回油孔4返回到回油室5。通過(guò)控制回油閥6的開(kāi)度來(lái)改變回油量，借以調(diào)節(jié)噴入燃燒室內(nèi)的燃油量。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大時(shí)，回油閥關(guān)小，回油量減少，噴油量便隨之增多。2/3/202447哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（4）點(diǎn)火器在燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)時(shí)，用點(diǎn)火器點(diǎn)燃混合氣；當(dāng)燃燒室內(nèi)形成穩(wěn)定的火焰后，點(diǎn)火器便停止工作。點(diǎn)火器通常采用電熱塞或火花塞，近來(lái)更多是采用火焰點(diǎn)火器?；鹧纥c(diǎn)火器是利用火花塞產(chǎn)生的電火花將起動(dòng)噴嘴噴出的輕質(zhì)燃料點(diǎn)燃，形成小火焰，在用此小火焰點(diǎn)燃主噴嘴噴出的燃油。2/3/202448哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）五、回?zé)崞骰責(zé)崞魇且环N換熱設(shè)備。燃?xì)庠陔x開(kāi)動(dòng)力渦輪排入大氣之前溫度還很高，利用回?zé)崞鲗⑴艢庵械挠酂峄厥眨梢燥@著的提高燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率。實(shí)踐證明，有回?zé)崞鞯默F(xiàn)代汽車燃?xì)廨啓C(jī)的消耗率低于柴油機(jī)的水平?，F(xiàn)代汽車燃?xì)廨啓C(jī)多采用旋轉(zhuǎn)盤再生式回?zé)崞?。這種回?zé)崞鞯男顭嵩怯梅勰┮苯穑ń饘?氧化鋁-硅）制成的圓盤或稱轉(zhuǎn)子。沿著圓盤的軸向制成無(wú)數(shù)個(gè)蜂窩狀小孔，形成微小的氣體通道。圓盤在固定的燃?xì)饧翱諝饬鞯乐芯徛D(zhuǎn)。來(lái)自渦輪機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)穿過(guò)圓盤時(shí)將圓盤加熱，然后排放到大氣中。當(dāng)被加熱的圓盤轉(zhuǎn)到空氣流道時(shí)，空氣穿過(guò)圓盤并被圓盤加熱，從而實(shí)現(xiàn)了熱量由燃?xì)獾娇諝獾膫鬟f。2/3/202449哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）第三節(jié)斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)一、概述二、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及密封三、熱交換器四、燃燒系統(tǒng)2/3/202450哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）一、概述斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展過(guò)程斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)2/3/202451哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展過(guò)程斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)是封閉循環(huán)回?zé)崾酵馊紮C(jī)，也稱熱氣機(jī)。在18世紀(jì)70年代，蒸汽機(jī)問(wèn)世伊始效率很低，其原因之一是由于水蒸氣在汽缸中膨脹之后冷凝而造成較大的熱損失。于是有人設(shè)想，利用熱的氣體代替水蒸氣作為熱機(jī)的工質(zhì)，便可消除這項(xiàng)熱損失，從而可以提高熱機(jī)效率。1816年，英國(guó)人R?斯特靈根據(jù)這一設(shè)想創(chuàng)制了以熱空氣為工質(zhì)的封閉循環(huán)熱空氣機(jī)，即斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)。不過(guò)由于當(dāng)時(shí)存在許多技術(shù)上的困難，致使該機(jī)的效率和功率仍然很低。到19世紀(jì)中葉，當(dāng)高效率的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)后，對(duì)斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的研究一度中斷。2/3/202452哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（續(xù)）隨著科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)現(xiàn)代化的進(jìn)展，荷蘭菲利浦（Philip）公司從1938年起開(kāi)始了現(xiàn)代斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作。該公司對(duì)斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)做了根本性的改革；創(chuàng)制了能夠使活塞及活塞桿做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而改善了氣體密封件的工作條件；采用導(dǎo)熱率、密度及粘度小的氫氣或氦氣做工質(zhì)，從而提高了熱交換器的效率并降低了工質(zhì)流動(dòng)的阻力損失；發(fā)明了卷套式密封裝置，為創(chuàng)造高效密封裝置開(kāi)辟了新路。菲利浦公司在上述幾個(gè)方面所取得的進(jìn)展，使斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)大幅度的提高了效率及功率，并引起許多國(guó)家的關(guān)注和興趣。本世紀(jì)70年代，在美國(guó)福特汽車公司的資助下，由加利福尼亞工學(xué)院完成的關(guān)于80年代車用動(dòng)力的綜合性研究，得出的結(jié)論是：熱氣機(jī)作為未來(lái)的車用發(fā)動(dòng)機(jī)是極有前途的。在此期間，菲利浦公司、福特汽車公司、瑞典的聯(lián)合斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)公司及德國(guó)的MAN/MWM公司等，相繼將斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在長(zhǎng)途客車、轎車及重型貨車上使用，開(kāi)創(chuàng)了車用斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)研究的新階段。2/3/202453哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖12-21所示為瑞典聯(lián)合斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)公司為福特汽車公司設(shè)計(jì)及制造的汽車斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)有單作用式及雙作用式兩種不同的類型，汽車斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)例外的都是雙作用式的。雙作用式斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的每一個(gè)汽缸內(nèi)只有一個(gè)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，活塞頂以上的工作腔為膨脹腔，活塞底以下的工作腔為壓縮腔。膨脹腔與相鄰汽缸的壓縮腔通過(guò)加熱器、回?zé)崞骷袄鋮s器相互連通，共同構(gòu)成一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)。一臺(tái)4剛雙作用式斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)有4個(gè)氣缸、4個(gè)活塞及4個(gè)加熱器、回?zé)崞骷袄鋮s器，構(gòu)成4個(gè)封閉循環(huán)系統(tǒng)。2/3/202454哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（續(xù)）斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)主要由燃燒系統(tǒng)（包括燃燒室、噴油器、點(diǎn)火器、空氣流旋器及空氣預(yù)熱器等）、封閉循環(huán)系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（包括活塞、活塞桿、十字頭、連桿及曲軸等）、調(diào)節(jié)裝置及輔助設(shè)備等組成（圖12-21）。來(lái)自燃油泵的燃油經(jīng)噴油器8噴入燃燒室7，空氣則經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器11預(yù)熱之后，經(jīng)空氣旋流器10進(jìn)入燃燒室。空氣和燃油在燃燒室內(nèi)混合燃燒所釋放出的熱量通過(guò)加熱器對(duì)工質(zhì)加熱，這時(shí)工質(zhì)的溫度最高，壓力也較大。工質(zhì)吸熱后進(jìn)入氣缸的膨脹腔膨脹作工，推動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)。工質(zhì)在膨脹過(guò)程中，壓力不斷下降，但工質(zhì)的溫度卻因?yàn)椴粩嗟貜募訜崞魑鼰岫颈３植蛔?。處于壓縮腔內(nèi)的工質(zhì)同時(shí)受到壓縮，壓縮過(guò)程開(kāi)始時(shí)工質(zhì)的壓力及溫度都最低。隨著壓縮過(guò)程的進(jìn)行，工質(zhì)的壓力不斷增高，但工質(zhì)的溫度卻因?yàn)楣べ|(zhì)通過(guò)冷卻器不斷地向環(huán)境放熱而基本保持不變。當(dāng)工質(zhì)由膨脹腔流回壓縮腔時(shí)，向回?zé)崞鞣艧?，溫度降到最低，壓力也隨之下降。而當(dāng)工質(zhì)由壓縮腔流回膨脹腔時(shí)，由回?zé)崞魑鼰?，溫度升至最高，壓力也隨之增大。綜上所述，工質(zhì)經(jīng)歷了壓縮、加熱、膨脹及冷卻等四個(gè)過(guò)程而完成一個(gè)循環(huán)。在四個(gè)過(guò)程中，僅膨脹過(guò)程為作功過(guò)程。2/3/202455哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2/3/202456哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：1）可燃用多種燃料因?yàn)樗固仂`發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料燃燒過(guò)程是在氣缸外部接近大氣壓力下連續(xù)進(jìn)行的，所以對(duì)燃料品質(zhì)的要求不高。如煤油、、煤炭、煤氣、薪柴、酒精及植物油等都可燃用。2）熱效率高斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)是一種高效率能量轉(zhuǎn)換裝置，其熱效率達(dá)66%~70%，有效熱效率達(dá)32%~40%，與柴油機(jī)相當(dāng)。若用陶瓷制造加熱器，工質(zhì)的溫度可進(jìn)一步提高，這時(shí)有效熱效率可達(dá)44%以上。3）排氣污染小斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程可在較多的過(guò)量空氣下進(jìn)行，因此排氣中CO、HC、Nox及炭煙的含量都比往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)低的多。4）噪聲水平低試驗(yàn)表明，斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)低的噪聲水平低于15~30dB，比往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)約低15~30dB。5）運(yùn)轉(zhuǎn)特性好斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩均勻，因而運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；超負(fù)荷能力大，能在超過(guò)標(biāo)定負(fù)荷50%的情況下正常運(yùn)行。因此，斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)很適合用作汽車動(dòng)力。6）工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，燃油消耗率低。主要缺點(diǎn)2/3/202457哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）主要缺點(diǎn)雖然斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，但是直到目前為止尚未達(dá)到商品生產(chǎn)的水平，其主要原因是制造成本約比同功率的往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)高出一倍。因?yàn)樗固仂`發(fā)動(dòng)機(jī)的受熱零部件（如氣缸的膨脹腔、加熱器及回?zé)崞鞯龋╅L(zhǎng)時(shí)間在700~800℃的高溫及15~25MPa的高壓下工作，需用優(yōu)質(zhì)耐熱鋼制造，而且加熱器及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，致使斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)造價(jià)昂貴，在經(jīng)濟(jì)上不能與往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)相競(jìng)爭(zhēng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一定可以找到廉價(jià)的耐熱材料，屆時(shí)上述問(wèn)題就可以迎刃而解了。2/3/202458哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）二、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及密封雙作用式斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多采用十字頭曲柄連桿機(jī)構(gòu)（圖12-22b）。這種機(jī)構(gòu)式活塞不受傳動(dòng)機(jī)構(gòu)側(cè)向力的作用，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的側(cè)向力由十字頭承受，從而可以減輕氣缸、活塞及活塞上密封件的磨損，有利于氣缸的密封。十字頭曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括活塞、活塞桿、十字頭、連桿及曲軸。其中，連桿及曲軸與往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)相同。2/3/202459哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（續(xù)）雙作用式斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)活塞上、下端的溫差和壓差都很大，這就要求活塞的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度及良好的密封性?；钊Y(jié)構(gòu)如圖12-23所示?；钊麨橹锌毡”跇?gòu)件，以減輕質(zhì)量及削弱熱傳導(dǎo)。其頂面為球面，以減小應(yīng)力集中。活塞內(nèi)腔設(shè)置橫隔板4（圖12-23b），橫隔板除能增加活塞的強(qiáng)度及剛度外，還可起到對(duì)熱輻射的屏蔽作用。在活塞裙部加工有活塞環(huán)槽2及連接活塞桿的活塞桿孔5。斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的密封與往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)類似。在活塞環(huán)槽內(nèi)裝設(shè)矩形斷面的活塞環(huán)，環(huán)的背面裝有金屬脹簧。活塞環(huán)由氟碳材料制造，不需要潤(rùn)滑。在氟碳材料中，聚四氟乙烯的復(fù)合材料陸龍A的性能較好，所以斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)多用陸龍A作密封材料。圖12-232/3/202460哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2/3/202461哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）三、熱交換器熱交換器是斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，其使用性能的好壞直接影響斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)能否正常高效的工作。熱交換器的基本功用是保證工質(zhì)在封閉的循環(huán)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)吸熱、回?zé)峒胺艧岬冗^(guò)程。斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)有4個(gè)熱交換器：

1.加熱器

2.回?zé)崞?/p>

3.冷卻器

4.空氣預(yù)熱器斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)必須有加熱器、回?zé)崞骷袄鋮s器，但空氣預(yù)熱器并不是必需的。沒(méi)有空氣預(yù)熱器的斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)仍能很好的工作，只是熱效率比較低而已。

2/3/202462哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）1.加熱器燃料燃燒所產(chǎn)生的高溫燃?xì)鈴募訜崞鞯耐獗诹鬟^(guò)，并將熱量傳給在加熱器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的工質(zhì)，工質(zhì)吸熱后進(jìn)入氣缸的膨脹腔，在高溫、高壓下進(jìn)行定溫膨脹。在斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最多的是管式加熱器，其基本結(jié)構(gòu)如圖12-24所示。管式加熱器一般由兩排耐熱鋼管組成，靠近燃燒室中心的一排為光管，另一排為翅片管，翅片可以增強(qiáng)換熱。兩排管的上端用彎頭連接，下端則分別與回?zé)崞鳉んw及氣缸的膨脹腔相連。由于加熱器長(zhǎng)時(shí)間在高溫、高壓下工作，因此加熱管的材料必須具有耐高溫、耐腐蝕及導(dǎo)熱性好等性能，一般用鎳基合金鋼制造。2/3/202463哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2/3/202464哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2.回?zé)崞骰責(zé)崞鞯墓τ檬墙惶娴貜墓べ|(zhì)吸熱及向工質(zhì)放熱?；?zé)崞鞯墓ぷ鳁l件極其惡劣，它在工作過(guò)程中的溫度的變化可達(dá)300℃/s?；?zé)崞鞯幕緲?gòu)造是在耐壓的回?zé)崞鳉んw2（圖12-24）中充填耐熱、耐腐蝕及導(dǎo)熱性良好的填料。填料需有足夠的表面積，一般采用0.1~0.06mm（150~250目）的不銹鋼絲網(wǎng)或直徑為3mm左右的小鋼球。填料中間留有一定的空隙，以便工質(zhì)在其間往返流動(dòng)，進(jìn)行周期性的吸熱及放熱。2/3/202465哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）3.冷卻器當(dāng)壓縮腔內(nèi)的工質(zhì)受到壓縮時(shí)，工質(zhì)在冷卻器內(nèi)放出熱量，以保持其溫度基本不變，實(shí)現(xiàn)定溫壓縮過(guò)程。冷卻器的結(jié)構(gòu)一般為殼管式，即在金屬的冷卻器殼體3（圖12-24）內(nèi)裝置許多冷卻管，工質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水在管外流動(dòng)。工質(zhì)向冷卻水放熱，冷卻水再經(jīng)過(guò)散熱器將熱量散到環(huán)境中。為了提高斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的效率機(jī)改善密封裝置的工作條件，冷卻器的工作溫度應(yīng)該盡可能的低。2/3/202466哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）4.空氣預(yù)熱器燃料燃燒所生成的高溫燃?xì)庠谕ㄟ^(guò)加熱器之后溫度仍然很高，在排入大氣之前，先使其通過(guò)空氣預(yù)熱器，利用燃?xì)獾挠酂醽?lái)加熱空氣。高溫空氣進(jìn)入燃燒室與燃料混合燃燒，可以節(jié)省燃料。因此，空氣預(yù)熱器實(shí)際上是一個(gè)節(jié)能裝置。汽車斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)多采用回?zé)崾娇諝忸A(yù)熱器，其工作原理及基本結(jié)構(gòu)與汽車燃?xì)廨啓C(jī)中的回?zé)崞飨嗤?。它在發(fā)動(dòng)機(jī)上的安裝位置見(jiàn)圖12-25。2/3/202467哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）四、燃燒系統(tǒng)斯特靈發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是由外部燃燒系統(tǒng)向工質(zhì)供熱。這種燃燒系統(tǒng)由空氣供給設(shè)備、燃料供給裝置及燃燒室等組成（圖12-25）?？諝庥晒娘L(fēng)機(jī)送入回?zé)崾娇諝忸A(yù)熱器5，預(yù)熱后溫度升高到1000~1200℃，一部分熱空氣由火焰管4外幣的流道進(jìn)入空氣旋流器2，空氣經(jīng)過(guò)旋流器后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并與燃油噴嘴3噴出的燃油在主燃燒區(qū)a內(nèi)混合燃燒，溫度升高到2000～2200℃。另一部分空氣則通過(guò)二次空氣孔8進(jìn)入混合區(qū)b。在混合區(qū)內(nèi)，而此空氣與主燃燒區(qū)內(nèi)未燃燒完全的可燃物質(zhì)進(jìn)一步混合燃燒。燃料燃燒所產(chǎn)生的高溫燃?xì)饬鬟^(guò)加熱器6并向其傳熱后，溫度降到1100～1300℃，在經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器，溫度進(jìn)一步降到200～300℃之后排入大氣。回?zé)崾娇諝忸A(yù)熱器5由電動(dòng)機(jī)9經(jīng)傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。 2/3/202468哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）2/3/202469哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）第四節(jié)電動(dòng)汽車一、概述二、蓄電池三、電動(dòng)機(jī)2/3/202470哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）一、概述電動(dòng)汽車的動(dòng)力部分主要由蓄電池、控制器及電動(dòng)機(jī)等構(gòu)成（圖12-27）。充電機(jī)經(jīng)充電接口向蓄電池充電。當(dāng)汽車行駛時(shí)，蓄電池經(jīng)控制器向電動(dòng)機(jī)供電。來(lái)自加速踏板的信號(hào)輸入控制器，通過(guò)控制器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速。加速踏板由駕駛員操縱。電動(dòng)機(jī)的輸出經(jīng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車輪。電動(dòng)汽車是指以蓄電池或燃料電池為動(dòng)力、在市區(qū)街道或城間公路上行駛的用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車，不包括無(wú)軌電車及在車站、碼頭或廠區(qū)內(nèi)使用的電動(dòng)叉車和普通的電瓶車。2/3/202471哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）（續(xù)）近年來(lái)，電動(dòng)汽車有了較大的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)，尤其是高新技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步（表12-1）。2/3/202472哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）電動(dòng)汽車的優(yōu)缺點(diǎn)電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)是：（1）在行駛中無(wú)廢氣排出，不污染環(huán)境，所以電動(dòng)汽車可稱為“零排放污染汽車”。（2）能源有效利用率高。圖12-26所示是按10種行駛方式對(duì)電動(dòng)汽車與汽油機(jī)汽車能源利用總效率的比較。電動(dòng)汽車所用的電能，可以通過(guò)各種發(fā)電方法獲得，也可以利用剩余的深夜電力，從而提高了發(fā)電設(shè)備的利用率。（3）振動(dòng)及噪聲小，車廂內(nèi)外的安靜性好。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修使用方便。電動(dòng)汽車目前尚存在下列缺點(diǎn)：（1）一次充電所能行駛的里程短。裝載與汽油重量相同的鉛-酸蓄電池的電動(dòng)汽車，其續(xù)駛里程僅為汽油機(jī)汽車的1/70。（2）成本高。蓄電池機(jī)電機(jī)控制價(jià)格昂貴是電動(dòng)汽車成本高的主要原因。另外，蓄電池壽命短，折舊費(fèi)高。（3）充電時(shí)間長(zhǎng)，一般需要6~10h。2/3/202473哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）二、蓄電池蓄電池又稱二次電池。目前正在使用的或?qū)?lái)可能作為電動(dòng)汽車用的蓄電池列于表12-2。蓄電池的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)有：

①能流密度——單位電池質(zhì)量所能存儲(chǔ)的電量（W?h/Kg）；

②動(dòng)力密度——單位電池質(zhì)量所能輸出的功率（W/Kg），是評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車加速性、爬坡能力及最高車速的指標(biāo)；

③循環(huán)壽命——電池充、放電一次成為一個(gè)循環(huán)，循環(huán)壽命表示更換電池前所能完成的循環(huán)數(shù)。循環(huán)壽命短，將增加電動(dòng)汽車的維護(hù)費(fèi)用。2/3/202474哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）燃料電池目前，在電動(dòng)汽車上使用的電源，除蓄電池外還有燃料電池。燃料電池被看作是最有發(fā)展前途的動(dòng)力源。氫-氧燃料電池是利用氫與氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成水的同時(shí)產(chǎn)生電的一種清潔的發(fā)電裝置。其能流密度為一般二次電池的幾倍至10倍。氫-氧燃料電池的工作原理：使氫和氧分別吸附在用活性炭制成的電極上，并將兩個(gè)電極至于KOH電解液中（圖12-28），若這時(shí)接通外電路，便有電流流過(guò)負(fù)載。電池中所發(fā)生的反應(yīng)即為兩個(gè)氫分子在陽(yáng)極表面變成4個(gè)氫離子，并釋放出4個(gè)電子，電子由陽(yáng)極導(dǎo)出，通過(guò)外部負(fù)載轉(zhuǎn)移到陰極，氫離子則通過(guò)電解也達(dá)到陰極與電子及氧結(jié)合生成水。用活性碳制成的電極，通過(guò)適當(dāng)?shù)拇呋瘎ㄣK或鈀）活化，可以加速電池反應(yīng)過(guò)程。用固體離子交換樹(shù)脂代替KOH電解液的燃料電池（圖12-29），有較小的外形尺寸，不過(guò)這種電池的內(nèi)阻稍大。2/3/202475哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）三、電動(dòng)機(jī)在20世紀(jì)90年代以前的電動(dòng)汽車上，主要采用可孔硅整流的直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)具有起步加速牽引大、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但直流電動(dòng)機(jī)的電刷壽命短，需經(jīng)常更換，而且接觸部分有摩擦損失，致使效率較低。90年代以后，隨著電子技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的周波數(shù)變換技術(shù)，使原來(lái)難以變速驅(qū)動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)，已經(jīng)開(kāi)始用于電動(dòng)汽車上了。交流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、效率高、基本免維護(hù)和調(diào)速范圍寬等。交流電動(dòng)機(jī)有感應(yīng)電動(dòng)機(jī)與同步電動(dòng)機(jī)之分。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可靠性好，是一種高效、小型高速電動(dòng)機(jī)。但是，交流同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子若采用高磁流密度的永久磁鐵，可能比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率還要高，尺寸還要小。2/3/202476哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）第五節(jié)壓縮天然氣及液化石油氣汽車一、概述二、CNG供給系統(tǒng)三、LPG供給系統(tǒng)2/3/202477哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）一、概述以壓縮天然氣和液化石油氣為燃料的汽車，分別稱為壓縮天然氣汽車（CNGV）和液化石油氣汽車(LPGV)。目前，燃用CNG或LPG的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，多是在原汽油機(jī)或柴油機(jī)的基礎(chǔ)上改裝而成的。若改裝后的發(fā)動(dòng)機(jī)只有一套燃油供給系統(tǒng)，只燃用CNG或LPG一種燃料，則稱這種發(fā)動(dòng)機(jī)為單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，裝有單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車稱單燃料汽車。若在原汽油機(jī)燃油系統(tǒng)之外，增設(shè)一套CNG或LPG供給系統(tǒng)兩套系統(tǒng)分別但不同時(shí)向氣缸供給燃料，則稱這種發(fā)動(dòng)機(jī)為兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。裝有兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車為兩用燃料汽車，如汽油/壓縮天然氣汽車，汽油/液化石油氣汽車等。若在原柴油機(jī)燃油系統(tǒng)之外，增設(shè)一套CNG或LGP供給系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)按預(yù)定的配比同時(shí)想汽缸供給燃料，則稱這種發(fā)動(dòng)機(jī)為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，相應(yīng)的汽車為雙燃料汽車，如柴油/壓縮天然氣汽車，柴油/液化石油氣汽車等。天然氣和石油氣？2/3/202478哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）天然氣是從天然氣田直接開(kāi)采出來(lái)的，其主要成分是甲烷，急難液化。因此，目前大多將其壓縮到20MPa的高壓，沖入車用氣瓶中儲(chǔ)存和供汽車使用，即所謂的壓縮天然氣（CNG）。石油氣是石油催化裂化過(guò)程和油田伴生氣回收輕烴過(guò)程中的產(chǎn)品。石油氣在常溫下加壓到1.6MPa即可液化而成汽油氣(LPG)。從油田氣制得的LPG其主要成分是丙烷、丁烷和少量的乙烷和戊烷，不含烯烴，適于作車用燃料。從煉油長(zhǎng)得到的LPG，除含丙烷，丁烷外，還含有較多的烯烴，不宜作車用燃料。因?yàn)橄N在常溫下化學(xué)安定性差，在車運(yùn)過(guò)程中容易生成膠質(zhì)，燃燒后容易積炭。2/3/202479哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）發(fā)展前景早在20世紀(jì)30年代，在前蘇聯(lián)和意大利等國(guó)家就已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)并應(yīng)用CNGV或LPGV。近20年的發(fā)展很快，不僅天然氣和液化石油氣汽車的數(shù)量迅速增加，而且改裝技術(shù)日趨電子化，CNGV或LPGV的性能不斷完善和提高。我國(guó)天然氣資源十分豐富，天然氣和液化氣作為汽油和柴油的代用燃料，大力發(fā)展天然氣和液化石油氣汽車，即可以充分利用自然資源，又可以減小對(duì)石油的需求和減輕汽車尾氣對(duì)城市環(huán)境的污染。2/3/202480哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）CNGV和LPGV的優(yōu)缺點(diǎn)CNGV或LPGV的主要優(yōu)點(diǎn)有：1）天然氣和液化石油氣在常溫下為氣態(tài)，容易與空氣混合形成均勻的可燃混合氣，燃燒安全，可以大幅度減小CO、HC和微粒的排放。另外，天然氣和液化石油氣的火焰溫度低，因此NO的排放量也相應(yīng)減小。2）天然氣辛烷值高達(dá)130，液化石油氣的辛烷值也在100左右，因此，燃用天然氣或液化石油氣可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，從而獲得較高的發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。3）冷起動(dòng)性和低溫運(yùn)轉(zhuǎn)性能良好，在暖機(jī)期間無(wú)須加濃混和氣。4）燃燒界限寬，稀燃特性優(yōu)越。燃燒稀混合氣，可以減小NO的生成和改善燃油經(jīng)濟(jì)性。5）不稀釋潤(rùn)滑油，可以延長(zhǎng)潤(rùn)滑油更換周期和發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。CNGV或LPGV的主要缺點(diǎn)有：1）因?yàn)樘烊粴庠诔?、常壓下是氣體，所以其儲(chǔ)運(yùn)性差。目前廣泛采用將壓縮天然氣沖入車用氣瓶?jī)?nèi)儲(chǔ)運(yùn)的辦法，這些氣瓶即增加了汽車自重，又減小了載貨空間。雖然可以通過(guò)深冷液化技術(shù)制成液化天然氣，但技術(shù)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。2）一次充氣的續(xù)駛里程短。3）NGV或LPGV均呈氣態(tài)進(jìn)入氣缸，使發(fā)動(dòng)機(jī)沖量系數(shù)降低；另外，與汽油機(jī)或柴油機(jī)相比，CNGV或LPGV的理論混合氣熱值小，因此，燃用CNGV或LPGV將使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。2/3/202481哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）二、CNG供給系統(tǒng)CNG供給系統(tǒng)的基本組成如圖12-31所示。CNG儲(chǔ)存于容量為50L車用氣瓶1內(nèi)，壓力為20MPa。通過(guò)每個(gè)氣瓶上的連通閥2及CNG高壓管路4將各氣瓶連通。CNG從最后一個(gè)氣瓶上的輸出閥5流出，經(jīng)預(yù)熱器6、截止閥15及濾清器11進(jìn)入減壓器10。在減壓器內(nèi)，CNG的壓力下降到大氣壓力。低壓的天然氣經(jīng)計(jì)量器9和CNG低壓管路8進(jìn)入混合器7，在混合器中與空氣混合后進(jìn)入氣缸。系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)壓力表，一個(gè)是高壓表13，指示車用氣瓶及高壓管路中的壓力，以及車用氣瓶中儲(chǔ)氣量。另一個(gè)是低壓表12，用來(lái)測(cè)量一級(jí)減壓后的天然氣壓力。充氣閥3是向車用氣瓶充入天然氣的閥門。當(dāng)GNG流過(guò)減壓器之后，壓力大幅度降低，溫度也隨之急劇下降，GNG中的水分可能結(jié)冰。預(yù)熱器的作用便是預(yù)先對(duì)GNG加熱，使其增溫，以防止減壓后溫度降到冰點(diǎn)以下。2/3/202482哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）各元件的作用濾清器的作用是濾除GNG中的雜質(zhì)。輸出閥閥體28內(nèi)裝有柱閥26，柱閥下端嵌有密封墊27，彈簧25作用在柱閥的上端，保持柱閥常開(kāi)，GNG從車用氣瓶經(jīng)柱閥不斷流出。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪20時(shí)，心軸21向下壓迫膜片23并推動(dòng)柱閥向下壓在閥座上，使輸出閥關(guān)閉，終止GNG輸出。膜片由薄鋼片或黃銅片制造，其作用是防止GNG通過(guò)心軸向外泄漏。截止閥的結(jié)構(gòu)與輸出閥相似，不同的是在心軸上外接一加長(zhǎng)軸29，以便于駕駛員在駕駛室內(nèi)操縱截止閥的開(kāi)閉。減壓器的作用是：①將車用氣瓶中GNG的壓力由20MPa降低至0.1MPa左右；②在發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)停止GNG的輸出；③當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況急劇變化時(shí)，能保證向發(fā)動(dòng)機(jī)正常供氣。2/3/202483哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）減壓器減壓器有單級(jí)和多級(jí)之分。圖12-32所示為一種由進(jìn)氣管真空度控制的二級(jí)減壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，GNG經(jīng)一級(jí)減壓球閥8首先進(jìn)入A腔，進(jìn)行一級(jí)減壓，壓力由20MPa減至0.1MPa左右。若壓力超過(guò)0.4MPa，則膜片11克服彈簧9的壓力向下彎曲，并帶動(dòng)杠桿10將球閥8關(guān)閉，中止GNG流入A腔。隨著GNG經(jīng)二級(jí)減壓閥門12不斷流入B腔，A腔內(nèi)的壓力逐漸降低，若壓力低于0.4MPa，則彈簧9推壓膜片11向上彎曲，并帶動(dòng)杠桿10將球閥8開(kāi)啟，GNG充入A腔。GNG進(jìn)入B腔后，進(jìn)行二級(jí)減壓，壓力由0.4MPa進(jìn)一步減至0.1MPa左右，然后經(jīng)量孔1被吸入混和器。B腔內(nèi)天然氣的壓力由彈簧3、膜片2、傳動(dòng)桿4、杠桿17和閥門12聯(lián)合控制，其動(dòng)作與一級(jí)減壓的情況類似。