發(fā)動機工作原理和總體構造

發(fā)動機工作原理和總體構造發(fā)動機工作原理和總體構造發(fā)動機工作原理和總體構造第一節(jié)概述發(fā)動機是將某一種形式的能量轉變成機械能的機器。一、發(fā)動機的定義：風能風力發(fā)動機水流能水力發(fā)動機熱能熱力發(fā)動機電能電力發(fā)動機原子能原子能發(fā)動機太陽能太陽能發(fā)動機地熱能地熱發(fā)動機發(fā)動機工作原理和總體構造發(fā)動機工作原理和總體構造發(fā)動機工作原1第一節(jié)概述發(fā)動機是將某一種形式的能量轉變成機械能的機器。一、發(fā)動機的定義：風能風力發(fā)動機水流能水力發(fā)動機熱能熱力發(fā)動機電能電力發(fā)動機原子能原子能發(fā)動機太陽能太陽能發(fā)動機地熱能地熱發(fā)動機第一節(jié)概述發(fā)動機是將某一種形式的能2風力發(fā)動機返回風力發(fā)動機返回3水力發(fā)動機水輪是以流水為動力，進行旋轉的動力裝置，又稱“水車”，可以帶動磨、風箱、抽水裝置、紡車、榨油和制革機械乃至發(fā)動機等返回水力發(fā)動機水輪是以流水為動力，進行旋轉的動力裝置，又稱4熱力發(fā)動機返回熱力發(fā)動機返回5二、熱力發(fā)動機：將熱能轉變成機械能的發(fā)動機。1、外燃機：燃料在機器外部燃燒，產生的熱能輸入到機器內部并轉變成機械能輸出的熱力發(fā)動機。如蒸汽機。2、內燃機：液體或氣體燃料和空氣混合后直接輸入機器內部燃燒而產生熱能，然后再將熱能轉變成機械能輸出的熱力發(fā)動機。。熱機內燃機外燃機活塞式葉片式蒸汽機汽輪機熱氣機燃氣輪機斯特靈發(fā)動機二、熱力發(fā)動機：將熱能轉變成機械能的發(fā)動機。熱機內燃機外燃機63、比較：外燃機體積大，重量重，熱效率低；內燃機單機功率范圍大（0.6-16860）、熱效率高（汽油機略高于0.3，柴油機達0.4左右）、體積小、質量輕、操作簡單，便于移動和起動性能好等優(yōu)點。被廣泛應用于汽車、火車、工程機械、拖拉機、發(fā)電機、船舶、坦克、排灌機械和眾多其它機械的動力。4、內燃機按熱能轉變成機械能的主要構件分活塞式內燃機、燃氣輪機3、比較：4、內燃機按熱能轉變成機械能的主要構件分7燃氣輪機燃氣輪機是以空氣及燃氣為工質的旋轉式熱力發(fā)動機，它的結構與飛機噴氣式發(fā)動機一致燃氣輪機燃氣輪機是以空氣及燃氣為工質的旋轉式熱力發(fā)動機85、活塞式內燃機按活塞運動方式分往復活塞式內燃機、轉子活塞式內燃機

活塞式內燃機按運動方式分類按行程數分類其他分類方式往復運動式旋轉運動式四行程二行程5、活塞式內燃機按活塞運動方式分活塞式內燃機按運動方式分類按91、按使用的燃料不同分汽油機柴油機三、發(fā)動機的分類（往復活塞式）：1、按使用的燃料不同分汽油機柴油機三、發(fā)動機的分類（往復活103、按冷卻方式不同水冷發(fā)動機風冷發(fā)動機2、按完成一個工作循環(huán)所需行程數四沖程發(fā)動機二沖程發(fā)動機3、按冷卻方式不同水冷發(fā)動機風冷發(fā)動機2、按完成一個工作循環(huán)114、按氣缸數及排列方式單缸發(fā)動機多缸發(fā)動機單列式Ｖ型對置式單列式Ｖ型對置式4、按氣缸數及排列方式單缸發(fā)動機多缸發(fā)動機單列式Ｖ型對置式單125、按進氣狀態(tài)分自然吸氣式發(fā)動機（非增壓式發(fā)動機）強制吸氣式（增壓式發(fā)動機）5、按進氣狀態(tài)分自然吸氣式發(fā)動機（非增壓式發(fā)動機）強制吸氣式13發(fā)動機工作原理和總體構造14第二節(jié)四行程發(fā)動機工作原理一、基本結構第二節(jié)四行程發(fā)動機工作原理一、基本結構15上止點下止點活塞行程(S)曲柄半徑(R)氣缸工作容積(Vh)燃燒室容積()氣缸總容積()二、基本術語壓縮比發(fā)動機排量工作循環(huán)上止點下止點活塞行程(S)曲柄半徑(R)氣缸工作容積161、上止點、下止點活塞頂離曲軸回轉中心最遠處為上止點；活塞頂離曲軸回轉中心最近處為下止點。在上、下止點處，活塞的運動速度為零。1、上止點、下止點172、活塞行程上、下止點間的距離S稱為活塞行程。S2、活塞行程S183、曲柄半徑曲柄與連桿下端的連接中心至曲軸中心的距離R。其中2R。R3、曲柄半徑R194、氣缸工作容積活塞從一個止點運動到另一個止點所掃過的容積。一般用表示。4、氣缸工作容積205、燃燒室容積活塞位于上止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積。一般用表示。5、燃燒室容積216、氣缸總容積活塞位于下止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積。一般用表示。6、氣缸總容積22動態(tài)演示動態(tài)演示237、發(fā)動機排量多缸發(fā)動機各氣缸工作容積的總和。一般用表示?！羒i為氣缸數目7、發(fā)動機排量×ii為氣缸數目248、壓縮比氣缸總容積與燃燒室容積之比稱為壓縮比（壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積之比），用ε表示。汽油機壓縮比一般為8～11。柴油機壓縮比一般為16～22。－氣缸總容積；－氣缸工作容積；

－燃燒室容積；8、壓縮比氣缸總容積與燃燒室容積之比稱為壓縮比（壓縮259、工作循環(huán)對于往復活塞式發(fā)動機，每進行一次能量轉換，均要經過進氣、壓縮、作功、排氣四個過程。這種周而復始的連續(xù)過程，稱為發(fā)動機的一個工作循環(huán)。（在氣缸內進行的，每一次將熱能轉換為機械能的一系列的連續(xù)過程）9、工作循環(huán)對于往復活塞式發(fā)動機，每進行一次能26例題：某汽油機有四個氣缸，氣缸直徑92，活塞沖程92，壓縮比為6。計算其每缸工作容積、燃燒室容積及發(fā)動機排量（容積以升為單位）。例題：271）每缸工作容積：===0.61(L)2）燃燒室容積：∵∴（L）1）每缸工作容積：===0.61(L)2283）發(fā)動機排量：·0.61×4=2.44(L)3）發(fā)動機排量：·0.61×4=2.44(L)29三、四沖程汽油機工作原理1、進氣行程2、壓縮行程3、作功行程4、排氣行程三、四沖程汽油機工作原理1、進氣行程2、壓縮行程3、作30四沖程汽油機的工作原理示意圖四沖程汽油機的工作原理示意圖31汽油發(fā)動機四個行程的圖示1.進氣行程２.壓縮行程３.作功行程4.排氣行程每一行程工作的具體分析如下汽油發(fā)動機四個行程的圖示1.進氣行程２.壓縮行程３.作功行程321、進氣行程排氣門關閉進氣門開啟大氣壓力線PVra示功圖上止點下止點示功圖：表示活塞在不同位置時氣缸內氣體壓力的變化情況。進氣終了時氣缸內壓強為0.074～0.093，溫度上升至353～403K活塞下行1、進氣行程排氣門關閉進氣門開啟大氣壓力線PVra示功圖上止332、壓縮行程進氣門關閉排氣門關閉PVra示功圖大氣壓力線c上止點下止點壓縮終了時氣缸內壓強上升至0.6～1.5，溫度繼續(xù)上升至600～700K。活塞上行2、壓縮行程進氣門關閉排氣門關閉PVra示功圖大氣壓力線c上343、作功行程進氣門關閉排氣門關閉PVra示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點作功中氣缸內最高壓強可達3～5，最高溫度可達2200～2800K；作功終了時氣缸內壓強下降至0.3～0.5，溫度下降至1300～1600K?；钊滦?、作功行程進氣門關閉排氣門關閉PVra示功圖大氣壓力線cZ354、排氣行程進氣門關閉排氣門打開PVr示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點殘余廢氣排氣終了時氣缸內壓強下降至0.102～0.120，溫度下降至900～1200Ka活塞上行4、排氣行程進氣門關閉排氣門打開PVr示功圖大氣壓力線cZb36四、四沖程柴油機工作原理四行程柴油機同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣四個行程。但由于柴油機使用的柴油，粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，且自燃溫度又比汽油低，所以采用的著火方式是壓縮自燃式點火（壓燃）。噴油器噴油泵四、四沖程柴油機工作原理四行程柴油機同樣包括進37進氣行程壓縮行程作功行程排氣行程新鮮空氣四沖程柴油機各行程示意圖開始噴油進氣行程壓縮行程作功行程排氣行程新鮮空氣四沖程柴油機各行程示38分析和比較汽油機、柴油機的工作異同?首先分別看一下汽油機和柴油機的圖示火花塞噴油器分析和比較汽油機、柴油機的工作異同?首先分別看一下汽油機和柴39汽油機、柴油機的工作相同點每個工作循環(huán)曲軸轉兩周;對應每一活塞行程曲軸轉半周;只有作功行程產生動力。汽油機柴油機汽油與空氣缸外混合，進入氣缸可燃混合氣進入氣缸的是純空氣電火花點燃混合氣高溫氣體加熱柴油自行燃燒有點火系統(tǒng)無點火系統(tǒng)汽油機、柴油機的工作不同點汽油機、柴油機的工作相同點每個工作循環(huán)曲軸轉兩周;40五、二沖程發(fā)動機結構特點及工作原理二沖程發(fā)動機：指活塞在上、下止點間往復移動兩個行程（相當于曲軸旋轉360度），完成進氣、壓縮、作功、排氣一個工作循環(huán)的發(fā)動機。1、第一行程（換氣-壓縮行程）2、第二行程（作功-換氣行程）五、二沖程發(fā)動機結構特點及工作原理二沖程發(fā)動機：指活塞在上、41二沖程與四沖程汽油機比較性能二沖程汽油機四沖程汽油機結構簡單復雜燃油消耗高低升功率大小制造維修成本低高比質量小大起動性好差使用壽命短長排放大小二沖程與四沖程汽油機比較二沖程汽油機四沖程汽油機結構簡單復雜42六、爆燃和表面點火1、壓縮比對發(fā)動機工作的影響：⑴壓縮比適當增加，可燃混合氣溫度增加，壓力增加，燃燒速度快，發(fā)動機功率增加，經濟性好；⑵壓縮比如果過大，反而會出現爆燃和表面點火等不正常燃燒現象，發(fā)動機過熱，功率下降。⑶壓縮比過小，壓縮終了時氣體的壓力和溫度越低，燃燒速度緩慢，發(fā)動機功率降低，燃油消耗率增加。六、爆燃和表面點火1、壓縮比對發(fā)動機工作的影響：432、爆燃由于壓縮比過高導致壓縮終了時氣體壓力和溫度過高，在火花塞點火之后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現象，稱為爆燃。

2、爆燃44爆燃時，火焰以極高的速率傳播，溫度和壓力急劇升高，形成壓力波，以聲速推進，當這種壓力波撞擊燃燒室壁時就發(fā)出尖銳的敲缸聲。同時還會引起發(fā)動機過熱、功率下降、燃油消耗率增加等一系列不良后果，嚴重爆燃時甚至造成排氣門燒廢、軸瓦破裂、活塞頂熔穿、火花塞絕緣體被擊穿等機件損壞現象。爆燃現象：爆燃時，火焰以極高的速率傳播，溫度和壓力453、表面點火在火花塞點火之前，由于燃燒室內灼熱表面（如排氣門頭部、火花塞電極處、積碳處）點燃可燃混合氣而產生的另一種不正常燃燒現象，稱為表面點火。3、表面點火464、汽油機壓縮比的選擇應在避免引起爆燃和表面點火的前提下盡可能提高壓縮比，以提高發(fā)動機功率，改善燃油經濟性。表面點火現象：表面點火發(fā)生時，也伴有強烈的敲缸聲（較沉悶），產生的高壓會使發(fā)動機機件機械負荷增加，壽命降低。4、汽油機壓縮比的選擇表面點火現象：47第三節(jié)發(fā)動機總體構造兩大機構曲柄連桿機構配氣機構五大系統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)點火系統(tǒng)起動系統(tǒng)機體組＋以汽油機為例包括：第三節(jié)發(fā)動機總體構造兩大機構曲柄連桿機構配氣機構五大系統(tǒng)48汽油機結構示意圖汽油機結構示意圖49曲柄連桿機構曲柄連桿機構50配氣機構發(fā)動機工作原理和總體構造51燃料供給系統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)52潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)53冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)54點火系統(tǒng)發(fā)動機工作原理和總體構造55起動系統(tǒng)的起動機起動系統(tǒng)的56第四節(jié)發(fā)動機的主要性能指標與特性一、動力性指標1、有效轉矩：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的轉矩稱為發(fā)動機的有效轉矩，用表示。2、有效功率：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的功率稱為發(fā)動機的有效功率，用表示。

式中：－有效轉矩，單位為N·m；

n－曲軸轉速，單位為二者關系3、轉速：指發(fā)動機曲軸每分鐘的轉數，單位為。第四節(jié)發(fā)動機的主要性能指標與特性一、動力性指標157二、經濟性指標燃油消耗率：指發(fā)動機每發(fā)出1有效功率，在1小時內所消耗的燃油質量，稱為為燃油消耗率，用表示，單位為（·h）。三、運轉性能指標1、排氣品質有害物質主要有氮氧化合物（）、碳氫化合物（）、一氧化碳（）等以及排氣顆粒。2、噪聲3、起動性能二、經濟性指標燃油消耗率：指發(fā)動機每發(fā)出1有效功率58四、發(fā)動機的速度特性指發(fā)動機的功率、轉矩和燃油消耗率三者隨曲軸轉速變化的規(guī)律。用曲線表示，稱為速度特性曲線。節(jié)氣門（燃料供給調節(jié)機構）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特性。發(fā)動機的外特性代表了發(fā)動機所具有的最高動力性能。四、發(fā)動機的速度特性指發(fā)動機的功率、轉矩和燃油消耗59汽油發(fā)動機外特性曲線汽油發(fā)動機外特性曲線60四、發(fā)動機的工況與負荷1、工況（指發(fā)動機的工作狀況）：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。2、發(fā)動機在某一轉速下的負荷：是當時發(fā)動機發(fā)出的功率與同一轉速下所可能發(fā)出的最大功率之比，以百分數表示。

·105045322720200035004800ⅠⅡⅢabcde分析右圖發(fā)動機的負荷四、發(fā)動機的工況與負荷1