汽車發(fā)動機構(gòu)造與檢修（第5版）課件 Ch1 發(fā)動機的基礎(chǔ)知識

第1章發(fā)動機的基礎(chǔ)知識湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民學(xué)習(xí)目標熟悉發(fā)動機類型、總體結(jié)構(gòu)及基本原理、基本術(shù)語；了解工程熱力學(xué)基礎(chǔ)、發(fā)動機熱力循環(huán)和性能指標、產(chǎn)品型號，影響發(fā)動機工作性能的主要因素；掌握汽車發(fā)動機型號編制規(guī)則、發(fā)動機工作原理。初步掌握汽車發(fā)動機修理預(yù)備知識第1章發(fā)動機的基礎(chǔ)知識湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民1.1發(fā)動機的總體構(gòu)造及基本原理1.1.1發(fā)動機的分類能量轉(zhuǎn)換、由多機構(gòu)、多系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜機器。二、發(fā)動機的分類一、發(fā)動機的定義按其結(jié)構(gòu)特征不同可分為：汽油、柴油及多燃料發(fā)動機；點燃式與壓燃式發(fā)動機；化油器式與噴射式發(fā)動機；單缸與多缸發(fā)動機；水冷式與風(fēng)冷式發(fā)動機；四沖程與二沖程發(fā)動機；雙氣門與多氣門發(fā)動機；頂置式氣門與側(cè)置式氣門發(fā)動機；單排直列與V形排列式發(fā)動機。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民按燃料燃燒位置分內(nèi)燃式發(fā)動機外燃式發(fā)動機按燃燒類型分間歇燃燒式發(fā)動機連續(xù)燃燒式發(fā)動機按內(nèi)部運動類型分往復(fù)活塞式發(fā)動機轉(zhuǎn)子式發(fā)動機湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民按使用燃料分汽油機柴油機按工作循環(huán)分二沖程機四沖程機按冷卻方式分水冷式發(fā)動機風(fēng)冷式發(fā)動機湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民按氣門配置位置分氣門頂置式氣門側(cè)置式按氣缸排列方式分直列式氣缸V形按氣缸數(shù)量分單缸機多缸機湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民1.1.2發(fā)動機的總體構(gòu)造內(nèi)燃機種類繁多，結(jié)構(gòu)形式、具體構(gòu)造多種多樣，但其基本工作原理一致，為完成熱功轉(zhuǎn)換所需的總體功能、基本結(jié)構(gòu)則大同小異。汽油機由機體、曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃油供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、起動系統(tǒng)等部分組成。柴油機則包括機體、曲柄連桿、配氣、燃油供給、冷卻、潤滑、起動等機構(gòu)系統(tǒng)。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民1.1.3發(fā)動機的基本術(shù)語動態(tài)演示

湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民1．工作循環(huán)往復(fù)活塞式發(fā)動機的工作循環(huán)是由進氣、壓縮、作功和排氣等組成的封閉過程。周而復(fù)始地進行這些過程，發(fā)動機才能持續(xù)地作功。2．上、下止點活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠處為上止點；活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處為下止點。在上、下止點處，活塞的運動速度為零。1.1.3發(fā)動機的基本術(shù)語湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民3．活塞行程上、下止點間的距離S稱為活塞行程。曲軸的回轉(zhuǎn)半徑R稱為曲柄半徑。顯然，曲軸每回轉(zhuǎn)一周，活塞移動兩個活塞行程。對于氣缸中心線通過曲軸回轉(zhuǎn)中心的發(fā)動機，其S＝2R。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民4．氣缸工作容積活塞從一止點至另一止點所掃過的容積（單位為L或升），如下圖所示。5．發(fā)動機排量內(nèi)燃機所有氣缸工作容積的總和稱為內(nèi)燃機排量。發(fā)動機排量＝氣缸工作容積×汽缸數(shù)湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民6．燃燒室容積活塞位于上止點時，活塞頂面以上氣缸蓋底面以下所形成的空間稱為燃燒室，其容積稱為燃燒室容積，也叫壓縮容積。7．氣缸總?cè)莘e氣氣缸總?cè)莘e＝缸工作容積+燃燒室容積。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民8．壓縮比壓縮比＝氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比。壓縮比表示缸內(nèi)氣體被壓縮的程度，或缸內(nèi)燃氣膨脹的倍數(shù)。柴

高（

=16~22），汽

低（

=6~9，轎車

=9~11）?！鶋嚎s比≠氣缸壓力湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民9．工況發(fā)動機在某一時刻的運行狀況簡稱工況，以該時刻發(fā)動機輸出的有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速表示。曲軸轉(zhuǎn)速即為發(fā)動機轉(zhuǎn)速。10．負荷率發(fā)動機在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值稱為負荷率，以百分數(shù)表示。負荷率通常簡稱負荷。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民1.1.4單缸四沖程發(fā)動機的工作原理1、進氣沖程2、壓縮沖程3、作功沖程4、排氣沖程動畫演示湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民1.1.4單缸四沖程發(fā)動機的工作原理四沖程往復(fù)活塞式發(fā)動機，在四個活塞行程（曲軸轉(zhuǎn)兩圈——720°）內(nèi)完成進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程；即在一個活塞行程內(nèi)只進行一個過程。1、進氣沖程此時，排氣門關(guān)，進氣打開，曲軸旋轉(zhuǎn)，帶動活塞向下止點運動，產(chǎn)生吸力，將空氣和汽油吸入氣缸，并在氣缸內(nèi)進一步形成可燃混合氣。活塞運動示功圖進氣終了，缸內(nèi)：P=0.074～0.093Mpa，T=353～403K湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民2、壓縮沖程進氣沖程結(jié)束后，進、排氣門均關(guān)閉；曲軸繼續(xù)帶動活塞由下止點向上止點運動，容積逐漸減小，可燃混合氣壓縮，壓力溫度逐漸升高?；钊\動示功圖壓縮終了，缸內(nèi)：P=0.6～1.5Mpa，T=600～700K。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民3、做功沖程活塞運行到上止點，進、排氣門仍然關(guān)閉；點火裝置產(chǎn)生電火花，點燃混合氣。缸內(nèi)溫度、壓力驟然升高，燃燒膨脹后的氣體，推動活塞通過連桿帶動曲軸旋轉(zhuǎn)作功?；钊\動示功圖作功時缸內(nèi)：Pmax=3～5Mpa，Tmax=2200～2800K；作功終了時缸內(nèi)：P=0.3～0.5Mpa，T=1300～1600K。

湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民4、排氣沖程此時，排氣門打開，進氣關(guān)閉，曲軸旋轉(zhuǎn)，帶動活塞向上止點運動，廢氣從排氣門排出氣缸外，至上止點排氣門關(guān)閉。示功圖活塞運動排氣終了，缸內(nèi)：P=0.102～0.120Mpa，T=900～1200K

湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民曲軸轉(zhuǎn)角（°）沖程活塞運動氣門狀態(tài)氣缸內(nèi)壓力、溫度進氣門排氣門壓力（MPa）溫度（K）0~180進氣向下開啟關(guān)閉進氣結(jié)束：0.08~0.90（0.80~0.95）進氣結(jié)束：370~440（320~350）

180~360壓縮向上關(guān)閉關(guān)閉壓縮結(jié)束：0.6~1.5（3~5）

壓縮結(jié)束：600~700（800~1000）360~540做功向下關(guān)閉關(guān)閉最大壓力：3~5（5~10）做功結(jié)束：0.3~0.5（0.2~0.4）

最高溫度：2000~2800（1800~2200）做功結(jié)束：1300~1600（1200~1500）

540~720排氣向上關(guān)閉開啟排氣結(jié)束：0.11~0.115（0.11~0.115）

排氣結(jié)束：900~1200（800~1000）

表1.1單缸四沖程汽油機的工作過程注：括號內(nèi)的數(shù)字表示柴油機對應(yīng)沖程的壓力與溫度。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民2．單缸四沖程柴油機的工作過程與汽油機比，柴油機每一工作循環(huán)也經(jīng)歷進、壓、功、排。但柴油密度、粘性大，難蒸發(fā)，自燃點低，混合氣形成方式、著火方式不同。混氣形成在壓縮上止點前某時刻、缸內(nèi)邊噴、邊混、邊燒，噴、混、燒沒明顯界限。結(jié)構(gòu)、工作過程圖1.7所示。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民吸入純空氣壓縮終了，溫800~1000K，壓力3~5MPa。近上止點，噴油，燃燒，溫、壓：1800~2200K，5~10MPa。排氣結(jié)束溫度800~1000K，壓力0.105~0.125MPa。單缸四沖程柴油機工作時，曲軸轉(zhuǎn)角、活塞運動、氣門狀態(tài)、氣缸內(nèi)的溫度與壓力等情況，如表1.1所示（括號內(nèi)）。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民3．歸納：單缸四沖程發(fā)動機的工作特點（1）四沖程機一工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)720°，每沖程轉(zhuǎn)180°，進氣沖程進氣門開，排氣沖程排氣門開，其余沖程進、排氣門均關(guān)。（2）第一個循環(huán)，須外力使曲軸旋轉(zhuǎn)完成進、壓、做功沖程后，靠曲軸、飛輪儲能便可自行完成以后沖程，此后發(fā)動機即自行運轉(zhuǎn)。（3）若能進氣足、排氣凈，即可增大發(fā)動機輸出功率。（4）單缸四沖程機只做功沖程產(chǎn)生動力，其他三沖程消耗動力，但不可或缺。因此，單缸發(fā)動機工作不平穩(wěn)，為此一般單缸機大質(zhì)量、大尺寸的飛輪。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民多缸機，曲軸每轉(zhuǎn)兩圈，所有氣缸均完成一次熱功轉(zhuǎn)換，即一個工作循環(huán)，且各缸嚴格按進、壓、功、排次序不斷循環(huán)。多缸發(fā)動機的工作順序與曲軸的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)，第2章。適當(dāng)?shù)那S結(jié)構(gòu)，可使各缸做功間隔角（θ=720°/i）均勻，做功順序交錯，保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。如四缸機θ=180°；八缸機θ=90°，缸數(shù)越多，θ越小，工作越平穩(wěn)。但結(jié)構(gòu)越復(fù)雜?，F(xiàn)代汽車用得最多的是四缸、六缸和八缸發(fā)動機。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民4．柴油機與汽油機的比較（1）汽油機混合氣在缸外（內(nèi)），進氣時完成，先混后燃；柴油機混氣在缸內(nèi)進行，且邊噴、邊混、邊燒，沒有明顯界限。因此，汽、柴油機燃料系結(jié)構(gòu)原理完全不同。（2）汽油機靠強制點火燃燒做功，柴油機利用高溫高壓氣體使柴油自行著火，柴油機無點火系。（3）柴油機壓縮比高，平均耗油率低，燃料經(jīng)濟性好，尾氣排放污染??；但柴油機轉(zhuǎn)速低、質(zhì)量大、制造、維修費用高，多用做大型汽車動力。（4）汽油機轉(zhuǎn)速高、質(zhì)量、噪聲小、易起動、工作平穩(wěn)、操作省力、適應(yīng)性好、制造和維修費用低，轎車和中、小、微型汽車廣泛應(yīng)用。柴油機的輕量、高速化，正向中、小、輕型、轎車擴展。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民1.1.5單缸二沖程發(fā)動機的工作過程一．單缸二沖程汽油機的工作過程二沖程汽油機的工作循環(huán)是在兩個活塞行程即曲軸旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)完成的。在二沖程汽油機中，常把排氣、進氣過程合稱為換氣過程。即燃燒后廢氣是從氣缸內(nèi)被新氣掃除并取代的過程。與四沖程汽油機的不同之處主要是換氣過程。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民1．第一行程活塞由下止點向上止點運動。當(dāng)活塞還處在下止點時，進氣孔被關(guān)閉，排氣孔、換氣孔開啟。曲軸箱的可燃混合氣經(jīng)換氣孔進入氣缸，掃除缸廢氣?；钊^續(xù)上行，活塞頭部首先關(guān)閉換氣孔，換氣終止。但排氣孔尚未關(guān)閉，部分廢氣和可燃混合氣經(jīng)排氣孔繼續(xù)排出，稱為后期排氣。當(dāng)活塞關(guān)閉排氣孔后，缸內(nèi)可燃混合氣被壓縮。至上止點，壓縮過程結(jié)束。活塞下方，打開進氣孔，空氣、汽油被吸入曲軸箱，形成可燃混合氣。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民2．第二行程活塞由上止點向下止點運動。壓縮終了時，火花塞產(chǎn)生電火花，點燃缸內(nèi)可燃混合氣。燃燒氣體膨脹作功。此時排氣孔和掃氣孔均被活塞關(guān)閉，惟有進氣孔仍然開啟?？諝夂推徒?jīng)進氣孔繼續(xù)流入曲軸箱，至活塞關(guān)閉進氣孔。隨著活塞繼續(xù)向下止點運動，曲軸箱內(nèi)的混合氣被預(yù)壓縮。此后，活塞頭部先將排氣孔開啟，膨脹后的氣體已成廢氣，經(jīng)排氣孔排出。至作功過程結(jié)束，開始先期排氣。隨后活塞又將掃氣孔開啟，經(jīng)過預(yù)壓縮的可燃混合氣從曲軸箱經(jīng)掃氣孔進入氣缸，掃除其中的廢氣，開始掃氣過程，至下一個活塞行程中掃氣孔被關(guān)閉時為止。由上知：第一沖程塞頂上方換氣、壓縮，塞下方進氣；第二沖程，塞上方做功、換氣，塞下方預(yù)壓。換氣跨越兩個沖程。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民二、二沖程柴油機工作原理湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民1．第一行程活塞上行當(dāng)活塞還處下止點時，進氣孔和排氣門均已開啟。換氣泵將增壓（0.12~0.14MPa）后的純凈空氣，經(jīng)空氣室、進氣孔送入氣缸，掃除缸內(nèi)廢氣。當(dāng)活塞將進氣孔關(guān)閉的同時，排氣門也關(guān)閉，進入氣缸內(nèi)的空氣開始被壓縮?；钊\動至上止點，壓縮過程結(jié)束。2．第二行程活塞下行當(dāng)壓縮接近終了時，高壓柴油經(jīng)噴油器噴入氣缸，并自行著火燃燒。高溫高壓的燃燒氣體推動活塞作功。當(dāng)活塞下移2/3行程時，排氣門開啟，廢氣經(jīng)排氣門排出?；钊^續(xù)下移，進氣孔開啟，來自掃氣泵的空氣經(jīng)進氣孔進入氣缸進行掃氣。掃氣過程將持續(xù)到活塞上移時將進氣孔關(guān)閉為止。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民二沖程機的特點：①沒有氣門或只有排氣門，省去或簡化配氣機構(gòu)，重量輕、成本低。②做功次數(shù)是四沖程發(fā)動機的兩倍，同Vc、ε、n情況下，二沖程機的功率是四沖機的二倍，實際因竄氣損失，膨脹不充分，實為1.5~1.6倍。③

n相同，二沖程機做功次數(shù)比四沖程機多一倍，運轉(zhuǎn)更平穩(wěn)。④二沖程汽油機換氣過程中帶走部分混合氣，經(jīng)濟性差，污染嚴重；但結(jié)構(gòu)簡單重量輕，多用于小排量、需移動機具上。二沖程柴油機的換氣過程沒有燃料損失，多用于對動力機要求功率大、重量輕的輪船上。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民1.2發(fā)動機性能指標發(fā)動機的性能指標可分為四大類：指示性能指標、有效性能指標、環(huán)境性能指標和其它性能指標。具體表現(xiàn)發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、運轉(zhuǎn)性和耐久可靠性指標等。P-V圖曲線包容的面積表示工質(zhì)完成一個實際循環(huán)所做的有用功。P-圖稱為展開示功圖。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民一、指示性能指標評定發(fā)動機實際循環(huán)情況優(yōu)劣的指標。（一）指示功Wi和平均指示壓力Pi1、指示功Wi一個實際循環(huán)工質(zhì)對活塞所做的有用功，（KJ）。Wi

＝示功圖baczb所圍面積2、平均指示壓力Pi

循環(huán)指示功Wi與氣缸工作容積Vh之比。（KPa）

Pi的一般范圍：汽油機0.8-1.5MPa；柴油機0.7-1.1MPa；增壓柴油機1-2.5MPa。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民（二）指示功率NiNi——發(fā)動機單位時間內(nèi)所做的指示功。KWPi—平均壓力（KPa）；Vh—單缸工作容積（L）；i—缸數(shù)；n—轉(zhuǎn)速（r/min）。τ—沖程數(shù)為。（三）指示燃油消耗率gigi—指單位指示功所消耗的燃油量。（g/KW·h）gi的大致范圍：柴油機為170g/（KW·h）~200g/（KW·h）；汽油機為230g/（KW·h）~340g/（KW·h）。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民∵Q1≠0，∴ηi<1

i的大致范圍：汽:

i=0.2~0.4，柴：

i=0.4~0.5（四）指示熱效率ηiηi—發(fā)動機實際循環(huán)指示功與所消耗燃料熱量之比。二、有效性能指標Pe、Me、ge。以曲軸輸出的凈功率建立的指標，綜合反映發(fā)動機工況，是描述、比較、檢測發(fā)動機性能的重要參數(shù)。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民（一）有效功率Pe

由曲軸輸出功率。測功機實測而得。（二）轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度Cm

Cm增大，活塞組熱負荷和曲連機構(gòu)慣性力均增大，磨損加劇，壽命下降，Cm—發(fā)動機強化程度的參數(shù)。一般汽油機不超過18m/s；柴油機不超過13m/s。n、Cm、S/D值的大致范圍機型n（r/min）Cm（m/s）S/D小客車汽油機5000~800012~180.7~1.0載貨車汽油機3600~45001~-150.8~1.2汽車汽油機2000~50009~150.7~1.2增壓柴油機1500~40008~120.9~1.3※

S—活塞行程；D—氣缸直徑湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民（三）有效轉(zhuǎn)矩Me。曲軸飛輪對外旋轉(zhuǎn)作功的力矩。Me由試驗測得，Me、Pe、n三者關(guān)系：（四）平均有效壓力PePe—發(fā)動機單位氣缸工作容積輸出的有效功，（KPa）KW或KPaPe的大致范圍：汽油機0.7MPa~1.3MPa；柴油機0.6MPa~1.0MPa；增壓柴油機0.9MPa~2.2MPa湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民作用：比較不同排量發(fā)動機的動力性。4、有效燃油消耗率ge。單位有效功的燃油消耗量：大致，汽：ge=270~410g/kW·h，柴：ge=215~285g/kW·h。三、經(jīng)濟性指標（一）有效熱效率ηeηe—循環(huán)有效功與所消耗燃料的熱量之比。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民（三）標定性能指標標于銘牌、說明書上的性能參數(shù)。Pe、Me，ge。GB規(guī)定：標定Pe時，常給出兩種或以上Pe，如15min、1h、12h及24h功率等。GB規(guī)定，標定Pe、Me，應(yīng)注明相應(yīng)轉(zhuǎn)速。三、充氣系數(shù)

V

V恒小于1。不同發(fā)動機的

V差別較大。汽：

V=0.7~0.85，柴：

V=0.75~0.90。提高

V的措施設(shè)計上：合理氣道結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、進排氣歧管配置、適宜的配氣相位及采多氣門結(jié)構(gòu)使用上：定期清洗空濾器、檢調(diào)配氣相。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民四、強化指標強化指標是指發(fā)動機承受熱負荷和機械負荷能力的評價指標，一般包括升功率和強化系數(shù)等。1．升功率標定工況下，單位發(fā)動機排量輸出的有效功率稱為升功率。升功率大，表明每升氣缸工作容積發(fā)出的有效功率大，發(fā)動機的熱負荷和機械負荷都高。2．強化系數(shù)平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強化系數(shù)?；钊骄俣仁侵赴l(fā)動機在標定轉(zhuǎn)速下工作時，活塞往復(fù)運動速度的平均值。湖南生物機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院扶愛民五、緊湊性指標是表征發(fā)動機總體結(jié)構(gòu)緊湊程度指標，常用比容積和比質(zhì)量衡量。1．比容積發(fā)動機外廓體積與其標定功率的比值稱為比容積。2．比質(zhì)量發(fā)動機的干質(zhì)量與其標定功率的比值稱為比質(zhì)量。干質(zhì)量是指未加注燃油、機油和