发动机-上.ppt
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1、汽 车 汽 车 构 造 西安交通大学能动学院汽车系 (内燃机研究所) Date1 汽 车 发动机工作原理和总体构造 基本概念 发动机总体构造 四冲程发动机工作原理和总体构 造 发动机的分类 Date2 汽 车 发动机概述 发动机是汽车 最主要的总成 之一,动力的 来源。被称为 汽车的“心脏” 。 外燃机如蒸汽机是将燃料在 机器外部的锅炉里燃烧,将 锅炉里的水加热产生的高温 高压水蒸气输送到机器内部 ,使所含热能转化为机械能 的一种热机。 Date3 汽 车 基本术语 上止点 下止点 活塞行程(S) 曲柄半径(R) 气缸工作容 积(V h ) 发动机排量 (VL) 燃烧室容积 (Vc ) 气缸总
2、容积 (Va ) 压缩比() 工作循环 VL= V h I = Va / Vc Vh= D2S 10-6/4 (L) D气缸直径mm S活塞行程mm Date4 汽 车 压缩比 定义:压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积 之比称为压缩比。用表示。 = Va/Vc 压缩比过大的不良后果 现代化油器式发动机压缩比一般为6 9(轿车有的达911)。上海桑塔纳轿车汽 油机压缩比为8.2。 Date5 汽 车 压缩比过大的不良后果 名称成因现现象后果 爆燃 由于气体压压力和温 度过过高,在燃烧烧室 内离点燃中心较远较远 处处的末端可燃混合 气自燃而造成的一 种不正常燃烧烧。 火焰以极高的速率向
3、外传传播,形成压压力 波,以声速向前推进进 。当压压力波撞击击燃 烧烧室壁时时就发发出尖 锐锐的敲缸声。 还还会引起发动发动 机过热过热 ,功 率下降,燃油消耗量增加 等一系列不良后果。严严重 爆燃时时甚至造成气门烧门烧 毁 、轴轴瓦破裂,火花塞绝缘绝缘 体击击穿等。 表面 点火 由于燃烧烧室内炽热炽热 表面与炽热处炽热处 (如排 气门头门头 ,火花塞电电 极,积积炭处处)点燃混 合气产产生的另一种 不正常燃烧烧。 伴有强烈的较较沉闷闷 敲击击声。 产产生的高压压会使发动发动 机机 件负负荷增加,寿命降低。 返回 Date6 汽 车 发动机总体构造 机体及曲柄连杆 机构 配气机构 燃油供给系
4、点火系(汽油机 ) 冷却系 润滑系 起动系 Date7 汽 车 发动机的总体构造 两大机构 曲柄连连杆机构 配气机构 五大系统统 供给给系 点火系 冷却系 润润滑系 起动动系 Date8 汽 车 四冲程发动机的简单工作原理 1.4.1 四冲程汽油机的工作 原理 1、进气行程 2、压缩行程 3、作功行程 4、排气行程 单缸四冲程汽油机的工作过程 Date9 汽 车 进气行程 示功图:表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的 变化情况。 排气门关闭 进气门开启 活塞 温度370440 K, 压 力7590 kPa 大气压力线 P V r a 示功图 上止点 下止点 p Date10 汽 车 压缩行程
5、进气门关闭 排气门关闭 活塞 压缩比: =Va/Vc P V r a 示功图 大气压力线 c 上止点 下止点 温度600800K, 压力6001500 kPa Date11 汽 车 作功行程 进气门关闭 排气门关闭 活塞 P V r a 示功图 大气压力线 c Z b 上止点 下止点 瞬时最高:温度 22002800 K, 压力 35MPa 作功终了:温度 15001700 K, 压 力300500 kPa 做功行程 Date12 汽 车 排气行程 进气门关闭 排气门打开 活塞 P V r 示功图 大气压力线 c Z b 上止点 下止点 温度9001200 K 压力 105125 kPa 残余
6、废气 排气行程 Date13 汽 车 四冲程发动机工作状态 状态 行程 温度(K)压力 进气行程3704407590 kPa 压缩行程6008006001500 kPa 作功行程 22002800(瞬时最高) 15001700(作功终了) 35MPa (瞬时最高) 300500 kPa (作功终了 ) 排气行程9001200105125 kPa Date14 汽 车 1.4.2 四冲程柴油机的工作原理 喷油器 喷油泵 吸气行程压缩行程作功行程排气行程 进气门 排气门 纯空气 温度300370K压 力800900 kPa 温度8001000K压 力35 MPa 瞬时:温度18002200K压 力
7、510 MPa 温度8001000K 压力105400 kPa 终了:温8001000K 压力105400 kPa Date15 汽 车 柴油机工作时各行程状态参数 状态态 行程 温度(K)柴油机工作 时时各行程状态态参数 压压力 进进气行程320350800900 kPa 压缩压缩 行程800100035MPa 作功行程 22002800(瞬时时最高) 15001700(作功终终了) 510MPa (瞬时时最高) 300500 kPa (作功终终了) 排气行程8001000105125 kPa Date16 汽 车 二冲程发动机的工作原理 二冲程发动机 二冲程汽油发动机工作原理 二冲程柴油发
8、动机工作原理 Date17 汽 车 二冲程汽油机工作原理 压缩混合气 进气 点火燃烧 排气 扫气孔进气孔 排气孔 火花塞 1、结构 Date18 汽 车 二冲程柴油机工作原理 换气燃烧 排气 压缩 喷油器 空 气 扫气泵 废 气 排气门 Date19 汽 车 Date20 汽 车 1.理论上它的功率应等于四 冲程发动机的二倍。 2.由于作功频率较大,二冲 程发动机的运转比较均匀 平稳。 3.构造简单,质量较小。 4.易受磨损和经常需要修理 的运动部件数量较少。 二冲程发动机与四 冲程发动机相比, 有何优点? Date21 汽 车 1.4.3 发动机的分类 车用内燃机 水冷发动机 风冷发动机 车
9、用内燃机 车用内燃机 车用内燃机 四冲程发动机 二冲程发动机 汽油发动机 柴油发动机 单缸发动机 多缸发动机 车用内燃机 单列式发动机 双列式发动机 Date22 汽 车 连杆飞轮曲轴活塞 进气门排气门推杆挺柱 正时齿轮 配气机构 曲柄连杆机 构 Date23 汽 车 摇臂 凸轮轴 Date24 汽 车 桑塔纳发动机结构示意图 Date25 汽 车 桑塔纳发动机冷却系示意图 Date26 汽 车 桑塔纳发动机润滑系示意图 Date27 汽 车 曲柄连杆机构 Date28 汽 车 概述 一、功用 将燃料燃烧时产生的热能转变 为活塞往复运动的机械能,再通过 连杆将活塞的往复运动变为曲轴的 旋转运动
10、而对外输出动力。 Date29 汽 车 二、工作条件 承受机械载荷: 1、气体压力、往复惯性力、离心力、摩擦力 2、汽车行驶中产生的冲击力。 以上各种力,使曲柄连杆机 构和机体的各零件承受了不同形 式的载荷,为保证工作可靠,需 要采取相应结构措施。 三、组成 1、机体组 2、活塞连杆组 3、曲轴飞轮组 Date30 汽 车 2.2 机体组 机体组组成: 曲轴箱 气缸体 气缸垫 气缸盖 气缸 油道和水道 油底壳 Date31 汽 车 一、气缸体 1、气缸体:水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体, 称为气缸体曲轴箱。 气缸体的工作特点:高温高压、高速运动摩擦 气缸体的结构特点:足够的强度和刚度,
11、高精度内表面 一汽奥迪100汽车发动机气缸体 气缸体 曲轴箱 Date32 汽 车 2、分类 (1)按气缸体与油 底壳安装平面位置 不同分为 名称性能应用 一般式( 平分式) 机体高度小、重量 轻轻、结结构紧紧凑, 便于加工拆卸。刚刚 度和强度差。 492Q汽油 机,90系 列柴油机 。 龙门龙门 式 强度和刚刚度较较好 。工艺艺性差、结结 构笨重、加工困难难 。 捷达轿车轿车 、富康轿轿 车车、桑塔 纳轿车纳轿车 隧道式 结结构紧紧凑、刚刚度 和强度好。难难加工 、工艺艺性差、曲 轴轴拆卸不方便。 负负荷较较大 的柴油机 上 。 油底壳安装平 面和曲轴旋转 中心在同一高 度。 油底壳安装平
12、面低于曲轴的 旋转中心。 气缸体上曲轴 的主轴承孔为 整体式。 Date33 汽 车 (2)根据冷却方式不同 散热片 风冷气缸体和气缸盖 1、水冷 2、风冷 Date34 汽 车 (3)根据气缸的排列方式 结构简单、加工 容易,但发动机 长度和高度较大 。 缩短了机体的长度和高度, 增加了刚度,减轻了发动机 的重量;形状复杂,加工困 难。六缸以上发动机使用 Date35 汽 车 高度小,总体布置 方便。轿车中应用 不多 对置气缸式发动机 Date36 汽 车 (4)整体式气缸体和镶嵌式气缸体 a、整体式气缸体:气缸直接镗在气缸体上。 b、镶嵌式气缸体:气缸套镶嵌到气缸体内的 气缸。 类型构造性
13、能及应用 整体式 气缸直接镗镗在气缸 体上 强度和刚刚度好,能 承受大负负荷。成本 高。 镶镶嵌式 用耐磨优质优质 材料制 成气缸套,再装到 一般材料制成的气 缸体内。 降低了制造成本, 便于修理和更换换气 缸套,延长长了气缸 体的使用寿命。 Date37 汽 车 (5)干缸套和湿缸套 名称特点示意图图 干缸套 外壁不直接与冷却 水接触。壁厚 13mm。 湿缸套 外壁直接与冷却水 接触。壁厚 59mm。 强度和刚 度都较好 ,加工复 杂,拆装 不便,散 热不良。 散热良好、冷 却均匀、加工 容易。 强度和 刚度不如干缸 套,易漏水。 Date38 汽 车 二、曲轴箱 1、概念: 曲轴箱:气缸体
14、下部用来安装曲轴的部 分。 2、结构: 上轴箱 :与气缸体铸成一体 下轴箱 :贮存润滑油(油底壳) 3、材料: 薄钢板冲压(下曲轴箱) Date39 汽 车 三、气缸盖 功用:密封气缸的上部,与活塞、气缸等共同构成燃烧室 。 材料:灰铸铁或合金铸铁,铝合金。 工作条件:由于接触温度很高的燃气,所以承受的热负荷 很大。 上置式凸轮轴 导热性好、利于提高压 缩比,适用与高速高强 化汽油机 Date40 汽 车 气缸垫 气缸盖 气缸盖罩 衬垫 安装火花塞 Date41 汽 车 四、燃烧室 名称 特点示意图图应应用 半球形 结结构紧紧凑、火焰行 程段、燃烧烧速率高 、热损热损 失小、热热效 率高 桑塔
15、纳纳 夏利 富康 楔形 结结构简单简单 、紧紧凑 、散热热面积积小、热热 损损失少;火花塞置 于燃烧烧室最高处处, 火焰传传播距离长长 切诺诺基 盆形 工艺艺性好、成本低 、进进排气效果不如 半球形燃烧烧室 捷达 奥迪 Date42 汽 车 五、气缸垫 1、功用:安装在气缸盖和气缸体之间,保 证气缸盖与气缸体接触面的密封,防止漏气 、漏水和漏油。 2、材料:有弹性、耐热性、耐压性 3、安装时注意方向 Date43 汽 车 2.3 活塞连杆组 气环 油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖 Date44 汽 车 (一)活塞 1、功用:承受气体压力,并通过活塞销和连 杆驱使曲轴旋转。
16、2、工作环境:高温、散热条件差;顶部工作 温度高达600700K,且分布不均匀;高速, 线速度达到10m/s,承受很大的惯性力。活塞 顶部承受最高可达3 5MPa(汽油机)的压力 。 3、材料: 铝合金:质量小 导热性好;灰铸铁 活塞应应具备备 的特点 A 刚刚度和强度应应足够够大,传传力可靠。 B 导热导热 性能好,耐高压压、高温、磨损损 C 质质量较较小,尽可能减少往复惯惯性力 Date45 汽 车 3、结构 (1)活塞顶部 功用:是燃烧室的组成部分,主要作用承受气体 压力。 Date46 汽 车 活塞顶分类 形状示意图图 平顶顶 凸顶顶 凹顶顶 结构简单、制造容 易、受热面积小、 应力分
17、布较均匀, 多用在汽油机上。 凸起呈球状、顶部 强度高,起导向作 用、有利于改善换 气过程。 凹坑的形状、位置必 须有利于可燃混合气 的燃烧;提高压缩比 ,防止碰气门。 Date47 汽 车 (2)活塞头部 位置:第一道活塞槽与活塞销孔之间的部 分。 气环槽 油环槽 工作条件最 恶劣,应离 顶部远些。 1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸、 2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内, 3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。 作用: 活塞销孔 Date48 汽 车 (3)活塞裙部 位置:从油环槽下端面起至活塞最下端的部分,包 括销座孔。 作用:对活塞在气缸内的往复运动起导向作用,并 承受侧压力,防治破
18、坏油膜。 Date49 汽 车 裙部表面的保护 1)镀锡 油膜破坏时,起润滑作用;又可加速磨合作 用。 2)涂石墨(柴油机) 易脆断可加速磨合,自润滑。 3)表面粗糙化 有规律的粗糙化,可加速磨合,沟谷可存机 油润滑。 Date50 汽 车 (4)活塞形状 -工作时,活塞受热膨胀,由于销座方向 的金属材料较多,所以膨胀量较大。所以 在生产时先将活塞制成椭圆形,短轴在销 座轴方向。 -上小下大的圆锥形形状。 销座方向 裙部受侧压力的作用, 导致活塞发生变形 工作时向里变形 桶形 不受压力的 部分,去掉 后可以减轻 质量。 Date51 汽 车 开槽活塞(汽油机) 绝热槽 膨胀槽 圆槽 Date5
19、2 汽 车 活塞裙部结构 上小下大的圆锥形 裙部椭圆形,长轴垂直与销座孔方向 ; 桶形活塞 开槽活塞 Date53 汽 车 (二)活塞环 是具有弹性的开口环,分为气环和油环。 工作条件: 高温、高压、高速、极难润滑。 平均寿命:6万公里 (1)气环 作用:保证气缸与活塞间的密封性,防止漏气,并把 活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁,再由冷却水 将其带走。 切口 气环 Date54 汽 车 气环结构 开口间隙: 背隙: 侧隙: 气环的密封作用: 第一密封面:活塞环直径大于气缸直径,装入后产生弹性贴紧在气缸 壁上而形成; 加强密封:窜入环槽的少量气体作用在环的背面(背隙处),加强了 第一密封面作用
20、; 第二密封面:窜入环槽的少量气体作用在环槽底面,形成第二密封面 ; Date55 汽 车 气环的泵油作用 Date56 汽 车 气环断面形状: 形状特点示意图图 矩形环环结结构简单简单 、制造方便、易于生产产、应应用面广;但 有泵泵油作用 扭曲环环 断面不对对称,受力不平衡,使活塞环环扭曲,减小 泵泵油作用,减轻轻磨损损 锥锥面 环环 减少了环环与气缸壁的接触面,提高了表面接触压压 力,有利于磨合和密封;可形成油膜改善润润滑,但 导热导热 性差,不适用第一道环环 梯形环环 可将沉积积在环环中的结结焦挤挤出,避免环环折断,且密 封性较较好;但加工困难难,精度要求高 桶面环环 上下均可形成油膜,
21、且对对活塞的摆动摆动 适应应性好, 接触面小,利于密封,但外圆为圆为 凸圆圆弧形,加工 困难难 Date57 汽 车 (2)油环 种类普通油环组合式油环 示意图特点 结结构简单简单 ,易加工,成本低 与汽缸壁接触压压力高,适 应应性好,刮油效果强,但 成本高 刮油片 轴向衬环 径向衬环 刮油片 回油孔 Date58 汽 车 油环的刮油作用 Date59 汽 车 (三)活塞销 作用:连接活塞和连杆小头,并把活塞承受 的气体压力传递给连杆。 构造: 活塞销的内孔形状有圆柱形,两段截 锥形,以及两段截锥与一段圆柱的组合形。 Date60 汽 车 活塞销的连接方式 连杆 活塞销 全浮式 半浮式 全浮连
22、接的特点 :活塞销能在连 杆小头、销座孔 中自由转动,三 者间可相对运动 ,减少了磨损并 使磨损均匀 Date61 汽 车 活塞销的偏置 使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一 边过渡到另一边,减少敲缸的声音。 Date62 汽 车 (四)连杆 作用:连接活 塞与曲轴,并 把活塞承受的 气体压力传给 曲轴,使活塞 的往复运动变 成曲轴的旋转 运动。 连杆组件分解图 Date63 汽 车 连杆的结构 小头:内有青铜衬套 杆身:一般为“工”字形 断面,抗弯强度好,重 量轻 大头:与曲轴相连,做 成“分开式”。平切口与 杆身轴线垂直,斜切口 与杆身轴线成30-60度夹 角。 切口的定位方式: 平
23、切口:螺栓定位 斜切口:四种定位方式 Date64 汽 车 V型发动机连杆的布置形式 并列式 主副式叉式 Date65 汽 车 连杆轴瓦 连杆螺栓 定位凸键 油槽润滑 减磨合金层 Date66 汽 车 2.4 曲轴飞轮组 一、曲轴飞轮组的组成 起动爪 正时齿轮 主轴瓦 皮带轮 扭转减振器 飞轮 飞轮螺栓 曲轴 Date67 汽 车 二、曲轴 1、功用:把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭 矩对外输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他 各种辅助装置。 2、工作条件:受气体压力、惯性力、惯性力矩。 承受交变载荷的冲击。 Date68 汽 车 3、结构: 前端轴 连杆轴颈 曲轴轴颈 后端轴 平衡重 曲
24、拐 曲拐:由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。 曲柄 Date69 汽 车 曲轴的结构 曲拐:由主轴颈、连杆轴颈、曲柄组成 Date70 汽 车 曲轴的类型 整体式:应用广泛 组合式:一般用于隧道式气缸体,分段加工,整体加 长。 Date71 汽 车 平衡重 平衡重的作用:平衡离心惯性力和力矩,使发动机运转 平稳,减小轴承载荷。 平衡重的位置:曲柄的反方向上(或其背面) 平衡重的类型:整体式、装配式 Date72 汽 车 曲轴的前端和后端 曲轴前端: 正时齿轮或正时齿形带轮、皮带轮、甩油盘 曲轴后端: 安装飞轮用凸缘、回油螺纹等 Date73 汽 车 曲轴的轴向定位 防止曲轴的轴向窜动,采
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