发动机工作原理与总体构造.ppt
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1、第一篇 汽车发动机 发动机工作原理与总体构造 曲柄连杆机构 配气机构机构 汽油机供给系 柴油机供给系 发动机增压系统 发动机冷却系 发动机润滑系 发动机点火系 发动机起动系 第一章 发动机工作原理 和总体构造 第一节 发动机基本术语和类型 知识点: 发动机的基本 术语 发动机的总体 构造 发动机的分类 (一)发动机的基本术语 发动机基本术语 1上止点: 活塞离曲轴旋转中心最远的位置 2下止点:活塞离曲轴旋转中心最近的位置 3活塞行程 S:上下止点之间的距离 4曲柄半径R:曲轴旋转中心到曲柄销中心的距 离 5气缸工作容积VS(单位 L) 活塞由上止点运动到下止点,活塞顶部所扫过 的容积,VS =
2、(/4)D2S10-3 6燃烧室容积(余隙容积)VC :活塞位于上 止点时, 活塞顶部上方的容积 7气缸最大容积Va 活塞位于下止点时,活塞顶部上方的容积Va= VS + VC 8内燃机排量 VL 所有气缸的工作容积之和VL =iVS 9压缩比: 气缸最大容积Va与燃烧室容积VC之比 = Vc / Va 越大,循环热效率越高 汽油机 =69 有轿车911 柴油机 =1622 (二)发动机的分类 根据划分标准的不同,可将内燃机分为好多种类 1根据所用燃料的不同 柴油机: 以柴油为燃料,进气过程中进入汽缸的是纯空 气,压缩终了时喷入柴油,柴油与空气在汽缸内混合由 于空气经压缩后所达到的温度能引起柴
3、油的自燃,这种 内燃机也称为压燃式内燃机。 汽油机: 以汽油为燃料,空气与汽油在气缸外混合,形 成可燃混合气后进入气缸,经压缩后依靠火花塞产生电 火花引起燃烧。 煤气机: 汽油机进行适当的改进。 2按冲程数 二冲程: 每两个活塞行程(曲轴每转一转)完成 一个工作循环。如摩托车的多数发动机。 四冲程: 每四个活塞行程(曲轴每转两转)完成一 个工作循环。绝大多数发动机所采用。 3按气缸数 单缸:只有一个气缸 多缸:由多个气缸组成 4按气缸排列方式 直列立式、V型、 对置式 对置式 其它类型发动机星型 汪克尔型转子发动机的结构和 工作原 斯特林发动机 这种发动机是伦敦的牧师罗巴特 斯特林(Rober
4、t Stirling)于1816年发明的,所以命 名为“斯特林发动机”(Stirling engine)。斯特林发动机是独特的热机,因为他们理论上的 效率几乎等于理论最大效率,称为卡诺循环效率。斯特灵发动机是通过气体受热膨胀、遇 冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机,使燃料连续地燃烧,蒸发的膨胀氢气(或氦 )作为动力气体使活塞运动,膨胀气体在冷气室冷却,反复地进行这样的循环过程。 外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机,有别于依靠燃料在发动机内部 燃烧获得动力的内燃机。新型外燃机使用氢气作为工质,在四个封闭的气缸内充有一定容 积的工质。气缸一端为热腔,另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压
5、缩,然后流到高温热腔 中迅速加热,膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧,通过加热器传给工质,工质 不直接参与燃烧,也不更换。 由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题,从而实现了高效率、低噪音、低污染 和低运行成本。外燃机可以燃烧各种可燃气体,如:天然气、沼气、石油气、氢气、煤气 等,也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料,还可以燃烧木材,以及利用太阳能等。只要 热腔达到700,设备即可做功运行,环境温度越低,外燃机最大的优点是出力和效率不 受海拔高度影响,非常适合于高海拔地区使用。 但是,斯特林发动机还有许多问题要解决,例如膨胀室、压缩室、加热器、冷却室、 再生器等的成本高,热量损失是内燃发
6、动机的2-3倍等。所以,还不能成为大批量使用的发 动机。 斯特林发动机目前有报道,已经开始研究在计算机主板的散热 风扇上使用,通过北桥芯片的发热来带动斯特林发动机,以此来给 硬件降温,该研究还处于研究阶段。 5按冷却方式 风冷: 以空气为冷却介质,没有专门的冷却系统 如:摩托车、小型柴油机、坦克坦克 水冷: 以液体为冷却介质,有专门的冷却系统 6按进气方式 增压:在进气过程中,可燃混合气或空气是通过装 在进气管道上的增压器提高压力,然后进入气缸内 非增压:也叫自然吸气发动机,靠活塞的抽吸作用 7按着火方式 点燃:靠火花塞点火来产生燃烧,汽油机所采用 压燃:靠燃油的自燃来产生燃烧,柴油机所采用
7、8按用途 固定式:工程机械采用 移动式: 第二节、发动机的总体构造 1机体与气缸盖 机体:骨架作用,安装各个机构和系统,包括气缸体 、油底壳、曲轴箱 缸盖:组成燃烧室,布置各种零部件 2曲柄连杆机构 作用:将活塞的往复直线运动曲轴的旋转运动对外 输出动力组成:活塞、连杆、曲轴三部分 3配气机构 功用:定时开启和关闭进排气门 主要部件:气门组、传动组 4、燃油供给系统 3供给系统 作用:将燃油系统和空气及时地供给气缸,并将燃 烧后的废气及时排除 主要部件:化油器或电控喷油器(汽)、高压油泵 和喷油器、电控及共轨系统(柴)、空气滤清器、进气 管、排气管、消声器等 电控汽油喷射系统的供给系统 汽油控
8、制喷油系统 电控共轨柴油机共轨系统-依维柯索菲姆 TDl是英文Turbo Charged Direct lnjection的缩写,翻译成中文就是涡轮增压+电控共轨柴 油直喷的意思。这种采用了新型技术的柴油发动机,保留了柴油发动机优点的同时,在震 动噪音以及动力方面,已经达到甚至超过汽油发动机的性能,因而得到欧洲用户的普遍欢 迎。TDl只不过是新型柴油发动机的一种,它并非大众独有的某种技术,其他厂商也有类似 技术的柴油发动机。 5点火系统:汽油机和煤气机所采用,点燃混合气 主要部件:火花塞、点火线圈、断电器、分电器 6冷却系 功 用:防止发动机过热,及时散发热量 分 类:风冷、水冷 主要部件:水
9、泵、风扇、水箱、节温器 7润滑系 功 用:润滑、冷却、清洁、密封、防腐 润滑方式: 飞溅润滑:靠曲轴等旋转部件飞溅起的油滴润 滑 压力润滑:靠润滑系统建立起的油压经过各个 油道润滑 各零部件油雾 主要部件:集滤器、机油泵、滤清器、各种阀体 等 8起动系 功用:内燃机不能自行起动,借助外力使之运转 主要部件:起动机、蓄电池、点火开关等 起动系 小节 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 第三节 发动机工作原理 知识点: 四冲程发动机工作原理 二冲程发动机工作原理 能力点: 熟练掌握发动机(四冲程和二冲程、汽油 机和柴油机)
10、工作原理; 熟练掌握各冲程的工作特点。 (一)、四冲程发动机工作原理 1四冲程发动机工作原理 四冲程发动机在活塞行程内完成进气、 压缩、作功和排气四个过程,即在一个活塞行 程内只进行一个过程,因此,活塞行程可分别 用四个过程命名,分别称为进气冲程、压缩冲 程、作功冲程、排气冲程。 2四冲程内燃机工作循环 第一冲程:活塞由上止点移到下止点,即 曲轴由0转到180进气门打开,新鲜空气被吸 入气缸。 第二冲程:下止点上止点,180360 ,气体被压缩,进排气门均关闭 第三冲程:上止点下止点,360540 ,气体膨胀,进排气门均关闭; 第四冲程:下止点上止点,540720 ,废气被排出,排气门打开。
11、3、四冲程汽油机的工作原理 (1)进气行程 由进气门开启到进气门关闭 进气提前角: 进气门打开时刻与活塞位于上止点之间的曲 轴转角(为了获得较多的充气量,活塞到达上止点前就 开始开启) 进气晚关角: 活塞到达下止点时刻与进气门关闭时刻之间 的曲轴转角。利用空气流动的惯性及气体的动量,使更 多的空气充入气缸。 进气终了时刻: 气缸吸气时汽缸内气压p=0.0750.09MPa大 气压;气缸温度T=370400K。 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
12、止点 下止点 (2)压缩行程 由进气门关闭到活塞移到上止点(成为压缩上 止点)为止,进排气门都关闭。 活塞上行,气缸内气体被压缩,缸内压力温度都升 高:p=0.61.2MPa;T=600700K 压缩行程 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0.61.2 MPa (3)作功行程( 燃烧及膨胀行程) 在压缩上止点前10 15 CA,火花塞 点火,引燃可燃混 合气,形成火焰中 心。 高温高压燃气推动 活塞下行,对外作 功:p=35MPa; T=22002700K。 示功图czb段曲线 作功行程 进气
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