发动机概论.ppt
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1、汽车构造与维修 发动机 第一章 发动机 第1部分发动机概论 汽车的组成 汽车的心脏发动机 本章内容 发动机基本组成和常用术语 四冲程发动机工作原理 二冲程发动机工作原理 多缸四冲程发动机的工作顺序 发动机的总体构造 内燃机产品的名称及型号编制规则 三角活塞转子发动机简介 l 发动机:汽车动力来源。 一部转换能量的机器:某种能量 机械能 l 热机:热能 机械能 l 内燃机:燃料与空气混合后在机器内部燃烧而产生热能 ,然后再转变为机械能。 l 往复活塞式内燃机 发动机的定义: 1 1 发动机基本组成和常用术语发动机基本组成和常用术语 车用内燃 机 水冷发动机 风冷发动机 车用内燃机 车用内燃机 车
2、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 化油器式发动机 直接喷射式发动机 车用内燃机 单列式发动机 双列式发动机 1、按照所用燃料分类: 燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机(图1-1)。使用汽油为燃料 的内燃机称为汽油机;使用柴油为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比 较各有特点;汽油机转速高,质量小,噪音小,起动容易,制造成本低;柴油机 压缩比大,热效率高,经济性能和排放性能都比汽油机好。 柴油机与汽油机比较,柴油机的压缩比高,热效率 高,燃油消耗率低,同时柴油价格较低,因此,柴 油机的燃料经济性能好,而且柴油机的排气污染少 ,排
3、放性能较好。但它的主要缺点是转速低,质量 大,噪声大,振动大,制造和维修费用高。 2、按照行程分类 : 内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行 程内燃机(图1-2 )。把曲轴转两圈(720),活塞在气缸内上下往复运动四 个行程,完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机;而把曲轴转一 圈(360),活塞在气缸内上下往复运动两个行程,完成一个工作循环的 内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。 四冲程二冲程 3、按照冷却方式分类 内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机(图1-3)。水 冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为
4、冷 却介质进行冷却的;而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面 散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀,工 作可靠,冷却效果好,被广泛地应用于现代车用发动机。 4、按照气缸数目分类: 内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机(图1-4)。仅有一个 气缸的发动机称为单缸发动机;有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双 缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动 机多采用四缸、六缸、八缸发动机。 5、按照气缸排列方式分类 : 内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式(图1-5)。单列式 发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布
5、置的,但为了降低高度,有 时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的;双列式发动机把气缸排成两列, 两列之间的夹角180(一般为90)称为V型发动机,若两列之间的夹角 =180称为对置式发动机。 下一节 6、按照进气系统是否采用增压方式分类: 内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动 机和强制进气(增压式)发动机(图1-6)。汽油机常采用自然吸气式;柴油 机为了提高功率有采用增压式的。 1.1.1 单缸发动机结构示意图 1.1发动机基本组成和常用术语 一、发动机结构基本术语 : v 上止点 v 下止点 v 活塞行程(S) v 曲柄半径(R) v 气缸工作容积(V h ) v 发
6、动机排量(VL) v 燃烧室容积(Vc ) v 气缸总容积(Va ) v 压缩比() Vh= D2S 10-6/4 (L) VL= V h i D气缸直径mm S活塞行程mm i 气缸数 Va V h Vc Va / Vc1 V / Vc 1.1.2 基本术语 1.1.2 基本术语 l 1.上止点:活塞离曲轴回转中 心最远处,通常指活塞上行到 最高位置。 l 2.下止点:活塞离曲轴回转中 心最近处,通常指活塞下行到 最低位置。 l 3.活塞行程(S):上、下两止点 间的距离(mm)。 l 4.曲柄半径(R):与连杆下端( 即连杆大头)相连的曲柄销中心 到曲轴回转中心的距离(mm)。 曲轴每转一
7、转,活塞移动两 个行程。 l 5.气缸工作容积(h):活塞从 上止点到下止点所让出的空间 容积(L)。 h =D2S/(4106) (L) 式中:D气缸直径(mm)。 l 6.发动机排量(L):发动机所有气缸工作容 积之和(L)。设发动机的气缸数为i,则 L =h i (L) l 7.燃烧室容积(C):活塞在上止点时,活塞上 方的空间叫燃烧室,它的容积叫燃烧室容积 (L)。 l 8.气缸总容积(a):活塞在下止点时,活塞 上方的容积称为气缸总容积(L)。它等于气缸 工作容积与燃烧室容积之和,即 l a =h +C l 9.压缩比():气缸总容积与燃烧室容积的比值,即 =a /C =(h +C)
8、/ C =1+h /C 它表示活塞由下止点运动到上止点时,气缸内气体被压 缩的程度。压缩比越大,压缩终了时气缸内的气体压力 和温度就越高。一般车用汽油机的压缩比为610,柴油 机的压缩比为1522。 l 10.发动机的工作循环:在气缸内进行的每一次将燃料 燃烧的热能转化为机械能的一系列连续过程(进气、压缩 、作功和排气)称发动机的工作循环。 l 11.二冲程发动机:活塞往复两个行程完成一个工作循 环的称为二冲程发动机。 l 12.四冲程发动机:活塞往复四个行程完成一个工作循 环的称为四冲程发动机。 上止点 下止点 气缸工作容积 活塞行程 燃烧室容积 气缸总容积 发动机排量 压缩比 定义:压缩前
9、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。 现代化油器式发动机压缩 比一般为69(轿车有的达9 11)。上海桑塔纳轿车汽油机 压缩比为8.2。 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 现代化油器式发动机压缩 比一般为69(轿车有的达9 11)。上海桑塔纳轿车汽油机 压缩比为8.2。 压缩比过大的不良后果 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 心较远处较远处 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 率向外传传播,形 成压
10、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 由于燃烧烧室内炽炽 热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。 下一节 1.2 四冲程发动机的工作原理 一、四冲程汽油机的工作原 理 1、进气行程 2、压缩行程 3、
11、作功行程 4、排气行程 单缸四冲程汽油机的工作过程 进气行程 排气门关闭 进气门开启 活塞 温度370400 K, 压力0.070.09MPa 大气压力线 P V r a 示功图 上止点 下止点 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。 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600700K, 压力0.61.5 MPa 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
12、13001600 K, 压 力0.30.5 MPa 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 0.1050.115 MPa 残余废气 二、四冲程柴油机的工作原理 喷油器 排气行程 进气门 排气门 纯空气 温度300-370K 压力0.0785 0.0932MPa 温度750-1000K 压力3-5 MPa 瞬时:温度2000- 2500K压力6-9 MPa 温度800-1000K 压力0.105- 0.125MPa 终了:温度 12001500k压 力0.2-0.4MPa 吸气行程压缩行程作功行程 四冲程发
13、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 柴油机工作时各行程状态参数 状态态 行程 温度(K)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) 35MPa (瞬时时最高) 300500 kPa (作功终终了) 排气
14、行程 8001000105125 kPa 桑塔纳发动机结构示意图 思考 四冲程汽油机和柴油 机的工作循环有什么 相同之处呢? ? 共同特点: 1.每个工作循环曲轴转两转(720)每一 行程曲轴转半转(180),进气行程是进气门开 启,排气行程是排气门开启,其余两个行程进、 排气门均关闭。 2.四个行程中,只有作功行程产生动力 ,其它三个行程是为作功行程做准备工作的辅助 行程,虽然作功行程是主要行程,但其它三个行 程也不可缺少。 3.发动机运转的第一个循环,必须有外 力使曲轴旋转完成进气、压缩行程,着火后,完 成作功行程,依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自 行完成以后的行程,以后的工作循环发动机无需
15、 外力就可自行完成。 思考 四冲程汽油机和柴油 机的工作循环有什么 不同呢? 不同点 汽油机柴油机 汽油与空气缸外混合,进进 入可燃混合气 进进入气缸的是纯纯空气 电电火花点燃混合气高温气体加热热柴油燃烧烧 有点火系无点火系 无喷喷油器有喷喷油器 下一节 1.3 二冲程发动机的工作原理 l 二冲程汽油发动机工作原理 l 二冲程柴油发动机工作原理 一、二冲程汽油机工作原理 压缩混合气 进气 点火燃烧 排气 换气孔进气孔 排气孔 火花塞 二、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 1.四冲程发动机的进、排气是两个 分开的专门过程,而二冲程发动机单 纯的排气
16、(或进气)时间极短,主要是一 个几乎完全重叠的,以新鲜气体清扫 废气的换气过程。这样的换气过程不 可避免地会发生新鲜气体和废气混合 ,造成废气难以排净和新鲜气体随废 气排出的后果。 2.完成一个工作循环,二冲程发动机只 需转一转,而四冲程发动机需要转两 转。因此,当发动机工作容积、压缩 比和转速相等时,从理论上讲,二冲 程发动机的功率应为四冲程发动机功 率的两倍,但实际上,只有1.51.6 倍,这是由于二冲程发动机难以将废 气排净,以及为了安排换气过程而较 多地损失了高压气体的作功能力,另 外还有可燃混合气随废气排出等所致 。 3.当转速相同时,二冲程发动机的 作功次数较四冲程发动机多一倍。
17、因此,二冲程发动机运转较平稳, 这对单缸发动机来说更为明显。 4.由于没有气门或只有排气门 ,也就省去了配气机构或使配气机 构较为简单,简化了发动机的结构 。易受磨损和经常需要修理的运动 部件数量较少。 由于二冲程汽油机有混合气损失 ,故经济性差,在大中型汽车上的 应用受到了限制。但由于它结构简 单、重量轻、制造成本低等优点, 轻便摩托车和微型汽车的小排量发 动机广泛采用。二冲程柴油机由于 换气时进入气缸的是纯空气,没有 燃料损失,为某些汽车所采用。 二冲程发动机与四冲程发动机相比,有何优点? 从各单缸发动机工作原理可知,只有作功行程产生动力 ,其它三个行程都要消耗动力。为了维持运动,单缸发动
18、 机必须有一个贮备能量较大的飞轮。即使如此,发动机运 转仍然是不平稳的,作功行程快,其它行程慢。 汽车上实际应用的是多缸发动机,它是由若干个 相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力所组 成。现代汽车上用的较多是四缸、六缸、八缸发动机。 1.4 多缸四冲程发动机的工作顺序 多缸发动机是在曲轴转角720内(四冲程)或曲轴转角 360内(二冲程),各缸都要象单缸发动机一样完成一个工作 循环。为了使发动机运转平稳,各缸作功间隔角大都均等。 如四冲程六缸发动机各缸作功间隔角为=720/6=120即 曲轴每转1200就有一个缸作功,各缸作功行程略有搭接,这样 发动机运转较单缸发动机平稳得多。另外,
19、由于各缸的作功 行程为其它缸的准备行程提供动力,所以贮存能量的飞轮也 较单缸发动机小得多。四缸发动机从理论上讲作功冲程就已 连续,而六、八缸发动机都有作功重叠,且缸数越多、重叠 得就越大,发动机运转得就越平稳。 各缸做功行程顺序(据机器平衡性及各缸机械负荷和热负 荷的均匀性): 直列四缸:1-3-4-2;1-2-4-3 直列六缸:1-5-3-6-2-4 V6发动机发火顺序 1.5 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 连杆飞轮曲轴活塞 排气门推杆挺柱 正时齿轮 配气机构 曲柄连杆 机构 进气门 摇臂 凸轮轴凸
20、轮轴 1 曲柄连杆机构) 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件。 它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中,活塞承 受燃气压力在气缸内作直线运动,通过连杆转换成曲轴的旋转运动,并 从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中,飞轮释放能量又 把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。 2 配气机构 配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程,定时开启和关闭 进气门和排气门,使可燃混合气或空气进入气缸,并使废气从气缸内排 出,实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构,一般由气 门组、气门传动组和气门驱动组组成。 3 3 燃料供给系统燃料供给系统 汽
21、油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求,配制出一定数量和浓度的汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求,配制出一定数量和浓度的 混合气,供入气缸,并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去;柴油机混合气,供入气缸,并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去;柴油机 燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸,在燃烧室内形成混合气燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸,在燃烧室内形成混合气 并燃烧,最后将燃烧后的废气排出。并燃烧,最后将燃烧后的废气排出。 4 点火系统 在汽油机中,气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的,为此在汽油机的 气缸盖上装有火花塞,火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电 极间
22、产生电火花的全部设备称为点火系,点火系通常由蓄电池、发电机 、分电器、点火线圈和火花塞等组成。 强制循环式水冷却系示意图强制循环式水冷却系示意图 1-1-百叶窗;百叶窗;2-2-散热器;散热器;3-3-散热器盖;散热器盖;4-4-风扇;风扇;5-5-小循环水管;小循环水管;6-6-水泵水泵 ;7-7-节温器;节温器;8-8-出水管;出水管;9-9-水套;水套;10-10-水温表和传感器;水温表和传感器;11-11-水套放水水套放水 开关;开关;12-12-散热器放水开关散热器放水开关 5 5 冷却系统冷却系统 冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去,保证发冷却系的功用是将受热零件吸
23、收的部分热量及时散发出去,保证发 动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却 水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。 6 润滑系统 润滑系的功用是向作相 对运动的零件表面输送 定量的清洁润滑油,以 实现液体摩擦,减小摩 擦阻力,减轻机件的磨 损。并对零件表面进行 清洗和冷却。润滑系通 常由润滑油道、机油泵 、机油滤清器和一些阀 门等组成。 桑塔纳发动机润滑系示意图 7 起动系统 要使发动机由静止状态过渡到 工作状态,必须先用外力转动 发动机的曲轴,使活塞作往复 运动,气缸内的可燃混合
24、气燃 烧膨胀作功,推动活塞向下运 动使曲轴旋转。发动机才能自 行运转,工作循环才能自动进 行。因此,曲轴在外力作用下 开始转动到发动机开始自动地 怠速运转的全过程,称为发动 机的起动。完成起动过程所需 的装置,称为发动机的起动系 。 下一节 l 为了便于内燃机的生产管理和使用,国家标准(GB725 82)内燃机产品名称和型号编制规则中对内燃机的名称 和型号作了统一规定。 l 1. 内燃机的名称和型号 l 内燃机名称均按所使用的主要燃料命名,例如汽油机、柴油机、 煤气机等。 l 内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。 l 内燃机型号由以下四部分组成: l 首部:为产品系列符号和换代标志符号,
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