第一章发动机原理和总体结构.

第一章汽车发动机工作原理和总体构造汽车发动机定义及分类汽车发动机基本术语汽车发动机工作原理o汽车发动机的总体构造o汽车发动机的主要性能指标1.1汽车发动机的定义与分类（Classification）内燃机：将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入气缸内部的高压燃烧室燃烧爆发产生动力的装置。往复活塞式（Reciprocatingengine）（1）按活塞运动方式分旋转活塞式（Rotary/wankelengine）柴油机（Dieselengine）（2）按燃料种类划分汽油机（Gasolineengine）气体燃料发动机（Gasengine）二冲程发动机（Two—strokeengine）（3）按冲程数划分四冲程发动机（Four—strokeengine）火花点火（SI）（4）按着火方式压缩着火（CI）均质混合（Homogeneousmixture）（5）按混合气形成方式分层混合（Stratifiedmixture）水冷（Watercooling）（6）按冷却方式风冷（Aircooling）非增压/自然吸气（Naturallyaspiration）（7）按进气状态增压（Turbocharging/supercharging）单缸（Single—cylinder）（8）按气缸数多缸（Multiple—cylinder）直列（Inline）（9）按气缸排列V型（V—type）星型W型往复活塞式旋转活塞式SUBARUBOXER6SUBARUBOXER6W-engine汽车发动机基本术语上止点下止点活塞行程(S)曲柄半径(R)气缸工作容积(Vh)发动机排量(VL)燃烧室容积(Vc)气缸总容积(Va)工作循环工况、负荷VL=Vh×iVh=πD2·S×10-6/4（L）D——气缸直径mmS——活塞行程mm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ε表示。ε=Va/Vc现代化油器式发动机压缩比一般为6～9(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返回压缩比过大的不良后果名称成因现象后果爆燃由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。火焰以极高的速率向外传播，形成压力波，以声速向前推进。当压力波撞击燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重爆燃时甚至造成气门烧毁、轴瓦破裂，火花塞绝缘体击穿等。表面点火由于燃烧室内炽热表面与炽热处(如排气门头，火花塞电极，积炭处)点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。伴有强烈的较沉闷敲击声。产生的高压会使发动机机件负荷增加，寿命降低。返回1.3汽车发动机工作原理一、四冲程汽油机的工作原理1、进气行程2、压缩行程3、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温度320~380K，压力0.08~0.09MPa大气压力线PVra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压缩比：ε=Va/VcPVra示功图大气压力线c上止点下止点温度600~750K，压力0.8~1.5MPa作功行程进气门关闭排气门关闭PVra示功图大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度2200~2800K，压力3~6.5MPa作功终了：温度1200~1500K，压力0.35~0.5MPa排气行程进气门关闭排气门打开PVr示功图大气压力线cZb上止点下止点温度900~1100K压力0.105~0.12MPa残余废气四冲程汽油机工作状态状态行程温度(K)压力进气行程320~3800.08~0.09MPa压缩行程600~8000.6~1.5MPa作功行程2200~2800(瞬时最高)1200~1500(作功终了)3~6.5MPa(瞬时最高)0.3~0.5MPa(作功终了)排气行程900~12000.105~0.125MPa二、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300~370K压力80~90kPa温度800~1000K压力3~5MPa瞬时：温度1800~2200K压力5~10MPa温度800~1000K压力105~120kPa终了：温度1000~1200K压力105~400kPa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周，每一行程曲轴转半周。2只有作功行程产生动力。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，进入可燃混合气进入气缸的是纯空气电火花点燃混合气高温气体压燃柴油燃烧有点火系无点火系无喷油器有喷油器§1.4汽车发动机的总体构造两大机构曲柄连杆机构配气机构五大系统供给系点火系冷却系润滑系起动系机体组发动机总体构造一、四冲程汽油机的一般构造1、机体组及曲柄连杆机构气缸盖、气缸体、油底壳。活塞、连杆、曲轴。2、配气机构：进/排气门、摇臂、挺柱、推杆、凸轮轴、正时齿轮。3、燃油系统：油箱、汽油泵、汽油/空气虑淸器、化油器（喷油泵）、进/排气管4、进排气系统及排气净化装置：进排气管，消声器和排气净化装置；5、冷却系：水泵、散热器、风扇、水套。6、润滑系：机油泵、集滤器、机油虑淸器、润滑油道、限压阀。7、点火系：蓄电池、发电机、分电器、点火线圈、火花塞。8、起动系：起动机及附属装置。曲柄连杆机构曲柄连杆机构的功用发动机的主要运动机构。其功用是将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动，同时将作用在活塞上的力变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮运动。配气机构配气机构的功用按照发动机工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进排气门，使新气进入气缸，废弃从气缸排出。所谓新气，对于汽油机就是汽油与空气的混合物，对于柴油机则为纯净的空气。桑塔纳发动机冷却系示意图发动机冷却系的功用使发动机在所有的工况下都保持在适当的温度范围内。冷却系统即要防止发动机过热，也要防止冬季发动机过冷。在发动机冷启动后，冷却系统还要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。发动机润滑系润滑系的功用保证曲轴主轴颈与主轴承，曲轴销与连杆轴承，凸轮轴颈与凸轮轴承，活塞、活塞环与气缸壁面，配气机构与各运动副及传动齿轮副等的润滑作用。燃料供给系汽油机燃油系统的功用根据发动机运转工况的需要，向发动机供给一定数量、清洁的、雾化良好的汽油，以便与一定数量的空气混合形成可燃混合气。同时，燃油系统还要储存相当数量的汽油，以保证汽车油相当远的续使里程。柴油机燃油系统在适当的时刻将一定数量的洁净柴油增压后以适当的规律喷入燃烧室。喷油泵定时和喷油量各缸相同且与柴油机运行工况相适应。发动机点火系的功用在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时、准确、可靠的产生电火花，以点燃可燃混合气，使发动机做功。发动机启动系的功用在正常使用条件下，通过起动机将蓄电池储存的电能转变为机械能，带动发动机以足够高的转速运转，以顺利启动发动机。单缸发动机结构示意图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■曲柄连杆机构摇臂凸轮轴桑塔纳发动机结构示意图内燃机的工作性能常用性能指标来衡量，内燃机的性能指标主要有：动力性能指标（功率、转矩、转速等），经济性能指标（燃油消耗率，热效率等），运转性能指标（排气品质、噪声、起动性能等。1.5汽车发动机的主要性能指标一、指示指标:以工质在汽缸内对活塞做功为基础，用来评价工作循环的质量。即只考虑汽缸内的热损失（燃烧不完全，热传导等），不考虑传到曲轴上引起的摩擦损失，驱动附属机构损失等。示功图:前面一介绍是指发动机缸内压力p随汽缸容积V（p-V图）或曲轴转角（p-图）变化的图示（如下图）。（一）指示功和平均指示压力（评定动力性的指标）1、指示功定义：工质在气缸内完成一个工作循环对活塞所做的有用功。其大小可以由实际工作循环示功图（用燃烧分析仪测得）p-V图包围的面积求得。非增压：增压：因为:不容易测量,实际归到机械损失中考虑。所以:用求积仪或计算法求其面积（mm2）。多缸内燃机的指示功为上述乘以缸数iFFFi12FFFi12F2FFi1iW2、平均指示压力定义：单位汽缸工作容积所做的指示功。（假想参数）686～981[kpa]784～1180[kpa]miphimiVWp汽,mip柴,mip（二）指示功率（评定动力性的指标）定义：单位时间所做的指示功。若:缸数i，每缸工作容积Vh[m]，冲程数，平均指示压力pi，转速n[r/min]。则iP30260niVpniWPhmiii31030niVphmi（三）指示比油耗和指示热效率（评定经济性的指标）1、指示比油耗单位指示功的耗油量，通常以每千瓦小时的耗油量表示。当试验测得内燃机的指示功率为Kw,每小时燃油消耗量（Kg/h）,则指示比油耗有下面公式可得：[g/kw·h]ib310iTiPGb3、指示热效率定义：内燃机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值。iiiWQi1kwh的能量为3600kJ，而完成1kwh的功所消耗热量为（kJ）则指示热效率为：1000uihguiihg6106.3二、有效指标作用在活塞上的指示功要经过活塞销、连杆、曲轴传递到曲轴输出端的飞轮上，才能传输出去作为有用功。有效指标:以曲轴上得到的净功率为基础的指标，他评价整机性能好坏。也包括动力性和经济性指标。（一）有效功率和机械损失功率1、机械损失功率发动机内部损耗的功率mP31030niVpPhmmm2、有效功率（评定动力性的指标）单位时间所做的有效功。等于指示功率减去机械损失功率：eP31030niVpPhmeemiePPP（二）有效扭矩（评定动力性的指标）功率输出轴输出的扭矩。可由测功器直接测得，与有效功率的关系为tqT602nTPtqe310602nTtq9550nTtq（三）平均有效压力（评定动力性的指标）和平均指示压力相似，平均有效压力为单位汽缸工作容积所做的有效功。由于所以可见，对于一定的内燃机（排量一定，冲程数一定）平均有效压力正比与有效转矩。即平均有效压力越大，有效转矩就越大，对外输出的功就越多。所以平均有效压力是内燃机重要的动力性指标pe31030niVpPhmee602nTPtqeiVTphtqme14.3tqmeTp（四）有效比油耗和有效热效率（评定经济性的指标）1、有效比油耗定义：单位有效功的耗油量。[g/kw·h]eb310eTePGb2、有效热效率定义：发动机有效功与所消耗燃料热量的比值。0.30～0.40=218～285[g/kw·h]0.20～0.30=285～380[g/kw·h]由此可见，柴油机的热效率比汽油机的高，经济性比汽油机好。eeeeWQeeugh36106.e,柴e,汽ge,柴ge,汽（五）内燃机的强化指标1、升功率定义：单位汽缸工作容积所发出的功率。提高平均有效压力和转速可提高升功率。它是用来评价内燃机排量利用程度的指标，其越高，内燃机强化程度越高，它是内燃机的发展方向。lPhelViPP31030npe2、强化系数平均有效压力Pme与活塞平均速度Cm的乘积称为强化系数；活塞平均速度－发动机在标定转速下，活塞往复运动速度的平均值，它与发动机转速的关系为：S－活塞行程n－发动机标定转速31030Sncm（六）紧凑性指标1.比质量发动机干质量G与标定功率的比值。[kg/kw]表明重量利用程度和结构紧凑性，比重量越小，单位有效功率所需金