学习任务2汽车发动机基本知识.

主讲人：徐立友更新日期：2013-08-10学习任务2汽车发动机基本知识汽车发动机基本知识任务目标任务描述1.了解：发动机产品名称和型号编制规则。2.熟悉：发动机的类型。3.掌握：发动机的总体构造、主要性能指标和特性。4.学会：四冲程发动机的工作原理。发动机是汽车的动力装置，它的作用是使供入其中的燃料燃烧而发出动力，汽车用发动机常为活塞式内燃机。本任务主要讨论四冲程发动机的工作原理、总体构造及主要的性能指标。学习任务22学习任务2汽车发动机基本知识33SyllabusDoonethingatatime,anddoitwell本章内容合作交流创新[]项目2.1汽车发动机的分类及工作原理项目2.2发动机的总体构造和主要性能指标与特性学习任务2汽车发动机基本知识项目2.1汽车发动机的分类及工作原理58%4学习任务2汽车发动机基本知识发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。汽车的动力来自发动机。将燃料燃烧所产生的热能转化为机械能的装置被称为热力发动机(简称热机)。热机又分为内燃机和外燃机。内燃机的特点是将液体或气体燃料与空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再转变成机械能。内燃机具有热效率高、体积小、质量小、便于移动以及起动性能好等优点。外燃机的特点是燃料在机器外部的锅炉内燃烧，将锅炉内的水加热而产生高温、高压的水蒸气，输送至机器内部，使所含的热能转变为机械能。2.1.1发动机的定义58%5学习任务2汽车发动机基本知识根据发动机将热能转变机械能的主要构件形式，汽车用发动机可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。活塞式内燃机按活塞运动方式分为往复活塞式和旋转式活塞式两种。往复活塞式发动机在汽车上的应最为广泛。汽车用发动机，专指往复活塞式内燃机。按照不同的分类方法可以把发动机分成不同的类型。按所用燃料分，可分为汽油发动机和柴油发动机；按冷却方式可分为水冷式发动机和风冷式发动机；按活塞运动的行程数可分为四冲程发动机和二冲程发动机；按进气状态可分为增压发动机和非增压发动机；按气缸数分，可分为单缸发动机和多缸发动机；按气缸排列方式可分为直列式发动机、斜置式发动机和对置式发动机。2.1.2汽车用内燃机分类58%6学习任务2汽车发动机基本知识下面介绍四冲程发动机的结构及工作原理。1.发动机基本结构图2.1所示为单缸汽油发动机的基本结构。在内表面呈圆柱形的气缸10内作往复运动的活塞8通过活塞销与连杆7的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴3相连。当活塞8在气缸10内作往复运动时，连杆7便推动曲轴3旋转。同时，气缸与活塞顶包围的容积也在不断地由最小变到最大，再由最大变到最小，如此不断循环。气缸的顶端用气缸盖11封闭。在气缸盖上装有进气门25和排气门15，进、排气门是头朝下尾朝上倒挂在气缸盖上。通过进、排气门的开闭实现向气缸内充气和向气缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴16控制。凸轮轴由曲轴通过同步带5或齿轮或链条驱动。2.1.3四冲程发动机的工作原理1-油底壳；2-机油；3-曲轴；4-曲轴同步带轮；5-同步带；6-曲轴箱；7-连杆；8-活塞；9-水套；10-气缸；11-气缸盖；12-排气管；13-凸轮轴同步带轮；14-摇臂；15-排气门；16-凸轮轴；17-高压线；18-分电器19-空气滤清器；20-化油器；21-进气管；22-点火开关；23-点火线圈；24-火花塞；25-进气门；26-蓄电池；27-飞轮；28-起动机图2.1发动机的基本结构学习任务2汽车发动机基本知识58%8学习任务2汽车发动机基本知识2.四冲程发动机的基本术语图2.2发动机的基本术语(a)活塞位于上止点；(b)活塞位于下止点工作循环：包括进气、压缩、膨胀和排气等过程的周而复始的循环。即发动机完成进气、压缩、膨胀和排气四个过程叫做一个工作循环。上止点：如图2.2(a)所示，活塞顶面离曲轴中心线最远时的止点，通常指活塞的最高位置。下止点：如图2.2(b)所示，活塞顶面离曲轴中心线最近时的止点，通常指活塞的最低位置。活塞行程(S)：活塞运行的上、下两个止点之间的距离。曲柄半径(R)：从曲轴主轴颈中心线到连杆轴颈中心线的垂直距离。气缸工作容积(Vh)：一个气缸中活塞运动一个行程所扫过的容积。即活塞面积与行程的乘积。式中：D为气缸直径，mm；S为活塞行程，mm。发动机排量(VL)：一台发动机全部气缸工作容积的总和。2610(L)4hDSV学习任务2汽车发动机基本知识VL=Vh×i式中：i为气缸数。燃烧室容积(Vc)：活塞在上止点时的气缸和气缸盖所包围的容积。活塞顶上面空间叫做燃烧室，其容积叫做燃烧室总容积。它是气缸的最小容积。气缸总容积(Va)：活塞在下止点时气缸和燃烧室的容积。它是气缸工作容积和燃烧室总容积之和。Va＝Vh＋Vc压缩比(ε)：气缸最大容积和燃烧室总容积的比值。ε＝Va/Vc＝1＋Vh/Vc压缩比表示活塞由下止点移动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。压缩比愈大，则压缩终了时气缸内的压力和温度就愈高。目前一般汽车用汽油机的压缩比为6～10，也有高达10以上的。柴油机的压缩比为15～22。学习任务2汽车发动机基本知识58%11学习任务2汽车发动机基本知识3.四冲程汽油机的工作原理四冲程汽油机的工作循环包括进气、压缩、作功、排气四个行程。(1)进气行程活塞由曲轴带动由上止点向下止点运动，此时排气门关闭，进气门开启，如图2.3(a)所示。由于活塞下移，气缸内容积逐渐增大，形成一定的真空度，于是经燃料供给系形成的可燃混合气，通过进气门被吸入气缸。活塞到达下止点时，进气门关闭，进气停止。进气行程结束时，由于进气过程中燃料供给系、进气管、进气门等处都存在进气阻力，此时气缸内压力略低于大气压，约为75～90kPa。由于气缸壁、活塞等高温件及上一循环残留高温废气的加热，气体温度约为370～440K。(2)压缩行程如图2.3(b)所示，进气行程结束时，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动。在压缩行程中，气缸内容积逐渐减小，由于进、排气门均关闭，可燃混合气被压缩，活塞到达上止点时，压缩结束。在压缩过程中，气体压力和温度同时升高，并进一步均匀混合，压缩终了时，气缸内压力约为600～1500kPa，温度约为600～800K，远高于汽油的点燃温度(约263K)，因而很易被点燃。(a)进气行程(b)压缩行程(c)做功行程(d)排气行程图2.3四冲程汽油机的工作原理示意图1-排气门；2-排气管；3-火花塞；4-进气门；5-气缸；6-活塞；7-连杆；8-曲轴学习任务2汽车发动机基本知识(3)作功行程如图2.3(c)所示，在压缩行程末，进气门和排气门均关闭，火花塞产生电火花点燃混合气，并迅速燃烧，使气体温度、压力迅速升高并膨胀，从而推动活塞由上止点向下止点运动，再通过连杆驱动曲轴转动作功，活塞到达下止点时作功结束。在作功过程中，初始阶段气缸内气体压力和温度急剧上升，瞬时压力可达3～5MPa，瞬时温度可达2200～2800K。随着活塞的下移，压力、温度下降，作功行程终了时压力约为300～500kPa，温度约为1500～1700K。(4)排气行程在作功行程结束后，排气门打开，进气门关闭，如图2.3(d)所示，曲轴通过连杆推动活塞由下止点向上止点运动，废气在自身剩余压力和活塞的推力作用下，排出气缸。活塞到达上止点时，排气门关闭，排气结束。排气终了时，由于燃烧室容积的存在，气缸内还存有少量废气，气体压力因排气门和排气管的阻力而略高于大气压，此时压力约为105～125kPa，温度约为900～1200K。排出废气是为了下一个工作循环再吸入新鲜空气。排气行程结束时，排气门关闭，同时进气门开启，又开始了下一个工作循环。排气过程和进气过程又合称为换气过程。学习任务2汽车发动机基本知识4.四冲程柴油机的工作原理如图2.4所示，四行程柴油机和四冲程汽油机一样，每个工作循环也包括进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油和汽油的性质不同，使可燃混合气的形成、着火方式等，与汽油机有很大区别。(1)进气行程它不同于汽油机的是进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。由于进气阻力比汽油机小，上一行程残留的废气温度比较低等原因，进气终了时的压力和温度与汽油机略有不同，压力约为80～95kPa，温度约为320～350K。(2)压缩行程不同于汽油机的是压缩的是纯空气，且由于柴油机压缩比较大，压缩终了时的温度和压力都比汽油机高，压力可达3～5MPa，温度可达800～1000K。学习任务2汽车发动机基本知识(a)进气行程(b)压缩行程(c)做功行程(d)排气行程图2.4四冲程柴油机工作原理示意图学习任务2汽车发动机基本知识(3)作功行程此行程与汽油机有很大不同，压缩行程结束前，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温空气中，迅速汽化并与空气形成混合气，因为此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度(约500K左右)，柴油立即自行着火燃烧，且此后一段时间内边喷射边混合边燃烧，气缸内压力、温度急剧升高，推动活塞下行作功。瞬时压力可达5～10MPa，瞬时温度可达1800～2200K。随着活塞的下移，压力、温度下降，作功行程终了时压力约为200～400kPa，温度约为1200～1500K。(4)排气行程与汽油机排气行程基本相同，排气终了时气缸内压力约为105～125kPa，温度约为800～1000K。四冲程柴油机和汽油机相比，其优点是：因压缩比高，燃油消耗率平均比汽油机低30%左右，故燃油经济性较好；且柴油价格较低。其缺点是转速较汽油机低、质量大、制造和维修费用高(因为喷油泵和喷油器加工精度要求较高)。一般载质量在7t以上的载货汽车多用柴油机。目前柴油机的这些弱点正在逐渐得到克服，国外有的轿车也采用柴油机，其最高转速可达5000r/min。学习任务2汽车发动机基本知识汽油机具有转速高(目前轿车用汽油机最高转速达5000～6000r/min，载货汽车可达4000r/min左右)，质量小、工作噪声小、起动容易、制造和维修费用低等优点，故在轿车和中、小型载货汽车上及军用越野车上得到广泛的应用。汽油机的缺点是燃油经济性差。四冲程发动机在一个工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是作功的，其余三个行程则是作功的辅助行程。显然，在作功行程中，曲轴的转速比其他3个行程转速要高，所以它的转速就不均匀，因而发动机运转就不平稳，振动大。这可采用多缸发动机予以改善。在多缸四冲程发动机的每一个气缸内，所有的工作过程是相同的，并按上述次序进行；但各个气缸的作功行程并不同时发生，气缸数越多，发动机的工作就越平稳。但当发动机缸数增加时，一般将使结构复杂，尺寸及质量增加。学习任务2汽车发动机基本知识Agenda18学习任务2汽车发动机基本知识项目小节2活塞式发动机是如何分类的？什么是压缩比？其大小对发动机性能有何影响？为什么现代汽车不采用单缸机而用多缸机？柴油机与汽油机在可燃混合气形成方式和点火方式上有何不同？它们所用的压缩比为何不一样？名词解释：上止点、发动机排量。项目2.2发动机的总体构造和主要性能指标与特性58%19学习任务2汽车发动机基本知识1.通常，汽油机由两大机构五大系统组成，如表2.1。如表2.1汽车的组成2.2.1发动机的总体构造机构或系统组成及功用构造图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做直线运动，通过连杆转换为曲轴的旋转运动，并向外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放的能量又把曲轴的旋转运动转换成活塞的直线运动。配气机构配气机构的功能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，由气门组和气门传动组组成)。燃料供给系汽油机燃油供给系的功能是根据发动机的要求，配置出一定数量和浓度的可燃混合气，均匀地分配到各个气缸中，并汇集各个气缸燃烧后的废气，从排气消声器排出。柴油机燃油供给系统的功能是把柴油