01发动机的工作原理和总体构造解析

第一章发动机的工作原理和总体构造教学目的及教学要求：掌握发动机一般构造，熟悉其术语；了解四冲程汽油机、柴油机工作原理和熟悉两者之间的特点；了解二冲程汽油机、柴油机工作原理和其优缺点；掌握发动机总体构造和类型；熟悉内燃机型号编制规则；了解发动机性能指标与性能特性。重点：发动机的总体构造、类型、型号编制规则；难点：发动机一般构造及术语，四冲程和二冲程汽油机、柴油机工作原理。第一节发动机的分类一、发动机的定义、分类及特点发动机－将某种能量直接转换为机械能并拖动某些机械进行工作的机器。将热能转变为机械能的发动机，称为热力发动机（热机）。燃料和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的，称为内燃机。内燃机与外燃机相比，具有热效率高、体积小、便于移动和起动性能好等优点。1、按活塞运动方式分类往复活塞式内燃机、旋转活塞式内燃机2、按使用燃料种类分类汽油机、柴油机、气体燃料发动机、煤气机、液化石油气发动机、多种燃料发动机3、按冲程数分类二冲程发动机、四冲程发动机汽车上广泛采用四冲程发动机4、按冷却方式分类水冷式发动机、风冷式发动机。汽车上广泛采用水冷式发动机。二、往复活塞式内燃机的分类5、按气缸数分类单缸发动机、多缸发动机汽车几乎都是采用多缸发动机。6、按气缸布置分类直列式、对置式、V型7、按进气状态分类自然吸气（非增压）发动机、强制进气（增压）发动机8、按着火方式分类压燃式、点燃式发动机整体图第二节四冲程发动机的工作原理一、发动机结构基本术语上止点：活塞顶面离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上行到最高位置，通常用英文缩写词TDC来表示。下止点：活塞顶面离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行到最低位置，通常用英文缩写词BDC来表示。活塞行程：上、下止点之间的距离。曲柄半径：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）。气缸工作容积（Vh）：活塞从上止点到下止点所扫过的容积。燃烧室容积（Vc）：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。气缸总容积（Va）：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Va=Vh+Vc发动机排量（VL）：发动机所有气缸工作容积之和（L）。设发动机的气缸数为i，VL=Vhi压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积的比值，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。即ε=Va/Vc=1+Vh/Vc二、四冲程汽油机的工作原理进开排关活塞上→下容积↗压力↘0.075~0.09MPa温度370~400K曲轴0°~180°进关排关活塞下→上容积↘压力↗0.6~1.2MPa温度600~700K曲轴180°~360°进关排关活塞上→下压缩终了时点火压力↗↗3~5MPa温度↗↗2200~2800K体积↗↗曲轴360°~540°做功终了压力↘↘0.3~0.5MPa温度↘1300~1600K进关排开活塞下→上压力0.105~0.115MPa温度900~1200K曲轴540°~720°残余废气：因燃烧室容积，废气不能排尽。三、四冲程柴油机的工作原理四冲程柴油机工作原理汽油机与柴油机的比较汽油机转速高（轿车车5000~6000r/min，货车4000r/min）、质量小、工作噪声小、起动容易、制造和维修费用低等。燃油消耗率高，经济性差。柴油机压缩比高（16~22），燃油消耗率比汽油机低20%~30%，柴油价格低，经济性好。转速比汽油机低（2500~3000r/min）、质量大、制造和维修费用高（喷油泵和喷油器加工精度要求高）。国外轿车用柴油机5000r/min。第三节二冲程发动机的工作原理第一行程活塞上行：上方－压缩下方－吸气第二行程活塞下行(上半程)上方－作功下方－预压活塞下行(下半程)上方－换气下方－预压二冲程与四冲程比较优点：1、曲轴每转一周，有一个作功行程。理论上，在相同的工作容积和转速下，二冲程的功率等于四冲程的2倍（实际：1.5～1.6倍）。2、发生作功过程的频率高，二冲程发动机运转比较均匀平稳。3、二冲程没有专门的换气机构，结构简单，质量比较小。4、使用方便。附属机构少，易受磨损和经常需要修理的运动部件数量也比较少。缺点：1、不易将废气排的干净，并且在换气时减少了有效工作行程。2、换气时有新鲜可燃混合气随同废气排除，经济性差。转子发动机又称为米勒循环发动机，采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放，由德国人菲加士·汪克尔发明。60年初在德国生产出第一辆装配了转子发动机的小跑车。1964年，日内瓦的德法合资企业COMOBIL公司，首次把转子发动机装在轿车上成为正式产品。1967年，马自达公司投巨资从汪克尔公司买下了这项技术。将转子发动机装在马自达轿车上开始成批生产。三角活塞转子发动机三角活塞转子发动机工作原理转子发动机的运动特点三角转子的中心绕输出轴中心公转的同时，三角转子本身又绕其中心自转。在三角转子转动时，以三角转子中心为中心的内齿圈与以输出轴中心为中心的齿轮啮合，齿轮固定在缸体上不转动，内齿圈与齿轮的齿数之比为3：2。上述运动关系使得三角转子顶点的运动轨迹（即气缸壁的形状）似“8”字形。三角转子把气缸分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进气、压缩、作功和排气，三角转子自转一周，发动机点火作功三次。由于以上运动关系，输出轴的转速是转子自转速度的3倍，这与往复运动式发动机的活塞与曲轴１：１的运动关系完全不同。转子发动机直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩。与往复式发动机相比，转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，重量较轻，而且振动和噪声较低，具有较大优势。转子发动机结构简单，零部件数量少，拆卸和维护简单，有着出色的环保性能，转子发动机从结构上讲是最适合燃烧氢气，氢燃烧完后排出的水蒸汽对环境没有任何污染，在装载转子发动机的马自达HR-X汽车上，1立方米的燃料箱吸储了相当43立方米的压缩氢气，使它可以以60km/h的车速行驶230km。在目前的车中，装备Renesis转子发动机的马自达RX-8运动型轿车已能满足欧Ⅳ排放要求。与此同时，Renesis转子发动机的最大功率为250马力(8500r/min)，最大扭矩为216N.m(5500r/min)，0-100km/h的加速时间不到6s，而百公里油耗只有8.3L。第四节发动机总体构造1.曲柄连杆机构2.配气机构3.供给系统4.点火系统5.冷却系统6.润滑系统7.起动系统第五节发动机主要性能指标与特性动力性能指标：有效转矩、有效功率、转速经济性能指标：燃油消耗率运转性能指标：排气品质、噪声、起动性能发动机的性能指标是用来衡量发动机性能好坏的标准一、动力性能指标a.有效转矩：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的扭矩，通常用Ttq表示，单位为N·m。有效转矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的扭矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净转矩。b.有效功率：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用Pe表示，单位为kW。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效扭矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后计算出有效功率。式中：Ttq－有效扭矩，单位为N·m；n－曲轴转速，单位为r/min。c.转速：指发动机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定汽车发动机应能在额定工况下连续运行300~1000小时。9550106023nTπnTPtqtqe通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能。燃油消耗率是指单位有效功的燃油消耗量，也就是发动机每发出1kW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量(以g为单位)，燃油消耗率通常用be表示，其单位为g/kW·h：式中：B－每小时的燃油消耗量，kg/h；Pe－有效功率，kW。有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率ge是最小值。二、经济性能指标310eePBb三、运转性能指标1、排气品质2、噪声3、起动性能：在一定温度下能可靠地发动，起动迅速，起动消耗的功率小，起动期磨损小。四、发动机的速度特性发动机的特性：发动机的主要性能参数(有效转矩、有效功率、燃油消耗率)随其运转工况(负荷、转速)变化而变化的关系。发动机的速度特性：在燃料调节机构位置固定不变时，发动机性能指标随曲轴转速变化的关系。用曲线来表示这些关系，称为发动机的特性曲线。发动机特性是对发动机性能进行全面评价和鉴定的依据。在发动机特性中，其速度特性最为常用。五、发动机工作状况发动机运转状态或工作状态（发动机工况）常用功率和转速来表征，有时也用负荷来表征。发动机负荷：发动机驱动从动机械所耗费的功率或有效转矩的大小；或表述为发动机在某一转速下的负荷，就是当时发动机发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比，以百分数表示。第六节内燃机产品名称和型号编制规则曲柄连杆机构返回活塞连杆曲轴飞轮配气机构返回气门弹簧气门凸轮轴正时带轮供给系统返回点火系统返回冷却系统返回润滑系统返回起动系统返回