陈家瑞第五版《汽车构造》第1章-发动机总体构造

[e-mail]第一章发动机工作原理和总体构造主讲：武涛[e-mail]第一章发动机工作原理和总体构造基本概念发动机总体构造四冲程发动机工作原理和总体构造发动机的分类发动机的性能指标[e-mail]发动机概述发动机是汽车最主要的总成之一，动力的来源。被称为汽车的“心脏”。[e-mail]§1.2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)压缩比（ε）工作循环VL=Vh×Iε=Va/VcVh=πD2·S×10-6/4（L）D——气缸直径mmS——活塞行程[e-mail]压缩比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。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压缩比过大的不良后果[e-mail]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。[e-mail]§1.4四冲程发动机的简单工作原理§1.4.1四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[e-mail]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320-380K，压力0.08-0.09MPa大气压力线PVra示功图上止点下止点[e-mail]压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：ε=Va/VcPVra示功图大气压力线c上止点下止点温度600~750K，压力[e-mail]作功行程进气门关闭排气门关闭活塞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~[e-mail]排气行程进气门关闭排气门打开活塞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[e-mail]§1.4.2四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310~340K压力0.085~0.095MPa温度750~1000K压力3~5MPa瞬时：温度1800~2200K压力6~9MPa温度700~900K压力0.105~0.12MPa终了：温度1000~1200K压力0.2~[e-mail]柴油机与汽油机工作时各行程状态参数比较柴油机汽油机状态行程温度(K)压力(MPa)温度(K)压力(MPa)进气行程310~3400.085~0.095320~3800.08~0.09压缩行程750~10003~5600~7500.8~1.5作功行程1800~2200(瞬时最高)1000~1200(作功终了)6~9(瞬时最高)0.2~0.5(作功终了)2200~2800(瞬时最高)1200~1500(作功终了)3~6.5(瞬时最高)0.35~0.5(作功终了)排气行程700~9000.105~0.12900~11000.105~[e-mail]1897年，德国人鲁道夫·狄塞尔（1858-1913年)制造出世界上第一台柴油机并获得了发明专利。鲁道夫·狄塞尔狄塞尔发明的第一台柴油机柴油机[e-mail]1936年梅塞德斯·奔驰牌柴油机轿车世界上第一辆柴油轿车[e-mail]思考四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么异同之处呢？[e-mail]四冲程汽油机与四冲程柴油机的共同点是：1)每个工作循环都包含进气、压缩、作功和排气等四个活塞行程，每个行程各占180°曲轴转2)四个活塞行程中，只有一个作功行程，其余三个是耗功行程。显然，在作功行程曲轴旋转的角速度要比其他三个行程时大得多，即在一个工作循环内曲轴的角速度是不均匀的。为了改善曲轴旋转的不均匀性，可在曲轴上安装转动惯量较大的飞轮或采用多缸内燃机并使其按[e-mail]1)汽油机的可燃混合气在气缸外部开始形成并延续到进气和压缩行程终了，时间较长。柴油机的可燃混合气在气缸内部形成，从压缩行程接近终了时开始，并占小部分作功行程，时间2)汽油机的可燃混合气用电火花点燃，柴油机则是自燃。所以又称汽油机为点燃式内燃机，称柴油机为压燃式内燃机。[e-mail]二冲程发动机的工作原理[e-mail]二冲程与四冲程内燃机比较作功次数换气质量结构[e-mail]§1.3发动机总体构造机体及曲柄连杆机构配气机构燃油供给系点火系（汽油机）冷却系润滑系起动系[e-mail][e-mail]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[e-mail]曲柄连杆机构[e-mail][e-mail][e-mail]配气机构[e-mail]供给系统[e-mail]润滑系统油压开关油泵旁通阀机油滤网[e-mail]油压指示器及警告灯油压开关油泵旁通阀机油滤网油压开关如果在发动机运转时油压太低，油压开关点亮警告灯油泵从油底壳吸入机油，并将机油泵到发动机的各个零部件旁通阀当油泵的输出压力过高时，释放一部分机油压力机油滤网这是一个安装在油泵吸油口的金属网，作用是阻止大的微粒通过油泵进入发动机的零部件机油滤清器发动机机油会逐渐污染，变脏。机油滤清器可以过滤不希望有的杂质注意：根据保养时间表更换机油机油分类美国石油组织分类API分类API（美国石油协会）：按质量分类。质量按字母分级。SAE分类SAE（美国汽车工程协会）：按粘度分类。SAE指数决定特定机油的使用温度。什么是多级油？单级油只能在比较窄的温度范围内使用。多级油可以在四季使用，温度范围较广。[e-mail]水泵节温器副水箱散热器汽缸盖气缸体水温表节温器这个装置调节发动机冷却液的温度冷却风扇冷却分扇加快流过散热器的风速，提高散热器的效率散热器散热器利用汽车前进产生的气流降低在发动机冷却系统中循环的冷却液温度水泵水泵强迫冷却水在循环系统中流通副水箱副水箱储存溢出的冷却水，以保持足够的冷却液为什么必须更换冷却液？因为暴露在空气中和发动机散热，长效冷却液的腐蚀性会增加，防锈性能下降。冷却系统[e-mail]点火系统[e-mail]启动系统[e-mail]§1.4.3发动机的分类冷却方式水冷发动机风冷发动机气缸数燃料种类冲程数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气缸布置单列式发动机双列式发动机[e-mail]发动机分类（一）按所用燃料分1、用液体燃料内燃机2、用气体燃料内燃机3、用多种燃料内燃机（二）按燃料在汽缸内的着火方式分1、压燃式内燃机2、点燃式内燃机[e-mail]（三）按完成一个工作循环的冲程数分1、二冲程内燃机2、四冲程内燃机[e-mail]（四）按冷却方式分1、水冷式内燃机2、风冷式内燃机[e-mail]（五）按气缸数目及排列方式分1、单缸机2、多缸机（双缸→四缸→五缸→六缸→八缸→十二缸）[e-mail]（六）按进气方式分1、非增压内燃机（自然吸气式）2、增压内燃机[e-mail]（七）按活塞运动方式分1、往复式内燃机2、旋转式内燃机[e-mail]德国人弗力斯·汪克尔，1929年取得第一个转子发动机专利转子发动机[e-mail]转子发动机的工作行程[e-mail]1967年马自达第一辆转子发动机车型“CosmoSport”在日本上市[e-mail]1991年Mazda787B创造了历史，成为第一辆夺得法国勒芒24小时耐力赛冠军的转子发动机车型[e-mail]发动机主要性能指标与特性一、发动机主要性能指标：有动力性指标（有效转矩、有效功率、转速等）和经济性指标（燃油消耗率）。1、有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩，以Te表示，单位为·m。2、有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率。以Pe表示，单位为kW。)(9550106023kWnTnTPeee式中：n——曲轴转速，r/[e-mail]3、有效燃油消耗率：发动机每发出1kW有效功率，在1h内所消耗的燃油消耗质量，以be表示,单位为g/（kW·h）。四冲程汽油机一般为270325g/（kW·h）四冲程柴油机一般为190238g/（kW·h）。310(/)eeBbgkWhP[e-mail]内燃机速度特性发动机主要性能指标可在发动机测功器台架上试验测定：试验时保持一定油门开度，同时用测功器对发动机施加一定的阻力矩，用转速表测出发动机转速，低于所需转速则减小阻力矩，反之则加大阻力矩，当发动机转速稳定在所需转速时，即阻力矩与发动机输出有效转矩相等时，测量发动机转速和发动机有效转矩，用油耗仪测出发动机单位时间内的耗油质量B，根据式（1-1）换算出发动机有效功率Pe。[e-mail]二、发动机速度特性：指油门开度一定时，发动机的有效功率、有效转矩和有效燃油消耗率三者随发动机转速变化的规律。（1）发动机全负荷速度特性（又称为发动机外特性）：指油门全开时，发动机的有效功率、有效转矩和有效燃油消耗率三者随发动机转速变化的规律。发动机最高工作转速时的全负荷有效功率为额定功率，相应转速为额定转速，为发动机铭牌功率和转速。（2）发动机部分负荷速度特性：指油门部分开启时，发动机的有效功率、有效转矩和有效燃油消耗率三者随发动机转速变化的规律。（3）发动机工况：一般是用它的功率与曲轴转速来表征，有时也用负荷和曲轴转速来表征。（4）发动机负荷：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。注意，不要把负荷与功率混淆，50%负荷不是指油门开启一半开度，而是指此转速下发动机输出功率是油门全开时发动机输出功率的一半。[e-mail]（a）汽油发动机外特性（b）汽油发动机部分负荷速度特性[e-mail][e-mail][e-mail]作业P39思考题交作业时间：下周2晚用作业纸，作业纸写上班级、姓名、