发动机基本结构与工作原理

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1、1,第1章 发动机基本结构与工作原理,教学目标与要求 掌握四冲程发动机的基本结构与工作原理 理解二冲程内燃机的基本结构与工作原理 掌握内燃机的分类 掌握内燃机的主要工作性能指标 理解发动机特性与速度特性曲线分析 掌握汽车内燃机的总体组成和功用 学会汽车常见拆装工具选用,2,发动机：是将某种形式的能量转化为机械能的机器。 内燃机：燃料在气缸内部燃烧产生的热能直接转化为机械能的动力机械。,3,内燃机特点,单机功率范围大 热效率高 体积小 质量轻 便于移动 起动性能好 操作简单 排气污染 噪音大,4,1.1 四冲程发动机基本结构与工作原理,1.1.1 四冲程汽油机基本结构与工作原理 1.四冲程汽油机

2、基本结构,5,单缸四冲程汽油机基本结构及工作原理,6,1. 四冲程汽油机基本结构,7,2.四冲程汽油机基本工作原理,进气,0180,开,关,压缩,180360,关,关,作功,360540,关,关,排气,540720,关,开,排气 门,进气 门,活塞 行向,曲轴 转角,行程 名称,8,四冲程汽油机基本工作原理,9,3.工作过程分析,（1）四冲程发动机 活塞在上、下止点间往复移动四个行程（相当曲轴旋转了两周），完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机称四冲程发动机。,10,11,（2）冲程与活塞行程,冲程:指发动机的类型 活塞行程:指活塞运行的上、下两个止点之间的距离S。,12,气缸工作容积

3、（排量Vs ）一个活塞在一个行程中所扫过的容积。 发动机总排量 一台发动机所有气缸工作容积之和。,13,14,（3）压缩行程的作用 提高进入气缸混合气的压力和温度，为混合气迅速燃烧创造条件； 可以有效提高发动机燃烧热效率.,15,奥托（Otto）机,1876年，德国人奥托研制出第一台实用的往复式四行程内燃机, 称Otto机。 单缸、卧式、2.94Kw、压缩比2.66,热效率高达14，每分钟转速250转。,16,压缩比（）：,气缸总容积（Va）：活塞在下止点时，活塞顶部以上的气缸容积。 燃烧室容积（Vc）：活塞在上止点时，活塞顶部以上的容积。 压缩比：711（汽油机），1622（柴油机）。,17

4、,发动机结构一定，压缩比变化? 是否合理？,18,新技术,可变压缩比发动机(SVC),19,（4）示功图,示功图:一个工作循环里,气缸内气体的压力随气缸工作容积变化关系的图形 。,20,发动机示功图特征点参数,注：P-气缸气体压强（MPa）；T-气缸气体温度（K）,21,（5）单缸机存在的问题及解决途径,问题1：功率小 问题2：四个行程中，只有一个行程作功，造成曲轴转速不均匀，工作振动大。 途径1：在曲轴后端安装了一个质量较大的飞轮，以减少转速不均匀度。 途径2：多缸机,22,4.多缸发动机结构特点,（1）共用一个机体，一根曲轴； （2）曲轴的曲柄分布应该使各缸作功行程均匀分布在7200曲轴转

5、角内。,23,多缸发动机工作原理,24,1.1.2 四冲程柴油机结构特点与工作原理,1. 结构特点 没有火花塞 设有喷油器,25,（1）进气行程进入气缸的是纯空气； （2）着火方式属于压燃式。,2.工作原理,26,四冲程柴油机工作原理,27,柴油机与汽油机比较,28,29,1.2 二冲程发动机结构特点与工作原理,二冲程发动机：指活塞在上、下止点间往复移动两个行程（相当曲轴旋转了一周），完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机。,30,1.2.1 二冲程汽油机结构特点与工作原理,1.二冲程汽油机结构特点 与四冲程汽油机比较：没有进、排气门及驱动机构，设进、排气孔和扫气孔，由活塞控制开闭。,

6、1-气缸 2-扫气孔 3-活塞 4-连杆 5-曲轴箱 6-曲轴 7-进气孔 8-排气孔 9-火花塞,31,2.二冲程汽油机工作原理,（1）第一行程（换气-压缩行程） （2）第二行程（膨胀-换气行程）,32,二冲程汽油机工作原理,33,二冲程汽油机与四冲程汽油机比较,34,35,1.2.3 二冲程柴油机结构特点与工作原理,1.二冲程柴油机结构特点,1-活塞 2-缸套上的空气进气孔 3-排气门 4-泵-喷嘴 5-传动轮（由柴油机驱动） 6-单向传动离合器 7-废气排出口 8-排气涡轮叶轮 9-离心式风机 10-排水口 11-增压空气冷却器 12-进水口 13-集流箱,36,2.二冲程柴油机工作原理

7、,（1）第一行程（换气-压缩行程） （2）第二行程（膨胀-换气行程）,37,1.3 内燃机分类及型号,按热能转变为机械能的方式分,1.3.1 内燃机的分类,38,按冲程数分类,39,按着火方式分类,40,按燃料种类分,41,按进气状态分类,42,按冷却方式分类,43,按气缸数及布置分类,（1）单缸内燃机：只有一个气缸的内燃机。 （2）多缸内燃机：具有两个或两个以上气缸的内燃机。 （3）立式内燃机：气缸布置于曲轴上方且气缸中心线垂直于水平面的内燃机。 （4）卧式内燃机：气缸中心线平行于水平面的内燃机。 （5）直列式内燃机：具有两个或两个以上直立气缸，并呈一列布置的内燃机。,44,具有两个或两列气

8、缸，其中心线夹角呈V形，并共用一根曲轴输出功率的内燃机。,（8）斜置式内燃机：气缸中心线与水平面呈一定角度(不是直角)的内燃机。,按用途分类：有汽车用、机车用、船用,（7）对置气缸式内燃机：两个或两列气缸分别排列在同一曲轴的两边呈1800夹角的内燃机。,（6）V形内燃机：,45,1.3.2 内燃机型号（GB725-91）,46,1.4 发动机性能指标,动力性能指标 经济性能指标 运转性能指标 可靠性、耐久性能指标 1.4.1 动力性能指标 1.有效转距（Te）：发动机曲轴输出的平均转矩称为有效转矩 。 2.平均有效压力（ Pme ）：单位气缸工作容积所输出的有效功。,47,3.有效功率（Pe）

9、：发动机曲轴输出的功率称为有效功率。,Te-有效转距（N m） n-曲轴转速（r/min） Pme-平均有效压力（kPa） Vs-气缸工作容积（m3） i-气缸数 -冲程数,48,标定功率,(1)标定功率：发动机制造厂按国家规定标定的有效功率（发动机产品名牌上标明的功率）。 (2)标定转速：标定功率对应的转速。 (3)我国内燃机功率标定分以下四级： 15min功率：在标准环境条件下，内燃机能连续稳定运转15min时的最大有效功率 。 1h功率 12h功率 持续功率,49,升功率,在标定工况下每升气缸工作容积所发出的有效功率。,50,1.4.2 经济性能指标,1.燃油消耗率：每小时单位有效功率消

10、耗的燃油质量（以g/kw.h为单位）。,B-发动机每小时消耗的燃油质量（kg/h） Pe-发动机的有效功率（kw）,51,2.有效热效率：燃料中所含的热量转变为有效功的比例。,Q1-燃料中所含的热量（kJ）We-发动机有效功（kJ）,Pe-发动机有效功率（kw） B-发动机每小时消耗的燃油质 量（kg/h） be-燃油消耗率（g/（kw h） Hu-燃料低热值（kJ/kg）,e ：汽油机一般0.30 左右 柴油机一般0.40左右,52,1.4.3 运转性能指标,排放指标 噪声 起动性能 可靠性 耐久性,53,1. 排放指标,（1）CO 无色、无臭的有毒气体，吸入人体后，就能以比氧强210倍的亲

11、和力同血液中的血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，阻碍血液向心、脑等器官输送氧气，使人会发生恶心、头晕、疲劳等缺氧症状，严重时窒息死亡。,54,（2）Nox 氮氧化物的总称，其中NO2毒性较大，它是一种赤褐色带剌激性的气体，被人体吸收后会变为硝酸，硝酸与血红蛋白结合会变成变性血红蛋白，因而降低了血流的输氧能力，对心、肝、肾等都有不良影响。 NO2的另一大危害是它参与光化学反应会形成臭氧和醛等。臭氧有一种独特的臭味，氧化力极强，会使植物变黑，橡胶发裂。动物在臭氧1PPm浓度环境中停留4h，就会出现轻微肺气肿现象。,55,（3）HC 包括未燃和未完全燃烧的燃油，润滑油及其裂解产物和部分氧化产物，人体内

12、吸入较多的HC，会破坏造血机能，造成贫血、神经弱，并会降低肺对传染病的抵抗力。 HC的另一危害是它与NO2经光化反应后会形成臭氧。,56,（4）光化学烟雾,它是HC与NOx在阳光作用下所形成的烟雾，有刺激性 。 光化学烟雾会降低大气可见度，伤害眼睛、咽喉，影响植物生长,57,（5）醛类 是燃料未完全氧化的产物，它包括甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛、丁醛等，它会使排气产生臭味，具有较强的剌激性。长时间受浓度较大的甲醛的作用，将使眼睛、上呼吸道系统中枢神经受到损害。,58,（6）微粒（含碳烟） 燃用无铅汽油的汽油机可以认为不产生微粒。微粒主要来自柴油机排放物，它被人体吸入呼吸道及肺组织，并在其中沉积，从

13、而引起人体肺组织等的病变。,59,（7）二氧化硫（SO2） 是一种无色的气体，对人体的呼吸系统具有剌激作用。当SO2的浓度达到8ppm时，人开始感到难受，它会使呼吸道内腔缩小，呼吸量少，并剌激鼻喉，引起咳嗽。如浓度进一步增大，则会引起呼吸困难，呼吸道红肿、脑闷，形成支气管炎、哮喘病甚至肺气肿等。,60,2.噪声,噪声是发动机工作时发出的一种声强和频率无一定规律的声音。 它损害人的听觉器官、神经系统、心血管系统、消化系统和内分泌系统，容易使人性情烦躁，反应迟钝，甚至耳聋，诱发高血压和神经系统的疾病。 我国的噪声标准（GB/T 186972002）中规定，轿车的噪声不大于79dB（A）。,61,3

14、.起动性能,起动性能是表征发动机起动难易的指标。 我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10、柴油机在-5以下的气温条件下起动发动机，在15s以内发动机要能自行运转。,62,1.4.4 可靠性与耐久性能指标,1.可靠性：是指发动机在规定的运转条件下，具有持续工作，不至因为故障而影响正常运转的能力。 2.耐久性：是指发动机在规定的运转条件下，长期工作而不大修的能力。,63,1.5 发动机特性曲线,1.5.1 发动机特性与特性曲线 1发动机特性 发动机性能指标随调整情况及运转情况而变化的关系称为发动机特性。 发动机性能指标主要有功率、转矩、燃料消耗率、排气温度、排气烟度等； 调整情况主

15、要指柴油机的供油提前角、汽油机的点火提前角、发动机燃料等可调因素对发动机性能的影响； 运转情况一般指发动机转速和负荷等。,64,2特性曲线,以曲线形式表示的发动机特性称为发动机特性曲线 。,65,3. 发动机特性分类,（1）调节特性：指发动机的性能指标随调节情况而变化的关系。如柴油机的供油提前角调节特性、汽油机的点火提前角调节特性、汽油机的燃料调节特性等。 （2）性能特性：指内燃机的性能指标随运行工况而变化的关系。如负荷特性、速度特性、调速特性、万有特性等，它们可以通过试验测得。汽车应用较多的是速度特性。,66,1.5.2 发动机速度特性,速度特性：指当燃料供给调节机构（汽油机的节气门或柴油机

16、喷油泵的油量控制拉杆）位置不变时，发动机性能指标（转矩、功率、燃油消耗率等）随转速的改变而变化的关系。对应的曲线称为速度特性曲线。 外特性：当燃料供给调节机构固定在全负荷位置（汽油机节气门全开位置或柴油机的油量控制拉杆在额定供油量位置）时，所测得的速度特性称外特性或全负荷速度特性。 部分负荷速度特性：当燃料供给调节机构固定在全负荷以内各位置时，所测得的速度特性就称为部分负荷速度特性。,67,Audi 2.4L5气门V6汽油机外特性,68,1.5 汽车发动机总体组成,一个机体上安装一个机构和六大系统(汽油机）（柴油机是五大系统） 机体组件 曲柄连杆机构 换气系统 燃油系统 润滑系统 冷却系统 点

17、火系统（汽油机） 起动系统,69,汽车发动机总体组成,70,汽车发动机总体组成,1.机体组件:发动机的骨架，支承着发动机的所有零部件。,71,2.曲柄连杆机构 将活塞顶的燃气压力转变为曲轴的转矩，输出机械能。,72,3.换气系统：按照发动机要求，定时开闭进、排气门， 吸入干净空气，排除废气 。,73,4.燃油供给系统：按照发动机要求，定时、定量供给所需要的燃料 。,74,汽油机电控燃油喷射系统,75,柴油机燃油系统,76,5.点火系统：按规定的时刻，准时点燃汽油机气缸内的可燃混合气 。,77,6.润滑系统：润滑、减摩、延长寿命、密封、清洁、冷却、防锈蚀 。,78,7.冷却系统：保持发动机在适宜

18、的温度下工作。,1-百叶窗 2-散热器 3-散热器盖 4-风扇 5-水泵 6-节温器 7-水温表 8-水套 9-分水管 10-放水开关,79,8.起动系统： 作用是起动发动机。 主要部件：蓄电池、起动开关、起动马达等 。,80,本章小结,1. 内燃机是将燃料在气缸内燃烧所产生的热能转化为机械能的机器，它具有热效率高、体积小、质量轻、便于移动和起动性好等优点。 2.四冲程发动机是活塞在气缸内上、下止点间往复移动四个行程，完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机。按着火方式分为点燃式和压燃式。汽油机采用点燃式，柴油机采用压燃式。,81,3.衡量汽车发动机性能的主要指标有动力性能指标（有效转矩、有效功率、平均有效压力）、经济性能指标（燃油消耗率、有效热效率）、运转性能指标（排放指标、噪声、起动性能）和可靠性、耐久性能等。发动机铭牌上标明的功率及相应的转速，即为标定功率和标定转速。我国分四级进行功率标定。,82,4.发动机性能指标随调整情况及运转情况而变化的关系称为发动机特性。速度特性是指当燃料供给调节机构位置不变时，发动机性能指标随转速的改变而变化的关系。对应的曲线称为速度特性曲线。 5.汽车发动机总体结构由机体组件、曲柄连杆机构、换气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统、点火系统（汽油机）和起动系统所组成。,