.发动机的工作原理及总体构造

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1、第一章第一章.汽车发动机的工作原理及总体构造汽车发动机的工作原理及总体构造重点内容重点内容发动机结构根本术语发动机结构根本术语四行程发动机的工作原理四行程发动机的工作原理发动机的总体构造发动机的总体构造发动机的主要性能指标与发动机的主要性能指标与特性特性第一节第一节.汽车发动机的定义及类型汽车发动机的定义及类型一一.汽车发动机的定义及其类型汽车发动机的定义及其类型一定义：一定义：1)发发动动机机：将将某某一一种种形形式式的的能能量量转转换换为为机机械能的机器。械能的机器。2)热热力力发发动动机机热热机机：将将热热能能转转换换为为机机械能的机器。包括内燃机和外燃机两种。械能的机器。包括内燃机和外

2、燃机两种。3)内内燃燃机机：燃燃料料气气、液液体体燃燃烧烧的的热热气气直接将所含热能转变为机械能的一种机器。直接将所含热能转变为机械能的一种机器。二内燃机的用途和特点二内燃机的用途和特点1、用途：、用途：在在交交通通运运输输、工工程程机机械械、军军用用国国防防、中中小小电电站等处均能用到。站等处均能用到。2、特点相对于蒸汽机、特点相对于蒸汽机1有效热效率较高有效热效率较高蒸汽机：蒸汽机：1116柴油机增压后：柴油机增压后：3046汽油机：汽油机：20302功率范围广，适应性好功率范围广，适应性好3体积功率高，单位功率质量小体积功率高，单位功率质量小4使用操纵方便，启动快使用操纵方便，启动快5运

3、行比较平安，不易引起爆炸事故运行比较平安，不易引起爆炸事故6对对于于燃燃料料的的要要求求较较高高，不不能能直直接接使使用用固固体体燃料燃料7排放、噪声引起的危害较大排放、噪声引起的危害较大8结构较复杂，零件的加工精度高结构较复杂，零件的加工精度高二二.内燃机的分类内燃机的分类一按所用燃料分一按所用燃料分1、汽油机、汽油机2、柴油机、柴油机3、气体燃料发动机、气体燃料发动机二按燃料在汽缸内的着火方式分二按燃料在汽缸内的着火方式分1、压燃式内燃机如：柴油机、压燃式内燃机如：柴油机2、点燃式内燃机如：汽油机、点燃式内燃机如：汽油机三按完成一个工作循环的冲程数分三按完成一个工作循环的冲程数分工工作作循

4、循环环：发发动动机机各各气气缸缸完完成成进进气气、压压缩缩、做功、排气四个过程成为一个工作循环。做功、排气四个过程成为一个工作循环。1、二二冲冲程程内内燃燃机机：曲曲轴轴转转一一圈圈，活活塞塞在在气气缸缸内内上上下下往往复复各各一一次次完完成成一一个个工工作作循循环环的的内燃机。内燃机。2、四四冲冲程程内内燃燃机机：曲曲轴轴转转两两圈圈，活活塞塞在在气气缸缸内内上上下下往往复复各各两两次次完完成成一一个个工工作作循循环环的的内燃机。内燃机。四按冷却方式分四按冷却方式分1、水冷式内燃机、水冷式内燃机2、风冷式内燃机、风冷式内燃机五按气缸数目分五按气缸数目分1、单缸机、单缸机2、多缸机、多缸机六按

5、进气方式分六按进气方式分1、非增压内燃机、非增压内燃机2、增压内燃机、增压内燃机七按活塞运动方式分七按活塞运动方式分1、往复式活塞式、往复式活塞式2、旋转式活塞式、旋转式活塞式第二节第二节.往复活塞式内燃机的根本结构及根本术语往复活塞式内燃机的根本结构及根本术语一一.根本结构根本结构二二.根本术语根本术语1.工作循环：发动机各气缸完成进气、压工作循环：发动机各气缸完成进气、压缩、缩、做功、排气四个过程成为一个工作循环。做功、排气四个过程成为一个工作循环。2.上止点下止点：活塞顶离曲轴旋转中上止点下止点：活塞顶离曲轴旋转中心最心最远近远近)处。即活塞的最高低位置。处。即活塞的最高低位置。3.活塞

6、的行程：上下止点之间的距离活塞的行程：上下止点之间的距离S。4.气缸工作容积气缸排量气缸工作容积气缸排量Vs：活塞从上止点到下止点所扫过的容积。活塞从上止点到下止点所扫过的容积。定义式：定义式：Vs=/4106D2S(L)常常作作为为表表征征内内燃燃机机尺尺寸寸大大小小及及动动力力性性能能的的主主要要结构参数之一。结构参数之一。5.发动机排量发动机工作容积发动机排量发动机工作容积VL：发动机各气缸工作容积的总和。发动机各气缸工作容积的总和。定义式：定义式：VLVs*ii:发动机气缸数。发动机气缸数。6.燃烧室容积燃烧室容积Vc：活塞在上止点时，活塞顶以上的空间容积。活塞在上止点时，活塞顶以上的

7、空间容积。7.气缸总容积气缸总容积Va：活塞在下止点时，活塞顶以上的空间容积。活塞在下止点时，活塞顶以上的空间容积。定义式：定义式：VaVsVc8.压缩比压缩比：压压缩缩前前气气缸缸中中气气体体的的最最大大容容积积与与压压缩缩后后的的最最小小容积容积之比。之比。定义式：定义式：Va/Vc物物理理意意义义：表表示示气气缸缸内内气气体体被被压压缩缩的的倍倍数数或或燃燃气气燃燃烧烧后后膨膨胀胀的的倍倍数数。是是发发动动机机的的重重要要性性能能参参数。数。柴油机柴油机：1422汽油机汽油机：69轿车有的到达轿车有的到达911 9.工况：工况：内燃机在某一时刻的运行状况简内燃机在某一时刻的运行状况简称工

8、况，以该时刻内燃机输出的有效功率称工况，以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为内燃机的和曲轴转速表示。曲轴转速即为内燃机的转速。转速。10.负荷率：负荷率：内燃机在某一转速下发出的有内燃机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下发出的最大有效功率效功率与相同转速下发出的最大有效功率的比值成为负荷率，以百分数表示。负荷的比值成为负荷率，以百分数表示。负荷率通常简称为负荷。率通常简称为负荷。第三节第三节.往复活塞式内燃机的工作原理往复活塞式内燃机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原理1、进气行程、进气行程活塞：从上止点移动到下止点活塞：从上止点移动到下止点气

9、气门门：进进气气门门翻翻开开，排排气气门门关关闭闭曲轴：旋转从曲轴：旋转从0A180A进进气气终终了了压压力力：pde0.080.09Mpa进进气气终终了了温温度度：Tde320380K2.压缩行程压缩行程活塞：活塞：从下止点移动到上止点从下止点移动到上止点气门：气门：进气门关闭，排气门关闭进气门关闭，排气门关闭曲轴：曲轴：旋转从旋转从180A360A压缩终了压力：压缩终了压力：pco0.81.5Mpa压缩终了温度：压缩终了温度：Tco600750K爆爆燃燃：由由于于气气体体压压力力和和温温度度过过高高，在在燃燃烧烧室室内内离离点点燃燃中中心心较较远远处处的的末末端端可可燃燃混混合合气气自自燃

10、燃而而造造成成的的一种不正常燃烧。一种不正常燃烧。后后果果：轻轻微微爆爆燃燃，发发动动机机功功率率有有所所升升高高；但但过过度度，那那么么会会使使发发动动机机过过热热，功功率率下下降降，经经济济性性变变差差，零件寿命下降等。零件寿命下降等。现象：发生爆燃时，有锋利的金属敲击声传出。现象：发生爆燃时，有锋利的金属敲击声传出。外外表表点点火火：由由燃燃烧烧室室内内炽炽热热外外表表如如排排气气门门头头、火火花花塞塞电电极极、积积碳碳点点燃燃混混合合气气产产生生的的另另一一种种不不正常燃烧。正常燃烧。后果：发动机的性能下降，零部件寿命降低。后果：发动机的性能下降，零部件寿命降低。现象：发生外表点火时，

11、有沉闷的敲击声传出。现象：发生外表点火时，有沉闷的敲击声传出。3.作功行程作功行程活塞：活塞：从上止点移动到下止点从上止点移动到下止点气门：气门：进气门关闭，排气门关闭进气门关闭，排气门关闭曲轴：曲轴：旋转从旋转从360A540A最高压力：最高压力：pmax3.06.5Mpa最高温度：最高温度：Tmax22002800K膨胀终了压力：膨胀终了压力：pex0.350.5Mpa膨胀终了温度：膨胀终了温度：Tex12001500K4、排气行程、排气行程活塞：从下止点移动到上止点活塞：从下止点移动到上止点气门：进气门关闭，排气门开启气门：进气门关闭，排气门开启曲轴：旋转从曲轴：旋转从540720排气终

12、了气体压力剩余废气压力：排气终了气体压力剩余废气压力：pr0.1050.12Mpa排气终了气体温度剩余废气温度：排气终了气体温度剩余废气温度：Tr9001100K二、四冲程柴油机的工作原理二、四冲程柴油机的工作原理1.进气冲程进气冲程与与汽汽油油机机主主要要区区别别：进进入入气气缸缸的的是是纯纯空空气。气。进气终了压力：进气终了压力：pde0.0850.095Mpa进气终了温度：进气终了温度：Tde310340K2.压缩冲程压缩冲程与汽油机的主要区别：与汽油机的主要区别：压压缩缩比比高高于于汽汽油油机机；在在压压缩缩行行程程快快要要结结束束的的时时候候，喷喷油油器器向向气气缸缸内内喷喷入入柴柴

13、油油。当当油油与与空空气气混混合合后后在在高高压压下下到到达达其自燃点就开始着火燃烧。其自燃点就开始着火燃烧。压缩终了压力：压缩终了压力：pco3.05.0Mpa压缩终了温度：压缩终了温度：Tco7501000K3.做功冲程做功冲程柴柴油油机机由由于于是是边边喷喷油油、边边混混合合、边边燃燃烧烧，所所以以，所所以以最最开开始始虽虽然然活活塞塞有有所所下下行行，但但气气缸缸内内的的压压力力根根本不变。本不变。最高压力：最高压力：pmax69Mpa最最 高高 温温 度度：Tmax 18002200K膨膨 胀胀 终终 了了 压压 力力：pex 0.20.5Mpa膨膨 胀胀 终终 了了 温温 度度：T

14、ex 10001200K4.排气冲程排气冲程排排气气终终了了气气体体压压力力：pr0.105 0.12Mpa排气终了气体温度：排气终了气体温度：Tr700900K三、四冲程汽油机、柴油机特点比较三、四冲程汽油机、柴油机特点比较1、由由于于柴柴油油机机压压缩缩比比较较高高，燃燃料料燃燃烧烧非非常常完完全全，所所以以柴柴油油机机的的有有效效热热效效率率好好，经济性好。经济性好。汽油机：汽油机：be=270325g/(kw.h)柴油机柴油机:be=214285g/(kw.h)2、柴柴油油机机无无点点火火系系，所所以以故故障障少少些些，易易保保养养。但但柴柴油油机机有有高高精精度度零零件件如如喷喷油油

15、泵泵、喷喷油油器器等等，其其本本钱钱较较高高，并并且且加加工较难。工较难。3、柴柴油油机机最最高高爆爆发发压压力力高高，所所以以对对发发动动机机的的零零部部件件强强度度要要求求高高，这这样样导导致致柴柴油机笨重油机笨重4、柴油机转速低于汽油机、柴油机转速低于汽油机原原因因：1由由于于柴柴油油机机的的压压缩缩比比高高，所所以以其其受受到到的的机机械械负负荷荷较较大大，故故其其零零部部件件的的质质量量较较大大，导导致致运运动动时时惯惯性性力力较较大。大。2汽汽油油机机可可燃燃混混合合气气的的混混合合时时间和质量优于柴油机。间和质量优于柴油机。5、柴柴油油机机运运转转噪噪音音高高，但但有有害害气气体

16、体的的排放优于汽油机，而微粒排放较高。排放优于汽油机，而微粒排放较高。6、柴油机启动困难，汽油机易启动。、柴油机启动困难，汽油机易启动。第四节第四节.发动机的总体构造发动机的总体构造一、机体组一、机体组作用：是发动机各机构各系统的装配基体。作用：是发动机各机构各系统的装配基体。组成：气缸盖、气缸体、油底壳等组成：气缸盖、气缸体、油底壳等二、曲柄连杆机构二、曲柄连杆机构作作用用：是是发发动动机机借借以以产产生生动动力力，并并将将活活塞塞的的往往复复直直线线运运动动转转变变为为曲曲轴轴旋旋转转运运动动而而输输出出动动力力的的机机构构组成：活塞、连杆、曲轴、飞轮等组成：活塞、连杆、曲轴、飞轮等三、配

17、气机构三、配气机构作作用用：使使可可燃燃混混合合气气及及时时充充入入气气缸缸并并及及时时从从气气缸排除废气。缸排除废气。组成：进排气门、摇臂、凸轮轴等组成：进排气门、摇臂、凸轮轴等四、供给系四、供给系作作用用：根根据据发发动动机机各各种种工工况况要要求求，配配置置具具有有一一定定数数量量和和浓浓度度的的可可燃燃混混合合气气供供入入气气缸缸，并并将将燃燃烧烧后后生生成成的的废废气气排排出出发动机。发动机。组成：汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器等组成：汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器等五、点火系五、点火系作作用用：保保证证按按规规定定时时刻刻及及时时点点燃燃气气缸缸中中被被压压缩缩的的可可燃燃

18、混混合气。合气。组成：蓄电池、发电机、火花塞、分电器等组成：蓄电池、发电机、火花塞、分电器等六、冷却系六、冷却系作作用用：散散发发受受热热机机件件的的热热于于大大气气中中，以以使使发发动动机机在在最最适适宜的温度下工作。宜的温度下工作。组成：水泵、水箱、风扇、节温器等组成：水泵、水箱、风扇、节温器等七、润滑系七、润滑系作作用用：将将润润滑滑油油不不断断地地供供给给作作相相对对运运动动地地零零件件以以减减少少他他们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损。们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损。组成：机油泵、机油滤清器、润滑油道等组成：机油泵、机油滤清器、润滑油道等八、起动系八、起动系作用：使静止的发动机启动并

19、转入自行的运转。作用：使静止的发动机启动并转入自行的运转。组成：起动机及其附属装置组成：起动机及其附属装置第三节第三节发动机主要性能指标与特性发动机主要性能指标与特性一、主要性能指标一、主要性能指标一动力性指标一动力性指标1、有效转矩、有效转矩TeN.m定定义义：发发动动机机通通过过飞飞轮轮对对外外输输出出的的转转矩矩。由由测测功功机机测得。测得。2、发动机转速、发动机转速nr/min由转速表直接读取。由转速表直接读取。3、有效功率、有效功率PeKW定义：发动机通过飞轮对外输出的功率。定义：发动机通过飞轮对外输出的功率。计算式：计算式：PeTe*2n/60*10-3Te*n/9550(kw)二

20、经济性指标二经济性指标1.有效热效率有效热效率燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数。燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数。有效热效率越高，发动机的经济性越好。有效热效率越高，发动机的经济性越好。2、有效燃油消耗率、有效燃油消耗率be定定义义：发发动动机机每每发发出出1KW有有效效功功率率，在在1h内内所所消消耗耗的燃油质量以的燃油质量以g为单位。为单位。定义式：定义式：beB/Pe*103g/KW.h其其中中B：发发动动机机在在单单位位时时间间内内的的耗耗油油量量kg/h,可在实验中测得。可在实验中测得。有效燃油消耗率越低，发动机的经济性越好。有效燃油消耗率越低，发动机的经济性越好。三

21、发动机的运转性能指标三发动机的运转性能指标1、排气品质、排气品质2、噪声、噪声3、启动性、启动性二、发动机的速度特性二、发动机的速度特性一定义一定义1、发发动动机机特特性性：发发动动机机的的性性能能是是随随着着许许多多因因素素而而变变化化的的，其其变变化化规规律律称称为为发发动动机机的的特特性。性。2、发发动动机机的的速速度度特特性性：发发动动机机油油门门开开度度不不变变，发发动动机机的的性性能能指指标标如如发发动动机机的的功功率率、转转矩矩、有有效效燃燃油油消消耗耗率率等等随随着着曲曲轴轴转转速速变变化的规律。化的规律。3、发发动动机机的的外外特特性性：发发动动机机油油门门全全开开，发发动动

22、机机的的性性能能指指标标如如发发动动机机的的功功率率、转转矩矩、有有效效燃燃油油消消耗耗率率等等随随着着曲曲轴轴转转速速变变化化的的规律。又称为发动机的总功率特性规律。又称为发动机的总功率特性二速度特性制取步骤汽油机为例二速度特性制取步骤汽油机为例1发发动动机机预预热热，将将点点火火提提前前角角、水水温温8095、油温、油温80左右保持最正确。左右保持最正确。2将将油油门门固固定定在在某某一一位位置置后后，先先将将发发动动机机满满负负荷荷稳稳定定运运转转在在最最低低转转速速处处，此此时时即即为为试试验验的的起起点点。记记录录耗耗一一定定量量燃燃油油所所需需要要的的时时间、测功器读数、转速。间、

23、测功器读数、转速。3依依次次减减少少发发动动机机负负荷荷，使使其其转转速速增增加加，根根据据发发动动机机所所选选择择的的转转速速间间隔隔，使使发发动动机机稳稳定定工工作作在在某某一一转转速速处处，再再进进行行此此时时数数据据记记录录。如如此此试试验验几几个个点点，到到发发动动机机功功率率开开始始下降为止。下降为止。4在在坐坐标标上上描描点点。横横坐坐标标发发动动机机曲曲轴轴转转速速，纵纵坐坐标标为为发发动动机机的的功功率率、转转矩矩、有有效效燃燃油油消耗率等消耗率等三发动机外特性曲线三发动机外特性曲线分分析析：此此特特性性代代表表了了发发动动机机所所具具有有的的最最高高动动力性能。力性能。1、

24、可可以以从从此此曲曲线线上上找找出出发发动动机机所所能能发发出出的的最最高功率和最高转矩及其相应转速。高功率和最高转矩及其相应转速。2、最高转矩和最高功率所对应的转速不同、最高转矩和最高功率所对应的转速不同3、发发动动机机的的最最低低燃燃油油消消耗耗率率并并不不是是出出现现在在最最高高功功率率或或最最高高转转矩矩对对应应的的转转速速下下，此此说说明明发发动动机机的的最最高高动动力力性性与与最最好好经经济济性性不不能能兼兼得得。最最低低燃燃油油消消耗耗率率所所对对应应的的转转速速介介于于最最高功率和转矩对应的转速之间。高功率和转矩对应的转速之间。四发动机工作状况四发动机工作状况发发动动机机工工作作状状况况(简简称称发发动动机机工工况况):一一般般用用发发动动机机的的功功率率与与曲曲轴轴转转速速来来表表示示；有有时时也也用用负荷与发动机曲轴转速来表示。负荷与发动机曲轴转速来表示。发发动动机机在在某某一一转转速速下下的的负负荷荷：就就是是当当时时发发动动机机发发出出的的功功率率与与同同一一转转速速下下所所可可能能发发出出的的最大功率之比。以百分数表示。最大功率之比。以百分数表示。注意：负荷与功率不是同一概念。注意：负荷与功率不是同一概念。