發(fā)動機1-工作原理與總體構(gòu)造

1、第一章第一章 發(fā)動機的基本知識發(fā)動機的基本知識概述概述 四行程發(fā)動機工作原理四行程發(fā)動機工作原理 發(fā)動機的總體構(gòu)造發(fā)動機的總體構(gòu)造 發(fā)動機的主要性能指標與特性發(fā)動機的主要性能指標與特性 1.1 概概 述述1 1、按燃料的使用不同分、按燃料的使用不同分一、發(fā)動機的定義一、發(fā)動機的定義： 二、發(fā)動機的分類二、發(fā)動機的分類 ： 發(fā)動機是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)變成機械能的機器。發(fā)動機是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)變成機械能的機器。 現(xiàn)代汽車大多使用往復活塞式內(nèi)燃機。它將燃料在現(xiàn)代汽車大多使用往復活塞式內(nèi)燃機。它將燃料在 發(fā)動機氣缸內(nèi)部進行燃燒，把產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機械能。發(fā)動機氣缸內(nèi)部進行燃燒，把產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成

2、機械能。汽油機汽油機柴油機柴油機氣體燃料發(fā)動機氣體燃料發(fā)動機3 3、按冷卻方式不同、按冷卻方式不同水冷發(fā)動機水冷發(fā)動機風冷發(fā)動機風冷發(fā)動機2 2、按完成一個工作循環(huán)所需行程數(shù)、按完成一個工作循環(huán)所需行程數(shù)四行程發(fā)動機四行程發(fā)動機二行程發(fā)動機二行程發(fā)動機4 4、按氣缸數(shù)及排列方式、按氣缸數(shù)及排列方式單缸發(fā)動機單缸發(fā)動機多缸發(fā)動機多缸發(fā)動機直列式直列式型型水平對置式水平對置式直列式直列式型型對置式對置式1.2 四行程發(fā)動機工作原理四行程發(fā)動機工作原理 武漢科技大學機械學院武漢科技大學機械學院車輛系車輛系氣缸氣缸cylinder氣缸蓋氣缸蓋cylinder head氣缸體氣缸體engine bloc

3、k 氣門氣門valve凸輪軸凸輪軸camshaft搖臂搖臂rocker arm 活塞活塞 piston連桿連桿 connecting rod曲軸曲軸crankshaft一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu) 武漢科技大學機械學院武漢科技大學機械學院車輛系車輛系基本術(shù)語基本術(shù)語 武漢科技大學機械學院武漢科技大學機械學院車輛系車輛系武漢科技大學機械學院武漢科技大學機械學院車輛系車輛系武漢科技大學機械學院武漢科技大學機械學院車輛系車輛系武漢科技大學機械學院武漢科技大學機械學院車輛系車輛系基本術(shù)語基本術(shù)語 武漢科技大學機械學院武漢科技大學機械學院車輛系車輛系武漢科技大學機械學院武漢科技大學機械學院車輛系車輛系武漢科

4、技大學機械學院武漢科技大學機械學院車輛系車輛系基本術(shù)語基本術(shù)語 武漢科技大學機械學院武漢科技大學機械學院車輛系車輛系氣缸總?cè)莘e氣缸總?cè)莘e壓縮比壓縮比 氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比，用比，用表示表示。 例如：例如：現(xiàn)代化油器式發(fā)動機壓縮比一般為現(xiàn)代化油器式發(fā)動機壓縮比一般為8 811(11(轎車有的轎車有的達達1010以上以上) )。柴油機壓縮比一般為為。柴油機壓縮比一般為為16162222。壓縮比過大壓縮比過大 爆燃、表面自然爆燃、表面自然V Va a 氣缸總?cè)莘e；氣缸總?cè)莘e； V Vh h 氣缸工作容積；氣缸工作容積； V Vc c 燃燒室容積；燃燒

5、室容積；工作循環(huán)工作循環(huán) 對于往復活塞式發(fā)動機，每進行一次能量轉(zhuǎn)換，對于往復活塞式發(fā)動機，每進行一次能量轉(zhuǎn)換，均要經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個過程。這種周均要經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個過程。這種周而復始的連續(xù)過程，稱為發(fā)動機的一個工作循環(huán)。而復始的連續(xù)過程，稱為發(fā)動機的一個工作循環(huán)。 多缸發(fā)動機各氣缸工作容積的總和，稱為發(fā)動機多缸發(fā)動機各氣缸工作容積的總和，稱為發(fā)動機排量排量 ，用用表示表示V VL L 。發(fā)動機排量發(fā)動機排量VL= V h i V Vh h氣缸工作容積氣缸工作容積 （氣缸排量）（氣缸排量） i i 氣缸數(shù)目氣缸數(shù)目二、二、 四行程發(fā)動機工作原理四行程發(fā)動機工作原理1 1

6、、進氣行程、進氣行程排氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉進氣門開啟進氣門開啟大氣壓力線大氣壓力線PVra示功圖示功圖上止點上止點下止點下止點示功圖示功圖：表示活塞表示活塞在不同位置時氣缸內(nèi)在不同位置時氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。氣體壓力的變化情況。進氣終了時氣缸內(nèi)進氣終了時氣缸內(nèi)壓強壓強為為0.0740.0740.093Mpa0.093Mpa，溫度溫度上升至上升至353353403K403K 活活塞塞下下行行2 2、壓縮行程、壓縮行程進氣門關(guān)閉進氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉PVra示功圖示功圖大氣壓力線大氣壓力線c上止點上止點下止點下止點壓縮終了時氣缸內(nèi)壓縮終了時氣缸內(nèi)壓強壓強上升至上升至0.60.61.5Mp

7、a1.5Mpa，溫度溫度繼續(xù)上升至繼續(xù)上升至600600700K 700K ?；罨钊仙闲行袎嚎s比決定溫度和壓力壓縮比決定溫度和壓力3 3、作功行程、作功行程進氣門關(guān)閉進氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉PVra示功圖示功圖大氣壓力線大氣壓力線cZb上止點上止點下止點下止點作功中氣缸內(nèi)作功中氣缸內(nèi)最高壓強最高壓強可達可達3 35Mpa5Mpa，最最高溫度高溫度可達可達220022002800K2800K；作功終了時氣；作功終了時氣缸內(nèi)缸內(nèi)壓強壓強下降至下降至0.30.30.5Mpa0.5Mpa，溫度溫度下降下降至至130013001600K1600K。 活活塞塞下下行行4 4、排氣行程、排氣行程進

8、氣門關(guān)閉進氣門關(guān)閉排氣門打開排氣門打開PVr示功圖示功圖大氣壓力線大氣壓力線cZb上止點上止點下止點下止點殘余廢氣殘余廢氣排氣終了時氣缸內(nèi)排氣終了時氣缸內(nèi)壓強壓強下降至下降至0.1020.1020.120Mpa0.120Mpa，溫度溫度下降至下降至9009001200K1200K a 活活塞塞上上行行四行程四行程柴油機柴油機工作原理工作原理四行程四行程柴油機柴油機工作原理工作原理 與汽油機工作與汽油機工作原理相比，只有一原理相比，只有一個行程即作功行程個行程即作功行程中，柴油機由于用中，柴油機由于用的柴油粘度比汽油的柴油粘度比汽油大、不易蒸發(fā)，且大、不易蒸發(fā)，且自然溫度又較汽油自然溫度又較汽油

9、低，所以采用的是低，所以采用的是 壓縮自燃式點火壓縮自燃式點火。進氣行程進氣行程壓縮行程壓縮行程作功行程作功行程排氣行程排氣行程新鮮空氣新鮮空氣四行程柴油機各行程示意圖四行程柴油機各行程示意圖開始噴油開始噴油分析和比較汽油機、柴油機的工作分析和比較汽油機、柴油機的工作異同異同?首先分別看一下汽油機和柴油機的圖示首先分別看一下汽油機和柴油機的圖示火花塞火花塞 噴油器噴油器 汽油機、柴油機的工作汽油機、柴油機的工作相同相同點：點： 每個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩周每個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩周; ; 每一行程曲軸轉(zhuǎn)半周每一行程曲軸轉(zhuǎn)半周; ; 只有作功行程產(chǎn)生動力。只有作功行程產(chǎn)生動力。 汽油機汽油機柴油機柴油機汽

10、油與空氣缸外混合，汽油與空氣缸外混合，進入可燃混合氣進入可燃混合氣進入氣缸的是純空氣進入氣缸的是純空氣電火花點燃混合氣電火花點燃混合氣高溫氣體加熱柴油燃燒高溫氣體加熱柴油燃燒有點火系有點火系無點火系無點火系無噴油器無噴油器有噴油器有噴油器汽油機、柴油機的工作汽油機、柴油機的工作不同不同點：點：三、四沖程汽油機、柴油機特點比較三、四沖程汽油機、柴油機特點比較1 1、由于柴油機壓縮比較高，燃料燃燒非常完全，所以、由于柴油機壓縮比較高，燃料燃燒非常完全，所以柴油機的有效熱效率好，經(jīng)濟性好。柴油機的有效熱效率好，經(jīng)濟性好。 汽油機：汽油機：be=270be=270325 g/(kw.h)325 g/(

11、kw.h) 柴油機柴油機: be=214: be=214285 g/(kw.h)285 g/(kw.h)2 2、柴油機無點火系，所以故障少些，易保養(yǎng)。但柴油、柴油機無點火系，所以故障少些，易保養(yǎng)。但柴油機有高精度零件如噴油泵、噴油器等，其成本較高，機有高精度零件如噴油泵、噴油器等，其成本較高，并且加工較難。并且加工較難。3 3、柴油機最高爆發(fā)壓力高，所以對發(fā)動機的零部件強、柴油機最高爆發(fā)壓力高，所以對發(fā)動機的零部件強度要求高，這樣導致柴油機笨重。度要求高，這樣導致柴油機笨重。4 4、柴油機轉(zhuǎn)速低于汽油機、柴油機轉(zhuǎn)速低于汽油機原因：原因：1 1）由于柴油機的壓縮比高，所以其受到）由于柴油機的壓縮

12、比高，所以其受到的機械負荷較大，故其零部件的質(zhì)量需較大，的機械負荷較大，故其零部件的質(zhì)量需較大，導致運動時慣性力較大。導致運動時慣性力較大。 2 2）汽油機可燃混合氣的混合時間和質(zhì)量）汽油機可燃混合氣的混合時間和質(zhì)量優(yōu)于柴油機。優(yōu)于柴油機。 5 5、柴油機運轉(zhuǎn)噪音高，但有害氣體的排放優(yōu)于、柴油機運轉(zhuǎn)噪音高，但有害氣體的排放優(yōu)于汽油機，而微粒排放較高。汽油機，而微粒排放較高。6 6、柴油機啟動困難，汽油機易啟動。、柴油機啟動困難，汽油機易啟動。單缸與多缸的對比？單缸與多缸的對比？二沖程發(fā)動機工作原理n 活塞上行：上方壓縮下方吸氣 掃氣孔掃氣孔排氣孔排氣孔進氣孔進氣孔額外排氣額外排氣n活塞下行（下

13、半程）上方換氣下方預壓先期排氣先期排氣二沖程汽油機的優(yōu)缺點（同四沖程汽油機相二沖程汽油機的優(yōu)缺點（同四沖程汽油機相比較）比較）（一）優(yōu)點：（一）優(yōu)點：1 1、從工作原理上來講，在發(fā)動機排量和轉(zhuǎn)速相同的前提下，、從工作原理上來講，在發(fā)動機排量和轉(zhuǎn)速相同的前提下，二沖程發(fā)動機的功率理論上是四沖程發(fā)動機的二沖程發(fā)動機的功率理論上是四沖程發(fā)動機的2 2倍。倍。2 2、由于二沖程發(fā)動機的做功頻率比較高，所以發(fā)動機運轉(zhuǎn)比、由于二沖程發(fā)動機的做功頻率比較高，所以發(fā)動機運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。較平穩(wěn)。3 3、無專門的換氣機構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小。、無專門的換氣機構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小。4 4、由于附屬機構(gòu)少，所以使

14、用、維護很方便。、由于附屬機構(gòu)少，所以使用、維護很方便。所以摩托車上多用。所以摩托車上多用。（二）缺點：（二）缺點：1 1、廢氣不易排除干凈。、廢氣不易排除干凈。2 2、換氣時減少了有效工作行程。、換氣時減少了有效工作行程。3 3、部分新鮮可燃混合氣隨廢氣排出，使能源浪費，、部分新鮮可燃混合氣隨廢氣排出，使能源浪費，經(jīng)濟性下降。經(jīng)濟性下降。4 4、同時造成環(huán)境污染。、同時造成環(huán)境污染。1 1、 發(fā)動機的定義是什么？發(fā)動機的定義是什么？2 2、 發(fā)動機的分類如何？發(fā)動機的分類如何？3 3、 什么是發(fā)動機的排量、燃燒室容積和壓縮比？什么是發(fā)動機的排量、燃燒室容積和壓縮比？4 4、汽油機和柴油機在可

15、燃混合氣形成方式和點火、汽油機和柴油機在可燃混合氣形成方式和點火方式上有何不同？它們在結(jié)構(gòu)上有何區(qū)別？方式上有何不同？它們在結(jié)構(gòu)上有何區(qū)別？ 1.3 發(fā)動機的總體構(gòu)造發(fā)動機的總體構(gòu)造兩兩大大機機構(gòu)構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)配氣機構(gòu)配氣機構(gòu)五五大大系系統(tǒng)統(tǒng)燃料系燃料系潤滑系潤滑系冷卻系冷卻系點火系點火系起動系起動系曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件轉(zhuǎn)換的主要運動零件 配氣機構(gòu)配氣機構(gòu)根據(jù)發(fā)動機的工作順序和工作過工作順序和工作過程，定時開啟和關(guān)閉進氣門和排程，定時開啟和關(guān)閉進氣門和排氣門氣門 燃油系燃油系潤滑系潤滑系冷卻系冷卻系點火系點火系起動系

16、起動系1.4 發(fā)動機的主要性能指標與特性發(fā)動機的主要性能指標與特性一、動力性指標一、動力性指標 1 1、有效轉(zhuǎn)矩：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為發(fā)動機的有、有效轉(zhuǎn)矩：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為發(fā)動機的有效轉(zhuǎn)矩，用效轉(zhuǎn)矩，用TeTe表示表示 。2 2、有效功率：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的功率成為發(fā)動機的有效、有效功率：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的功率成為發(fā)動機的有效功率，用功率，用PePe表示。表示。 式中：式中：T Te e 有效扭矩，單位為有效扭矩，單位為NmNm； n n 曲軸轉(zhuǎn)速，單位為曲軸轉(zhuǎn)速，單位為r/minr/min 二者關(guān)系二者關(guān)系 3 3 發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)動機轉(zhuǎn)速：發(fā)動

17、機轉(zhuǎn)速：曲軸的每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)曲軸的每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)標定功率：標定功率：根據(jù)發(fā)動機用途而制定的有效功率最大使用限度根據(jù)發(fā)動機用途而制定的有效功率最大使用限度4 4 平均有效壓力平均有效壓力單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功三、強化指標三、強化指標發(fā)動機承受熱負荷和機械負荷的能力發(fā)動機承受熱負荷和機械負荷的能力 升功率升功率: :發(fā)動機在標定工況下，單位發(fā)動機排量輸出的有效發(fā)動機在標定工況下，單位發(fā)動機排量輸出的有效功率功率 強化系數(shù)：強化系數(shù)：平均有效壓力與活塞平均速度的乘積平均有效壓力與活塞平均速度的乘積 活塞平均速度：活塞平均速度：Vm=2Sn/60Vm=2Sn/60*

18、*1000=Sn/301000=Sn/30* *10001000 二二、經(jīng)濟性指標、經(jīng)濟性指標 有效熱效率：有效熱效率：燃油燃燒所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為有效功的百分數(shù)燃油燃燒所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為有效功的百分數(shù) 燃油消耗率：燃油消耗率：發(fā)動機每發(fā)出發(fā)動機每發(fā)出1kW.h1kW.h有效功率，所消耗的燃油量，有效功率，所消耗的燃油量，稱為燃油消耗率，用稱為燃油消耗率，用b be e (g/kW.h)(g/kW.h)表示。表示。 beB/Pe*1000 （g/KW. h）四、緊湊性指標四、緊湊性指標- -用來表征發(fā)動機總體結(jié)構(gòu)的緊湊程度用來表征發(fā)動機總體結(jié)構(gòu)的緊湊程度 比容積：比容積：發(fā)動機的外廓體積發(fā)動機的

19、外廓體積/ /標定功率標定功率 比質(zhì)量：比質(zhì)量：發(fā)動機的干質(zhì)量發(fā)動機的干質(zhì)量/ /標定功率標定功率五、發(fā)動機的速度特性五、發(fā)動機的速度特性 發(fā)動機特性：發(fā)動機特性：發(fā)動機的性能是隨著許多因素而變化的，發(fā)動機的性能是隨著許多因素而變化的，其變化規(guī)律稱為發(fā)動機的特性。其變化規(guī)律稱為發(fā)動機的特性。 發(fā)動機的速度特性：發(fā)動機的速度特性：發(fā)動機油門開度不變，發(fā)動機的性發(fā)動機油門開度不變，發(fā)動機的性能指標（如發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩、有效燃油消耗率等）隨著能指標（如發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩、有效燃油消耗率等）隨著曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。 發(fā)動機的外特性：發(fā)動機的外特性：發(fā)動機油門全開，發(fā)動機的性能指標發(fā)動機油門全開，發(fā)動機的性能指標（如發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩、有效燃油消耗率等）隨著曲軸轉(zhuǎn)（如發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩、有效燃油消耗率等）隨著曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。又稱為發(fā)動機的總功率特性。速變化的規(guī)律。又稱為發(fā)動機的總功率特性。Te外特性曲線外特性曲線六、發(fā)動機的工況與負荷六、