第1章電控發(fā)動機(jī)總論

1、章節(jié)名稱第1章 發(fā)動機(jī)總論學(xué)時分配課堂講授 4學(xué)時； 實(shí)踐課 學(xué)時教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo) 掌握發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造 知道內(nèi)燃機(jī)的編號規(guī)則 理解發(fā)動機(jī)常用術(shù)語的基本概念 掌握四沖程發(fā)動機(jī)的工作原理能力目標(biāo)掌握發(fā)動機(jī)的構(gòu)造掌握四沖程發(fā)動機(jī)的工作原理教學(xué)方法講授法、啟發(fā)式教學(xué)法、案例教學(xué)法教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)、難點(diǎn)：發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造，四沖程發(fā)動機(jī)的工作原理。教學(xué)過程設(shè)計1、 明確教學(xué)目的：講述章節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，重點(diǎn)、難點(diǎn)。2、 播放相關(guān)視頻，進(jìn)行總體介紹，引入課堂教學(xué)。3、 結(jié)合多媒體對個內(nèi)容進(jìn)行講解，并進(jìn)行拓教學(xué)內(nèi)容備注1.1發(fā)動機(jī)總體構(gòu)造1.1.1發(fā)動機(jī)組成1、曲柄連桿機(jī)構(gòu) 曲柄連桿機(jī)構(gòu)由機(jī)體組、活塞連桿組、

2、曲軸飛輪組三部分組成。其作用是將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運(yùn)動的機(jī)械能，再通過連桿將活塞的往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而對外輸出動力。2、配氣機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)由氣門組及氣門傳動組組成。其作用是使可燃混合氣及時充入氣缸并及時將廢氣從氣缸中排出。3、燃料供給系統(tǒng)汽油機(jī)燃料供給系統(tǒng)和柴油機(jī)燃料供給系統(tǒng)由于使用的燃料和燃燒過程不同，在結(jié)構(gòu)上有很大差別，而汽油機(jī)燃料供給系統(tǒng)根據(jù)混合氣的形成方式不同又可分為傳統(tǒng)化油器式和電控直噴式兩種。其作用是將一定濃度和數(shù)量的可燃混合氣（或空氣）供入氣缸以供燃燒，并將燃燒生成的廢氣排出。4、冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)有水冷卻系統(tǒng)和風(fēng)冷卻系統(tǒng)兩種，現(xiàn)代汽車一般都采用水冷卻系統(tǒng)。其

3、作用是將受熱機(jī)件的熱量散到大氣中去，從而保證發(fā)動機(jī)正常工作5、潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)的作用是將潤滑油送至各個摩擦表面，以減輕機(jī)件的磨損，并清洗、冷卻摩擦表面，延長發(fā)動機(jī)的使用壽命。6、起動系統(tǒng)起動系統(tǒng)的作用是將靜止的發(fā)動機(jī)起動并轉(zhuǎn)入自行運(yùn)轉(zhuǎn)。7、點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)是汽油發(fā)動機(jī)獨(dú)有的，按控制方式不同又分為傳統(tǒng)點(diǎn)火系和電子控制點(diǎn)火系兩種。其作用是按規(guī)定時刻向氣缸內(nèi)提供電火花以點(diǎn)燃?xì)飧字械目扇蓟旌蠚狻２裼桶l(fā)動機(jī)由于其混合氣是自行著火燃燒，故沒有點(diǎn)火系。1.1.2發(fā)動機(jī)分類1.1.3內(nèi)燃機(jī)編號規(guī)則1.2發(fā)動機(jī)工作原理1.2.1發(fā)動機(jī)基本術(shù)語1、上止點(diǎn)TDC 上止點(diǎn)是指活塞頂位于其運(yùn)動的頂部時的位置，即活塞的最

4、高位置。2、下止點(diǎn)BDC 下止點(diǎn)是指活塞頂位于其運(yùn)動的底部時的位置，即活塞的最低位置。3、活塞行程S 活塞行程是指上、下止點(diǎn)間的距離，用S表示，單位：mm（毫米）?；钊梢粋€止點(diǎn)運(yùn)動到另一個止點(diǎn)一次的過程，稱為一個沖程。4、曲柄半徑R 曲柄半徑是指與連桿大頭相連接的曲柄銷的中心線到曲軸回轉(zhuǎn)中心線的距離，用R表示，單位：mm（毫米）。顯然，曲軸每轉(zhuǎn)一周，活塞移動兩個沖程，即：5、氣缸工作容積Vh 氣缸工作容積是指活塞從一個止點(diǎn)移動到另一個止點(diǎn)所掃過的容積，用Vh表示，單位：L（升）。顯然有：式中：Vh氣缸工作容積，L； D氣缸直徑，mm； S活塞行程，mm。6、燃燒室容積Vc 燃燒室容積是指活塞

5、位于上止點(diǎn)時，活塞頂上方的氣缸空間容積，用Vc表示，單位：L（升）。7、氣缸總?cè)莘eVa氣缸總?cè)莘e是指活塞位于下止點(diǎn)時，活塞頂上方的氣缸空間容積，用Va表示，單位：L（升）。8、發(fā)動機(jī)排量VL 發(fā)動機(jī)排量是指發(fā)動機(jī)所有氣缸工作容積之和，用VL表示，單位：L（升）。對于多缸發(fā)動機(jī)，顯然有：式中：i發(fā)動機(jī)氣缸數(shù)。 發(fā)動機(jī)排量是一個非常重要的特征參數(shù)，轎車就是以發(fā)動機(jī)排量大小來進(jìn)行分級。微型：VL1.0；普通級：VL1.01.6；中級：VL1.62.5；中高級：VL2.54.0；高級：VL4.0。9、壓縮比 壓縮比是指氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比，用表示。壓縮比用來衡量空氣或混合氣被壓縮的程度，影響發(fā)動

6、機(jī)的熱效率。一般汽油發(fā)動機(jī)壓縮比為610，柴油發(fā)動機(jī)壓縮比較高，為1622。10、工作循環(huán) 發(fā)動機(jī)完成進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個過程，稱為一個工作循環(huán)。1.2.2四沖程發(fā)動機(jī)工作原理1、四沖程汽油機(jī)工作原理 四沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)由進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個過程所組成。（l）進(jìn)氣行程活塞由曲軸帶動從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，此時，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉。在活塞向下移動的過程中，氣缸內(nèi)容積逐漸增大，形成一定真空度，于是空氣和燃油的可燃混合氣通過進(jìn)氣門被吸入氣缸，直至活塞到達(dá)下止點(diǎn)時，進(jìn)氣門關(guān)閉，停止進(jìn)氣。 由于進(jìn)氣系統(tǒng)存在進(jìn)氣阻力，進(jìn)氣終了時氣缸內(nèi)氣體的壓力低于大氣壓力，約為0.075MPa0.09M

7、Pa。由于氣缸壁、活塞等高溫件及上一循環(huán)留下的高溫殘余廢氣的加熱，氣體溫度升高到370K400K。（2） 壓縮行程 為使可燃混合氣迅速燃燒，達(dá)到改善發(fā)動機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性的目的，必須在燃燒前對可燃混合氣進(jìn)行壓縮，以提高可燃混合氣的溫度和壓力。因此，在進(jìn)氣行程結(jié)束時立即進(jìn)入壓縮行程，活塞在曲軸的帶動下，從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，由于進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，氣缸內(nèi)容積逐漸減小，可燃混合氣壓力、溫度逐漸升高。 壓縮終了時，氣缸內(nèi)的壓力約為0.6MPa1.2MPa，溫度約為600K700K。（3） 作功行程 在壓縮行程末，火花塞產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃混合氣并迅速燃燒，使氣體的溫度、壓力迅速升高而膨脹，從而推動活塞從上止點(diǎn)

8、向下止點(diǎn)運(yùn)動，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)作功，至活塞到達(dá)下止點(diǎn)時作功結(jié)束。 在作功行程中，開始階段氣缸內(nèi)氣體壓力、溫度急劇上升，瞬間壓力可達(dá)3MPa5MPa，瞬時溫度可達(dá)2200K2800K。隨著活塞下行，氣缸容積增大，氣缸內(nèi)壓力、溫度逐漸下降，作功終了時，壓力約為0.30.5MPa，溫度約為1300K1600K。（4） 排氣行程 為使循環(huán)能夠連續(xù)進(jìn)行，須將燃燒產(chǎn)生的廢氣排出。在作功行程終了時，排氣門打開，進(jìn)氣門關(guān)閉，曲軸通過連桿推動活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，廢氣在自身剩余壓力和活塞推動下，被排出氣缸，至活塞到達(dá)上止點(diǎn)時，排氣門關(guān)閉，排氣結(jié)束。排氣行程終了時，由于燃燒室容積的存在，氣缸內(nèi)還存有少量廢氣

9、，氣體壓力也因排氣系統(tǒng)存在排氣阻力而略高于大氣壓力。此時，壓力約為0105MPa0115MPa，溫度約為900K1200K。2 四沖程柴油機(jī)工作原理 四沖程柴油機(jī)和四沖程汽油機(jī)一樣，每個工作循環(huán)也是由進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個行程組成。由于所使用燃料的性質(zhì)不同，在可燃混合氣的形成和著火方式上與汽油機(jī)有很大區(qū)別。（l）進(jìn)氣行程 進(jìn)氣行程不同于汽油機(jī)的是進(jìn)入氣缸的不是可燃混合氣，而是純空氣。由于進(jìn)氣阻力比汽油機(jī)小，上一行程殘留的廢氣溫度也比汽油機(jī)低，進(jìn)氣行程終了的壓力約為0.075MPa0.095MPa，溫度約為 320K350K。（2）壓縮行程 壓縮行程不同于汽油機(jī)的是壓縮純空氣，由于柴油的壓縮

10、比大，壓縮終了的溫度和壓力都比汽油機(jī)高，壓力可達(dá)3MPa5MPa，溫度可達(dá)800K1000K。（3）作功行程 此行程與汽油機(jī)有很大差異，壓縮行程末，噴油泵將高壓柴油經(jīng)噴油器呈霧狀噴入氣缸內(nèi)的高溫高壓空氣中，被迅速汽化并與空氣形成混合氣，由于此時氣缸內(nèi)的溫度遠(yuǎn)高于柴油的自燃溫度（約500K左右），柴油混合氣便立即自行著火燃燒，且此后一段時間內(nèi)邊噴油邊燃燒，氣缸內(nèi)壓力和溫度急劇升高，推動活塞下行作功。 作功行程中，瞬時壓力可達(dá)5MPa10MPa，瞬時溫度可達(dá) 1800K2200K，作功行程終了時壓力約為0.2MPa0.4MPa，溫度約為 1200K1500K。（4）排氣行程 此行程與汽油機(jī)基本相同

11、。排氣行程終了時的氣缸壓力約為0.105MPa0.125MPa，溫度約為800K1000K。3、四沖程汽油機(jī)與柴油機(jī)工作原理的比較 由上述四沖程汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作循環(huán)可知，兩種發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)既有共同點(diǎn)，又有差別，歸納如下：（1）兩種發(fā)動機(jī)中，每完成一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)兩周（7200），每完成一個行程曲軸轉(zhuǎn)半周（1800），進(jìn)氣行程是進(jìn)氣門開啟，排氣行程是排氣門開啟，其余兩個行程進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。（2）無論是汽油機(jī)還是柴油機(jī)，在四個行程中，只有作功行程產(chǎn)生動力，其余三個行程是為作功行程作準(zhǔn)備的輔助行程，都要消耗一部分能量。（3）兩種發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的第一循環(huán)，都必須靠外力使曲軸旋轉(zhuǎn)完成進(jìn)氣和壓縮行

12、程，作功行程開始后，作功能量儲存在飛輪內(nèi)，以維持循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行。（4）汽油機(jī)的混合氣是在氣缸外部形成的，進(jìn)氣行程中吸入氣缸的是可燃混合氣；柴油機(jī)的混合氣是在氣缸內(nèi)部形成的，進(jìn)氣行程中吸入氣缸的是純空氣。（5）汽油機(jī)在壓縮終了時，靠火花塞強(qiáng)制點(diǎn)火燃燒，而柴油機(jī)則靠混合氣自燃著火燃燒。1.2.3二沖程發(fā)動機(jī)工作原理簡介 二沖程汽油機(jī)在結(jié)構(gòu)上與四沖程汽油機(jī)的不同之處在于沒有了進(jìn)、排氣門，取而代之的是進(jìn)氣孔、排氣孔和換氣孔。圖1-9為單缸二沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)示意圖，其工作原理如下：（1）第一行程 活塞由曲軸帶動從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動，當(dāng)活塞上行至關(guān)閉換氣孔和排氣孔時，已進(jìn)入氣缸的新鮮混合氣被壓縮，直至上

13、止點(diǎn)時，壓縮結(jié)束；與此同時，隨著活塞上行，其下方曲軸箱內(nèi)形成一定真空度，當(dāng)活塞上行到進(jìn)氣孔開啟時，新鮮混合氣被吸入曲軸箱。（2）第二行程 活塞接近上止點(diǎn)時，火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃被壓縮的可燃混合氣，燃燒形成的高溫、高壓氣體推動活塞下行作功，當(dāng)活塞下行到關(guān)閉進(jìn)氣孔后，曲軸箱內(nèi)的混合氣被預(yù)壓縮，活塞繼續(xù)下行至排氣孔開啟時，燃燒后的廢氣靠自身壓力經(jīng)排氣孔排出；緊接著，換氣孔開啟，曲軸箱內(nèi)經(jīng)預(yù)壓的混合氣進(jìn)入氣缸，并排除氣缸內(nèi)殘余廢氣，這一過程稱為換氣過程，它將一直延續(xù)到下一行程活塞再上行關(guān)閉換氣孔和排氣孔時為止。 由上述工作原理可知，第一行程時，活塞上方進(jìn)行換氣、壓縮，活塞下方進(jìn)行進(jìn)氣；第二行程時，活塞上方進(jìn)行作功、換氣，活塞下方預(yù)壓混合氣。換氣過程跨越二個行程。2、二沖程發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)（l）由于進(jìn)排氣過程幾乎是完全重疊進(jìn)行的，所以在換氣過程中有混合氣損失和廢氣難以排凈的缺點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)性較差。（2）完成一個工作循環(huán)，曲軸只轉(zhuǎn)一圈，當(dāng)與四沖程發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速相