第一章 發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和總體構(gòu)造-2015

1、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造 1-1. 發(fā)動(dòng)機(jī)的類型發(fā)動(dòng)機(jī)的類型 一、發(fā)動(dòng)機(jī)-將某一種形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闉闄C(jī)械能的機(jī)器。 水力勢(shì)能：水輪機(jī)； 風(fēng)能 ：風(fēng)輪機(jī)； 電能 ：電動(dòng)機(jī)； 太陽能 ：太陽能汽車； 熱能 ：燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒-內(nèi)燃機(jī)； 燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)外部燃燒-外燃機(jī)。 二、內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用 特點(diǎn)：熱效率高、體積小、重量輕、便于移動(dòng)、起動(dòng)性好 應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械、摩托車、坦 克、船艦、飛機(jī)、割草機(jī)等。 內(nèi)燃機(jī)與外燃機(jī)（蒸汽機(jī)）的對(duì)比內(nèi)燃機(jī)與外燃機(jī)（蒸汽機(jī)）的對(duì)比 蒸汽機(jī)蒸汽機(jī)內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī) 輪船輪船 割草機(jī)割草機(jī) / 鏈鋸鏈鋸 發(fā)電廠發(fā)電廠 轎車轎車 卡車卡車 摩托車摩托車 飛機(jī)

2、飛機(jī) 火車火車 內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類 （1 1）按活塞運(yùn)動(dòng)方式）按活塞運(yùn)動(dòng)方式 往復(fù)活塞式往復(fù)活塞式 旋轉(zhuǎn)活塞式旋轉(zhuǎn)活塞式 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類 液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī) 氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī) （2 2）按燃料種類）按燃料種類 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類 （3 3）按行程數(shù)）按行程數(shù) 二行二行( (沖沖) )程程 四行四行( (沖沖) )程程 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類 （4 4）按著火方式）按著火方式 火花點(diǎn)火火花點(diǎn)火 壓縮著火壓縮著火 （5 5）按混合氣形成方式）按混合氣形成方式 均質(zhì)混合均質(zhì)混合 分層混合分層混合

3、（6 6）按冷卻方式）按冷卻方式 水冷水冷 風(fēng)冷風(fēng)冷 水冷和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)水冷和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類 （7 7）按進(jìn)氣狀態(tài)）按進(jìn)氣狀態(tài) 非增壓非增壓/ /自然吸氣自然吸氣 增壓增壓 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類 （8 8）按氣缸數(shù)）按氣缸數(shù) 單缸單缸 多缸多缸 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的分類 （9 9）按氣缸排列）按氣缸排列 直列直列 V V型型 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本結(jié)構(gòu)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本術(shù)語往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本術(shù)語 （1 1）上、下止點(diǎn)）上、下止點(diǎn) 活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處，即活塞最高位活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處，即活塞最高位

4、置，稱為置，稱為上止點(diǎn)上止點(diǎn)（Top Dead Center, TDCTop Dead Center, TDC）；）； 活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處，即活塞最低點(diǎn)，活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處，即活塞最低點(diǎn)， 稱為稱為下止點(diǎn)下止點(diǎn)（Bottom Dead Center, BDCBottom Dead Center, BDC）。）。 在上、下止點(diǎn)處，活塞的運(yùn)動(dòng)速度為零。在上、下止點(diǎn)處，活塞的運(yùn)動(dòng)速度為零。 （2 2）活塞行程）活塞行程 活塞從一個(gè)止點(diǎn)到另一個(gè)止點(diǎn)移動(dòng)的距離，即活塞從一個(gè)止點(diǎn)到另一個(gè)止點(diǎn)移動(dòng)的距離，即 上、下止點(diǎn)之間的距離稱為上、下止點(diǎn)之間的距離稱為活塞行程活塞行程。一般用。一般用S表

5、表 示，對(duì)應(yīng)一個(gè)活塞沖程，曲軸旋轉(zhuǎn)示，對(duì)應(yīng)一個(gè)活塞沖程，曲軸旋轉(zhuǎn)180。 （3 3）曲柄半徑）曲柄半徑 曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心之間的距離稱為曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心之間的距離稱為曲柄半曲柄半 徑徑，一般用，一般用R表示。通?；钊麤_程為曲柄半徑的兩表示。通?；钊麤_程為曲柄半徑的兩 倍，即倍，即S=2R。 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本術(shù)語往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本術(shù)語 （4 4）氣缸工作容積）氣缸工作容積 活塞從一個(gè)止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)止點(diǎn)所掃過的容積，稱為活塞從一個(gè)止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)止點(diǎn)所掃過的容積，稱為氣缸工作容積氣缸工作容積。 一般用一般用Vs表示：表示： 式中：式中：D氣缸直徑氣缸直徑 mm； S活塞行

6、程活塞行程 mm。 （5 5）發(fā)動(dòng)機(jī)排量）發(fā)動(dòng)機(jī)排量 多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸工作容積的總和，稱為多缸發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸工作容積的總和，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)排量發(fā)動(dòng)機(jī)排量。一般用。一般用VL表示：表示： VL= Vsi 式中：式中：Vs氣缸工容積；氣缸工容積； i 氣缸數(shù)目。氣缸數(shù)目。 （6 6）燃燒室容積燃燒室容積 活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為燃燒室容積燃燒室容積。一般。一般 用用Vc表示表示 (L)SD V 62 S 10 4 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本術(shù)語往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本術(shù)語 （7 7） 氣缸總?cè)莘e氣缸總?cè)莘e 活塞位于下止點(diǎn)時(shí)，其頂部與氣缸蓋之間

7、的容積稱為活塞位于下止點(diǎn)時(shí)，其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為氣缸總?cè)莘e氣缸總?cè)莘e。一般。一般 用用Va表示，顯而易見，氣缸總?cè)莘e就是氣缸工作容積和燃燒室容積之和，表示，顯而易見，氣缸總?cè)莘e就是氣缸工作容積和燃燒室容積之和， 即即 VaVcVs （8 8） 壓縮比壓縮比 壓縮比是發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)非常重要的概念，壓縮比表示氣體的壓縮程度，壓縮比是發(fā)動(dòng)機(jī)中一個(gè)非常重要的概念，壓縮比表示氣體的壓縮程度， 它是氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比值它是氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比值 ，即氣缸總?cè)莘e與燃燒，即氣缸總?cè)莘e與燃燒 室容積之比稱為室容積之比稱為壓縮比壓縮比。一般用。一般用表示。表示。 式中：

8、式中：Va 氣缸總?cè)莘e；氣缸總?cè)莘e；Vs 氣缸工作容積；氣缸工作容積； Vc 燃燒室容積；燃燒室容積； c s c cs c a V 1 V = V VVVV 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本術(shù)語往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本術(shù)語 （9 9） 工作循環(huán)工作循環(huán) 每一個(gè)工作循環(huán)包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣過程，即完成進(jìn)每一個(gè)工作循環(huán)包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣過程，即完成進(jìn) 氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)過程叫一個(gè)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)過程叫一個(gè)工作循環(huán)工作循環(huán)。 （1010） 工況工況 發(fā)動(dòng)機(jī)在某時(shí)刻的運(yùn)行狀況。發(fā)動(dòng)機(jī)在某時(shí)刻的運(yùn)行狀況。 以發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速表示，以發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速表示，曲軸

9、轉(zhuǎn)速即為內(nèi)燃機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速即為內(nèi)燃機(jī) 轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速。 （1111）負(fù)荷率）負(fù)荷率 內(nèi)燃機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有內(nèi)燃機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有 效功率的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。負(fù)荷率通常簡稱負(fù)荷。效功率的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。負(fù)荷率通常簡稱負(fù)荷。 發(fā)動(dòng)機(jī)在某轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率 相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有效功率 X 100負(fù)荷率 1-3. 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理 （1 1）四沖程汽油機(jī)工作原理）四沖程汽油機(jī)工作原理 進(jìn)氣行程進(jìn)氣行程 汽油機(jī)將空氣與燃料先在氣缸外部的化油器中汽油機(jī)將空氣與燃料先在氣缸外部的化油器中 （化油

10、器式）、節(jié)氣門體處（單點(diǎn)噴射）或進(jìn)（化油器式）、節(jié)氣門體處（單點(diǎn)噴射）或進(jìn) 氣道內(nèi)（進(jìn)氣道多點(diǎn)噴射）進(jìn)行混合，形成可氣道內(nèi)（進(jìn)氣道多點(diǎn)噴射）進(jìn)行混合，形成可 燃混合氣后被吸人氣缸。燃混合氣后被吸人氣缸。 進(jìn)氣過程中，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉。隨著進(jìn)氣過程中，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉。隨著 活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方的氣缸活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方的氣缸 容積增大，從而氣缸內(nèi)的壓力降低到大氣壓以容積增大，從而氣缸內(nèi)的壓力降低到大氣壓以 下，即在氣缸內(nèi)造成真空吸力。這樣，可燃混下，即在氣缸內(nèi)造成真空吸力。這樣，可燃混 合氣便經(jīng)進(jìn)氣門被吸人氣缸。出于進(jìn)氣系統(tǒng)有合氣便經(jīng)進(jìn)氣門被吸人氣缸。出

11、于進(jìn)氣系統(tǒng)有 阻力，進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的氣體壓力約為阻力，進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的氣體壓力約為 0.0750.09MPa。溫度達(dá)到溫度達(dá)到370400 K。 1-3. 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理 （1 1）四沖程汽油機(jī)工作原理）四沖程汽油機(jī)工作原理 壓縮行程壓縮行程 進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉；活塞從下止進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉；活塞從下止 點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；壓縮終了時(shí)，可燃混點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；壓縮終了時(shí)，可燃混 合氣壓力可達(dá)合氣壓力可達(dá)0.61.2 MPa， 溫度可達(dá)溫度可達(dá) 600700 K。 壓縮比越大，壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)的壓壓縮比越大，壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)的壓 力和溫度越高，則燃燒速度越快，

12、發(fā)動(dòng)力和溫度越高，則燃燒速度越快，發(fā)動(dòng) 機(jī)效率越高，但太大容易引起機(jī)效率越高，但太大容易引起“爆震爆震” 。 1-3. 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理 （1 1）四沖程汽油機(jī)工作原理）四沖程汽油機(jī)工作原理 作功行程作功行程 壓縮行程結(jié)束后，火花塞點(diǎn)火，混合氣壓縮行程結(jié)束后，火花塞點(diǎn)火，混合氣 燃燒放熱作功。燃燒放熱作功。 進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉；活塞從上止點(diǎn)進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉；活塞從上止點(diǎn) 向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。 燃燒最高壓力可達(dá)燃燒最高壓力可達(dá)35 MPa，最高溫度，最高溫度 可達(dá)可達(dá)22002800 K。 作功終了時(shí)，作功終了時(shí)， 氣體壓力降低到氣體壓力降低到0.3

13、0.5 MPa，氣體溫度降低到，氣體溫度降低到13001600 K。 1- 3. 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理 （1 1）四沖程汽油機(jī)工作原理）四沖程汽油機(jī)工作原理 排氣行程排氣行程 進(jìn)氣門關(guān)閉；進(jìn)氣門關(guān)閉； 排氣門開啟?；钊麖呐艢忾T開啟。活塞從 下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。排氣終止時(shí)，下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。排氣終止時(shí)， 氣體壓力約為氣體壓力約為0.1050.115 MPa， 溫度約為溫度約為9001200 K。 四沖程汽油機(jī)工作原理四沖程汽油機(jī)工作原理 1- 3. 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理 （2 2）四沖程柴油機(jī)工作原理）四沖程柴油機(jī)工作原理 進(jìn)氣行程進(jìn)氣行

14、程 柴油機(jī)柴油機(jī)吸入氣缸的是純空氣吸入氣缸的是純空氣 而不是可燃混合氣，在進(jìn)氣而不是可燃混合氣，在進(jìn)氣 通道中通道中沒有節(jié)氣門沒有節(jié)氣門，進(jìn)氣阻，進(jìn)氣阻 力小，進(jìn)氣終了時(shí)氣體壓力力小，進(jìn)氣終了時(shí)氣體壓力 略高于汽油機(jī)而氣體溫度略略高于汽油機(jī)而氣體溫度略 低于汽油機(jī)。低于汽油機(jī)。 進(jìn)氣終了時(shí)氣體壓力約為進(jìn)氣終了時(shí)氣體壓力約為 0.0850.0850.095 MPa0.095 MPa，氣體溫，氣體溫 度約為度約為310310340 K340 K。 1- 3. 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理 （2 2）四沖程柴油機(jī)工作原理）四沖程柴油機(jī)工作原理 壓縮行程壓縮行程 在壓縮行程接近上止

15、點(diǎn)時(shí)，噴在壓縮行程接近上止點(diǎn)時(shí)，噴 油器將高壓柴油以霧狀噴入燃油器將高壓柴油以霧狀噴入燃 燒室，燒室，柴油和空氣在氣缸內(nèi)形柴油和空氣在氣缸內(nèi)形 成可燃混合氣成可燃混合氣。柴油機(jī)的壓縮。柴油機(jī)的壓縮 比比汽油機(jī)的壓縮比大很多比比汽油機(jī)的壓縮比大很多(一一 般為般為1622)，壓縮終了時(shí)氣體，壓縮終了時(shí)氣體 溫度和壓力都比汽油機(jī)高，大溫度和壓力都比汽油機(jī)高，大 大超過柴油機(jī)的自燃溫度。大超過柴油機(jī)的自燃溫度。 壓縮終了時(shí)氣體壓力約為壓縮終了時(shí)氣體壓力約為35 MPa，氣體溫度約為，氣體溫度約為7501000 K。 1-3. 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理 （2 2）四沖程柴油機(jī)工

16、作原理）四沖程柴油機(jī)工作原理 作功行程作功行程 在壓縮終點(diǎn)，由于氣缸內(nèi)的在壓縮終點(diǎn)，由于氣缸內(nèi)的 溫度遠(yuǎn)高于柴油的自燃點(diǎn)，溫度遠(yuǎn)高于柴油的自燃點(diǎn)， 柴油隨即自行柴油隨即自行壓縮著火壓縮著火，故，故 柴油機(jī)又稱為柴油機(jī)又稱為壓燃機(jī)壓燃機(jī)。 柴油機(jī)燃燒過程中氣缸內(nèi)出柴油機(jī)燃燒過程中氣缸內(nèi)出 現(xiàn)的最高壓力要比汽油機(jī)高現(xiàn)的最高壓力要比汽油機(jī)高 得多，可高達(dá)得多，可高達(dá)69 MPa，最，最 高溫度也可高達(dá)高溫度也可高達(dá)18002200 K。作功終了時(shí)，氣體壓力約。作功終了時(shí)，氣體壓力約 為為0.20.5 MPa，溫度約為，溫度約為 10001200 K。 1-3. 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理往復(fù)活塞式內(nèi)燃

17、機(jī)工作原理 （2 2）四沖程柴油機(jī)工作原理）四沖程柴油機(jī)工作原理 排氣行程排氣行程 柴油機(jī)的排氣行程和汽油機(jī)一柴油機(jī)的排氣行程和汽油機(jī)一 樣，廢氣同樣經(jīng)排氣管排入到樣，廢氣同樣經(jīng)排氣管排入到 大氣中去，排氣終了時(shí)，氣缸大氣中去，排氣終了時(shí)，氣缸 內(nèi)氣體壓力約為內(nèi)氣體壓力約為0.1050.12 MPa，氣體溫度約為，氣體溫度約為700900 K。 1-3. 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理 四沖程柴油機(jī)、汽油機(jī)比較：四沖程柴油機(jī)、汽油機(jī)比較： 相同點(diǎn)：相同點(diǎn)： 1.1.每個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩周，每一沖程曲軸轉(zhuǎn)半周，進(jìn)氣沖程進(jìn)氣門開，排氣沖程排每個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩周，每一沖程曲軸轉(zhuǎn)半周，進(jìn)氣沖程進(jìn)氣門開，排氣沖程排 氣門開，其余兩個(gè)沖程進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。氣門開，其余兩個(gè)沖程進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。 2.2.四個(gè)沖程中，只有作功沖程產(chǎn)生動(dòng)力，其余三個(gè)沖程消耗能量。四個(gè)沖程中，只有作功沖程產(chǎn)生動(dòng)力，其余三個(gè)沖程消耗能量。 3.3.必須用外力起動(dòng)。必須用外力