學習任務(wù)2汽車發(fā)動機基本知識

1、主講人：徐立友更新日期：2013-08-10學習任務(wù)學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識汽車發(fā)動機基本知識汽車發(fā)動機基本知識汽車發(fā)動機基本知識任務(wù)任務(wù)目標目標任務(wù)任務(wù)描述描述1.了解：發(fā)動機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則。2.熟悉：發(fā)動機的類型。3.掌握：發(fā)動機的總體構(gòu)造、主要性能指標和特性。4.學會：四沖程發(fā)動機的工作原理。發(fā)動機是汽車的動力裝置，它的作用是使供入其中的燃料燃燒而發(fā)出動力，汽車用發(fā)動機常為活塞式內(nèi)燃機。本任務(wù)主要討論四沖程發(fā)動機的工作原理、總體構(gòu)造及主要的性能指標。學習學習任任務(wù)務(wù) 2 22學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識33Syllabus Do one thing at a time,

2、and do it well本章內(nèi)容合作交流創(chuàng)新項目2.1 汽車發(fā)動機的分類及工作原理項目 2.2 發(fā)動機的總體構(gòu)造和主要性能指標與特性學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識項目2.1 汽車發(fā)動機的分類及工作原理58%4學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 發(fā)動機是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)換為機械能的機器。汽車的動力來自發(fā)動機。將燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置被稱為熱力發(fā)動機(簡稱熱機)。熱機又分為內(nèi)燃機和外燃機。內(nèi)燃機的特點是將液體或氣體燃料與空氣混合后直接輸入機器內(nèi)部燃燒而產(chǎn)生熱能，然后再轉(zhuǎn)變成機械能。內(nèi)燃機具有熱效率高、體積小、質(zhì)量小、便于移動以及起動性能好等優(yōu)點。外燃機的特點是燃料在機器外部的鍋

3、爐內(nèi)燃燒，將鍋爐內(nèi)的水加熱而產(chǎn)生高溫、高壓的水蒸氣，輸送至機器內(nèi)部，使所含的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。2.1.1 2.1.1 發(fā)動機的定義發(fā)動機的定義58%5學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 根據(jù)發(fā)動機將熱能轉(zhuǎn)變機械能的主要構(gòu)件形式，汽車用發(fā)動機可分為活塞式內(nèi)燃機和燃氣輪機兩大類?；钊絻?nèi)燃機按活塞運動方式分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)式活塞式兩種。往復(fù)活塞式發(fā)動機在汽車上的應(yīng)最為廣泛。 汽車用發(fā)動機，專指往復(fù)活塞式內(nèi)燃機。按照不同的分類方法可以把發(fā)動機分成不同的類型。按所用燃料分，可分為汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機；按冷卻方式可分為水冷式發(fā)動機和風冷式發(fā)動機；按活塞運動的行程數(shù)可分為四沖程發(fā)動機和二沖程發(fā)動機；按進氣

4、狀態(tài)可分為增壓發(fā)動機和非增壓發(fā)動機；按氣缸數(shù)分，可分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機；按氣缸排列方式可分為直列式發(fā)動機、斜置式發(fā)動機和對置式發(fā)動機。2.1.2 2.1.2 汽車用內(nèi)燃機分類汽車用內(nèi)燃機分類58%6學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 下面介紹四沖程發(fā)動機的結(jié)構(gòu)及工作原理。 1.1.發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)發(fā)動機基本結(jié)構(gòu) 圖2.1所示為單缸汽油發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)。在內(nèi)表面呈圓柱形的氣缸10內(nèi)作往復(fù)運動的活塞8通過活塞銷與連桿7的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸3相連。當活塞8在氣缸10內(nèi)作往復(fù)運動時，連桿7便推動曲軸3旋轉(zhuǎn)。同時，氣缸與活塞頂包圍的容積也在不斷地由最小變到最大，再由最大變到最小，如此不斷循環(huán)

5、。氣缸的頂端用氣缸蓋11封閉。在氣缸蓋上裝有進氣門25和排氣門15，進、排氣門是頭朝下尾朝上倒掛在氣缸蓋上。通過進、排氣門的開閉實現(xiàn)向氣缸內(nèi)充氣和向氣缸外排氣。進、排氣門的開閉由凸輪軸16控制。凸輪軸由曲軸通過同步帶5或齒輪或鏈條驅(qū)動。2.1.3 2.1.3 四沖程發(fā)動機的工作原理四沖程發(fā)動機的工作原理 1-油底殼；2-機油；3-曲軸；4-曲軸同步帶輪；5-同步帶；6-曲軸箱；7-連桿；8-活塞；9-水套；10-氣缸；11-氣缸蓋；12-排氣管；13-凸輪軸同步帶輪；14-搖臂；15-排氣門；16-凸輪軸；17-高壓線；18-分電器19-空氣濾清器；20-化油器；21-進氣管；22-點火開關(guān)；

6、23-點火線圈；24-火花塞；25-進氣門；26-蓄電池；27-飛輪；28-起動機 圖圖2.1 2.1 發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu) 學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識58%8學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 2.2.四沖程發(fā)動機的基本術(shù)語四沖程發(fā)動機的基本術(shù)語圖圖2.2 發(fā)動機的基本術(shù)語發(fā)動機的基本術(shù)語(a) 活塞位于上止點； (b) 活塞位于下止點 工作循環(huán)：包括進氣、壓縮、膨脹和排氣等過程的周而復(fù)始的循環(huán)。即發(fā)動機完成進氣、壓縮、膨脹和排氣四個過程叫做一個工作循環(huán)。 上止點：如圖2.2(a)所示，活塞頂面離曲軸中心線最遠時的止點，通常指活塞的最高位置。 下止點：如圖2.2(b)所示，活塞頂

7、面離曲軸中心線最近時的止點，通常指活塞的最低位置。 活塞行程(S)：活塞運行的上、下兩個止點之間的距離。 曲柄半徑(R)：從曲軸主軸頸中心線到連桿軸頸中心線的垂直距離。 氣缸工作容積(V h )：一個氣缸中活塞運動一個行程所掃過的容積。即活塞面積與行程的乘積。 式中：D為氣缸直徑，mm；S為活塞行程，mm。 發(fā)動機排量(VL)：一臺發(fā)動機全部氣缸工作容積的總和。 2610 (L)4hD SV學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 VL= Vh i 式中：i為氣缸數(shù)。 燃燒室容積(Vc )：活塞在上止點時的氣缸和氣缸蓋所包圍的容積。活塞頂上面空間叫做燃燒室，其容積叫做燃燒室總?cè)莘e。它是氣缸的最小容積。

8、氣缸總?cè)莘e(Va )：活塞在下止點時氣缸和燃燒室的容積。它是氣缸工作容積和燃燒室總?cè)莘e之和。 Va Vh Vc 壓縮比()：氣缸最大容積和燃燒室總?cè)莘e的比值。 Va / Vc1 Vh / Vc 壓縮比表示活塞由下止點移動到上止點時，氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。壓縮比愈大，則壓縮終了時氣缸內(nèi)的壓力和溫度就愈高。 目前一般汽車用汽油機的壓縮比為610，也有高達10以上的。柴油機的壓縮比為1522。學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識58%11學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 3. 3.四沖程汽油機的工作原理四沖程汽油機的工作原理 四沖程汽油機的工作循環(huán)包括進氣、壓縮、作功、排氣四個行程。 (1)進氣行程活塞由

9、曲軸帶動由上止點向下止點運動，此時排氣門關(guān)閉，進氣門開啟，如圖 2.3(a)所示。由于活塞下移，氣缸內(nèi)容積逐漸增大，形成一定的真空度，于是經(jīng)燃料供給系形成的可燃混合氣，通過進氣門被吸入氣缸?；钊竭_下止點時，進氣門關(guān)閉，進氣停止。進氣行程結(jié)束時，由于進氣過程中燃料供給系、進氣管、進氣門等處都存在進氣阻力，此時氣缸內(nèi)壓力略低于大氣壓，約為7590kPa。由于氣缸壁、活塞等高溫件及上一循環(huán)殘留高溫廢氣的加熱，氣體溫度約為370440K。 (2)壓縮行程如圖2.3(b)所示，進氣行程結(jié)束時，活塞在曲軸的帶動下，從下止點向上止點運動。在壓縮行程中，氣缸內(nèi)容積逐漸減小，由于進、排氣門均關(guān)閉，可燃混合氣被

10、壓縮，活塞到達上止點時，壓縮結(jié)束。在壓縮過程中，氣體壓力和溫度同時升高，并進一步均勻混合，壓縮終了時，氣缸內(nèi)壓力約為6001500kPa，溫度約為600800K，遠高于汽油的點燃溫度(約263K)，因而很易被點燃。(a) 進氣行程 (b) 壓縮行程 (c) 做功行程 (d) 排氣行程圖圖2.32.3 四沖程汽油機的工作原理示意圖四沖程汽油機的工作原理示意圖1-排氣門；2-排氣管；3-火花塞；4-進氣門；5-氣缸；6-活塞；7-連桿；8-曲軸學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 (3)作功行程 如圖2.3(c)所示，在壓縮行程末，進氣門和排氣門均關(guān)閉，火花塞產(chǎn)生電火花點燃混合氣，并迅速燃燒，使氣體溫度

11、、壓力迅速升高并膨脹，從而推動活塞由上止點向下止點運動，再通過連桿驅(qū)動曲軸轉(zhuǎn)動作功，活塞到達下止點時作功結(jié)束。在作功過程中，初始階段氣缸內(nèi)氣體壓力和溫度急劇上升，瞬時壓力可達35MPa，瞬時溫度可達22002800K。隨著活塞的下移，壓力、溫度下降，作功行程終了時壓力約為300500kPa，溫度約為15001700K。 (4)排氣行程 在作功行程結(jié)束后，排氣門打開，進氣門關(guān)閉，如圖2.3(d)所示，曲軸通過連桿推動活塞由下止點向上止點運動，廢氣在自身剩余壓力和活塞的推力作用下，排出氣缸?；钊竭_上止點時，排氣門關(guān)閉，排氣結(jié)束。排氣終了時，由于燃燒室容積的存在，氣缸內(nèi)還存有少量廢氣，氣體壓力因排

12、氣門和排氣管的阻力而略高于大氣壓，此時壓力約為105125kPa，溫度約為9001200K。排出廢氣是為了下一個工作循環(huán)再吸入新鮮空氣。排氣行程結(jié)束時，排氣門關(guān)閉，同時進氣門開啟，又開始了下一個工作循環(huán)。排氣過程和進氣過程又合稱為換氣過程。 學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 4. 4.四沖程柴油機的工作原理四沖程柴油機的工作原理 如圖2.4所示，四行程柴油機和四沖程汽油機一樣，每個工作循環(huán)也包括進氣、壓縮、作功、排氣四個行程。但由于柴油和汽油的性質(zhì)不同，使可燃混合氣的形成、著火方式等，與汽油機有很大區(qū)別。 (1)進氣行程 它不同于汽油機的是進入氣缸的不是可燃混合氣，而是純空氣。由于進氣阻力比汽油

13、機小，上一行程殘留的廢氣溫度比較低等原因，進氣終了時的壓力和溫度與汽油機略有不同，壓力約為8095kPa，溫度約為320350K。 (2)壓縮行程 不同于汽油機的是壓縮的是純空氣，且由于柴油機壓縮比較大，壓縮終了時的溫度和壓力都比汽油機高，壓力可達35MPa，溫度可達8001000K。學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 (a) 進氣行程 (b) 壓縮行程 (c) 做功行程 (d) 排氣行程圖圖2.4 四沖程柴油機工作原理示意圖四沖程柴油機工作原理示意圖學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 (3)作功行程 此行程與汽油機有很大不同，壓縮行程結(jié)束前，噴油泵將高壓柴油經(jīng)噴油器呈霧狀噴入氣缸內(nèi)的高溫空氣中，迅速

14、汽化并與空氣形成混合氣，因為此時氣缸內(nèi)的溫度遠高于柴油的自燃溫度(約500K左右)，柴油立即自行著火燃燒，且此后一段時間內(nèi)邊噴射邊混合邊燃燒，氣缸內(nèi)壓力、溫度急劇升高，推動活塞下行作功。瞬時壓力可達510MPa，瞬時溫度可達18002200K。隨著活塞的下移，壓力、溫度下降，作功行程終了時壓力約為200400kPa ，溫度約為12001500K。 (4)排氣行程與汽油機排氣行程基本相同，排氣終了時氣缸內(nèi)壓力約為105125kPa ，溫度約為8001000K。四沖程柴油機和汽油機相比，其優(yōu)點是：因壓縮比高，燃油消耗率平均比汽油機低30% 左右，故燃油經(jīng)濟性較好；且柴油價格較低。其缺點是轉(zhuǎn)速較汽油

15、機低、質(zhì)量大、制造和維修費用高(因為噴油泵和噴油器加工精度要求較高)。一般載質(zhì)量在7t以上的載貨汽車多用柴油機。目前柴油機的這些弱點正在逐漸得到克服，國外有的轎車也采用柴油機，其最高轉(zhuǎn)速可達5000r/min。 學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 汽油機具有轉(zhuǎn)速高(目前轎車用汽油機最高轉(zhuǎn)速達50006000r/min，載貨汽車可達4000r/min左右)，質(zhì)量小、工作噪聲小、起動容易、制造和維修費用低等優(yōu)點，故在轎車和中、小型載貨汽車上及軍用越野車上得到廣泛的應(yīng)用。汽油機的缺點是燃油經(jīng)濟性差。 四沖程發(fā)動機在一個工作循環(huán)的四個活塞行程中，只有一個行程是作功的，其余三個行程則是作功的輔助行程。顯然，

16、在作功行程中，曲軸的轉(zhuǎn)速比其他3個行程轉(zhuǎn)速要高，所以它的轉(zhuǎn)速就不均勻，因而發(fā)動機運轉(zhuǎn)就不平穩(wěn)，振動大。這可采用多缸發(fā)動機予以改善。在多缸四沖程發(fā)動機的每一個氣缸內(nèi)，所有的工作過程是相同的，并按上述次序進行；但各個氣缸的作功行程并不同時發(fā)生，氣缸數(shù)越多，發(fā)動機的工作就越平穩(wěn)。但當發(fā)動機缸數(shù)增加時，一般將使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸及質(zhì)量增加。學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識Agenda18學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識項目項目 小節(jié)小節(jié)2項目2.2 發(fā)動機的總體構(gòu)造和主要性能指標與特性58%19學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識1.通常，汽油機由兩大機構(gòu)五大系統(tǒng)組成，如表2.1。如表如表2.1 2.1 汽車的組成

17、汽車的組成 2.2.1 發(fā)動機的總體構(gòu)造學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識2.2.柴油機由兩大機構(gòu)四大系統(tǒng)組成。常見轎車四缸發(fā)動機的結(jié)構(gòu)如圖柴油機由兩大機構(gòu)四大系統(tǒng)組成。常見轎車四缸發(fā)動機的結(jié)構(gòu)如圖2.52.5所示。所示。 圖圖2.5 一汽奧迪一汽奧迪100型轎車發(fā)動機型轎車發(fā)動機 1-氣缸墊；2-氣缸蓋；3-火花塞；4-活塞銷；5-曲軸后端油封擋板；6-飛輪齒圈；7-油底殼；8-活塞；9-油標尺；10-連桿總成；11-機油集濾器；12-中間軸軸承；13-放油螺塞；14-曲軸主軸承；15-曲軸；16-曲軸軸承蓋；17-曲軸前端油封擋板；18-曲軸正時齒輪；19-空氣壓

18、縮機平帶；20-調(diào)整墊片；21-正時齒輪擰緊螺栓；22-壓緊蓋；23-空氣壓縮機帶輪；24-水泵、發(fā)電機曲軸帶輪；25-正時齒輪下罩蓋；26-空氣壓縮機支架；27-中間軸正時齒輪；28-中間軸；29-正時傳動帶；30-偏心輪張緊機構(gòu)；31-氣缸體；32-正時齒輪上罩蓋；33-凸輪軸正時齒輪；34-凸輪軸前端油封；35-凸輪軸罩蓋；36-機油加油口蓋；37-凸輪軸機油擋油板；38-凸輪軸軸承蓋；39-排氣門；40-氣門彈簧；41-進氣門；42-液力挺桿總成；43-凸輪軸 學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識58%23學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 發(fā)動機的主要性能指標有動力性(有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、轉(zhuǎn)速

19、等)、燃油經(jīng)濟性(燃油消耗率)等。 1 1 動力性指標動力性指標 （1 1）有效轉(zhuǎn)矩）有效轉(zhuǎn)矩 發(fā)動機通過飛輪輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩，以Te 表示，單位為Nm。 （2 2）有效功率）有效功率 發(fā)動機飛輪輸出的功率稱為有效功率，用 Pe 表示，單位為kW。它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸轉(zhuǎn)速速的的乘積。發(fā)動機的有效功率可用臺架試驗測定。在測功器上測定有效轉(zhuǎn)矩和曲軸轉(zhuǎn)速，然后利用下面的公式算出發(fā)動機的有效功率： 式中：n為曲軸轉(zhuǎn)速，r/min。2.2.2 發(fā)動機主要性能指標與特性發(fā)動機主要性能指標與特性 9550106023nTnTPeee 發(fā)動機銘牌上標明的功率及相應(yīng)的轉(zhuǎn)速稱為標定功率和標定轉(zhuǎn)速。按內(nèi)燃機臺

20、架試驗國家標準規(guī)定，發(fā)動機的標定功率分為15min功率、1h功率、12h功率和持續(xù)功率。汽車發(fā)動機經(jīng)常在部分負荷下工作，僅在克服上坡阻力和加速等情況下才短時間地使用最大功率，為了保證發(fā)動機有較小的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量，汽車發(fā)動機經(jīng)常用15min功率作為標定功率。 2 2 燃油經(jīng)濟性指標燃油經(jīng)濟性指標 發(fā)動機在l h內(nèi)每發(fā)出l kW有效功率所消耗的燃油質(zhì)量，稱為燃油消耗率，用be表示。很明顯，燃油消耗率越低，發(fā)動機燃油經(jīng)濟性越好。 燃油消耗率表達式為 式中：B為發(fā)動機在單位時間內(nèi)的耗油量，kg/h，可由試驗測定。310eePBb學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 3 3 發(fā)動機速度特性發(fā)動機速度特性 發(fā)動

21、機速度特性：發(fā)動機的速度特性指發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩和燃油消耗率三者隨曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律，可以通過發(fā)動機在試驗臺上進行試驗求得。 發(fā)動機外特性如圖2.6所示，如果改變節(jié)氣門開度可得到不同組特性，當節(jié)氣門到最大時所得到的發(fā)動機的速度特性。 發(fā)動機外特性代表了發(fā)動機所具有的最高動力性。外特性曲線上標出的發(fā)動機最大功率和最大轉(zhuǎn)矩及其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速是發(fā)動機特性的重要指標。當分析發(fā)動機外特性是否符合使用要求時，要聯(lián)系汽車使用條件，諸如最高車速、所要克服的阻力值、道路條件等。路條件等。 圖圖2.6 2.6 汽油發(fā)動機的外特性曲線汽油發(fā)動機的外特性曲線 學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 4 發(fā)動機工況與負荷發(fā)動機工況

22、與負荷 發(fā)動機工況一般是用其功率與曲軸轉(zhuǎn)速來表征，有時也用負荷與曲軸轉(zhuǎn)速來表征。 發(fā)動機在某一轉(zhuǎn)速下的負荷就是當發(fā)動動機發(fā)出的功率與同一轉(zhuǎn)速下所可能發(fā)出的最大功率之比，以百分數(shù)表示。 圖2.7為汽油機的一組特性曲線。表示相應(yīng)于節(jié)氣門全開時的外特性曲線，、分別表示節(jié)氣門開度依次減小所得到的部分特性曲線。 由圖2.7可知，當n=3500r/min時，在該轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的發(fā)動機最大功率為45kW取四個不同節(jié)氣門開度及其對應(yīng)的發(fā)動機功率。根據(jù)對負荷的定義，可求出a、b、c、d這四個工況的負荷值。 工況a：負荷為零。 工況b：負荷20/45=44.4%。 工況c：負荷32/45=71.7%。 工況d：負荷1

23、00%。圖圖2.7 2.7 發(fā)動機的負荷特性發(fā)動機的負荷特性 學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識 因此，外特性曲線上各點都表示在各轉(zhuǎn)速下的全負荷工況，但在同一條部分特性曲線上各點的負荷值卻不相同。在同一轉(zhuǎn)速下，節(jié)氣門開度越大表示負荷越大，但二者并不成比例。 注意，負荷和功率的概念不要混淆。如某一轉(zhuǎn)速時全負荷(如d點)，并不意味著是發(fā)動機的最大功率。發(fā)動機的最大功率應(yīng)當時工況e的功率。又如在工況f下，雖然功率比工況c小，但卻是全負荷。也就是說，功率大小并不代表負荷的大小。 GB/T1883.1的規(guī)定，內(nèi)燃機名稱按所使用的主要燃料命名，例如汽油機、柴油機、煤氣機等。 如圖2.8所示，內(nèi)燃機型號由首部、中部、后部、尾部四個部分組成。首部表示產(chǎn)品特征代號，由制造廠根據(jù)需要自選相應(yīng)字母表示，但需主管部門核準。 中部由缸數(shù)符號、沖程符號、氣缸排列形式符號和缸徑符號等組成。 后部是結(jié)構(gòu)特征和用途特征符號，以字母表示。 尾部是區(qū)分符號。同一系列產(chǎn)品因改進等原因需要區(qū)分時，由制造廠選用適當符號表示。 2.2.3內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則 學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識圖圖2.8 2.8 內(nèi)燃機型號內(nèi)容組成內(nèi)燃機型號內(nèi)容組成學習任務(wù)2 汽車發(fā)動機基本知識型號編制示例如下：(1) 汽油機1E65F：表示單缸，二行程，缸徑65mm，風冷通用型。4100