第一章 汽車發(fā)動機的工作原理及總體構造

1、第一章第一章 汽車發(fā)動機的工作原理及總體構造汽車發(fā)動機的工作原理及總體構造n本章主要內容：q有關汽車發(fā)動機的名詞術語q四沖程內燃機的工作原理q二沖程內燃機的工作原理q汽車發(fā)動機的總體構造第一節(jié)第一節(jié) 汽車發(fā)動機的類型汽車發(fā)動機的類型n發(fā)動機是汽車的動力源。迄今為止除為數不多的電動汽車外，汽車發(fā)動機都是熱能動力裝置，或簡稱熱機。在熱機中借助工質的狀態(tài)變化將燃料燃燒產生的熱能轉變?yōu)闄C械能。n熱機有內燃機和外燃機兩種。q直接以燃料燃燒所生成的燃燒產物為工質的熱機為內燃機，反之則為外燃機。q內燃機包括活塞式內燃機和燃氣輪機。q外燃機則包括蒸汽機、汽輪機和熱氣機等。q內燃機與外燃機相比，具有結構緊湊、體

2、積小、質量輕和容易起動等許多優(yōu)點。因此，內燃機尤其是活塞式內燃機被極其廣泛地用作汽車動力?；钊桨l(fā)動機的分類n按活塞運動方式 ：往復活塞式、旋轉活塞式n按著火方式:壓燃式、點燃式n按所用燃料:汽油機、柴油機、氣體燃料發(fā)動機n按冷卻方式:水冷式、風冷式n按沖程數:四沖程、二沖程n按進氣狀態(tài) ：增壓式、非增壓式n按氣缸數目、排列方式：單缸、多缸、直列式、V型、對置式 汽車發(fā)動機的類型-按活塞運動方式的不同 汽車發(fā)動機的類型-根據所用燃料種類汽車發(fā)動機的類型-按冷卻方式的不同 汽車發(fā)動機的類型-按其在一個工作循環(huán)期間活塞往復運動的行程數 汽車發(fā)動機的類型-按照氣缸數目分類 汽車發(fā)動機的類型-按照氣缸

3、排列方式 汽車發(fā)動機的類型-按進氣狀態(tài)不同 第二節(jié)第二節(jié) 往復活塞式內燃機的基本結構及基本術語往復活塞式內燃機的基本結構及基本術語n往復活塞式內燃機的工作腔稱作氣缸氣缸n在氣缸內作往復運動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸曲軸相連，構成曲柄連桿機構曲柄連桿機構。n在氣缸蓋氣缸蓋上裝有進氣門進氣門和排氣門排氣門。通過進、排氣門的開閉實現向氣缸內充氣和向氣缸外排氣。n進、排氣門的開閉由凸輪軸凸輪軸控制。n凸輪軸由曲軸通過齒形帶齒形帶或齒輪齒輪或鏈條鏈條驅動。n進、排氣門和凸輪軸以及其他一些零件共同組成配氣機構配氣機構。通常稱這種結構形式的配氣機構為頂置氣門配氣機構頂置氣門配氣機

4、構。n構成氣缸的零件稱作氣缸體氣缸體n支承曲軸的零件稱作曲軸箱作曲軸箱n氣缸體與曲軸箱的連鑄體稱作機體機體。二、基本術語發(fā)動機常用術語n工作循環(huán)n上止點、下止點n活塞行程n氣缸工作容積n發(fā)動機排量n燃燒室容積n氣缸總容積n壓縮比n工況n負荷率二、基本術語n工作循環(huán)q進氣行程：q壓縮行程：q作功行程：q排氣行程：二、基本術語n上止點、下止點q活塞頂面離曲軸回轉中心最遠時的止點稱為上止點；q活塞頂面離曲軸回轉中心最近時的止點稱為下止點。n活塞行程q上、下止點間的距離s為活塞行程。對應一個活塞行程，曲軸旋轉180。q曲軸旋轉中心到曲柄銷中心之間的距離稱為曲柄半徑R，通?；钊谐虨榍霃降膬杀?，即S

5、=2R。二、基本術語n氣缸工作容積q上、下止點間所包容的氣缸容積 ，用Vs表示 。n發(fā)動機排量q多缸發(fā)動機各氣缸工作容積的總和，用VL表示。n燃燒室容積q活塞位于上止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積，用Vc表示 。n氣缸總容積q活塞位于下止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為氣缸總容積。用Va表示，顯而易見，氣缸總容積就是氣缸工作容積和燃燒室容積之和，即Va Vs Vc。二、基本術語n壓縮比q表示了氣體的壓縮程度，它是氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比值，即氣缸總容積與燃燒室容積之比。一般用表示。n工況 q內燃機在某一時刻的運行狀況，以該時刻內燃機輸出的有效功率和曲軸轉速表示。n負荷率q內燃機

6、在某一轉速下發(fā)出的有效功率與相同轉速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值稱為負荷率，以百分數表示。負荷率通常簡稱負荷。1asccVVVV 第三節(jié)第三節(jié) 往復活塞式內燃機工作原理往復活塞式內燃機工作原理n四沖程汽油機的工作原理n四沖程柴油機的工作原理n二沖程汽油機的工作原理n二沖程柴油機的工作原理第三節(jié)第三節(jié) 往復活塞式內燃機工作原理往復活塞式內燃機工作原理n四沖程往復活塞式內燃機在四個活塞行程內完成進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程，即在一個活塞行程內只進行一個過程。因此，活塞行程可分別用四個過程命名。四沖程汽油機的工作原理爆燃：由于氣體壓力和溫度過高，在燃燒室內離點燃中爆燃：由于氣體壓力和溫度過高，

7、在燃燒室內離點燃中心較遠處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正心較遠處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正常燃燒。常燃燒。后果：輕微爆燃，發(fā)動機功率有所升高；但過度，則會后果：輕微爆燃，發(fā)動機功率有所升高；但過度，則會使發(fā)動機過熱，功率下降，經濟性變差，零件壽命使發(fā)動機過熱，功率下降，經濟性變差，零件壽命下降等。下降等。現象：發(fā)生爆燃時，有尖銳的金屬敲擊聲傳出?，F象：發(fā)生爆燃時，有尖銳的金屬敲擊聲傳出。表面點火：由燃燒室內熾熱表面（如排氣門頭、火花塞表面點火：由燃燒室內熾熱表面（如排氣門頭、火花塞電極、積碳）點燃混合氣產生的另一種不正常燃燒。電極、積碳）點燃混合氣產生的另一種不正常燃燒。后果：

8、發(fā)動機的性能下降，零部件壽命降低。后果：發(fā)動機的性能下降，零部件壽命降低?，F象：發(fā)生表面點火時，有沉悶的敲擊聲傳出?，F象：發(fā)生表面點火時，有沉悶的敲擊聲傳出。四沖程汽油機 二、單缸四沖程二、單缸四沖程柴油機柴油機的工作原理的工作原理1、進氣沖程、進氣沖程與汽油機主要區(qū)別：與汽油機主要區(qū)別：進入氣缸進入氣缸的是純空氣的是純空氣。2、壓縮沖程、壓縮沖程與汽油機的主要區(qū)別：壓縮比高于汽油機；在壓縮過程快要結束的時候，噴油器向氣缸內噴入柴油。當油與空氣混合后在高壓下達到其自燃點就開始著火燃燒。3、做功沖程、做功沖程柴油機由于是邊噴油、邊柴油機由于是邊噴油、邊混合、邊燃燒，所以，混合、邊燃燒，所以，所以

9、最開始雖然活塞有所以最開始雖然活塞有所下行，但氣缸內的壓所下行，但氣缸內的壓力基本不變。力基本不變。4、排氣沖程、排氣沖程整個工作過程的示功圖四沖程汽油機、柴油機缸內壓力、溫度比較四沖程汽油機、柴油機缸內壓力、溫度比較（p：Mpa ；T：K）汽油機柴油機 進 氣pde0.0750.090.080.09Tde370400340380 壓 縮pco0.61.23.05.0Tco6007007501000 做 功pmax3.06.54.59Tmax2200280018002500pex0.30.60.20.5Tex1200150010001200 排 氣 pr0.1050.1150.1050.12

10、Tr9001100700900三、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、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柴油機的有效熱效率好，經濟性好。經濟性好。 汽油機：汽油機：be=270325 g/(kw.h) 柴油機柴油機: be=214285 g/(kw.h)2、柴油機無點火系，所以故障少些，柴油機無點火系，所以故障少些，易保養(yǎng)易保養(yǎng)。但柴油機有高精度零件如噴油泵、。但柴油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。噴油器等，其成本較高，并且加工較難。3、柴油機最高爆發(fā)壓力高，所以對

11、發(fā)動機的零部件強度要求高，這樣導致柴油柴油機最高爆發(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。機笨重。4、柴油機轉速低于汽油機柴油機轉速低于汽油機原因：原因：1）由于柴油機的壓縮比高，所以其受到的機械負荷較大，故其零部件的）由于柴油機的壓縮比高，所以其受到的機械負荷較大，故其零部件的質量需較大，導致運動時慣性力較大。質量需較大，導致運動時慣性力較大。 2）汽油機可燃混合氣的混合時間和質量優(yōu)于柴油機。）汽油機可燃混合氣的混合時間和質量優(yōu)于柴油機。 5、柴油機運轉噪音高，但有害氣體的排放優(yōu)于汽油機，而微粒排放較高。柴油機運轉噪音高，但有害氣體的排放優(yōu)于汽油機，而微粒排放較高。6、

12、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。三、三、 二沖程內燃機的工作原理二沖程內燃機的工作原理二沖程內燃機：二沖程內燃機：一、結構介紹一、結構介紹1、換氣機構（氣孔、氣閥）換氣機構（氣孔、氣閥）2、曲軸箱掃氣、掃氣泵掃氣曲軸箱掃氣、掃氣泵掃氣3、活塞頂部為凸頂，以引導氣活塞頂部為凸頂，以引導氣流掃氣流掃氣4、活塞裙部較長，有缺口等活塞裙部較長，有缺口等曲軸箱掃氣掃氣泵工作原理四、二沖程汽油機的優(yōu)缺點（同四沖程汽油機相比較）四、二沖程汽油機的優(yōu)缺點（同四沖程汽油機相比較）（一）優(yōu)點：（一）優(yōu)點：1、從工作原理上來講，在發(fā)動、從工作原理上來講，在發(fā)動機排量和轉速相同的前提下，機

13、排量和轉速相同的前提下，二沖程發(fā)動機的功率理論上二沖程發(fā)動機的功率理論上是四沖程發(fā)動機的是四沖程發(fā)動機的2倍。倍。2、由于二沖程發(fā)動機的做功頻、由于二沖程發(fā)動機的做功頻率比較高，所以發(fā)動機運轉率比較高，所以發(fā)動機運轉比較平穩(wěn)。比較平穩(wěn)。3、無專門的換氣機構，所以結、無專門的換氣機構，所以結構簡單，質量小。構簡單，質量小。4、由于附屬機構少，所以使用、由于附屬機構少，所以使用、維護很方便。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、廢氣不易排除干凈。、廢氣不易排除干凈。2、換氣時減少了有效工作、換氣時減少了有效工作行程。行程。3、部分新鮮可燃混合氣隨、部分新鮮可燃

14、混合氣隨廢氣排出，使能源浪費，廢氣排出，使能源浪費，經濟性下降。經濟性下降。4、同時造成環(huán)境污染。、同時造成環(huán)境污染。第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)動機的總體構造發(fā)動機的總體構造n汽油機由以下兩大機構和五大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點火系和起動系組成；n柴油機由以上兩大機構和四大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系、潤滑系、冷卻系和起動系組成，柴油機是壓燃的，不需要點火系。1.曲柄連桿機構n曲柄連桿機構是發(fā)動機實現工作循環(huán)，完成能量轉換的主要運動零件。n它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。2.配氣機構n配氣機構的功用是根據發(fā)動機的工作順序和工作過程，

15、定時開啟和關閉進氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸，并使廢氣從氣缸內排出，實現換氣過程。 3.冷卻系統(tǒng)n冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。n水冷發(fā)動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風扇、水箱、節(jié)溫器等組成。4.燃料供給系統(tǒng)n汽油機燃料供給系的功用是根據發(fā)動機的要求，配制出一定數量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內排出到大氣中去；n柴油機燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。其它系統(tǒng)n5.潤滑系統(tǒng)q潤滑系的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現液

16、體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。n6.點火系統(tǒng)q在汽油機中，氣缸內的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內。q能夠按時在火花塞電極間產生電火花的全部設備稱為點火系，點火系通常由蓄電池、發(fā)電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。n7.起動系統(tǒng)q曲軸在外力作用下開始轉動到發(fā)動機開始自動地怠速運轉的全過程，稱為發(fā)動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機的起動系。供給系供給系點火系統(tǒng)n汽油機氣缸蓋上裝有火花塞，其頭部伸入燃燒室內。n點火系通常由蓄電池、發(fā)電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。冷卻系統(tǒng)n功用：將受熱零件吸

17、收部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。n組成：冷卻水套、水泵、風扇、水箱等。潤滑系統(tǒng)n功用：潤滑零件，減輕磨損。同時有清洗、冷卻作用。n組成：潤滑油道、機油泵、濾清器、和閥門等組成起動系統(tǒng)n功用：起動發(fā)動機n曲軸在外力作用下開始轉動到發(fā)動機開始自動地怠速運轉的全過程，稱為發(fā)動機的起動。n組成：起動機及其附屬裝置 2.單缸發(fā)動機的基本結構第五節(jié)第五節(jié) 發(fā)動機的性能指標發(fā)動機的性能指標n動力性指標q有效轉矩q有效功率q發(fā)動機轉速q平均有效壓力n經濟性指標 q有效熱效率q有效燃油消耗率n強化指標q升功率q強化系數n緊湊性指標q比容積q比質量n環(huán)境指標 n可靠性指標 n耐久性指標

18、n工藝性指標n內燃機速度特性內燃機速度特性動力性能指標n有效轉矩Teq發(fā)動機對外輸出的轉矩稱為有效轉矩，單位為Nm 。q有效轉矩與曲軸角位移的乘積就是發(fā)動機對外輸出的有效功。n有效功率Peq發(fā)動機在單位時間內對外輸出的有效功稱為有效功率，單位為kW 。它是有效轉矩與曲軸角速度的乘積 。n曲軸轉速nq發(fā)動機曲軸每分鐘回轉的次數稱為發(fā)動機轉速，單位為r/min。q轉速高低，關系到單位時間內作功次數的多少或發(fā)動機有效功率的大小。9550106023nTnTPtqtqe經濟性能指標n燃油消耗率beq發(fā)動機每輸出1kWh的有效功所消耗的燃油量稱為有效燃油消耗率 ，單位為g/(kWh)。q有效燃油消耗率越小，其經濟性越好。發(fā)動機的有效功率耗油量發(fā)動機在單位時間內的eeePBPBb310環(huán)境指標n排放品質q有害氣體CO、HC、NOx、排氣顆粒n噪聲水平q刺激神經、使人煩躁、反映遲鈍發(fā)動機速度