第一章 發(fā)動機(jī)的基本知識

1、第一章 發(fā)動機(jī)的工作原理 和總體構(gòu)造教學(xué)目的及教學(xué)要求：掌握發(fā)動機(jī)一般構(gòu)造，熟悉其術(shù)語；了解四沖程汽油機(jī)、柴油機(jī)工作原理和熟悉兩者之間的特點；了解二沖程汽油機(jī)、柴油機(jī)工作原理和其優(yōu)缺點；掌握發(fā)動機(jī)總體構(gòu)造和類型；熟悉內(nèi)燃機(jī)型號編制規(guī)則；了解發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)與性能特性。 重點：發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造、類型、型號編制規(guī)則；難點：發(fā)動機(jī)一般構(gòu)造及術(shù)語，四沖程和二沖程汽油機(jī)、柴油機(jī)工作原理。 第一節(jié) 發(fā)動機(jī)的分類一、發(fā)動機(jī)的定義、分類及特點熱力發(fā)動機(jī)：熱力發(fā)動機(jī)： 熱能熱能機(jī)械能機(jī)械能發(fā)動機(jī)將某一種形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)器。將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的發(fā)動機(jī)，稱為熱力發(fā)動機(jī)（熱機(jī)）。燃料和空氣混合后在機(jī)器內(nèi)部燃燒

2、而產(chǎn)生熱能，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的，稱為內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)與外燃機(jī)相比，具有熱效率高、體積小、便于移動和起動性能好等優(yōu)點。 1、按活塞運動方式分 往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)和旋轉(zhuǎn)活塞式內(nèi)燃機(jī)兩種。前者在汽車上獲得了廣泛應(yīng)用。2、按所用的燃料分 汽油機(jī)、柴油機(jī)和氣體燃料發(fā)動機(jī)。3、按完成一個工作循環(huán)所需的行程數(shù)分 二沖程發(fā)動機(jī)和四沖程發(fā)動機(jī)之分。汽車上廣泛采用四沖程發(fā)動機(jī)。 二、往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的分類發(fā)動機(jī)工作循環(huán)發(fā)動機(jī)工作循環(huán)：進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣：進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣4、按冷卻方式分 水冷式發(fā)動機(jī)和風(fēng)冷式發(fā)動機(jī)。 汽車上廣泛采用水冷式發(fā)動機(jī)。5、按氣缸數(shù)目分 單缸發(fā)動機(jī)和多缸發(fā)動機(jī)。 汽車幾乎都是采用多

3、缸發(fā)動機(jī)。6、按氣缸的排列方式分 單列式發(fā)動機(jī)和雙列式發(fā)動機(jī)。7、按進(jìn)氣系統(tǒng)是否增壓分 自然吸氣（非增壓）式發(fā)動機(jī)和強(qiáng)制進(jìn)氣（增壓）式發(fā)動機(jī)。 發(fā)動機(jī)整體圖第二節(jié) 四沖程發(fā)動機(jī)的工作原理動畫上止點：活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處，通常指活塞上行到最高位置，通常用英文縮寫詞TDC來表示。 下止點：活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處，通常指活塞下行到最低位置，通常用英文縮寫詞BDC來表示。 活塞行程：上、下止點之間的距離。曲柄半徑：與連桿下端（即連桿大頭）相連的曲柄銷中心到曲軸回轉(zhuǎn)中心的距離（mm）。一、發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)基本術(shù)語氣缸工作容積（Vh）：活塞從上止點到下止點所掃過的容積。燃燒室容積（ Vc ）：活塞在上止點

4、時，活塞上方的空間叫燃燒室，它的容積叫燃燒室容積。氣缸總?cè)莘e（Va）：活塞在下止點時，活塞上方的容積稱為氣缸總?cè)莘e（L）。它等于氣缸工作容積與燃燒室容積之和，即Va= Vh +Vc發(fā)動機(jī)排量（VL）：發(fā)動機(jī)所有氣缸工作容積之和（L）。設(shè)發(fā)動機(jī)的氣缸數(shù)為i，VL = Vh i壓縮比（）：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，表示活塞由下止點運動到上止點時，氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。即 = Va/Vc =1+Vh /Vc二、四沖程汽油機(jī)的工作原理進(jìn) 開排 關(guān) 活塞 上下容積 壓力 0.0750.09MPa溫度 370400K曲軸 0180進(jìn) 關(guān)排 開 活塞 下上容積 壓力 0.61.2MPa溫度 60070

5、0K曲軸 180360進(jìn) 關(guān)排 關(guān) 活塞 上下壓縮終了時 點火壓力 35MPa溫度 22002800K體積 曲軸 360540做功終了 壓力 0.30.5MPa溫度 13001600K進(jìn) 關(guān)排 開 活塞 下上壓力 0.1050.115MPa溫度 9001200K曲軸 540720殘余廢氣：因燃燒室容積，廢氣不能排盡。三、四沖程柴油機(jī)的工作原理汽油機(jī)與柴油機(jī)的優(yōu)缺點汽油機(jī)：轉(zhuǎn)速高（轎車車50006000rpm，貨車4000rpm）、質(zhì)量小、工作噪聲小、起動容易、制造和維修費用低等。 燃油消耗率高，經(jīng)濟(jì)性差柴油機(jī)：壓縮比高（1622），燃油消耗率比汽油機(jī)低20%30%，柴油價格低，經(jīng)濟(jì)性好。 轉(zhuǎn)速

6、比汽油機(jī)低（25003000rpm）質(zhì)量大、制造和維修費用高（噴油泵和噴油器加工精度要求高）。 國外：轎車用柴油機(jī) 5000rpm四、二沖程發(fā)動機(jī)的工作原理活塞上行活塞上行:上方壓縮 下方-吸氣 活塞下行活塞下行(上半程上半程): 上方作功 下方-預(yù)壓 活塞下行活塞下行(下半程下半程): 上方換氣 下方-預(yù)壓 二沖程與四沖程比較優(yōu)點：1、曲軸每轉(zhuǎn)一周，有一個做功行程。理論上，在相同的工作容積和轉(zhuǎn)速下，二沖程的功率等于四沖程的2倍（實際：1.51.6倍）。2、發(fā)生做功過程的頻率高，二沖程發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)比較均勻平穩(wěn)。3、二沖程沒有專門的換氣機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量比較小。4、使用方便。附屬機(jī)構(gòu)少，易受磨損

7、和經(jīng)常需要修理的運動部件數(shù)量也比較少。缺點： 1、不易將廢氣排的干凈。并且在換氣時減少了有效工作行程。2、 換氣時有新鮮可燃混合氣隨同廢氣排除，經(jīng)濟(jì)性差。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)又稱為米勒循環(huán)發(fā)動機(jī)。它采用三角轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動來控制壓縮和排放。這種發(fā)動機(jī)由德國人菲加士汪克爾發(fā)明。轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)直接將可燃?xì)獾娜紵蛎浟D(zhuǎn)化為驅(qū)動扭矩。與往復(fù)式發(fā)動機(jī)相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)取消了無用的直線運動，因而同樣功率的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)尺寸較小，重量較輕，而且振動和噪聲較低，具有較大優(yōu)勢。 60年初在德國生產(chǎn)出第一輛裝配了轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的小跑車。1964年，日內(nèi)瓦的德法合資企業(yè)COMOBIL公司，首次把轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)裝在轎車上成為正式產(chǎn)品。1967年，

8、馬自達(dá)公司投巨資從汪克爾公司買下了這項技術(shù)。將轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)裝在馬自達(dá)轎車上開始成批生產(chǎn)。 三角活塞轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的運動特點是：三角轉(zhuǎn)子的中心繞輸出軸中心公轉(zhuǎn)的同時，三角轉(zhuǎn)子本身又繞其中心自轉(zhuǎn)。在三角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，以三角轉(zhuǎn)子中心為中心的內(nèi)齒圈與以輸出軸中心為中心的齒輪嚙合，齒輪固定在缸體上不轉(zhuǎn)動，內(nèi)齒圈與齒輪的齒數(shù)之比為3：2。上述運動關(guān)系使得三角轉(zhuǎn)子頂點的運動軌跡（即汽缸壁的形狀）似“8”字形。三角轉(zhuǎn)子把汽缸分成三個獨立空間，三個空間各自先后完成進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣，三角轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)一周，發(fā)動機(jī)點火做功三次。由于以上運動關(guān)系，輸出軸的轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)速度的3倍，這與往復(fù)運動式發(fā)動機(jī)的活塞與曲軸：

9、的運動關(guān)系完全不同。 轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，零部件數(shù)量少，拆卸和維護(hù)簡單，有著出色的環(huán)保性能，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)從結(jié)構(gòu)上講是最適合燃燒氫氣，氫燃燒完后排出的水蒸汽對環(huán)境沒有任何污染，在裝載轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的馬自達(dá)HR一X汽車上，1立方米的燃料箱吸儲了相當(dāng)43立方米的壓縮氫氣，使它可以以每小時60公里的車速可行駛230公里。在目前的車中，裝備Renesis轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的馬自達(dá)RX-8運動型轎車已能滿足2005年即將施行的歐洲4號排放要求。與此同時，Renesis轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的最大功率為250馬力8500轉(zhuǎn)/分鐘，最大扭矩為216牛米5500轉(zhuǎn)/分鐘，0-100公里/小時的加速時間不到6秒，而百公里油耗只有8.3升。

10、 三角活塞轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)工作原理發(fā)動機(jī)總體構(gòu)造1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)2. 配氣機(jī)構(gòu)3.供給系4.點火系5.冷卻系6.潤滑系7.起動系燃料供給系統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)發(fā)動機(jī)主要性能指標(biāo)與特性動力性能指標(biāo)：有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、轉(zhuǎn)速經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)：燃油消耗率運轉(zhuǎn)性能指標(biāo)：排氣品質(zhì)、噪聲、起動性能發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)是用來衡量發(fā)動機(jī)性能好壞的標(biāo)準(zhǔn) 一、動力性能指標(biāo)：a. 有效轉(zhuǎn)矩：指發(fā)動機(jī)通過曲軸或飛輪對外輸出的扭矩，通常用Ttq表示，單位為Nm。有效轉(zhuǎn)矩是作用在活塞頂部的氣體壓力通過連桿、傳給曲軸產(chǎn)生的扭矩，并克服了摩擦，驅(qū)動附件等損失之后從曲軸對外輸出的凈轉(zhuǎn)矩。 b. 有效功率：指發(fā)動機(jī)通過曲軸或飛輪對外

11、輸出的功率，通常用Pe表示，單位為kW。有效功率同樣是曲軸對外輸出的凈功率。它等于有效扭矩和曲軸轉(zhuǎn)速的乘積。發(fā)動機(jī)的有效功率可以在專用的試驗臺上用測功器測定，測出有效扭矩和曲軸轉(zhuǎn)速，然后計算出有效功率。 式中：Ttq 有效扭矩，單位為Nm； n 曲軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 c. 轉(zhuǎn)速：指發(fā)動機(jī)曲軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為r/min。發(fā)動機(jī)產(chǎn)品銘牌上標(biāo)明的功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速稱為額定功率和額定轉(zhuǎn)速。按照汽車發(fā)動機(jī)可靠性試驗方法的規(guī)定汽車發(fā)動機(jī)應(yīng)能在額定工況下連續(xù)運行3001000小時。 9550106023nTnTPtqtqe通常用燃油消耗率來評價內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能。燃油消耗率是指單位有效功的燃油消耗量，

12、也就是發(fā)動機(jī)每發(fā)出1kW有效功率在1小時內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量(以g為單位)，燃油消耗率通常用be表示，其單位為g/kWh：式中：B 每小時的燃油消耗量，kg/h； Pe 有效功率，kW。 有效燃油消耗率越小，表示發(fā)動機(jī)曲軸輸出凈功率所消耗的燃油越少，其經(jīng)濟(jì)性越好。通常發(fā)動機(jī)銘牌上給出的有效燃油消耗率ge是最小值。 二、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo) 310eePBb三、運轉(zhuǎn)性能指標(biāo)1、排氣品質(zhì)2、噪聲3、起動性能：在一定溫度下能可靠地發(fā)動，起動迅速，起動消耗的功率小，起動期磨損小。四、發(fā)動機(jī)的速度特性發(fā)動機(jī)的特性：發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、燃油消耗率隨其運轉(zhuǎn)工況(負(fù)荷、轉(zhuǎn)速)變化而變化的關(guān)系。發(fā)動機(jī)的速度特性：在燃料調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置固定不變時，發(fā)動機(jī)性能指標(biāo)隨曲軸轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系。發(fā)動機(jī)的負(fù)荷特性：性能指標(biāo)隨負(fù)荷變化的關(guān)系。用曲線來表示這些關(guān)系，稱為發(fā)動機(jī)的特性曲線。發(fā)動機(jī)特性是對發(fā)動機(jī)性能進(jìn)行全面評價和鑒定的依據(jù)。在發(fā)動機(jī)特性中 ，其速度特性最為常用。 發(fā)動機(jī)速度特性（1）定義：發(fā)動機(jī)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（2）來源：發(fā)動機(jī)臺架試驗（3）發(fā)動機(jī)外特性：節(jié)氣門全開時，臺架試驗