發(fā)動(dòng)機(jī)1-工作原理與總體構(gòu)造

第一章發(fā)動(dòng)機(jī)的基本知識(shí)概述

四行程發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造

發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)與特性

武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院§1.1概述1、按燃料的使用不同分一、發(fā)動(dòng)機(jī)的定義：

二、發(fā)動(dòng)機(jī)的分類

：發(fā)動(dòng)機(jī)是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的機(jī)器。

現(xiàn)代汽車大多使用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。它將燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部進(jìn)行燃燒，把產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。汽油機(jī)柴油機(jī)氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院3、按冷卻方式不同水冷發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)2、按完成一個(gè)工作循環(huán)所需行程數(shù)四行程發(fā)動(dòng)機(jī)二行程發(fā)動(dòng)機(jī)武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院4、按氣缸數(shù)及排列方式單缸發(fā)動(dòng)機(jī)多缸發(fā)動(dòng)機(jī)直列式Ｖ型水平對(duì)置式直列式Ｖ型對(duì)置式武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院§1.2四行程發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院氣缸cylinder氣缸蓋cylinderhead氣缸體engineblock

氣門valve凸輪軸camshaft搖臂rockerarm

活塞piston連桿connectingrod曲軸crankshaft一、基本結(jié)構(gòu)

武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院基本術(shù)語(yǔ)

武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院基本術(shù)語(yǔ)

武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院基本術(shù)語(yǔ)

武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院氣缸總?cè)莘e武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院壓縮比氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比，用ε表示。

例如：現(xiàn)代化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比一般為8～11(轎車有的達(dá)10以上)。柴油機(jī)壓縮比一般為為16～22。壓縮比過大爆燃、表面自然Va－氣缸總?cè)莘e；Vh－氣缸工作容積；

Vc－燃燒室容積；武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院工作循環(huán)

對(duì)于往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，每進(jìn)行一次能量轉(zhuǎn)換，均要經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)過程。這種周而復(fù)始的連續(xù)過程，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)。

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，用表示VL。發(fā)動(dòng)機(jī)排量VL=V

h

×i

Vh－氣缸工作容積（氣缸排量）i－氣缸數(shù)目武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院二、四行程發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院1、進(jìn)氣行程排氣門關(guān)閉進(jìn)氣門開啟大氣壓力線PVra示功圖上止點(diǎn)下止點(diǎn)示功圖：表示活塞在不同位置時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)壓強(qiáng)為0.074～0.093Mpa，溫度上升至353～403K

活塞下行武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院2、壓縮行程進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉PVra示功圖大氣壓力線c上止點(diǎn)下止點(diǎn)壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)壓強(qiáng)上升至0.6～1.5Mpa，溫度繼續(xù)上升至600～700K?；钊闲袎嚎s比決定溫度和壓力武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院3、作功行程進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉PVra示功圖大氣壓力線cZb上止點(diǎn)下止點(diǎn)作功中氣缸內(nèi)最高壓強(qiáng)可達(dá)3～5Mpa，最高溫度可達(dá)2200～2800K；作功終了時(shí)氣缸內(nèi)壓強(qiáng)下降至0.3～0.5Mpa，溫度下降至1300～1600K。

活塞下行武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院4、排氣行程進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門打開PVr示功圖大氣壓力線cZb上止點(diǎn)下止點(diǎn)殘余廢氣排氣終了時(shí)氣缸內(nèi)壓強(qiáng)下降至0.102～0.120Mpa，溫度下降至900～1200K

a

活塞上行武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院四行程柴油機(jī)工作原理武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院四行程柴油機(jī)工作原理

與汽油機(jī)工作原理相比，只有一個(gè)行程即作功行程中，柴油機(jī)由于用的柴油粘度比汽油大、不易蒸發(fā)，且自然溫度又較汽油低，所以采用的是壓縮自燃式點(diǎn)火。武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院進(jìn)氣行程壓縮行程作功行程排氣行程新鮮空氣四行程柴油機(jī)各行程示意圖開始噴油武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院分析和比較汽油機(jī)、柴油機(jī)的工作異同?首先分別看一下汽油機(jī)和柴油機(jī)的圖示火花塞

噴油器

武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院汽油機(jī)、柴油機(jī)的工作相同點(diǎn)：

每個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩周;每一行程曲軸轉(zhuǎn)半周;只有作功行程產(chǎn)生動(dòng)力。

汽油機(jī)柴油機(jī)汽油與空氣缸外混合，進(jìn)入可燃混合氣進(jìn)入氣缸的是純空氣電火花點(diǎn)燃混合氣高溫氣體加熱柴油燃燒有點(diǎn)火系無(wú)點(diǎn)火系無(wú)噴油器有噴油器汽油機(jī)、柴油機(jī)的工作不同點(diǎn)：武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院三、四沖程汽油機(jī)、柴油機(jī)特點(diǎn)比較1、由于柴油機(jī)壓縮比較高，燃料燃燒非常完全，所以柴油機(jī)的有效熱效率好，經(jīng)濟(jì)性好。汽油機(jī)：be=270～325g/(kw.h)柴油機(jī):be=214～285g/(kw.h)2、柴油機(jī)無(wú)點(diǎn)火系，所以故障少些，易保養(yǎng)。但柴油機(jī)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。3、柴油機(jī)最高爆發(fā)壓力高，所以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件強(qiáng)度要求高，這樣導(dǎo)致柴油機(jī)笨重。武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院4、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速低于汽油機(jī)原因：1）由于柴油機(jī)的壓縮比高，所以其受到的機(jī)械負(fù)荷較大，故其零部件的質(zhì)量需較大，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性力較大。2）汽油機(jī)可燃混合氣的混合時(shí)間和質(zhì)量?jī)?yōu)于柴油機(jī)。5、柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪音高，但有害氣體的排放優(yōu)于汽油機(jī)，而微粒排放較高。6、柴油機(jī)啟動(dòng)困難，汽油機(jī)易啟動(dòng)。單缸與多缸的對(duì)比？武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理活塞上行：上方—壓縮下方—吸氣掃氣孔排氣孔進(jìn)氣孔額外排氣武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院活塞下行（下半程）上方—換氣下方—預(yù)壓先期排氣武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院二沖程汽油機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)（同四沖程汽油機(jī)相比較）（一）優(yōu)點(diǎn)：1、從工作原理上來(lái)講，在發(fā)動(dòng)機(jī)排量和轉(zhuǎn)速相同的前提下，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的功率理論上是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的2倍。2、由于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的做功頻率比較高，所以發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。3、無(wú)專門的換氣機(jī)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量小。4、由于附屬機(jī)構(gòu)少，所以使用、維護(hù)很方便。所以摩托車上多用。武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院（二）缺點(diǎn)：1、廢氣不易排除干凈。2、換氣時(shí)減少了有效工作行程。3、部分新鮮可燃混合氣隨廢氣排出，使能源浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)性下降。4、同時(shí)造成環(huán)境污染。武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院思考與練習(xí)：1、發(fā)動(dòng)機(jī)的定義是什么？2、發(fā)動(dòng)機(jī)的分類如何？3、什么是發(fā)動(dòng)機(jī)的排量、燃燒室容積和壓縮比？4、汽油機(jī)和柴油機(jī)在可燃混合氣形成方式和點(diǎn)火方式上有何不同？它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上有何區(qū)別？

武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院§1.3發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造兩大機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)五大系統(tǒng)燃料系潤(rùn)滑系冷卻系點(diǎn)火系起動(dòng)系武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動(dòng)零件

武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院配氣機(jī)構(gòu)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序和工作過程，定時(shí)開啟和關(guān)閉進(jìn)氣門和排氣門武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院燃油系武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院潤(rùn)滑系武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院冷卻系武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院點(diǎn)火系武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院起動(dòng)系武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院§1.4發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)與特性一、動(dòng)力性指標(biāo)

1、有效轉(zhuǎn)矩：發(fā)動(dòng)機(jī)通過飛輪對(duì)外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩，用Te表示。2、有效功率：發(fā)動(dòng)機(jī)通過飛輪對(duì)外輸出的功率成為發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率，用Pe表示。

式中：Te－有效扭矩，單位為N·m；

n－曲軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min

二者關(guān)系

武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院3發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：曲軸的每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)標(biāo)定功率：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)用途而制定的有效功率最大使用限度4平均有效壓力單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院三、強(qiáng)化指標(biāo)—發(fā)動(dòng)機(jī)承受熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷的能力

升功率:發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況下，單位發(fā)動(dòng)機(jī)排量輸出的有效功率強(qiáng)化系數(shù)：平均有效壓力與活塞平均速度的乘積活塞平均速度：Vm=2Sn/60*1000=Sn/30*1000

二、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

有效熱效率：燃油燃燒所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為有效功的百分?jǐn)?shù)燃油消耗率：發(fā)動(dòng)機(jī)每發(fā)出1kW.h有效功率，所消耗的燃油量，稱為燃油消耗率，用be(g/kW.h)表示。

be＝B/Pe*1000（g/KW.h）武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院四、緊湊性指標(biāo)-用來(lái)表征發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)的緊湊程度比容積：發(fā)動(dòng)機(jī)的外廓體積/標(biāo)定功率比質(zhì)量：發(fā)動(dòng)機(jī)的干質(zhì)量/標(biāo)定功率五、發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性發(fā)動(dòng)機(jī)特性：發(fā)動(dòng)機(jī)的性能是隨著許多因素而變化的，其變化規(guī)律稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的特性。發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性：發(fā)動(dòng)機(jī)油門開度不變，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)（如發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、有效燃油消耗率等）隨著曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。發(fā)動(dòng)機(jī)的外特性：發(fā)動(dòng)機(jī)油門全開，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)（如發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩、有效燃油消耗率等）隨著曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。又稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的總功率特性。武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院Te外特性曲線武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院六、發(fā)動(dòng)機(jī)的工況與負(fù)荷

1、工況（指發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況）：一般用它的功率與曲軸轉(zhuǎn)速來(lái)表征，有時(shí)也用負(fù)荷與曲軸轉(zhuǎn)速來(lái)表明

。2、發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷：是當(dāng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率與同一轉(zhuǎn)速下所有可能發(fā)出的最大功率之比，以百分?jǐn)?shù)表示。

Pe/kW

n/r·min-1

05045322720200035004800ⅠⅡⅢabcde分析右圖發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷

武漢科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院小結(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)常用術(shù)語(yǔ)工作原理發(fā)動(dòng)機(jī)是將某一