第一章 發(fā)動機總體

第一章發(fā)動機總體構(gòu)造和工作原理

農(nóng)機教研室

發(fā)動機：發(fā)動機是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)換為機械能的機器。分類：熱力發(fā)動機、水力發(fā)動機、風力發(fā)動機等。就是指將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機械能的機器，分為外燃機和內(nèi)燃機。內(nèi)燃機可分為柴油機、汽油機、煤氣機等。特點：熱效率高、體積小、操作方便、起動性能好、便于移動和維修方便。減輕排放污染、減小噪聲振動、提高零部件的耐磨性、可靠性、互換性、修復性、整機動力性及經(jīng)濟性仍然是內(nèi)燃機科學技術(shù)的重要研究課題。第一節(jié)內(nèi)燃機的總體構(gòu)造一、內(nèi)燃機的分類1.所用燃料：液體燃料內(nèi)燃機、氣體燃料內(nèi)燃機2.著火方式：壓燃式、點燃式3.工作循環(huán)：四行程、二行程4.汽缸數(shù)及其排列方式：單缸（立式、臥式）、多缸（V型、直列式、對置式等）5.冷卻方式：水冷、風冷6.進氣方式：增壓式、非增壓式二、內(nèi)燃機的總體構(gòu)造結(jié)構(gòu)多樣，但一般主要有曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃料供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)等。柴油機1.曲柄連桿機構(gòu)它是柴油機運動和動力傳遞的核心，即通過連桿實現(xiàn)活塞在氣缸中的往復運動與曲軸旋轉(zhuǎn)運動的有機聯(lián)系，將活塞的推力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩，達到運動和動力輸出的最終目的。

2.配氣機構(gòu)它嚴格按照柴油機既定工作循環(huán)的要求，通過氣門的“早開遲閉”，將干凈的新鮮空氣盡可能多的適時充入氣缸，并及時將廢氣從氣缸中排出。3.燃料供給系統(tǒng)包括低壓油路和高壓油路兩部分。根據(jù)柴油機工作循環(huán)的需要和工作負荷的變化，將清潔的高壓柴油適時適量地供給噴油器，噴油器又使柴油以霧狀噴入燃燒室，繼而與氣缸內(nèi)的壓縮空氣得以混合并燃燒。4.潤滑系統(tǒng)將潤滑油壓送到相對運動零件的摩擦表面，達到減少摩擦阻力，減輕零件磨損，清洗運動零件表面磨屑和冷卻、減振、防銹等綜合效果。

5.冷卻系統(tǒng)它使受熱零件多余熱量得以散發(fā)，保證柴油機工作溫度不致過高或過低。

6.啟動系統(tǒng)起動系統(tǒng)因起動方式不同使其組成各異。現(xiàn)在最常見的是電動機起動。所以，柴油機通常由兩大機構(gòu)四大系統(tǒng)構(gòu)成。即：曲柄連桿機構(gòu)配氣機構(gòu)燃料供給系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)啟動系統(tǒng)汽油機汽油機通常由兩大機構(gòu)五大系統(tǒng)等構(gòu)成。其中曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和起動系統(tǒng)的構(gòu)成與柴油機類似；但是汽油機燃料供給系統(tǒng)與柴油機差別較大，且汽油機還設(shè)有點火系統(tǒng)。

1.燃料供給系統(tǒng)傳統(tǒng)的燃料供給系統(tǒng)主要由汽油箱、汽油泵、濾清器、化油器、空氣濾清器、進氣歧管、排氣歧管和消聲滅火器等組成。

2.點火系統(tǒng)按汽油機各缸的點火順序和一定的提前量，及時供給火花塞足夠的高壓電，使其兩級間產(chǎn)生足夠強烈的電火花，保證順利點燃混合氣并膨脹作功。

小結(jié)1.了解發(fā)動機及汽車的發(fā)展史；2.發(fā)動機的分類；3.柴油機、汽油機的總體構(gòu)造；4.汽油機在總體上與柴油機的不同。思考題1.內(nèi)燃機是如何分類的？2.內(nèi)燃機通常有哪些機構(gòu)和系統(tǒng)組成？他們的作用是什么？單缸發(fā)動機結(jié)構(gòu)示意圖

第二節(jié)內(nèi)燃機的基本工作原理一、發(fā)動機結(jié)構(gòu)基本術(shù)語：上止點下止點活塞行程(S)曲柄半徑(R)燃燒室容積(Vc

)氣缸工作容積(Vh)發(fā)動機排量(VL)氣缸總?cè)莘e(Va

)壓縮比（ε）Vh=πD2·S×10-6/4（L）VL=Vh×iD——氣缸直徑mmS——活塞行程mmi——氣缸數(shù)Va

＝Vh

＋Vc

ε＝Va/Vc＝1＋Vｈ

/Vc發(fā)動機結(jié)構(gòu)基本術(shù)語：上止點topdeadcenter下止點bottomdeadcenter活塞行程(S)pistonstroke

曲柄半徑(R)crankradius燃燒室容積(Vc

)combustionchambervolume氣缸工作容積(Vh)pistondisplacement發(fā)動機排量(VL)

cylinderdisplacement(totalcylindervolume)氣缸總?cè)莘e(Va

)cylindervolume壓縮比（ε）compressionratio

二、四沖程汽油機的工作原理Four-strokegasolineengineoperationalprinciple1.進氣行程Intakestroke2.壓縮行程Compressionstroke3.作功行程Expansionstroke4.排氣行程Exhauststroke單缸四沖程汽油機的工作過程進氣行程排氣門關(guān)閉進氣門開啟活塞溫度370~440K，壓力75~90kPa大氣壓力線PVra示功圖上止點下止點示功圖：表示活塞在不同位置時氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。

壓縮行程進氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞壓縮比：ε=Va/VcPVra示功圖大氣壓力線c上止點下止點溫度600~800K，壓力600~1500kPa作功行程進氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞示功圖ZPVra大氣壓力線cb上止點下止點瞬時最高：溫度2200~2800K，壓力3~5MPa作功終了：溫度1500~1700K，壓力300~500kPa

排氣行程進氣門關(guān)閉排氣門打開活塞cbrPV示功圖大氣壓力線Z上止點下止點溫度900~1200K壓力105~125kPa殘余廢氣二、四沖程柴油機的工作原理：噴油器噴油泵吸氣行程壓縮行程作功行程排氣行程進氣門排氣門純空氣溫度300~370K壓力800~900kPa溫度800~1000K壓力3~5MPa瞬時：溫度1800~2200K壓力5~10MPa溫度800~1000K壓力105~400kPa終了：溫度800~1000K壓力105~400kPa四沖程汽油機工作原理

四沖程電噴汽油機工作原理

四沖程發(fā)動機工作過程

四沖程發(fā)動機示功圖

思考四沖程汽油機和柴油機的工作循環(huán)有什么相同之處呢？共同特點每個工作循環(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)生動力。思考四沖程汽油機和柴油機的工作循環(huán)有什么不同呢？不同點汽油機柴油機汽油與空氣缸外混合，進入可燃混合氣進入氣缸的是純空氣電火花點燃混合氣高溫氣體加熱柴油燃燒有點火系無點火系無噴油器有噴油器三、二沖程汽油機的工作原理二沖程汽油機完成一個工作循環(huán)也需向氣缸內(nèi)引入可燃混和氣，然后將其壓縮著火作功后，再將燃燒后的廢氣排到大氣中去，但它完成上述工作，且在活塞往復運動兩個行程完成的。其工作原理示意圖如圖。從圖看氣缸上開了三個口，排氣口位于作功時活塞行程的三分之二處，它稍高于換氣口，進氣口在氣缸的下面。１—進氣孔２—排氣孔３—換氣孔“三孔一箱”第一行程：活塞在曲軸的帶動下，由下止點向上止點運動，當活塞上行到將換氣口排氣口關(guān)閉時，已進入氣缸的混合氣被壓縮，直到活塞運動到上止點，壓縮行程便結(jié)束。隨活塞上行，曲軸箱容積增大，形成一定真空度，當活塞上行到進氣口露出時，化油器供應(yīng)的新鮮沖量在真空吸力的作用下被吸入曲軸箱內(nèi)。第二行程：當活塞上行到接近上止點時，火花塞產(chǎn)生火花，點燃氣缸內(nèi)的可燃混合氣，混合氣著火燃燒產(chǎn)生高溫高壓，在氣壓的作用下，活塞由上止向下止點運動，帶動曲軸旋轉(zhuǎn)向外輸出作功。當活塞下移到將進氣口堵死時，隨著活塞繼續(xù)下移，曲軸箱內(nèi)的新鮮混合氣被頂壓。當活塞下行到排氣口露出時，燃燒后的廢氣在自身壓力下經(jīng)排氣口排出氣缸，緊接著換氣口開啟，曲軸箱被頂壓的混合氣經(jīng)換氣口進入氣缸，這一過程為“換氣過程”，它一直延續(xù)到下一行程活塞上行到將換氣口、排氣口關(guān)閉為止。至此，活塞完成一個工作循環(huán)，以后活塞重復上述工作過程，周而復始，從而實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)特點：排氣口位置稍高于換氣口，這樣可使作功行程將要結(jié)束時，排氣口首先露出，氣缸內(nèi)的廢氣在殘壓的作用下迅速排出，即有利于排氣干凈，也可使氣缸內(nèi)的壓力迅速降低，便于當換氣口露出時，新鮮空氣進入氣缸。二沖程柴油機工作原理二沖程柴油機工作原理同二沖程汽油機有相似處，不同的是進入氣缸的不是混合氣，而是空氣，且新鮮空氣由換氣泵提高壓力后經(jīng)氣缸外的空氣室和氣缸上的進氣口進入氣缸內(nèi)，而廢氣由專設(shè)的排氣門排出，工作原理示意圖。二行程、四行程內(nèi)燃機比較1.四行程內(nèi)燃機的進、排氣是兩個獨立過程，而二行程內(nèi)燃機排氣（或進氣）過程是一個完全重疊的、以新鮮沖量清掃廢氣的換氣過程，時間極短。換氣時會不可避免的造成新鮮沖量與廢氣的混合，使廢氣難以排凈和新鮮沖量隨廢氣排出。2.完成一個循環(huán)，二行程內(nèi)燃機曲軸只需旋轉(zhuǎn)一周，四行程內(nèi)燃機需要兩周。從理論上講，當內(nèi)燃機工作容積、壓縮比、轉(zhuǎn)速相等時，二行程內(nèi)燃機功率應(yīng)是四行程內(nèi)燃機的兩倍。實際上，由于二行程內(nèi)燃機廢氣不易排盡，故一般約1.5～1.6倍。因此，二行程內(nèi)燃機的經(jīng)濟性較差。3.轉(zhuǎn)速相同時，二行程內(nèi)燃機的作功次數(shù)較四行程內(nèi)燃機多一倍。因此，二行程內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)較為平穩(wěn)。4.二行程內(nèi)燃機配氣機構(gòu)簡單，簡化了內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)。四、多缸四行程內(nèi)燃機工作原理工作順序1-3-4-21-2-4-3曲軸轉(zhuǎn)角各缸工作過程各缸工作過程一

缸二

缸三

缸四

缸一

缸二

缸三

缸四

缸0°-180°180°-360°360°-540°540°-720°作功排氣進氣壓縮排氣進氣壓縮作功壓縮作功排氣進氣進氣壓縮作功排氣作功排氣進氣壓縮壓縮作功排氣進氣排氣進氣壓縮作功進氣壓縮作功排氣工作順序1-5-3-6-2-4曲軸轉(zhuǎn)角0°60°120°180°240°300°360°420°480°540°600°660°720°各缸工作過程第一缸作

功排

氣進

氣壓

縮第二缸排

氣進

氣壓

縮作

功排

氣第三缸進氣壓

縮作

功排

氣進

氣第四缸作功排

氣進

氣壓

縮作

功第五缸壓

縮作

功排

氣進

氣壓

縮第六缸進

氣壓

縮作

功排

氣

§1.5內(nèi)燃機名稱及型號編制規(guī)則一、

內(nèi)燃機的名稱和型號1.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。2.內(nèi)燃機型號由下列四部分內(nèi)容組成。首部：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：結(jié)構(gòu)特征和用途特征符號，以字母表示。尾部：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。內(nèi)燃機型號的排列順序及符號所代表的意義規(guī)定如下：二、型號編制舉例(1)汽油機1E65F：表示單缸，二行程，缸徑65mm，風冷通用型4100Q-4：表示四缸，四行程，缸徑100mm，水冷車用，第四種變型產(chǎn)品；CA6102：表示六缸，四行程，缸徑102mm，水冷通用型，CA表示系列符號；8V100：表示八缸，四行程、缸徑100mm，V型，水冷通用型；TJ376Q：表示三缸，四行程，缸徑76mm，水冷車用，TJ表示系列符號。(2)柴油機

195：表示單缸，四行程，缸徑95mm，水冷通用型。165F：表示單缸，四行程，缸徑65mm，風冷通用型。495Q：表示四缸，四行程，缸徑95mm，水冷車用。6135Q：表示六缸，四行程，缸徑135mm，水冷車用。X4105：表示四缸，四行程，缸徑105mm，水冷通用型，X表示系列代號。第三節(jié)內(nèi)燃機的主要性能指標為了表征內(nèi)燃機的性能特點，比較其性能優(yōu)劣，一般以性能參數(shù)作為評價指標。內(nèi)燃機的性能指標可分為四大類：指示性能指標、有效性能指標、環(huán)境性能指標和其它性能指標。具體表現(xiàn)內(nèi)燃機的動力性、經(jīng)濟性、運轉(zhuǎn)性和耐久可靠性指標等。

一、指示性能指標指示性能指標用以評定內(nèi)燃機實際循環(huán)情況的優(yōu)劣，其中，平均指示壓力、指示功率評定循環(huán)的動力性；指示熱效、指示燃料消耗率評定循環(huán)的經(jīng)濟性

。1.平均指示壓力是指循環(huán)指示功（指一個實際循環(huán)工質(zhì)對活塞所做的有用功

）與氣缸工作容積之比。2.指示功率是指發(fā)動機單位時間內(nèi)所做的指示功。

3.指示燃油消耗率是指單位指示功所消耗的燃油量。4.指示熱效率是指發(fā)動機實際循環(huán)指示功與所消耗燃料的熱量之比值。

二、有效性能指標發(fā)動機有效性能指標是以曲軸輸出功率為基礎(chǔ)的指標，用以評價內(nèi)燃機的設(shè)計與制造水平及其整機性能。有效性能指標分為動力性指標和經(jīng)濟性指標。1.動力性指標有效功率、有效扭矩、平均有效壓力、轉(zhuǎn)速和活塞平均速度

2.經(jīng)濟性能指標有效熱效率、有效燃料消耗率

3.另外還有升功率：內(nèi)燃機每升工作容積產(chǎn)生的有效功率；比重量：凈重與標定工況有效功率之比。三、運轉(zhuǎn)性能指標內(nèi)燃機除要求具有良好的動力性、經(jīng)濟性外，還必須具有良好的排氣清凈性、較低噪聲度、較小振動和可靠的低溫起動性。1.排放污染（排放品質(zhì)）內(nèi)燃機排放污染是指排出廢氣中的有害成分。主要有：一氧化碳CO、碳氫化合物HC、氮氧化物NOx、二氧化硫SO2、鉛化合物、臭味氣體、固體微粒、以及從曲軸箱通風孔泄漏出的碳氫化合物和從汽油箱逸出的燃油蒸氣等

2.噪聲內(nèi)燃機工作時產(chǎn)生的噪聲刺激神經(jīng)，使人心情煩燥、反應(yīng)遲鈍、甚至導致耳聾、高血壓和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。噪聲主要源于進排氣門、風扇和增壓器等的氣體動力噪聲、氣缸內(nèi)燃燒噪聲、機體內(nèi)的機械噪聲（如活塞敲擊、配氣機構(gòu)運行、齒輪運轉(zhuǎn)）等。3.啟動性能內(nèi)燃機在一定溫度下能可靠起動，且起動迅速，功率消耗的功率小、磨損少是起動性能的重要標志。起動性能的好壞直接影響車輛機動性、操作者的安全和勞動強度。我國標準規(guī)定，不采用特殊的低溫起動措施，汽油在-10℃、柴油機在-5℃以下的環(huán)境條件下起動順利，且15s以內(nèi)能自行運轉(zhuǎn)。四、經(jīng)濟性和耐久性內(nèi)燃機的