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文檔簡介
第一章發(fā)動機的工作原理和總體構(gòu)造一、熱力發(fā)動機即是將燃料的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的一種動力裝置。
①內(nèi)燃機:可燃混合氣在機器內(nèi)部燃燒而產(chǎn)生熱能,然后再轉(zhuǎn)為機械能。燃料在機器外部的鍋爐內(nèi)燃燒,將鍋內(nèi)的水加熱,使之變?yōu)楦邷馗邏旱乃魵?,然后送至機器內(nèi)部,使所含熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。
內(nèi)燃機的優(yōu)點:熱效率高、體積小、重量輕、廣泛應(yīng)用。但由于使用的是石油燃料,因而污染較大。城市的大氣污染相當部分來至內(nèi)燃機所排出的廢氣。
熱力發(fā)動機
②外燃機:
第一節(jié)發(fā)動機的分類
液化石油發(fā)動機
按每一工作循環(huán)的沖程數(shù)分:按點火方式分:柴油機天然氣發(fā)動機
點燃式發(fā)動機(汽油機)壓燃式發(fā)動機(柴油機)四沖程發(fā)動機:活塞往復四個單程完成一個工作循環(huán)。二沖程發(fā)動機:活塞往復二個單程完成一個工作循環(huán)。汽油機按所用燃料分:氣體燃料發(fā)動機液體燃料發(fā)動機1、內(nèi)燃機:①活塞式內(nèi)燃機(本書的主要介紹對象。)②燃氣輪機:旋轉(zhuǎn)式的內(nèi)燃機?;钊絻?nèi)燃機分類:一個工作循環(huán):在氣缸中完成一次熱功轉(zhuǎn)換所進行的一系列連續(xù)過程。
單缸(立式、臥式)發(fā)動機
多缸(直列、V型、P型或?qū)χ檬剑┌l(fā)動機
按氣缸數(shù)及排列方式分:按冷卻方式分:水冷式發(fā)動機
風冷式發(fā)動機按是否裝增壓裝置分:
增壓發(fā)動機非增壓發(fā)動機(自然吸氣發(fā)動機)按每缸氣門數(shù)分:
二氣門發(fā)動機多氣門發(fā)動機汽油機:汽油粘度小,蒸發(fā)性好,在氣缸外部形成混合氣,自燃溫度高于380oC,外火源點燃。柴油機:柴油粘度大,蒸發(fā)性差,在氣缸內(nèi)部形成混合氣,自燃度為250oC左右,壓縮自燃。汽油機又稱點燃式發(fā)動機。柴油機又稱壓燃式發(fā)動機。二、可燃混合氣的形成及發(fā)火方式:2、壓縮行程:為使混合氣體能迅速燃燒,產(chǎn)生較大的壓力,使發(fā)動機發(fā)出較大的功率,必須在燃燒前對可燃混合氣進行壓縮,使之V↓,T↑。
“汽”壓縮接近終了,可燃混合氣體由火花塞活塞由下上電極發(fā)出的電火花點燃。
“柴”壓縮接近終了,由噴油泵把柴油提高至上百個大氣壓以上使之霧化,再送至噴油器,由噴油器把霧狀柴油噴入氣缸,使與壓縮后的高溫空氣混合,達自然溫度時,便自行發(fā)燃燒。
壓縮比ε:ε=Va/Vc=1+Vh/Vc是發(fā)動機重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。ε越大,壓縮終了的P、T越高,燃燒越快,膨脹作功愈充分。從而使發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性提高。但ε過高,對汽油機來說,會引起T過高而造成兩種不正常燃燒即:進關(guān)排關(guān)V↓P↑,T↑
終了P、T:“汽”6—12;300—400oC
“柴”35—45;500—700oC
爆燃:由于ε過大P、T過高,遠離火焰中心的可燃混合氣在火焰尚未到達就自行發(fā)火燃燒的一種不正常燃燒。爆燃時,火焰以1500—2000m/s的速度向外傳播,P、T極劇增加,形成壓力波,撞擊燃燒室壁,發(fā)出尖銳的敲缸聲。同時,引起發(fā)動機過熱功率↓,氣門、火花塞等部件被燃壞。表面點火:由于ε過大P、T過高,在電火花之前可燃混合氣就被燃燒室熾熱的表面點燃的另一種不正常燃燒。表面點火發(fā)生時,伴有沉悶的敲缸聲,產(chǎn)生的高壓使發(fā)動機負荷↑,壽命↓。
①現(xiàn)代汽油機的壓縮比一般為ε=6—9(個別轎車可達9—11)。②柴油機靠壓縮自燃,所以壓縮比設(shè)計等較高ε=16—22。具有較好的經(jīng)濟性。但高的壓縮比帶來高的壓縮壓力、燃燒壓力,使柴油機各部件要承受高的機械負荷,因而需要增加強度及剛度。故柴油機的尺寸、重量指標不如汽油機。*
進關(guān)曲軸強制
排關(guān)旋轉(zhuǎn)作功3、作功行程:壓縮終了,氣缸容積很小,迅速燃燒的混合氣使缸內(nèi)P、T急劇升高。最高壓力:“汽”30—50溫度:1900---2500oC“柴”60---901700---2200oC高溫高壓氣體推動活塞由上下熱能機械能
4、排氣行程:可燃混合氣燃燒后變成廢氣,為了進行下一循環(huán),必須把廢氣排氣過程?;钊上律蠌U氣經(jīng)排氣門排出氣缸
進關(guān)
排開終了壓力:“汽”3---5溫度:1000---1300oC終了壓力:“汽”1.05---1.25溫度:600---900oC
“柴”1.05---1.25500---700oC
。
“柴”2---4800---1000oC進氣終了P:
“汽”0.75—0.90
(個大氣壓)
“柴”0.80—0.95“汽”6—12“柴”35—45燃燒時的最高P:
“汽”30—50
“柴”60---90作功終了P:
“汽”3---5“柴”2---4排氣終了P:P0P0P0P0“汽”1.05---1.25
“柴”1.05---1.25壓縮終了P:汽油機:(優(yōu)點)ε較小,體積小,重量輕,轉(zhuǎn)速較高,動力性好。制造維修成本低,噪聲小,起動容易。主要用于轎車、微型車(客車、貨車)、軍用越野車。
(缺點)燃料經(jīng)濟差,排污大(HC、N0x、CO)柴油機:(優(yōu)點)
ε較大,燃料燃燒完全,經(jīng)濟性好。
(缺點)由于ε較大P、T較高,所以體積大、重量大,轉(zhuǎn)速較低,制造維修成本高(噴油泵、噴油器加工精度要求高)。常用于中、重型貨車。(對經(jīng)濟性要求高,動力性要求較低)。同排量的單缸與多缸發(fā)動機優(yōu)缺點比較:單缸:結(jié)構(gòu)簡單、重量輕。運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)、沖擊振動大。多缸:與單缸相反。發(fā)火間隔角=720o/i
(i——缸數(shù))?,F(xiàn)代汽車上一般不用單缸機,用得最多的是四缸、六缸、八缸。四:四沖程汽油機和柴油機的優(yōu)缺點比較
1、結(jié)構(gòu):無進排氣門及配氣機構(gòu),
由三孔控制進、排氣,活塞為凸頂。一:二沖程汽油機的工作原理:
第三節(jié)二沖程發(fā)動機工作原理二沖程發(fā)動機的一個工作循環(huán)也包括進氣、壓縮、燃燒作功、排氣四個行程。只不過這些行程的完成僅需活塞在兩個行程內(nèi),即曲軸旋轉(zhuǎn)一周完成。二、二沖程柴油機的工作原理:
1、結(jié)構(gòu):
有一排氣門,有一進氣孔,活塞頂部為凹頂。2、工作過程:進孔開排門開
上行1/3行程(進孔關(guān),排門關(guān))①活塞由下上(空氣進入,廢氣排出)上行接近上止點,由噴油器噴入高壓霧狀柴油與高壓空氣迅速混合,發(fā)火自燃。②高溫高壓氣體推動活塞下行至2/3行程。(排氣門開,廢氣排出,接著,進氣孔開,進行換氣。)*活塞上行:換氣;壓縮下行:作功,換氣。
二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機比較,其主要優(yōu)點、缺點如下:優(yōu)點:1)曲軸每轉(zhuǎn)一周就有一個作功行程,因此,當二沖程發(fā)動機的工作容積和轉(zhuǎn)速與四沖程發(fā)動機相同時,在理論上它的功率應(yīng)等于四沖程發(fā)動機的兩倍。2)由于發(fā)生作功過程的頻率較高,故二沖程發(fā)動機的運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。3)由于沒有專門的換氣機構(gòu),所以其結(jié)構(gòu)較簡單,質(zhì)量也比較小。4)由于附屬機構(gòu)少,所以受磨損和經(jīng)常需要修理的運動部件數(shù)量也比較少缺點:1)不易將氣缸內(nèi)的廢氣排除干凈,而且在換氣時減少了有效工作行程。因此,在同樣的工作容積和曲軸轉(zhuǎn)速下,二沖程發(fā)動機的功率并不等于四沖程發(fā)動機的兩倍,只等于1.5~1.6倍。2)在換氣時有一部分新鮮可燃混合氣隨廢氣排出,因此,二沖程發(fā)動機不如四沖程發(fā)動機經(jīng)濟。燃料供給系:
汽油機:由化油器向氣缸供給由汽油與空氣混合的混合氣。
柴油機:由噴油泵提供霧狀柴油,通過噴油器噴入氣缸。曲柄連桿機構(gòu):進行熱功轉(zhuǎn)換。
配氣機構(gòu):控制進、排氣門的開啟時刻及延續(xù)時間。五大系統(tǒng)(包括):
點火系:(汽油機獨有)在壓縮行程接近上止點時,點火系即在火花塞電極間產(chǎn)生電火花以點燃混合氣。冷卻系:降低氣缸及高溫部件的高溫,使發(fā)動機保持正常的工作溫度。潤滑系:減少相對運動部件的摩擦阻力,減輕磨損。起動系:用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機曲軸以達到燃燒作功所需的條件。
兩大機構(gòu):第四節(jié)發(fā)動機的總體構(gòu)造曲柄連桿機構(gòu):進行熱功轉(zhuǎn)換。
配氣機構(gòu):控制進、排氣門的開啟時刻及延續(xù)時間。
冷卻系:降低氣缸及高溫部件的高溫,使發(fā)動機保持正常的工作溫度。潤滑系:減少相對運動部件的摩擦阻力,減輕磨損。起動系:用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機曲軸以達到燃燒作功所需的條件。
第三節(jié)發(fā)動機的主要性能指標與特性
發(fā)動機的主要性能指標包括:
動力性指標:有效扭矩Te、有效功率Pe、轉(zhuǎn)速n
經(jīng)濟性指標:be
運轉(zhuǎn)性指標:排氣品質(zhì)、噪聲、起動性。一、動力性指標:
1、有效扭矩Te:發(fā)動機對外輸出的扭矩?!稍趯嶒炁_架上測出。
2、有效功率Pe:發(fā)動機對外輸出的功率。Pe=(Te×n)/9550(kw);Te(N·m)、n(r/min)——可測定二、經(jīng)濟性指標:
1、燃油消耗率be:發(fā)動機每發(fā)出1KW有效功率,在1h內(nèi)所消耗的燃油量。be=x1000(g/kwh);B—發(fā)動機每小時的耗油量(kg/h)——可測定BPe三、發(fā)動機的運轉(zhuǎn)性能指標:
1、排氣品質(zhì):有害氣體成分的限制標準。P41美日歐韓:74---80dB(A)中國:82---89dB(A)
3、起動性能:標準:汽油機在-10oC,柴油機在-5oC以下氣溫條件下,接通起動機15s內(nèi)發(fā)動機要能自行運轉(zhuǎn)。
1、定義:指發(fā)動機的Pe、Te、be隨曲軸轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。這個特性可通過發(fā)動機在試驗臺上進行試驗而求。四、發(fā)動機的速度特性:2、噪聲:車外噪聲標準
試驗方法:保持一定的節(jié)氣門開度,變更發(fā)動機的轉(zhuǎn)速,經(jīng)測定,計算得到一系列相應(yīng)Pe、Te、be值,然后以轉(zhuǎn)速橫坐標,Pe、Te、be為縱坐標,按比例繪制它們的變化規(guī)律,即得發(fā)動機在這一節(jié)氣門開度的速度特性曲線。
如圖:
外特性:節(jié)氣門全開時所測得到的速度特性。代表發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速下的最高性能。
部分速度特性:節(jié)氣門部分開度所測得的速度特性。
五、發(fā)動機的工作狀況(工況):發(fā)動機工況可用它的功率與曲軸轉(zhuǎn)速來表示,或用負荷與曲軸轉(zhuǎn)速來表示。
發(fā)動機在某一轉(zhuǎn)速下的負荷=Χ100%
如圖表示發(fā)動機的一組特性曲線:I為節(jié)氣門全開時的外特性。Ⅱ、Ⅲ為節(jié)氣門部分開啟時的部分特性。在a,b,c,d四個工況下的負荷值如下:a:負荷為0,發(fā)動機空轉(zhuǎn)。b:負荷=20/45100%=44.4%c:負荷=32/45100%=71.1%d:負荷=45/45
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