發(fā)動機(jī)工作原理和總體構(gòu)造

發(fā)動機(jī)工作原理和總體構(gòu)造發(fā)動機(jī)工作原理和總體構(gòu)造發(fā)動機(jī)工作原理和總體構(gòu)造第一節(jié)概述發(fā)動機(jī)是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的機(jī)器。一、發(fā)動機(jī)的定義：風(fēng)能風(fēng)力發(fā)動機(jī)水流能水力發(fā)動機(jī)熱能熱力發(fā)動機(jī)電能電力發(fā)動機(jī)原子能原子能發(fā)動機(jī)太陽能太陽能發(fā)動機(jī)地?zé)崮艿責(zé)岚l(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)工作原理和總體構(gòu)造發(fā)動機(jī)工作原理和總體構(gòu)造發(fā)動機(jī)工作原1第一節(jié)概述發(fā)動機(jī)是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的機(jī)器。一、發(fā)動機(jī)的定義：風(fēng)能風(fēng)力發(fā)動機(jī)水流能水力發(fā)動機(jī)熱能熱力發(fā)動機(jī)電能電力發(fā)動機(jī)原子能原子能發(fā)動機(jī)太陽能太陽能發(fā)動機(jī)地?zé)崮艿責(zé)岚l(fā)動機(jī)第一節(jié)概述發(fā)動機(jī)是將某一種形式的能2風(fēng)力發(fā)動機(jī)返回風(fēng)力發(fā)動機(jī)返回3水力發(fā)動機(jī)水輪是以流水為動力，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的動力裝置，又稱“水車”，可以帶動磨、風(fēng)箱、抽水裝置、紡車、榨油和制革機(jī)械乃至發(fā)動機(jī)等返回水力發(fā)動機(jī)水輪是以流水為動力，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的動力裝置，又稱4熱力發(fā)動機(jī)返回?zé)崃Πl(fā)動機(jī)返回5二、熱力發(fā)動機(jī)：將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的發(fā)動機(jī)。1、外燃機(jī)：燃料在機(jī)器外部燃燒，產(chǎn)生的熱能輸入到機(jī)器內(nèi)部并轉(zhuǎn)變成機(jī)械能輸出的熱力發(fā)動機(jī)。如蒸汽機(jī)。2、內(nèi)燃機(jī)：液體或氣體燃料和空氣混合后直接輸入機(jī)器內(nèi)部燃燒而產(chǎn)生熱能，然后再將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能輸出的熱力發(fā)動機(jī)。。熱機(jī)內(nèi)燃機(jī)外燃機(jī)活塞式葉片式蒸汽機(jī)汽輪機(jī)熱氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)斯特靈發(fā)動機(jī)二、熱力發(fā)動機(jī)：將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的發(fā)動機(jī)。熱機(jī)內(nèi)燃機(jī)外燃機(jī)63、比較：外燃機(jī)體積大，重量重，熱效率低；內(nèi)燃機(jī)單機(jī)功率范圍大（0.6-16860）、熱效率高（汽油機(jī)略高于0.3，柴油機(jī)達(dá)0.4左右）、體積小、質(zhì)量輕、操作簡單，便于移動和起動性能好等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用于汽車、火車、工程機(jī)械、拖拉機(jī)、發(fā)電機(jī)、船舶、坦克、排灌機(jī)械和眾多其它機(jī)械的動力。4、內(nèi)燃機(jī)按熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的主要構(gòu)件分活塞式內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)3、比較：4、內(nèi)燃機(jī)按熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的主要構(gòu)件分7燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)是以空氣及燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動機(jī)，它的結(jié)構(gòu)與飛機(jī)噴氣式發(fā)動機(jī)一致燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)是以空氣及燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動機(jī)85、活塞式內(nèi)燃機(jī)按活塞運(yùn)動方式分往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)、轉(zhuǎn)子活塞式內(nèi)燃機(jī)

活塞式內(nèi)燃機(jī)按運(yùn)動方式分類按行程數(shù)分類其他分類方式往復(fù)運(yùn)動式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動式四行程二行程5、活塞式內(nèi)燃機(jī)按活塞運(yùn)動方式分活塞式內(nèi)燃機(jī)按運(yùn)動方式分類按91、按使用的燃料不同分汽油機(jī)柴油機(jī)三、發(fā)動機(jī)的分類（往復(fù)活塞式）：1、按使用的燃料不同分汽油機(jī)柴油機(jī)三、發(fā)動機(jī)的分類（往復(fù)活103、按冷卻方式不同水冷發(fā)動機(jī)風(fēng)冷發(fā)動機(jī)2、按完成一個(gè)工作循環(huán)所需行程數(shù)四沖程發(fā)動機(jī)二沖程發(fā)動機(jī)3、按冷卻方式不同水冷發(fā)動機(jī)風(fēng)冷發(fā)動機(jī)2、按完成一個(gè)工作循環(huán)114、按氣缸數(shù)及排列方式單缸發(fā)動機(jī)多缸發(fā)動機(jī)單列式Ｖ型對置式單列式Ｖ型對置式4、按氣缸數(shù)及排列方式單缸發(fā)動機(jī)多缸發(fā)動機(jī)單列式Ｖ型對置式單125、按進(jìn)氣狀態(tài)分自然吸氣式發(fā)動機(jī)（非增壓式發(fā)動機(jī)）強(qiáng)制吸氣式（增壓式發(fā)動機(jī)）5、按進(jìn)氣狀態(tài)分自然吸氣式發(fā)動機(jī)（非增壓式發(fā)動機(jī)）強(qiáng)制吸氣式13發(fā)動機(jī)工作原理和總體構(gòu)造14第二節(jié)四行程發(fā)動機(jī)工作原理一、基本結(jié)構(gòu)第二節(jié)四行程發(fā)動機(jī)工作原理一、基本結(jié)構(gòu)15上止點(diǎn)下止點(diǎn)活塞行程(S)曲柄半徑(R)氣缸工作容積(Vh)燃燒室容積()氣缸總?cè)莘e()二、基本術(shù)語壓縮比發(fā)動機(jī)排量工作循環(huán)上止點(diǎn)下止點(diǎn)活塞行程(S)曲柄半徑(R)氣缸工作容積161、上止點(diǎn)、下止點(diǎn)活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處為上止點(diǎn)；活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處為下止點(diǎn)。在上、下止點(diǎn)處，活塞的運(yùn)動速度為零。1、上止點(diǎn)、下止點(diǎn)172、活塞行程上、下止點(diǎn)間的距離S稱為活塞行程。S2、活塞行程S183、曲柄半徑曲柄與連桿下端的連接中心至曲軸中心的距離R。其中2R。R3、曲柄半徑R194、氣缸工作容積活塞從一個(gè)止點(diǎn)運(yùn)動到另一個(gè)止點(diǎn)所掃過的容積。一般用表示。4、氣缸工作容積205、燃燒室容積活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，其頂部與氣缸蓋之間的容積。一般用表示。5、燃燒室容積216、氣缸總?cè)莘e活塞位于下止點(diǎn)時(shí)，其頂部與氣缸蓋之間的容積。一般用表示。6、氣缸總?cè)莘e22動態(tài)演示動態(tài)演示237、發(fā)動機(jī)排量多缸發(fā)動機(jī)各氣缸工作容積的總和。一般用表示?！羒i為氣缸數(shù)目7、發(fā)動機(jī)排量×ii為氣缸數(shù)目248、壓縮比氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比（壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積之比），用ε表示。汽油機(jī)壓縮比一般為8～11。柴油機(jī)壓縮比一般為16～22。－氣缸總?cè)莘e；－氣缸工作容積；

－燃燒室容積；8、壓縮比氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比（壓縮259、工作循環(huán)對于往復(fù)活塞式發(fā)動機(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)動機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)。（在氣缸內(nèi)進(jìn)行的，每一次將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一系列的連續(xù)過程）9、工作循環(huán)對于往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)，每進(jìn)行一次能26例題：某汽油機(jī)有四個(gè)氣缸，氣缸直徑92，活塞沖程92，壓縮比為6。計(jì)算其每缸工作容積、燃燒室容積及發(fā)動機(jī)排量（容積以升為單位）。例題：271）每缸工作容積：===0.61(L)2）燃燒室容積：∵∴（L）1）每缸工作容積：===0.61(L)2283）發(fā)動機(jī)排量：·0.61×4=2.44(L)3）發(fā)動機(jī)排量：·0.61×4=2.44(L)29三、四沖程汽油機(jī)工作原理1、進(jìn)氣行程2、壓縮行程3、作功行程4、排氣行程三、四沖程汽油機(jī)工作原理1、進(jìn)氣行程2、壓縮行程3、作30四沖程汽油機(jī)的工作原理示意圖四沖程汽油機(jī)的工作原理示意圖31汽油發(fā)動機(jī)四個(gè)行程的圖示1.進(jìn)氣行程２.壓縮行程３.作功行程4.排氣行程每一行程工作的具體分析如下汽油發(fā)動機(jī)四個(gè)行程的圖示1.進(jìn)氣行程２.壓縮行程３.作功行程321、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0.074～0.093，溫度上升至353～403K活塞下行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332、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0.6～1.5，溫度繼續(xù)上升至600～700K?；钊闲?、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343、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)3～5，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0.3～0.5，溫度下降至1300～1600K?；钊滦?、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cZ354、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0.102～0.120，溫度下降至900～1200Ka活塞上行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cZb36四、四沖程柴油機(jī)工作原理四行程柴油機(jī)同樣包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個(gè)行程。但由于柴油機(jī)使用的柴油，粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，且自燃溫度又比汽油低，所以采用的著火方式是壓縮自燃式點(diǎn)火（壓燃）。噴油器噴油泵四、四沖程柴油機(jī)工作原理四行程柴油機(jī)同樣包括進(jìn)37進(jìn)氣行程壓縮行程作功行程排氣行程新鮮空氣四沖程柴油機(jī)各行程示意圖開始噴油進(jìn)氣行程壓縮行程作功行程排氣行程新鮮空氣四沖程柴油機(jī)各行程示38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39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;對應(yīng)每一活塞行程曲軸轉(zhuǎn)半周;只有作功行程產(chǎn)生動力。汽油機(jī)柴油機(jī)汽油與空氣缸外混合，進(jìn)入氣缸可燃混合氣進(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自行燃燒有點(diǎn)火系統(tǒng)無點(diǎn)火系統(tǒng)汽油機(jī)、柴油機(jī)的工作不同點(diǎn)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;40五、二沖程發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理二沖程發(fā)動機(jī)：指活塞在上、下止點(diǎn)間往復(fù)移動兩個(gè)行程（相當(dāng)于曲軸旋轉(zhuǎn)360度），完成進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)。1、第一行程（換氣-壓縮行程）2、第二行程（作功-換氣行程）五、二沖程發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理二沖程發(fā)動機(jī)：指活塞在上、41二沖程與四沖程汽油機(jī)比較性能二沖程汽油機(jī)四沖程汽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜燃油消耗高低升功率大小制造維修成本低高比質(zhì)量小大起動性好差使用壽命短長排放大小二沖程與四沖程汽油機(jī)比較二沖程汽油機(jī)四沖程汽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜42六、爆燃和表面點(diǎn)火1、壓縮比對發(fā)動機(jī)工作的影響：⑴壓縮比適當(dāng)增加，可燃混合氣溫度增加，壓力增加，燃燒速度快，發(fā)動機(jī)功率增加，經(jīng)濟(jì)性好；⑵壓縮比如果過大，反而會出現(xiàn)爆燃和表面點(diǎn)火等不正常燃燒現(xiàn)象，發(fā)動機(jī)過熱，功率下降。⑶壓縮比過小，壓縮終了時(shí)氣體的壓力和溫度越低，燃燒速度緩慢，發(fā)動機(jī)功率降低，燃油消耗率增加。六、爆燃和表面點(diǎn)火1、壓縮比對發(fā)動機(jī)工作的影響：432、爆燃由于壓縮比過高導(dǎo)致壓縮終了時(shí)氣體壓力和溫度過高，在火花塞點(diǎn)火之后燃燒室內(nèi)離點(diǎn)燃中心較遠(yuǎn)處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正常燃燒現(xiàn)象，稱為爆燃。

2、爆燃44爆燃時(shí)，火焰以極高的速率傳播，溫度和壓力急劇升高，形成壓力波，以聲速推進(jìn)，當(dāng)這種壓力波撞擊燃燒室壁時(shí)就發(fā)出尖銳的敲缸聲。同時(shí)還會引起發(fā)動機(jī)過熱、功率下降、燃油消耗率增加等一系列不良后果，嚴(yán)重爆燃時(shí)甚至造成排氣門燒廢、軸瓦破裂、活塞頂熔穿、火花塞絕緣體被擊穿等機(jī)件損壞現(xiàn)象。爆燃現(xiàn)象：爆燃時(shí)，火焰以極高的速率傳播，溫度和壓力453、表面點(diǎn)火在火花塞點(diǎn)火之前，由于燃燒室內(nèi)灼熱表面（如排氣門頭部、火花塞電極處、積碳處）點(diǎn)燃可燃混合氣而產(chǎn)生的另一種不正常燃燒現(xiàn)象，稱為表面點(diǎn)火。3、表面點(diǎn)火464、汽油機(jī)壓縮比的選擇應(yīng)在避免引起爆燃和表面點(diǎn)火的前提下盡可能提高壓縮比，以提高發(fā)動機(jī)功率，改善燃油經(jīng)濟(jì)性。表面點(diǎn)火現(xiàn)象：表面點(diǎn)火發(fā)生時(shí)，也伴有強(qiáng)烈的敲缸聲（較沉悶），產(chǎn)生的高壓會使發(fā)動機(jī)機(jī)件機(jī)械負(fù)荷增加，壽命降低。4、汽油機(jī)壓縮比的選擇表面點(diǎn)火現(xiàn)象：47第三節(jié)發(fā)動機(jī)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)燃料供給系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)起動系統(tǒng)機(jī)體組＋以汽油機(jī)為例包括：第三節(jié)發(fā)動機(jī)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)48汽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖汽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖49曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)50配氣機(jī)構(gòu)發(fā)動機(jī)工作原理和總體構(gòu)造51燃料供給系統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)52潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)53冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)54點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)動機(jī)工作原理和總體構(gòu)造55起動系統(tǒng)的起動機(jī)起動系統(tǒng)的56第四節(jié)發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)與特性一、動力性指標(biāo)1、有效轉(zhuǎn)矩：發(fā)動機(jī)通過飛輪對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為發(fā)動機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩，用表示。2、有效功率：發(fā)動機(jī)通過飛輪對外輸出的功率稱為發(fā)動機(jī)的有效功率，用表示。

式中：－有效轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；

n－曲軸轉(zhuǎn)速，單位為二者關(guān)系3、轉(zhuǎn)速：指發(fā)動機(jī)曲軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為。第四節(jié)發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)與特性一、動力性指標(biāo)157二、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)燃油消耗率：指發(fā)動機(jī)每發(fā)出1有效功率，在1小時(shí)內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量，稱為為燃油消耗率，用表示，單位為（·h）。三、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)1、排氣品質(zhì)有害物質(zhì)主要有氮氧化合物（）、碳?xì)浠衔铮ǎ?、一氧化碳（）等以及排氣顆粒。2、噪聲3、起動性能二、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)燃油消耗率：指發(fā)動機(jī)每發(fā)出1有效功率58四、發(fā)動機(jī)的速度特性指發(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。用曲線表示，稱為速度特性曲線。節(jié)氣門（燃料供給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)）全開時(shí)的速度特性叫發(fā)動機(jī)的外特性；節(jié)氣門不全開的任意位置所得到的速度特性都稱為部分特性。發(fā)動機(jī)的外特性代表了發(fā)動機(jī)所具有的最高動力性能。四、發(fā)動機(jī)的速度特性指發(fā)動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩和燃油消耗59汽油發(fā)動機(jī)外特性曲線汽油發(fā)動機(jī)外特性曲線60四、發(fā)動機(jī)的工況與負(fù)荷1、工況（指發(fā)動機(jī)的工作狀況）：一般用它的功率與曲軸轉(zhuǎn)速來表征，有時(shí)也用負(fù)荷與曲軸轉(zhuǎn)速來表明。2、發(fā)動機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷：是當(dāng)時(shí)發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率與同一轉(zhuǎn)速下所可能發(fā)出的最大功率之比，以百分?jǐn)?shù)表示。

·105045322720200035004800ⅠⅡⅢabcde分析右圖發(fā)動機(jī)的負(fù)荷四、發(fā)動機(jī)的工況與負(fù)荷1