汽車發(fā)動機(jī)1教材

第一章發(fā)動機(jī)基本知識第一節(jié)汽車發(fā)動機(jī)的分類第二節(jié)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)基本術(shù)語第三節(jié)發(fā)動機(jī)產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則第四節(jié)四行程發(fā)動機(jī)的工作原理第五節(jié)發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造第六節(jié)發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)與特性返回第一節(jié)汽車發(fā)動機(jī)的分類發(fā)動機(jī)是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)器。汽車的動力來自發(fā)動機(jī)。將燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的發(fā)動機(jī)，稱為熱力發(fā)動機(jī)（簡稱熱機(jī)）。熱力發(fā)動機(jī)一般又分為內(nèi)燃機(jī)與外燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)是將液體燃料或氣體燃料和空氣混合后直接輸入機(jī)器內(nèi)部燃燒產(chǎn)生熱能，熱能再轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置。外燃機(jī)是指燃料在機(jī)器外部的鍋爐內(nèi)燃燒，加熱鍋爐內(nèi)的水，使之變?yōu)楦邷亍⒏邏旱乃魵?，再送往機(jī)器內(nèi)部，將其熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置。返回下一頁第一節(jié)汽車發(fā)動機(jī)的分類內(nèi)燃機(jī)與外燃機(jī)相比，具有熱效率高、體積小、啟動性能好、便于移動和維修方便等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車及其他交通工具中。根據(jù)發(fā)動機(jī)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的主要構(gòu)件形式，車用發(fā)動機(jī)可分為活塞式內(nèi)燃機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)兩大類。活塞式內(nèi)燃機(jī)按活塞運(yùn)動方式分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)在汽車上的應(yīng)用最為廣泛。汽車發(fā)動機(jī)，專指往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，其分類方法很多，按照不同的分類方法可以把發(fā)動機(jī)分成不同類型。發(fā)機(jī)的分類如圖１－１所示。返回上一頁第二節(jié)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)基本術(shù)語發(fā)動機(jī)的基本術(shù)語如圖１－２所示。（１）上止點(diǎn)：活塞頂部離曲軸中心的最遠(yuǎn)處，即活塞最高位置。（２）下止點(diǎn)：活塞頂部離曲軸中心的最近處，即活塞最低位置。（３）活塞行程（Ｓ）：上、下止點(diǎn)間的距離。（４）曲軸半徑（Ｒ）：曲軸與連桿下端的連接中心至曲軸中心的距離。（５）氣缸工作容積（Ｖｈ）：活塞從上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過的容積稱為氣缸工作容積或氣缸排量，用符號Ｖｈ表示。多缸發(fā)動機(jī)各氣缸工作容積的總和，稱為發(fā)動機(jī)工作容積或發(fā)動機(jī)排量，用符號ＶＬ（單位為Ｌ）表示。下一頁返回第二節(jié)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)基本術(shù)語（６）燃燒室容積（Ｖｃ）：活塞在上止點(diǎn)時，活塞頂上面的空間為燃燒室，它的容積叫做燃燒室容積（單位為Ｌ）。（７）氣缸總?cè)莘e（Ｖａ）：活塞在下止點(diǎn)時，活塞頂上面整個空間的容積（單位為Ｌ）。它等于氣缸工作容積與燃燒室容積之和，即Ｖａ＝Ｖｈ＋Ｖｃ（８）壓縮比（ε）：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，即ε＝Ｖａ／Ｖｃ＝１＋Ｖｈ／Ｖｃ上一頁返回第三節(jié)

發(fā)動機(jī)產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則為了便于發(fā)動機(jī)的生產(chǎn)管理和使用，我國于１９９１年對發(fā)動機(jī)的名稱和型號編制方法重新審定并頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ／Ｔ７２５—１９９１）。該標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容如下。（１）發(fā)動機(jī)產(chǎn)品名稱均按所采用的燃料命名，例如柴油機(jī)、汽油機(jī)、煤氣機(jī)、沼氣機(jī)、雙（多種）燃料發(fā)動機(jī)等。（２）發(fā)動機(jī)型號由阿拉伯?dāng)?shù)字和漢語拼音字母組成。（３）發(fā)動機(jī)型號應(yīng)能反映發(fā)動機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特征及性能，由下列四部分內(nèi)容組成。下一頁返回第三節(jié)

發(fā)動機(jī)產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則①首部：為產(chǎn)品系列符號和換代標(biāo)志符號，由制造廠根據(jù)需要自選相應(yīng)字母表示，但需主管部或由主管部標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)。②中部：由缸數(shù)符號、行程符號、氣缸排列形式符號和缸徑符號組成。③后部：結(jié)構(gòu)特征和用途特征符號，以字母表示。④尾部：區(qū)分符號，當(dāng)同一系列產(chǎn)品因改進(jìn)等原因需要區(qū)分時，由制造廠選用適當(dāng)符號表示。發(fā)動機(jī)型號的排列順序及符號所代表的意義規(guī)定如圖１－３所示。上一頁返回第四節(jié)四行程發(fā)動機(jī)的工作原理一、四行程汽油機(jī)的工作原理四行程汽油發(fā)動機(jī)每完成一個工作循環(huán)需要經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、膨脹（做功）和排氣４個過程，見表１－１。對應(yīng)活塞上下４個行程，相應(yīng)的曲軸旋轉(zhuǎn)７２０°（兩圈）。二、四行程柴油機(jī)的工作原理四行程柴油機(jī)（壓燃式發(fā)動機(jī)）和四行程汽油機(jī)一樣，每個工作循環(huán)也經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣４個行程。由于柴油機(jī)用的柴油黏度比汽油大，不易蒸發(fā)，且自燃溫度又較汽油低，因此可燃混合氣的形成及著火方式不同于汽油機(jī)。圖１－４所示為四行程柴油機(jī)的工作原理示意圖。柴油機(jī)在進(jìn)氣行程吸入的是純空氣。下一頁返回第四節(jié)四行程發(fā)動機(jī)的工作原理在壓縮行程接近終了時，柴油經(jīng)噴油泵將油壓提高到１０ＭＰａ以上，通過噴油器的高壓噴射，將柴油分散成數(shù)以百萬計的細(xì)小油霧噴入氣缸，在很短時間內(nèi)與壓縮后的高溫空氣混合，形成可燃混合氣。因此，柴油機(jī)混合氣的形成不同于汽油機(jī)，它是在氣缸內(nèi)形成可燃混合氣的。由于柴油機(jī)壓縮終了時氣缸內(nèi)的空氣壓力可達(dá)３.５～４.５ＭＰａ，同時溫度高達(dá)７５０～１０００Ｋ，大大超過柴油的自燃溫度。故柴油噴入氣缸后，在很短時間內(nèi)與高溫高壓空氣混合后便立即自行發(fā)火燃燒。氣缸內(nèi)氣壓急劇上升到６～９ＭＰａ，溫度也升到２０００～２５００Ｋ。在高壓氣體推動下，活塞向下運(yùn)動并帶動曲軸旋轉(zhuǎn)而做功，廢氣同樣經(jīng)排氣管排入大氣中。上一頁下一頁返回第四節(jié)四行程發(fā)動機(jī)的工作原理柴油機(jī)與汽油機(jī)相比，各有其特點(diǎn)。柴油機(jī)因壓縮比高，燃油消耗率平均比汽油機(jī)低３０％左右，故燃油經(jīng)濟(jì)性較好，且柴油機(jī)沒有電氣和點(diǎn)火系統(tǒng)的故障。一般載質(zhì)量在７ｔ以上的載貨汽車多用柴油機(jī)。但柴油機(jī)轉(zhuǎn)速較汽油機(jī)低（一般最高轉(zhuǎn)速為２５００～３０００ｒ／ｍｉｎ）、質(zhì)量大、制造和維修費(fèi)用高（因?yàn)閲娪捅煤蛧娪推骷庸ぞ纫筝^高）。柴油機(jī)的這些弱點(diǎn)逐漸得到克服，它的應(yīng)用范圍普及到中、輕型載貨汽車。目前轎車也部分采用柴油機(jī)，其最高轉(zhuǎn)速可達(dá)５０００ｒ／ｍｉｎ以上。汽油機(jī)具有轉(zhuǎn)速高（目前轎車用汽油機(jī)最高轉(zhuǎn)速達(dá)５０００～６０００ｒ／ｍｉｎ）、質(zhì)量小、工作噪聲小、啟動容易、工作穩(wěn)定、操作省力、適應(yīng)性好、制造和維修費(fèi)用低等特點(diǎn)，故在轎車和中、小型載貨汽車上及軍用越野車上得到廣泛的應(yīng)用。但汽油機(jī)燃油消耗率較高，因而其燃料經(jīng)濟(jì)性差。上一頁返回第五節(jié)發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造發(fā)動機(jī)是一部復(fù)雜的機(jī)器，不同類型或即使同類型發(fā)動機(jī)，其具體結(jié)構(gòu)也各不相同，但基本構(gòu)造相似。通常，汽油機(jī)由兩大機(jī)構(gòu)五大系統(tǒng)組成，柴油機(jī)由兩大機(jī)構(gòu)四大系統(tǒng)組成（無點(diǎn)火系）。常見轎車四缸發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖１－５所示。返回第六節(jié)

發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)與特性一、動力性指標(biāo)發(fā)動機(jī)的動力性指標(biāo)有有效轉(zhuǎn)矩、有效功率等。（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Ｍｅ表示，單位為Ｎ·ｍ。發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由氣體作用在活塞上的力通過連桿推動曲軸而產(chǎn)生的。（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Ｐｅ表示，單位為ｋＷ。它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度的乘積。發(fā)動機(jī)的有效功率可以用臺架試驗(yàn)方法測定。在測功器上測定有效轉(zhuǎn)矩和曲軸轉(zhuǎn)速，然后運(yùn)用以下公式算出發(fā)動機(jī)的有效功率：下一頁返回第六節(jié)

發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)與特性二、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)一般用燃油消耗率表示發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。燃油消耗率指發(fā)動機(jī)每發(fā)出１ｋＷ有效功率，在１ｈ內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量（以ｇ為單位），用ｇｅ表示。很明顯，燃油消耗率越低，發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性越好。燃油消耗率［單位為ｇ／（ｋＷ·ｈ）］按下式計算：上一頁下一頁返回第六節(jié)

發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)與特性三、速度特性發(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。該特性可在發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺上（例如測功器試驗(yàn)臺）通過試驗(yàn)來測得。試驗(yàn)時，當(dāng)節(jié)氣門開度達(dá)到最大時，所得到的速度特性稱為發(fā)動機(jī)外特性。圖１－６所示為汽油發(fā)動機(jī)外特性曲線。相應(yīng)地把在節(jié)氣門其他開度情況下得到的速度特性稱為部分特性。發(fā)動機(jī)外特性代表了發(fā)動機(jī)所具有的最高動力性能。外特性曲線上標(biāo)出的發(fā)動機(jī)最大功率和最大轉(zhuǎn)矩及其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速是表示發(fā)動機(jī)特性的重要指標(biāo)。當(dāng)分析發(fā)動機(jī)外特性是否符合使用要求時，要聯(lián)系汽車使用條件，諸如道路情況、所要求克服的阻力數(shù)值、最高車速等。上一頁下一頁返回第六節(jié)

發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)與特性四、發(fā)動機(jī)的工況與負(fù)荷發(fā)動機(jī)工作狀況（簡稱發(fā)動機(jī)工況）一般用它的功率與曲軸轉(zhuǎn)速來表征，有時也用負(fù)荷與曲軸轉(zhuǎn)速來表征。發(fā)動機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷就是當(dāng)時發(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。上一頁下一頁返回第六節(jié)

發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)與特性圖１－７所示為某汽油發(fā)動機(jī)的一組特性曲線。Ⅰ表示相應(yīng)于節(jié)氣門全開時的外特性曲線，Ⅱ、Ⅲ分別表示節(jié)氣門開度依次減小所得到的部分特性曲線。由圖可知，當(dāng)ｎ＝３５００ｒ／ｍｉｎ時，由于節(jié)氣門開度不同，則在該轉(zhuǎn)速下該汽油發(fā)動機(jī)所可能發(fā)出的最大功率為４５ｋＷ。在該轉(zhuǎn)速下Ⅱ、Ⅲ位置所對應(yīng)的功率分別為３２ｋＷ、２０ｋＷ。根據(jù)對負(fù)荷的定義，可求出ａ、ｂ、ｃ、ｄ這４個工況下的負(fù)荷值。（１）工況ａ：負(fù)荷為零（稱為發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)工況）。（２）工況ｂ：負(fù)荷＝２０／４５×１００％＝４４４％。（３）工況ｃ：負(fù)荷＝３２／４５×１００％＝７１１％。（４）工況ｄ：負(fù)荷＝４５／４５×１００％＝１００％（發(fā)動機(jī)全負(fù)荷）上一頁返回圖1一1發(fā)動機(jī)的分類返回圖1一2發(fā)動