第一節(jié)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理.ppt

1、,主要內(nèi)容：,發(fā)動機(jī)基本工作原理、編號規(guī)則和總體構(gòu)造,發(fā)動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、作用和常用術(shù)語,發(fā)動機(jī)主要性能指標(biāo)定義和作用,一、發(fā)動機(jī)分類：,發(fā)動機(jī)是汽車的動力源，是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的機(jī)器。 1、熱機(jī)：將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的發(fā)動機(jī)稱為熱力發(fā)動機(jī)，又熱機(jī)。,3、內(nèi)燃機(jī)的特點：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕容易起動。,內(nèi)燃機(jī):直接以燃料燃燒所生成的燃燒物為工質(zhì)的熱機(jī)。,外燃機(jī)：是指燃料在機(jī)器外部燃燒，通過介質(zhì)將熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。,2、熱機(jī)類型：,4、汽車發(fā)動機(jī)（指活塞式內(nèi)燃機(jī)）分類：,單列式,型,對置式,二、往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本結(jié)構(gòu):,1、總體結(jié)構(gòu)：發(fā)動機(jī)是由兩大機(jī)構(gòu)五大系統(tǒng) 組成。,2、常用術(shù)

2、語：,工作循環(huán)：是指活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)運動完成進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個工作過程稱 為一個工作循環(huán)。,上止點：是指活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處，即活塞的最高位置。,下止點：是指活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處，即活塞的最低位置。,活塞行程(S)：是指活塞在上、下兩止點之間的距離。,曲柄半徑(R):是指與連桿大端相連接的曲柄銷的中心線到曲軸 回轉(zhuǎn)中心線的距離。 S=2R,氣缸工作容積（Vh）：是指活塞從上止點到下止點所掃過的容積。,D:氣缸直徑（mm） S：活塞行程（mm）,發(fā)動機(jī)工作容積（VL）：是指發(fā)動機(jī)所有氣缸工作容積的總和，即發(fā)動機(jī)排量。,:為發(fā)動機(jī)缸數(shù),燃燒室容積(VC):是指活塞在上止點時，活塞頂

3、部與缸蓋構(gòu)成的空間容積。,氣缸總?cè)莘e（Va）:是指活塞在上止點時，活塞頂部與缸蓋構(gòu)成的空間容積。,壓縮比（）：是指氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比值。,工況：是指內(nèi)燃機(jī)在某一時刻的運行狀況，通常用該時刻內(nèi)燃機(jī)對外輸出 有效功率和轉(zhuǎn)速表示。,負(fù)荷率：是指內(nèi)燃機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出 的最大有效功率的比值。,發(fā)動機(jī)排量是一個非常重要的特征參數(shù)，轎車就是以發(fā)動機(jī)排量大小來進(jìn)行分級。 微型：VL1.0；普通級：VL1.01.6；中級：VL1.62.5； 中高級：VL2.54.0；高級：VL4.0.,發(fā) 動 機(jī) 常 用 術(shù) 語,活塞處于上止點,活塞處于下止點,動 畫 演 示,三、四沖程

4、發(fā)動機(jī)工作原理：,1、工作循環(huán)：發(fā)動機(jī)一個工作循環(huán)包括 進(jìn)氣過程、壓縮過程、做 功過程和排氣過程。,動 畫 演 示,2、一個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩圈，完成一次做功。,4、汽油發(fā)動機(jī)工作過程分析：,A、進(jìn)氣行程：活塞由上止點往下止點運動，曲軸轉(zhuǎn)過180度。,B、壓縮行程：活塞由下止點往上止點運動，曲軸轉(zhuǎn)過180度。,C、作功行程：活塞由上止點往下止點運動，曲軸轉(zhuǎn)過180度。,D、排氣行程：活塞由下止點往上止點運動，曲軸轉(zhuǎn)過180度。,進(jìn)氣行程,活塞由曲軸帶動從上止點向下止點運動，此時，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉。在活塞向下移動的過程中，氣缸內(nèi)容積逐漸增大，形成一定真空度，于是空氣和燃油的可燃混合氣通過進(jìn)氣

5、門被吸入氣缸，直至活塞到達(dá)下止點時，進(jìn)氣門關(guān)閉，停止進(jìn)氣。 由于進(jìn)氣系統(tǒng)存在進(jìn)氣阻力，進(jìn)氣終了時氣缸內(nèi)氣體的壓力低于大氣壓力，約為0.075MPa0.09MPa。由于氣缸壁、活塞等高溫件及上一循環(huán)留下的高溫殘余廢氣的加熱，氣體溫度升高到370K400K。,A、進(jìn)氣行程：,P,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。,a,進(jìn)氣終了時氣缸內(nèi)壓力為0.0740.093Mpa，溫度上升至353403K,壓縮行程,為使可燃混合氣迅速燃燒，達(dá)到改善發(fā)動機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性的目的，必須在燃燒前對可燃混合氣進(jìn)行壓縮，以提高可燃混合氣的溫度和壓力。因此，在進(jìn)氣行程結(jié)束時立即進(jìn)入壓縮行程，活塞在曲軸的帶

6、動下，從下止點向上止點運動，由于進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，氣缸內(nèi)容積逐漸減小，可燃混合氣壓力、溫度逐漸升高。 壓縮終了時，氣缸內(nèi)的壓力約為0.6MPa1.2MPa，溫度約為600K700K。,B、壓縮過程：,進(jìn)氣門關(guān)閉,排氣門關(guān)閉,活 塞 上 行,壓縮終了時氣缸內(nèi)壓力上升至0.61.5Mpa，溫度繼續(xù)上升至600700K 。,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。,做功行程,在壓縮行程末，火花塞產(chǎn)生電火花點燃混合氣并迅速燃燒，使氣體的溫度、壓力迅速升高而膨脹，從而推動活塞從上止點向下止點運動，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)作功，至活塞到達(dá)下止點時作功結(jié)束。 在作功行程中，開始階段氣缸內(nèi)氣體壓力、

7、溫度急劇上升，瞬間壓力可達(dá)3MPa5MPa，瞬時溫度可達(dá)2200K2800K。隨著活塞下行，氣缸容積增大，氣缸內(nèi)壓力、溫度逐漸下降，作功終了時，壓力約為0.30.5MPa，溫度約為1300K1600K。,C、做功過程：,進(jìn)氣門關(guān)閉,排氣門關(guān)閉,活 塞 下 行,作功中氣缸內(nèi)最高壓力可達(dá)35Mpa，最高溫度可達(dá)22002800K；作功終了時氣缸內(nèi)壓力下降至0.30.5Mpa，溫度下降至13001600K。,P,V,r,a,示功圖,大氣壓力線,Z,b,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。,排氣行程,為使循環(huán)能夠連續(xù)進(jìn)行，須將燃燒產(chǎn)生的廢氣排出。在作功行程終了時，排

8、氣門打開，進(jìn)氣門關(guān)閉，曲軸通過連桿推動活塞從下止點向上止點運動，廢氣在自身剩余壓力和活塞推動下，被排出氣缸，至活塞到達(dá)上止點時，排氣門關(guān)閉，排氣結(jié)束。 排氣行程終了時，由于燃燒室容積的存在，氣缸內(nèi)還存有少量廢氣，氣體壓力也因排氣系統(tǒng)存在排氣阻力而略高于大氣壓力。此時，壓力約為0105MPa0115MPa，溫度約為900K1200K。,D、排氣過程：,進(jìn)氣門關(guān)閉,排氣門打開,殘余廢氣,活 塞 上 行,排氣終了時氣缸內(nèi)壓強(qiáng)下降至0.1020.120Mpa，溫度下降至9001200K,P,V,r,示功圖,大氣壓力線,c,Z,上止點,下止點,a,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。

9、,五、四沖程柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和工作過程：,與汽油機(jī)工作原理相比，只有一個行程即作功行程中，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，所以采用的是壓燃式點火。,噴油器,噴油泵,1、結(jié)構(gòu)：,汽油機(jī)和柴油機(jī)的結(jié)構(gòu),汽油機(jī)結(jié)構(gòu),柴油機(jī)結(jié)構(gòu),2、四沖程柴油機(jī)工作原理,四沖程柴油機(jī)和四沖程汽油機(jī)一樣，每個工作循環(huán)也是由進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個行程組成。由于所使用燃料的性質(zhì)不同，在可燃混合氣的形成和著火方式上與汽油機(jī)有很大區(qū)別。單缸四沖程柴油機(jī)工作循環(huán)示意圖如圖所示,工作過程,進(jìn)氣過程： 活塞由上止點往下止點運動，曲軸轉(zhuǎn)過180度,進(jìn)入氣缸的是空氣。,壓縮過程：活塞由下止點往上止點運動，曲

10、軸轉(zhuǎn)過180度。,做功過程：活塞由上止點往下止點運動，曲軸轉(zhuǎn)過180度，混合氣著火。,排氣過程:活塞由下止點往上止點運動，曲軸轉(zhuǎn)過180度。,進(jìn)氣行程,進(jìn)氣行程活塞由上止點往下止點運動，曲軸轉(zhuǎn)過180度，不同于汽油機(jī)的是進(jìn)入氣缸的不是可燃混合氣，而是純空氣。由于進(jìn)氣阻力比汽油機(jī)小，上一行程殘留的廢氣溫度也比汽油機(jī)低，進(jìn)氣行程終了的壓力約為0.075MPa0.095MPa，溫度約為 320K350K。,壓縮行程,壓縮行程活塞由下止點往上止點運動，曲軸轉(zhuǎn)過180度，不同于汽油機(jī)的是壓縮純空氣，由于柴油的壓縮比大，壓縮終了的溫度和壓力都比汽油機(jī)高，壓力可達(dá)3MPa5MPa，溫度可達(dá)800K1000K

11、。,做功行程,排氣行程,作功行程活塞由上止點往下止點運動，曲軸轉(zhuǎn)過180度，此行程與汽油機(jī)有很大差異，壓縮行程末，噴油泵將高壓柴油經(jīng)噴油器呈霧狀噴入氣缸內(nèi)的高溫高壓空氣中，被迅速汽化并與空氣形成混合氣，由于此時氣缸內(nèi)的溫度遠(yuǎn)高于柴油的自燃溫度（約500K左右），柴油混合氣便立即自行著火燃燒，且此后一段時間內(nèi)邊噴油邊燃燒，氣缸內(nèi)壓力和溫度急劇升高，推動活塞下行作功。 作功行程中，瞬時壓力可達(dá)5MPa10MPa，瞬時溫度可達(dá) 1800K2200K，作功行程終了時壓力約為0.2MPa0.4MPa，溫度約為 1200K1500K。 排氣行程活塞由下止點往上止點運動，曲軸轉(zhuǎn)過180度，此行程與汽油機(jī)基本

12、相同。排氣行程終了時的氣缸壓力約為0.105MPa0.125MPa，溫度約為800K1000K。,四沖程汽油機(jī)與柴油機(jī)工作原理的比較,由上述四沖程汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作循環(huán)可知，兩種發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)既有 共同點，又有差別，歸納如下： （1）兩種發(fā)動機(jī)中，每完成一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)兩周（720度），每完成一個行程曲軸轉(zhuǎn)半周（180度），進(jìn)氣行程是進(jìn)氣門開啟，排氣行程是排氣門開啟，其余兩個行程進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。 （2）無論是汽油機(jī)還是柴油機(jī)，在四個行程中，只有作功行程產(chǎn)生動力，其余三個行程是為作功行程作準(zhǔn)備的輔助行程，都要消耗一部分能量。 （3）兩種發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)的第一循環(huán)，都必須靠外力使曲軸旋轉(zhuǎn)完成進(jìn)

13、氣和壓縮行程，作功行程開始后，作功能量儲存在飛輪內(nèi)，以維持循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行。 （4）汽油機(jī)的混合氣是在氣缸外部形成的，進(jìn)氣行程中吸入氣缸的是可燃混合氣；柴油機(jī)的混合氣是在氣缸內(nèi)部形成的，進(jìn)氣行程中吸入氣缸的是純空氣。 （5）汽油機(jī)在壓縮終了時，靠火花塞強(qiáng)制點火燃燒，而柴油機(jī)則靠混合氣自燃著火燃燒。,1、相同點：,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。,2、不同點：,六、二沖程發(fā)動機(jī)工作原理：,二沖程發(fā)動機(jī)是指曲軸轉(zhuǎn)一圈（360度），活塞往復(fù)運動二次完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機(jī)，其工作循環(huán)也包括進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個過程，下面以二沖程汽油機(jī)為例介紹其簡單工作原理。,1

14、、二沖程汽油機(jī)的簡單工作原理,二沖程汽油機(jī)在結(jié)構(gòu)上與四沖程汽油機(jī)的不同之處在于沒有了進(jìn)、排氣門，取而代之的是進(jìn)氣孔、排氣孔和換氣孔。上圖單缸二沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)示意圖，其工作原理如下： （1）第一行程 活塞由曲軸帶動從下止點向上止點移動，當(dāng)活塞上行至關(guān)閉換氣孔和排氣孔時，已進(jìn)入氣缸的新鮮混合氣被壓縮，直至上止點時，壓縮結(jié)束；與此同時，隨著活塞上行，其下方曲軸箱內(nèi)形成一定真空度，當(dāng)活塞上行到進(jìn)氣孔開啟時，新鮮混合氣被吸入曲軸箱。 （2）第二行程 活塞接近上止點時，火花塞產(chǎn)生電火花，點燃被壓縮的可燃混合氣，燃燒形成的高溫、高壓氣體推動活塞下行作功，當(dāng)活塞下行到關(guān)閉進(jìn)氣孔后，曲軸箱內(nèi)的混合氣被預(yù)壓縮，活塞繼續(xù)下行至排氣孔開啟時，燃燒后的廢氣靠自身壓力經(jīng)排氣孔排出；緊接著，換氣孔開啟，曲軸箱內(nèi)經(jīng)預(yù)壓的混合氣進(jìn)入氣缸，并排除氣缸內(nèi)殘余廢氣，這一過程稱為換氣過程，它將一直延續(xù)到下一行程活塞再上行關(guān)閉換氣孔和排氣孔時為止。 由上述工作原理可知，第一行程時，活塞上方進(jìn)行換氣、壓縮，活塞下方進(jìn)行進(jìn)氣；第二行程時，活塞上方進(jìn)行