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文檔簡介
第二章發(fā)動機的工作原理和總體構造一、熱力發(fā)動機即是將燃料的熱能轉變?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
第二章發(fā)動機的工作原理和總體構造一、熱力發(fā)動機即是將燃1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(本章的主要介紹對象。)②燃氣輪機:旋轉式的內(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換所進行的一系列連續(xù)過程。液化石油發(fā)動機按每一工作循環(huán)的沖程數(shù)分:按2
單缸(立式、臥式)發(fā)動機
多缸(直列、V型、P型或對置式)發(fā)動機
按氣缸數(shù)及排列方式分:
3P型或對置式多缸(直列、V型、P型或對置式)發(fā)動機P型或對置式多缸(直列、V型、P型或對置式)發(fā)動機4L型發(fā)動機:
又稱“直列”(LineEngine)發(fā)動機,是指汽缸是按直線排列的,它所有的汽缸均按同一角度肩并肩排成一個平面。
“直列”一般用L代表,后面加上汽缸數(shù)就是發(fā)動機代號,現(xiàn)代汽車上主要有L3、L4、L5、L6型發(fā)動機。
優(yōu)點:穩(wěn)定,成本低,結構簡單,運轉平衡性好,體積小穩(wěn)定性高,低速扭矩特性好,燃料消耗少,尺寸緊湊,應用比較廣泛。
缺點:當排氣量和汽缸數(shù)增加時,發(fā)動機的長度將大大增加。
直列4缸發(fā)動機,一般廣泛運用于2.2升排量以下的發(fā)動機中。
直列6缸發(fā)動機,目前的佼佼者就是著名的BMW,BMW直列6缸發(fā)動機凝聚了當今量產(chǎn)發(fā)動機的頂尖技術,堪稱直列6缸的巔峰之作。L型發(fā)動機:
又稱“直列”(LineEngine)發(fā)動機,5V型發(fā)動機:
是將所有汽缸分成兩組,把相鄰汽缸以一定的夾角布置在一起,使兩組汽缸形成兩個有一個夾角的平面,從側面看汽缸呈V字形,故稱V型發(fā)動機。
V型發(fā)動機的高度和長度尺寸小,在汽車上布置起來較為方便。尤其是現(xiàn)代汽車比較重視空氣動力學,要求汽車的迎風面越小越好,也就是要求發(fā)動機蓋越低越好。
常見的V型發(fā)動機有V6、V8、V10、V12。還有V3、V5以及V16(不要跟有些直列發(fā)動機代表氣門數(shù)搞渾了)。
顧名思義,V代表發(fā)動機氣缸成V型排列,一般是90度,這樣可以抵消運轉時的震動,更加穩(wěn)定。也有75度和72度的。雷諾賽車甚至用了超過90度的廣角V10引擎。
優(yōu)點:運轉穩(wěn)定(針對V6、V8、V12)、節(jié)省空間。
缺點:結構比較復雜,不利于保養(yǎng)和維修,并且造價較高。同時,V3、V5包括V10都由于其結構或排量的原因,并不非常穩(wěn)定,尤其是作為F1發(fā)動機的V103L引擎,更是需要投入大量的精力和經(jīng)費用于保證其穩(wěn)定性。V型發(fā)動機:
是將所有汽缸分成兩組,把相鄰汽缸以一定的夾角6H型發(fā)動機:
又稱水平對置發(fā)動機,這也是V型發(fā)動機的一種,只不過V的夾角變成了180度了,一般為4缸或6缸。
優(yōu)點:◆低重心:產(chǎn)生的橫向震動容易被支架吸收、有效將全車較重的發(fā)動機重心降低,更容易達到整體平衡。
◆低振動:活塞運動的平衡良好(180度左右抵消)。相比直列式,在曲軸方面所需的平衡配重因素減少,有助轉速提升。它能保持650轉的低轉速,并保證發(fā)動機平穩(wěn)的工作。同樣相比其它發(fā)動機行式油耗最低。
缺點:造價高,發(fā)動機太寬。
目前世界上只有“保時捷”和“斯巴魯”兩家汽車制造商生產(chǎn)水平對置發(fā)動機。H型發(fā)動機:
又稱水平對置發(fā)動機,這也是V型發(fā)動機的一種,7W型發(fā)動機:
W型發(fā)動機是德國大眾專屬發(fā)動機技術。
簡單說就是兩個V型發(fā)動機相加,再組成一個V型發(fā)動機,也就是“V+V=W=V”。
W型與V型發(fā)動機相比可以將發(fā)動機做得更短一些,曲軸也可短些,這樣就能節(jié)省發(fā)動機所占的空間,同時重量也可輕些,但它的寬度更大,使得發(fā)動機室更滿。
優(yōu)點:結構更緊湊,可以容納更多的汽缸數(shù),有更大的排量。
缺點是,結構太復雜了!運轉平衡性也不好。
由于專利的原因,這種發(fā)動機只在大眾和奧迪等少量車上可以見到,在歐版大眾高爾夫、歐版大眾帕薩特以及奧迪A8上,分別裝備著W6,W8和W12發(fā)動機。W型發(fā)動機:
W型發(fā)動機是德國大眾專屬發(fā)動機技術。
簡8轉子發(fā)動機:
轉子發(fā)動機最早是德國科學家汪克爾發(fā)明的,所以又叫汪克爾發(fā)動機。其實轉子發(fā)動機的效率并不高,只是升功率高。
轉子發(fā)動機全稱為三角活塞轉子發(fā)動機,它是一種特殊的活塞式發(fā)動機。轉子活塞為一個凸弧邊三角形,當轉子在近似橢圓的外旋輪線缸體內(nèi)旋轉時,弧邊三角形的三個頂點與缸壁保持接觸,從而使轉子弧面同缸壁之間形成三個相互分隔的工作室。這三個工作室的容積大小隨轉子的轉動而周期性變化,轉子每旋轉一周,各個工作室都能完成一次四個沖程的過程,這四個沖程同活塞往復式發(fā)動機的四個沖程相對應,從而形成完整的工作循環(huán)。
缺點:是費油,污染環(huán)境,還有機器的壽命比較短。
目前只有“馬自達”在應用這項技術。轉子發(fā)動機:
轉子發(fā)動機最早是德國科學家汪克爾發(fā)明的,所以9
按冷卻方式分:水冷式發(fā)動機
風冷式發(fā)動機按冷卻方式分:水冷式發(fā)動機風冷式發(fā)動機10水冷和風冷的不同內(nèi)燃機按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動機和風冷發(fā)動機。水冷發(fā)動機是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進行循環(huán)的冷卻液作為冷卻介質進行冷卻的;而風冷發(fā)動機是利用流動于氣缸體與氣缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介質進行冷卻的。水冷發(fā)動機冷卻均勻,工作可靠,冷卻效果好,被廣泛地應用于現(xiàn)代車用發(fā)動機。水冷和風冷的不同內(nèi)燃機按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動機和風11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)12內(nèi)燃機按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)式發(fā)動機和強制進氣(增壓式)發(fā)動機。汽油機常采用自然吸氣式;柴油機為了提高功率有采用增壓式的。內(nèi)燃機按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)13
渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機,通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪,渦輪又帶動同軸的葉輪,葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣,使之增壓進入汽缸。當發(fā)動機轉速增快,廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快,葉輪就壓縮更多的空氣進入汽缸,空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料,相應增加燃料量和調(diào)整一下發(fā)動機的轉速,就可以增加發(fā)動機的輸出功率了。
渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機,通過壓縮空氣來增加進氣量14按每缸氣門數(shù)分:
二氣門發(fā)動機多氣門發(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15活塞由上止點到下止點所掃過的氣缸容積Vh。
Vh=(πD2/4×103)×S(L)(D:氣缸直徑,cm.S:活塞沖程,cm.)
4、氣缸排量(氣缸工作容積):
5、發(fā)動機排量:VL=Vh?ⅰ(ⅰ----氣缸數(shù))活塞在上止點位置活塞在下止點位置
6、燃燒室容積:當活塞在上止點時,活塞上方與缸蓋圍成的容積Vc。
7、氣缸總容積:
Va=Vc+Vh8、壓縮比:
第四節(jié)四沖程發(fā)動機工作原理一、氣缸總容積
1、上止點:活塞頂部離曲軸中心最遠處。2、下止點:活塞頂部離曲軸中心最近處。3、活塞沖程:上、下止點間的距離S。活塞由上止點到下止點所掃過的氣缸容積Vh。Vh=(πD16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:汽油機:汽油粘度小,蒸發(fā)性好,在氣缸外部形成汽油機又稱點燃式17汽車知識第二章汽車發(fā)動機工作原理及內(nèi)部構造課件18汽車知識第二章汽車發(fā)動機工作原理及內(nèi)部構造課件19三、四沖程(汽油機,柴油機)的工作原理
1、進氣行程:
柴油機:新鮮空氣。汽油機:汽油與空氣的混合物?;钊磺S帶動由上止點向下止點移動,此時進氣門開啟,排氣門關閉。
活塞由上 下被吸入氣缸。
終了壓力:“汽”0.75—0.90溫度:100—130oC(個大氣壓)“柴”0.80—0.9560—80oC由于進氣有阻力,進氣終了的壓力略小于大氣壓力。由于上一循環(huán)留在氣缸中的高溫殘余廢氣與新鮮氣體混合,所以進氣終了氣體溫度↑。
進開
排關
V↑,P↓
氣缸內(nèi)產(chǎn)生真空度新鮮空氣(柴油機)
汽油與空氣的混合氣(汽油機)進入氣缸的是三、四沖程(汽油機,柴油機)的工作原理1、進氣行程:202、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)動機重要的結構參數(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:進關排關V↓P↑,T↑
終了P、T:“汽”6—12;300—400oC
“柴”35—45;500—700oC
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21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。*爆燃:由于ε過大P、T過高,遠離火焰中心的可燃22
進關曲軸強制
排關旋轉作功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
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進關曲軸強制排關23四沖程發(fā)動機經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個沖程完成一個工作循環(huán)。此期間,活塞在上、下止點間往復移動了四個行程,曲軸旋轉了兩周。
進氣終了P:“汽”0.75—0.90(個大氣壓)“柴”0.80—0.95壓縮終了P:
“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:
“汽”1.05---1.25“柴”1.05---1.25
5、示功圖:表示發(fā)動機在工作過程中,其P、V的變化情況,曲線包圍的面積即為發(fā)動機的指示功。*VPP0四沖程發(fā)動機經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個沖程完成一個工作循24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:進氣終了P:“汽”0.75—0.90(25汽油機:(優(yōu)點)ε較小,體積小,重量輕,轉速較高,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:結構簡單、重量輕。運轉不平穩(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)缺點比較汽油機:(優(yōu)點)ε較小,體積小,重量輕,轉速較高,動力性好。26
1、結構:無進排氣門及配氣機構,
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),即曲軸旋轉一周完成。1、結構:無進排氣門及配氣機構,27
2、工作原理:
活塞上行(三孔均閉),壓縮上一循環(huán)吸入氣缸的可燃混合氣,活塞上方曲軸箱V↑,P↓產(chǎn)生真空度;上行2/3行程(孔1開啟),可燃混合氣吸入曲軸箱接近上止點,由火花塞發(fā)火點燃。。(a、b、c)②高溫高壓氣體推動活塞下行,孔1逐漸關閉;曲軸箱內(nèi)氣體被預壓,接近下止點(孔2開啟,廢氣排出,接著孔3開啟,新鮮混合氣自孔3流入氣缸,并驅除廢氣。)(d)V↓,P↑氣
(發(fā)動機的工作原理)*活塞上行:壓縮,進氣。下行:作功,換氣。二沖程汽油機的工作原理2、工作原理:活塞上行(三孔均閉),壓縮28二、二沖程柴油機的工作原理:
1、結構:
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,排門關)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、二沖程柴油機的工作原理:1、結構:有一排氣門,有一29
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速與四沖程發(fā)動機相同時,在理論上它的功率應等于四沖程發(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)動機的運轉比較平穩(wěn)。3)由于沒有專門的換氣機構,所以其結構較簡單,質量也比較小。4)由于附屬機構少,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。二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機比較,其主要優(yōu)點、30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:進行熱功轉換。
配氣機構: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:用外力轉動發(fā)動機曲軸以達到燃燒作功所需的條件。
兩大機構:第四節(jié)發(fā)動機的總體構造燃料供給系:汽油機:由化油器向氣缸供給由汽油與空31發(fā)動機結構示意圖發(fā)動機結構示意圖32曲柄連桿機構:進行熱功轉換。曲柄連桿機構:進行熱功轉換。33
配氣機構:控制進、排氣門的開啟時刻及延續(xù)時間。配氣機構:控制進、排氣門的開啟時刻及延續(xù)時間。34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。汽油機柴油機燃料供給系:汽油機:由化油器向氣缸供給由汽油與空氣混合的混合35
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。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36
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。
37潤滑系:減少相對運動部件的摩擦阻力,減輕磨損。潤滑系:減少相對運動部件的摩擦阻力,減輕磨損。38起動系:用外力轉動發(fā)動機曲軸以達到燃燒作功所需的條件。起動系:用外力轉動發(fā)動機曲軸以達到燃燒作功所需的條件。39
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、轉速n
經(jīng)濟性指標:be
運轉性指標:排氣品質、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。——可在實驗臺架上測出。
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第三節(jié)發(fā)動機的主要性能指標40三、發(fā)動機的運轉性能指標:
1、排氣品質: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。
1、定義:指發(fā)動機的Pe、Te、be隨曲軸轉速的變化規(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:車外噪聲標準三、發(fā)動機的運轉性能指標:四、發(fā)動機的速度特性:2、41
試驗方法:保持一定的節(jié)氣門開度,變更發(fā)動機的轉速,經(jīng)測定,計算得到一系列相應Pe、Te、be值,然后以轉速橫坐標,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。試驗方法:保持一定的節(jié)氣門開度,42
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速來表示,或用負荷與曲軸轉速來表示。
發(fā)動機在某一轉速下的負荷=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。b:負荷=20/45100%=44.4%c:負荷=32/45100%=71.1%d:負荷=45/45100%=100%發(fā)動機實際發(fā)出的功率
在同一轉速下可能發(fā)出的最大功率
*①全負荷并不意味著是發(fā)動機的最大功率。(全負荷≠最大功率)。②在同一轉速下,節(jié)氣門開度越大,負荷越大。五、發(fā)動機的工作狀況(工況):發(fā)動機實43
第六節(jié)內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則
首部:2、內(nèi)燃機型號由四部分組成。
①首部{產(chǎn)品系列符號或換代標志符號}②中部{機型系列代號}③后部{結構特征用途特征}④尾部{變型符號}6120Q—1型柴油機:6缸、直列、四沖程、缸徑120mm、水冷、車用第一次變型產(chǎn)品。12V135Z型柴油機:12缸、V型、四沖程、缸徑135mm、水冷、增壓、通用型。
1、名稱:由所用燃料決定:
汽油機、柴油機。
例如:由制造廠根據(jù)需要自選相應字母表示,但需主管部門核準。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。
尾部:第六節(jié)內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則44
第二章發(fā)動機的工作原理和總體構造一、熱力發(fā)動機即是將燃料的熱能轉變?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
第二章發(fā)動機的工作原理和總體構造一、熱力發(fā)動機即是將燃45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(本章的主要介紹對象。)②燃氣輪機:旋轉式的內(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換所進行的一系列連續(xù)過程。液化石油發(fā)動機按每一工作循環(huán)的沖程數(shù)分:按46
單缸(立式、臥式)發(fā)動機
多缸(直列、V型、P型或對置式)發(fā)動機
按氣缸數(shù)及排列方式分:
47P型或對置式多缸(直列、V型、P型或對置式)發(fā)動機P型或對置式多缸(直列、V型、P型或對置式)發(fā)動機48L型發(fā)動機:
又稱“直列”(LineEngine)發(fā)動機,是指汽缸是按直線排列的,它所有的汽缸均按同一角度肩并肩排成一個平面。
“直列”一般用L代表,后面加上汽缸數(shù)就是發(fā)動機代號,現(xiàn)代汽車上主要有L3、L4、L5、L6型發(fā)動機。
優(yōu)點:穩(wěn)定,成本低,結構簡單,運轉平衡性好,體積小穩(wěn)定性高,低速扭矩特性好,燃料消耗少,尺寸緊湊,應用比較廣泛。
缺點:當排氣量和汽缸數(shù)增加時,發(fā)動機的長度將大大增加。
直列4缸發(fā)動機,一般廣泛運用于2.2升排量以下的發(fā)動機中。
直列6缸發(fā)動機,目前的佼佼者就是著名的BMW,BMW直列6缸發(fā)動機凝聚了當今量產(chǎn)發(fā)動機的頂尖技術,堪稱直列6缸的巔峰之作。L型發(fā)動機:
又稱“直列”(LineEngine)發(fā)動機,49V型發(fā)動機:
是將所有汽缸分成兩組,把相鄰汽缸以一定的夾角布置在一起,使兩組汽缸形成兩個有一個夾角的平面,從側面看汽缸呈V字形,故稱V型發(fā)動機。
V型發(fā)動機的高度和長度尺寸小,在汽車上布置起來較為方便。尤其是現(xiàn)代汽車比較重視空氣動力學,要求汽車的迎風面越小越好,也就是要求發(fā)動機蓋越低越好。
常見的V型發(fā)動機有V6、V8、V10、V12。還有V3、V5以及V16(不要跟有些直列發(fā)動機代表氣門數(shù)搞渾了)。
顧名思義,V代表發(fā)動機氣缸成V型排列,一般是90度,這樣可以抵消運轉時的震動,更加穩(wěn)定。也有75度和72度的。雷諾賽車甚至用了超過90度的廣角V10引擎。
優(yōu)點:運轉穩(wěn)定(針對V6、V8、V12)、節(jié)省空間。
缺點:結構比較復雜,不利于保養(yǎng)和維修,并且造價較高。同時,V3、V5包括V10都由于其結構或排量的原因,并不非常穩(wěn)定,尤其是作為F1發(fā)動機的V103L引擎,更是需要投入大量的精力和經(jīng)費用于保證其穩(wěn)定性。V型發(fā)動機:
是將所有汽缸分成兩組,把相鄰汽缸以一定的夾角50H型發(fā)動機:
又稱水平對置發(fā)動機,這也是V型發(fā)動機的一種,只不過V的夾角變成了180度了,一般為4缸或6缸。
優(yōu)點:◆低重心:產(chǎn)生的橫向震動容易被支架吸收、有效將全車較重的發(fā)動機重心降低,更容易達到整體平衡。
◆低振動:活塞運動的平衡良好(180度左右抵消)。相比直列式,在曲軸方面所需的平衡配重因素減少,有助轉速提升。它能保持650轉的低轉速,并保證發(fā)動機平穩(wěn)的工作。同樣相比其它發(fā)動機行式油耗最低。
缺點:造價高,發(fā)動機太寬。
目前世界上只有“保時捷”和“斯巴魯”兩家汽車制造商生產(chǎn)水平對置發(fā)動機。H型發(fā)動機:
又稱水平對置發(fā)動機,這也是V型發(fā)動機的一種,51W型發(fā)動機:
W型發(fā)動機是德國大眾專屬發(fā)動機技術。
簡單說就是兩個V型發(fā)動機相加,再組成一個V型發(fā)動機,也就是“V+V=W=V”。
W型與V型發(fā)動機相比可以將發(fā)動機做得更短一些,曲軸也可短些,這樣就能節(jié)省發(fā)動機所占的空間,同時重量也可輕些,但它的寬度更大,使得發(fā)動機室更滿。
優(yōu)點:結構更緊湊,可以容納更多的汽缸數(shù),有更大的排量。
缺點是,結構太復雜了!運轉平衡性也不好。
由于專利的原因,這種發(fā)動機只在大眾和奧迪等少量車上可以見到,在歐版大眾高爾夫、歐版大眾帕薩特以及奧迪A8上,分別裝備著W6,W8和W12發(fā)動機。W型發(fā)動機:
W型發(fā)動機是德國大眾專屬發(fā)動機技術。
簡52轉子發(fā)動機:
轉子發(fā)動機最早是德國科學家汪克爾發(fā)明的,所以又叫汪克爾發(fā)動機。其實轉子發(fā)動機的效率并不高,只是升功率高。
轉子發(fā)動機全稱為三角活塞轉子發(fā)動機,它是一種特殊的活塞式發(fā)動機。轉子活塞為一個凸弧邊三角形,當轉子在近似橢圓的外旋輪線缸體內(nèi)旋轉時,弧邊三角形的三個頂點與缸壁保持接觸,從而使轉子弧面同缸壁之間形成三個相互分隔的工作室。這三個工作室的容積大小隨轉子的轉動而周期性變化,轉子每旋轉一周,各個工作室都能完成一次四個沖程的過程,這四個沖程同活塞往復式發(fā)動機的四個沖程相對應,從而形成完整的工作循環(huán)。
缺點:是費油,污染環(huán)境,還有機器的壽命比較短。
目前只有“馬自達”在應用這項技術。轉子發(fā)動機:
轉子發(fā)動機最早是德國科學家汪克爾發(fā)明的,所以53
按冷卻方式分:水冷式發(fā)動機
風冷式發(fā)動機按冷卻方式分:水冷式發(fā)動機風冷式發(fā)動機54水冷和風冷的不同內(nèi)燃機按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動機和風冷發(fā)動機。水冷發(fā)動機是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進行循環(huán)的冷卻液作為冷卻介質進行冷卻的;而風冷發(fā)動機是利用流動于氣缸體與氣缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介質進行冷卻的。水冷發(fā)動機冷卻均勻,工作可靠,冷卻效果好,被廣泛地應用于現(xiàn)代車用發(fā)動機。水冷和風冷的不同內(nèi)燃機按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動機和風55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)56內(nèi)燃機按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)式發(fā)動機和強制進氣(增壓式)發(fā)動機。汽油機常采用自然吸氣式;柴油機為了提高功率有采用增壓式的。內(nèi)燃機按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)57
渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機,通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪,渦輪又帶動同軸的葉輪,葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣,使之增壓進入汽缸。當發(fā)動機轉速增快,廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快,葉輪就壓縮更多的空氣進入汽缸,空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料,相應增加燃料量和調(diào)整一下發(fā)動機的轉速,就可以增加發(fā)動機的輸出功率了。
渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機,通過壓縮空氣來增加進氣量58按每缸氣門數(shù)分:
二氣門發(fā)動機多氣門發(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59活塞由上止點到下止點所掃過的氣缸容積Vh。
Vh=(πD2/4×103)×S(L)(D:氣缸直徑,cm.S:活塞沖程,cm.)
4、氣缸排量(氣缸工作容積):
5、發(fā)動機排量:VL=Vh?ⅰ(ⅰ----氣缸數(shù))活塞在上止點位置活塞在下止點位置
6、燃燒室容積:當活塞在上止點時,活塞上方與缸蓋圍成的容積Vc。
7、氣缸總容積:
Va=Vc+Vh8、壓縮比:
第四節(jié)四沖程發(fā)動機工作原理一、氣缸總容積
1、上止點:活塞頂部離曲軸中心最遠處。2、下止點:活塞頂部離曲軸中心最近處。3、活塞沖程:上、下止點間的距離S?;钊缮现裹c到下止點所掃過的氣缸容積Vh。Vh=(πD60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:汽油機:汽油粘度小,蒸發(fā)性好,在氣缸外部形成汽油機又稱點燃式61汽車知識第二章汽車發(fā)動機工作原理及內(nèi)部構造課件62汽車知識第二章汽車發(fā)動機工作原理及內(nèi)部構造課件63三、四沖程(汽油機,柴油機)的工作原理
1、進氣行程:
柴油機:新鮮空氣。汽油機:汽油與空氣的混合物?;钊磺S帶動由上止點向下止點移動,此時進氣門開啟,排氣門關閉。
活塞由上 下被吸入氣缸。
終了壓力:“汽”0.75—0.90溫度:100—130oC(個大氣壓)“柴”0.80—0.9560—80oC由于進氣有阻力,進氣終了的壓力略小于大氣壓力。由于上一循環(huán)留在氣缸中的高溫殘余廢氣與新鮮氣體混合,所以進氣終了氣體溫度↑。
進開
排關
V↑,P↓
氣缸內(nèi)產(chǎn)生真空度新鮮空氣(柴油機)
汽油與空氣的混合氣(汽油機)進入氣缸的是三、四沖程(汽油機,柴油機)的工作原理1、進氣行程:642、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)動機重要的結構參數(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:進關排關V↓P↑,T↑
終了P、T:“汽”6—12;300—400oC
“柴”35—45;500—700oC
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65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。*爆燃:由于ε過大P、T過高,遠離火焰中心的可燃66
進關曲軸強制
排關旋轉作功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
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進關曲軸強制排關67四沖程發(fā)動機經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個沖程完成一個工作循環(huán)。此期間,活塞在上、下止點間往復移動了四個行程,曲軸旋轉了兩周。
進氣終了P:“汽”0.75—0.90(個大氣壓)“柴”0.80—0.95壓縮終了P:
“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:
“汽”1.05---1.25“柴”1.05---1.25
5、示功圖:表示發(fā)動機在工作過程中,其P、V的變化情況,曲線包圍的面積即為發(fā)動機的指示功。*VPP0四沖程發(fā)動機經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個沖程完成一個工作循68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:進氣終了P:“汽”0.75—0.90(69汽油機:(優(yōu)點)ε較小,體積小,重量輕,轉速較高,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:結構簡單、重量輕。運轉不平穩(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)缺點比較汽油機:(優(yōu)點)ε較小,體積小,重量輕,轉速較高,動力性好。70
1、結構:無進排氣門及配氣機構,
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),即曲軸旋轉一周完成。1、結構:無進排氣門及配氣機構,71
2、工作原理:
活塞上行(三孔均閉),壓縮上一循環(huán)吸入氣缸的可燃混合氣,活塞上方曲軸箱V↑,P↓產(chǎn)生真空度;上行2/3行程(孔1開啟),可燃混合氣吸入曲軸箱接近上止點,由火花塞發(fā)火點燃。。(a、b、c)②高溫高壓氣體推動活塞下行,孔1逐漸關閉;曲軸箱內(nèi)氣體被預壓,接近下止點(孔2開啟,廢氣排出,接著孔3開啟,新鮮混合氣自孔3流入氣缸,并驅除廢氣。)(d)V↓,P↑氣
(發(fā)動機的工作原理)*活塞上行:壓縮,進氣。下行:作功,換氣。二沖程汽油機的工作原理2、工作原理:活塞上行(三孔均閉),壓縮72二、二沖程柴油機的工作原理:
1、結構:
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,排門關)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、二沖程柴油機的工作原理:1、結構:有一排氣門,有一73
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速與四沖程發(fā)動機相同時,在理論上它的功率應等于四沖程發(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)動機的運轉比較平穩(wěn)。3)由于沒有專門的換氣機構,所以其結構較簡單,質量也比較小。4)由于附屬機構少,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。二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機比較,其主要優(yōu)點、74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:進行熱功轉換。
配氣機構: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:用外力轉動發(fā)動機曲軸以達到燃燒作功所需的條件。
兩大機構:第四節(jié)發(fā)動機的總體構造燃料供給系:汽油機:由化油器向氣缸供給由汽油與空75發(fā)動機結構示意圖發(fā)動機結構示意圖76曲柄連桿機構:進行熱功轉換。曲柄連桿機構:進行熱功轉換。77
配氣機構:控制進、排氣門的開啟時刻及延續(xù)時間。配氣機構:控制進、排氣門的開啟時刻及延續(xù)時間。78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。汽油機柴油機燃料供給系:汽油機:由化油器向氣缸供給由汽油與空氣混合的混合79
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
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