第1章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理及總體構(gòu)造課件

第一篇汽車發(fā)動(dòng)機(jī)

第一章發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和總體構(gòu)造一、熱力發(fā)動(dòng)機(jī)即是將燃料的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種動(dòng)力裝置。

①內(nèi)燃機(jī)：可燃混合氣在機(jī)器內(nèi)部燃燒而產(chǎn)生熱能，然后再轉(zhuǎn)為機(jī)械能。燃料在機(jī)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(jī)器內(nèi)部，使所含熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。

內(nèi)燃機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：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(dāng)部分來(lái)至內(nèi)燃機(jī)所排出的廢氣。

熱力發(fā)動(dòng)機(jī)

②外燃機(jī)：第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類

液化石油發(fā)動(dòng)機(jī)

按每一工作循環(huán)的沖程數(shù)分：按點(diǎn)火方式分：柴油機(jī)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)

點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)（汽油機(jī)）壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)（柴油機(jī)）四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)：活塞往復(fù)四個(gè)單程完成一個(gè)工作循環(huán)。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)：活塞往復(fù)二個(gè)單程完成一個(gè)工作循環(huán)。汽油機(jī)按所用燃料分：氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)液體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)1、內(nèi)燃機(jī)：①活塞式內(nèi)燃機(jī)（本書(shū)的主要介紹對(duì)象。）②燃?xì)廨啓C(jī)：旋轉(zhuǎn)式的內(nèi)燃機(jī)?；钊絻?nèi)燃機(jī)分類：一個(gè)工作循環(huán)：在氣缸中完成一次熱功轉(zhuǎn)換所進(jìn)行的一系列連續(xù)過(guò)程。思考題：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)有哪些類型？

單缸（立式、臥式）發(fā)動(dòng)機(jī)

多缸（直列、Ｖ型、Ｐ型或?qū)χ檬剑┌l(fā)動(dòng)機(jī)

按氣缸數(shù)及排列方式分：Ｐ型或?qū)χ檬蕉喔祝ㄖ绷?、Ｖ型、Ｐ型或?qū)χ檬剑┌l(fā)動(dòng)機(jī)

按冷卻方式分：水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)

風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)按是否裝增壓裝置分：

增壓發(fā)動(dòng)機(jī)非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)（自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)）

按每缸氣門(mén)數(shù)分：

二氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)多氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)汽油機(jī)：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(diǎn)燃。柴油機(jī)：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(jī)又稱點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油機(jī)又稱壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。按可燃混合氣的形成及發(fā)火方式分為：第二節(jié)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及基本術(shù)語(yǔ)一、基本結(jié)構(gòu)活塞由上止點(diǎn)到下止點(diǎn)所掃過(guò)的氣缸容積Vs。

Vs=（πD2/4×106）×S(L)(D：氣缸直徑，mm.S：活塞沖程，mm.)

4、氣缸排量（氣缸工作容積）：

5、內(nèi)燃機(jī)排量：VL=Vs?ⅰ(ⅰ----氣缸數(shù))活塞在上止點(diǎn)位置活塞在下止點(diǎn)位置

6、燃燒室容積：當(dāng)活塞在上止點(diǎn)時(shí)，活塞上方與缸蓋圍成的容積Vc。

7、氣缸總?cè)莘e：

Va=Vc+Vs8、壓縮比：一、氣缸總?cè)莘e

1、上止點(diǎn)：活塞頂部離曲軸中心最遠(yuǎn)處。

2、下止點(diǎn)：活塞頂部離曲軸中心最近處。3、活塞沖程（行程）：上、下止點(diǎn)間的距離S。

二、基本術(shù)語(yǔ)第三節(jié)、往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)工作原理

1、進(jìn)氣行程：

柴油機(jī)：新鮮空氣。汽油機(jī)：汽油與空氣的混合物。

活塞被曲軸帶動(dòng)由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，此時(shí)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟，排氣門(mén)關(guān)閉。

活塞由上 下被吸入氣缸。

終了壓力：“汽”0.075—0.090溫度：100—130oC（低于大氣壓）“柴”0.080—0.095MPa60—80oC

由于進(jìn)氣有阻力，進(jìn)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(jìn)氣終了氣體溫度↑。

進(jìn)開(kāi)

排關(guān)

V↑，P↓

氣缸內(nèi)產(chǎn)生真空度新鮮空氣（柴油機(jī)）

汽油與空氣的混合氣（汽油機(jī)）進(jìn)入氣缸的是一、四沖程汽油機(jī)（柴油機(jī)）工作原理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(dòng)機(jī)發(fā)出較大的功率，必須在燃燒前對(duì)可燃混合氣進(jìn)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(diǎn)燃。

“柴”壓縮接近終了，由噴油泵把柴油提高至上百個(gè)大氣壓以上，再送至噴油器，由噴油器把柴油成霧狀噴入氣缸，使與壓縮后的高溫空氣混合，達(dá)自然溫度時(shí)，便自行發(fā)燃燒。

壓縮比ε：

ε=Va/Vc=1+Vh/Vc

是發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性提高。但ε過(guò)高，對(duì)汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，會(huì)引起T過(guò)高而造成兩種不正常燃燒即：進(jìn)關(guān)排關(guān)V↓P↑，T↑

終了P、T：“汽”0.6~1.2MPa；300~400oC

“柴”3.5~4.5MPa；500~700oC

爆燃：由于ε過(guò)大P、T過(guò)高，遠(yuǎn)離火焰中心的可燃混合氣在火焰尚未到達(dá)就自行發(fā)火燃燒的一種不正常燃燒。爆燃時(shí)，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(shí)，引起發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，功率↓，氣門(mén)、火花塞等部件被燃?jí)?。表面點(diǎn)火：由于ε過(guò)大P、T過(guò)高，在電火花之前可燃混合氣就被燃燒室熾熱的表面點(diǎn)燃的另一種不正常燃燒。表面點(diǎn)火發(fā)生時(shí)，伴有沉悶的敲缸聲，產(chǎn)生的高壓使發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷↑，壽命↓。

①現(xiàn)代汽油機(jī)的壓縮比一般為ε=6—9（個(gè)別轎車可達(dá)9—11）。②柴油機(jī)靠壓縮自燃，所以壓縮比設(shè)計(jì)得較高ε=16—22。具有較好的經(jīng)濟(jì)性。但高的壓縮比帶來(lái)高的壓縮壓力、燃燒壓力，使柴油機(jī)各部件要承受高的機(jī)械負(fù)荷，因而需要增加強(qiáng)度及剛度。故柴油機(jī)的尺寸、重量指標(biāo)不如汽油機(jī)。*

進(jìn)關(guān)曲軸強(qiáng)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”3.0~5.0MPa溫度：1900~2500oC“柴”6.0~9.0MPa1700~2200oC(注意：0℃=273K)高溫高壓氣體推動(dòng)活塞由上下熱能機(jī)械能

4、排氣行程：可燃混合氣燃燒后變成廢氣，為了進(jìn)行下一循環(huán)，必須把廢氣排氣過(guò)程。活塞由下上廢氣經(jīng)排氣門(mén)排出氣缸

進(jìn)關(guān)

排開(kāi)終了壓力：“汽”0.3~0.5MPa溫度：1000---1300oC終了壓力：“汽”0.105~0.125溫度：600~900oC

“柴”0.105~0.125500~700oC

。

“柴”0.2~0.4MPa800---1000oC四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)沖程完成一個(gè)工作循環(huán)。此期間，活塞在上、下止點(diǎn)間往復(fù)移動(dòng)了四個(gè)行程，曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周。

進(jìn)氣終了P：“汽”0.75—0.90（個(gè)大氣壓）“柴”0.80—0.95壓縮終了P：

“汽”6—12

“柴”35—45

燃燒時(shí)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(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中，其P、V的變化情況，曲線包圍的面積即為發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功。*VPP0進(jìn)氣終了P：

“汽”0.75—0.90

（個(gè)大氣壓）

“柴”0.80—0.95“汽”6—12“柴”35—45燃燒時(shí)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(jī)：（優(yōu)點(diǎn)）ε較小，體積小，重量輕，轉(zhuǎn)速較高，動(dòng)力性好。制造維修成本低，噪聲小，起動(dòng)容易。主要用于轎車、微型車（客車、貨車）、軍用越野車（？）。

（缺點(diǎn)）燃料經(jīng)濟(jì)差，排污大（HC、N0x、CO）柴油機(jī)：（優(yōu)點(diǎn)）

ε較大，燃料燃燒完全，經(jīng)濟(jì)性好。

（缺點(diǎn)）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(duì)經(jīng)濟(jì)性要求高，動(dòng)力性要求較低）。同排量的單缸與多缸發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)比較：?jiǎn)胃祝航Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕。運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)、沖擊振動(dòng)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(jī)，用得最多的是四缸、六缸、八缸。二：四沖程汽油機(jī)和柴油機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)比較

1、結(jié)構(gòu)：無(wú)進(jìn)排氣門(mén)及配氣機(jī)構(gòu)，

由三孔控制進(jìn)、排氣，活塞為凸頂。

三、二沖程汽油機(jī)工作原理二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)也包括進(jìn)氣、壓縮、燃燒作功、排氣四個(gè)行程。只不過(guò)這些行程的完成僅需活塞在兩個(gè)行程內(nèi)，即曲軸旋轉(zhuǎn)一周完成。

2、工作原理：①

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(kāi)啟），可燃混合氣吸入曲軸箱接近上止點(diǎn)，由火花塞發(fā)火點(diǎn)燃。。（a、b、c)②高溫高壓氣體推動(dòng)活塞下行，孔1逐漸關(guān)閉；曲軸箱內(nèi)氣體被預(yù)壓，接近下止點(diǎn)（孔2開(kāi)啟，廢氣排出，接著孔3開(kāi)啟，新鮮混合氣自孔3流入氣缸，并驅(qū)除廢氣。）（d)V↓，P↑氣

(發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理)*活塞上行：壓縮，進(jìn)氣。下行：作功，換氣。二沖程汽油機(jī)的工作原理四、二沖程柴油機(jī)的工作原理：

1、結(jié)構(gòu)：

有一排氣門(mén)，有一進(jìn)氣孔，活塞頂部為凹頂。2、工作過(guò)程：進(jìn)孔開(kāi)排門(mén)開(kāi)

上行1/3行程（進(jìn)孔關(guān)，排門(mén)關(guān)）①活塞由下上（空氣進(jìn)入，廢氣排出）上行接近上止點(diǎn)，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(dòng)活塞下行至2/3行程。（排氣門(mén)開(kāi)，廢氣排出，接著，進(jìn)氣孔開(kāi)，進(jìn)行換氣。）*

活塞上行：換氣；壓縮下行：作功，換氣。

五、二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)與四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)比較，其主要優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)如下：

優(yōu)點(diǎn)：1）曲軸每轉(zhuǎn)一周就有一個(gè)作功行程，因此，當(dāng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作容積和轉(zhuǎn)速與四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相同時(shí)，在理論上它的功率應(yīng)等于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的兩倍。

2）由于發(fā)生作功過(guò)程的頻率較高，故二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。

3）由于沒(méi)有專門(mén)的換氣機(jī)構(gòu)，所以其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，質(zhì)量也比較小。

4）由于附屬機(jī)構(gòu)少，所以受磨損和經(jīng)常需要修理的運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量也比較少

缺點(diǎn)：1）不易將氣缸內(nèi)的廢氣排除干凈，而且在換氣時(shí)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(dòng)機(jī)的功率并不等于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的兩倍，只等于1.5~1.6倍。

2）在換氣時(shí)有一部分新鮮可燃混合氣隨廢氣排出，因此，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)不如四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)。

機(jī)體組：起連接、組合作用。曲柄連桿機(jī)構(gòu)：進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換。

配氣機(jī)構(gòu)：控制進(jìn)、排氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)刻及延續(xù)時(shí)間。六大系統(tǒng)（包括）：

進(jìn)排氣系統(tǒng)：組織進(jìn)排氣。

點(diǎn)火系統(tǒng)：（汽油機(jī)獨(dú)有）在壓縮行程接近上止點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)火系即在火花塞電極間產(chǎn)生電火花以點(diǎn)燃混合氣。

冷卻系統(tǒng)：降低氣缸及高溫部件的高溫，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持正常的工作溫度。

潤(rùn)滑系統(tǒng)：減少相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻力，減輕磨損。

起動(dòng)系統(tǒng)：用外力轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸以達(dá)到燃燒作功所需的條件。

此外：還有有害排放物控制裝置；增壓系統(tǒng)（如果是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)）

三大機(jī)構(gòu)（組）：第四節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造燃料供給系統(tǒng)：

汽油機(jī)：向氣缸供給由汽油與空氣混合的混合氣。

柴油機(jī)：噴油泵提供柴油，通過(guò)噴油器噴入氣缸。思考題：四沖程往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)通常由哪些機(jī)構(gòu)與系統(tǒng)組成？它們各有什么功用？發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖曲柄連桿機(jī)構(gòu)：進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換。

配氣機(jī)構(gòu)：控制進(jìn)、排氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)刻及延續(xù)時(shí)間。燃料供給系：汽油機(jī)：由化油器向氣缸供給由汽油與空氣混合的混合氣。柴油機(jī)：由噴油泵提供霧狀柴油，通過(guò)噴油器噴入氣缸。汽油機(jī)柴油機(jī)

點(diǎn)火系：（汽油機(jī)獨(dú)有）在壓縮行程接近上止點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)火系即在火花塞電極間產(chǎn)生電火花以點(diǎn)燃混合氣。

冷卻系：降低氣缸及高溫部件的高溫，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持正常的工作溫度。潤(rùn)滑系：減少相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻力，減輕磨損。起動(dòng)系：用外力轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸以達(dá)到燃燒作功所需的條件。相同點(diǎn)：工作循環(huán)同樣包括進(jìn)氣、壓縮、作功合排氣四個(gè)過(guò)程，在各個(gè)活塞行程中，進(jìn)、排氣門(mén)的開(kāi)閉合曲軸連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)完全相同。不同點(diǎn)：混合氣形成方法及著火方式上有根本的差別。思考題:四沖程汽油機(jī)和柴油機(jī)在基本原理上有何異同？

第五節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)

發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)包括：

動(dòng)力性指標(biāo)：有效扭矩Te

、有效功率Pe

、轉(zhuǎn)速n

經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：be

運(yùn)轉(zhuǎn)性指標(biāo)：排氣品質(zhì)、噪聲、起動(dòng)性。一、動(dòng)力性指標(biāo)：

1、有效扭矩Te：發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出的扭矩?！稍趯?shí)驗(yàn)臺(tái)架上測(cè)出。

2、有效功率Pe：發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出的功率。

Pe=（Te×n）/9550(kw)；Te(N·m)、n(r/min)——可測(cè)定二、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：

1、燃油消耗率be：發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)每小時(shí)的耗油量(kg/h)——可測(cè)定BPe三、發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)：

1、排氣品質(zhì)：有害氣體成分的限制標(biāo)準(zhǔn)。美日歐韓：74---80dB(A)

中國(guó)：82---89dB(A)

3、起動(dòng)性能：標(biāo)準(zhǔn)：汽油機(jī)在-10oC，柴油機(jī)在-5oC以下氣溫條件下，接通起動(dòng)機(jī)15s內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)要能自行運(yùn)轉(zhuǎn)。

1、定義：指發(fā)動(dòng)機(jī)的Pe、Te、be隨曲軸轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。這個(gè)特性可通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)而求。四、發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性：2、噪聲：車外噪聲標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)方法：保持一定的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，變更發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，經(jīng)測(cè)定，計(jì)算得到一系列相應(yīng)Pe、Te、be值，然后以轉(zhuǎn)速橫坐標(biāo)，Pe、Te、be為縱坐標(biāo)，按比例繪制它們的變化規(guī)律，即得發(fā)動(dòng)機(jī)在這一節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的速度特性曲線。

如圖：

外特性：節(jié)氣門(mén)全開(kāi)時(shí)所測(cè)得到的速度特性。代表發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的最高性能。

部分速度特性：節(jié)氣門(mén)部分開(kāi)度所測(cè)得的速度特性。

五、發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況（工況）：發(fā)動(dòng)機(jī)工況可用它的功率與曲軸轉(zhuǎn)速來(lái)表示，或用負(fù)荷與曲軸轉(zhuǎn)速來(lái)表示。

發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷=Χ100%

如圖表示發(fā)動(dòng)機(jī)的一組特性曲線：

I為節(jié)氣門(mén)全開(kāi)時(shí)的外特性。Ⅱ、Ⅲ為節(jié)氣門(mén)部分開(kāi)啟時(shí)的部分特性。在a，b，c，d四個(gè)工況下的負(fù)荷值如下：a：負(fù)荷為0，發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)。b：負(fù)荷=20/45100%=44.4%c：負(fù)荷=32/45100%=71.1%d：負(fù)荷=45/45100%=100%發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際發(fā)出的功率