汽車發(fā)動機(jī)原理

汽車發(fā)動機(jī)原理第1頁/共43頁定義：將某一種形式的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器熱力發(fā)動機(jī)：將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，簡稱熱機(jī)，如內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)等。①內(nèi)燃機(jī)②外燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)的特點：熱效率高、體積小、質(zhì)量小、便于移動等。第一節(jié)發(fā)動機(jī)的基本概念插入內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)的圖片第2頁/共43頁

活塞式內(nèi)燃機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)燃機(jī)往復(fù)活塞式旋轉(zhuǎn)活塞式第3頁/共43頁一、發(fā)動機(jī)的分類1．按燃料分類

2．按著火方式分類

壓燃式和點燃式

3．按工作循環(huán)沖程數(shù)分類：四沖程和二沖程

4．缸數(shù)與排列分類：單缸和多缸

5．冷卻方式分類：液體冷卻和氣體冷卻6.按發(fā)動機(jī)進(jìn)氣形式分為：增壓式和非增壓式發(fā)動機(jī)

二、發(fā)動機(jī)型號編制規(guī)則第4頁/共43頁汽油發(fā)動機(jī)柴油發(fā)動機(jī)壓縮天然氣發(fā)動機(jī)液化石油氣發(fā)動機(jī)雙燃料發(fā)動機(jī)第5頁/共43頁第6頁/共43頁第7頁/共43頁活塞式內(nèi)燃機(jī)分為水冷式和風(fēng)冷式兩種。第8頁/共43頁第9頁/共43頁二、發(fā)動機(jī)型號編制規(guī)則結(jié)構(gòu)特征符號無符號:水冷

F:風(fēng)冷

N:凝氣冷卻

S:十字頭式

Dz:可倒轉(zhuǎn)

Z:增壓

ZL:增壓中冷第10頁/共43頁

1、工作循環(huán)(WorkingCycle):

2、上、下止點

3、活塞行程

4、氣缸工作容積(Volume)

5、發(fā)動機(jī)排量(Displacement)三、發(fā)動機(jī)的常用術(shù)語第11頁/共43頁6、燃燒室容積

7、氣缸總?cè)莘e

8、壓縮比(Compressionratio)

9、工況10、負(fù)荷率

第12頁/共43頁四、發(fā)動機(jī)主要性能指標(biāo)

1、動力性能指標(biāo)包括有效轉(zhuǎn)矩Te，有效功率Pe

，平均有效壓力pme,

曲軸轉(zhuǎn)速n①有效轉(zhuǎn)矩Te

②有效功率Pe

式中：Te—有效轉(zhuǎn)矩，N·m；

n—曲軸轉(zhuǎn)速，r/min。

③平均有效壓力pme④曲軸轉(zhuǎn)速n第13頁/共43頁②有效熱效率:燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為有效功的百分?jǐn)?shù)稱為有效熱效率，記作

ηe。2、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)包括①有效燃油消耗率ge：單位時間內(nèi)單位有效功的燃油消耗量，通常用ge表示，其單位為g/kW·h3、強(qiáng)化指標(biāo)強(qiáng)化指標(biāo)是指發(fā)動機(jī)承受熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷能力的評價指標(biāo)，一般包括升功率和強(qiáng)化系數(shù)等。4、緊湊性指標(biāo)用來表征發(fā)動機(jī)總體結(jié)構(gòu)緊湊程度的指標(biāo)，通常用比容積和比質(zhì)量衡量。①比容積②比質(zhì)量第14頁/共43頁

5、環(huán)境性能指標(biāo)

①排放：有害氣體CO、HC、NOx、顆粒物PM

②噪音③溫室氣體：

二氧化碳CO2等④起動性能

6、可靠性指標(biāo)表征發(fā)動機(jī)在規(guī)定的使用條件下，正常持續(xù)工作能力的指標(biāo)。7、耐久性指標(biāo)指發(fā)動機(jī)主要零件磨損到不能繼續(xù)正常工作的極限時間。第15頁/共43頁1、速度特性曲線性能指標(biāo)隨發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為發(fā)動機(jī)的速度特性曲線。五、發(fā)動機(jī)特性曲線發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)隨其調(diào)整狀況及運(yùn)行工況

(負(fù)荷、轉(zhuǎn)速)變化而變化的關(guān)系曲線稱為發(fā)動機(jī)的特性曲線。第16頁/共43頁發(fā)動機(jī)負(fù)荷率：外特性：部分速度特性：2、發(fā)動機(jī)工作狀況通常用功率和曲軸轉(zhuǎn)速來表示。第17頁/共43頁第二節(jié)四沖程發(fā)動機(jī)工作原理進(jìn)氣行程（Intake）

進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞從上止點向下止點運(yùn)動。

空氣和汽油的混合物被吸入氣缸，在氣缸內(nèi)進(jìn)一步混合形成可燃混合氣。

進(jìn)氣終了時，氣缸內(nèi)氣體壓力約為0.08～0.09MPa，溫度達(dá)到320～400K。四沖程發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)包括四個活塞行程：進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣一、四沖程汽油機(jī)的工作原理第18頁/共43頁示功圖：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門關(guān)閉進(jìn)氣門開啟活塞大氣壓力線PVra示功圖上止點下止點進(jìn)氣行程（Intake）第19頁/共43頁壓縮行程（Compression）

進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞從下止點向上止點運(yùn)動;氣缸容積逐漸變小，氣缸內(nèi)混合氣被壓縮，其壓力和溫度同時升高。

壓縮終了時，混合氣壓力可達(dá)0.8～1.5MPa，溫度可達(dá)600～750K。

采用大壓縮比，可提高壓縮終了時氣缸內(nèi)的壓力和溫度，從而加快燃燒速度，提高發(fā)動機(jī)熱效率。但太大容易引起“爆震”和“表面點火”，通常ε=6~11

第20頁/共43頁進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞壓縮比：ε=Va/VcPVra示功圖大氣壓力線c上止點下止點溫度600~800K，壓力600~1500kPa壓縮行程第21頁/共43頁作功行程（Power/Expansion）

進(jìn)排氣門仍然關(guān)閉。

壓縮行程結(jié)束時，點燃可燃混合氣，火焰迅速傳遍整個燃燒室，并放出大量熱能；燃燒氣體體積膨脹，壓力、溫度升高；氣體壓力推動活塞從上止點運(yùn)動到下止點，并通過連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)作功。

燃燒最高壓力可達(dá)3～6.5MPa，最高溫度可達(dá)2200～2800K。作功終了時，氣體壓力降低到0.35～0.5MPa，氣體溫度降低到1200～1700K。第22頁/共43頁進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞PVra示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點瞬時最高：溫度2200~2800

K，壓力3~5MPa

作功終了：溫度1200~1700K，壓力300~500kPa

作功行程第23頁/共43頁排氣行程（Exhaust）

進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門開啟；活塞從下止點向上止點運(yùn)動。

膨脹過后的廢氣在其自身剩余壓力和在活塞的推動下，經(jīng)排氣門排出氣缸。

排氣行程結(jié)束后，殘留在燃燒室內(nèi)的少量廢氣稱為殘余廢氣。殘余廢氣壓力約為0.105～0.12MPa，溫度約為900～1100K。第24頁/共43頁進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門打開活塞PVr示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點溫度900~1200

K壓力105~125kPa殘余廢氣排氣行程第25頁/共43頁四沖程發(fā)動機(jī)工作原理進(jìn)氣壓縮作功排氣第26頁/共43頁二、四沖程柴油機(jī)的工作原理進(jìn)氣行程（Intake）

進(jìn)入氣缸的是純凈的空氣。

因進(jìn)氣系統(tǒng)中沒有節(jié)氣門，進(jìn)氣阻力小，且殘余廢氣溫度較低，故同汽油機(jī)相比，進(jìn)氣終了時缸內(nèi)氣體壓力略高，約為0.085～0.095Ma，而溫度略低，約為310～340K。壓縮行程（Compression）

柴油機(jī)的壓縮比大(一般為16～22)，壓縮終了時缸內(nèi)氣體壓力約為3～5MPa，溫度約為750～1000K，都比汽油機(jī)的高。

壓縮終了溫度超過柴油的自燃溫度。第27頁/共43頁作功行程（Power/Expansion）

壓縮行程結(jié)束時，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室。此時，缸內(nèi)溫度高于柴油自燃溫度，柴油自行著火燃燒。

燃燒氣體最高壓力6～9MPa，最高溫度也可高達(dá)1800～2500K。

作功終了時，氣體壓力約為0.2～0.5MPa，溫度約為1000～1200K。排氣行程（Exhaust）

排氣終了時，缸內(nèi)殘余廢氣壓力約為0.105～0.12MPa，氣體溫度約為700～900K。第28頁/共43頁說明：①汽油機(jī)轉(zhuǎn)速高、質(zhì)量小、易起動、噪音低等，多用于轎車；②柴油機(jī)壓縮比大，經(jīng)濟(jì)性好，多用于5t以上的貨車等；③四個行程中，僅有一個作功行程，故不采取其它措施的情況下發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定；④多缸發(fā)動機(jī)的每一個氣缸內(nèi)，所有的工作過程是相同的。第29頁/共43頁第三節(jié)二沖程發(fā)動機(jī)工作原理兩個活塞行程內(nèi)，即曲軸旋轉(zhuǎn)一周的時間內(nèi)完成一個工作循環(huán)。第一沖程第二沖程第30頁/共43頁第一沖程：活塞由下止點向上止點運(yùn)動，掃氣泵將新鮮空氣通過掃氣道壓入氣缸，與此同時將氣缸內(nèi)的燃燒廢氣經(jīng)排氣門清掃出氣缸，并且實現(xiàn)對新鮮空氣的壓縮。第二沖程：活塞由上止點向下止點運(yùn)動，噴油器向氣缸內(nèi)噴油，同時柴油與氣缸內(nèi)的高壓空氣混合并且進(jìn)行燃燒，推動活塞做功，在做功終了的瞬間，排氣門打開。第31頁/共43頁三、發(fā)動機(jī)的基本構(gòu)造機(jī)體組：包括氣缸體、氣缸蓋及油底殼等。機(jī)體組的作用是作為發(fā)動機(jī)各機(jī)構(gòu)、各系統(tǒng)的裝配基體，且其本身的許多部分又分別是曲軸連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、供給系、冷卻系和潤滑系的組成部分兩個機(jī)構(gòu)：曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)

利用飛輪貯存和輸出能量，完成整個工作循環(huán)。

利用燃燒室產(chǎn)生壓力推動活塞實現(xiàn)熱能及動能的轉(zhuǎn)換。

利用氣門與活塞的合理運(yùn)動的配合，實現(xiàn)工作循環(huán)的全過程。

五大系統(tǒng)：

供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、

起動系統(tǒng)第四節(jié)發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造第32頁/共43頁2.氣缸體的特點（1）水冷發(fā)動機(jī)的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體；（2）風(fēng)冷發(fā)動機(jī)氣缸體與曲軸箱分別鑄造;（3）氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內(nèi)腔為曲軸運(yùn)動的空間；（4）在氣缸體內(nèi)部鑄有許多加強(qiáng)筋、冷卻水套和潤滑油道等。第33頁/共43頁曲柄連桿機(jī)構(gòu)：包括活塞、連桿、帶有飛輪的曲軸等。作用：是將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并輸出動力的機(jī)構(gòu)第34頁/共43頁組成：進(jìn)氣門、排氣門、搖臂、氣門間隙調(diào)節(jié)器、凸輪軸以及凸輪軸定時帶（齒）輪等。作用：使可燃混合氣及時充入氣缸，并及時從氣缸排出廢氣。配氣機(jī)構(gòu)第35頁/共43頁供給系統(tǒng)組成：燃油箱、燃油濾清器、燃油泵、噴油器；空氣濾清器、進(jìn)氣管、排氣管、排氣消聲器等。作用：把燃油和空氣混合成成分合適的可燃混合氣供入氣缸進(jìn)行燃燒，并將燃燒生成的廢氣排出發(fā)動機(jī)。第36頁/共43頁第37頁/共43頁組成：蓄電池、發(fā)電機(jī)、分電器、點火線圈以及火花塞等；作用：保證按規(guī)定時刻及時點燃?xì)飧字斜粔嚎s的可燃混合氣。點火系統(tǒng)第38頁/共43頁冷卻系統(tǒng)組成：水泵、散熱器、風(fēng)扇、節(jié)溫器、百葉窗、分水管以及氣缸體和氣缸蓋內(nèi)鑄出的水套等。功用：把受熱機(jī)件的熱量散發(fā)到大氣中，以保證發(fā)動機(jī)正常工作。水泵節(jié)溫器風(fēng)扇散熱器蓋水溫表水套分水管放水閥百葉窗散熱器風(fēng)扇水泵第39頁/共43頁潤滑系統(tǒng)功用：減少相對運(yùn)動的零件之間的摩擦阻力、減輕機(jī)件的磨損、并部分地冷卻摩擦零件、清洗摩擦表面。組成：機(jī)油泵、機(jī)油集濾器、限壓閥、潤滑油道、機(jī)油濾清器等。第40頁/共43