陳家瑞汽車構(gòu)造課件 內(nèi)燃機的基本工作原

內(nèi)燃機的基本工作原理內(nèi)燃機是一種將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置，廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、飛機等交通工具。其工作原理基于燃料在封閉空間內(nèi)燃燒，推動活塞做功，從而帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，最終輸出機械能。內(nèi)燃機的種類汽油機汽油機使用汽油作為燃料，點火系統(tǒng)通過火花塞點燃混合氣，推動活塞做功。適用于小型汽車、摩托車等。柴油機柴油機使用柴油作為燃料，靠壓縮空氣產(chǎn)生高溫，點燃柴油，推動活塞做功。適用于大型卡車、船舶、發(fā)電機等。四沖程汽油機的工作過程1進氣沖程活塞從上止點向下運動，進氣門打開，新鮮空氣進入汽缸。2壓縮沖程活塞從下止點向上運動，進氣門關(guān)閉，空氣被壓縮，溫度和壓力升高。3做功沖程火花塞點燃混合氣，混合氣爆炸，推動活塞向下運動，產(chǎn)生動力。4排氣沖程活塞從下止點向上運動，排氣門打開，燃燒后的廢氣被排出汽缸。四沖程柴油機的工作過程1進氣行程活塞向下運動，進氣門打開，新鮮空氣進入氣缸。2壓縮行程活塞向上運動，壓縮空氣，溫度和壓力升高。3做功行程燃油噴入氣缸，被高溫壓縮空氣點燃，推動活塞向下運動。4排氣行程活塞向上運動，排氣門打開，燃燒后的廢氣排出氣缸。四沖程柴油機的工作過程由四個行程組成，每個行程都由曲軸的旋轉(zhuǎn)帶動活塞運動完成。柴油機無需點火系統(tǒng)，利用壓縮空氣將燃油點燃。壓縮比與發(fā)動機功率壓縮比是指汽缸容積與燃燒室容積之比。壓縮比越高，發(fā)動機功率越大，但燃油消耗也越高。曲軸傳動系統(tǒng)曲軸曲軸是內(nèi)燃機中的關(guān)鍵部件，將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，并傳遞給其他部件。連桿連桿將活塞與曲軸連接，將活塞的往復(fù)運動傳遞給曲軸。飛輪飛輪安裝在曲軸末端，用于儲存能量，保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。活塞傳動系統(tǒng)1活塞活塞是連接連桿和曲軸的關(guān)鍵部件，將燃燒產(chǎn)生的氣體壓力轉(zhuǎn)化為機械功。2連桿連桿將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，傳遞動力。3曲軸曲軸通過連桿將活塞的直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動發(fā)動機輸出功率。4活塞銷活塞銷連接活塞和連桿，在兩者之間傳遞運動和力量。氣門傳動系統(tǒng)氣門開閉氣門傳動系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制進氣門和排氣門的開啟和關(guān)閉，確保發(fā)動機在適當(dāng)?shù)臅r間吸入新鮮空氣并排出廢氣。機械結(jié)構(gòu)氣門傳動系統(tǒng)由凸輪軸、推桿、搖臂、氣門彈簧等部件組成，通過復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，將凸輪軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為氣門的升降運動。精確控制氣門傳動系統(tǒng)需要精確控制氣門開啟和關(guān)閉的時間，以確保發(fā)動機高效運轉(zhuǎn)，并減少排放。性能影響氣門傳動系統(tǒng)的性能直接影響發(fā)動機的動力輸出、燃油效率和排放水平。散熱系統(tǒng)水冷式散熱系統(tǒng)水冷式散熱系統(tǒng)是常見的散熱系統(tǒng)，利用水的比熱容大，可以吸收大量的熱量，通過循環(huán)流動，將熱量帶到散熱器，再通過風(fēng)扇將熱量散失到空氣中。風(fēng)冷式散熱系統(tǒng)風(fēng)冷式散熱系統(tǒng)利用空氣的流動帶走熱量，常見于摩托車等小型發(fā)動機，散熱效率不如水冷式散熱系統(tǒng)，但結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。油冷式散熱系統(tǒng)油冷式散熱系統(tǒng)主要用于潤滑油的冷卻，利用油液的流動帶走熱量，常見于高性能發(fā)動機，可以有效降低發(fā)動機溫度，提升性能。潤滑系統(tǒng)1減少磨損潤滑油可以降低摩擦，減少零件之間的磨損，延長發(fā)動機使用壽命。2冷卻降溫潤滑油可以帶走發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的熱量，防止零件過熱。3密封防漏潤滑油可以起到密封作用，防止氣體泄漏，提高發(fā)動機工作效率。4清潔防銹潤滑油可以清洗發(fā)動機內(nèi)部的雜質(zhì)，防止零件生銹腐蝕。供油系統(tǒng)供油系統(tǒng)的作用為發(fā)動機提供清潔、定量、可燃的燃油，以保證發(fā)動機正常工作。供油系統(tǒng)的主要組成油箱、燃油泵、燃油濾清器、噴油器等。起動系統(tǒng)起動機起動機是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，用來啟動發(fā)動機。起動機控制系統(tǒng)起動機控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制起動機的啟動和停止，確保起動過程安全可靠。起動電池起動電池是為起動機提供電能的電源，通常采用鉛酸蓄電池。起動過程起動時，通過起動機控制系統(tǒng)啟動起動機，起動機帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)，最終點燃混合氣或燃油，使發(fā)動機啟動。點火系統(tǒng)點火線圈點火線圈是點火系統(tǒng)的核心部件，它將低壓電流轉(zhuǎn)化為高壓電流，為火花塞提供點火能量?；鸹ㄈ鸹ㄈ麑⒏邏弘娏鬓D(zhuǎn)化為電火花，點燃汽油機氣缸內(nèi)的可燃混合氣，啟動發(fā)動機。點火開關(guān)點火開關(guān)控制著點火系統(tǒng)的通斷，啟動發(fā)動機時，點火開關(guān)接通點火電路，為點火線圈提供電流，并控制火花塞的點火時機。點火時間的確定最佳點火提前角點火時間過早會產(chǎn)生爆震，過晚會降低效率。最佳點火提前角取決于發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等因素。點火時間控制系統(tǒng)現(xiàn)代發(fā)動機采用電子控制系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機工況自動調(diào)節(jié)點火提前角。傳感器數(shù)據(jù)電子控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、進氣壓力傳感器等數(shù)據(jù)，計算最佳點火時間。點火控制模塊點火控制模塊根據(jù)計算結(jié)果，向點火線圈發(fā)出指令，控制點火時間。節(jié)氣門系統(tǒng)控制進氣量節(jié)氣門控制進氣量，影響發(fā)動機功率。調(diào)節(jié)氣流節(jié)氣門開度影響進氣量，進而影響發(fā)動機轉(zhuǎn)速。重要組成部分節(jié)氣門是發(fā)動機的關(guān)鍵組成部分，影響燃油效率和動力。進排氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)進氣系統(tǒng)負(fù)責(zé)將新鮮空氣吸入氣缸，為燃燒提供氧氣，以推動活塞運動。排氣系統(tǒng)排氣系統(tǒng)將燃燒后的廢氣排出氣缸，并減輕噪聲，防止環(huán)境污染。進排氣系統(tǒng)的組成進排氣系統(tǒng)包含空氣濾清器、進氣歧管、排氣歧管、消聲器等部件。增壓系統(tǒng)原理增壓系統(tǒng)利用發(fā)動機排氣能量，提高進氣壓力，增加進氣量，提高發(fā)動機的功率和扭矩。增壓系統(tǒng)的主要部件包括渦輪增壓器、中冷器和進氣歧管。類型常見的增壓系統(tǒng)包括渦輪增壓器、機械增壓器和電磁增壓器。渦輪增壓器利用排氣能量驅(qū)動渦輪，壓縮進氣；機械增壓器利用發(fā)動機曲軸的動力驅(qū)動增壓器壓縮進氣；電磁增壓器利用電磁驅(qū)動壓縮進氣。汽油機點火系統(tǒng)高壓點火線圈將蓄電池的低壓電轉(zhuǎn)化為高壓電，供給火花塞產(chǎn)生電火花。點火分配器將高壓電按順序分配到各缸火花塞，確保每個氣缸在正確的時間點火?；鸹ㄈ鸹ㄈ瞧蜋C點火系統(tǒng)的核心部件，用于產(chǎn)生電火花，點燃汽油和空氣混合氣。柴油機燃油系統(tǒng)燃油泵將燃油從油箱輸送到噴油器。燃油濾清器過濾燃油中的雜質(zhì)，防止堵塞噴油器。噴油器將燃油噴入燃燒室，控制燃油噴射的時機和量。燃油管路將燃油輸送到噴油器，并保證燃油的壓力和流量。曲軸箱通氣系統(tǒng)11.降低曲軸箱壓力氣體通過通氣管排出，避免曲軸箱壓力過高，防止機油泄漏。22.減少機油消耗防止機油蒸汽進入燃燒室，導(dǎo)致機油燃燒，減少機油消耗。33.降低排氣污染通過通氣管將曲軸箱中的有害氣體排放到進氣管，經(jīng)燃燒室燃燒，降低排放。44.改善發(fā)動機性能降低曲軸箱壓力，減少活塞環(huán)磨損，提高發(fā)動機效率。燃燒室形狀對發(fā)動機性能的影響燃燒室形狀對混合氣燃燒過程，進而影響發(fā)動機的性能，如功率，經(jīng)濟性，排放等。例如，燃燒室形狀影響火焰?zhèn)鞑ニ俣龋紵?，以及排氣污染物的生成。常見燃燒室形狀包括碟形，球形，楔形，渦流室等。缸體結(jié)構(gòu)對發(fā)動機性能的影響缸體是發(fā)動機的主要承力部件，對發(fā)動機性能有重要影響。缸體結(jié)構(gòu)影響發(fā)動機的剛度、強度和熱穩(wěn)定性。缸體材料、結(jié)構(gòu)和制造工藝直接影響發(fā)動機的重量、體積、可靠性和壽命等性能指標(biāo)。缸蓋結(jié)構(gòu)對發(fā)動機性能的影響缸蓋是發(fā)動機的重要部件，它密封燃燒室，并容納氣門、火花塞等部件。缸蓋結(jié)構(gòu)直接影響到發(fā)動機的性能，比如燃燒室形狀、氣門布置、冷卻方式等等。例如，缸蓋上的進氣道和排氣道的設(shè)計會影響發(fā)動機的進氣效率和排氣效率，進而影響發(fā)動機的功率和燃油經(jīng)濟性?；钊Y(jié)構(gòu)對發(fā)動機性能的影響活塞是內(nèi)燃機的重要組成部分，它在氣缸內(nèi)往復(fù)運動，將燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能?；钊慕Y(jié)構(gòu)對發(fā)動機的性能有很大影響?；钊男螤?、材質(zhì)、重量和尺寸等因素都會影響發(fā)動機的功率、油耗、排放和可靠性等性能指標(biāo)。比如，活塞的形狀可以影響燃燒室的形狀和容積，從而影響燃燒效率和排放?；钊牟馁|(zhì)要耐高溫、耐磨損和耐腐蝕，比如鋁合金、鋼等。活塞的重量要適中，過重會增加發(fā)動機負(fù)荷，過輕會降低發(fā)動機的穩(wěn)定性。連桿結(jié)構(gòu)對發(fā)動機性能的影響連桿是發(fā)動機的重要部件之一，將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，傳遞活塞對曲軸的力。連桿的強度和剛度會直接影響發(fā)動機的工作性能，包括功率、扭矩、燃油經(jīng)濟性等。連桿的材質(zhì)、形狀和尺寸都會影響其強度和剛度，不同的連桿設(shè)計會對發(fā)動機性能產(chǎn)生不同的影響。曲軸結(jié)構(gòu)對發(fā)動機性能的影響曲軸是內(nèi)燃機的核心部件，它將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，并將動力傳遞給其他部件。曲軸結(jié)構(gòu)對發(fā)動機性能有著重大影響，包括發(fā)動機功率、扭矩、振動、噪音等方面。曲軸的材料、加工精度、平衡性等因素都會影響發(fā)動機的性能。飛輪作用與雙重飛輪飛輪作用飛輪安裝在曲軸后端，用于儲存能量，并使發(fā)動機運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。飛輪通過慣性克服曲柄連桿機構(gòu)的慣性力，提高發(fā)動機工作效率。雙重飛輪雙重飛輪是指在發(fā)動機曲軸后端安裝兩個飛輪，用于進一步提高發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。雙重飛輪可以有效降低發(fā)動機振動和噪音，提高駕駛舒適性。發(fā)動機實際工作周期與理想工作周期1理想工作周期理論模型，假設(shè)氣體膨脹和壓縮過程是絕熱過程，進排氣過程是等容過程2實際工作周期考慮實際發(fā)動機中存在的熱損失、摩擦損失等因素，氣體膨脹和壓縮過程并非絕熱過程3兩者差異實際工作周期中，氣體膨脹和壓縮過程存在熱損失，導(dǎo)致實際輸出功率低于理想值實際工作周期與理想工作周期是理論模型與實際應(yīng)用之間的對比。理想工作周期假設(shè)氣體膨脹和壓縮過程是絕熱過程，進排氣過程是等容過程，實際工作周期則考慮了熱損失、摩擦損失等因素的影響，氣體膨脹和壓縮過程并非絕熱過程。發(fā)動機機械效率與熱效率發(fā)動機機械效率是指發(fā)動機輸出機械能與燃料燃燒所釋放的能量之比，反映發(fā)動機將燃料燃燒的能量轉(zhuǎn)化為機械能的能力。熱效率是指發(fā)動機輸出的有效功率與燃料消耗量之比，反映發(fā)動機在燃料燃燒過程中能量的利用率。30%機械效率現(xiàn)代汽油發(fā)動機機械效率一般在30%左右25%熱效率現(xiàn)代柴油發(fā)動機熱效率一般在25%左右提高發(fā)動機機械效率和熱效率是提升發(fā)動機燃油經(jīng)濟性和環(huán)保性能的