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1、第一章第一章 汽车发动机的工作原理和总体汽车发动机的工作原理和总体 1.1 1.1 内燃机的基本名词及一般分类内燃机的基本名词及一般分类一、内燃机简介一、内燃机简介1、概念、概念 是将燃料在其燃烧室中燃烧所产生的热能直接转是将燃料在其燃烧室中燃烧所产生的热能直接转化为机械能的一种动力机械化为机械能的一种动力机械2、分类、分类内燃机旋转式(燃气轮机)活塞式旋转活塞式往复活塞式热力发动机（热机）内燃机（柴油机、汽油机等）外燃机（蒸汽机、汽轮机）内燃机的分类内燃机的分类:1）燃料：）燃料：柴油机、汽油机、燃气机柴油机、汽油机、燃气机2）冲程数：）冲程数：二冲程、四冲程二冲程、四冲程3）气缸数：）气缸
2、数：单缸机、多缸机单缸机、多缸机4）气缸排列方式：）气缸排列方式：直列立式、直列卧式、直列立式、直列卧式、V型等型等5）冷却方式：）冷却方式：水冷、风冷水冷、风冷6）进气方式：）进气方式：增压式、非增压式（自然吸气式）增压式、非增压式（自然吸气式）7）着火方式：）着火方式：压燃式、点燃式压燃式、点燃式8）用途：）用途：固定式、移动式固定式、移动式单缸汽油机构造简图单缸汽油机构造简图二、内燃机的基本名词定义二、内燃机的基本名词定义1）上止点（）上止点（TDC,Top Dead Center）2）下止点（）下止点（BDC,Bottom Dead Center）3）曲柄半径（）曲柄半径（mm)：R4
3、）活塞行程（）活塞行程（mm)：S=2R5）气缸工作容积）气缸工作容积(L)：(D气缸直径）气缸直径）6）燃烧室容积（余隙容积）燃烧室容积（余隙容积）(L)：Vc7）气缸最大容积（）气缸最大容积（L）：）：Va 8）内燃机排量）内燃机排量(L)：VL=Vhi9）压缩比：）压缩比：=Va/Vc动画动画上止点上止点下止点下止点上止点上止点下止点下止点工工作作容容积积2R压缩比比定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比。用表示。=Va/Vc压缩比过大的不良后果 压缩比比过大的不良后果大的不良后果名称名称成因成因现象象后果后果爆燃爆燃由于气体由于气体压力和力和温度温度过高，在燃
4、高，在燃烧室内离点燃中室内离点燃中心心较远处的末端的末端可燃混合气自燃可燃混合气自燃而造成的一种不而造成的一种不正常燃正常燃烧。火焰以极高的速率火焰以极高的速率向外向外传播，形成播，形成压力波，以声速向前力波，以声速向前推推进。当。当压力波撞力波撞击燃燃烧室壁室壁时就就发出尖出尖锐的敲缸声。的敲缸声。还会引起会引起发动机机过热，功率下降，燃油消耗量功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。增加等一系列不良后果。严重爆燃重爆燃时甚至造成气甚至造成气门烧毁、轴瓦破裂，火瓦破裂，火花塞花塞绝缘体体击穿等。穿等。表面表面点火点火由于燃由于燃烧室内室内炽热表面与表面与炽热处(如排气如排气门头，火，火花塞
5、花塞电极，极，积炭炭处)点燃混合气点燃混合气产生的另一种不正生的另一种不正常燃常燃烧。伴有伴有强烈的烈的较沉沉闷敲敲击声。声。产生的高生的高压会使会使发动机机件机机件负荷增加，寿荷增加，寿命降低。命降低。返回1-2 四冲程内燃机工作原理四冲程内燃机工作原理一、四冲程内燃机工作循环一、四冲程内燃机工作循环四冲程内燃机四冲程内燃机活塞上、下共四个行程，曲轴活塞上、下共四个行程，曲轴旋转二周（旋转二周（720），完成一个工作循环的内燃机。），完成一个工作循环的内燃机。四冲程内燃机由下述四个冲程组成一个工作循环四冲程内燃机由下述四个冲程组成一个工作循环1.进气冲程进气冲程2.压缩冲程压缩冲程3.作功冲
6、程作功冲程4.排气冲程排气冲程(动画：动画：四冲程内燃机工作原理四冲程内燃机工作原理)四冲程内燃机工作循环示意图四冲程内燃机工作循环示意图 四冲程四冲程发动机的机的简单工作原理工作原理 四冲程汽油机的工作原理四冲程汽油机的工作原理 1、进气行程气行程2、压缩行程行程 3、作功行程、作功行程 4、排气行程、排气行程 单缸四冲程汽油机的工作缸四冲程汽油机的工作过程程进气行程气行程示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。排气门关闭进气门开启活塞温度370440K，压力7590kPa大气大气压力力线PVra示功示功图上止点下止点压缩行程行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：=Va/VcPV
7、ra示功示功图大气大气压力力线c上止点下止点温度600800K，压力6001500kPa作功行程作功行程进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功示功图大气大气压力力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度22002800K，压力35MPa作功终了：温度15001700K，压力300500kPa排气行程排气行程进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气大气压力力线cZb上止点下止点温度9001200K压力105125kPa残余废气四冲程四冲程发动机工作状机工作状态状态行程温度(K)压力进气行程3704407590kPa压缩行程6008006001500kPa作功行程22002800(瞬时最高)1500170
8、0(作功终了)35MPa(瞬时最高)300500kPa(作功终了)排气行程9001200105125kPa 四冲程柴油机的工作原理四冲程柴油机的工作原理喷油器喷油泵吸气行程吸气行程压缩行程行程作功行程作功行程排气行程排气行程进气门排气门纯空气温度300370K压力800900kPa温度8001000K压力35MPa瞬时：温度18002200K压力510MPa温度8001000K压力105400kPa终了：温8001000K压力105400kPa柴油机工作柴油机工作时各行程状各行程状态参数参数 状状态 行程行程温度温度(K)压力力进气行程气行程320350800900 kPa压缩行程行程8001
9、00035MPa作功行程作功行程22002800(瞬瞬时最高最高)15001700(作功作功终了了)510MPa(瞬瞬时最高最高)300500 kPa(作功作功终了了)排气行程排气行程8001000105125 kPa 1 1）使用的燃料不同使用的燃料不同 2 2）混合气形成过程不同）混合气形成过程不同 柴柴油油机机进进气气冲冲程程吸吸入入气气缸缸的的是是纯纯空空气气，柴柴油油以以雾雾状状直直接接喷喷入入燃燃烧烧室室，并并与与空空气气边边混混合合边边燃燃烧烧。汽汽油油机机混混合合气气是是在在气缸外气缸外的化油器和进气管形成的。的化油器和进气管形成的。3 3）压缩比高低不同）压缩比高低不同 柴油
10、机压缩比一般柴油机压缩比一般 15 152222，汽油机压缩比为，汽油机压缩比为7 71010。4 4）点燃方式不同）点燃方式不同 柴柴油油机机压压缩缩比比高高，压压缩缩终终了了时时混混合合气气温温度度超超过过柴柴油油的的自自燃燃温温度度，混混合合气气自自行行着着火火，称称为为压压燃燃式式发发动动机机；而而汽汽油油机机必须依靠火花塞进行强制点火，又称为点燃式发动机。必须依靠火花塞进行强制点火，又称为点燃式发动机。柴油机和汽油机主要区别柴油机和汽油机主要区别柴油机与汽油机的性能比较柴油机与汽油机的性能比较1、动力性：转速，汽油机，50006000r/min 柴油机，25003000r/min 2
11、、经济性：柴油机好，燃油消耗率要低30%3、用 途：汽油机：质量小，噪声小，起动容易等，轿车、小型货车等用。柴油机：质量大，载货车用。但目前欧洲约轿车柴油机占30%1-3 二冲程内燃机工作原理二冲程内燃机工作原理二冲程内燃机工作过程二冲程内燃机工作过程二冲程内燃机二冲程内燃机活塞上、下共二个行程，活塞上、下共二个行程，曲轴旋转一周（曲轴旋转一周（360），完成一个工作循环的），完成一个工作循环的内燃机。仍由下述五个过程组成，即内燃机。仍由下述五个过程组成，即进气过程、压缩过程、燃烧过程、膨胀过程、排气过进气过程、压缩过程、燃烧过程、膨胀过程、排气过程。但进气、排气过程同时进行，俗称为换气过程程
12、。但进气、排气过程同时进行，俗称为换气过程扫气过程：大量扫气空气进入气缸，将废气从气缸驱扫气过程：大量扫气空气进入气缸，将废气从气缸驱出的过程。出的过程。二冲程工作过程动画二冲程工作过程动画二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优缺点？1.理论上它的功率应等于四冲程发动机的二倍。2.由于作功频率较大，二冲程发动机的运转比较均匀平稳。3.构造简单，质量较小。4.易受磨损和经常需要修理的运动部件数量较少。5.不易将废气自气缸内排除干净，而且部分可燃混合气随同废气排出，经济性差。思考思考1-4 内燃机总体构造内燃机总体构造内燃机通常由下列机构和系统组成：内燃机通常由下列机构和系统组成：1.机体与气缸盖
13、：机体与气缸盖：机体：机体：是内燃机的骨架，由气缸体、曲轴箱及油底壳组成是内燃机的骨架，由气缸体、曲轴箱及油底壳组成 气缸盖：气缸盖：与活塞顶共同组成燃烧室。气门、气道等零件安排其中。与活塞顶共同组成燃烧室。气门、气道等零件安排其中。2.曲柄连杆机构：曲柄连杆机构：内燃机的主要运动件，由活塞、连杆、曲轴、飞轮等组成。内燃机的主要运动件，由活塞、连杆、曲轴、飞轮等组成。活塞的往复运动活塞的往复运动曲轴的旋转运动。曲轴的旋转运动。3.供给系：供给系：包括燃油供给系，进、排气系统。燃油供给系主要部件化油器包括燃油供给系，进、排气系统。燃油供给系主要部件化油器（汽油机）及喷油泵、喷油器（柴油机）。进、
14、排气系统主要部件：空（汽油机）及喷油泵、喷油器（柴油机）。进、排气系统主要部件：空气滤清器、进排气管和消声器等。气滤清器、进排气管和消声器等。4.配气机构：配气机构：定时开启、关闭气门。由气门组、传动组、驱动组等组成。定时开启、关闭气门。由气门组、传动组、驱动组等组成。5.点火系：点火系：混合气由火花塞来点燃。由火花塞、点火线圈、断电器、分电器混合气由火花塞来点燃。由火花塞、点火线圈、断电器、分电器等组成。等组成。6.冷却系：冷却系：对高温零部件进行冷却。由水泵、风扇、散热器等组成。对高温零部件进行冷却。由水泵、风扇、散热器等组成。7.润滑系：润滑系：向高速运动的摩擦副供给润滑油，以减轻磨损。
15、向高速运动的摩擦副供给润滑油，以减轻磨损。8.起动装置：起动装置：内燃机借助于外力，使之着火达到自行运转状态。内燃机借助于外力，使之着火达到自行运转状态。桑塔桑塔纳发动机机结构示意构示意图桑塔桑塔纳发动机冷却系示意机冷却系示意图桑塔桑塔纳发动机机润滑系示意滑系示意图1-5 内燃机性能指标内燃机性能指标动力性能指标：动力性能指标：功率、转矩、转速等功率、转矩、转速等经济性能指标经济性能指标：油耗（燃油耗、机油耗等）油耗（燃油耗、机油耗等）运转性能指标：运转性能指标：排气品质、噪声、起动性、可靠性等排气品质、噪声、起动性、可靠性等发动机的性能指标是用来衡量发动机性能好坏发动机的性能指标是用来衡量发
16、动机性能好坏的标准，主要有：的标准，主要有：一、动力性指标一、动力性指标是指曲轴对外作功能力的指标，包括：有效扭矩有效扭矩Ttq：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的平均转矩Ttq，Nm。有效功率有效功率Pe：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率Pe，kW。曲轴转速曲轴转速n：指发动机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。二、经济性指标：二、经济性指标：通常用燃油消耗率（be，单位g/kWh）来评价发动机的经济性能。燃油消耗率是指单位有效功的燃油消耗量，也就是发动机每发出1kW有效功率，在1小时内所消耗的燃油质量(g)。式中：b每小时的燃油
17、消耗量，kg/h；Pe有效功率，kW。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率是最小值。三、运转性能指标三、运转性能指标包括排放烟度、有害气体(CO，HC，NOx)排放量、噪声、起动性能等。四、速度特性四、速度特性是指发动机的功率、转矩和燃油消耗率随曲轴转速变化而变化的规律。节气门全开时的速度特性叫发动机的外特性；节气门不全开的任意位置所得到的速度特性都称为部分速度特性。由图1-17以看出，当曲轴转速为时，发动机发出最大转矩。当转速小于时，发动机燃烧不良，另外，转速降低,每个工作循环的时间增长,燃烧气体与气缸壁接触时间也增长，由于冷却而产生的热量损失就更大,因而有效转矩略微减小。转速由不断增加时,
18、由于进气行程时间短,气流速度高,阻力大,充气量减少,而且摩擦损失又加大,故也随之减少.当转速达到n3时,有效功率Pe达最大值。功率是转矩与转速的乘积。在n1n2的范围内，与n都是逐渐增加，其乘积也增加，故在转速n1n2的范围内，Pe随n的增加而增加。在n2n3范围内，n虽然增加，但却逐渐降低，不过降低较缓慢，故Pe缓慢地增加,到时达到最大值.转速超过时,虽然n是增加的,但由于T下降很快,故Pe也逐渐下降。五、发动机的工况与负荷五、发动机的工况与负荷 发动机工作状况（简称发动机工况工况）一般用它的功率与曲轴转速来表征，有时也用负荷与曲轴转速来表征。发动机在某一转速下的负荷负荷就是当时发动机发出的
19、功率与同一转速下所能发出的最大功率之比，用百分数表示。在同一转速下，节气门开度越大表示负荷越大，但并不成比例。图1-18示某发动机的一组特性曲线。表示相应于燃料供给调节机构位置最大时的外特性曲线，、分别表示燃料供给调节机构位置依次减小的位置和位置所得到部分特性。工况a负荷为零（称为发动机空转工况）工况b负荷=工况c负荷=工况d负荷=（即发动机全负荷）功率的大小并不代表负荷的大小1-6 内燃机产品名称和型号编制规则内燃机产品名称和型号编制规则国家标准（国家标准（GB725-91）：）：1.内燃机产品名称按所采用的燃料命名内燃机产品名称按所采用的燃料命名2.内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组内
20、燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。成。3.型号由四部分组成：型号由四部分组成：（1）柴油机165F单缸、四冲程、缸径65mm、风冷、通用型。R175A单缸、四冲程、缸径75mm、水冷、通用型（R表示175产品换代符号，型A为系列产品改进的区分符号）。R175ND单缸、四冲程、缸径75mm、凝气冷却、发电机组用（R含义同上）。495T四缸、直列、四冲程、缸径95mm，水冷、拖拉机用。YZ6102Q-6缸、直列、四冲程、缸径102mm、水冷、车用（YZ为扬州柴油机厂代号）。12V135ZG12缸、V型、四冲程、缸径135mm、水冷增压、工程机械用。6E430SZ6缸、二冲程、缸径430mm、水冷、十字头式、可倒转、增压、船用主机、左机基本型。G6300CG系列、6缸、四冲程、缸径300mm、可倒转、船用主机、右机基本型。（G为产品系列代号）。（2）汽油机1）1E65F单缸、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型。2）4100Q四缸、四冲程、缸径100mm、水冷、汽车用。范例范例170F、495T、6E135C、12V135ZG、4100Q要求指出：要求指出：缸数、冲程数、缸径、冷却方式、用途等缸数、冲程数、缸径、冷却方式、用途等本章思考题：本章思考题：“构造上构造上”P4