发动机原理实验指导书-实验1.doc

发动机原理实验指导书学 号： 班 级： 姓 名： 成 绩： 实验一、发动机总成一、实验目的1、 掌握发动机各个系统的组成；2、 掌握发动机主要零部件的名称、外形及安装连接；3、 加深对发动机工作过程和原理的了解。二、实验相关理论任务一 认识发动机总体结构一、发动机的作用 发动机是汽车的动力源。一般来说，一般轿车的发动机通常安装在车前部的发动机仓中（如图1.1），发动机的外形如图1.2所示。图 1.1 发动机的位置 （丰田车） 图 1.2 发动机外形（丰田5A发动机）汽车出现故障时，大部分是发动机机械故障引起的，这就需要对发动机进行检修。检修时，要对发动机部件进行拆装，这就要求我们了解发动机的组成情况，以及各部分的主要作用，从而进一步分析和判断故障存在的位置，最终排除故障。二、发动机的分类 内燃机的分类方法很多，按照不同的分类方法可以把内燃机分成不同的类型，下面让我们来看看内燃机是怎样分类的。发动机分类见下表1. 1。表 1.1 发动机的分类 类别特点及应用场合按照使用燃料分类汽油发动机点燃式，优点是易起动，质量小，噪声低；缺点是动力储备较小，排气污染较重，经济性较差。适用于中、小型车辆柴油发动机压燃式，优点是动力性好，经济性好，排气污染较轻；缺点是质量大，噪声大，维修复杂。适用于中型以上载重车其他燃料燃料经济性好，排气污染小。适用于轿车和城市客车按照工作行程分类二冲程发动机结构简单，经济性差，排气污染较重。适用于轻便摩托车四冲程发动机动力性好，经济性好，排气污染较轻。广泛用于各种车辆按照冷却方式分类水冷发动机利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车上。风冷发动机利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。按照气缸数目分类单缸发动机仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机。多缸发动机有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机，如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。按照气缸排列方式分类单列式发动机它的特点是各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的。双列式发动机双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角180（一般为 90）称为 V型发动机，若两列之间的夹角 =180称为对置式发动机。按照进气是否采用增压自然吸气发动机增压发动机三、发动机的基本术语 发动机的基本术语，参见图 1.3。1工作循环 活塞式内燃机的工作循环是由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成的封闭过程。周而复始地进行这些过程，内燃机才能持续地作功。2上、下止点活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。3活塞行程 ( S )上、下止点间的距离 S 称为活塞行程。曲轴的回转半径 R 称为曲柄半径。显然，曲轴每回转一周，活塞移动两个活塞行程。对于气缸中心线通过曲轴回转中心的内燃机，其 S2R。图 1.3 发动机相关术语图示4气缸工作容积（Vh） 上、下止点间所包容的气缸容积称为气缸工作容积。5内燃机排量（Vl）内燃机所有气缸工作容积的总和称为内燃机排量。6燃烧室容积（Vc）活塞位于上止点时，活塞顶面以上气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室，其容积称为燃烧室容积，也叫压缩容积。7气缸总容积 （Va）气缸工作容积与燃烧室容积之和为气缸总容积。8压缩比()气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。压缩比的大小表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内的气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。四、发动机的组成发动机的结构形式很多，但基本上都是由两大机构和五大系统组成：包括曲柄连杆机构、配气机构及其燃油供给系、润滑系、冷却系、点火系（汽油机）和起动系。1曲柄连杆机构如图 1.8所示，曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成。它的作用是将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动，从而对外输出动力。图1.8曲柄连杆机构 图1.9配气机构2配气机构 配气机构主要由气门组和气门传动组两部分组成，如图1.9所示。它的主要作用是使可燃混合气及时充入汽缸，并及时从汽缸内排出废气。3燃油供给系根据使用燃料不同,燃油供给系有汽油机燃料供给系和柴油机燃料供给系。汽油机燃料供给系由汽油箱、电动燃油泵（汽油泵）、燃油滤清器、喷油器（化油器）、空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器（图中未画出），以及一系列传感器等组成，如图1.10所示。它的作用是把汽油和空气混合成合适的可燃混合气供入汽缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。图1.10燃油供给系4点火系点火系由供给低压电流的蓄电池、发电机、发动机控制单元（ ECU）、带点火控制器的点火线圈、高压线及火花塞等组成，如图 1.11所示。它的作用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的可燃混合气。图 1.11点火系 图 1.12冷却系5冷却系冷却系主要由水泵、散热器、节温器、风扇、分水管、汽缸体放水阀以及水套）等组成，如图 1.12所示。它的功用是把机件的热量散发到大气中去，以保证发动机正常工作。6润滑系润滑系由机油泵、集滤器、限压阀、润滑油道、机油滤清器等组成。它的功用是将润滑油供给到做相对运动的零件表面，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗零件表面。如图 1.13所示。7起动系起动系由起动机及其附属装置组成，如图 1.14所示。它的功用是使静止的发动机起动，并转入自行运转。 图 1.13 润滑系图 1.14 起动系任务二发动机的工作一、发动机的能量转化发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。现代汽车大多使用往复活塞式内燃机。它将燃料在发动机气缸内部进行燃烧，把产生的热能转变成机械能二、汽车发动机工作原理 1四冲程汽油机工作原理汽油机的工作过程可分为：进气行程、压缩行程、作功行程、排气行程。如图1.15如1.15 汽油机的工作过程（1）四行程汽油机工作原理将空气与汽油经化油器以一定比例混合成良好的混合气，在进气行程被吸入气缸，经压缩点火燃烧而变为热能，燃烧后的气体所产生的高温高压，作用于活塞顶部，推动活塞作直线运动，同时通过连杆、曲轴飞轮机构而变为旋转的机械能，对外输出功。（2）四行程汽油机工作过程通过可燃混合气的吸入、压缩、膨胀作功和废气排出四个行程，完成一个工作循环。然后又是进气，压缩周而复始，连续不断，这就是四冲程汽油机的工作循环（如图 1.16）。在活塞的四个行程中，仅一个行程是作功的，其他三个行程都不作功。（3）四行程汽油机各个行程工作情况 进气行程 活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时排气门关闭，进气门开启。在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内形成一定的真空度。空气和汽油的混合物通过进气门被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。图 1.16 单缸四行程汽油机示意图 图 1.17 单缸四行程柴油机示意图 压缩行程进气行程结束后，曲轴继续带动活塞由下止点移至上止点。这时，进、排气门均关闭。随着活塞移动，气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压缩，其压力和温度同时升高。作功行程 压缩行程结束时，安装在气缸盖上的火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃，火焰迅速传遍整个燃烧室，同时放出大量的热能。燃烧气体的体积急剧膨胀，压力和温度迅速升高。在气体压力的作用下，活塞由上止点移至下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。这时，进、排气门仍旧关闭。排气行程排气行程开始，排气门开启，进气门仍然关闭，曲轴通过连杆带动活塞由下止点移至上止点，此时膨胀过后的燃烧气体（或称废气）在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸之外。当活塞到达上止点时，排气行程结束，排气门关闭。2四冲程柴油机工作原理喷油泵和喷油器是柴油机燃料供给系中最为重要的部件，单缸四行程柴油机示意图，如图 1.17。四行程柴油机工作原理：每个工作循环都经历进气、压缩、作功、排气四个行程，如图1.18。燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而自燃温度低，所以点火方式是压燃式。进气和压缩行程中都是纯空气，其压缩比比汽油机高得多（一般为 1622），压缩终了时，气缸内的空气压力可达 3.54.5MPa，同时温度大大超过了柴油自燃温度，故柴油喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功，废气同样经排气门排入大气。图 1.18 四行程柴油机工作过程3二冲程汽油机工作原理二冲程内燃机的工作循环是在两个活塞行程即曲轴旋转一周的时间内完成的。在四冲程内燃机中，常把排气过程和进气过程合称为换气过程。在二冲程内燃机中换气过程是指废气从气缸内被新气扫除并取代的过程。这两种内燃机工作循环的不同之处主要在于换气过程。如图 1.19所示。（1）第一行程活塞在曲轴带动下由下止点移至上止点当活塞还处于下止点时，进气孔被活塞关闭，排气孔和扫气孔开启。这时曲轴箱内的可燃混合气经扫气孔进入气缸，扫除其中的废气。随着活塞向上止点运动，活塞头部首先将扫气孔关闭，扫气终止。但此时排气孔尚未关闭，仍有部分废气和可燃混合气经排气孔继续排出，称其为额外排气。当活塞将排气孔也关闭之后，气缸内的可燃混合气开始被压缩。直至活塞到达上止点，压缩过程结束。图 1.19 二行程汽油机工作过程（2）第二行程活塞由上止点移至下止点在压缩过程终了时，火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃。燃烧气体膨胀作功。此时排气孔和扫气孔均被活塞关闭，惟有进气孔仍然开启。空气和汽油经进气孔继续流入曲轴箱，直至活塞裙部将进气孔关闭为止。随着活塞继续向下止点运动，曲轴箱容积不断缩小，其中的混合气被预压缩。此后，活塞头部先将排气孔开启，膨胀后的燃烧气体已成废气，经排气孔排出。至此作功过程结束，开始先期排气。随后活塞又将扫气孔开启，经过预压缩的可燃混合气从曲轴箱经扫气孔进入气缸，扫除其中的废气，开始扫气过程。这一过程将持续到下一个活塞行程中扫气孔被关闭时为止。二、实验要求1、 通过对发动机实物和教学模型的观察，掌握发动机两大机构、五大系统组成；2、 观看发动机实物，掌握发动机主要零件的名称，分析其外形结构、安装位置及相互连接关系；3、 通过对发动机实物剖切模型的演示，加深对发动机工作过程和原理了解。三、实验内容1、 对柴油机实验台架进行静、动态观察，分析并记录；2、 结合实验台驾，演示发动机起动系、点火系、供给系、润滑系、冷却系工作过程，画出工作示意图；3、 通过柴油发动机实物剖切模型的动态运转，加深对发动机工作过程和原理了解，记录各个缸工作顺序；四、实验设备柴油机实验台架五、实验步骤1、 每组选择一个型号发动机实物，对整机及外部结构进行观察、分析，认识并掌握各个系统的组成，认识外部主要零部件。记录各个系统组成及主要零部件名称；2、 发动机起动系、点火系、供给系、润滑系、冷却系工作