汽车发动机及机构.ppt

1,汽车发动机的工作原理及总体构造,第一节内燃机基本结构第二节内燃机基本术语第三节四冲程内燃机工作原理第四节二冲程内燃机工作原理第五节发动机的总体构造第六节发动机的性能指标,2,第一节内燃机基本结构,3,返回,4,5,第二节内燃机的基本术语,工作循环(workingcycle)上、下止点(TDC,BDC)活塞行程(stroke)气缸工作容积内燃机排量燃烧室容积气缸总容积压缩比工况及负荷率,返回,6,上、下止点,活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点(TDC)；活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点(BDC)。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。,返回,7,活塞行程(stroke),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。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:S2R。,返回,8,气缸工作容积(sweptvolume),定义：上、下止点间所包容的气缸容积式中：D-气缸直径mmS-活塞行程mm,返回,9,内燃机排量(displacement),定义：内燃机所有气缸工作容积的总和式中：i-气缸数VS-气缸工作容积，L,10,多段式排气量调节系统，D-C公司特有技术，05款大切诺基：5.7升V8HEMI发动机MDS系统使发动机工作汽缸在V8-V6-V4之间切换，提高了发动机的燃油经济性,MDS（MultiDisplacementsystem）,11,VCM可变汽缸系统雅阁3.5LVCM发动机，采取“六缸/四缸/三缸”等不同的运转模式，达到兼顾动力输出或节能的不同需求。,返回,12,燃烧室容积(clearance),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，符号：VC,返回,13,气缸总容积(all),活塞位于下止点时，活塞顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积，符号：Va气缸总容积等于气缸工作容积与燃烧室容积之和,返回,14,压缩比(compressionratio),定义：气缸总容积与燃烧室容积之比(气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比)压缩比表示气体的压缩程度，是发动机中一个非常重要的概念。通常汽油机:710，柴油机:1622。绅宝（Saab）的SVC发动机：缸体与缸盖之间安装楔型滑块，缸体可以沿滑块的斜面运动，使得燃烧室与活塞顶面的相对位置发生变化，改变燃烧室的容积。其压缩比范围可从8至14之间变化。小负荷时用高压缩比以节约燃油；大负荷时采用低压缩比，并辅以机械增压器以实现大功率和高扭矩输出。,返回,15,工况及负荷率,工况：内燃机在某一时刻的运行状况。以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为发动机转速。负荷率：发动机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值称为负荷率，以百分数表示。负荷率通常简称负荷。,返回,16,第三节四冲程内燃机工作原理,进气冲程压缩冲程作功冲程排气冲程工作原理工作过程柴油机,返回,四冲程往复活塞式内燃机在四个活塞行程内完成进行、压缩、作功（燃烧和膨胀）和排气等四个过程。每一个活塞行程内只进行一个过程。,17,进气行程(Intake),排气门关，进气门开；活塞:TDC-BDC；活塞移动过程中，Va增大，气缸内形成一定的真空度。油气混合物被吸入气缸，进一步混合形成可燃混合气。终了时，内压力约0.080.09MPa，温度达320380K。,返回,18,压缩行程(Compression),进、排气门关，气缸封闭；活塞:BDC-TDC；混合气压缩，压力温度不断升高终了时，压力达0.81.5MPa，温度达600750K采用大压缩比，可提高压缩终了时气缸内的压力和温度，从而加快燃烧速度，提高发动机热效率。但太大容易引起“爆震”。,返回,19,作功行程(Power/Expansion),压缩行程结束时，火花塞产生电火花，点燃可燃混合气，火焰迅速传遍整个燃烧室，并放出大量热能；燃烧气体体积膨胀，气缸内气体温度和压力急剧升高，推动活塞从上止点运行到下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。此时，进排气门仍然关闭。燃烧最高压力可达36.5MPa，最高温度可达22002800K。终了时，气体压力降低到0.350.5MPa，气体温度降低到12001500K。,返回,20,排气行程(exhaust),进气门关，排气门开；活塞：BDC-TDC；废气靠自身的残余压力和活塞推动，经排气门排出气缸。排气行程结束后，残留在燃烧室内的少量废气称为残余废气。残余废气压力约为0.1050.12MPa，温度约为9001100K。,返回,21,四冲程汽油机工作原理,22,示功图(indicatordiagram),气缸内气体压力随气缸容积或曲轴转角的变化关系称作示功图图图示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据。将它与所积累的试验数据进行分析比较，可以对整个工作过程或工作过程的不同阶段进展的完善程度作出正确的判断。示功图上曲线围成的面积表示气体在单个气缸内所作的功,23,24,25,四冲程汽油机的工作原理小结（1）,四冲程汽油机在四个活塞行程内完成进气、压缩、作功和排气等过程，即在一个活塞行程内只进行一个过程。一个工作循环内发动机曲轴转两周，即每一个行程有180度的曲轴转角。在一个循环中，只有一个行程作功。将燃料的化学能转化为曲轴的动能。,26,四冲程汽油机的工作原理小结（2）,实际进气过程中，进气门、排气门早开晚关。为增加进入气缸内的混合气量和减少进气过程所消耗的功，进气门在上止点之前开启，在下止点之后关闭；为减少气缸内的残余废气量和排气过程所消耗的功，排气门在下止点之前开启，在上止点之后关闭。进、排气过程所占曲轴转角都超过180CA。,返回,27,汽油机工作过程演示,返回,28,四冲程柴油机(compressionignitionengine)工作原理,四行程柴油机的工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气四个行程。进气行程：被吸入气缸的是纯空气压缩行程：柴油机压缩比较大作功行程：压缩终了时喷油器将柴油喷入燃烧室，柴油自行燃烧。排气行程：与汽油机相同,返回,29,四冲程柴油机工作循环,-工作原理,30,四冲程柴油机工作原理,31,32,返回,33,第四节二冲程内燃机工作原理,第一行程第二行程工作过程,返回,34,第一行程：活塞上行，上方压缩下方-吸气,35,第二行程：活塞下行(上半程):上方作功下方-预压,36,第二行程：活塞下行(下半程):上方换气下方-预压,37,38,二冲程柴油机工作原理,返回,带扫气泵的气门-气孔式直流扫气二冲程柴油机,39,40,附:转子发动机工作原理,现代汪克尔转子发动机缸体内部空间总是被分成三个工作室，转子转动这些工作室也在运动，依次在摆线型缸体内的不同位置完成进气、压缩、作功和排气四个过程。转子自转速度与公转速度之比为1:3。,41,42,43,44,45,转子发动机工作原理,46,转子发动机工作原理,47,第五节发动机的总体构造,返回,48,49,50,51,52,53,机体组,54,机体组,作用：发动机的骨架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零部件的装配基体。,55,曲柄连杆机构,功用：将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，同时将作用于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩，以驱动汽车车轮转动,动画,56,配气机构,组成：气门组、气门传动组功用：按工作循环和发火次序的要求，定时开、闭进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出,动画,57,进排气系统,进气系统功用：尽可能多、尽可能均匀地向各缸供给可燃混合气或纯空气组成：空气滤清器、进气歧管排气系统功用：尽可能多的把燃烧后的废气排出气缸。组成：排气歧管、消声器等,58,进排气系统,返回,59,燃油供给系统,功用：根据发动机运转工况的需要，向发动机供给一定数量的、清洁的、雾化良好的燃油，以便与一定数量的空气混合形成可燃混合气；储存相当数量的燃油，以保证汽车有相当远的续驶里程。,60,化油器式汽油机燃油供给,61,电子控制汽油喷射系统,62,柴油机燃油供给,柴油箱8输油泵5柴油滤清器3喷油泵6喷油器12高压油管13低压油管回油管10,63,冷却系统,功用：使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内,64,润滑系统,功用：连续不断把数量足够、温度适当的洁净机油输送到传动件的摩擦表面，形成油膜，从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损。,65,66,67,点火系统,功用：在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气，使发动机作功。,68,起动系统,功用：在正常使用条件下，通过起动机将蓄电池储存的电能转变为机械能，带动发动机以足够高的转速运转，以顺利起运发动机。组成：蓄电池、起动机,69,演示,70,发动机的装配过程,返回,71,第六节发动机的性能指标,返回,72,有效转矩(efficientTorque),定义：发动机对外输出的转矩符号：Te单位：N.m有效功：有效转矩与曲轴角位移的乘积即为发动机对外输出的有效功,返回,73,有效功率(efficientPower),定义：发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率符号：Pe单位：kW大小：有效转矩与曲轴角速度的乘积公式：,-标定功率,74,标定功率,定义：发动机出厂时产品标牌上标明的有效功率分类:15分钟功率：发动机允许连续运转15分钟的最大有效功率。汽车爬坡功率和军用车辆及快艇的追击功率。1小时功率：发动机允许连续运转1小时的最大有效功率。船用主机，工程机械和机动车的最大使用功率。12小时功率：发动机允许连续运转12小时的最大有效功率。可作为工程机械，机车和拖拉机正常使用功率。持续功率：发动机允许长期运转的最大有效功率。可作为长期连续运转的远洋船舶，发电站，和农林排灌内燃机的持续使用功率。,返回,75,发动机转速,发动机转速：发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速表示符号：n单位：r/min标定转速：发动机产品标牌上标明的转速称为标定转速,76,77,返回,78,平均有效压力（brakemeanefficientpressure）,平均有效压力：单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力。单位：MPa公式：可以看作是假想的大小不变的压力，使活塞移动一个行程所作的功，等于每循环所作的有效功。,返回,79,有效热效率,有效热效率：燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率符号：e评价方法：为了获得一定数量的有效功所消耗的热量越少，有效热效率越高，发动机的经济性越好。,返回,80,有效燃油消耗率,有效燃油消耗率：发动机每输出1kW.h的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率表示符号：be单位：g/(kW.h)公式：B发动机在单位时间内的耗油量Pe发动机的有效功率,返回,81,其它性能指标（1）,强化指标：发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标:*升功率：标定工况下，单位发动机排量输出的有效功率称为升功率:*强化系数：平均有效压力与活塞平均速度的乘积称为强化系数.,下一页,82,其它性能指标（2）,紧凑性指标：表征发动机总体结构紧凑程度的指标*比容积：发动机外廓体积与其标定功率的比值*比质量：发动机的干质量与其标定功率的比值*单位体积功率,下一页,83,其它性能指标（3）,环境指标：发动机排气品质和噪声水平可靠性指标：发动机在规定的使用条件下，正常持续工作能力的指标耐久性指标：发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间工艺性指标：评价发动机制造工艺性和维修工艺性好坏的指标,下一页,84,其它性能指标（4）,发动机特性：指发动机性能指标随调整状况及运行工况而变化的关系。速度特性:是指发动机在油量调节机构保持不变的情况下，主要性能指标（功率、转矩、燃油消耗率、排温、烟度等）随发动机转速的变化规律。负荷特性：是指当转速不变时，发动机的性能指标随负荷而变化的关系。,返回,85,返回,86,发动机外特性：油量控制机构在标定位置时，测得的速度特性为外特性，也称全负荷速度特性或总功率特性,87,工况a负荷为零(空转工况)；工况b负荷20/4510044.4；工况c负荷32/4510071.1；工况d负荷45/4510010