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发动机基础知识培训 技术中心发动机所李晟2010 7 一 发动机的基本常识二 发动机的构造及原理三 发动机的设计与检验 一 发动机的基本常识 1 什么是发动机 2 发动机的分类3 发动机基本术语4 摩托车发动机型号编制方法 1 什么是发动机 1 什么是发动机 发动机是将某一种形式的能量转变为机械能的机器 发动机包括热机和电动机等 热机是把热能转化为机械能 它包括内燃机和外燃机 内燃机燃料在机器内部燃烧 外燃机燃料在机器外部燃烧 电动机是把电能转化为机械能 内燃机的特点是液体或气体燃料和空气混合后输入机器内部燃烧而产生热能 外燃机 如蒸气机 的特点是燃料在机器的外部锅炉内燃烧 将锅炉内的水加热 使之变成高温高压的水蒸气 再将水蒸气送入机器内部 使所含的热能转变为机械能 内燃机与外燃机相比 具有热效率高 体积小 重量轻 便于移动 启动性能好等优点 因而广泛运用于各种车辆上 2 发动机的分类 1 按燃料分可分为柴油机 汽油机和天然气机等 2 按实现循环的行程数分四冲程发动机 活塞移动四个行程或曲轴转两圈 气缸内完成一个工作循环 二冲程发动机 活塞移动两个行程或曲轴转一圈 气缸内完成一个工作循环 3 按冷却方式分水冷式发动机 风冷式发动机 4 按点火方式压燃式 CI 发动机 利用气缸内空气被压缩后产生的高温 使燃油自燃 如柴油机 点燃式 SI 发动机 利用火花塞发出的电火花强制点燃燃料 使燃料强行着火燃烧 如汽油机 煤气机 5 按凸轮轴位置分侧置式 凸轮轴位于气缸体一侧 顶置式 凸轮轴位于气缸盖上 顶置式又分为以下两种 单顶置凸轮轴 SOHC 发动机双顶置凸轮轴 DOHC 发动机 6 按进气方式分自然吸气式发动机 空气靠活塞的抽吸作用进入气缸内 增压式发动机 为增大功率 在发动机上装有增压器 使进入气缸的气体预先经过压气机压缩后再进入气缸 7 按气缸数目分单缸发动机 多缸发动机 8 按气缸的排列型式分直列立式发动机 所有气缸中心线在同一垂直平面内 直列卧式发动机 所有气缸中心线在同一水平平面内 V型发动机 气缸中心线分别在两个平面内 且两平面相交呈V型 对置式发动机 V型夹角为1800时又称为对置式 其他 还有W型 奥迪W16 H型 X型 星型等 3 摩托车发动机基本术语 1 缸径 即气缸的直径简称缸径 2 行程 活塞从上止点运动到下止点所走过的距离叫活塞行程 简称行程 上止点 习惯上把活塞运动到最高点 即活塞位于离曲轴最远的位置叫上止点 由于此时活塞的运动速度为零 所以又称上死点 下止点 同理 习惯上把活塞运动到最低点 即活塞位于离曲轴最近的位置叫下止点 由于此时活塞的运动速度为零 所以又称下死点 5 燃烧室 活塞在上止点时 活塞上方与气缸盖之间的空间部分叫燃烧室 6 气缸的总容积 活塞在下止点时 它上方的全部空间 称为气缸总容积 它是气缸工作容积和燃烧室容积的总和 7 压缩比 气缸的总容积对燃烧室容积之比 压缩比表示工作混合气在气缸中被活塞压缩时体积缩小的倍数 压缩比的大小 对发动机功率有很大的影响 8 排量 又称气缸工作容积 即活塞从下止点运动到上止点所通过的行程容积 发动机排量计算公式如下 V CC r2sn其中r 气缸半径cms 行程cmn 气缸数9 最大功率 在油门全开时 发动机所能产生的最大功率 10 最大扭矩 在油门全开时 发动机所能产生的最大扭矩 4 发动机型号编制方法 发动机型号由阿拉伯数字 以下简称数字 和汉语拼音字母 以下简称字母 组成 发动机型号依次包括下列四部分 1 首部 产品特征代号 为企业代号或产品的系列代号用不超过三个大写字母表示 其中产品系列代号需经行业标准化归口单位核准 备案 2 中部 由缸数符号 气缸布置形式符号 行程符号 缸径符号组成 其中气缸数符号用数字表示 缸径符号用气缸直径 mm 的整数表示 3 后部 由冷却方式特征符号 发动机用途特征符号和发动机名义排量符号组成 4 尾部 为设计及改型代号 设计代号用阿拉伯数字1 2 3 依次表示发动机设计顺序 当设计代号为1时可省略 改型代号用大写字母A B C D 依次表示原发动机型改型顺序 设计及改型代号用符号 与前面符号隔开 发动机名义排量符号 按GB T5375的规定划分名义排量 按下表所示 以汽油机为例 1 1E52FMH 表示单缸 二行程 缸径52mm 风冷 摩托车用 排量110ml2 1P52QMI 表示单缸 四行程 缸径52mm 卧式 强制风冷 排量为125ml 3 477Q 表示四缸 四行程 缸径77mm 水冷 汽车用4 2V50ML 表示两缸 四行程 缸径50mm V型 水冷 排量为200ml 5 253FMM 表示两缸 四行程 缸径53mm 并列型 水冷 排量为250ml 6 462MS 表示四缸 四行程 缸径62mm 水冷 排量为600ml 思考 力帆开发的某款摩托车用发动机基本信息如下 单缸 卧式 强制风冷 四气门 四冲程 缸径为52 4 行程为57 8 排量为124 6ml 该发动机的型号为 思考 力帆开发的某款摩托车用发动机基本信息如下 单缸 卧式 强制风冷 四气门 四冲程 缸径为52 4 行程为57 8 排量为124 6ml 该发动机的型号为 1P52QMI 二 摩托车发动机的构造 1 摩托车发动机的构造2 四冲程发动机的基本原理3 二冲程发动机的基本原理 1 摩托车发动机的构造 一般都是由两大机构和六大系统组成1 1两大机构曲柄连杆机构 是发动机借以产生动力 并将活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力的机构 机体组 活塞连杆组和曲轴飞轮组 连杆 飞轮 曲轴 活塞 进气门 排气门 推杆 挺柱 正时齿轮 配气机构曲柄连杆机构 1 2配气机构 是使可燃混合气及时充入气缸并在燃烧后及时将废气从气缸中排出 气门组 气门传动组 配气凸轮 摇臂 凸轮轴 1 2 六大系统1 进排气系统 油箱 汽油滤清器 汽油泵 化油器 节气门体 喷油器 油轨 燃油喷射式发动机 排气道 消声器等 2 点火系统 分电器 点火线圈和火花塞等 3 冷却系统 水泵 节温器 风扇和散热器等 常采用的冷却方式有 风冷 强制风冷 油冷 水冷 如图所示 水在水泵的压力作用下 经气缸体 气缸头 节温器 散热器 水泵循环 将气缸体 气缸头中的热量通过散热器散发到外界 降低了发动机工作温度 改善了工作环境 提高了压缩比 并且水套还有隔音作用 从而使水冷发动机具有长寿 强劲 省油 环保 冷静的优点 4 润滑系统 油底壳 集滤器 机油泵 滤清器 调压阀和安全阀等 5 起动系统 起动机及附属设备组成 6 充电系统 蓄电池 发电机 调节器等 2 四冲程发动机的工作原理 四行程汽油机的运转是按进气行程 压缩行程 作功行程和排气行程的顺序不断循环反复的 1 进气行程由于曲轴的旋转 活塞从上止点向下止点运动 这时排气门关闭 进气门打开 进气过程开始时 活塞位于上止点 气缸内残存有上一循环未排净的废气 因此 气缸内的压力稍高于大气压力 随着活塞下移 气缸内容积增大 压力减小 当压力低于大气压时 在气缸内产生真空吸力 空气经空气滤清器并与化油器供给的汽油混合成可燃混合气 通过进气门被吸入气缸 直至活塞向下运动到下止点 在进气过程中 受空气滤清器 化油器 进气管道 进气门等阻力影响 进气终了时 气缸内气体压力略低于大气压 约为0 075 0 09MPa 同时受到残余废气和高温机件加热的影响 温度达到370 400K 实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开 并且延迟到下止点之后关闭 以便吸入更多的可燃混合气 2 压缩行程曲轴继续旋转 活塞从下止点向上止点运动 这时进气门和排气门都关闭 气缸内成为封闭容积 可燃混合气受到压缩 压力和温度不断升高 当活塞到达上止点时压缩行程结束 此时气体的压力和温度主要随压缩比的大小而定 可燃混合气压力可达0 6 1 2MPa 温度可达600 700K 压缩比越大 压缩终了时气缸内的压力和温度越高 则燃烧速度越快 发动机功率也越大 但压缩比太高 容易引起爆燃 所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高 可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧 且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播 造成尖锐的敲缸声 会使发动机过热 功率下降 汽油消耗量增加以及机件损坏 轻微爆燃是允许的 但强烈爆燃对发动机是很有害的 汽油机的压缩比一般为 6 10 3 作功行程作功行程包括燃烧过程和膨胀过程 在这一行程中 进气门和排气门仍然保持关闭 当活塞位于压缩行程接近上止点 即点火提前角 位置时 火花塞产生电火花点燃可燃混合气 可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高 最高压力可达3 5MPa 最高温度可达2200 2800K 高温高压气体膨胀 推动活塞从上止点向下止点运动 通过连杆使曲轴旋转并输出机械功 除了用于维持发动机本身继续运转外 其余用于对外作功 随着活塞向下运动 气缸内容积增加 气体压力和温度降低 当活塞运动到下止点时 作功行程结束 气体压力降低到0 3 0 5MPa 气体温度降低到1300 1600K 4 排气行程可燃混合气在气缸内燃烧后生成的废气必须从气缸中排出去以便进行下一个进气行程 当作功接近终了时 排气门开启 进气门仍然关闭 靠废气的压力先进行自由排气 活塞到达下止点再向上止点运动时 继续把废气强制排出到大气中去 活塞越过上止点后 排气门关闭 排气行程结束 实际汽油机的排气行程也是排气门提前打开 延迟关闭 以便排出更多的废气 由于燃烧室容积的存在 不可能将废气全部排出气缸 受排气阻力的影响 排气终止时 气体压力仍高于大气压力 约为0 105 0 115MPa 温度约为900 1200K 曲轴继续旋转 活塞从上止点向下止点运动 又开始了下一个新的循环过程 可见四行程汽油机经过进气 压缩 作功 排气四个行程完成一个工作循环 这期间活塞在上 下止点往复运动了四个行程 相应地曲轴旋转了两圈 3 二冲程发动机工作原理 二冲程发动机上 活塞上下运动一次 即运动两个行程 发动机就点一次火 它的工作原理如图 第一冲程 活塞从下止点上行 遮蔽扫气口 排气口 压缩气缸中的可燃混合气 当活塞到达上止点附近时 火花塞跳火点燃混合气 与此同时 进气口打开 新鲜的可燃混合气体进入曲轴箱 在活塞到达上止点时 关闭进气口 第二冲程 混合气迅速燃烧 同时产生大量的热和很高的压力 在高压气体的推动下 活塞下行 通过连杆使曲柄旋转对外做功 活塞下行到一定位置之后 首先打开排气口 燃烧后的废气高速喷出排气口 接着打开扫气口 新鲜的混合气被压进气缸中 并把残留的废气挤出气缸 同时 在活塞到达下止点时 进气口再次打开 在活塞到达下止点后 借助飞轮的惯性力 越过下止点 又继续上行 开始下一个做功循环 二冲程发动机就这样 曲柄每转动一周 发动机就完成一个完整的做工循环 包括 压缩 进气 做功 排气 预压 扫气6个过程 二冲程发动机的优点 第一 曲轴每转一周就有一个做功行程 因此 当工作容积和转速相同时 理论功率应等于四冲程发动机的二倍 第二 由于发生做功过程的频率较大 故运转比较均匀平稳 第三 由于没有专门的配气机构 所以它结构较简单 质量较小 第四 因附属机构少 因此易受磨损和经常需要修理的运动部件数量比较少 二冲程发动机的缺点第一 不易将废气从气缸中排除干净 并且在换气时减少了有效工作行程 因此在同样的工作容积和曲轴转速下 其功率仅为四冲程发动机的1 5 1 6倍 第二 在换气时有一部分新鲜可燃混合气随同废气被排出 使得燃油经济性降低 第三 由于为使活塞润滑 需要不断向气缸供给润滑油 因此排气中往往含有润滑油 导致碳氢化合物 HC 和可视烟雾的排放增加 由于以上缺点 二冲程发动机未被广泛应用 三 发动机的设计与检验 发动机设计开发能力是一个现代化公司发展的基石 我们公司拥有一支专业化 经验丰富的产品研发队伍 与国外知名研究机构合作 引进具有世界先进水平的的研发设备 设计软件和检测设备 具有国内一流的科研技术和研发力量 具备自行设计 自主研发的能力 新开发产品都拥有自主知识产权 新产品研发已经超越国内众多企业的仿制 外观改型阶段 进入发动机性能全面提升 降低振动 噪音 减少排放等领域 购进电涡流测功机 振动测试仪 噪音测试仪 三坐标检测台 动平衡检测机 三维数据采集等检测设备和研发设备 大量使用Unigraphics Alias CATIA等三维软件辅助设计 辅助分析 热力学 动力学 燃烧等模拟分析 为了对发动机性能有充分的了解和随时控制发动机质量 我们无论是在发动机开发阶段还是在发动机批量生产后 都需要对我们的发动机进行大量的试验 来保证发动机的可靠 所以我们公司建立了设备非常完善的试验室来支持开发和生产 通常我们对发动机要做下列试验 1 起动性能试验起动性能试验目的 检验发动机常温和低温状态下的起动性能和起动系统的可靠性 1 1常温起动试验1 2低温起动试验1 3常温起动可靠性试验 2 最低空载稳定转速 怠速 试验检测发动机的最低稳定转速和最低稳定转速时的转速漂移情况 以及发动机的基本运转状况 3 排气污染物测量 怠速法 试验检测发动机怠速状态下的一氧化碳 CO 和碳氰化合物 HC 4 发动机清洁度测量试验检查发动机的清洁程度是否符合要求 5 速度特性试验检测发动机在不同工况条件下的功率 扭矩 油耗 冷却水温 火花塞垫片温度 废气温度等性能参数是否达到设计使用要求 一般测试100 75 50 25 负荷速度特性试验 外特性 6耐久性试验检验发