项目一：发动机总体构造1.ppt

汽车发动机构造 西南科技大学城市学院主讲教师 蒋莎 项目一 发动机总体构造 教学重点 掌握发动机分类及常用术语 教学难点 理解四种不同发动机的工作原理 概述及发动机分类 发动机的常用术语 往复式活塞式内燃机的工作原理及结构 发动机总体组成 项目一主要内容 概述发动机的定义 将某一种形式的能量转变为机械能的机器 内燃机 混合气在机器内部燃烧而产生热能 然后再转变成机械能 外燃机 混合气在机器外部燃烧而产生热能 然后再转变成机械能 热能 机械能 电能 太阳能 风能 车用内燃机 活塞式 往复活塞式和旋转活塞式燃气轮机 往复式发动机 必须通过曲轴连杆机构将活塞直线运动转化为旋转运动 技术较成熟 油耗较小 动力输出稳定 但转速不高 转子式发动机 直接将可燃气的燃烧膨胀力转化为驱动扭矩 优点 转子发动机尺寸更小 重量较轻 振动 噪声较低 可以达到很高的转速 缺点 技术不够成熟 油耗在转速未提升时很高 运用较少 发动机分类 按七种不同分类 燃料 活塞运动方式 行程数 冷却方式 点火方式 气缸布置 进气方式 汽油 柴油 CNG LPG 甲醇 乙醇幻灯片8 氢气 油气或油电混合 电动 BEV 太阳能 往复式 转子式 二冲程 四冲程 水冷 风冷 点燃 压燃 直列式 V型 W型 对置式 自然进气 增压 涡轮增压 双 机械增压 幻灯片9 乙醇汽油也被称为 E型汽油 我国使用乙醇汽油是用90 的普通汽油与10 的燃料乙醇调和而成 它可以改善油品的性能和质量 降低一氧化碳 碳氢化合物等主要污染物排放 甲醇是由煤 焦 天然气 轻油 重油等为原料合成生产的工业甲醇 甲醇的性质 工业甲醇有毒 易燃 易爆 在常温常压下 甲醇为无色 透明 易流动 易挥发的液体 具有与乙醇相似的气味 甲醇汽油在动力性能上是可以替代汽 柴油 甲醇汽油需要由甲醇 汽油和核心添加剂配置而成 甲醇汽油技术已成熟 汽车上常用的是 四冲程水冷式往复活塞式多缸汽油发动机 发动机的常用术语 上止点下止点活塞行程 S 曲柄半径 R 气缸工作容积 Vh 发动机排量 VL 燃烧室容积 Vc 气缸总容积 Va 压缩比 工作循环 VL Vh I Va Vc Vh D2 S 10 6 4 L D 气缸直径mmS 活塞行程mm 1 上 下止点活塞顶离曲轴回转中心最远处时的位置称为上止点 活塞顶离曲轴回转中心最近处时的位置称为下止点 2 活塞行程 S 上 下止点之间的距离称为活塞行程 3 曲柄半径 R 曲轴上连杆轴颈轴线与曲轴主轴颈轴线之间的距离称为曲柄半径 活塞行程为曲柄半径的两倍 即S 2R 4 气缸工作容积 Vh 活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积称为气缸工作容积或气缸排量 单位为L 即式中D 气缸直径 mm S 活塞行程 mm 5 燃烧室容积 Vc 活塞在上止点时 活塞顶与气缸盖之间的容积称为燃烧室容积 单位为L 6 气缸总容积 Va 活塞在下止点时 活塞顶上方的容积称为气缸总容积 单位为L 显然 气缸总容积是气缸工作容积与燃烧室容积之和 即式中Vc 燃烧室容积 L Va 气缸工作容积 L 7 发动机排量 VL 多缸发动机各气缸工作容积之和称为发动机排量 单位为L 即式中Vh 气缸工作容积 L i 气缸数目 8 压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比 即式中Va 气缸总容积 L Vh 气缸工作容积 L Vc 燃烧室容积 L 9 工作循环在气缸内每完成一次热能与机械能的相互转换 所经历的一系列连续过程称为发动机的一个工作循环 10 发动机其他参数及定义 进气形式最大马力最大功率最大功率转速最大扭矩最大扭矩转速气缸排列形式配气机构 发动机特有技术燃料形式燃料标号供油方式缸盖材料缸体材料排放标准 最大扭矩转速 rpm 与最大功率转速 rpm 扭矩 扭矩是指发动机曲轴输出的平均力矩 最大扭矩转速 是指发动机输出最大扭矩对应的曲轴转速 同发动机的功率输出一样 扭矩输出也是一个类似山峰式的曲线图 先升高再降低 因而也就存在最大扭矩对应的转速 当然 这也不是绝对 涡轮发动机由于先天的优势 发动机的最大扭矩输出变得平缓了很多 因而最大扭矩转速对应的不是一个转速 而是一个速度区间 最大功率转速 是指发动机输出最大功率对应的曲轴转速 为什么会有最大功率转速 因为发动机的输出和转速有直接的联系 在刚开始的时候 发动机的输出功率随着转速的升高而加大 但输出达到最大值之后 其便会随着发动机的转速提高而下降 发动机最大功率转速用r min表示 意思是转每分钟 不同发动机的最大功率转速是不同的 一般汽油发动机最大功率转速在5000 8000r min 而柴油发动机的转速要低一点 在3000 5000r min 往复活塞式内燃机的基本结构 一 内燃机的基本结构如右图所示 1 进气门 2 排气门 3 气缸壁 4 活塞 5 连杆 6 曲轴 7 曲柄 教学 五个一 二 四冲程发动机柴油汽油之争 1 四冲程柴油机2 四冲程汽油机3 两者工作状况对比 一个工作循环 进气 压缩 作功 排气 可燃混合气形成 在压缩行程终了时 柴油经喷油泵将油压提高到10MP以上 再通过喷油器喷入气缸 与高温空气混合 形成可燃混合气 着火方式 自燃 1 四冲程柴油机工作原理 幻灯片28 1 四冲程柴油机的工作原理 喷油器 喷油泵 吸气行程 压缩行程 作功行程 进气门 排气门 纯空气 温度300 370K压力80 90kPa 温度800 1000K压力3 5MPa 瞬时 温度1800 2200K压力5 10MPa 温度800 1000K压力105 400kPa 终了 温800 1000K压力105 400kPa 与汽油机不同的是 可燃混合气的着火方式原因 柴油粘度大 不易蒸发 而其自燃温度压缩终了压力 3 5 4 5MPa压缩终了温度 750 1000K压缩比 16 22 2 柴油机工作时各行程状态参数 2 四冲程汽油机结构 组成 活塞 活塞环 连杆 曲轴 火花塞 进气门和排气门 幻灯片23 1 四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机每完成一个工作循环需要经过进气 压缩 膨胀 做功 和排气四个过程 对应活塞上下四个行程 曲轴相应旋转720 排气门关闭 进气门开启 活塞 温度370 440K 压力75 90kPa 大气压力 P V r a 上止点 下止点 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 示功图 排气门关闭 活塞 压缩比 Va Vc P V a 上止点 下止点 温度600 800K 压力600 1500kPa 进气门关闭 r c 进气门关闭 排气门关闭 活塞 P V r c z b 上止点 下止点 瞬时最高 温度2200 2800K 压力3 5MPa 作功终了 温度1500 1700K 压力300 500kPa a 进气门关闭 排气门打开 活塞 温度900 1200K压力105 125kPa 残余废气 V r z b 上止点 下止点 a P 综上所述 四冲程汽油发动机经过进气 压缩 燃烧作功 排气四个冲程 完成一个工作循环 活塞在上 下止点间往复移动了四个行程 相应地曲轴旋转了两周 2 四冲程汽油发动机工作状态 1 每个工作循环曲轴转2周 每一行程曲轴转半周 2 四行程中 只有做功行程产生功 其他三个行程都消耗能量 3 起动时 必须有外力 当做功行程开始后 做功能量便可维持发动机继续运行 4 混合气是利用电火花点燃的 3 总结 四冲程汽油发动机工作特点 3 四冲程汽油机与柴油机工作状况对比 3 汽油机与柴油机比较结论汽油机 转速高 5000 6000r min 质量小 工作噪音小 启动容易 制造和维护费用低等 不足是燃料消耗率高 燃料经济性差 柴油机 燃油消耗率比汽油机低30 且柴油价格较低 经济性好 转速可达5000r min 不足是质量大 制造和维护费用高 三 二冲程发动机汽油柴油之争 1 二冲程汽油机2 二冲程柴油机3 两者工作状况对比 1 二冲程汽油机工作原理 压缩混合气 进气 点火燃烧 排气 扫气孔 进气孔 排气孔 火花塞 1 结构 发动机气缸体上有三个孔 即进气孔 排气孔和扫气孔 这三个孔的开闭分别由活塞控制 2 工作原理 工作循环包含两个行程1 第一行程 活塞自下止点向上移动 三个气孔同时被关闭后 进入气缸的混合气被压缩 在进气孔露出时 可燃混合气流入曲轴箱 2 第二行程 活塞压缩到上止点附近时 火花塞点燃可燃混合气 燃气膨胀推动活塞下移作功 这时进气孔关闭 密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩 当活塞接近下止点时排气孔开启 废气冲出 随后换气孔开启 受预压的可燃混合气冲人气缸 驱除废气 进行换气过程 2 二冲程柴油机工作原理 换气 燃烧 排气 压缩 喷油器 空气 扫气泵 废气 排气门 3 二冲程汽油机与四冲程汽油机的比较 难 易 污染小 污染严重 复杂 简单方便 高 低 长 短 小 大 低 高 复杂 简单 1 发动机在整车上的位置 发动机总体组成 我在这儿呢 基本结构 发动机由 两大机构五大系统 组成 两大机构 曲柄连杆机构 配气机构 曲柄连杆机构 配气机构 2 发动机基本结构 五大系统 冷却系 润滑系 燃料供给系 点火系 起动系 冷却系 润滑系 点火系 起动系 1 曲柄连杆机构功用 是往复活塞式发动机实现热功转换的主要装置 组成 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组 2 配气机构功用 使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸中排出废气 组成 进气门 排气门 挺杆 推杆 摇臂 凸轮轴 正时齿轮等 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 摇臂 凸轮轴 3 燃料供给系功用 向发动机提供燃料和空气 并排除缸内废气 组成 燃料供给装置和进 排气装置 4 点火系统功用 将汽车电源供给的低压电转变为高压电 并按照发动机的做功顺序与点火时刻的要求 适时准确地将高压电送至各缸的火花塞 使火花塞跳火 点燃气缸内的混合气 组成 蓄电池 发电机 点火线圈 断电器 分电器 点火提前角调节器 火花塞和点火开关等 5 冷却系功用 把受热零件的热量散到大气中去 以保证发动机正常工作 组成 水泵 散热器 风扇 分水管 水套等 6 润滑系功用 润滑 冷却 清洗 密封 防腐等 组成 由机油泵 滤清器 限压阀 油道等 7 起动系统功用 使发动机由静止状态进入到正常工作状态 组成 蓄电池 起动机 起动继电器 点火开关等 8 总体分布 9 发动机拆卸后组成 今天的知识你理解了多少 现在能在车上找到发动机了吗 你能理解发动机的原理了吗 你能举一反三了吗 欢饮品鉴 谢谢各位童鞋 作业 1 叙述四冲程汽油机和四冲程柴油机工作过程的主要不同之处 2 为什么市场上轿车普遍采用四冲程汽油机作为主要动力 新的动力系统又有哪些 未来汽车你比较看好那种动力系统 3 压缩比是大一点好还是小一点好 3 压缩比是大一点好还是小一点好 压缩比是指发动机气缸的总容积 即工作容积 燃烧室容积 与燃烧室容积之比 压缩比 气缸的总容积 燃烧室容积 压缩比是发动机的一个非常重要的结构参数 它表示活塞在下止点压缩开始时的气体体积与活塞在上止点压缩终了时的气体体积之比 从动力性和经济性方面来说 压缩比应该越大越好 压缩比高 动力性好 热效率高 车辆加速性 最高车速等会相应提高 但是受汽缸材料性能以及汽油燃烧爆震的制约 汽油发动机的压缩比又不能太大 通常 压缩比在7 5 8 0应选用90号车用汽油 压缩比在8 0 8 5应选用90号 93号车用汽油 压缩比在8 5 9 5应选用93号 95号车用汽油 压缩比在9 5 10应选用95号 97号车用汽油 一般可以在汽车说明书中查到压缩比 除说明书以外 汽车生产厂也会在油箱盖内侧标注推荐