发动机原理基本构造.ppt

第一章内燃机基本工作原理与总体构造 迄今为止除为数不多的电动汽车外 汽车发动机都是热能动力装置 或简称热机 在热机中借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能 基本知识 发动机是汽车的动力源 燃料燃烧 热能 机械能 基本知识 热机有内燃机和外燃机两种 热机 内燃机 外燃机 直接以燃料燃烧所生成的燃烧产物为工质的热机为内燃机 反之则为外燃机 内燃机包括活塞式内燃机和燃气轮机 外燃机则包括蒸汽机 汽轮机和热气机等 单级背压式汽轮机 外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机 新型外燃机使用氢气作为工质 传递能量的媒介物质叫工质 在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质 气缸一端为热腔 另一端为冷腔 工质在低温冷腔中压缩 然后流到高温热腔中迅速加热 膨胀做功 燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧 通过加热器传给工质 工质不直接参与燃烧 也不更换 外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题 从而实现了高效率 低噪音 低污染和低运行成本 外燃机 内燃机与外燃机相比 具有结构紧凑 体积小 质量轻和容易起动等许多优点 内燃机特点 内燃机尤其是活塞式内燃机被极其广泛地用作汽车动力 第1节汽车发动机的类型 1 按活塞运动方式分 按活塞运动方式的不同 活塞式内燃机可分为往复活塞式和旋转活塞式两种 往复活塞式 旋转活塞式 往复活塞式发动机 发动机2 avi 转子发动机 往复活塞式 根据所用燃料种类 活塞式内燃机主要分为汽油机 柴油机和气体燃料发动机三类 2 根据所用燃料种类 汽油机 柴油机 汽油机 柴油机 气体燃料发动机 使用天然气 液化石油气和其他气体燃料的活塞式内燃机称作气体燃料发动机 以汽油和柴油为燃料的活塞式内燃机分别称作汽油机和柴油机 按冷却方式的不同 活塞式内燃机分为水冷式和风冷式两种 3 按冷却方式的不同 以水或冷却液为冷却介质的称作水冷式内燃机 以空气为冷却介质的则称作风冷式内燃机 水冷式 风冷式 往复活塞式内燃机按其在一个工作循环期间活塞往复运动的行程数进行分类 四冲程 二冲程往复活塞式内燃机 活塞式内燃机每完成一个工作循环 便对外作功一次 不断地完成工作循环 才使热能连续地转变为机械能 4 在一个工作循环期间活塞往复运动的行程数 在一个工作循环中活塞往复四个行程的内燃机称作四冲程往复活塞式内燃机 活塞往复两个行程便完成一个工作循环的则称作二冲程往复活塞式内燃机 观看四冲程柴油机 汽油机工作原理 观看二冲程柴油机 汽油机工作原理1 按照气缸数目分类可以分为单缸发动机和多缸发动机 5 按照气缸数目 仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机 有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机 单缸发动机 多缸发动机 内燃机按照气缸排列方式不同可以分为 单列式和双列式 6 内燃机按照气缸排列方式不同 单列式发动机的各个气缸排成一列 一般是垂直布置的 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 对置式发动机 按进气状态不同 活塞式内燃机还可分为增压和非增压两类 7 按进气状态不同 若进气是在接近大气状态下进行的 则为非增压内燃机或自然吸气式内燃机 若利用增压器将进气压力增高 进气密度增大 则为增压内燃机 增压可以提高内燃机功率 涡轮增压发动机 第2节内燃机的基本名词术语 2 汽油机 1 柴油机 单缸发动机和多缸发动机 单缸发动机和多缸发动机 1 组成 排气门 进气门 气缸盖 气缸 活塞 活塞销 连杆 曲轴 柴油机的构造 喷油嘴 进气门 活塞 连杆 排气门 气缸 曲轴 汽油机的构造 火花塞 气缸 进气门 活塞 连杆 排气门 曲轴 2 基本名词术语 上止点 下止点 上止点 下止点 曲轴旋转中心 活塞行程 曲柄半径 对于气缸中心线通过曲轴中心线的内燃机 其活塞行程为曲柄半径的两倍 即S 2R 燃烧室容积 气缸的总容积 燃烧室容积或余隙容积Vc 气缸的总容积Va 气缸的工作容积 气缸总容积等于工作容积与燃烧室容积之和 即Va Vh Vc 发动机术语 内燃机总排量 L 多缸机各气缸工作容积的总和称内燃机总排量 用VH表示 若气缸数为i 气缸直径为D 活塞行程为S 以升为单位的内燃机排量可由下式计算 压缩比 气缸总容积和燃烧室容积之比 称为压缩比 用 表示 压缩比表示气缸中气体被压缩的程度 燃烧室容积Vc 气缸的总容积Va 压缩比 观看 5压缩比 四冲程 对于往复活塞式内燃机 曲轴每转两圈 活塞往复运动四次 完成进气 压缩 作功 排气一个工作循环的为四冲程内燃机 如果曲轴每转一圈 活塞往复运动两次 完成一个工作循环的称为二冲程内燃机 二冲程 二冲程柴油机工作原理 swf 第3节四冲程内燃机工作原理及示功图 一 单缸四冲程柴油机的工作原理 单缸四冲程柴油机的工作过程a 进气 b 压缩 c 作功 d 排气 单缸四冲程柴油机工作原理 吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程 吸气冲程 空气 活塞从上止点向下止点移动 这时在配气机构作用下进气门打开 排气门关闭 由于活塞下移 气缸容积增大 气缸内产生真空吸力 新鲜空气经滤清器 进气管不断吸入气缸 压缩冲程 活塞由下止点向上止点移动 这时进 排气门均关闭 气缸内容积不断减小 气体被压缩 其温度和压力都不断提高 在压缩冲程末 缸内空气温度已超过柴油的着火点 为喷入气缸内的柴油蒸发 混合和燃烧创造条件 做功冲程 在压缩过程接近终了时 喷油器将柴油以细小的油雾喷入气缸 在高温 高压和高速气流作用下很快蒸发与空气混合 形成可燃混合气 并在高温下自行着火燃烧 放出大量热量 使气缸中气体温度和压力急剧上升 高压气体膨胀便推动活塞从上止点向下止点移动 从而推动曲轴旋转 这样 燃料的热能转变成曲柄连杆机构的机械运动而对外作功 随着活塞下移 气缸内的温度和压力也逐渐下降 排气冲程 燃烧后的废气 此时排气门打开 进气门关闭 活塞从下止点向上止点移动 废气便依靠压力差和活塞上行的排挤 迅速从排气门排出 单缸四冲程柴油机的工作过程a进气b压缩c作功d排气 当活塞再次由上止点向下止点移动时 又开始了下一个工作循环 这样周而复始地继续下去 活塞经过进气 压缩 作功和排气四个连续工作过程后 便完成了一个工作循环 一 单缸四冲程柴油机的工作原理 关系 在柴油机每一个工作循环中 虽然各阶段的任务不一样 但它们都是互相联系的 进气 压缩和排气这三个阶段都是为了作功阶段作准备的 只有废气排除愈干净 进入气缸内的新鲜空气才会愈多 只有将空气进行压缩 才能获得高温 高压 使柴油自燃而产生大量热能并转化为机械能 反之 作功过程也为其它三个阶段提供了足够的能量 使曲轴能连续旋转 在四冲程柴油机中 只有作功行程对外输出机械功 其余三个行程都是消耗机械功的 请看柴油机工作原理演示 内燃机 柴油机 四冲程柴油机工作原理 MPG 单缸四冲程柴油机工作原理 单缸四冲程柴油机的工作过程a 进气 b 压缩 c 作功 d 排气 提问 二 单缸四冲程汽油机工作原理 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 吸气冲程 进气门打开 排气门关闭 活塞由上端向下端运动 汽油和空气组成的燃料混合气从进气门吸入气缸 压缩冲程 进气门和排气门都关闭 活塞向上运动 燃料混合气被压缩 压强增大 温度升高 做功冲程 在压缩冲程末尾 火花塞产生电火花 使燃料猛烈燃烧 产生高温高压的燃气 推动活塞向下运动 并通过连杆带动曲轴转动 排气冲程 燃烧后的废气 进气门关闭 排气门打开 活塞向上运动 把废气排出气缸 请看汽油机工作原理演示 内燃机 汽油机 四冲程汽油机工作原理 MPG 三 示功图 四冲程柴油机示功图 四冲程汽油机示功图 三 示功图 示功图 内燃机示功图即气缸内气体压力随曲轴转角或气缸容积变化的曲线图 它是用示功器在试验中直接测得的 由示功图可以得到许多重要数据 如气缸内气体的瞬时压力和温度 最高爆发压力 着火时刻 燃烧终点 燃烧规律等 它们是分析内燃机工作过程好坏的原始数据 作用 利用内燃机曲柄连杆机构中活塞位移和曲轴转角之间的几何关系 转换描绘出气缸内压力随气缸容积变化的P V示功图 P V示功图中分别为进气 压缩 作功 排气过程的气体压力变化曲线 P V示功图 1 四冲程柴油机示功图 图1 4四冲程柴油机示功图 进气 缸内废气压力略高于大气压力P0 活塞下行进气 气缸内的气体压力低于大气压力P0 空气 重点 1 四冲程柴油机示功图 进气 当活塞在排气上止点r时 由于排气系统的阻力 上一循环的废气不可能完全排净 因此缸内废气压力略高于大气压力P0 进气行程随着活塞下行 气缸容积增大 压力下降 当气缸内压力低于大气压力P0后 空气被吸入气缸 由于进气系统存在阻力 使进气终了气缸内的气体压力低于大气压力P0 四冲程柴油机示功图 四冲程柴油机示功图 压缩 1 四冲程柴油机示功图 气体被压缩 温度 压力不断提高 活塞由下止点a向上移动 对气缸中气体进行压缩 气体的温度和压力随压缩程度的增加而不断提高 压缩终了时气体压力达很高 温度也很高 四冲程柴油机示功图 压缩 1 四冲程柴油机示功图 四冲程柴油机示功图 1 四冲程柴油机示功图 作功 开始喷油 开始燃烧 气体压力急剧上升到Z点 活塞下移 燃料继续燃烧放热 气缸内的压力并不明显下降 直到Z 点燃烧才基本结束 等压膨胀 等容升压升温 不等压膨胀 四冲程柴油机示功图 1 四冲程柴油机示功图 作功 压缩临近终了时 喷油器喷入雾状柴油与空气混合后着火燃烧 缸内气体压力急剧上升到Z点 此时压力可达极高 温度升到极高 喷油和燃烧要持续一段时间 虽然活塞开始下移 此时还有喷入的燃料继续燃烧放热 气缸内的压力并不明显下降 直到Z 点燃烧才基本结束 随着气体膨胀作功而推动活塞继续下移 缸内压力和温度很快下降 燃烧后的废气 四冲程柴油机示功图 1 四冲程柴油机示功图 排气 由于排气系统有阻力 排气终了时 气缸内废气压力略高于大气压力 活塞从下止点b向上止点r移动 废气从排气门排出 由于排气系统有阻力 因此 排气终了时 气缸内废气压力略高于大气压力 当活塞再次向下移动时 又开始了新的工作循环 四冲程柴油机示功图 1 四冲程柴油机示功图 排气 四冲程柴油机示功图 功W 功W 示功图中斜线部分面积的大小 就是一个气缸在一个工作循环内气体对活塞所作功的大小 同一柴油机 在不同负荷下工作时 示功图上斜线部分面积的大小不同 小负荷时示功图上的面积小 大负荷时示功图上的面积大 与柴油机相比 缸内气体压缩程度小 压缩比小得多 在接近压缩行程终了时 电火花点燃混合气 燃烧进行很快 延续时间极短 此时气体压力几乎直线上升 当活塞开始下行时 缸内压力很快下降 无等压膨胀过程 与柴油机示功图有所区别 四冲程汽油机示功图 2 四冲程汽油机示功图 吸气冲程 压缩冲程 作功冲程 无等压膨胀过程 重点 等容升压升温 不等压膨胀 排气冲程 此二图的最主要的区别是什么 原因是什么 这是什么图 请分析此图 这是什么图 请分析此图 提问 第4节二冲程内燃机工作原理 二冲程内燃机的工作循环是活塞在两个行程即曲轴旋转一周的时间内完成的 一 单缸二冲程柴油机工作原理 排气门 空气室 气缸 扫气泵 进气孔 喷油嘴 一 单缸二冲程柴油机工作原理 第2行程 c 膨胀作功d 换气 第1行程 a 换气b 压缩 一 单缸二冲程柴油机工作原理 1 结构 这种类型的二冲程柴油机无进气门 气缸上有一组进气孔6 由活塞的上下运动控制其开 闭 缸盖上设排气门1 空气由扫气泵5提高压力以后 经气缸外部的空气室2和气缸壁上的进气孔6进入气缸 完成进气和扫气过程 燃烧后产生的废气由缸盖上的排气门排出 换气这一行程开始时 曲轴按图中所示方向旋转 活塞由下止点向上移动 这时进气孔和排气门均开着新鲜空气由扫气泵以高于大气压力送入气缸 并把气缸中的残余废气从排气门扫除 这种进气和排气同时进行的过程称为 扫气过程 一 单缸二冲程柴油机工作原理 第一行程换气 压缩行程 2 工作原理 扫气过程 活塞继续向上移动 进气孔被活塞关闭 接着排气门也关闭 于是气缸内的新鲜空气开始被压缩 一直进行到上止点 第一行程换气 压缩行程 压缩 空气被压缩 活塞上移 一 单缸二冲程柴油机工作原理 第二行程膨胀 换气过程 活塞接近上止点时 喷油器开始喷油 被喷油器喷成的雾状柴油与高温压缩空气相遇 便迅速燃烧 由于燃气压力的作用 推动活塞向下移动 经连杆带动曲轴旋转而输出动力 膨胀作功 喷油燃烧 活塞下移 输出动力 当活塞下行至某一时刻时排气门打开 作功后的废气靠本身压力经排气门排出 活塞继续向下移动 随后打开进气孔 这时气缸外的新鲜空气被扫气泵再次压入气缸 开始了 扫气过程 活塞一直移动到下止点 完成了第二个工作行程 第二行程膨胀 换气过程 换气 排气门开 活塞下移 进气孔打开 观看 二冲程柴油机工作原理 二 二冲程汽油机工作原理 单缸 曲轴箱换气式二冲程汽油机工作原理图1一进气孔 2一排气孔 3一换气孔 废气 经换气孔3进入气缸 进气孔1 曲轴箱 排气孔2 二 二冲程汽油机工作原理 单缸 1 结构 气缸上有三组孔 分别在一定时刻为活塞所关闭或打开 可燃混合气经进气孔1进入曲轴箱 继而经换气孔3进入气缸内 废气则经过与排气管相通的排气孔2排除 二 二冲程汽油机工作原理 单缸 第一行程压缩 吸气 曲轴箱内形成一定的真空度 压缩 进气孔1开启 活塞继续上行 活塞上行 活塞向上移动 到活塞将三组孔均关闭时 开始压缩气缸内的可燃混合气 同时在曲轴箱内形成一定的真空度 此种汽油机的曲轴箱必须是密封的 当活塞继续上行至进气孔1开启时 在真空吸力作用下可燃混合气便进入曲轴箱 活塞将要接近上止点时火花塞发出电火花点燃混合气 高温高压气体膨