发动机结构及工作原理介绍

1 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 发动机结构及工作原理介绍 2 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 1892INVENTION DIESEL 3 柴油机 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 4 发动机分类 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 分类方式 点火方式 冲程数 缸数及排列 冷却 点燃式发动机压燃式发动机 点火方式 汽油自燃温度高 采用火花塞强制点火 汽油发动机为点燃式发动机 柴油自然温度低 采用高压缩比压燃 柴油发动机为压燃式发动机 5 发动机分类 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 冲程数 二冲程发动机 四冲程发动机 曲轴旋转一周完成一个工作循环 由于换气不彻底 经济性较差 但结构简单 因此在摩托车上广泛使用 曲轴旋转二周完成一个工作循环 四冲程发动机有独立的进气和排气冲程 换气彻底 在汽车上广泛使用 并已逐渐用于摩托车 6 发动机分类 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 缸数及排列 L42 4L V63 0L V形排列 6缸 排气量 直列发动机 V形发动机 水平对置发动机 7 发动机分类 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 进气状态 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 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 8 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 工作方式 转子式发动机 活塞式发动机 发动机分类 转子发动机又称为米勒循环发动机 它采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放 与传统的活塞往复式发动机的直线运动迥然不同 转子发动机取消了无用的直线运动 因而同样功率的转子发动机尺寸较小 重量较轻 而且振动和噪声较低 具有较大优势 三角转子把汽缸分成三个独立空间 三个空间各自先后完成进气 压缩 做功和排气 三角转子自转一周 发动机点火做功三次 还存在气密性 润滑和磨损等一系列技术难题 9 工作原理 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 二冲程汽油机工作原理 二冲程柴油机工作原理 10 发动机工作原理 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 气缸内油气混合气燃烧产生压力 推动活塞往复运动 通过曲柄连杆机构转化为曲轴的旋转运动进行动力输出 发动机工作循环 11 发动机示功图 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 12 发动机常用术语 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 上止点 下至点 活塞行程 燃烧室容积 工作容积 总容积 压缩比 13 发动机性能指标 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点 并作为评价各类发动机性能优劣的依据 同时 发动机性能指标的建立还促进了发动机结构的不断改进和创新 一 动力性指标 1 有效转矩 记作Te 单位为N m 2 有效功率 3 发动机转速 用n表示 单位为r min 4 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 记作Pme 单位为MPa 14 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 二 经济性指标 1 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 记作 e 显然 为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 2 有效燃油消耗率 发动机每输出1kW的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率 记作be 单位为g kW h 式中 B 发动机在单位时间内的耗油量 kg h Pe 发动机的有效功率 kW 15 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 三 强化指标 强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标 一般包括升功率和强化系数等 1 升功率 发动机在标定工况下 单位发动机排量输出的有效功率称为升功率 升功率大 表明每升气缸工作容积发出的有效功率大 发动机的热负荷和机械负荷都高 2 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 活塞平均速度是指发动机在标定转速下工作时 活塞往复运动速度的平均值 四 紧凑性指标 1 比容积 发动机外廓体积与其标定功率的比值称为比容积 2 比质量 发动机的干质量与其标定功率的比值称为比质量 干质量是指未加注燃油 机油和冷却液的发动机质量 16 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 八 工艺性指标 17 发动机本体概述 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 发动机本体概述 发动机本体主要包含缸盖 缸体等零部件 发动机本体既是发动机各机构 各系统的装配基体又同时是发动机其它机构 系统的组成部分 缸体 缸盖 18 缸体概述 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 缸体作用 是发动机的骨架以及相关零部件的安装基体 发动机燃烧室 冷却水道 润滑油道的组成部 承受发动机工作时可燃混合气产生的气体力以及发动机运动件的惯性力 承受周期性的热冲击 典型缸体结构图 19 缸体分类 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 缸体按照曲轴孔对开的位置是否与缸体下表面 OP面 同一平面可常分为以下三种 一般式 曲轴孔对开位置与缸体下表面同一平面龙门式 曲轴孔对开位置高于缸体下表面隧道式 曲轴孔没有对开 适用于安装滚动轴承的组合式曲轴的缸体形式 各种缸体形式简图 一般式实例 一般式实例 20 缸盖概述 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 缸盖作用 配气机构的安装本体 密封缸孔上部 并与活塞顶部和缸孔形成燃烧室 承受发动机工作时可燃混合气产生的气体力 承受周期性的热冲击 典型缸盖结构图 21 缸盖燃烧室分类 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 发动机燃烧室按照缸盖部分燃烧室的形状可常分为以下三种 楔形燃烧室 结构简单 紧凑 在压缩终了时能形成挤气涡流 但对于HC排放不利盆型燃烧室 结构简单 但不紧凑半球形燃烧室 结构更加紧凑 散热面积小 有利于燃料完全燃烧 排放控制好 各种典型燃烧室简图 22 曲柄连杆机构概述 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 曲柄连杆机构概述 曲柄连杆结构主要包含活塞连杆组和曲轴飞轮组两大部分 曲柄连杆机构的主要作用是把活塞的直线往复运动转变为旋转运动并输出动力 23 活塞连杆组概述 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 活塞连杆组概述 活塞连杆组主要包含活塞 活塞环 活塞销 连杆总成和连杆轴瓦等 活塞连杆组的主要作用是承受气缸中的气体爆发压力 并将此力传递给曲轴 活塞连杆组典型构成 24 曲轴飞轮组概述 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 曲轴飞轮组概述 曲轴飞轮组主要包含曲轴 主轴瓦和飞轮 液力变矩器 等零件 曲轴飞轮组的主要作用是承受活塞连杆组传递来的力 并由此造成绕其本身轴线的力矩 输出旋转运动 曲轴飞轮组典型构成 25 配气机构概述 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 配气机构的作用 按照发动机各缸工作循环和点火次序的要求 将曲轴的旋转传递给凸轮轴 凸轮轴上的凸轮适时地控制相应的气门打开或关闭以完成进排气动作 使新鲜空气及燃烧后的废气及时 充分地进入及排出气缸 26 配气相位 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 理论上 四冲程发动机的进气门当曲拐处在上止点时开启 在曲拐转到下止点时关闭 排气门则当曲拐在下止点时开启 在上止点时关闭 进气时间和排气时间各占180 曲轴转角 实际上 发动机的曲轴转速都很高 活塞每一个行程历时都很短 这样短时间的进气或排气过程 往往会使发动机充气不足或排气不净 从而使发动机的功率下降 早开迟闭 现代发动机都采用延长进 排气时间的方法 即分别提前和延迟一定的曲轴转角 以改善进 排气状况 从而提高发动机的动力性 配气相位 就是进 排气门的实际开闭时刻 通常用相对于上 下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示 不同发动机 由于结构形式 转速各不相同 因此配气相位也不相同 27 配气机构构造 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 配气机构主要由以下零件构成 1气门2气门座3气门导管4气门弹簧5摇臂6摇臂轴6凸轮轴7凸轮轴正时链轮 皮带8正时链 皮带 28 气门 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 气门的功能是打开和关闭进排气口和燃烧室之间的口 其由头部和杆部组成 气门头部的形状有平顶 球面顶和喇叭形顶等 气门杆呈圆柱形 其与气门导管配合保证了气门往复运动的精度 且负责把气门头部的热量传递至气门导管 为保证气门头与气门座之间的良好配合 装配前应注意不要将气门碰伤或者错装 否则将直接导致发动机漏气 影响功率甚至无法点火 29 气门组其他组件 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 气门弹簧由弹簧座 弹簧保持架和气门锁块固定 用来关闭气门 气门座与气门表面相连 以确保燃烧室的密封性 气门导管热压入缸盖上的气门导管孔内 起气门运动的定向作用 30 摇臂及摇臂轴 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 摇臂的作用是将来自凸轮的力改变方向及行程 传递给气门杆用来打开气门 摇臂轴的作用是固定摇臂 分为进气摇臂轴和排气摇臂轴 摇臂轴 要注意调整摇臂和气门间的气门间隙 过大会导致气门不能完全打开 过小则当气门预热膨胀时气门不能正确关闭 摇臂在安装过程中要注意保护其与凸轮 摇臂轴及气门的接触点 面 否则将发生漏气 发动机摇臂抱死并最终导致整机损坏等不良 31 凸轮轴及其组件 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 凸轮的作用是在相应的正时打开和关闭气门 凸轮轴是由各种不同的凸轮构成 为了减少旋转过程的惯性力 部分凸轮轴为中空结构 凸轮轴工作原理简图 凸轮轴及其组件 32 凸轮轴及其组件 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 凸轮轴皮带轮与正时皮带上的齿相啮合 以便将曲轴旋转传递到凸轮轴 凸轮轴安装时要注意保护各凸轮面不被损坏 否则将影响到气门的作动精度 导致漏气 装配正时皮带轮时 必须进行调整以确保活塞位置和气门开 关正时始终相同 33 燃油供给系统概述 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 柴油喷射系统的功能 使燃油达到足够高的压力 根据发动机的工况 按一定的规律 将一定量的燃油喷射进发动机燃烧室的适合的位置 从而 使发动机的燃烧过程最优 34 电喷柴油喷射系统的构成 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 传感器 ECU和执行机构三部分组成 装在发动机上的传感器有 由发动机厂家提供 NeSensor转速传感器 安装在飞轮壳上 GSensor缸判别传感器 安装在输油泵上 CoolantTemp Sensor冷却液温度传感器 安装在出水管上 IntakeTemp Sensor进气温度传感器 安装在进气管上 FuelTemp Sensor燃油回油温度传感器 安装在回油连接座上 IntakePress Sensor进气压力传感器 安装在进气管上 RailPress Sensor共轨压力传感器 安装在共轨左侧 OilPress Sensor机油压力传感器 可选装电子式机油压力传感器 柴油水分报警传感器 安装在柴油粗滤器上 选装 35 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 36 发动机控制系统简图 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 37 进排气系统 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 作用 根据发动机的工作定时定量的供给新鲜清洁的空气 并排出废气 部件 进气管空滤空压机排气管增压器 38 冷却系统 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 作用 将发动机的热量及时传送出去 以保证发动机在最适宜的温度下工作 部件 水泵风扇散热器水箱节温器出水管等 39 冷却系统 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 分类 发动机的冷却方式一般可分为 水冷式 和 风冷式 水冷式 比 风冷式 冷却效果要好车用发动机多采用 水冷式 冷却系统 40 冷却系统 Department 11 05 2010 RobertBoschGmbH2010 Allrightsreserved alsoregardinganydisposal exploitation reproduction editing distribution aswellasintheeventofapplicationsforindustrialpropertyrights 发动机过热 机件的机械强度降低 正常的配合间隙破坏 严重时会使发动机不能正常工作 发动机过冷 会引起汽油雾化不