发动机基本原理与构造.ppt

2020/6/8,1,发动机基本原理与构造,技术中心机加部襄樊现场支持分部DEPA/DMEC/MXF,MXY/MOT：张文,2020/6/8,2,目录,一、发动机的类型二、发动机的工作原理三、发动机的基本构造四、发动机的性能指标五、神龙公司系列发动机产品参数介绍,2020/6/8,3,发动机的类型,发动机,内燃机,外燃机,蒸汽机,汽轮机,热汽机,转子式内燃机,活塞式内燃机,2020/6/8,4,按冷却方式,水冷发动机,风冷发动机,按缸孔数目,单缸发动机,多缸发动机,按缸孔排列,直列式发动机,V型发动机,按燃料,汽油发动机,柴油发动机,化油器式发动机,直接喷射式发动机,气体燃料发动机,活塞式内燃机的分类,W型发动机,对置式发动机,2020/6/8,5,目录,一、发动机的分类二、发动机的工作原理三、发动机的基本构造四、发动机的性能指标五、神龙公司系列发动机产品参数介绍,2020/6/8,6,发动机是汽车最主要的总成之一，动力的来源。被称为汽车的“心脏”。,1、发动机概述,2020/6/8,7,2、基本术语,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=VhI=Va/Vc,Vh=D2S10-6/4（L）D气缸直径mmS活塞行程mm,2020/6/8,8,2020/6/8,9,2.1压缩比,定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比。用表示。=Va/Vc,现代化油器式发动机压缩比一般为69(轿车有的达911)。,公司各发动机压缩比一览表,压缩比愈大，在压缩终了时混合气的压力和温度便越高，燃烧速度便越快，因而发动机发出的功率愈大，经济性愈好。,但压缩比越大越好吗？,2020/6/8,10,压缩比过大的不良后果：压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。,2020/6/8,11,3、四冲程发动机的简单工作原理,3.1四冲程汽油机的工作原理1、进气行程2、压缩行程3、作功行程4、排气行程,单缸四冲程汽油机的工作过程,2020/6/8,12,进气行程,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。,排气门关闭,进气门开启,活塞,温度370440K，压力7590kPa,大气压力线,P,V,r,a,示功图,上止点,下止点,2020/6/8,13,压缩行程,进气门关闭,排气门关闭,活塞,压缩比：=Va/Vc,P,V,r,a,示功图,大气压力线,c,上止点,下止点,温度600800K，压力6001500kPa,2020/6/8,14,作功行程,进气门关闭,排气门关闭,活塞,P,V,r,a,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,瞬时最高：温度22002800K，压力35MPa,作功终了：温度15001700K，压力300500kPa,2020/6/8,15,排气行程,进气门关闭,排气门打开,活塞,P,V,r,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,温度9001200K压力105125kPa,残余废气,2020/6/8,16,目录,一、发动机的分类二、发动机的工作原理三、发动机的基本构造四、发动机的性能指标五、神龙公司系列发动机产品参数介绍,2020/6/8,17,发动机基本构造,机体及曲柄连杆机构配气机构燃油供给系点火系冷却系润滑系起动系,2020/6/8,18,1.1功用将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。1.2组成1、机体组2、活塞连杆组3、曲轴飞轮组,1、曲柄连杆机构,2020/6/8,19,1.2.1机体组,机体组组成：,曲轴箱,气缸体,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,2020/6/8,20,1.2.2气缸体的布置分类,结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。,缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动机的重量；形状复杂，加工困难。六缸以上发动机使用,2020/6/8,21,高度小，总体布置方便。轿车中应用不多,对置气缸式发动机,2020/6/8,22,这3种分别为什么式？,2020/6/8,23,1.2.3整体式气缸体和镶嵌式气缸体,a、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。b、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。,2020/6/8,24,1.2.4气缸盖,功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。,上置式凸轮轴,铝合金与铸铁相比有何优越性？,导热性好、利于提高压缩比，适用与高速高强化汽油机,2020/6/8,25,1.2.5燃烧室,2020/6/8,26,1.2.6活塞连杆组,2020/6/8,27,（一）活塞,1、功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。2、工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度高达16001700K，且分布不均匀；高速，线速度达到10m/s，承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达35MPa（汽油机）的压力。3、材料：铝合金：质量小导热性好；灰铸铁,2020/6/8,28,4、结构,（1）活塞顶部功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。,2020/6/8,29,活塞顶分类,结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。,凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。,凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。,2020/6/8,30,（2）活塞头部,位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。,气环槽,油环槽,工作条件最恶劣，应离顶部远些。,1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸。2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内。3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。,作用：,活塞销孔,2020/6/8,31,（3）活塞裙部,位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，防止破坏油膜。,2020/6/8,32,（4）活塞形状,-工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形，短轴在销座轴方向。-上小下大的圆锥形形状。,销座方向,裙部受侧压力的作用，导致活塞发生变形,工作时向里变形,桶形,不受压力的部分，去掉后可以减轻质量。,2020/6/8,33,（二）活塞环,是具有弹性的开口环，分为气环和油环。工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。平均寿命：6万公里（1）气环作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。,切口,气环,2020/6/8,34,气环的密封作用：,第一密封面：活塞环直径大于气缸直径，装入后产生弹性贴紧在气缸壁上而形成；加强密封：窜入环槽的少量气体作用在环的背面（背隙处），加强了第一密封面作用；第二密封面：窜入环槽的少量气体作用在环槽底面，形成第二密封面；,2020/6/8,35,气环的泵油作用,2020/6/8,36,气环的泵油作用演示,2020/6/8,37,（2）油环,刮油片,轴向衬环,径向衬环,刮油片,回油孔,2020/6/8,38,油环的刮油作用,2020/6/8,39,（三）活塞销,作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传递给连杆。构造：活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形，以及两段截锥与一段圆柱的组合形。,2020/6/8,40,活塞销的偏置,使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一边过渡到另一边，减少敲缸的声音。,2020/6/8,41,（四）连杆,作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。,连杆组件分解图,2020/6/8,42,1.2.7曲轴飞轮组,一、曲轴飞轮组的组成,2020/6/8,43,二、曲轴,1、功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。2、工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。,2020/6/8,44,3、结构：,前端轴,连杆轴颈,曲轴轴颈,后端轴,平衡重,曲拐,曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。,曲柄,2020/6/8,45,在安排多缸发动机的发火次序时，应注意使连续作功的两缸相距尽可能远，以减轻主轴承的载荷，同时避免可能发生的进气重叠现象（即相邻两缸进气门同时开启）以影响充气，作功间隔应力求均匀。在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次，而且各缸发火的间隔时间（以曲轴转角表示，称为发火间隔角）应力求均匀。,发动机的点火顺序为：1-3-4-2,四行程直列四缸发动机：发火间隔角为720/4=180。,2020/6/8,46,三、飞轮,（一）功用：将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。,2020/6/8,47,（二）构造,飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯量；中间较薄，为减小质量,齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。,一缸上止点记号,作用是：调整点火正时,飞轮一般中间尺寸较薄，边缘较厚。为什么？,2020/6/8,48,2.1概述,一、功用：按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。二、充气效率：在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。v=M/M0M进气过程中，实际进入气缸的新气的质量；Mo在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。,充气效率越高越好，而其大小与配气机构结构有直接的关系。,2、配气机构,2020/6/8,49,三、气门式配气机构,气门组传动组驱动组,2020/6/8,50,2.2配气机构的构造,1、气门顶置式2、气门侧置式（已很少使用）。,一、气门的布置型式,2020/6/8,51,2020/6/8,52,二、凸轮轴的传动方式,2020/6/8,53,传动方式图例,2020/6/8,54,三、配气相位演示,用曲轴转角表示的进、排气门的实际开闭时刻和开启的持续时间，称为配气相位。进气门、排气门的早开、晚关，是为了增加进气量、使废气充分排净。,2020/6/8,55,四、气门间隙,1）概念：气门间隙：因为进排气门均安装在燃烧室的顶端，也是温度最高之处，为了留有膨胀的空间和保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。,气门杆,摇臂,气门间隙,2020/6/8,56,气门间隙,气门间隙,气门间隙,气门间隙过大，就会使气门迟开早闭。以致开启的时间太短，在进气过程中无法充分吸入可燃混合气。使发动机正常功率发挥不出来。在排气过程中，也不能充分排出废气，易使发动机过热。另外，发动机在工作时还会产生气门敲击声，影响机件的使用寿命。气门间隙过小，使气门提前开启和延迟关闭，使该气缸无法正常工作。随着发动机温度的升高，气门与气门座将会发生密封不严而漏气。同时还可能使气门积炭，甚至烧坏气门等。,2020/6/8,57,2）摇臂,摇臂结构示意图,气门间隙调节螺钉,调节螺母,摇臂,摇臂轴套,易磨损部位堆焊耐磨合金,功用：将推杆或凸轮传来的力改变方向，作用到气门杆端以推开气门。,2020/6/8,58,3）气门间隙调整原则,气门间隙必须在该气门处于完全关闭的状态下才能进行调整。这点非常关键，否则气门间隙调整是不准确的。在各种调整气门间隙的方法中，“双（全）排不进”的调整方法最为简单、简捷，适用调整发动机机型也较多，使人容易接受、记忆和理解。在实践操作中，工作效率也较高。以点火顺序为1-3-4-2的四缸发动机为例，当第1缸位于压缩行程上止点时，则有：1缸“进、排均关”（压缩上止点）3缸“排关，进开”（进气下止点）4缸“进、排均开”（排气上止点）2缸“排开，进关”（作功上止点）第1缸进、排气门均可调整；第3缸可调整排气门；第4缸进、排气门都不可调整；第2缸可调整进气门。调整完第一步后，旋转活塞，使第4缸处于压缩行程上止点位置，如此两次便可将全部气门调整完毕。,2020/6/8,59,4）调气门间隙方法：(1)调节气缸进、排气门的间隙进气门：015mm+005mm；排气门：035mm+005mm。(2)松开锁止螺母，转动调节螺钉，直到厚薄规前后移动时感觉到有一点拖滞为止。(3)拧紧锁止螺母，再检查气门间隙，如有必要，重新进行调整。,2020/6/8,60,五、可变气门正时系统（VVT）,1）概念：根据发动机负荷状态对气门开关时机进行调节，从而达到最佳运转状态、增加输出功率、改善燃油消耗系统。,2020/6/8,61,2020/6/8,62,功用：储存、输送、清洁燃料，根据发动机工况，供给汽缸一定浓度的可燃混合气，并将燃烧后的废气排入大气。组成：汽油供给装置空气供给装置混合气形成装置废气排出装置,3、汽油机燃料供给系,2020/6/8,63,供给路线图,2020/6/8,64,某轿车汽油供给系示意图,油箱,油管,汽油泵,汽油滤清器,化油器,空气滤清器,2020/6/8,65,4.1冷却系的功用,功用：把受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。,4、冷却系,冷却过度：,发动机过冷，进入气缸的混合气或空气温度低而点燃困难，造成发动机功率下降、油耗上升；润滑油粘度增大，零件磨损加剧。,冷却不足：,发动机过热，充气效率下降，早燃和爆燃倾向加大，发动机功率下降；零件间间隙变小，导致不能正常运动，甚至卡死、损坏；润滑油粘度减小，使零件磨损加剧。,2020/6/8,66,水冷系大都是由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节装置等组成。（如下图所示）,4.2冷却系的组成,2020/6/8,67,水泵强制冷却水循环，冷却水在水套内吸收热量后，流经散热器，将热量散发到空气中，然后再流入水套。如此循环，以保证发动机在最佳温度下工作。根据发动机温度高低，水冷系有两种冷却循环路线。,4.2水冷系的工作过程,大循环当发动机在正常热状态下工作时，即水温高于80，冷却水应全部流经散热器，形成大循环。此时节温器的主阀门完全开启，而侧阀门将旁通孔完全关闭。小循环当水温低时，水不经过散热器（只流经节温器侧阀门）而进行的循环流动。,2020/6/8,68,水泵,对冷却水加压，加速冷却水的循环流动，保证冷却可靠。车用发动机多采用离心式水泵。,风扇提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速水的冷却。风扇通常安排在散热器后面，并与水泵同轴。当风扇旋转时，对空气产生吸力，使之沿轴向流动。空气流由前向后通过散热器芯，使流经散热器芯的冷却水加速冷却。,2020/6/8,69,节温器,功用：改变通过散热器的冷却水流量。蜡式节温器乙醚折叠式节温器,蜡式节温器在橡胶管和感应体之间的空间里装有石蜡，为提高导热性，石蜡中常掺有铜粉或铝粉。常温时，石蜡呈固态，阀门压在阀座上。这时阀门关闭了通往散热器的水路，来自发动机缸盖出水口的冷却水，经水泵又流回气缸体水套中，进行小循环。当发动机水温升高时（85以上），石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对反推杆上端头产生向上的推力。由于反推杆上端固定，故反推杆对橡胶管、感应体产生向下反推力，阀门开启，当发动机水温达到105以上时，阀门全开，来自气缸盖出水口的冷却水流向散热器，而进行大循环。,2020/6/8,70,折叠式节温器,膨胀筒式节温器是由具有弹性的、折叠式的密闭圆筒（用黄铜制成），内装有易于挥发的乙醚。主阀门和侧阀门随膨胀筒上端一起上下移动。膨胀筒内液体的蒸气压力随着周围温度的变化而变化，故圆筒高度也随温度而变化。水温高于80时，主阀门完全开启，侧阀门关闭，大循环。水温低于70时，侧阀门完全开启，主阀门关闭，小循环。水温7080时，两阀门均部分开启。,2020/6/8,71,5、发动机润滑系,功用：,润滑、清洁、冷却、防锈、密封（针对气缸）、缓冲降噪,方式：,压力润滑、飞溅润滑、润滑脂润滑,2020/6/8,72,组成：,机油供给装置：机油泵、油底壳、限压阀、油道、油管滤清装置：三级滤清、旁通阀散热装置：机油散热器压力指示及报警装置：机油压力表、报警灯,放油螺栓,油底壳,机油滤清器,油路,集滤器,集滤器、机油泵、油底壳、机油滤清器、机油散热器、机油压力表等,机油泵,2020/6/8,73,润滑系的油路,2020/6/8,74,6、点火系,组成,能够在火花塞两电极间产生电火花的全部设备称为发动机点火系。,2020/6/8,75,点火系工作原理,触点闭合时，初级电路通电，电流从蓄电池的正极经点火开关，点火线圈的初级绕组，断电器触点，接地流回蓄电池的负极，为低压电路。触点断开时，在初级绕组通电时，其周围产生磁场，并由于铁芯的作用而加强。当断电器凸轮顶开触点时，初级电路被切断，初级电路迅速下降到零，铁芯中的磁通随之迅速衰减以至消失，因而在匝数多，导线细的次极绕组中感应出很高的电压，使火花塞两极之间的间隙被击穿，产生火花。,2020/6/8,76,火花塞,功用：是将点火线圈式磁电机所产生的脉冲高压电引进燃烧室，并在其两个电极间产生电火花以点燃混合气。,火花塞跳火间隙：,火花塞电极间跳火间隙对火花塞的工作有很大影响。间隙过小，则火花微弱，并且容易因产生积炭而漏电；间隙过大，所需击穿电压增高发动机不易起动，且在高转速时容易发生“缺火”现象。故火花塞中心电极与侧电极之间的间隙应适当。目前我国蓄电池点火系使用的火花塞间隙一般为0.6-0.8mm。高能电子点火系达到1.01.2mm。,2020/6/8,77,电喷系统的电路控制,2020/6/8,78,目录,一、发动机的分类二、发动机的工作原理三、发动机的基本构造四、发动机的性能指标五、神龙公司系列发动机产品参数介绍,2020/6/8,79,发动机的主要性能指标与特性,动力性指标表征发动机作功能力大小,强化指标评价发动机承受热负荷和机械负荷能力,经济性指标发动机热效率和燃油消耗率,环境性能指标指发动机排放品质和噪声水平,可靠性指标规定条件下，正常持续工作能力,耐久性指标主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间,工艺性指标制造和维修的方便程度,2020/6/8,80,发动机主要性能指标（动力性）,有效扭矩通过输出轴对外输出的扭矩，以Ttq表示。有效功率通过输出轴对外输出的功率，其大小为：标定功率：15min功率、1h功率、12h功率、持续功率四种，汽车摩托车通常采用15min功率标准标额定功率、额定转速。按可靠性试验要求，应该在标定工况下连续运行3001000h。,2020/6/8,81,发动机主要性能指标（经济性）,燃油消耗率：发动机每发出1kW有效功率，在1h内所消耗的燃油质量（g），称为燃油消耗率(be)。be=B/Pe103（g/kWh）式中：B发动机单位时间的耗油量(kg/h)，可由试验测定；Pe发动机的有效功率(kW)。,2020/6/8,82,运转性能指标,1排气品质我国对发动机排放法规的制定是日趋严格的，其中最新颁布的重型车用压燃式发动机排气污染物排放限值标准(GB176912001)，重型车用点燃式发动机及装用点燃式发动机汽车排气污染物排放限值标准(GB147622002)。2噪声汽车是城市中主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声源。在我国制定的汽车加速行驶车外噪声限值标准(GB14952002)中，对不同分类的汽车以及同一分类中不同总质量及发动机不同额定功率的汽车，详细制定了噪声限值。3起动性能我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在-10、柴油机在-5以下的气温条件下起动发动机时，15s以内发动机要能自行运转。,2020/6/8,83,1、汽车公害：排气对大气的污染、噪声对环境的危害、电气设备对无线电广播及电视的干扰，排气污染影响最大。,2、主要污染物：碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOX）。一氧化碳（CO）与血红蛋白的亲和力是氧的200-300倍，过多吸入，会阻碍血液吸收而中毒甚至死亡。碳氢化合物（HC）对人眼和呼吸系统有刺激作用，对农作物也有害。氮氧化合物（NOX）是