发动机的工作原理和总体构造

1、第一章,发动机的,工作原理和总体构造,活塞式发动机,Reciprocating,piston engine,用途广泛,航空,40,50,年代，农用机,教练机，小型电站，水泵动力,轮船，列车,1,1.1,基本构造和术语,术语,Terms,TDC(Top Dead Center,BDC(Bottom Dead Center,Stoke,Process of piston moving,from a dead center to another,S,the distance of piston,motion,2,1.1,基本构造和术语,燃烧室容积,Vc,活塞在上止点时，活塞,上方的空间,气缸工作容积

2、,Vh,上止点到下止点,发动机排量,VL,多缸发动机各气缸工作,容积的总和,气缸总容积,Va,活塞在下止点时其上方,的全部空间,Va=Vh+Vc,压缩比,气缸总容积与燃烧室容积之比,3,1.1,基本构造和术语,V,olume,of,combustion,chamber,Vc,The,space,above,the,piston,in,TDC,Operation,volume,Vh,between,TDC,and,BDC,V,olume,of,engine,exhaust,VL,sum,of,Vh,Total,volume,of,cylinder,Va,Va=Vh+Vc,Compression,

3、ratio,Va/Vc,4,1.2,发动机简单工作原理,Principle,The,piston,is,connected,to,the,crankshaft,by,the,connecting,rod,causing,the,up-and,down,movement,of,the,piston,to,be,converted,to,rotary,motion,of,crankshaft,Engine,It,is,a,machine,that,produces,power,which,transforms,heat,energy,into,mechanical,energy,5,1.2,发动机

4、简单工作原理,The four process,进气,Intake,压缩,Compression,作功,Power,（膨胀,Expansion,排气,Exhaust,6,1.2,发动机简单工作原理,Four,stroke,engine,In,a,complete,cycle,comprises,four,strokes,of,the,piston,traveling,within,the,cylinder.(also,as,Otto,cycle,Note,The,difference,between,four,strokes,and,four,cylinders,7,1.2.1,四冲程汽油机,

5、Intake stroke,intake valve open,exhaust valve closed,P=75,95KPa,decrease,T,370,440K,fuel/air mixture is,sucked (induced,8,1.2.1,四冲程汽油机,Compression stroke,both valves closed,P,0.6,1.5MPa,increase,T,600,800K,rises,Fuel/air mixture is,compressed into,combustion,compression ratio,610,9,1.2.1,四冲程汽油机,Comp

6、ression stroke,愈大，压力和温度愈高，则功率大，经济,性好。但过大则,爆燃,或,表面点火,Octane number,辛烷值高抗爆性好,a,爆燃,由于压缩比过高导致压缩终了时气体压力和,温度过高，在,火花塞点火之后,燃烧室内离点燃,中心较远处的,末端,可燃混合气,自燃,而造成的一,种不正常燃烧现象，称为爆燃,10,1.2.1,四冲程汽油机,Compression stroke,a,爆燃现象,爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急,剧升高，形成压力波，以声速推进，当这种压,力波撞击燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。同,时引起发动机过热、功率下降、燃油消耗率增,加，严重爆燃时甚至造成

7、排气门烧废、轴瓦破,裂、活塞顶熔穿、火花塞绝缘体被击穿等机件,损坏现象,11,1.2.1,四冲程汽油机,b,表面点火,在火花塞点火之前，由于燃烧室内灼热表面（如排气门头,部、火花塞电极处、积碳处）点燃可燃混合气而产生的另一种,不正常燃烧现象，称为表面点火,表面点火现象：伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会,使发动机机件机械负荷增加，寿命降低,c,汽油机压缩比的选择,应在避免引起爆燃和表面点火的前提下尽可能提高压缩比,以提高发动机功率，改善燃油经济性,12,1.2.1,四冲程汽油机,Power stroke,both valves closed,still,ignited, spark,pl

8、ug,exert a strong,pressure on the piston,P=3,5Mpa;T=2200,2800K,13,1.2.1,四冲程汽油机,Exhaust stroke,exhaust valve,open,P,105,125kPa,T,900,1200K,14,示功图,示,功,图,15,1.2.2,四冲程柴油机,柴油的粘度比汽油大，不易蒸发，不可能用气缸,外部的化油器进行雾化，因此不可能采用气缸,外部形成可燃混合气的方法，唯有在高温、高,压的气缸内采用高压喷射才能将柴油在很短的,时间内完全雾化,柴油的自燃温度比汽油低，因此，可燃混合气的,着火方式可采用自燃（压燃）方式，与汽

9、油机,的点燃方式不同（否则会产生爆炸性燃烧，使,柴油机工作粗暴,16,1.2.2,四冲程柴油机,汽油与柴油对比,汽油点燃,263K,柴油点燃,313,359K,汽油自燃,653K,柴油自燃,473,573K,进气冲程,P,柴,80,95KPaP,汽,75,95KPa,T,柴,320,350KT,汽,370,440K,17,1.2.2,四冲程柴油机,压缩冲程,柴,16,22,汽,6,10,航发压比,6,45,P,柴,3,5MPa,P,汽,0.6,1.5MPa,T,柴,800,1000K,T,汽,600,800K,18,1.2.2,四冲程柴油机,作功冲程,P,柴,5,10MPa,P,汽,3,5MP

10、a,T,柴,1800,2200K,T,汽,2200,2800K,航发,T,1950K,19,1.2.2,四冲程柴油机,排气冲程,P,柴,105,125kPa,P,汽,105,125kPa,T,柴,800,1000K,T,汽,900,1200K,20,柴油机与汽油机对比,一）柴油机与汽油机的工作循环相同,点,1,每个工作循环曲轴转两周，进排气,门状态相同,2,四个行程中只有作功行程产生动力,3,起动时第一循环须有外力将曲轴转,动,21,柴油机与汽油机对比,二）柴油机与汽油机工作原理的不同点,1,着火方式不同：汽油机是点燃式，柴油机是压燃,式,2,可燃混合气形成方式不同,汽油机是气缸外部化油器内均

11、匀混合（传统化油,器式和现代轿车进气管内电控汽油喷射式），柴油,机是气缸内部燃烧室内不均匀混合；（均匀性体现,在燃料的蒸发性、混合气形成时间的长短,22,柴油机与汽油机对比,二）柴油机与汽油机工作原理的不同点,3,发动机功率调节方式不同,汽油机是通过调节节气门开度的大小改变可燃,混合气的数量而改变发动机功率的大小，属“量,的调节；柴油机是通过改变喷油泵每循环的供油,量即改变每循环喷入气缸内的燃油量，从而改变,可燃混合气的浓度而改变发动机功率的大小，属,质”的调节,23,柴油机与汽油机对比,三）柴油机与汽油机性能比较,汽油机具有转速高（轿车高达,50006000r/min,质量小,工作柔和、起动

12、容易、制造成本低和维修方便等优点，不足之,处是燃油消耗率较高，燃油经济性较差，适用于轿车型乘做人,员车辆,柴油机燃油消耗率较汽油机低,30,左右，且柴油价格低,所以燃油经济性好，而且输出扭矩较大，但冷起动困难、工作,粗暴、工作转速较低（一般,4000r/min,以下）、制造成本高、维,修困难，适用于运输型汽车,24,1.2.3,二冲程汽油机,工作循环,是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一,周的时间内完成的,结构特点：二冲程汽油机采用曲轴箱扫气，曲轴,箱是密封的，对多缸机而言，各曲柄轴室相互,之间是密封的，气缸壁上开有矩形扫气口和排,气口，气缸壁上开有进气口（右图所示最早的,活塞阀进气方式,换气，活

13、塞顶形状特殊,25,1.2.3,二冲程汽油机,特点：换气，活塞顶形状特殊,26,1.2.4,二冲程柴油机,Fig 1-3,Operation,principle,27,1.2.5,二冲程发动机的特点,二冲程发动机的工作循环特点,1,换气过程,2,一个工作循环曲轴只转一周,3,相同转速，作功次数多一倍（比四行,程），因此运转比较平稳,BBBBBBBB,4,没有气门，省去配气机构，柴油机的,配气机构简单,结论：混合气损失，经济性差，结构简单,重量轻、制造费用少,28,1.2.6,多缸发动机,Single and multiple cylinders,29,1.3,发动机的总体构造,汽油机,两大机构

14、和五大系统,曲柄连杆机构、配气机构；燃料供给系,冷却系、润滑系、起动系、点火系,Diesel,Two,mechanism,and,four,systems,crank,mechanism,timing,mechanism,fuel,system,cooling,system,oil,system,starter,system,ignition,30,1.3,总体构造,曲柄连杆机构,气,缸,7,内装有活塞,8,活塞通过活塞销,10,连杆,11,与曲轴,14,相,连接。活塞在气缸,内作往复直线运动,通过连杆推动曲轴,转动，通过飞轮,13,对外输出作功,31,1.3,总体构造,配气机构,为了吸入,新

15、鲜气体和排出废气,设有进气门,2,和排气,门,3,曲轴,14,通过正,时齿轮副推动配气凸,轮轴转动，凸轮通过,挺杆克服气门弹簧力,顶开气门，气门在气,门弹簧预紧力的作用,下关闭,32,1.3,总体构造,供给系,汽油和空气,在化油器,4,内混合成,新鲜可燃混合气，经,过进气管,1,进气门,2,吸入气缸内，燃烧后,的废气经过排气门,3,排气管排入大气中,33,1.3,总体构造,点火系,气缸内的,新鲜可燃混合气经,过压缩后由气缸盖,上伸入燃烧室内的,火花塞,5,产生的点,火花点燃,34,1.3,总体构造,润滑系,机油泵,17,由配气凸轮轴上的,偏心凸轮驱动，将,油底壳,16,内的机油,吸入并经过机油

16、管,15,润滑油道泵入,到各运动件的摩擦,部位进行润滑,35,1.3,总体构造,冷却系,水泵,9,由曲,轴,14,上的皮带轮带动,将来自散热器冷却后,的冷却水泵入气缸,7,燃烧室周围的冷却水,套，经过气缸盖,6,中,的冷却水套，热水由,气缸盖上部的出水口,流往散热器,36,1.3,发动机的总体构造,37,1.3,发动机的总体构造,东风,EQ6100-1,型汽油机轴侧剖视图,38,1.3,发动机的总体构造,桑塔纳轿车,2000GSI,电喷发动机,AJR,轴,侧剖视图,39,1.3,发动机的总体构造,首部,6,中部,135,后部,Q,尾部,系列代号,缸数符号,换代,标志,符号,气缸排列形式符号,符

17、号,含,义,无符号,直列及单缸卧式,V,V,型,P,平卧型,行程符,号,E,表示二,冲程,无符号,表示四,冲程,缸径符号,以气缸,直径的,数表示,同一系列产,品区分符号,用途特征符号,结构特征符号,用途,符号,结构特征,符号,无符号,通用型,无符号,水,冷,Q,风,冷,汽车用,F,摩托车用,增,压,M,Z,40,1.3,发动机的总体构造,国标,GB725-82,规定,内燃机型号编号规则,如下,1,按所用燃料命名，如柴油机、汽油机等,2,型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成,3,型号由四部分组成,企业代码、气缸数,气缸直径、结构特征、用,途特征,例如,CA6102,CA1091,汽车,6135Q,

18、JN1181C,黄河汽车,BJ492QA,BJ212,1E65FM,12VE230ZC1,41,1.4,发动机的性能指标,1,动力性指标,有效扭矩,Me,气体压力,X,作用距离,有效功率,Ne,功率,X,转速,平均有效压力,2,经济性指标,燃油消耗量,L/100km,燃油消耗率,g/(kW.h,42,1.4,发动机的性能指标,3,紧凑性指标,比质量：总质量,标定功率,kg/kW,升功率：单位气缸工作容积的有效功率,3,单位体积功率,L/m,4,排放指标,CO,HC,NOx,5,可靠性与耐久性指标,无故障保险期、大修期、使用寿命,43,1.4,发动机的性能指标,为使汽车获得好的使用性能，要求,高的动力性,高的燃料经济性,高的工作可靠性,足够的使用寿命,低污染、低消耗、低重量,结构紧凑、外形小、质量轻,使用维修方便、工艺性好,44,汽油机柴油机特点对比,特点,转速,r/m,重量,制造