汽车发动机原理

汽车发动机原理第1页/共43页定义：将某一种形式的能量转化为机械能的机器热力发动机：将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的机器，简称热机，如内燃机和外燃机等。①内燃机②外燃机内燃机的特点：热效率高、体积小、质量小、便于移动等。第一节发动机的基本概念插入内燃机和外燃机的图片第2页/共43页

活塞式内燃机燃气轮机内燃机往复活塞式旋转活塞式第3页/共43页一、发动机的分类1．按燃料分类

2．按着火方式分类

压燃式和点燃式

3．按工作循环冲程数分类：四冲程和二冲程

4．缸数与排列分类：单缸和多缸

5．冷却方式分类：液体冷却和气体冷却6.按发动机进气形式分为：增压式和非增压式发动机

二、发动机型号编制规则第4页/共43页汽油发动机柴油发动机压缩天然气发动机液化石油气发动机双燃料发动机第5页/共43页第6页/共43页第7页/共43页活塞式内燃机分为水冷式和风冷式两种。第8页/共43页第9页/共43页二、发动机型号编制规则结构特征符号无符号:水冷

F:风冷

N:凝气冷却

S:十字头式

Dz:可倒转

Z:增压

ZL:增压中冷第10页/共43页

1、工作循环(WorkingCycle):

2、上、下止点

3、活塞行程

4、气缸工作容积(Volume)

5、发动机排量(Displacement)三、发动机的常用术语第11页/共43页6、燃烧室容积

7、气缸总容积

8、压缩比(Compressionratio)

9、工况10、负荷率

第12页/共43页四、发动机主要性能指标

1、动力性能指标包括有效转矩Te，有效功率Pe

，平均有效压力pme,

曲轴转速n①有效转矩Te

②有效功率Pe

式中：Te—有效转矩，N·m；

n—曲轴转速，r/min。

③平均有效压力pme④曲轴转速n第13页/共43页②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

ηe。2、经济性能指标包括①有效燃油消耗率ge：单位时间内单位有效功的燃油消耗量，通常用ge表示，其单位为g/kW·h3、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。4、紧凑性指标用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标，通常用比容积和比质量衡量。①比容积②比质量第14页/共43页

5、环境性能指标

①排放：有害气体CO、HC、NOx、颗粒物PM

②噪音③温室气体：

二氧化碳CO2等④起动性能

6、可靠性指标表征发动机在规定的使用条件下，正常持续工作能力的指标。7、耐久性指标指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。第15页/共43页1、速度特性曲线性能指标随发动机曲轴转速变化的关系称为发动机的速度特性曲线。五、发动机特性曲线发动机的主要性能指标随其调整状况及运行工况

(负荷、转速)变化而变化的关系曲线称为发动机的特性曲线。第16页/共43页发动机负荷率：外特性：部分速度特性：2、发动机工作状况通常用功率和曲轴转速来表示。第17页/共43页第二节四冲程发动机工作原理进气行程（Intake）

进气门打开，排气门关闭，活塞从上止点向下止点运动。

空气和汽油的混合物被吸入气缸，在气缸内进一步混合形成可燃混合气。

进气终了时，气缸内气体压力约为0.08～0.09MPa，温度达到320～400K。四冲程发动机的工作循环包括四个活塞行程：进气、压缩、做功和排气一、四冲程汽油机的工作原理第18页/共43页示功图：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大气压力线PVra示功图上止点下止点进气行程（Intake）第19页/共43页压缩行程（Compression）

进气门和排气门都关闭，活塞从下止点向上止点运动;气缸容积逐渐变小，气缸内混合气被压缩，其压力和温度同时升高。

压缩终了时，混合气压力可达0.8～1.5MPa，温度可达600～750K。

采用大压缩比，可提高压缩终了时气缸内的压力和温度，从而加快燃烧速度，提高发动机热效率。但太大容易引起“爆震”和“表面点火”，通常ε=6~11

第20页/共43页进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：ε=Va/VcPVra示功图大气压力线c上止点下止点温度600~800K，压力600~1500kPa压缩行程第21页/共43页作功行程（Power/Expansion）

进排气门仍然关闭。

压缩行程结束时，点燃可燃混合气，火焰迅速传遍整个燃烧室，并放出大量热能；燃烧气体体积膨胀，压力、温度升高；气体压力推动活塞从上止点运动到下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。

燃烧最高压力可达3～6.5MPa，最高温度可达2200～2800K。作功终了时，气体压力降低到0.35～0.5MPa，气体温度降低到1200～1700K。第22页/共43页进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度2200~2800

K，压力3~5MPa

作功终了：温度1200~1700K，压力300~500kPa

作功行程第23页/共43页排气行程（Exhaust）

进气门关闭，排气门开启；活塞从下止点向上止点运动。

膨胀过后的废气在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸。

排气行程结束后，残留在燃烧室内的少量废气称为残余废气。残余废气压力约为0.105～0.12MPa，温度约为900～1100K。第24页/共43页进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气压力线cZb上止点下止点温度900~1200

K压力105~125kPa残余废气排气行程第25页/共43页四冲程发动机工作原理进气压缩作功排气第26页/共43页二、四冲程柴油机的工作原理进气行程（Intake）

进入气缸的是纯净的空气。

因进气系统中没有节气门，进气阻力小，且残余废气温度较低，故同汽油机相比，进气终了时缸内气体压力略高，约为0.085～0.095Ma，而温度略低，约为310～340K。压缩行程（Compression）

柴油机的压缩比大(一般为16～22)，压缩终了时缸内气体压力约为3～5MPa，温度约为750～1000K，都比汽油机的高。

压缩终了温度超过柴油的自燃温度。第27页/共43页作功行程（Power/Expansion）

压缩行程结束时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室。此时，缸内温度高于柴油自燃温度，柴油自行着火燃烧。

燃烧气体最高压力6～9MPa，最高温度也可高达1800～2500K。

作功终了时，气体压力约为0.2～0.5MPa，温度约为1000～1200K。排气行程（Exhaust）

排气终了时，缸内残余废气压力约为0.105～0.12MPa，气体温度约为700～900K。第28页/共43页说明：①汽油机转速高、质量小、易起动、噪音低等，多用于轿车；②柴油机压缩比大，经济性好，多用于5t以上的货车等；③四个行程中，仅有一个作功行程，故不采取其它措施的情况下发动机运转不稳定；④多缸发动机的每一个气缸内，所有的工作过程是相同的。第29页/共43页第三节二冲程发动机工作原理两个活塞行程内，即曲轴旋转一周的时间内完成一个工作循环。第一冲程第二冲程第30页/共43页第一冲程：活塞由下止点向上止点运动，扫气泵将新鲜空气通过扫气道压入气缸，与此同时将气缸内的燃烧废气经排气门清扫出气缸，并且实现对新鲜空气的压缩。第二冲程：活塞由上止点向下止点运动，喷油器向气缸内喷油，同时柴油与气缸内的高压空气混合并且进行燃烧，推动活塞做功，在做功终了的瞬间，排气门打开。第31页/共43页三、发动机的基本构造机体组：包括气缸体、气缸盖及油底壳等。机体组的作用是作为发动机各机构、各系统的装配基体，且其本身的许多部分又分别是曲轴连杆机构、配气机构、供给系、冷却系和润滑系的组成部分两个机构：曲柄连杆机构、配气机构

利用飞轮贮存和输出能量，完成整个工作循环。

利用燃烧室产生压力推动活塞实现热能及动能的转换。

利用气门与活塞的合理运动的配合，实现工作循环的全过程。

五大系统：

供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统、

起动系统第四节发动机的总体构造第32页/共43页2.气缸体的特点（1）水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体；（2）风冷发动机气缸体与曲轴箱分别铸造;（3）气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间；（4）在气缸体内部铸有许多加强筋、冷却水套和润滑油道等。第33页/共43页曲柄连杆机构：包括活塞、连杆、带有飞轮的曲轴等。作用：是将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动，并输出动力的机构第34页/共43页组成：进气门、排气门、摇臂、气门间隙调节器、凸轮轴以及凸轮轴定时带（齿）轮等。作用：使可燃混合气及时充入气缸，并及时从气缸排出废气。配气机构第35页/共43页供给系统组成：燃油箱、燃油滤清器、燃油泵、喷油器；空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器等。作用：把燃油和空气混合成成分合适的可燃混合气供入气缸进行燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。第36页/共43页第37页/共43页组成：蓄电池、发电机、分电器、点火线圈以及火花塞等；作用：保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的可燃混合气。点火系统第38页/共43页冷却系统组成：水泵、散热器、风扇、节温器、百叶窗、分水管以及气缸体和气缸盖内铸出的水套等。功用：把受热机件的热量散发到大气中，以保证发动机正常工作。水泵节温器风扇散热器盖水温表水套分水管放水阀百叶窗散热器风扇水泵第39页/共43页润滑系统功用：减少相对运动的零件之间的摩擦阻力、减轻机件的磨损、并部分地冷却摩擦零件、清洗摩擦表面。组成：机油泵、机油集滤器、限压阀、润滑油道、机油滤清器等。第40页/共43