发动机技术专业资料模板

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。概述车用发动机的分类及型号编制规则一、发动机的分类发动机的种类很多,按不同的方式可大致分类如下:1．按行程分可分为四冲程和二冲程发动机。四冲程发动机完成一个工作循环,活塞需连续运行四个行程;二冲程发动机完成一个工作循环,活塞只需连续运行两个行程。2．按气缸数分可分为单缸和多缸发动机。3．按气缸排列方式分可分为立式、卧式;直列式、斜置式、V型、W型、X型;对置气缸、对动活塞等。4．按冷却方式分可分为水冷和风冷发动机。5．按进气方式分可分为增压和非增压发动机。6．按曲轴转速分可分为高、中、低速发动机。(1)高速机:曲轴转速高于1000r/min;(2)中速机:曲轴转速在300～1000r/min之间;(3)低速机:曲轴转速低于300r/min。7．按用途分可分为固定式和移动式发动机。根据具体用途又可分为汽车用、工程机械用、拖拉机用、发电机组用及船用发动机。二、国内发动机型号编制规则为了便于发动机的生产管理和使用,中国对发动机的型号编制规则已作了统一规定。该规定的主要内容如下:发动机的型号应能反映其主要结构和性能,由下列四项内容组成:1．气缸数用阿拉伯数字表示一台发动机所具有的气缸数目。2．机型系列用阿拉伯数字表示发动机的气缸直径(单位为毫米),用汉语拼音文字的首位字母表示发动机完成一个工作循环的行程数。3．变型符号表示原机型经过改型后,在结构形式和性能上发生变化,用数字表示改型的顺序,与前面的符号用短横线”-”隔开。4．用途及结构特点在短横线前增加发动机特征符号,表示发动机的用途和不同结构特点。发动机型号的排列顺序及符号所代表的意义规定如下:发动机的型号由阿拉伯数字(以下简称数字)、汉语拼音字母(以下简称字母)和GB1883中关于气缸布置所规定的象形字符符号组成。发动机的型号依次包括下列四部分:首部:产品特征代号,由制造厂根据需要自选相应字母表示。产品特征代号可包括产品的系列代号、换代符号和地方、企业代号。产品的系列代号为系列产品的代号。产品的换代符号是指产品缸径不变,但其技术参数及结构与原产品有很大差异的产品标志符号。地方、企业代号是标志产品具有本地方或本企业特点的代号,每种符号一般用一个或二个字母表示。(2)中部:由缸数符号、气缸布置形式符号、冲程符号和缸径符号组成。气缸数和缸径用数字表示,气缸布置形式符号按表1－1规定。表1－1气缸布置形式符号符号含义无符号多缸直列及单缸VV型P平卧形后部:结构特征符号和用途特征符号分别按表1－2、表1－3规定。表1－2结构特征符号符号结构特征无符号水冷F风冷N凝汽冷却S十字头式Z增压ZL增压中冷表1－3用途特征符号符号用途无符号通用型及固定动力T拖拉机M摩托车G工程机械Q汽车J铁路机车D发电机组C船用主机,右机基本型CZ船用主机,左机基本型Y农用运输车L林业机械(4)尾部:区分符号。后部与尾部亦可用”－”分隔。发动机型号的表示方法如下:首部中部后部尾部系列代号缸数符号气缸布置形式符号换代符号结构特征符号冲程符号(E表示二冲程,四冲程不标符号)地方、企业代号缸径符号(以气缸直径用途特征符号区分符号的毫米数表示)三、发动机型号编制举例及特殊情况说明型号编制举例:4100QB发动机—表示四缸、四冲程、缸径为100毫米、水冷、非增压、汽车用、直喷式。YZ4102QBZL—表示扬州发动机厂生产的四缸、四冲程、缸径为102毫米、水冷、增压中冷、汽车用、直喷式。第二节发动机的工作过程一、四冲程发动机工作原理四冲程发动机工作过程包括进气过程、压缩过程、燃烧膨胀作功过程和排气过程。图1-1为四冲程发动机工作过程示意图。1．进气行程如图1-1a所示。从上一循环排气终了时起,曲轴在飞轮惯性力带动下转第一个半圈,曲轴转动带动活塞由上止点向下止点移动。此时,进气门打开,排气门关闭,气缸容积逐渐增大,气缸中产生真空吸力,新鲜空气被吸入气缸。当活塞到达接近下止点的一定位置之后进气门关闭,进气过程结束。由于上一循环排气终了时气缸中还有少量没排出去的残余废气,进入气缸的新鲜空气经过废气和高温零件温度升高到30～80℃。因进气过程有阻力,图1-1四冲程发动机工作过程示意图a)进气b)压缩c)作功d)排气2．压缩行程如图1-1b所示。进气过程结束后,飞轮的惯性力带动曲轴转第二个半圈,使活塞向上止点移动,此时进排气门都已处于关闭状态,气缸中的气体被压缩,温度升高,压力增大,活塞行至上止点,压缩行程结束。此时,气缸内温度大约为500～700℃,压力为3～5MPa。发动机压缩比越大,其气缸内温度和压力也就越高。发动机的压缩比一般为16～203．膨胀行程如图1-1c所示。为使燃烧后的气体能充分膨胀,达到少耗油多作功,提高发动机的工作效率,燃烧过程总是希望在上止点附近完成。因此在活塞到达压缩上止点前10°～35°曲轴转角时,柴油即被喷入气缸,并与运动着的压力气体迅速混合,形成可燃混合气。当压缩气体的温度超过柴油的自燃温度时,柴油便开始燃烧。一般在上止点后十几度曲轴转角时喷油结束,在上止点后30～40曲轴转角时燃烧过程结束。由于燃烧过程放出大量热量,使气缸内温度和压力急剧升高,最高压力可达6～10MPa,最高温度达1700～℃。高压气体膨胀,推动活塞迅速下行作功,4．排气行程如图1-1d所示。作功行程结束后,气缸内充满了燃烧后的废气。此时,排气门已提前打开,缸内压力为0.3～0.5MPa的废气很快自行排出,使气缸内压力迅速下降,这一段时间称为自由排气阶段。排气门早开,有利于曲轴转第四个半圈。在飞轮惯性力的带动下,活塞由下止点向上止点移动,将气缸内的废气强行排出,这一阶段称为强制排气。待活塞转到上止点后的一定曲轴转角,排气门才关闭,这样能够利用气流的惯性和内外的压差多排废气。排气终了时,气缸内温度一般为450～700℃,压力在0.1～0.12MPa当活塞再向下移动时,又重新开始了下一个循环。这样周而复始,才能保证发动机的连续运转。二、多缸四冲程发动机工作过程特点由于单缸发动机只有一个行程作功,其余三个行程不作功,因此其工作的平稳性较差。功率越大,平稳性就越差。因此,较大功率的发动机普遍做成多缸机。在多缸机中,每个气缸中运行的工作过程与单缸机是一样的。但多缸机各缸的作功行程是错开的,是以一定的曲轴转角来交替作功的,不同时刻,由不同的气缸对曲轴产生转动力。即:曲轴旋转两周,单缸机只作功一次,多缸机可作功多次。因此可大大提高曲轴旋转的均匀性,并可采用较小的飞轮。另外,由于多缸机各曲轴的位置可相互错开,使旋转的惯性力和离心力相互抵消一部分,因此也就减轻了机体在工作中的振动。多缸机各缸轮流作功的次序称为发火次序。如果相邻两缸接连发火,不但会使发动机机件受力不均匀,而且先发火的气缸所产生的高温还会影响后发火气缸的稳定性,因此,一般是使一缸发火后相隔较远的气缸接着发火。如四缸发动机的发火次序一般是1-3-4-2,即第一缸发火后,然后依次是第三、第四和第二缸发火。按1-3-4-2发火次序工作的四缸发动机各缸冲程交替顺序如表1-4所示。表1-4四缸发动机各缸冲程交替表曲轴转角各缸冲程安排12340°～180°180°～360°360°～540°540°～720°进气压缩膨胀排气压缩膨胀排气进气排气进气压缩膨胀膨胀排气进气压缩若多缸发动机有i个气缸,则各缸发火间隔角用下式计算:=2×360/i=720/i如四缸发动机的间隔角为180,六缸发动机的间隔角为120。四缸、六缸发动机各缸发火间隔都是均匀的,而两缸发动机则不同。为照顾到曲轴的平衡和工作的平稳性,两缸发动机的曲轴一般做成一个曲柄向上,另一个曲柄向下,这样发火间隔就不是均匀的。第一缸发火后,曲轴转过180后,第二缸发火,曲轴再转过540(即再转一圈半),第一缸才又发火,这种发火次序即为1-2-0-0。也有采用1-0-0-2次序的,即第一缸发火后,隔540第二缸才发火,之后再隔180,第一缸又发火。第三节发动机的主要评价指标一、动力性指标发动机的动力性指标主要包括有效功率、最大扭矩、扭矩储备系数等。1．有效功率单位时间内由曲轴输出的有效功称为有效功率。单位为千瓦,符号为kW。在发动机铭牌上标明的有效功率称为定功率。按国家标准规定,车用发动机额定功率一般为15min功率。即发动机连续运转15min应能稳定的输出的功率。例如YZ4102Q发动机15min功率为63kW。在规定额定功率的同时,还规定了额定功率相对应的转速,其单位为转/分,符号为r/min。例如发动机的额定转速为3200r/min。2．最大扭矩和扭矩储备系数发动机曲轴输出的平均扭矩称为扭矩,一般见符号Me表示,单位为牛顿·米,符号为N·m。扭矩与有效功率的关系可用下式表示:Me=9550Pe/n(N·m)式中Pe—有效功率(kW);n—转速(r/min)。发动机额定工况(指额定功率和额定转速)时的扭矩一般并不是输出扭矩的最大值。最大扭矩点转速一般要低于额定转速,扭矩储备系数m的定义可用下式表示:m=(Memax-Me)/Me×100%式中Memax—最大扭矩(N·m);Me—额定工况时的扭矩(N·m)。一般认为m值越大,最大扭矩点转速越低,发动机克服短期超载能力越强,这对汽车用发动机很重要。国家标准规定:车用发动机的扭矩储备系数应大于或等于10%,最大扭矩点转速应低于额定转速的70%。二、发动机的经济性指标发动机的经济性指标,主要是指燃油消耗率和机油消耗率。1．燃油消耗率发动机发出1kW有效功率,在1h内所消耗的燃油量(g)称为燃油消耗率,用符号ge表示,单位为g/(kW·h)。很明显燃油消耗率越低,说明当发动机发出相同功率时,其耗油量越少,则该发动机经济性能也就越好。2．机油消耗率发动机发出1kW有效功率,在1h内所消耗的机油量(g)称为机油消耗率,用符号gm表示,单位为g/(kW·h)。很显然,该值也是越小越好。三、排放污染物与噪声发动机的排气烟度、有害气体排放和噪声是重要的环境污染源。在国家有关标准中对此作了相应的规定。1．排气烟度是指悬浮在发动机排气流中的颗粒和雾状物。烟度以波许(BSU)为单位,符号为Rb。它是用一种专门的仪器即过滤式烟度计测量的。不同用途、不同功率的发动机所规定的排气烟度的测定方法和允许限值是不同的。如发动机规定在额定功率时其排气烟度值不应大于4个波许单位。2．有害气体排放量发动机排气中含有大量对人体有害的气体,其中危害较大的,国家标准规定必须控制的主要有一氧化碳(CO)、总碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、微粒。对发动机本身而言,其排放量限值是在规定试验条件下,用每千瓦小时排放的质量表示的。3．噪声噪声对人们的生活、工作和健康也是十分有害的,各类机动车辆和内燃机是环境噪声主要污染源。为此国家标准规定了不同发动机的最大允许噪声级。它是用专门仪器在规定试验条件下测取的。排气烟度、有害气体排放量和噪声是保护环境、净化空气应控制的重要指标。亦是衡量发动机质量和水平的重要指标。它除了对设计和制造质量有要求外,对使用与维护保养也提出要求。因此,在使用和维护保养发动机时,一定要严格遵守有关规程。四、起动性能起动性能主要用起动极限温度和起动时间进行评定。1．起动极限温度起动极限温度是指能使发动机起动的最低环境温度。如柴油机在不使用任何起动辅助措施时,则其起动极限温度为-10℃。当装有起动预热塞时的起动极限温度为-202．起动时间起动时间是指自接通起动电机电源到发动机能自行稳定运转时所需要的时间。对不同用途和不同质量等级的发动机,对起动环境温度和起动时间都在有关标准中作了明确的规定。五、可靠性、耐久性和使用寿命1．可靠性主要用无故障运行时间的长短来评定。它是指发动机自开始运转到第一次发生故障停车的运行时间,或用在规定时间内发生故障的大小、次数、性能变化来考核。在规定时间内主要零部件不得有损坏现象,拆机检查,不允许出现拉缸、拉瓦、挺柱等表面异常磨损或剥落等问题,在有关标准中对可靠性考核、评定的方法和要求都有明确的规定。2．耐久性和使用寿命发动机的耐久性主要用在规定时间内零部件损坏情况、主要零件磨损量大小、主要性能指标变化幅度和因故障停车次数等几项指标来评定的。使用寿命是指在遵守制造厂规定的操作规程及维护保养使用说明书要求的情况下,发动机自投入工作到第一次大修期的时间。由上述可知,发动机的耐久性和使用寿命除设计、制造、装配的质量和水平外,正确的使用和维护也是重要的影响因素。第四节发动机的运转特性发动机的各项性能参数(功率、扭矩、油耗率等)随工况(转速或负荷)改变而变化的关系称为发动机的特性,用曲线的形式表示则称为运转特性或使用特性曲线。各种特性曲线不但能够综合评定发动机的动力性和经济性等的优劣,对于产品的改进和选用也有重要意义。一、负荷特性当发动机的转速固定不变时,测得得燃油消耗率、小时油耗量、排气温度等随负荷变化而变化得规律就是负荷特性。当保持转速为额定工况转速不变时的负荷特性称为全负荷特性,其余转速时的负荷特性为部分负荷特性。图1-2为R180型发动机在额定工况转速2600r/min时的全负荷特性。图1-2R180型发动机全负荷特性图1-2横坐标表示负荷大小的变化,用功率的大小表示。该特性曲线表示在保持2600r/min不变的情况下,燃油消耗率ge、排气温度tr和排气烟度Rb随负荷(功率)变化而变化的规律。当转速一定时,每循环供油量必须随负荷增大而增加。但每循环进气量基本不变,因此随负荷增大,混合气浓度随之变大。在空载时,输出有效功率为零,油耗率应视为无穷大。随负荷加大,有效功率增大,燃烧趋于完善,而摩擦功率损失基本不变,因此燃油消耗率逐渐下降,到一定负荷时,其值达最小值。此后,因循环供油量较多,混合气进一步变浓,燃烧不完善,使供油量增加幅度大于有效功率增加幅度,因此油耗率逐渐增大。当发动机按负荷特性工作时,由特性曲线可知,若需省油,操作人员应使机器保持载90%左右的额定功率负荷下运转最为适宜。排气温度随负荷增大而上升,排气温度过高,机器易于过热,并容易烧毁气门等零件。因此排气温度也应作为发动机的一项重要性能指标。如?发动机在额定工况下的排气温度不能高于470℃。?型发动机额定工况下排气温度不应高于450随负荷增大,燃烧完善程度变差,因此排气烟度也逐渐变大。二、速度特性速度特性是指当油门位置保持不变时,发动机的功率Pe、扭矩Me、油耗率ge等主要性能指标随转速n的变化而变化的规律。油门限定在额定功率位置时速度特性称为全负荷速度特性,一般又称做外特性,图1-3所示。图1-3?型发动机全负荷速度特性和调速特性在油门位置不变时,每个循环供油量在不同转速下基本一样,每个循环做的有效功和输出扭矩也应基本一样,实际上速度特性因各种损失随转速而变化,因此扭矩随转速也是变化的。当转速很低时,因经过气缸的散热损失及漏气量均增大,而且气缸内气流运动减弱,燃烧过程恶化,使循环功和扭矩值下降。当发动机转速很高时,发动机的进气阻力、泵吸损失、摩擦损失以及带动附件的能量消耗相对值增加,进气量减小,燃烧过程恶化,循环功和扭矩也减少。因此扭矩曲线两头低,中间高。功率与扭矩和转速的乘积成正比。由于扭矩曲线为中间高、两头低,因此功率曲线是一条随转速增加而不断上升的曲线。在中等转速下,燃烧过程最完善,转速过高过低都使燃烧过程恶化,因此油耗率中间最低,两头稍高,而排气温度中间最高,两头较低。从发动机的全负荷速度特性曲线可清楚地查处最大功率,最大扭矩、最低燃油消耗率及其相应的转速,也可求出扭矩储备率,可为机械配套工作中选择发动机的性能数据提供了依据。三、调速特性发动机的调速性能是指发动机油门固定在指定位置上,当人为或非人为因素改变负荷时,发动机能自动保持原工作转速的能力。1．调速特性和稳定调速率将调速手柄固定在额定工况位置后,改变负荷从零至额定工况,发动机在调速器的自动控制和调节作用下,各性能参数和负荷、转速之间的关系即调速特性。调速特性与全负荷速度特性有密切关系,两种特性一般反映在一条曲线上。图1-3中右侧转速为2600～2700r/min时各条曲线变化较大,该段即为调速特性;左侧各条曲线较平滑,该段即为速度特性。当负荷为零时,发动机以最高空转速nmax等于2700r/min进行运转;当负荷逐渐增大时,在调速器的作用下,循环供油量迅速增大,因而扭矩和功率随之直线成比例的增大,油耗率急剧下降;当负荷加至额定工况点时,调速器不再起调节作用,此时发动机以额定工况nb运转。最高空转转速nmax与工况nb之差越小,说明调速器性能越好,发动机自控能力越好,它用稳定调速率δ2表示。nmax-nbδ2=————---×100%nb由图1-3可算出R180型发动机的稳定调速率δ2为:2700-2600δ2=-----------×100%=3.9%26002．瞬时调速率和稳定时间内燃机先在额定工况下稳定运转,然后突然卸去全部负荷,可测出转速随时间的变化关系,据此可求出瞬时调速率