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文档简介

第一章发动机的工作原理和总体构造内燃机的工作原理与总体构造OperationandBasicSystems主要内容Contents发动机的定义及分类Definition&Classifications四冲程发动机及二冲程发动机的工作原理Operation发动机的基本工作系统BasicSystems发动机的产品名称和型号编制规则ProductNamesandTypeEstablishmentRules有关概念和排量的计算Terminology&Concept1.1IntroductionTheinternalcombustion(IC)engineisaheatenginethatconvertschemicalenergyinafuelintomechanicalenergy,usuallymadeavailableonarotatingoutputshaft.内燃机是将热能(来自于燃料化学能)转变为机械能的一种热机。Versussteamenginesandgasturbineenginesareexternalcombustionengines(i.e.,combustiontakesplaceoutsidethemechanicalenginesystem)外燃机

1.1发动机的定义发动机将某一种形式的能量转化为机械能的机器。热机(热能机械能)外燃机内燃机燃气轮机活塞式往复活塞式reciprocatingengines旋转活塞式rotaryengines1.2HistoricalBackgroundForcenturies,manwalkedorusedanimalsfortransportation.After

theinventionofmechanicalpropulsionsystems,peopleusedself-

propelledvehicles,whichmoveundertheirownpower.

Majormilestonesinvehicledevelopmentinclude:

ThefirstfairlypracticalenginewasinventedbyJ.J.E.Lenoir(1822-1900)andappearedonthesceneabout1860.1876Ottowasgivencreditwhenhisprototypeenginewasbuiltin1876.1892By1892,RudolfDiesel(1858-1913)hadperfectedhiscompressionignitionen­gineintobasicallythesamedieselengineknowntoday.1.2EarlyHistory2techno­logicaloccurrencesduringlatterhalfofthe1800sstimulatedtheemergenceoftheICEIn1859,thediscoveryofcrudeoilinPennsylvaniaThepneumaticrubbertirefirstmarketedbyJohnB.Dunlopin1888.1912

ElectricstarterinventedbyCharlesF.Kettering.

FirstusedonaCadillac,thestarterwasproduced

byDaytonElectricLaboratoriesCompany

1.2EarlyHistoryThesteamengineworkingprinciple内燃机发展简史内燃机是在蒸汽机的基础上发明创制的:1700年,英国人钮卡姆制成了直立汽缸,密封式活塞、缸内喷水冷却的蒸汽机;后由瓦特改良;1814——1829年,英国人史蒂芬森制成蒸汽机车,建成世界上第一段铁路;1860年,法国人勒纳(lenoir)仿蒸汽机制成世界上第一台商用煤气机(ŋ=4%);内燃机发展简史内燃机是在蒸汽机的基础上发明创制的:1876年,德国人奥托制成四冲程火花点火内燃机(ŋ=16%);1883年,英国人司派尔仿奥托四冲程煤气机创制汽油机;1886年,德国人奔茨制成用汽油机做动力的汽车;1892年,德国人狄塞尔创制柴油机成功,1898年,柴油机作为商品出售,热效率为29%。1.3EngineOperationFour-StrokeSIEngineCycleIntakeorInductionStrokePowerorExpansionStrokeCompressionStrokeExhaustStroke1.3EngineOperationindicatordiagram1.3EngineOperation1、Piston-EngineConstructionPistonsmoveupanddown(orbackandforth)incylindersReciprocatingmotionischangedtorotarymotionbyconnectingrodandacrankpinonthecrankshaft2、OperationApistonstrokeisthemovementofthepistoninthecylinderfromtoptobottom,orbottomtotopFourpistonstrokes-----------intake,compression,powerandexhaust.Takestworevolutionsofthecrankshaft.Four-stroke-cycleengine1.3EngineOperationFour-StrokeCIEngineCycleIntakeorInductionStrokePowerorExpansionStrokeCompressionStroke1.3EngineOperation四冲程柴油机工作原理(seeanimation)/diesel1.htm1.3EngineOperation四冲程柴油机与汽油机比较同:四个冲程—进气、压缩、膨胀和排气异:燃油,可燃混合气形成,着火方式汽油易蒸发,柴油不易挥发混合气形成:高压柴油从喷油器中直接喷入气缸,形成时间很短(燃烧室形状,组织进气涡流)着火方式:自燃温度约600K(320℃)压缩比较大。1.3EngineOperationQuestions:Whatmakestheairorair-fuelmixtureenterintothecylinder?Whatmakesthepistonsmoveupanddowninthecylinders?Whatisthepurposeofthevalves?Whatisthepropertimingofthevalves?Howdothecrankshaftandconnectingrodchangethereciprocatingmotionintorotarymotion?1.3EngineOperationAsinglecylinderfour-stroke-cycleenginehasonlyonepowerimpulseforeverytwocrankshaftrevolutions.Thepistondeliverspoweronlyone-fourthofthetime.四个冲程,只有一个行程做功,运转不平稳;Foramoreevenflowofthepower,mostautomotiveengineshavefourormorecylinders.Thecylindersfireoneafteranothertoprovideasteadypowerflow.常采用多缸的方式;缸数曲轴做功间隔12周21周4半周8¼周1.3EngineOperation1.3EngineOperationAcarengineusesafour-strokecycle--howcantwostrokesaccomplishthesametasks?想一想,两冲程发动机怎么工作?怎样在活塞的两个冲程完成一个(进气、压缩、膨胀和排气)完整的循环?结构特点示功图1.3EngineOperationYoucanseethattwo-strokeenginesareingeniouslittledevicesthatoverlapoperationsinordertoreducethepartcount.1.3EngineOperationTwo-StrokeSIEnginescheduleSpecialDesignofTwo-StrokeEnginesOnonesideofthepistonisthecombustionchamber,wherethepistoniscompressingtheair/fuelmixtureandcapturingtheenergyreleasedbytheignitionofthefuel.Ontheothersideofthepistonisthecrankcase,wherethepistoniscreatingavacuumtosuckinair/fuelfromthecarburetorthroughthereedvalveandthenpressurizingthecrankcasesothatair/fuelisforcedintothecombustionchamber.Meanwhile,thesidesofthepistonareactinglikevalves,coveringanduncoveringtheintakeandexhaustportsdrilledintothesideofthecylinderwall.1.3EngineOperation两冲程汽油机在两个活塞行程内完成进气、压缩、膨胀和排气的工作循环。1、结构三个口:进气口、排气口和扫气口2、工作过程活塞上行:压缩、进气、点燃活塞下行:做功、结束进气、排气、扫气3、总结由于特殊结构,方使得进气、压缩、做功和排气得以在两个冲程中完成;有效行程的大小与孔的位置有关。1.3EngineOperationTwo-StrokeSIEngineCycle1.3EngineOperationTwo-StrokeCIEngineCycle1.3EngineOperationTwo-StrokeoverFourStrokeSIEngineAdvantage优点:PowerStrokeeveryrevolution一周有一个做功行程,运转均匀平稳;SimpleStructure无专门的换气机构,使用方便。Disadvantage缺点:RemainingofExhaustGases不易将废气排除干净;LessEfficientStroke有效行程小于上下止点间距离;BlowoutofAir-FuelMixture扫气时有燃油损失。1.3EngineOperationTwo-StrokeCIEngine1、overtwo-strokeSIengine与二冲程汽油机比较,不同之处:exhaustvalves采用排气门排气;moreinletports进气口不止一个,环布在气缸周围,且经气泵加压;Scavengingwithpureair采用纯空气扫气,没有燃油损失;separatecrankcase不用曲轴箱贮存可燃混合气及空气。2、工作原理Upwardstroke:scavenge,compression,spray,self-ignition活塞上行冲程:换气、压缩、喷油着火;Downwardstroke:expansion,exhaust,intakeandscavenge活塞下行冲程:膨胀做功、排气换气。1.3EngineOperation柴油机与汽油机的特点比较柴油机压缩比大,燃气膨胀充分,膨胀终了燃气温度较低,热量利用程度较好,比汽油机省燃料。柴油机气缸压力较高,机件受力较大,刚度和强度要求较高,与相同功率的汽油机相比,其体积较大,重量也较大

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