发动机原理及总体构造组合.ppt

1、第二章 发动机总体构造和工作原理,主要内容 发动机基本术语与类型 发动机基本术语 发动机总体构造 发动机简单工作原理（） 四冲程汽油机工作原理 四冲程柴油机工作原理 发动机主要性能指标 主要性能指标 内燃机产品名称,任务 四冲程与二冲程汽油机区别 四冲程与二冲程柴油机区别 制作PPT做主题发言 学而不思则罔，思而不学则殆,第一节 发动机基本术语和类型,发动机基本术语（） 发动机分类（了解） 发动机总体构造（）,本次课程任务,发动机基本术语 气缸工作容积 VS 内燃机排量 VL（L） 燃烧室容积（压缩容积）VC 气缸总容积 Va 压缩比 发动机总体构造 汽油机：2大机构、5大系统 柴油机：2大机

2、构、4大系统,一、发动机的基本术语（）,工作循环 进气 压缩 作功 排气,发动机结构示意图,上止点 （Top Dead Center） 活塞离曲轴旋转中心最远的位置 下止点（Bottom Dead Center） 活塞离曲轴旋转中心最近的位置 活塞行程 S 上下止点之间的距离 曲柄半径 R 曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离 气缸工作容积 VS （L） 活塞由上止点运动到下止点，活塞顶部所扫过的容积 VS=(/4)D2S10-6,内燃机排量 VL（L） 所有气缸的工作容积之和 VL =iVS 燃烧室容积（压缩容积）VC 活塞位于上止点时，活塞顶部上方的容积 气缸总容积 Va 气缸工作容积与燃烧室容

3、积之和 Va = VS +VC 压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比 = Va / VC =1+ VS/ VC 表示气缸内气体被压缩的程度 （压缩终了气体）P、T 汽油机一般710，柴油机一般1422,热能动力装置（热机） 内燃机 直接以燃料燃烧所生成的燃料产物为工质的热机 活塞式内燃机（汽车发动机） 往复活塞式 旋转活塞式 燃气轮机 外燃机 燃料燃烧加热其它工质（水） 蒸气机 汽轮机,二、发动机的分类,根据所用燃料种类 汽油机 柴油机 代用燃料（非石油燃料）发动机 酒精、氢气、甲醇发动机等 气体燃料发动机 天然气、液化石油气等,按冲程数 四冲程发动机 二冲程发动机,按气缸数 单缸发动机、多缸发

4、动机 按气缸排列方式 直列式、V型式、对置式发动机 按冷却方式 风冷发动机、水冷发动机 按进气方式 增压发动机、非增压发动机 按着火方式 点燃式发动机、压燃式发动机 按用途 固定式发动机、移动式发动机,三、发动机的总体构造（）,机体组 机体 气缸体+曲轴箱的连铸体 构成气缸的零件称做气缸体 支承曲轴的零件称作曲轴箱 骨架作用，安装各个机构和系统 气缸盖 组成燃烧室，布置各零件,曲柄连杆机构 主要件 活塞、连杆、曲轴 功用 将活塞的往复直线运动曲轴的旋转运动，对外输出动力,活塞连杆组,曲轴飞轮组,机体组,配气机构 功用 定时开启和关闭进排气门 主要部件 气门组 传动组,供给系统 燃油供给系统 将

5、燃油及时供给气缸 进、排气系统 将空气及时供给气缸 将废气及时排除,点火系统 汽油机点燃混合气,冷却系 功用 防止发动机过热，及时散热 分类 风冷系 水冷系,润滑系 功用 润滑、冷却、清洁、密封、防腐 润滑方式 压力润滑 飞溅润滑,起动系 利用外力起动发动机,本次课程任务,发动机基本术语 气缸工作容积 VS 内燃机排量 VL（L） 燃烧室容积（压缩容积）VC 气缸总容积 Va 压缩比 发动机总体构造 汽油机：2大机构、5大系统 柴油机：2大机构、4大系统,第二节 发动机简单工作原理,四冲程内燃机工作循环 四冲程汽油机工作原理（） 四冲程柴油机工作原理（） 二冲程内燃机工作原理,本次课程任务,比

6、较四冲程汽油机与柴油机 共同点 四冲程工作循环，每循环转2圈 只有一个作功行程，其余3个是耗功行程。曲轴旋转不均匀 不同点 混和气：汽油机在缸外形成，时间较长；柴油机缸内形成，时间很短 汽油机是点燃式，柴油机为压燃式 二冲程与四冲程比较的特点 单位时间的作功次数是2倍，曲轴旋转较均匀 换气时间短，为四冲程的1/3。因为扫气，换气质量较差 曲轴箱换气式二冲程没有气门，结构简化,一、四冲程内燃机工作循环,工作循环 进气行程 压缩行程 作功行程 排气行程,工作循环特点（）,二、四冲程汽油机工作原理（）,进气行程,由进气门开启到进气门关闭 进气提前角 早于上止点开启 增加进入气缸内的混合气量 进气晚关

7、角 迟于下止点关闭 减少进气过程所消耗的功 进气终了时刻 p：约为0.070.09MPa大气温度,进气行程示功图,P,r,a,V（）,大气压力线,压缩行程,由进气门关闭到活塞移到上止点（压缩上止点） 进气门关闭 排气门关闭 活塞上行，气缸内气体被压缩，缸内压力温度都升高 p：约为0.81.5MPa T：约为600750K,压缩行程示功图,P,r,a,V（）,大气压力线,c,作功行程,燃气压力推动活塞由上止点移至下止点 火花塞跳火，点燃可燃混合气，燃烧气体的体积急剧膨胀 进气门关闭 排气门关闭 高温高压燃气推动活塞下行，对外作功 p：高达3.06.5MPa T：高达22002800K 作功行程结

8、束时 p：约为0.350.5MPa T：约为12001500K,作功行程示功图,P,r,a,V（）,大气压力线,c,Z,b,排气行程,从排气门开启到排气门关闭的时刻 排气提前角 早于下止点开启 减少气缸内的废气量 排气晚关角 迟于上止点关闭 减少排气过程消耗的功 排气终了时，残余废气 p：0.1050.12MPa T：9001100K 气门重叠角 在排气门关闭之前，进气门就已打开，进排气门同时开启时期所对应的曲轴转角,排气行程示功图,P,r,a,V（）,大气压力线,c,Z,b,三、四冲程柴油机工作原理（）,进气行程 吸入的只是纯净空气 进气系统阻力较小，残余废气的温度较低 进气行程结束时 P：

9、约为0.0850.095MPa T：约为310340K 压缩行程 压缩比大 压缩行程终了时 P：高达35 MPa T：高达7501000K,作功行程 喷油器高压雾状喷油（1020MPa） 柴油蒸发汽化，形成可燃混合气 温度远高于柴油的自燃点（600K） 燃气压力、温度迅速升高，膨胀作功 最大压力和温度 P：高达69MPa T：高达18002200K 作功行程结束时 P：0.20.5MPa T：10001200K 排气行程 排气终了时残余废气 P：约为0.1050.12MPa T：约为700900K,四冲程柴油机示功图,P,r,a,大气压力线,V（）,Z,b,c,四冲程柴油机工作过程,四、二冲程

10、内燃机工作原理,曲轴箱换气式二冲程汽油机 换气机构 进气孔 排气孔 扫气孔 工作过程 上行冲程 下行冲程,上行冲程（第一行程） 活塞在曲轴带动下由下止点移至上止点 扫气：活塞由下止点关闭扫气孔 额外排气：排气孔未关 压缩：三个孔均关，直到上止点 进气：活塞上行到进气孔打开，新鲜混合气进入曲轴箱 下行冲程（第二行程） 活塞由上止点移至下止点 作功：排气孔和扫气孔均关闭，进气孔未关，直至排气孔打开 进气：混合气被压缩直至进气孔关闭 先期排气：排气孔开启，膨胀后的废气排出 扫气：扫气孔打开活塞到下止点,二冲程内燃机示功图 a：排气孔关闭 ac：压缩过程 czb：作功过程 b：排气孔打开 bf：先期排

11、气 f：扫气孔开启 fdh：扫气 h：扫气孔关闭 ha：额外排气 换气过程：bda（130150曲轴转角）,气门气孔式二冲程柴油机 换气机构 扫气泵 进气孔 排气门 工作过程 上行冲程 下行冲程,本次课程任务,比较四冲程汽油机与柴油机 共同点 四冲程工作循环，每循环转2圈 只有一个作功行程，其余3个是耗功行程。曲轴旋转不均匀 不同点 混和气：汽油机在缸外形成，时间较长；柴油机缸内形成，时间很短 汽油机是点燃式，柴油机为压燃式 二冲程与四冲程比较的特点 单位时间的作功次数是2倍，曲轴旋转较均匀 换气时间短，为四冲程的1/3。因为扫气，换气质量较差 曲轴箱换气式二冲程没有气门，结构简化,第三节 发

12、动机的性能指标,主要性能指标 速度特性与负荷 内燃机产品名称,本次课程任务,主要性能指标名称 动力性指标（Pe/Te/n） 经济性指标（be） 环境指标（有害排放物、噪声） 动力指标（PL） 速度特性与负荷 外特性曲线 工况、负荷、负荷与功率比较 内燃机产品名称,一、主要性能指标,发动机的性能指标 用来衡量发动机性能好坏的标准 动力性指标：表征内燃机对外作功能力 经济性指标：发动机油耗 环境指标：排放性和噪声水平 强化指标：承受热负荷和机械负荷的能力 紧凑性指标：表征发动机总体结构紧凑程度 可靠性指标：表征发动机正常持续工作能力 耐久性指标：主要零件磨损损坏的极限时间 工艺性指标：制造工艺性和

13、维修工艺性好坏,1. 动力性指标（）,有效转矩（） 发动机对外输出的转矩 Te（单位：Nm） 有效功率（） 发动机曲轴的输出功率 Pe=Te(2n/60)10-3 (KW) Te有效转矩（Nm） n曲轴转速（r/min）,发动机转速（） 发动机曲轴每分钟的回转数 n（单位：r/min） n（一般范围） 车用汽油机：40006000 r/min 车用柴油机：20004000 r/min 标定工况：发动机在标定功率/标定转速下的工作状况（可靠性和寿命） 同一发动机用途不同，标定功率不同 发动机产品标牌上数据（华晨宝马325i） 最大功率Kw(Ps)/rpm： 160(218)/6500 最大扭矩(

14、Nm/rpm)： 250/27504250,标定功率最大功率 根据发动机用途制定的有效功率最大使用限度 同一种内燃机的标定功率可以不同： 十五分钟功率：允许连续运转15分钟最大有效功率：用于汽车、摩托车等内燃机标定 一小时功率：允许连续运转1小时的最大有效功率：用于拖拉机、工程机械等内燃机标定 十二小时功率：允许连续运转12小时最大有效功率：用于农业排灌、电站等内燃机标定 持续功率：允许长期连续工作的最大有效功率：用于船舶、铁路等内燃机标定,有效热效率e 燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数 e（一般范围） 汽油机：0.200.30 柴油机：0.300.48 有效燃油消耗率be （） 发动

15、机每输出1KWh有效功率所消耗的燃油量 be=(B/Pe)103 g/(KWh) B每小时的燃油消耗量（kg/h） Pe有效功率（kW）,2. 经济性指标（）,3. 环境指标（）,有害排放物 汽油机 主要是废气中的CO和HC的量 对柴油机 主要是废气中的NOx和颗粒的排放量 发动机的噪声 是汽车噪声的主要来源 约占城市噪声的75% GB：轿车噪声82dB（A）,4.强化指标,平均有效压力 单位气缸工作容积输出扭矩的大小 pme=300Pe/iVSn（单位： MPa） pme发动机作功能力 pme（一般范围） 汽油机：0.651.2 MPa 柴油机：0.60.95 MPa 升功率（） 单位发动机

16、排量输出的有效功率 PL=Pe/iVS (KW/L) PL发动机热负荷和机械负荷,二、速度特性与负荷（）,发动机特性 发动机性能指标随工况（ Pe和n ）而变化的关系称为发动机特性 这种关系以曲线的形式表示，称为发动机特性曲线 速度特性（） 发动机的Te、Pe、be随n的变化关系 发动机外特性 指节气门全开时的速度特性 发动机部分特性 指在节气门部分开启时所得到的速度特性,奥迪100 1.8L轿车发动机外特性 外特性代表发动机的最高动力性能,Pe,Me,发动机负荷（） 同一n时： Pe/ Pe（max）% 发动机工况 发动机某时刻的运行状况 用Pe和n表示 负荷与工况示例 工况a：负荷为0 工况b：负荷（20/45）% 工况c：负荷（32/45）% 工况d：负荷（45/45）%（全负荷）,：外特性 ：部分特性 ：部分特性,负荷与功率？,三、内燃机产品名称（）,首 部,中 部,后 部,尾 部,系列代号,换代符号,地方、企业代号,缸 数