摩托车发动机原理及整车结构复习课程

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1、摩托车发动机原理及整车结构 总装厂 1 内容 4 一 发动机的基础知识介绍 5 1 发动机的分类 1 内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机 使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机 使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机 汽油机与柴油机比较各有特点 汽油机转速高 质量小 噪音小 起动容易 制造成本低 柴油机压缩比大 热效率高 经济性能和排放性能都比汽油机好 一 发动机的基础知识介绍 6 2 内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机 把曲轴转两圈 720 活塞在气缸内上下往复运动四个行程 完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机 而把曲轴转一圈 360 活塞在气缸内

2、上下往复运动两个行程 完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机 一 发动机的基础知识介绍 7 3 内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机 水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的 而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的 水冷发动机冷却均匀 工作可靠 冷却效果好 一 发动机的基础知识介绍 8 4 按照气缸数目分类内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机 仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机 有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机 一 发动机的基础知识介绍 9 5 内燃机按照气缸排列方式不同可

3、以分为单列式和双列式 单列式发动机的各个气缸排成一列 一般是垂直布置的 但为了降低高度 有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的 双列式发动机把气缸排成两列 两列之间的夹角 180 一般为90 称为V型发动机 若两列之间的夹角 180 称为对置式发动机 汇报内容 10 二 发动机的典型系统及结构 11 1 发动机的基本构造 发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器 无论是汽油机 还是柴油机 无论是四行程发动机 还是二行程发动机 无论是单缸发动机 还是多缸发动机 要完成能量转换 实现工作循环 保证长时间连续正常工作 都必须具备以下一些机构和系统 12 1 曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机实现工作循环

4、 完成能量转换的主要运动零件 它由机体组 活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成 在作功行程中 活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动 通过连杆转换成曲轴的旋转运动 并从曲轴对外输出动力 而在进气 压缩和排气行程中 飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动 二 发动机的典型系统及结构 13 2 配气机构配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程 定时开启和关闭进气门和排气门 使可燃混合气或空气进入 气缸 并使废气从气缸内排出 实现换气过程 配气机构大多采用顶置气门式配气机构 一般由气门组 气门传动组和气门驱动组组成 二 发动机的典型系统及结构 14 3 燃料供给系统汽油机燃料供给系的功用是根据

5、发动机的要求 配制出一定数量和浓度的混合气 供入气缸 并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去 二 发动机的典型系统及结构 15 一套完整的燃料供给系统主要由空滤器 化油器 缸头燃烧室 进排气道和排气管等组合而成 空滤器主要负责空气的过滤和净化 根据滤芯的材质不同有纸质和海棉质两种 化油器主要负责汽油的雾化和油气的混合 目前主要有等真空式和柱塞式化油器两种 随着排放指标的日益严格 150cc以上排量摩托车将大部分采用电喷结构 化油器也将逐渐电磁喷射阀所替代 燃烧室顾名思义是混合气燃烧的型腔 但如何提高燃烧速度 使燃烧充分 这就需要合理设计进排气道和燃烧室形状 提高混合气的充量效率以实现理想空燃比

6、 排气管除了排放废气外 还要对有毒污染物进行净化和氧化 以减轻对环境的污染 二 发动机的典型系统及结构 16 4 润滑系统润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油 以实现液体摩擦 减小摩擦阻力 减轻机件的磨损 并对零件表面进行清洗和冷却 润滑系通常由润滑油道 机油泵 机油滤清器和一些阀门等组成 二 发动机的典型系统及结构 17 5 冷却系统冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去 保证发动机在最适宜的温度状态下工作 水冷发动机的冷却系通常由冷却水套 水泵 风扇 水箱 节温器等组成 二 发动机的典型系统及结构 18 6 点火系统在汽油机中 气缸内的可燃混合气是靠电火花点

7、燃的 为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞 火花塞头部伸入燃烧室内 能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系 点火系通常由蓄电池 发电机 分电器 点火线圈和火花塞等组成 二 发动机的典型系统及结构 19 7 起动系统要使发动机由静止状态过渡到工作状态 必须先用外力转动发动机的曲轴 使活塞作往复运动 气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功 推动活塞向下运动使曲轴旋转 发动机才能自行运转 工作循环才能自动进行 因此 曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程 称为发动机的起动 完成起动过程所需的装置 称为发动机的起动系 两大机构 曲柄连杆机构 配气机构五大系统 燃料供给系统 进排气

8、系统 润滑系统 冷却系统 点火系统 起动系统 二 发动机的典型系统及结构 20 2 发动机常用术语介绍上止点TDC 活塞在气缸里作往复直线运动时 当活塞向上运动到最高位置 即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置下止点BDC 活塞在气缸里作往复直线运动时 当活塞向下运动到最低位置 即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位 二 发动机的典型系统及结构 21 活塞行程S 活塞从一个止点到另一个止点移动的距离 即上 下止点之间的距离 对应一个活塞行程 曲轴旋转180 曲柄半径R 曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离 通常活塞行程为曲柄半径的两倍 即S 2R 气缸工作容积Vh 活塞从一个止点运动到另一个止

9、点所扫过的容积 Vh D 4 2 S发动机的排量Vh 多缸发动机各气缸工作容积的总和 Vh i Vh压缩比 气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值 即气缸总容积与燃烧室容积之比 表示了气体的压缩程度 Vc Vh Vc 二 发动机的典型系统及结构 22 3 四冲程发动机的工作原理 二 发动机的典型系统及结构 23 1 进气行程由于曲轴的旋转 活塞从上止点向下止点运动 这时排气门关闭 进气门打开 进气过程开始时 活塞位于上止点 气缸内残存有上一循环未排净的废气 因此 气缸内的压力稍高于大气压力 随着活塞下移 气缸内容积增大 压力减小 当压力低于大气压时 在气缸内产生真空吸力 空气经空气滤清器并与

10、化油器供给的汽油混合成可燃混合气 通过进气门被吸入气缸 直至活塞向下运动到下止点 在进气过程中 受空气滤清器 化油器 进气管道 进气门等阻力影响 进气终了时 气缸内气体压力略低于大气压 约为0 075 0 09MPa 同时受到残余废气和高温机件加热的影响 温度达到370 400K 实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开 并且延迟到下止点之后关闭 以便吸入更多的可燃混合气 二 发动机的典型系统及结构 24 2 压缩行程曲轴继续旋转 活塞从下止点向上止点运动 这时进气门和排气门都关闭 气缸内成为封闭容积 可燃混合气受到压缩 压力和温度不断升高 当活塞到达上止点时压缩行程结束 此时气体的压力和

11、温度主要随压缩比的大小而定 可燃混合气压力可达0 6 1 2MPa 温度可达600 700K 压缩比越大 压缩终了时气缸内的压力和温度越高 则燃烧速度越快 发动机功率也越大 但压缩比太高 容易引起爆燃 所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高 可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧 且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播 造成尖锐的敲缸声 会使发动机过热 功率下降 汽油消耗量增加以及机件损坏 轻微爆燃是允许的 但强烈爆燃对发动机是很有害的 但 汽油机的压缩比一般为 6 11 二 发动机的典型系统及结构 25 3 作功行程作功行程包括燃烧过程和膨胀过程 在这一行程中 进气门和排气门仍然保持关闭 当活塞位

12、于压缩行程接近上止点 即点火提前角 位置时 火花塞产生电火花点燃可燃混合气 可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高 最高压力可达3 5MPa 最高温度可达2200 2800K 高温高压气体膨胀 推动活塞从上止点向下止点运动 通过连杆使曲轴旋转并输出机械功 除了用于维持发动机本身继续运转外 其余用于对外作功 随着活塞向下运动 气缸内容积增加 气体压力和温度降低 当活塞运动到下止点时 作功行程结束 气体压力降低到0 3 0 5MPa 气体温度降低到1300 1600K 二 发动机的典型系统及结构 26 4 排气行程可燃混合气在气缸内燃烧后生成的废气必须从气缸中排出去以便进行下一

13、个进气行程 当作功接近终了时 排气门开启 进气门仍然关闭 靠废气的压力先进行自由排气 活塞到达下止点再向上止点运动时 继续把废气强制排出到大气中去 活塞越过上止点后 排气门关闭 排气行程结束 实际汽油机的排气行程也是排气门提前打开 延迟关闭 以便排出更多的废气 由于燃烧室容积的存在 不可能将废气全部排出气缸 受排气阻力的影响 排气终止时 气体压力仍高于大气压力 约为0 105 0 115MPa 温度约为900 1200K 曲轴继续旋转 活塞从上止点向下止点运动 又开始了下一个新的循环过程 可见四行程汽油机经过进气 压缩 作功 排气四个行程完成一个工作循环 这期间活塞在上 下止点往复运动了四个行

14、程 相应地曲轴旋转了两圈 二 发动机的典型系统及结构 27 4 连杆活塞机构1 组成 活塞 活塞环 活塞销 连杆 连杆轴瓦 或滚针轴承 二 发动机的典型系统及结构 28 2 活塞 功用 承受气体压力 并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转 活塞顶部还是燃烧室的组成部分 工作条件 活塞在高温 高压 高速 润滑不良的条件下工作 活塞直接与高温气体接触 瞬时温度可达2500K以上 因此 受热严重 而散热条件又很差 所以活塞工作时温度很高 顶部高达600 700K 且温度分布很不均匀 活塞顶部承受气体压力很大 特别是作功行程压力最大高达3 5MPa 这就使得活塞产生冲击 并承受侧压力的作用 活塞在气缸内以很

15、高的速度 8 12m s 往复运动 且速度在不断地变化 这就产生了很大的惯性力 使活塞受到大的附加载荷 活塞在这种恶劣的条件下工作 会产生变形并速磨损 还会产生附加载荷和热应力 同时受到燃气的化学腐蚀作用 二 发动机的典型系统及结构 29 要求 a 要有足够的刚度和强度 传力可靠 b 导热性能好 要耐高压 耐高温 耐磨损 c 质量小 重量轻 尽可能地减小往复惯性力 铝合金材料基本上满足上面的要求 因此 活塞一般都采用高强度铝合金 构造 活塞可分为三部分 活塞顶部 活塞头部和活塞裙部 活塞顶部承受气体压力 它是燃烧室的组成部分 其形状 位置 大小都和燃烧室的具体形式有关 都是为满足可燃混合气形成

16、和燃烧的要求 其顶部形状可分为四大类 平顶活塞 凸顶活塞 凹顶活塞和成型顶活塞 平顶活塞顶部是一个平面 结构简单 制造容易 受热面积小 顶部应力分面较为均匀 凸顶活塞顶部凸起呈球顶形 其顶部强度高 起导向作用 有利于改善换气过程 凹顶活塞顶部呈凹陷形 凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧 有双涡流凹坑 球形凹坑 U形凹坑等等 二 发动机的典型系统及结构 二 发动机的典型系统及结构 30 活塞头部活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分 它有数道环槽 用以安装活塞环 起密封作用 又称为防漏部 汽油机一般有三道环槽 其中有两道气环槽和一道油环槽 在油环槽底面上钻有许多径向小孔 使被油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳 第一道环槽工作条件最恶劣 一般应离顶部较远些 活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁 再由冷却水传出去 总之 活塞头部的作用除了用来安装活塞环外 还有密封作用和传热作用 与活塞环一起密封气缸 防止可燃混合气漏到曲轴箱内 同时还将 70 80 的热量通过活塞环传给气缸壁 二 发动机的典型系统及结构 31 活塞裙部活塞裙部指从油环槽下端面起至活