课题一 发动机总体结构

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1、课题一 发动机的总体结构 学习目标 1 会描述往复式发动机的基本结构及工作原理2 会描述发动机的总体构造3 知道发动机的类型和编号4 会区分基本术语和主要技术参数5 知道发动机主要性能指标和工作特性 1 1发动机的作用与分类 1876年 德国人奥托发明了往复活塞式四冲程发动机并投入使用1892年 德国工程师迪塞尔发明了压燃往复式四冲程柴油机并投入使用1956年 德国人汪克尔发明了转子式发动机并投入使用 发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器 1 按燃料的使用不同分 发动机的定义 发动机的分类 现代汽车大多使用往复活塞式内燃机 它将燃料在发动机气缸内部进行燃烧 把产生的热能转变成机械能 1

2、 1 1 2 发动机的作用与分类 气体燃料发动机 燃气汽车氢动力汽车 长安景程 生物乙醇 3 按冷却方式不同 2 按完成一个工作循环所需行程数 4 按气缸数及排列方式 直列式 型 对置式 5 按照气门位置分为 6 按照进气系统是否采用增压方式可以分为 7 按活塞运动方式分为 上止点 下止点 活塞行程 S 曲柄半径 R 气缸工作容积 Vh 燃烧室容积 Vc 气缸总容积 Va 压缩比 发动机排量 工作循环 1 2发动机的常用术语 动态演示 压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比 用 表示 例如 现代化油器式发动机压缩比一般为8 11 轿车有的达10以上 柴油机压缩比一般为为16 22 Va

3、气缸总容积 Vh 气缸工作容积 Vc 燃烧室容积 工作循环 对于往复活塞式发动机 每进行一次能量转换 均要经过进气 压缩 作功 排气四个过程 这种周而复始的连续过程 称为发动机的一个工作循环 多缸发动机各气缸工作容积的总和 称为发动机排量 用表示VL 发动机排量 VL Vh i Vh 气缸工作容积 气缸排量 i 气缸数目 1 3四行程发动机工作原理1 3 1四冲程汽油发动机的工作原理 观看演示 1 进气行程 2 压缩行程 3 作功行程 4 排气行程 汽油发动机四个行程的图示 1 进气行程 压缩行程 作功行程 4 排气行程 每一行程工作的具体分析如下 1 进气行程 排气门关闭 进气门开启 大气压

4、力线 P V r a 示功图 上止点 下止点 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 进气终了时气缸内压强为0 074 0 093Mpa 温度上升至370 440K 活塞下行 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

5、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 440K 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 2 压缩行程 进气门关闭 排气门关闭 P V r a 示功图 大气压力线 c 上止点 下止点 压缩终了时气缸内压强上升至0 6 1 2Mpa 温度继续上升至600 800K 活塞上行 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

6、束 此时气体的压力和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 800K 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 汽油机的压缩比一般为 6 10 3 作功行程 进气门关闭 排气门关闭 P V r a 示功图 大气压力线 c Z b 上止点 下止点 作功中气缸

7、内最高压强可达3 5Mpa 最高温度可达2200 2800K 作功终了时气缸内压强下降至0 3 0 5Mpa 温度下降至1300 1600K 活塞下行 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

8、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 4 排气行程 进气门关闭 排气门打开 P V r 示功图 大气压力线 c Z b 上止点 下止点 残余废气 排气终了时气缸内压强下降至0 105 0 115Mpa 温度下降至900 1200K a 活塞上行 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

9、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程 相应地曲轴旋转了两圈 总结 发动机是一种能量转换机构 它将燃料燃烧产生的热能转变成机械能 那么 四冲程汽油发动机是怎样完成这个能量转换过程呢 也就是说它是怎样把热能转换成机械能的呢

10、 要完成这个能量转换必须经过进气 把可燃混合气引入气缸 然后将进入气缸的可燃混合气压缩 压缩接近终点时点燃可燃混合气 可燃混合气着火燃烧 膨胀推动活塞下行实现对外作功 最后排出燃烧后的废气 即进气 压缩 作功 排气四个过程 把这四个过程叫做发动机的一个工作循环 工作循环不断地重复 就实现了能量转换 使发动机能够连续运转 把完成一个工作循环 曲轴转两圈 720 活塞上下往复运动四次 称为四行程发动机 复习发动机基本基本术语 复习 1 四行程发动机有哪四个行程 2 汽油机进气行程 压缩行程各有什么特点 1 3 2四行程柴油机工作原理 与汽油机工作原理相比 只有一个行程即作功行程中 柴油机由于用的柴

11、油粘度比汽油大 不易蒸发 且自燃温度又较汽油低 所以采用的是 压缩自燃式点火 进气行程 压缩行程 作功行程 排气行程 新鲜空气 四行程柴油机各行程示意图 开始喷油 1 4汽油发动机与柴油发动机的比较 汽油 柴油 发动机工作循环情况压力温度 对比表 1 4 1汽油机 柴油机的工作相同点 每个工作循环曲轴转两周 每一行程曲轴转半周 只有作功行程产生动力 汽油机 柴油机的工作不同点 1 4 2分析和比较汽油机 柴油机的工作 异同 火花塞 喷油器 1 混合气的形成方式不同 汽油机是缸外混合 柴油机是缸内混合 2 点火方式不同 汽油机为点燃式 柴油机是压燃式 1 5二冲程发动机工作原理1 5 1二冲程汽

12、油发动机工作原理 二冲程发动机工作循环也包括进气 压缩 作功 排气四个过程 但它是在活塞往复两个冲程内完成的 第一冲程 活塞上方进行换气 压缩 活塞下方进气当关闭换气孔和排气孔时 混合气开始压缩 直至上止点 活塞继续上行 进气孔打开 混合气被吸入曲轴箱内 第二冲程 活塞上方进行作功 换气 下方预压缩点燃混合气后 活塞下行 至开闭进气孔 压缩曲轴箱内的混合气 继续下行 排气空打开 废气排出 换气孔打开 混合气进入并扫气 直至换气孔和排气孔关闭 二冲程汽油机工作原理 压缩混合气 排气孔 进气孔 进气 点火燃烧 扫气孔 火花塞 排气 1 5 2二冲程柴油发动机工作原理 二冲程柴油发动机工作原理与二冲

13、程汽油发动机的工作原理类似 所不同的是柴油机进入的不是可燃混合气 而是纯空气 二冲程柴油机工作原理 扫气泵 空气 换气 排气门 压缩 喷油器 燃烧 排气 废气 1 6发动机的基本构造 两大机构 曲柄连杆机构配气机构 五大系统 燃料供给系统点火系统润滑系统冷却系统起动系统 1 6 1两大机构 1 曲柄连杆机构作用 将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能 再通过连杆将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力 组成 由气缸体和曲轴箱组 活塞连杆组 曲轴飞轮组组成 2 配气机构 作用 使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸中排出废气 组成 它由进气门 排气门 挺杆 推杆 摇臂 凸轮轴 正时

14、齿轮等组成 1 6 2五大系统 1 冷却系作用 把受热零件的热量散到大气中去 以保证发动机正常工作 组成 它由水泵 散热器 风扇 分水管 水套 节温器等组成 2 润滑系 作用 润滑 冷却 清洗 密封等 组成 由机油泵 滤清器 限压阀 油道等组成 3 燃料供给系 汽油机作用 按需要向气缸内供应已配制好的可燃混合气 燃烧后排出废气 组成 化油器式由燃油箱 汽油泵 化油器 进 排气管 滤清器等组成 直喷式由燃油箱 电动汽油泵 油压调节器 喷油器 进 排气管 滤清器等组成 柴油机作用 向气缸内供应纯空气并在规定时刻向气缸内喷入柴油 燃烧后排出废气 组成 由燃油箱 喷油泵 喷油器 进 排气管 滤清器等组

15、成 4 点火系 1 作用 按规定时刻及时点燃气缸内的混合气 2 组成 由蓄电池 分电器 点火线圈 火花塞等组成 5 起动系 1 作用 使静止的发动机起动 2 组成 由起动机及附属装置组成 1 6 3 发动机型号的编制规则 首部 为产品系列符号和换代标志符号 由制造厂根据需要自选相应字母表示 但需主管部门核准 中部 由缸数符号 冲程符号 气缸排列形式符号和缸径符号等组成 后部 结构特征和用途特征符号 以字母表示 尾部 区分符号 同一系列产品因改进等原因需要区分时 由制造厂选用适当符号表示 内燃机型号由以下四部分组成 内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义 1 汽油机1E65F 表示单缸 二行程

16、缸径65mm 风冷通用型4100Q 4 表示四缸 四行程 缸径100mm 水冷车用 第四种变型产品TJ376Q 表示三缸 四行程 缸径76mm 水冷车用 TJ表示系列符号CA488 表示四缸 四行程 缸径88mm 水冷通用型 CA表示系列符号 2 柴油机195 表示单缸 四行程 缸径95mm 水冷通用型165F 表示单缸 四行程 缸径65mm 风冷通用型6135Q 表示六缸 四行程 缸径135mm 水冷车用X4105 表示四缸 四行程 缸径105mm 水冷通用型 X表示系列代号 型号编制举例 1 7 发动机的主要性能指标与特性 1 7 1发动机主要性能指标评价发动机工作性能的指标有指示指标和有效指标 以工作在汽缸内对活塞做功为基础的指标为发动机指示指标 指示指标用来评价发动机实际工作循环进行的好坏 以及燃料的热能转变为功的完善程度 以发动机曲轴对外输出功率为基础的指标为有效指标 在实际生产和使用中 评价发动机性能好坏 以及评价发动机维修质量好坏都使用有效指标 1 动力性指标 1 有效转矩 发动机通过飞轮对外输出的转矩称为发动机的有效转矩 用Te表示 2 有效功率 发动机通过飞轮对外输出