《汽车构造课件第一章发动机工作原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车构造课件第一章发动机工作原理（183页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 发动机工作原理,本章的主要教学内容： 1.发动机的总体结构及工作原理 2.工程热力学基础 3.发动机的热力循环和性能指标 4.发动机的换气过程 5. 汽、柴油机的燃烧过程,教学目的与要求掌握发动机的总体结构与工作原理； 能以性能指标为主线，深入到与性能指标密切相关的工作过程（循环、进气、排气、燃烧工程），分析影响性能指标的主要因素，找出提高汽车发动机性能的基本规律和技术措施。,第一节 发动机总体结构及 基本原理,一、发动机的定义发动机是将其它形式的能量转变为机械能的机器,二、发动机的分类 1. 按使用燃料分：汽油机、柴 油机等。 2. 按工作循环分：四冲程发动机、二冲程发动机。 3.
2、按气门位置分：顶置气门式发动机、侧置气门式发动机。 4. 按气缸排列分：直列式发动机、v型发动机。 5. 按气缸数分：单缸发动机、多缸发动机。,三、发动机的总体结构 发动机由“两大机构五大系统”组成 1.两大机构：曲柄连杆机构、配气机构。2.五大系统：冷却系、润滑系、燃料供给系、点火系、起动系,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
3、轴、正时齿轮等组成,3.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、水套等组成。,4.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。,5.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。,柴油机供给系 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
4、器等组成。,6.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。,7.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。,五、四冲程汽油机工作原理,活塞往复四个冲程完成一个循环的发动机称四冲程发动机。每个循环由进气、压缩、作功、排气四个冲程组成,六、 四冲程柴油机工作原理,每个循环也由进气、压缩、作功、排气四个冲程组成。但由于柴油的性质与汽油不同，其混合气形成的方式、着火方式与汽油机也不同。下述不同点： 1. 进气冲程进入气缸的是纯空气； 2 . 压缩冲程压缩比大，压缩终了的压力、温度高。 3. 作功冲程
5、压缩冲程末，高压柴油呈雾状喷入气缸内，自行燃烧作功，最高压力5-10Mpa； 4.排气冲程与汽油机基本相同。压力0.105-0.125Mpa，温度800-1000K。,七、 汽油机与柴油机的相同点与不同点,相同点: 1 .每个工作循环曲轴转两周，每一冲程曲轴转半周，进气冲程进气门开，排气冲程排气门开，其余两个冲程进、排气门均光。 2.四个冲程中，只有作功冲程产生动力，其余三个冲程消耗能量。 3.必须用外力起动。 4.工作循环基本内容相似，主要机件的运动相同，结构基本相同。,不同点： 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.着火方式不同： 汽油机点燃式； 柴油机
6、是压燃式,八、二冲程汽油机工作原理,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。,十、内燃机产品名称和型号编制规则,第二节 工程热力学基础,工程热力学主要是研究热能与机械能之间相互转换的一门科学。从汽车发动机来说
7、，就是通过分析气缸内气体的状态变化的规律，得到提高发动机热效率的途径。整个发动机的效率可分三部分，如下图所示 燃烧热效率 循环效率 机械效率 燃料 热能 活塞功 输出功 燃烧过程 循环过程 机械性能 在工程热力学中，把实现热能与机械能相互转换的工作物质（气缸内的气体）简称为工质。,一、工质的热力状态,（一）工质的基本状态参数 工质所处的宏观状态称为工质的热力状态。说明工质所处的状态的物理量叫做工质的状态参数。其中压力、比容、温度是可测量的参数，称为工质的基本状态参数。,1.压力p：工质在单位面积容器壁上作用的垂直力，单位Pa。 绝对压力p：气体的真实压力； 表压力pB：用气压表测出的压力，pB
8、=p-p0 p0：大气压。 真空度pC：表示气体压力低于大气压的值，用真空表测出，pC=p0p。,3.温度：温度是物体冷热程度的标志。它反映了分子无规则运动的程度，是大量分子运动动能的平均值的标志。热力学温标（国际单位制）：规定水的三相点的温度为273.16K的温度标尺。摄氏温标： tT273.16,二）理想气体的状态方程 理想气体：分子本身不占体积，分子之间没有吸引力的气体。 理想气体的状态方程： pvRT R为气体常数 任意给定两个参数，第三个参数就确定。,（三）工质的比热 单位量的物质温度升高（或降低）1所吸收（或放出）的热量，用c（kg/kg.k）表示。 a)定容比热cV：气体在加热过
9、程中容积保持不变的比热。 b)定压比热cP：气体在加热过程中压力保持不变的比热。,（四） 工质的内能 内能就是工质内部分子和原子运动的动能和分子之间的位能的总和，记作u，它包括以下几个方面： a) 分子移动动能b)分子转动动能c)分子振动动能d)分子间的位能,而动能与温度有关，位能与比容有关，因此，一般气体的u只与温度与比容有关，即 uf（T,V） 理想气体分子之间无吸引力，因此位能为0，故 uf（T） 即只要工质的初、终态温度T1,T2确定，不论经过什么过程，其内能的变化都相等 uu2-u1=f(T2)-f(T1),二、热力学第一定律,1. 热力过程及其所作的功 工质状态参数的一系列变化过程
10、，叫做热力过程，可用pv图表示，其所做的功为（1kg气体）,2.热力学第一定律（能量转换与守恒定律） 热可以转换为功，功可以转换为热，转变前后的能量保持不变。 Q=W,3.能量平衡方程 设气缸内有1kg气体，外界供给气体的热量为qkJ，该热量中，一部分用来向外界输出膨胀功（设为w），另一部分使气体的内能变化u，根据热力学第一定律得能量平衡方程： quw 气体 QU+W,三、气体的热力过程,四、热力学第二定律及卡诺循环,1.循环及热效率 工质经过一系列状态的变化，重新恢复到原来状态所完成的一个封闭过程，叫一个热力循环。正循环：循环安顺时针方向进行（123 41），输出功。 反循环：循环安逆时针方
11、向进行（14321），消耗功。,2.热力学第二定律 关于发动机的热力学第二定律表达： 不可能建造一种循环的机器，其作用只从单一取热并全部转变成功。即发动机的热效率不可能100%。 关于热转递的热力学第二定律表达： 不可能将热量由低温物体传向高温物体而不引起其它变化。,从上式可知： 1.卡诺循环的热效率总是小于1。若等于1，则T1=或T2=0，这是不可能的。 2.提高热效率的途径有两条：一条是提高T1；另一条是降低T2。 意义：卡诺循环至今难以实现，但是它对如何提高发动机的循环热效率从理论上指明了正确的方向：使发动机的循环接近于卡诺循环，以卡诺循环效率来评价发动机热功转换的程度。,第三节 发动机
12、的热力循环与性能指标,本节主要介绍四冲程发动机的理论循环，实际循环，指示指标，有效指标及机械效率等知识。,一、发动机的理论循环 对实际循环作以下假设可得理论循环； a. 工质是理想气体，比热视为定值； b.工质与外界无热量交换，不计进、排气过程及其流动损失； c. 工质的压缩过程和膨胀过程均为绝热过程； d.燃烧过程为外界等容、等压加热过程，而排气过程为等容放热过程代替。,由于高速柴油机先喷入气缸的燃料迅速燃烧，加热接近于等容，后喷入气缸的燃料燃烧缓慢，加热接近于等压。因此，混合加热循环是柴油机的理想循环,2.理论循环分析 1)压缩比 随压缩比增大，两种循环的t和pt都将提高。这是因为在加热量
13、Q1相同的情况下，提高压缩比，可提高循环最高温度及平均吸热温度，降低平均放热温度，扩大温差，增大膨胀比，使循环做功增多。（由于柴油机的压缩比比汽油机的大，所以柴油机的热效率比汽油机高）,2)压力升高比和预胀比 在混合加热循环中，若Q1和一定，增大时，相应减少，即Q1增加而Q1“减少，从而提高了能量利用率，使t和pt提高。（相同压缩比和能量消耗的汽油机和柴油机，汽油机的热效率比柴油机高）,二、发动机的实际循环,1.实际循环 四冲程发动机曲轴旋转两圈完成一个工作循环，分进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程，可用pv图表示,2.实际循环与理想循环的差异 与理论循环相比，实际循环存在各类能量损失。1)
14、 实际工质的影响Wk 2) 换气损失W和Wr 3) 燃烧损失Wz 4) 传热损失Wb,三、发动机的指示指标 （以下标i表示）,以工质在气缸内对活塞所作的功为基础的指标称为发动机的指示指标,四、发动机的有效指标 （以下标e表示）,以曲轴对外输出的功率为基础的性能指标。用以评价整个发动机的性能。,3)强化系数peCm：平均有效压力与活塞平均速度的乘积。其值越大，强化程度越高,4.发动机的其它性能指标1)排气品质 2)噪声 3)起动性等,五、发动机的热平衡 热平衡就是加入发动机的总热量的分配情况，可表示为 QT=QE+QS+QR+QB+QL式中： QT 燃料完全燃烧放出的总热量； QE转化为有效功的热量；汽20%-30%，柴30%-40% QS传给冷却介质的热量；汽25%-30%，柴20%-25% QR废气带走的热量； 汽40%-45%，柴35%-40% QB不完全燃烧的热量损失； QL其它损失；汽8%，柴10%。 减少各种能量损失，即可提高发动机的效率。,
