汽车构造课件-第一章

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1、第一篇 汽车发动机,第一章 汽车发动机的工作原理和总体构造,第一节 发动机的分类和总体构造,一 发动机的分类,发动机是汽车的动力源，是将某种形式的能量转变为机械能的机器。 热力发动机简称热机，是将热能转变为机械能的发动机，而其中的热能则是由燃料燃烧所产生的。,一 发动机的分类,热机：,内燃机：,汽车发动机可根据不同特征分类,1 按所用的燃料分类,2 按发火方式分类,汽车发动机可根据不同特征分类,3 按工作循环的冲程数分类 四冲程发动机活塞往复四个单程完成一个工作循环 二冲程发动机活塞往复二个单程完成一个工作循环,4 按气缸数及其排列方式分类,单列式,型,对置式,5 按冷却方式分类,二 发动机总

2、体构造,单缸发动机结构示意图,正时齿轮,进气门,排气门,推杆,挺柱,配气机构 曲柄连杆机构,连杆,活塞,曲轴,飞轮,摇臂,凸轮轴,1 曲柄连杆机构 是发动机实现工作循环，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。,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

3、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。,3 燃料供给系统 汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，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；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。,4 点火系统 在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，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。,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

4、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。,强制循环式水冷却系示意图 1-百叶窗；2-散热器；3-散热器盖；4-风扇；5-小循环水管；6-水泵；7-节温器；8-出水管；9-水套；10-水温表和传感器；11-水套放水开关；12-散热器放水开关,6 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。,桑塔纳发动机润滑系示意图,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

5、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。,二 发动机总体构造,柴油机：两大机构、四大系统（无点火系）,曲柄连杆机构 配气机构,供给系 润滑系 冷却系 点火系 起动系,第二节 四冲程发动机工作原理,一 发动机的基本术语 单缸汽油机的基本构造,1 单缸发动机结构示意图,1上止点活塞顶离曲柄中心最远处，即活塞最高位置。 2下止点活塞顶离曲柄中心最近处，即活塞最低位置。 3活

6、塞行程上下止点间的距离S。 4曲柄半径曲轴与连杆下端的连接中心与曲轴中心的距离 R。 5压缩比压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比。 6行程活塞由一个止点到另一个止点运动一次的过程。 7气缸工作容积Vs活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积。 8发动机排量VL多缸发动机各气缸工作容积的总和。 9气缸总容积Va活塞在下止点时，活塞上方全部空间。 10燃烧室容积Vc活塞在上止点时，活塞上方全部空间。,2 基本术语,二 四冲程发动机的工作原理,1.进气冲程,.压缩冲程,4.排气冲程,.作功冲程, 四冲程汽油机工作原理,进气行程,排气门关闭,进气门开启,大气压力线,上止点,下止点,示功图,示

7、功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。,V,a,r,P,温度370400 K， 压力0.070.09MPa,压缩行程,示功图,活塞,温度600700K， 压力0.61.5 MPa,上止点,下止点,大气压力线,进气门关闭,压缩比： =Va/Vc,排气门关闭,P,c,r,V,a,爆燃是因气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端，可燃混合气自燃而形成的一种不正常燃烧。严重时，气门烧毁，轴瓦破裂等。 表面点火因燃烧室内炽热表面与炽热处（如排气门头，火花塞等）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧也称为炽热点火或早燃，也有较沉闷的敲击声。,压缩行程,压缩比过大的不良后果,作功行程,进

8、气门关闭,瞬时最高：温度22002800 K， 压力35MPa,排气门关闭,活塞,作功终了：温度13001600 K， 压力0.30.5 MPa,P,大气压力线,上止点,下止点,V,c,r,a,示功图,Z,b,P,大气压力线,上止点,V,c,r,a,下止点,示功图,Z,b,排气行程,进气门关闭,排气门打开,残余废气,活塞,温度9001200 K 压力0.1050.115 MPa,四冲程汽油机工作状态,2、四冲程柴油机的工作原理,温度300-370K压力0.07850.0932MPa,温度750-1000K压力3-5 MPa,喷油器,纯空气,进气门,终了：温度12001500k压力0.2-0.4

9、MPa,温度800-1000K压力0.105-0.125MPa,排气门,瞬时：温度2000-2500K压力6-9 MPa,柴油机工作时各行程状态参数,？,思考,四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么相同之处呢？,共同特点：,1.每个工作循环曲轴转两转(720)每一行程曲轴转半转(180)，进气行程是进气门开启，排气行程是排气门开启，其余两个行程进、排气门均关闭。 2.四个行程中，只有作功行程产生动力，其它三个行程是为作功行程做准备工作的辅助行程，虽然作功行程是主要行程，但其它三个行程也不可缺少。 3.发动机运转的第一个循环，必须有外力使曲轴旋转完成进气、压缩行程，着火后，完成作功行程，依靠曲轴和

10、飞轮贮存的能量便可自行完成以后的行程，以后的工作循环发动机无需外力就可自行完成。,思考,四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么不同呢？,？,不同点,三 二行程发动机工作原理,二冲程汽油发动机工作原理 二冲程柴油发动机工作原理,进气孔,压缩混合气,排气孔,点火燃烧,火花塞,进气,换气孔,排气,1 二冲程汽油发动机工作原理,第一冲程（活塞上行） 活塞上方：压缩 活塞下方：进气,第二冲程（活塞下行） 活塞上方：膨胀作功、排气 活塞下方：换气,扫气泵,压缩,喷油器,排气,空气,换气,排气门,燃烧,废气,2 二冲程柴油发动机工作原理,二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优点？,1.四冲程发动机的进、排气是

11、两个分开的专门过程，而二冲程发动机单纯的排气(或进气)时间极短，主要是一个几乎完全重叠的，以新鲜气体清扫废气的换气过程。这样的换气过程不可避免地会发生新鲜气体和废气混合，造成废气难以排净和新鲜气体随废气排出的后果。 2.完成一个工作循环，二冲程发动机只需转一转，而四冲程发动机需要转两转。因此，当发动机工作容积、压缩比和转速相等时，从理论上讲，二冲程发动机的功率应为四冲程发动机功率的两倍，但实际上，只有1.51.6倍，这是由于二冲程发动机难以将废气排净，以及为了安排换气过程而较多地损失了高压气体的作功能力，另外还有可燃混合气随废气排出等所致。,3.当转速相同时，二冲程发动机的作功次数较四冲程发动

12、机多一倍。因此，二冲程发动机运转较平稳，这对单缸发动机来说更为明显。 4.由于没有气门或只有排气门，也就省去了配气机构或使配气机构较为简单，简化了发动机的结构。易受磨损和经常需要修理的运动部件数量较少。 由于二冲程汽油机有混合气损失，故经济性差，在大中型汽车上的应用受到了限制。但由于它结构简单、重量轻、制造成本低等优点，轻便摩托车和微型汽车的小排量发动机广泛采用。二冲程柴油机由于换气时进入气缸的是纯空气，没有燃料损失，为某些汽车所采用。,优点： 1） 曲轴每转一周就有一个作功行程。当二四冲程发动机Vs，n同，则P二=2P四。 2） 由于发生作功过程的频率较大，故二冲程发动机的运转比较均匀平稳。

13、 3） 由于没有专门的配气机构，所以它的构造较简单，质量也比较小。 4） 使用简便。 缺点： 不易将废气自气缸内排除得较干净且减小了有效工作行程，换气时有一部分新鲜可燃混合气随同废气排出，使经济性下降。,从各单缸发动机工作原理可知，只有作功行程产生动力，其它三个行程都要消耗动力。为了维持运动，单缸发动机必须有一个贮备能量较大的飞轮。即使如此，发动机运转仍然是不平稳的，作功行程快，其它行程慢。 汽车上实际应用的是多缸发动机，它是由若干个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力所组成。现代汽车上用的较多是四缸、六缸、八缸发动机。,四 多缸四冲程发动机的工作顺序,多缸发动机是在曲轴转角720内

14、(四冲程)或曲轴转角360内(二冲程)，各缸都要象单缸发动机一样完成一个工作循环。为了使发动机运转平稳，各缸作功间隔角大都均等。如四冲程六缸发动机各缸作功间隔角为=720/6=120即曲轴每转1200就有一个缸作功，各缸作功行程略有搭接，这样发动机运转较单缸发动机平稳得多。另外，由于各缸的作功行程为其它缸的准备行程提供动力，所以贮存能量的飞轮也较单缸发动机小得多。四缸发动机从理论上讲作功冲程就已连续，而六、八缸发动机都有作功重叠，且缸数越多、重叠得就越大，发动机运转得就越平稳。 各缸做功行程顺序（据机器平衡性及各缸机械负荷和热负荷的均匀性）： 直列四缸：1-3-4-2；1-2-4-3 直列六缸

15、：1-5-3-6-2-4,第三节 发动机的主要性能指标与特性, 有效转矩Te：发动机通过飞轮对外输出的转矩。 有效功率Pe：指发动机通过飞轮对外输出的功率。 发动机标定功率为：15min功率，1h功率，12h功率和持续功率，汽车发动机常用15min功率作为标定功率。 燃油消耗率be：指发动机每发出1KW有效功率，在1h内所消耗的燃油质量. 发动机转速特性:指发动机的功率，转矩和燃油消耗率三者随曲轴转速变化的规律。 发动机外特性：节气门在最大开度时所得到的特性曲线。该特性代表了发动机所具有的最高动力性能。 发动机部分特性：指节气门在非最大开度时的特性曲线。,发动机的主要性能指标有动力性指标和经济

16、性指标,nn2时, 进气时间短，气流速度高，阻力大，Te。 n1n2间，Te增加，n增加，导致Pe增加。 Pe：n2n4间，Te下降，n增加，导致Pe缓慢增加。 nn4时，n增加，Te急剧下降，导致Pe下降。 发动机最小燃油消耗率的相应转速n5，其数值一般介于最大转矩时转速和最大功率时转速之间。 发动机工作状况（简称发动机工况） 一般用它的功率与曲轴转速来表征，有时也可用负荷和曲轴转速来表明。 发动机在某一转速下的负荷：指当时发动机发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比，以百分数表示。,第四节 内燃机产品名称和型号编制规则, 内燃机产品名称按所采用的燃料命名。 内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。 内燃机型号由下列四部分组成： 首部：包括产品系列代号、换代符号和地方、企业代号。 中部：由缸数符号、