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1、发动机的结构及工作原理Eric.lee 2008.10.12Petrol engine train report第一节、概述第二节、发动机的专业名词第三节、四冲程汽油机结构及工作原理第四节、二冲程汽油机结构及工作原理第五节、汽油机的特性第六节、汽油机废气排放第七节、汽油机常见故障Petrol Petrol engine train report第一节第一节 概述概述 发动机又分为外燃机与内燃机两大类。当燃料在锅炉中燃烧，将炉中的水烧成水蒸汽，再将蒸气通到气缸中驱动机械运转（如火车用的蒸气机、发电机组用的蒸气轮机），这种发动机称为外燃机。将燃料引入气缸内燃烧，通过燃气膨胀驱动机械运转（如柴油机、
2、汽油机、煤气机等），这种发动机称为内燃机。 1，发动机的工作原理： 内燃机是把燃料燃烧在发动机气缸内部进行燃烧，将燃料的化学能转变成热能，然后又将热能推动汽缸内的活塞做功，转变成机械能的机器。Petrol engine train report发动机工作过程示意图Petrol engine train report2，发动机的分类汽油机柴油机1）常见的内燃机及发动机根据燃料的着火方式主要有： 点燃式发动机（汽油机） 和 压燃式发动机（柴油机）Petrol engine train report2）按缸数分： 单缸机 和 多缸机 多缸机分布形式：直列式 V型 W型 X型 星型Petrol eng
3、ine train report3）按结构特点分：1）活塞发动机 2）转子发动机 3）燃气涡轮发动机 4）叶片机4）按工作原理：四冲程 和 二冲程Petrol engine train report5）按进气方式：增压和非增压 Petrol engine train report6）按照冷却方式分类 Petrol engine train report3，发动机的总体结构发动机主要由以下组成：1 ）曲柄连杆机构2）配气机构3）燃料供给系 4）润滑系5）冷却系6）点火系7）起动系组成。Petrol engine train report1）曲柄连杆机构）曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机实现工作循
4、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 Petrol engine train report2) 配气机构配气机构 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。 Petrol engine train rep
5、ort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。 3) 燃料供给系统燃料供给系统Petrol engine train report4) 润滑系统润滑系统 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。 Petrol engine train report5) 冷却系统冷却
6、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。 Petrol engine train report6) 点火系统点火系统 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。 Petrol engine train report7) 起动系统起动系统 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
7、，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 Petrol engine train report燃料汽油简介燃料汽油简介汽油的组成元素：汽油的组成元素：H、C汽油牌号：汽油牌号：90、93、97。汽油机使用的燃料是汽油，汽油是从石油中提炼出来的碳氢化合物。按辛烷值不同分为几个牌号。以RQ打头，后跟汽油的辛烷值。汽油的辛烷值通常有两种测定方法，即研究法（RON）和马达法（MON），其换算关系为
8、（RON）=（MON）+10。例如代号为RQ-90，R是燃的汉语拼音字头，Q是汽的汉语拼音字头，代表燃汽油-90是辛烷值（表示研究法辛烷值为90），压缩比大的汽油机应选用较高牌号的汽油。由于环保的要求，我国在2000年7月1日推广使用无铅汽油，含铅量小于2.5mg/L为无铅汽油。汽油的使用性能指标主要有蒸发性、热值、抗爆性 Petrol engine train report国产发动机的编号国产发动机的编号p13企企业业代代码码缸缸数数气气缸缸排排列列形形式式冲冲程程数数缸缸径径尺尺寸寸结结构构特特征征用用途途特特征征企企业业自自定定义义例如：例如：CA61101Petrol engine t
9、rain reportE65F： 表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型 4100Q： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用 4100Q-4： 表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品 CA6102： 表示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通用型，CA表示系列符号 8V100： 表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷通用型 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 型号编制举例型号编制举例 Petrol engine train report第二节，发
10、动机专用名词第二节，发动机专用名词Petrol engine train report发动机的专业名词：发动机的专业名词：1、上止点（、上止点（TDC）top dead center2、下止点（、下止点（BDC）bottom dead center3、活塞行程、活塞行程 piston stroke4、曲柄半径、曲柄半径 crank throw5、气缸工作容积、气缸工作容积 cylinder displacement（气缸排量）气缸排量）6、发动机工作容积、发动机工作容积 engine stroke volume7、燃烧室容积、燃烧室容积 combustion chamber volume8、气
11、缸总容积、气缸总容积 cylinder volume9、压缩比、压缩比 ratio of compression10、怠速、怠速 Idle11、全负荷、全负荷 WOT12、点火提前角、点火提前角Petrol engine train report1、上止点、上止点 top dead center活塞离曲轴中心最远处。活塞离曲轴中心最远处。2、下止点、下止点 bottom dead center活塞离曲轴中心最近处。活塞离曲轴中心最近处。Petrol engine train report3、活塞行程、活塞行程 piston stroke 上下止点间的距离。上下止点间的距离。4、曲轴半径、曲轴半
12、径 crank throw 连杆大头中心到曲轴中心的距离。连杆大头中心到曲轴中心的距离。5、气缸工作容积、气缸工作容积 cylinder displacement（气缸排量）气缸排量） 活塞从上止点到下止点所扫过的容积。活塞从上止点到下止点所扫过的容积。Petrol engine train report6、发动机的工作容积、发动机的工作容积 engine stroke volume所有气缸工作容积之和。所有气缸工作容积之和。7、燃烧室容积、燃烧室容积 combustion chamber volume活塞在上止点时活塞顶上面的空间的容积活塞在上止点时活塞顶上面的空间的容积。8、气缸总容积、气
13、缸总容积 cylinder volume活塞在下止点时，活塞上部空间的容积。活塞在下止点时，活塞上部空间的容积。9、压缩比、压缩比 ratio of compression气缸总容积与燃烧室容积之比。气缸总容积与燃烧室容积之比。10、怠速、怠速 Idle发动机克服自身磨察阻力工作的最低稳定转速发动机克服自身磨察阻力工作的最低稳定转速11、全负荷、全负荷 WOT发动机在节气门在最大开度位置工作发动机在节气门在最大开度位置工作12、点火提前角：、点火提前角： 火花塞开始点火时离上止点角度火花塞开始点火时离上止点角度Petrol engine train report第三节，四冲程汽油机构造及原理第
14、三节，四冲程汽油机构造及原理1，汽油机的构造，汽油机的构造2，汽油机工作原理，汽油机工作原理1 1，汽油机的构造，汽油机的构造火花塞火花塞气缸气缸进进气门气门活塞活塞连杆连杆排气门排气门曲轴曲轴返回凸轮Petrol engine train reportPetrol engine train reportPetrol engine train reportPetrol engine train report2，四冲程汽油机工作原理吸气冲程吸气冲程压缩冲程压缩冲程做功冲程做功冲程排气冲程排气冲程返回Petrol engine train report吸气冲程吸气冲程汽油和空气 此时，活塞被曲轴带
15、动由上止点向下止点移动，同时，进气门开启，排起门关闭。当活塞由上止点向下止点移动时，活塞上方的容积增大，气缸内气体压力下降，形成一定的真空度。由于进气门开启，气缸与进气管相通，混合气被吸入汽缸。 空气由空气滤清器经进气道上的化油器，将汽油吸入并雾化成细小的油粒与空气混合，即形成可燃混合气，而后进入汽缸。 当活塞移动到下止点时，汽缸内充满了新鲜混合气以及上一个工作循环未排出的废气。返回Petrol engine train report压缩冲程压缩冲程 活塞由下止点移动到下止点，进排气门关闭。曲轴在飞轮惯性力的作用下带动旋转，通过连杆推动活塞向上移动，汽缸内的气体容积逐渐减小，气体被压缩，汽缸内
16、的混合压力与温度随着升高。 一般压缩比不可太大,一般为6-8.5,个别可达9.5-10,太大可引起可燃混合气过早爆燃,和产生爆震，导致汽油机功率下降，工作条件恶化。返回Petrol engine train report燃烧膨胀冲程燃烧膨胀冲程 此时，进排气门同时关闭，火花塞点火，混合气剧烈燃烧，汽缸内的温度、压力急剧上升，高温、高压气体推动活塞向下移动，通过连杆带动曲轴旋转。在发动机工作的四个过程中，只有这个在行程才实现热能转化为机械能，所以，这个行程又称为作工行程。 返回Petrol engine train report排气冲程排气冲程燃烧后的废气此时，排气门打开，活塞从下止点移动到上止
17、点，废气随着活塞的上行，被排出气缸。由于排气系统的阻力，且燃烧室也有一点定的容积，所以在排气终了，不可能将废气排净，这部分留下来的废气称为残余废气。残余废气不仅影响充气，对燃烧也有不良影响。返回Petrol engine train report第四节，二冲程汽油机构造及原理二冲程汽油机主要组成部件：Petrol engine train report二冲程汽油机的工作原理 第一冲程：第一冲程：活塞由下止点向上止点移动，扫气口和排气口，压缩已经进入气缸的混合气。由于活塞上移，使活塞下部密闭的曲轴箱内容积不断加大，压力降低，形成真空度，当活塞下边缘将进气口打开时，在大气压力的作用下，可燃混合气被
18、吸入曲轴箱内。可见第一行程是压缩和予进气行程 。第二冲程第二冲程：当上一行程活塞接近上止点时，火花塞点火，点燃以压缩的混合气体。由于混合气体燃烧并急剧膨胀，推动活塞向下移动作功，同时压缩了曲轴箱内的可燃气体。活塞向下移动将排气口打开，具有一定压力的废气很快经排气口冲出体外。活塞继续向下移动，随即扫气口也被打开（扫气口上缘略底于排气口下缘），曲轴箱你被压缩的可燃混合气体经扫气口进入气缸体内，同时驱逐气缸内的废气继续排出。 Petrol engine train reportPetrol engine train report二冲程汽油机主要特点二行程发动机顾名思义就是活塞经过两次单向运动且曲轴旋
19、转一周，就产生一次引擎爆发动力的过程；所以二行程发动机的特色就是气缸壁上有多个进气孔和有一个或以上的排气孔，而活塞的往复运动就是打开和关闭这些气孔，因曲轴箱已用来压送混合气到气缸中，所以燃烧气体是机油和汽油的混合气。因为只有活塞来控制气门进排气动作，所以汽缸进气孔是低于排气孔。二行程的特点是结构简单容易维修，在中高转速爆发力强。优点：二冲程发动机结构比较简单、重量轻、尺寸小。另外由于曲轴转一圈就有一次作功，因此，当二冲程发动机与四冲程发动机气缸工作容积、压缩比、曲轴转速、每循环供油量以及其他条件相同时，二冲程发动机的实际功率将比四冲程发动机要大（理论上应该大倍，单实际大（0.50.6倍）。 缺
20、点：耗油大、废气污染 ，可靠性和经济性较差。Petrol engine train report二冲程内燃机换气 换气过程分为三个阶段，自由排气阶段、扫气与强制排气阶自由排气阶段、扫气与强制排气阶段段和过后排气过后排气或过后充气阶段过后充气阶段。 1.自由排气阶段从排气口开启直到新鲜充量进入气缸为止。 特点 ： （1）下止点前6075（CA）开启，气缸内压力较高，约为300600kPa，气缸内的燃气以声速流出。 （2）排气流量与排气管内的气体状态无关，只取决于缸内气体的状态和排气口流通截面的大小。 （3）缸内燃气可以流出大约 7080。 2. 扫气与强制排气阶段扫气口开启，新鲜充量进入气缸，直
21、到活塞下行到下止点后再上行将扫气口关闭为止。 特点：利用扫气气体强制将废气排出气缸外，还要充入新鲜充量。 3.过后排气或过后充气阶段从扫气口关闭到排气口关闭期间。 特点：该阶段所持续的时间较短。由于活塞已经开始上行，缸内气体压力提高，对过后排气是有利的而不利于过后充气。要达到过后充气的目的，就必须提高扫气泵的扫气压力，相应地增加扫气泵消耗的机械功。Petrol engine train report二冲程汽油机换气方式（1）横流式 （2）回流式 3）直流式Petrol engine train report不同换气方案的比较 1.横流扫气：扫气口与排气口布置在气缸周围相对的两个壁面上。 易产生
22、换气短路，换气效果差，气缸的受热不均匀。 2.回流扫气: 扫气口与排气口位于气缸同侧。扫气口也在纵横方向有倾斜角，使扫气气流的主流在气缸内沿活塞顶和气缸壁流动时转弯而形成回流，将废气由排气口挤出。效果较好3.直流式扫气： 扫气气流沿气缸轴线运动，换气品质最好，效果较好。 可以方便地实现不对称换气，将排气门较早关闭，以达到过后充气 的目的。 活塞受到扫气空气的冷却作用，工作条件较好。 由于扫气口沿整个气缸圆周分布，气孔的孔高可以缩短，以减少行程损失。 Petrol engine train report二冲程的换气过程与四冲程的差异二冲程的换气过程与四冲程的差异 （1）换气时间短，换气质量差：
23、二冲程为120150 CA，而四冲程为400 500 CA。从气门叠开角占整个内燃机换气时间的比例来看，非增压约为38，增压为2030，而二冲程达到了 7080。将有较多的新鲜充量经过排气门直接流入排气管中，增加了空气消耗量（对于柴油机而言）或混合气消耗量（对于汽油机而言）。与二冲程增压发动机所匹配的增压器比四冲程发动机流量大的原因。 （2）进、排气过程同时进行： 四冲程的换气过程在两个行程中进行，新鲜充量与废气掺混的机会较少，残余废气系数较小；而二冲程换气时进、排气过程同时进行，新鲜充量与废气易于掺混，残余废气系数比较大。 （3）扫气消耗功大： 尽管二冲程无泵气损失，但消耗的空气量大，扫气泵
24、耗功多，使得其指示热效率明显低于四冲程内燃机，因此燃油消耗率较高。 （4）二冲程汽油机的HC排放高： 对于二冲程汽油机而言，由于在扫气期间有较多新鲜充量短路而直接流入排气管，导致其未燃HC排放远高于四冲程发动机。Petrol engine train report第五节，发动机的特性发动机的特性主要包括： 负荷特性、速度特性、万有特性 速度特性： 油量调节部位不变，性能指标随转速变化的规律。 负荷特性： 速度不变，性能指标随负荷变化的规律。 全(万有)特性： 转速和负荷都变化时，性能指标的变化规 律。Petrol engine train report速度特性速度特性 发动机在油量调节机构保持
25、不变时（负荷发动机在油量调节机构保持不变时（负荷一定），其主要的性能指标随转速变化的一定），其主要的性能指标随转速变化的规律。规律。 测量：在台架上将油量控制机构保持不变，测量：在台架上将油量控制机构保持不变，调整负荷，转速相应产生变化，记录转速调整负荷，转速相应产生变化，记录转速及相应性能指标，绘制曲线。横坐标为转及相应性能指标，绘制曲线。横坐标为转速，纵坐标为油耗、转矩、有效功率。速，纵坐标为油耗、转矩、有效功率。 外特性外特性当油量控制机构在标定工况位置当油量控制机构在标定工况位置时（通常为最大）测得的全负荷速度特性时（通常为最大）测得的全负荷速度特性称为外特性。其他的速度特性为部分负荷
26、称为外特性。其他的速度特性为部分负荷速度特性。速度特性。 Petrol engine train report负荷特性负荷特性 当发动机转速不变，性能指标随负荷变化的关系； 可在台架上测取，每一条负荷特性曲线对应一个转速。特性曲线的横坐标为有效功率、有效转矩和平均有效压力三参数之一；纵坐标为燃油消耗量B、燃油消耗率be以及排温、烟度、机械效率等。 可以分析出发动机经济性的好坏，油耗线越低越平坦，表示大范围负荷区内经济性越好；在低负荷区油耗显著上升，常希望负荷接近经济负荷区。Petrol engine train report 用一个曲线图来表示内燃机各种性能参数在全工况范围内的变化关系的特性。
27、 万有特性曲线一般是以转速n为横坐标，以负荷（平均有效压力pme）为纵坐标，在图上绘出若干条等油耗曲线和等功率曲线。万有特性上，可以了解到内燃机在各种工况下的性能，很容易找出最经济的负荷和转速。 Petrol engine train report万有特性Petrol engine train report特性曲线示列第六节、汽油机废气排放汽油废气对人体的危害：汽油废气主要包括: CO, HC,NOx1)CO：是一种无色无味气体空气中是CO 超过0.1%是就回中毒，超过0.3%时就会使人在30min中使人致命。2)HC：包括未燃烧完的燃油、润滑油极其列解的部分氧化物，如烷烃，芳香烃、醛、酮、酸
28、等上百中成分，它对人体无直接损坏，但在紫外线的作用下，分解物对眼、呼吸道、血液有毒害。3)NOx ：内燃机一般排出了的NO，在大气中氧化成NO2，它具有强烈的刺激味，对肺和心肌有很大的损伤。Petrol engine train reportPetrol engine train report概述：小型汽油机的故障主要是起动困难或起动不了。原因有：电路系统的故障、燃料供给系统的故障和气缸压缩力不足的故障等。请看附表： 第七节，二冲程汽油机常见故障Petrol engine train report常见故障现象解决办法不能起动或起动困难火花塞无火1，检查高压线路绝缘层是否破坏，看有没有出现漏电，
29、短路的情况.2，检查火花塞电极间距是否过大，如过大，将其调整为0.50.7mm.3，检查火花塞电机是否烧坏，并更换。4，检查点火器是否烧坏或损坏，并将其更换。火花塞有火1，检查进气管是否拧紧出现漏气现象，无法形成真空度，导致化油器无法正常工作2，检查曲柄箱合缝和汽缸结合面是否有漏气现象，如有，请更换垫片3，检查火花塞电机是否烧坏，并更换。4，检查汽缸压力正常，如过低，请更换磨损严重的活塞环5，检查油箱呼吸孔是否工作，将油壶盖拧松后，再起动。Petrol engine train report功率和转速较低1，检查化油器是否正常，如混合器浓度是否正常等等。2，检查活塞环汽缸是否过度磨损。3，检查消音器是否有异物或积碳堵塞，并清除。4，检查汽油机是否有过热现象，如有，检查机油汽油比列是否正常，检查强制通风系统有无问题。5，检查汽缸是否积碳过多，清除再运行。使用过程中突然熄火1，用手拌动飞轮，看运转是否顺畅，如出现卡滞，检查是否拉缸。2，检查大小滚针是否烧坏。Petrol engine train report常见零部件失效常见零部件失效1，汽缸拉缸2，活塞环卡死3，起动器盘簧脱落，无法回弹4，垫片漏油5，螺钉松脱6，曲柄箱破裂7，起动器荆抓磨损或热溶失效8，曲轴油封老化漏气Petrol engine train report谢 谢！Petrol engine train report
