第一章 发动机原理与构造

第一章发动机工作原理和总体构造基本术语四冲程发动机工作原理和总体构造二冲程发动机工作原理和总体构造发动机的分类§1.1基本术语VL=Vh×i上止点下止点活塞行程(S)曲柄半径(R)气缸工作容积(Vh)发动机排量(VL)燃烧室容积(Vc)气缸总容积(Va)工作循环发动机构造概述.MPG汽油发动机组成示意图气缸盖气缸体活塞连杆曲轴油底壳进气门火花塞排气门曲轴箱气缸盖气缸体活塞连杆曲轴油底壳进气门喷油器排气门曲轴箱柴油发动机组成示意图往复活塞式内燃机的基本结构1.上止点：活塞到达的最上位置2.下止点：活塞到达的最下位置定义：活塞顶离曲轴旋转中心最远（近)处。即活塞的最高（低）位置。3.活塞行程S定义：活塞上、下止点之间的距离。若曲柄半径为R，则：S＝2R4.气缸工作容积(Vh)5.发动机排量（发动机工作容积）VL定义：发动机各气缸工作容积的总和。定义式：VL＝Vh*ii:发动机气缸数。6.燃烧室容积Vc定义：活塞在上止点时，活塞顶以上的空间容积。定义：活塞从上止点到下止点所扫过的容积。Vh=πD2·S×10-6/4（L）D—气缸直径mmS—活塞行程mm 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 征内燃机尺寸大小及动力性能的主要结构参数之一。7.气缸总容积Va定义：活塞在下止点时，活塞顶以上的空间容积。定义式：Va＝Vs＋Vc8.压缩比εc定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比。定义式：εc＝Va/Vc物理意义：表示气缸内气体被压缩的倍数或燃气燃烧后膨胀的倍数。是发动机的重要性能参数。柴油机εc：14～22汽油机εc：6～9（轿车有的达到10～12）一、四冲程汽油机工作原理1.进气行程2.压缩行程3.作功行程4.排气行程§1.2四冲程发动机的工作原理单缸四冲程汽油机的工作过程热力学温度与摄氏温度的关系T=273+t进气行程排气门关闭进气门开启活塞温度370~440K，压力75~90kPa大气压力线PVra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。压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：ε=Va/VcPVra示功图大气压力线c上止点下止点温度600~800K，压力600~1500kPa作功行程进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度2200~2800K，压力3~5MPa作功终了：温度1500~1700K，压力300~500kPa排气行程进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气压力线cZb上止点下止点温度900~1200K压力105~125kPa残余废气1.进气冲程活塞：从上止点移动到下止点气门：进气门打开，排气门关闭曲轴：旋转从0℃A～180℃A进气终了压力：pde＝0.075～0.09Mpa进气终了温度：Tde＝370～400K2.压缩冲程活塞：从下止点移动到上止点气门：进气门关闭，排气门关闭曲轴：旋转从180℃A～360℃A压缩终了压力：pco＝0.8～2.0Mpa压缩终了温度：Tco＝600～700K爆燃：由于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造成的一种不正常燃烧。后果：轻微爆燃，发动机功率有所升高；但过度，则会使发动机过热，功率下降，经济性变差，零件寿命下降等。现象：发生爆燃时，有尖锐的金属敲击声传出。表面点火：由燃烧室内炽热表面（如排气门头、火花塞电极、积碳）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。后果：发动机的性能下降，零部件寿命降低。现象：发生表面点火时，有沉闷的敲击声传出。3.做功冲程活塞：从上止点移动到下止点气门：进气门关闭，排气门关闭曲轴：旋转从360℃A～540℃A最高压力：pmax＝3.0～6.5Mpa最高温度：Tmax＝2200～2800K膨胀终了压力：pex＝0.3～0.6Mpa膨胀终了温度：Tex＝1200～1500K4.排气冲程活塞：从下止点移动到上止点气门：进气门关闭，排气门开启曲轴：旋转从540℃A～720℃A排气终了气体压力（残余废气压力）：p`r＝0.105～0.115Mpa排气终了气体温度（残余废气温度）：T`r＝900～1100K二、四冲程柴油机的工作原理喷油器喷油泵吸气行程压缩行程作功行程排气行程进气门排气门纯空气温度300~370K压力800~900kPa温度800~1000K压力3~5MPa瞬时：温度1800~2200K压力5~10MPa温度800~1000K压力105~400kPa终了：温度800~1000K压力105~400kPa1.进气冲程与汽油机主要区别：进入气缸的是纯空气。进气终了压力：pde＝0.08～0.09Mpa进气终了温度：Tde＝340～380K2.压缩冲程与汽油机的主要区别：压缩比高于汽油机；在压缩过程快要结束的时候，喷油器向气缸内喷入柴油。当油与空气混合后在高压下达到其自燃点就开始着火燃烧。压缩终了压力：pco＝3.0～5.0Mpa压缩终了温度：Tco＝750～1000K3.做功冲程柴油机由于是边喷油、边混合、边燃烧，所以，所以最开始虽然活塞有所下行，但气缸内的压力基本不变。最高压力：pmax＝4.5～9Mpa最高温度：Tmax＝1800～2500K膨胀终了压力：pex＝0.2～0.5Mpa膨胀终了温度：Tex＝1000～1200K4.排气冲程排气终了气体压力：p`r＝0.105～0.12Mpa排气终了气体温度：T`r＝700～900K四冲程汽油机、柴油机缸内压力、温度比较（p：Mpa；T：K）700～900900～1100T`r0.105～0.120.105～0.115p`r排气1000～12001200～1500Tex0.2～0.50.3～0.6pex1800～25002200～2800Tmax4.5～93.0～6.5pmax做功750～1000600～700Tco3.0～5.00.6～1.2pco压缩340～380370～400Tde0.08～0.090.075～0.09pde进气柴油机汽油机三、四冲程汽油机、柴油机特点比较1.由于柴油机压缩比较高，燃料燃烧非常完全，所以柴油机的有效热效率好，经济性好。汽油机：be=270～325g/(kw.h)柴油机:be=214～285g/(kw.h)2.柴油机无点火系，所以故障少些，易保养。但柴油机有高精度零件如喷油泵、喷油器等，其成本较高，并且加工较难。3.柴油机最高爆发压力高，所以对发动机的零部件强度要求高，这样导致柴油机笨重。4.柴油机转速低于汽油机原因：1）由于柴油机的压缩比高，所以其受到的机械负荷较大，故其零部件的质量需较大，导致运动时惯性力较大。2）汽油机可燃混合气的混合时间和质量优于柴油机。5.柴油机运转噪音高，但有害气体的排放优于汽油机，而微粒排放较高。6.柴油机启动困难，汽油机易启动。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：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。思考四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么不同呢？不同点汽油机柴油机汽油与空气缸外混合，进入可燃混合气进入气缸的是纯空气电火花点燃混合气高温气体加热柴油燃烧有点火系无点火系无喷油器有喷油器§2.3二冲程发动机的工作原理二冲程发动机二冲程汽油发动机工作原理二冲程柴油发动机工作原理一、结构介绍1.换气机构（气孔、气阀）2.曲轴箱扫气、扫气泵扫气3.活塞顶部为凸顶，以引导气流扫气4.活塞裙部较长，有缺口等二冲程工作过程.MPG二、二冲程汽油机工作原理压缩混合气进气点火燃烧排气扫气孔进气孔排气孔火花塞1.结构2.工作原理(1)第一冲程活塞：从下止点到上止点活塞上方：换气；三孔关闭后，压缩可燃混合气活塞下方：新鲜混合气由进气口进入曲轴箱曲轴：旋转从0℃A～180℃A3.第二冲程活塞：从上止点到下止点活塞上方：可燃混合气燃烧膨胀做功；排气口露出后排气；扫气口露出后开始扫气。活塞下方：进气口被下移地活塞关闭后新鲜混合气被下移的活塞预压缩，扫气口露出后，被预压缩的新鲜气体经过扫气口进入活塞上方的气缸内。曲轴：旋转从180℃A～360℃A三、二冲程柴油机工作原理换气燃烧排气压缩喷油器空气扫气泵废气排气门1.结构介绍（1）有排气阀，无排气口。（2）进气口设置在气缸上部，进气口和扫气口为同一气口。（3）通过扫气泵扫气。2.工作原理第一冲程：活塞从下止点到上止点。最开始，通过扫气泵换气；当进气口被关闭后，对进入到气缸内的空气进行压缩；快到上止点时喷油器喷油入燃烧室，油气混合自燃起来。第二冲程：活塞从上止点到下止点。气缸内的燃气燃烧膨胀做功；活塞下移排气阀打开排气；露出扫气孔后开始利用扫气泵将新鲜空气扫入气缸进行扫气。四、二冲程汽油机的优缺点（同四冲程汽油机相比较）（一）优点：1.从工作原理上来讲，在发动机排量和转速相同的前提下，二冲程发动机的功率理论上是四冲程发动机的2倍。2.由于二冲程发动机的做功频率比较高，所以发动机运转比较平稳。3.无专门的换气机构，所以结构简单，质量小。4.由于附属机构少，所以使用、维护很方便。所以摩托车上多用。（二）缺点：1.废气不易排除干净。2.换气时减少了有效工作行程。3.部分新鲜可燃混合气随废气排出，使能源浪费，经济性下降。4.同时造成环境污染。思考二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优点？理论上它的功率应等于四冲程发动机的二倍。由于作功频率较大，二冲程发动机的运转比较均匀平稳。构造简单，质量较小。易受磨损和经常需要修理的运动部件数量较少。§2.4发动机的分类车用内燃机水冷发动机风冷发动机车用内燃机车用内燃机车用内燃机四冲程发动机二冲程发动机汽油发动机柴油发动机单缸发动机多缸发动机化油器式发动机直接喷射式发动机车用内燃机单列式发动机双列式发动机§2.5发动机的总体构造两大机构曲柄连杆机构配气机构五大系统供给系点火系冷却系润滑系起动系连杆飞轮曲轴活塞进气门排气门推杆挺柱正时齿轮■配气机构■曲柄连杆机构摇臂凸轮轴桑塔纳发动机结构示意图桑塔纳发动机冷却系示意图桑塔纳发动机润滑系示意图压缩比定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比。用ε表示。ε=Va/Vc现代化油器式发动机压缩比一般为6～9(轿车有的达9～11)。上海桑塔纳轿车汽油机压缩比为8.2。压缩比过大的不良后果返回压缩比过大的不良后果名称成因现象后果爆燃由于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造成的一种不正常燃烧。火焰以极高的速率向外传播，形成压力波，以声速向前推进。当压力波撞击燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重爆燃时甚至造成气门烧毁、轴瓦破裂，火花塞绝缘体击穿等。表面点火由于燃烧室内炽热表面与炽热处(如排气门头，火花塞电极，积炭处)点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。伴有强烈的较沉闷敲击声。产生的高压会使发动机机件负荷增加，寿命降低。返回四冲程发动机工作状态状态行程温度(K)压力进气行程370~44075~90kPa压缩行程600~800600~1500kPa作功行程2200~2800(瞬时最高)1500~1700(作功终了)3~5MPa(瞬时最高)300~500kPa(作功终了)排气行程900~1200105~125kPa柴油机工作时各行程状态参数状态行程温度(K)压力进气行程320~350800~900kPa压缩行程800~10003~5MPa作功行程2200~2800(瞬时最高)1500~1700(作功终了)3~5MPa(瞬时最高)300~500kPa(作功终了)排气行程800~1000105~125kPa单缸发动机结构示意图作业1.解释词语：发动机排量、压缩比、四冲程发动机、两冲程发动机2.简述四冲程汽油发动机工作原理。3.比较两冲程与四冲程发动机。