汽车机械基础

TOYOTA汽车机械基础TOYOTA第二节四冲程发动机工作原理TOYOTA一、四行程汽油机的工作原理•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。TOYOTA•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。要完成这个能量转换必须经过进气，把可燃混合气(或新鲜空气)引入气缸；然后将进入气缸的可燃混合气(或新鲜空气)压缩，压缩接近终点时点燃可燃混合气(或将柴油高压喷入气缸内形成可燃混合气并引燃)；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。TOYOTA1.进气行程TOYOTA•在进气过程中，受空气滤清器、化油器、进气管道、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370～400K（100-130℃）TOYOTA2.压缩行程TOYOTA•压缩终了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600～700K（330-430℃）。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。阿克苏诺贝尔版权所有TOYOTA3.作功行程阿克苏诺贝尔版权所有TOYOTA•在这一行程中，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（1930-2530℃）。作功行程结束时，气体压力降低到0.3～0.5MPa，气体温度降低到1300～1600K（1030-1330℃）。阿克苏诺贝尔版权所有TOYOTA4.排气行程阿克苏诺贝尔版权所有TOYOTA•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（630-930℃）。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。阿克苏诺贝尔版权所有TOYOTA各行程对比活塞运动进气门排气门进气由上向下开启关闭压缩由下向上关闭关闭做功由上向下关闭关闭排气由下向上关闭开启TOYOTA二、四冲程汽油机的工作特点•1.一个工作循环中，曲轴旋转两轴•2.四冲程中，只有做功冲程是有效冲程•3.可燃混合气在气缸外形成，电火花点燃•4.发动机起动时要靠外力转动曲轴TOYOTA三、四行程柴油机的工作原理•四行程柴油机和四行程汽油机的工作过程相同，每一个工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气四个行程，但由于柴油机使用的燃料是柴油，柴油与汽油有较大的差别，柴油粘度大，不易蒸发，自燃温度低，故可燃混合气的形成，着火方式，燃烧过程以及气体温度压力的变化都和汽油机不同，下面主要分析一下柴油机和汽油机在工作过程中的不同点。阿克苏诺贝尔版权所有TOYOTA(1)进气行程•四行程柴油机在进气行程中所不同的是柴油机吸入气缸的是纯空气而不是可燃混合气，在进气通道中没有化油器，进气阻力小，进气终了时气体压力略高于汽油机而气体温度略低于汽油机。进气终了时气体压力约为0.078～0.093MPa，气体温度约为300～370K。阿克苏诺贝尔版权所有TOYOTA阿克苏诺贝尔版权所有(2)压缩行程•压缩行程压缩的也是纯空气，在压缩行程接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，柴油和空气在气缸内形成可燃混合气并着火燃烧。柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多，压缩终了时气体温度和压力都比汽油机高，大大超过了柴油机的自燃温度。压缩终了时，气体压力约为3.5～4.5MPa，气体温度约为750～1000K，柴油机是压缩后自燃着火的，不需要点火，故柴油机又称为压燃机。TOYOTA(3)作功行程•柴油喷入气缸后，在很短的时间内与空气混合后便立即着火燃烧，柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的，而不象汽油机那样，混合气主要是在气缸外部的化油器中形成的。柴油机燃烧过程中气缸内出现的最高压力要比汽油机高得多，可高达6～9MPa，最高温度也可高达2000～2500K。作功终了时，气体压力约为0.2～0.4MPa，气体温度约为1200～1500KTOYOTA(4)排气行程•柴油机的排气行程和汽油机一样，废气同样经排气管排入到大气中去，排气终了时，气缸内气体压力约为0.105～0.125MPa，气体温度约为800～1000K。TOYOTA四、汽油机于柴油机的比较•1.着火方式不同•2.所用燃料不同•3.混合气形成方式不同•4.压缩比高低不同TOYOTA五、单缸与多缸发动机•多缸四行程发动机与单缸四行程发动机的工作过程有什么区别呢？TOYOTA•就能量转换过程，发动机的每一个气缸和单缸机的工作过程是完全一样的，都要经过四个行程。但是单缸发动机的四个行程中只有一个行程作功，其余三个行程不作功，即曲轴转两圈，只有半圈作功，所以运转平稳性较差，功率越大，平稳性就越差。TOYOTA•而多缸发动机的作功行程是错开的，按照工作顺序作功，即曲轴转两圈交替作功，因此，运转平稳，振动小。缸数越多，作功间隔角越小，同时参与作功的气缸越多，发动机运转越平稳。多缸机使用最多的有四缸发动机，六缸发动机和八缸发动机。TOYOTA第三节二冲程发动机工作原理TOYOTA•完成一个工作循环，曲轴转一圈(360°)，活塞上下往复运动两次，称为二行程发动机。•二行程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、作功、排气过程组成，但它是在曲轴旋转一圈(360°)，活塞上下往复运动的两个行程内完成的。因此，二行程发动机与四行程发动机工作原理不同，结构也不一样。TOYOTATOYOTA第四节发动机总体构造及型号编制规则TOYOTA二、内燃机的编号规则•为了便于内燃机的生产管理和使用，国家标准(GB725－91)《内燃机产品名称和型号编制规则》中对内燃机的名称和型号作了统一规定。TOYOTA1.内燃机的名称和型号•内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、柴油机、煤气机等。•内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。•内燃机型号由以下四部分组成：•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、气缸排列形式符号、冲程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。TOYOTA2.内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义TOYOTA3.型号编制举例•CA6102：•六缸，直列式，四行程，缸径102mm，水冷通用型，CA表示系列符号•8V100：•八缸，V型，四行程、缸径100mm，水冷通用型•TJ376Q：•三缸，直列式，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号•CA488Z：•四缸，直列式，四行程，缸径88mm，增压通用型，CA表示系列符号TOYOTA•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•X4105：表示四缸，直列式，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号TOYOTA三、发动机的主要性能指标和特性1.发动机的性能指标发动机的性能指标是用来衡量发动机性能好坏的标准。发动机的主要性能指标有：动力性能指标，经济性能指标和排放性能指标。TOYOTA1）动力性能指标•动力性能指标指曲轴对外作功能力的指标，包括有效扭矩、有效功率和曲轴转速。•a.有效扭矩：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的扭矩，通常用Te表示，单位为N·m。有效扭矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的扭矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净扭矩。TOYOTA1）动力性能指标•b.有效功率：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用Pe表示，单位为kW。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效扭矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用下面公式计算出有效功率。•式中：Te－有效扭矩，单位为N·m；•n－曲轴转速，单位为r/min。TOYOTA1）动力性能指标•c.转速：指发动机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。•发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定汽车发动机应能在额定工况下连续运行300～1000小时。TOYOTA(2)经济性能指标•通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能。燃油消耗率是指单位有效功的燃油消耗量，也就是发动机每发出1kW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量(以g为单位)，燃油消耗率通常用ge表示，其单位为g/kW·h，计算公式如下•式中：GT－每小时的燃油消耗量，kg/h；•Pe－有效功率，kW。•很明显，有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率ge是最小值。TOYOTA(3)排放性能•排放性能指标包括排放烟度、有害气体(CO，HC，NOx)排放量、噪声等。TOYOTA2.特性•发动机的主要性能指标有效扭矩Te，有效功率Pe，有效耗油率随其运转工况(负荷、转速)变化而变化的关系称为发动机的特性。其性能指标随发动机曲轴转速变化的关系称为发动机的速度特性，而性能指标随负荷变化的关系称为发动机的负荷特性。用曲线来表示这些关系，称为发动机的特性曲线。发动机特性是对发动机性能进行全面评价和鉴定的依据。在发动机特性中，其速度特性最为常用，下面仅介绍发动机的速度特性。TOYOTA速度特性•速度特性可以在发动机试验台上测得。当节气门开度保持不变时，同时用测功器对发动机曲轴施加一定数值的阻力矩。当发动机运转稳定时即阻力矩和发动机发出的有效扭矩相等时，可用转速表测出此时的稳定转速，同时在测功器上测出该转速下的有效扭矩Te，计算出有效功率Pe，另外可测出消耗一定量汽油所经历的时间，换算成每小时耗油量GT，然后计算出有效燃油消耗率ge。改变测功器的阻力矩数值，重复上述过程，又可以得出一组n、Te、Pe、ge，这样重复若干次，可以得到一系列的n、Te、Pe、ge，然后根据这些数据，以转速n为横坐标，以性能指标Te、Pe、ge为纵坐标作出三条曲线，即为相对应于该节气门开度的速度特性曲线。节气门全开时的速度特性叫发动机的外特性；节气门不全开的任意位置所得到的速度特性都称为部分特性。发动机的外特性代表了发动机所具有的最高动力性能。TOYOTA作业书上第67页3题9.叙述四行程汽油机的工作原理。10.名词解释：发动机排量，工作循环、压缩比