车辆构造原理第一章发动机.

车辆构造与原理第一章发动机构造与原理第一节：汽车发动机分类发动机分类热力发动机电动机内燃机外燃机活塞式内燃机燃气轮机往复活塞式旋转活塞式发动机：将某种能量转变为机械能的机器。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理旋转活塞式发动机汪科尔斯特林发动机车辆构造与原理第一章发动机构造与原理转子式发动机往复运动式发动机按工作原理分电子燃油喷射式发动机化油器式发动机按燃油供给方式分风冷发动机水冷发动机按冷却方式分多缸发动机双缸发动机单缸发动机按缸数分型发动机直列式发动机按结构特点分二冲程发动机四冲程发动机需的冲程数分按完成一个工作循环所双燃料发动机燃气发动机柴油发动机汽车发动机按作用燃料分发动机121086543V车辆构造与原理第一章发动机构造与原理按照所用燃料分类：内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机；使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。特点：汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理按照行程分类：内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机。把曲轴转两圈(720°)，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机而把曲轴转一圈(360°)，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理按照冷却方式分类内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理按照气缸数目分类：内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理按照气缸排列方式分类：内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角180°(一般为90°)称为V型发动机，若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理按照进气系统是否采用增压方式分类：内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理第二节：发动机的工作原理车辆构造与原理第一章发动机构造与原理•四冲程汽油机的工作原理：车辆构造与原理第一章发动机构造与原理主要组成零件:•机体：缸盖、缸体、曲轴箱；•气缸、活塞、曲轴、飞轮；•配气机构：进、排气门、摇臂、推杆车辆构造与原理第一章发动机构造与原理基本名词术语•1、止点：活塞运动的极限位置。•2、上止点（TDC)：活塞离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上行到最高位置。•3、下止点(BDC)：活塞离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行到最低位置。•4、活塞行程(S)：上、下两止点间的距离(mm)。•5、曲柄半径(R)：与连杆下端(即连杆大头)相连的曲柄销中心到曲轴回转中心的距离(mm)。S＝2R车辆构造与原理第一章发动机构造与原理•6、气缸工作容积(Ⅴh)：活塞从上止点到下止点所扫过的空间容积(L)。•7、发动机排量(VL)：发动机所有气缸工作容积之和(L)。设发动机的气缸数为i，则•8、燃烧室容积(ⅤC)：活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积(L)。气缸工作容积：SDVh62104发动机排量：iVVhL（L）车辆构造与原理第一章发动机构造与原理•9、气缸总容积(Ⅴa)：活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积(L)。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即•10、压缩比(ε)：气缸总容积与燃烧室容积的比值，即•它表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。一般车用汽油机的压缩比为6~10，柴油机的压缩比为15~22。气缸总容积：chaVVV压缩比：chcchcaVVVVVVV1车辆构造与原理第一章发动机构造与原理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。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理•11、发动机的工作循环：在气缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转化为机械能的一系列连续过程(进气、压缩、作功和排气)称发动机的工作循环。•二冲程发动机：活塞往复两个行程完成一个工作循环的称为二冲程发动机。•四冲程发动机：活塞往复四个行程完成一个工作循环的称为四冲程发动机。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理四冲程汽油发动机工作原理1、进气行程2、压缩行程3、作功行程4、排气行程车辆构造与原理第一章发动机构造与原理进气行程排气门关闭进气门开启活塞温度370~400K，压力0.07~0.09MPa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。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理•化油器式汽油机将空气与燃料在气缸外的化油器中进行混合，形成可燃混合气并被吸入气缸。•进气过程中，进气门开启，排气门紧闭。随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积增大，气缸内的压力降低到大气压以下，从而产生真空吸力。这样可燃混合气便经过进气管道和进气门被吸入气缸。由于进气系统中的阻力，在进气终了时，缸内气体压力略低于大气压，约为0.075MPa～0.09MPa。同时吸入的可燃混合气与气缸壁、活塞顶等高温机件接触，以及和前一循环完成后残留缸内的高温废气混合，至使可燃混合气温度高达370K～400K。•示功图，曲线ra位于大气压力线以下，它与大气压力线纵坐标之差为活塞在缸内各位置时的真空度。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理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600~700K，压力0.6~1.5MPa车辆构造与原理第一章发动机构造与原理•为使吸入气缸的混合气迅速燃烧，产生较大压力，进而使内燃机发出较大功率，必须在混合气燃烧前将其压缩，使其体积缩小、密度增大、温度升高。因此，在进气行程终了时要立即进入压缩行程。在此行程中，进气门、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程。•示功图曲线ac表示当活塞到达上止点时，混合气被压入活塞上方很小的燃烧室中。可燃混合气的压力pc高达0.6MPa～1.2MPa，温度可达600K～700K。气缸中气体压缩前最大容积与压缩后最小容积之比即为压缩比ε。现代汽油机压缩比有的高达9～11，例如上海大众生产的桑塔纳2000轿车发动机的压缩比为9.5:1。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理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1300~1600K，压力0.3~0.5MPa车辆构造与原理第一章发动机构造与原理•在此行程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近压缩行程上止点时，气缸盖上的火花塞即发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气燃烧后，放出大量的热能，其压力和温度迅速增加，所能达到的最高压力Pz约3MPa～5MPa，相应温度为2200K～2800K。高温、高压燃气推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能。•示功图曲线zb表示活塞向下移动时，气缸容积逐渐增加，其内气体压力和温度逐渐降低，在作功行程终了的b点，压力降至0.3MPa～0.5MPa，温度则降为1300K～1600K。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理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0.105~0.115MPa残余废气车辆构造与原理第一章发动机构造与原理•可燃混合气燃烧后生成的废气，必须从气缸中排除，以便进行下一个工作循环。•当作功行程接近终了时，排气门开启，依靠废气的压力进行自由排气；当活塞到达下止点后再向上止点移动时，继续将废气强制排入大气中。活塞到上止点附近时，排气行程结束。•示功图曲线br表示排气行程中，气缸内压力约高于大气压力0.105MPa～0.115MPa。排气终了时，废气温度约为900K～1200K。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理•问题：•发动机完成一次工作循环，曲轴需要转??，进、排气门各开启？次，活塞移动？个行程，其中进气、压缩、排气行程需要？动力，只有作功行程产生动力？。•总结：•发动机完成一次工作循环，曲轴需要转两周，进、排气门各开启一次，活塞移动四个行程，其中进气、压缩、排气行程需要消耗动力，只有作功行程产生动力对外作功。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理四行程柴油机工作原理•四行程柴油机是压燃式内燃机，其每一工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。和汽油机的不同之处在于柴油粘度较大，自燃温度较汽油低，致使可燃混合气的形成及点火方式与汽油机不同。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理二、四冲程柴油机的工作原理喷油器排气行程进气门排气门纯空气温度300-370K压力0.0785～0.0932MPa温度750-1000K压力3-5MPa瞬时：温度2000-2500K压力6-9MPa温度800-1000K压力0.105-0.125MPa终了：温度1200～1500k压力0.2-0.4MPa吸气行程压缩行程作功行程车辆构造与原理第一章发动机构造与原理•进气行程：进入气缸的不是混合气而是纯空气。•压缩行程：压缩纯空气，压缩终了温度和压力都比汽油机高。•作功行程：压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器喷入气缸内高温空气中。柴油自行着火燃烧，边喷边燃，气缸内温度压力急剧升高，推动活塞由上止点向下止点运动，再通过连杆驱动曲轴旋转向外输出作功。•排气行程：同汽油机车辆构造与原理第一章发动机构造与原理思考四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么异同呢？车辆构造与原理第一章发动机构造与原理共同特点：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。车辆构造与原理第一章发动机构造与原理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车辆构造与原理第一章发动机构造