第一章发动机的工作原理与结构3.

1汽车构造2汽车是由发动机、底盘、车身和电器电子设备四大部分组成。本课程通过对汽车的总体构造、主要系统的功能、组成和基本结构的学习，使学生了解和掌握汽车发动机和底盘的基本工作原理，同时培养学生对汽车的兴趣和爱好，并为后续专业课程(发动机原理、发动机设计、汽车设计，汽车电子学等)的学习和从事相关科研工作打下坚实的基础。课程介绍3《汽车构造》（上）主要介绍汽车常规动力－内燃机的基本组成和基本工作原理。讲授汽车发动机的工作过程和总体结构，曲柄连杆机构，配气机构，进、排气系统，燃油供给系，润滑系，冷却系，点火系，起动系等。课程内容提要《汽车构造》（下）主要介绍底盘，它是构成汽车的基础。它由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统共同构成，分别完成传递发动机动力、支承整车重量和实现行走、控制汽车行驶方向、控制汽车行驶速度等主要功能。4学习本课程的目的及特点A、奠定后续专业课的基础B、培养结构分析的基本能力本课程的特点A、只涉及汽车结构原理和构成B、内容的系统性与独立性C、较强的实践性本课程的目的及特点5第一章发动机的工作原理与总体结构本章讲述内容：发动机的分类四冲程发动机的工作原理二冲程发动机的工作原理（自学）发动机的总体构造发动机主要性能指标与特性内燃机产品名称和型号编制规则6汽车发动机•发动机是汽车的心脏，为汽车的行走提供动力。•简单讲，发动机就是一个能量转换机构，即将燃料放在密封汽缸内燃烧，气体膨胀推动活塞作功，使热能转变为机械能，这是发动机最基本原理。•虽然发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，天才的发动机设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完美的程度，但发动机的工作原理仍然未变。7第一节发动机的分类一、发动机：将某一种形式的能量（热能、电能、化学能、太阳能等）转变成机械能的机器。二、热力发动机：将热能转变成机械能的发动机。1、外燃机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器内部并转变成机械能输出的热力发动机。如蒸汽机。2、内燃机：液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再将热能转变成机械能输出的热力发动机。如活塞式内燃机、燃气轮机(按热能转变成机械能的主要构件分）。8第一节发动机的分类比较外燃机体积大，重量重，热效率低；内燃机热效率高，体积小，重量轻，便于移动，起动性能好;燃气轮机功率大，转速高，质量小（没有往复运动件，单位功率质量小），转矩特性好（减少变速器挡数），燃料适应性好，起动性好，但耗油量、噪声和制造成本均较高，适用于坦克发动机9三、活塞式内燃机：按活塞运动方式分：1、往复活塞式内燃机2、转子活塞式内燃机三角活塞旋转式发动机（简称转子发动机）于1958年由德国F.汪克尔发明，关键技术是1954年F.汪克尔提出的气密封系统，1964年德国NSU公司将转子发动机装在轿车上，1967年日本东洋工业公司成批生产，至今。比较：转子发动机与往复活塞式发动机相比，优点是体积小，重量轻，转速高，升功率大，现代转子发动机燃油消耗率水平接近往复活塞式发动机，但耐久性、可靠性等较差，制造成本较高。10111、按所用的燃料分：（1）液体燃料发动机；汽油机（gasolineengine）；柴油机（dieselengine）。（2）气体燃料发动机：压缩天然气发动机（CNG）；液化石油气发动机（LPG）。2、按发火方式分：四、往复活塞式内燃机:（1）点燃式发动机（如汽油机、气体燃料发动机）；（2）压燃式发动机（如柴油机）。12133、按工作循环分：四冲程发动机、二冲程发动机按完成一个工作循环活塞的行程数144、按冷却方式分：水冷式、风冷式155、按进气方式分：（1）自然吸气式发动机（非增压式发动机）（2）强制吸气式（增压式发动机）166、按气缸数分：单缸发动机、多缸发动机。177、按气缸排列分：直列式发动机、V型发动机、对置式发动机。1819第二节四冲程发动机的工作原理2021第二节四冲程发动机的工作原理1、单缸汽油机结构22上止点：活塞离曲轴回转中心最远处。下止点：活塞离曲轴回转中心最近处。冲程：活塞由一个止点到另一个止点运动一次的过程；2、发动机基本术语23曲柄半径R：曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径，通常活塞行程为曲柄半径的两倍，即S=2R活塞行程S：上、下两止点间的距离（mm）,对应一个活塞的行程，曲轴旋转180°24气缸工作容积（Vh）：活塞从上止点到下止点所让出的空间容积。（气缸排量）发动机工作容积（Vl）：发动机所有气缸工作容积之和，也叫发动机的排量。（发动机排量）VL=iSD42式中：D——气缸直径（cm）S——活塞行程（cm）i——气缸数25•燃烧室容积（Vc）：活塞在上止点时，活塞顶与气缸盖之间的空间容积。气缸总容积（Va）：活塞在下止点时，活塞顶上面的空间容积压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积的比值。ε=Va/Vc2627动态演示282930四冲程发动机：活塞往复四个冲程完成一个循环的发动机。四个循环：进气冲程压缩冲程作功冲程排气冲程四冲程汽油机的工作过程3、四冲程汽油机发动机工作过程31四冲程汽油机工作原理：进气行程排气门关闭进气门开启活塞温度370~440K，压力75~90kPa示功图示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。3233四冲程汽油机工作原理：压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：ε=Va/Vc示功图温度600~800K，压力600~1500kPa34353637汽油机压缩比的选择应在避免引起爆燃和表面点火的前提下尽可能提高压缩比，以提高发动机功率，改善燃油经济性。38四冲程汽油机工作原理：作功行程进气门关闭排气门关闭活塞示功图瞬时最高：温度2200~2800K，压力3~5MPa作功终了：温度1500~1700K，压力300~500kPa3940四冲程汽油机工作原理：排气行程进气门关闭排气门打开活塞示功图温度900~1200K压力105~125kPa残余废气4142作用曲轴活塞进气门排气门压力温度进气冲程吸入新鲜混合气转半圈开关0.075-0.09Mpa370-400K压缩冲程提高燃烧速度转半圈关关0.6-1.2Mpa600-700K作功冲程燃烧作功转半圈关关Max3-5MpaMax1800-2200K排气冲程排出废气转半圈关开0.105-0.115MPa900-1200K图表四冲程汽油机一个工作循环,活塞上下止点间往复运动四个行程,曲轴旋转两周43视频4445进气行程压缩行程作功行程排气行程新鲜空气二、四行程柴油机各行程示意图开始喷油46相同点：每个工作循环曲轴转两周，每一冲程曲轴转半周，进气冲程进气门开，排气冲程排气门开，其余三个冲程进、排气门均关。四个冲程中，只有作功冲程产生动力，其余三个冲程消耗能量，其余三个行程是依靠飞轮的惯性作用完成的。必须用外力起动。工作循环基本内容相似，主要机件的运动相同，结构基本相同。四冲程汽油机与四冲程柴油机的比较47不同点：混合气的形成方式不同：汽油机是缸外混合；柴油机是缸内混合；柴油的粘度比汽油大，不易蒸发，不可能用气缸外部的化油器进行雾化，因此不可能采用气缸外部形成可燃混合气的方法，唯有在高温、高压的气缸内采用高压喷射才能将柴油在很短的时间内完全雾化。48柴油机压缩比较高（一般为16～22），所以压缩终了时的压力可达3.5～4.5MPa，温度高达750～1000K，大大超过柴油的自燃温度，故柴油高压（10MPa以上）喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便自行着火燃烧，最大爆发压力可达6～9MPa，最高燃气温度可达2000～2500K。柴油的自燃温度比汽油低，因此，可燃混合气的着火方式可采用自燃（压燃）方式，与汽油机的点燃方式不同（否则会产生爆炸性燃烧，使柴油机工作粗暴）。着火方式不同：汽油机点燃式；柴油机是压燃式。49柴油机与汽油机性能比较汽油机具有转速高（轿车高达5000~6000r/min）、质量小、工作柔和、起动容易、制造成本低和维修方便等优点，不足之处是燃油消耗率较高，燃油经济性较差，适用于轿车型乘做人员车辆柴油机燃油消耗率较汽油机低30%左右，且柴油价格低，所以燃油经济性好，而且输出扭矩较大，但冷起动困难、工作粗暴、工作转速较低（一般4000r/min以下）、制造成本高、维修困难，适用于运输型汽车。50现代汽车发动机为什么要采用多缸发动机工作？51现代汽车发动机采用多缸发动机工作原因四冲程发动机工作循环的四个行程中，只有一个行程作功，其余三个行程为作功作准备。单缸发动机曲轴转速是不均匀的，因而发动机运转不平稳，工作振动大，现代汽车采用多缸发动机就可以提高发动机运转的平稳性。52一、二冲程汽油机工作原理（一）二冲程发动机的工作循环:是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一周的时间内完成的。（二）二冲程汽油机的结构特点：二冲程汽油机采用曲轴箱扫气，曲轴箱是密封的，对多缸机而言，各曲柄轴室相互之间是密封的，气缸壁上开有矩形扫气口和排气口，气缸壁上开有进气口（右图所示最早的活塞阀进气方式）。第三节二冲程汽油机工作原理5354活塞上行:上方—压缩下方---吸气活塞下行(上半程):上方—作功下方---预压活塞下行(下半程):上方—换气下方---预压551、第一行程：活塞自下止点向上止点运动，已充入活塞上方气缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。(压缩，进气)2、第二行程：活塞自上止点向下移动，活塞上方进行着作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。(作功，排气)二冲程汽油机工作原理（视频）56思考二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何不同点？为什么二冲程化油器式发动机在汽车上较少被采用？57二冲程汽油机与四冲程汽油机比较1、理论上同样发动机排量、同样工作转速的发动机其功率应等于四冲程汽油机的二倍，由于构造上的原因，二冲程发动机的最大缺点是不易将废气自气缸内排除得较干净，并且在换气时减少了有效工作行程。因此，在同样的工作容积和曲轴转速下，二冲程发动机的功率并不等于四冲程发动机的2倍，只等于1.5～1.6倍；584、二冲程发动机的制造费用低廉，构造简单，重量轻，所以在摩托车上广泛采用。汽油喷射二冲程发动机可以减少扫气损失，改善燃油经济性差的缺点，可望在汽车上得到发展。二冲程汽油机与四冲程汽油机比较2、二冲程汽油机作功间隔短，发动机运转平稳，飞轮转动惯量小，容易上高速。3、二冲程汽油机燃油消耗率远较四冲程汽油机的燃油消耗率高，HC等排放严重。59第四节发动机的总体构造机体组曲柄连杆机构配气机构进排气系统燃油供给系点火系润滑系冷却系起动系增压系统6015、气缸盖罩现代四冲程汽油机的一般结构（以桑塔纳轿车电喷发动机为例）桑塔纳轿车（2000GSI）电喷发动机（AJR）外形图1、正时齿形带护罩2、空调压缩机3、空调压缩机带轮4、多楔皮带5、曲轴带轮6、张紧轮7、发电机带轮8、导向轮9、动力转向油泵10、动力转向泵带轮11、发电机12、进气歧管13、机油标尺14、燃油分配管6135、油底壳桑塔纳轿车（2000GSI）电喷发动机（AJR）轴侧剖视图16、正时齿形皮带17、凸轮轴正时齿形带轮18、水泵齿形带轮19、曲轴正时齿形带轮20、机油泵传动链21、机油泵22、曲轴23、水泵24、活塞25、排气门26、进气门27、气缸体28、气缸盖29、液压挺柱30、凸轮轴31、喷油器32、机油滤清器33、机油压力限压阀34、连杆62喷油器气缸盖罩加机油口气缸盖排气歧管进气歧管发电机空调压缩机导向轮动力转向泵带轮水泵气缸体曲轴箱油底壳机油泵链轮曲轴连杆活塞进气门凸轮轴液压挺柱气门弹簧桑塔纳轿车（2000GSI）电喷发动机（AJR）横剖面图63••CompanyLogo64656667两大机构之－－曲柄连杆机构作用：将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。组成：由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组组成。68两大机构之