发动机基本原理与构造

2020/1/41发动机基本原理与构造技术中心机加部襄樊现场支持分部DEPA/DMEC/MXFMXY/MOT：张文2020/1/42目录一、发动机的类型二、发动机的工作原理三、发动机的基本构造四、发动机的性能指标五、神龙公司系列发动机产品参数介绍2020/1/43发动机的类型发动机内燃机外燃机蒸汽机汽轮机热汽机转子式内燃机活塞式内燃机发动机类型优点缺点应用范围转子式内燃机噪声小，平稳,升功率高油耗高、维修成本高马自达活塞式内燃机结构简单、维修成本低噪音、振动大汽车蒸汽机动力强劲运营成本高，能量转换效率低火车、轮船汽轮机适于输送易燃易爆的气体体积庞大、能量转换效率低电站热汽机效率高、噪音低、排放低制造成本高、体积大电站、动力厂2020/1/44按冷却方式水冷发动机风冷发动机四冲程发动机按冲程二冲程发动机按缸孔数目单缸发动机多缸发动机按缸孔排列直列式发动机V型发动机按燃料汽油发动机柴油发动机化油器式发动机直接喷射式发动机气体燃料发动机活塞式内燃机的分类W型发动机对置式发动机2020/1/45目录一、发动机的分类二、发动机的工作原理三、发动机的基本构造四、发动机的性能指标五、神龙公司系列发动机产品参数介绍2020/1/46发动机是汽车最主要的总成之一，动力的来源。被称为汽车的“心脏”。1、发动机概述2020/1/472、基本术语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)压缩比（ε）工作循环VL=Vh×Iε=Va/VcVh=πD2·S×10-6/4（L）D——气缸直径mmS——活塞行程mm2020/1/482020/1/49§2.1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)。发动机型号TU3AFTU5JP4CNG–TU5JP4GEW10AEW12压缩比10.510.5111110.8公司各发动机压缩比一览表压缩比愈大，在压缩终了时混合气的压力和温度便越高，燃烧速度便越快，因而发动机发出的功率愈大，经济性愈好。但压缩比越大越好吗？2020/1/410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。压缩比过大的不良后果：压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。2020/1/4113、四冲程发动机的简单工作原理§3.1四冲程汽油机的工作原理1、进气行程2、压缩行程3、作功行程4、排气行程单缸四冲程汽油机的工作过程2020/1/412进气行程示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。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2020/1/413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600~1500kPa2020/1/414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300~500kPa2020/1/415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2020/1/416目录一、发动机的分类二、发动机的工作原理三、发动机的基本构造四、发动机的性能指标五、神龙公司系列发动机产品参数介绍2020/1/417•发动机基本构造机体及曲柄连杆机构配气机构燃油供给系点火系冷却系润滑系起动系2020/1/418§1.1功用将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。§1.2组成1、机体组2、活塞连杆组3、曲轴飞轮组1、曲柄连杆机构2020/1/419§1.2.1机体组机体组组成：曲轴箱气缸体气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳2020/1/420§1.2.2气缸体的布置分类结构简单、加工容易，但发动机长度和高度较大。缩短了机体的长度和高度，增加了刚度，减轻了发动机的重量；形状复杂，加工困难。六缸以上发动机使用2020/1/421高度小，总体布置方便。轿车中应用不多对置气缸式发动机2020/1/422这3种分别为什么式？2020/1/423§1.2.3整体式气缸体和镶嵌式气缸体a、整体式气缸体：气缸直接镗在气缸体上。b、镶嵌式气缸体：气缸套镶嵌到气缸体内的气缸。类型构造性能及应用整体式气缸直接镗在气缸体上强度和刚度好，能承受大负荷。成本高。镶嵌式用耐磨优质材料制成气缸套，再装到一般材料制成的气缸体内。降低了制造成本，便于修理和更换气缸套，延长了气缸体的使用寿命。2020/1/424§1.2.4气缸盖功用：密封气缸的上部，与活塞、气缸等共同构成燃烧室。材料：灰铸铁或合金铸铁，铝合金。工作条件：由于接触温度很高的燃气，所以承受的热负荷很大。上置式凸轮轴铝合金与铸铁相比有何优越性？导热性好、利于提高压缩比，适用与高速高强化汽油机2020/1/425§1.2.5燃烧室名称特点示意图应用半球形结构紧凑、火焰行程段、燃烧速率高、热损失小、热效率高桑塔纳夏利富康楔形结构简单、紧凑、散热面积小、热损失少；火花塞置于燃烧室最高处，火焰传播距离长切诺基盆形工艺性好、成本低、进排气效果不如半球形燃烧室捷达奥迪2020/1/426§1.2.6活塞连杆组气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖2020/1/427（一）活塞1、功用：承受气体压力，并通过活塞销和连杆驱使曲轴旋转。2、工作环境：高温、散热条件差；顶部工作温度高达1600~1700K，且分布不均匀；高速，线速度达到10m/s，承受很大的惯性力。活塞顶部承受最高可达3~5MPa（汽油机）的压力。3、材料：铝合金：质量小导热性好；灰铸铁活塞应具备的特点A刚度和强度应足够大，传力可靠。B导热性能好，耐高压、高温、磨损C质量较小，尽可能减少往复惯性力2020/1/4284、结构（1）活塞顶部功用：是燃烧室的组成部分，主要作用承受气体压力。2020/1/429活塞顶分类形状示意图平顶凸顶凹顶结构简单、制造容易、受热面积小、应力分布较均匀，多用在汽油机上。凸起呈球状、顶部强度高，起导向作用、有利于改善换气过程。凹坑的形状、位置必须有利于可燃混合气的燃烧；提高压缩比，防止碰气门。2020/1/430（2）活塞头部位置：第一道活塞槽与活塞销孔之间的部分。气环槽油环槽工作条件最恶劣，应离顶部远些。1、安装活塞环、与活塞环一起密封气缸。2、防止可燃混合气漏到曲轴箱内。3、将顶部吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。作用：活塞销孔2020/1/431（3）活塞裙部位置：从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，包括销座孔。作用：对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力，防止破坏油膜。2020/1/432（4）活塞形状--工作时，活塞受热膨胀，由于销座方向的金属材料较多，所以膨胀量较大。所以在生产时先将活塞制成椭圆形，短轴在销座轴方向。--上小下大的圆锥形形状。销座方向裙部受侧压力的作用，导致活塞发生变形工作时向里变形桶形不受压力的部分，去掉后可以减轻质量。2020/1/433（二）活塞环是具有弹性的开口环，分为气环和油环。工作条件：高温、高压、高速、极难润滑。平均寿命：6万公里（1）气环作用：保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，再由冷却水将其带走。切口气环2020/1/434气环的密封作用：第一密封面：活塞环直径大于气缸直径，装入后产生弹性贴紧在气缸壁上而形成；加强密封：窜入环槽的少量气体作用在环的背面（背隙处），加强了第一密封面作用；第二密封面：窜入环槽的少量气体作用在环槽底面，形成第二密封面；2020/1/435气环的泵油作用2020/1/436气环的泵油作用演示2020/1/437（2）油环种类普通油环组合式油环示意图特点结构简单，易加工，成本低与汽缸壁接触压力高，适应性好，刮油效果强，但成本高刮油片轴向衬环径向衬环刮油片回油孔2020/1/438油环的刮油作用2020/1/439（三）活塞销作用：连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传递给连杆。构造：活塞销的内孔形状有圆柱形，两段截锥形，以及两段截锥与一段圆柱的组合形。2020/1/440活塞销的偏置使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一边过渡到另一边，减少敲缸的声音。2020/1/441（四）连杆作用：连接活塞与曲轴，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。连杆组件分解图2020/1/442§1.2.7曲轴飞轮组一、曲轴飞轮组的组成起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮飞轮螺栓曲轴2020/1/443二、曲轴1、功用：把活塞连杆组传来的气体压力转变为扭矩对外输出。还用来驱动发动机的配气机构及其他各种辅助装置。2、工作条件：受气体压力、惯性力、惯性力矩。承受交变载荷的冲击。2020/1/4443、结构：前端轴连杆轴颈曲轴轴颈后端轴平衡重曲拐曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。曲柄2020/1/445在安排多缸发动机的发火次序时，应注意使连续作功的两缸相距尽可能远，以减轻主轴承的载荷，同时避免可能发生的进气重叠现象（即相邻两缸进气门同时开启）以影响充气，作功间隔应力求均匀。在发动机完成一个工作循环的曲轴转角内，每个气缸都应发火作功一次，而且各缸发火的间隔时间（以曲轴转角表示，称为发火间隔角）应力求均匀。曲轴转角第一缸第二缸第三缸第四缸0-180作功排气压缩进气180-360排气进气作功压缩360-540进气压缩排气作功540-720压缩作功进气排气发动机的点火顺序为：1-3-4-2四行程直列四缸发动机：发火间隔角为720/4=180。2020/1/446三、飞轮（一）功用：将在作功行程中输入于曲轴的功能的一部分贮存起来，用以在其他行程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、下止点，保证曲轴的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使发动机有可能克服短时间的超载荷，同时将发动机的动力传给离合器。2020/1/447（二）构造飞轮边缘部分做的厚些，可以增大转动惯量；中间较薄，为减小质量齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。一缸上止点记号作用是：调整点火正时飞轮一般中间尺寸较薄，边缘较厚。为什么？2020/1/448§2.1概述一、功用：按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。二、充气效率：在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。ηv=M/M0M——进气过程中，实际进入气缸的新气的质量；Mo——在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。充气效率越高越好，而其大小与配气机构结构有直接的关系。2、配气机构2020/1/449三、气门式配气机构•气门组•传动组•驱动组2020/1/450§2.2配气机构的构造1、气门顶置式2、气门侧置式（已很少使用）。一、气门的布置型式2020/1/4512020/1/452二、凸轮轴的传动方式传动方式传动路线特点应用齿轮传动曲轴正时齿轮（钢）→凸轮轴正时齿