01-发动机的工作原理及总体构造.

1发动机构造课程[11002715]主讲：卢少波@2015.09重庆大学汽车工程学院2学习“发动机构造”的基本要求1.组成发动机由哪些基本部分构成？各构成部分又包括哪些总成？各总成又包括哪些零件？学习“发动机构造”后，应能将发动机的结构层层分解，心中有数。2.功能及工作原理发动机各组成部分（包括总成、零件）的作用是什么？它是怎样实现（完成）它的功能？在此基础上，理解发动机零件的结构形式，理解发动机的装配、调整、维护的相关基本知识。3.类型发动机的型式多种多样，各总成的型式也是多种多样。它们有哪些基本类型？各基本类型的特点是什么？这是全面掌握发动机构造必须注意的。以此为基础，有助于进一步学习和理解本课中未提及的一些发动机构造。4.认识通过阅读课本上的图和观察实物及实物模型，认识发动机的总成及主要零件。这个“认识”包括认识实物及名称。3第一章汽车发动机的工作原理及总体构造第一节发动机分类第二节往复活塞式内燃机基本结构及术语第三节往复活塞式内燃机工作原理第四节发动机的总体构造第五节发动机主要性能指标与特性第六节内燃机产品名称和型号编制规则4发动机的定义发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。现代汽车大多使用往复活塞式内燃机。它将燃料在发动机气缸内部进行燃烧，把产生的热能转变成机械能，简称热机。5第一节发动机分类热力发动机内燃机(Internal-combustionEngine)：直接以燃料燃烧所生成的燃烧产物为工质的热机。例如：活塞式内燃机、燃气轮机…外燃机：燃料在热机外部燃烧，能量通过热交换器传给工质（如蒸汽）的热机。例如：蒸汽机、汽轮机、热气机…6按活塞运动方式分为往复活塞式发动机旋转活塞式发动机活塞式内燃机往复活塞式发动机旋转活塞发动机7活塞式内燃机按使用燃料火花塞汽油发动机柴油发动机压燃式发动机强制点火式(点燃式)发动机按点火方式气体燃料发动机（CNG&LPG）添加了一套气体燃料供给系统减压器混合器喷油嘴8活塞式内燃机按冷却方式分为液冷发动机水冷发动机油冷发动机风冷发动机9活塞式内燃机按完成一个工作循环所需行程数四冲程发动机二冲程发动机四冲程发动机二冲程发动机在一个工作循环中活塞往复四个行程的内燃机称作四冲程往复活塞式内燃机;活塞往复两个行程便完成一个工作循环的则称作二冲程往复活塞式内燃机。10按气缸数单缸发动机多缸发动机活塞式内燃机11活塞式内燃机L型(直列式/单列式)发动机V型(双列式)发动机P型(平卧式/对置式)发动机按气缸排列方式：12活塞式内燃机按照进气状态分类增压发动机非增压发动机（自然吸气式）非增压(自然吸气)式发动机增压式发动机13化油器化油器式发动机直接喷射式发动机喷油器喷油泵按混合气形成方式活塞式内燃机14活塞式内燃机分类小结按活塞运动方式分为：往复活塞式发动机\旋转活塞式发动机按完成工作循环分为：四冲程发动机、二冲程发动机；按冷却方式分为：风冷式发动机、水冷式发动机；按所用燃料分为：汽油发动机、柴油发动机；按气缸数量分为：单缸发动机、多缸发动机；按点火方式分为：强制点火式(点燃式)发动机、压燃式发动机；按气缸排列方式分为：L型(直列式/单列式)发动机、V型(双列式)发动机、P型(平卧式/对置式)发动机等；按混合气形成方式分为：化油器式发动机、直接喷射式发动机；按是否对进气增压分为：非增压式发动机、增压式发动机第二节往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语（0）机体组（1）曲柄连杆机构（2）配气机构（3）冷却系统（4）润滑系统（5）起动系统（6）供给系统（燃油/进排气）（7）点火系统（汽油机）起动机蓄电池火花塞点火线圈进气门点火开关起动飞轮曲轴箱润滑油曲轴连杆活塞冷却水正时皮带排气门凸轮轴分电器空气滤清器化油器往复活塞式内燃机的基本术语工作循环（workingcycle）由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成的密闭过程。周而复始地进行这些过程，内燃机才能持续地作功。往复活塞式内燃机的基本术语上、下止点活塞顶离曲轴回转中心最远处、即活塞最高位置，称为上止点（TopDeadCenter，TDC）活塞顶离曲轴回转中心最近处、即活塞最低位置，称为下止点（BottomDeadCenter，BDC）在上、下止点处，活塞的运动速度为零。往复活塞式内燃机的基本术语活塞行程上、下止点间的距离S称为活塞行程；曲轴的回转半径R称为曲柄半径，S=2R(气缸中心线通过曲轴回转中心的发动机,正置曲柄连杆机构)18往复活塞式内燃机的基本术语气缸工作容积（Volume）活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积，记作VS；)(10462LSDVs式中：D—气缸直径（mm）；S—活塞行程（mm）；19往复活塞式内燃机的基本术语发动机排量（Displacement）所有气缸工作容积的总和称为发动机排量，记作VL；iVVSL式中：VS—气缸工作容积；i—气缸数目；20往复活塞式内燃机的基本术语燃烧室容积活塞位于上止点时,活塞顶面以上与气缸盖底面以下之间形成的容积称为燃烧室容积，记作Vc；21往复活塞式内燃机的基本术语气缸总容积活塞位于下止点时，活塞顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积，记作Va；气缸总容积等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即：cSaVVV22往复活塞式内燃机的基本术语压缩比（Compressionratio）压缩比是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，记作ε表示；式中：Va—气缸总容积；VS—气缸工作容积；Vc—燃烧室容积；压缩比是发动机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度。cSccScaVVVVVVV12324压缩比εε越大,（压缩终了时的压力越大、温度越高，燃烧速度越快）因此发动机功率越大，油耗率越低。ε过大，易产生爆燃，易产生表面点火。爆燃（爆震）：离点燃中心较远处的可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。表面点火：由燃烧室内炽热面或炽热点点燃混合气而产生的一种不正常燃烧。汽油机的压缩比ε一般为6～11（车用汽油机一般8～11）。柴油机压缩比一般为16～22。往复活塞式内燃机的基本术语工况发动机在某一时刻的运行状态。以该时刻发动机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为发动机转速。负荷率发动机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值，以百分数表示。负荷率通常简称负荷。100020003000400050006000-40-20020406080100120140发动机转速ne（rpm）发动机转矩ne(N·m)ABC2526基本术语工作循环上、下止点活塞行程S气缸工作容积（气缸排量）Vs发动机工作容积（发动机排量）VL=iVs燃烧室容积Vc气缸总容积VaVa=Vs+Vc压缩比εε=Va/Vc工况：转矩/转速负荷率：P/Pmax往复活塞式内燃机的基本术语27第三节往复活塞式内燃机工作原理3.1四冲程汽油机工作原理工作循环活塞运动进气门排气门缸内压力（MPa）缸内温度（K）进气行程向下开关0.08-0.09（终了）320-380（终了）压缩行程向上关关0.8-1.5（终了）600-750（终了）作功行程向下关关3-6.5（最高）0.3-0.5（终了）2200-2800（最高）1200-1500（终了）排气行程向上关开0.105-0.12（终了）900-1100（终了）四冲程发动机的示功图上止点下止点进气行程r-a压缩行程a-c作功行程c-b排气行程b-r28293.2四冲程柴油机工作原理柴油的主要特点粘度大；不易蒸发；自燃温度低。柴油机工作循环与汽油机相同工作循环包括四个行程，每个行程180°曲轴转角；只有一个作功行程，其余三个是耗功行程。柴油机与汽油机主要不同点混合气形成：柴油机不用化油器，燃油直接喷入气缸内。点火方式：压燃，无点火系统。30柴油机的特点压缩比高柴油机16～22,汽油机为6～11；最高转速较低柴油机2500～3000(r/min),汽油机4000～7000(r/min)；油耗较低比汽油机低约30%质量较大制造、维修费用高喷油泵、喷油器的制造难度大振动、噪声较大工作粗暴排气污染小过量空气系数大，燃烧比较完全，CO、HC、NOx的排放量较少。31柴油机由于用的柴油粘度比汽油大、不易蒸发,且自燃温度又较汽油低,所以采用的是:压缩自燃式点火。柴油呈细雾状喷油压力高喷孔直径小喷油泵要求：喷油器喷油泵32进气行程压缩行程作功行程排气行程新鲜空气开始喷油四冲程柴油机各行程示意图吸入气缸的只是纯净的空气压缩行程终了时气体压力高3～5MPa喷油器将燃油喷入燃烧室温度低700～900K333.3四冲程发动机运转平稳问题曲轴每转两周，1个气缸作功1次—曲轴转速是不均匀的,发动机运转是不平稳的。飞轮转动惯量越大，越平稳;缸数越多，越平稳;343.4二冲程汽油机工作原理工作循环第一行程（活塞向上，下止点到上止点）：压缩；进气（进入曲轴箱）第二行程（活塞向下，上止点到下止点）：燃烧作功；换气（缸内进气、排气）。结构无进、排气阀（进/排气孔、扫气孔均由活塞开/闭）；活塞顶部为一特殊形状，以利换气。35二冲程发动机的示功图a--c压缩c--z燃烧z--b膨胀作功b--f自由排气f-d-h换气h--a额外排气36带扫气泵的二冲程柴油机第一行程活塞上行扫、进/换、压缩第二行程活塞下行做功、排、扫比二冲程汽油机的经济性好.3.5二冲程柴油机工作原理37二冲程发动机特点功率大理论上为四冲程的2倍，实际为1.5～1.6倍；运转平稳每两个行程就有一次作功；结构简单，质量小无配气机构使用、维修方便燃油经济性差换气时有部分新鲜可燃混合气随废气被排出排气污染大二冲程汽/柴油机的主要不同之处进入缸内的是空气而不是可燃混合气,因此可方便地增大进气量(如用扫气泵);进气充分、燃油经济性好；进气不经过曲轴箱；无火花塞,有喷油系统;结构较复杂。3.6二冲程内燃机特点与差异38第四节发动机的总体构造曲柄连杆机构：把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能。(力→转矩；直线运动→转动)配气机构：按要求定时开启和关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气（汽油机）或空气及时进入气缸，废气及时从气缸排出。燃油系统：把燃油按工况供入气缸以供燃烧。进排气系统：把空气按需供入气缸，并将燃烧生成的废气排出发动机。点火系：按照点火次序在规定时刻产生电火花点燃气缸中已被压缩的混合气。冷却系：把发动机的部分热量散发到大气中，以保证发动机正常工作。润滑系：减少摩擦阻力以减轻零件的磨损，并有冷却和清洗磨擦面的作用。起动系：使静止的发动机起动以转入自行转动。2个机构6个系统供给系发动机结构示意图机体组曲柄连杆机构气环油环曲轴带轮曲轴正时齿轮活塞连杆曲轴轴瓦及止推环飞轮轴瓦及止推环配气机构曲轴正时齿轮正时齿形带中间齿轮张紧轮凸轮轴正时齿轮凸轮轴进排气门组件供给系空气滤清器油箱燃油滤清器油气分离器化油器催化转化器消声器供给系空气滤清器油箱发动机控制单元（ECU）节气门排气系统供给系柴油滤清器柱塞式喷油泵油水分离器及输油泵油箱喷油器冷却系散热器及冷却风扇散热器出水管散热器进水管补水桶水泵节温器润滑系集油器机油泵机油滤清器机油压力调节阀机油压力阀点火系点火线圈蓄电池分电器火花塞点火开关起动系起动开关蓄电池起动电机单向离合器线圈50第五节主要性能指标与特性动力性指标：发动机作功能力大小经济性指标：发动机热效率和燃油消耗率强化指标：承受热负荷和机械负荷能力紧凑性指标：结构紧凑程度环境指标：排放品质和噪声水平可靠性指标：规定条件下，正常持续工作能力耐久性指标：主要零件磨损到不能继续工作的极限时间工艺性指标：制造和维修的方便程度发动机特性：发动机主要性能指标随其运转工