第1章发动机基本知识

第1章发动机基本知识第1章发动机基本知识1.1发动机的基本工作原理1.2发动机的总体构造与型号编制规则1.3发动机的性能指标与热平衡1.4四冲程发动机的换气1.5汽油机可燃混合气的形成与燃烧1.6柴油机可燃混合气的形成与燃烧1.7发动机特性第1章发动机基本知识1.1发动机的基本工作原理1.1.1四冲程汽油机的工作原理1.如图1－1所示，单缸四冲程汽油机由油路、进气门、火花塞、排气门、凸轮轴、气门弹簧、气缸盖、活塞、气缸、连杆、曲轴、曲轴箱、喷油器、空气滤清器等组成。第1章发动机基本知识图1-1单缸四冲程汽油机构造示意图第1章发动机基本知识2.常用术语(1)上、下止点：如图1-2所示，活塞顶部离曲轴回转中心最远的位置称为上止点；活塞顶部离曲轴回转中心最近的位置称为下止点。第1章发动机基本知识图1-2发动机常用术语示意图第1章发动机基本知识(2)活塞行程：指上、下止点间的距离S。曲轴的回转半径R称为曲柄半径，显然S＝2R。曲轴每转一周，活塞移动两个行程。(3)气缸工作容积:指上、下止点间所包容的气缸容积，用Vh表示,其单位是升（L）。多缸发动机各缸工作容积的总和称为发动机工作容积（俗称发动机排量），用VL表示。若发动机的气缸数为i，VL＝iVh第1章发动机基本知识(4)燃烧室容积:指活塞在上止点时，活塞顶部上方的容积，用Vε表示。(5)气缸总容积：指活塞在下止点时，活塞顶部上方的整个空间，用Va表示。气缸总容积等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即Va＝Vh+Vε第1章发动机基本知识(6)压缩比：指气缸总容积与燃烧室容积之比，用ε表示。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，则压缩终了时气缸内气体的压力和温度就越高。汽油机的压缩比一般为8～10，柴油机的压缩比一般为16～22。第1章发动机基本知识3.工作原理四冲程汽油机的工作循环是由进气、压缩、作功和排气四个行程组成的。图1-3为单缸四冲程汽油机的工作循环示意图。1)活塞在曲轴带动下从上止点向下止点运动,此时，进气门开启，排气门关闭，如图1-3(a)所示。在活塞移动的过程中，气缸内容积逐渐增大，形成一定真空度，将可燃混合气吸入气缸。由于进气系统有阻力，进气终了时气缸内气体的压力约为0.08～0.09MPa。可燃混合气被气缸壁、活塞等高温零件及前一个循环留下的高温残余废气加热，其温度可升高到370～400K。第1章发动机基本知识图1-3单缸四冲程汽油机的工作循环示意图第1章发动机基本知识2)进气行程结束后，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动。此时，进、排气门均关闭，如图1-3(b)所示。随着活塞的移动，气缸容积不断减小，气缸内的可燃混合气不断被压缩，其温度、压力同时升高。压缩终了时，气缸内的压力约为0.6～1.2MPa，温度可达600～700K。第1章发动机基本知识3)压缩行程接近终了时(见图1-3(c))，安装在气缸盖上的火花塞产生电火花点燃可燃混合气，可燃混合气迅速燃烧，气体的温度、压力迅速升高并膨胀，从而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。此时，进、排气门仍然关闭。在作功行程中，燃烧气体的最高压力可达5～9MPa，最高温度可达2200～2800K。随着活塞向下止点移动，气缸容积不断增大，气体压力和温度逐渐下降。在作功行程结束时，压力约为0.35～0.5MPa，温度约为1300～1600K。第1章发动机基本知识4)作功行程终了时，排气门打开，进气门仍然关闭，曲轴通过连杆推动活塞从下止点向上止点运动(见图1-3(d))，废气在自身剩余压力和活塞的推动下，被排出气缸。当活塞到达上止点时，排气过程结束，排气门关闭。排气行程结束时，在燃烧室内残留少量废气，称为残余废气。因为排气系统有阻力，所以此时残余废气的压力比大气压力略高，约为0.105～0.12MPa，温度约为900～1200K。排气行程终了表示一个工作循环的结束，即下一个工作循环的开始。第1章发动机基本知识1.1.2四冲程柴油机的工作原理四冲程柴油机和四冲程汽油机一样，每个工作循环也是由进气、压缩、作功和排气四个行程组成的。但由于柴油机使用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，其自燃温度却比汽油低，故可燃混合气的形成及着火方式等与汽油机有很大区别。单缸四冲程柴油机的工作原理如图1-4所示。第1章发动机基本知识图1-4(a)进气行程；(b)压缩行程；(c)作功行程；(d)1—喷油器；2—排气门；3—进气门；4—气缸；5—喷油泵；6—活塞；7—连杆；8—曲轴第1章发动机基本知识1)在柴油机进气行程中，进入气缸的是纯空气。由于柴油机进气阻力较小，残余废气的温度较低，因此进气行程结束时气缸内气体的压力较高，约为0.085～0.095MPa，温度约为310～340K。2)柴油机压缩的是纯空气，且由于柴油机压缩比高，压缩终了的温度和压力都比汽油机高，压力可达3～5MPa，温度可达800～1000K。第1章发动机基本知识3)作功行程与汽油机有很大不同，在柴油机压缩行程接近终了时，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温空气中，迅速汽化并借助于空气的涡流运动，与空气形成可燃混合气。此时，气缸内的温度远高于柴油的自燃温度(约500K左右)，柴油立即自行着火燃烧，且此后一段时间内边喷油边燃烧，气缸内的压力、温度急剧升高，推动活塞下行作功。此行程中，瞬时压力可达6～10MPa，瞬时温度可达1800～2200K；作功行程终了时，压力约为0.2～0.4MPa，温度约为1200～1500K。第1章发动机基本知识4)柴油机的排气行程与汽油机的基本相同。排气终了时，气缸的内压力约为0.105～0.12MPa，温度约为800～1000K。从上述两种发动机的工作循环可知：在四个行程中，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。在发动机运转的第一个循环时，必须有外力使曲轴旋转完成进气、压缩行程。发动机完成作功行程后，可依靠曲轴和飞轮储存的能量自行完成三个辅助行程，使发动机工作循环不断地持续下去。第1章发动机基本知识1.2发动机的总体构造与型号编制规则1.2.11.曲柄连杆机构曲柄连杆机构主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖、活塞、连杆、曲轴和飞轮等组成。其功用是将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞的往复运动的机械能,再通过连杆将活塞的往复运动的机械能转变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。第1章发动机基本知识2.配气机构配气机构主要由进气门、排气门、摇臂、推杆、凸轮轴和凸轮轴正时齿轮等组成。其功用是使可燃混合气或空气适时充入气缸并及时从气缸排出废气。第1章发动机基本知识3.燃料供给系化油器式汽油供给系主要由汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气滤清器、进排气歧管、排气消声器等组成。电子控制汽油喷射系统主要由汽油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、压力调节器、喷油器、空气滤清器、空气流量计或进气压力传感器、水温传感器、进气温度传感器、曲轴位置传感器、节气门位置传感器、氧传感器、电子控制单元(ECU)、怠速控制阀、进排气歧管、排气消声器等组成。第1章发动机基本知识高压油泵-喷油器的柴油机燃料供给系主要由柴油箱、柴油滤清器、输油泵、喷油泵、喷油器、空气滤清器、进排气歧管、排气消声器等组成。柴油机电控燃油喷射系统分为位置控制式（第一代）、时间控制式（第二代）和共轨控制式（第三代）三种类型。共轨控制式主要由加速踏板位置传感器、油泵压力传感器、电子控制单元(ECU)、燃油压力传感器、共轨管、三通阀、高压油泵、发动机转速传感器等组成。燃料供给系的功用是根据发动机的工作要求，定时、定量、定压提供最佳浓度的可燃混合气。第1章发动机基本知识4.润滑系润滑系主要由机油泵、集滤器、限压阀、润滑油道、机油滤清器、油底壳等组成。其功用是减小摩擦力，减缓机件磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。5.冷却系冷却系主要由散热器、风扇、水泵、水套等组成。其功用是将机件多余的热量散发到大气中，以保持发动机正常的工作温度。第1章发动机基本知识6.点火系点火系由火花塞、点火线圈、电子点火控制器或分电器、电子控制单元、高低压电路等组成。其功用是根据发动机的工作要求，定时点燃可燃混合气。柴油机无点火系。7.起动系起动系主要由起动机及其附属装置组成。其功用是使静止的发动机起动并转入自行运转。第1章发动机基本知识图1-5上海别克君威轿车2.5L发动机前剖面图第1章发动机基本知识图1-6上海别克君威轿车2.5L发动机侧剖面图第1章发动机基本知识图1-7WD615(a)纵剖面图；(b)横部面图第1章发动机基本知识1.2.2发动机的型号编制规则GB/T725—1991规定，发动机的型号由阿拉伯数字（以下简称数字）、汉语拼音字母（以下简称字母）和GB1883中规定关于气缸布置所规定的象形字符号组成。发动机的型号依次包括下列四部分：1.首部首部由产品系列符号、换代标志符号和地方及企业代号组成，它由制造厂根据需要自选相应的字母来表示，但需主管部门或由主管标准化机构核准。第1章发动机基本知识2.中部中部由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号组成。3.后部由结构特征符号和用途特征符号组成，它用字母表示。4.尾部尾部由区分符号组成。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当的符号来表示。发动机的型号编制规则如图1-8第1章发动机基本知识图1-8发动机的型号编制规则第1章发动机基本知识【例1-1】492Q——四缸、直列、四冲程、缸径92mm、水冷、汽车用。EQ6100Q—1——东风汽车制造公司生产、直列、四冲程、六缸、缸径100mm、水冷、汽车用、第一种变型产品。第1章发动机基本知识【例1-2】6135Q——6缸、直列、四冲程、缸径135mm、水冷、车用。12V135ZG——12缸、气缸V型排列、四冲程、缸径135mm、水冷、增压、工程机械用。12VE230ZCZ——12缸、气缸V型排列、二行程、缸径230mm、水冷、增压、船用主机左机基本型。第1章发动机基本知识1.2.3国外发动机型号的含义国外发动机型号无统一编制规则，由生产厂家自定。1.日本丰田汽车公司发动机型号○□—□①②③①表示区分符号，用阿拉伯数字表示。②表示系列，用一个或多个英文字母表示。第1章发动机基本知识③表示结构特征，用一个或多个英文字母表示。其中：E表示电子控制燃油喷射；T表示涡轮增压；Z表示机械增压；F表示顶置双凸轮轴，由一根皮带同时驱动；G表示顶置双凸轮轴，一根凸轮轴由一根皮带驱动，另一根凸轮轴由主动凸轮轴驱动。第1章发动机基本知识【例1-3】1UZ—FE表示区分符号是1、UZ系列（V型8缸、进排气门采用可变配气相位VVT—I的机构）、顶置双凸轮轴，由一根皮带同时驱动的电子控制燃油喷射的发动机。【例1-4】3UZ—FE除了区分符号是3外，其它字母的含义与1UZ—FE相同，但3UZ—FE发动机的排量是4.3L,而1UZ—FE发动机的排量是4.0L。第1章发动机基本知识2.□□○□□①②③④⑤①表示所使用的燃料，用英文字母表示，F为汽油机，D为柴油机。②表示发动机气缸布置的型式，用英文字母表示，H表示直列卧式，V表示气缸V布置。③表示发动机的排量，用阿拉伯数字表示，单位是升（L）。④表示发动机的改进型，用英文字母表示。⑤表示发动机输出功率，用阿拉伯数字表示，单位是马力（匹）。第1章发动机基本知识【例1-5】DH12D420表示柴油机、气缸直列卧式、排量12L、经改进为D型、功率是420匹的发动机。第1章发动机基本知识3．奥地利斯太尔汽车公司发动机型号国产斯太尔重型汽车是引进奥地利斯太尔918系列重型汽车技术进行生产的，车用发动机是WD615系列柴油机。WD61500表示的意思如下：W表示水冷却式的发动机，D表示柴油机，6表示气缸数量，15表示系列编号（单缸排量，单位是ml），00表示机型变型编号。第1章发动机基本知识4．○□□□①②③④⑤①表示发动机的缸数，用阿拉伯数字表示。②表示发动机的系列代号，用英文字母表示。③表示废气涡轮增压器，用英文字母T表示