汽车发动机工作原理

汽车构造－发动机汽车的组成润滑系统进气/燃油系统自动变速箱系统手动变速箱系统动力转向系统冷却系统空调系统制动系统汽车的心脏－发动机本章内容一．发动机基本组成和常用术语二．四冲程发动机工作原理发动机：汽车动力来源。一部转换能量的机器:某种能量机械能热机:热能机械能内燃机：燃料与空气混合后在机器内部燃烧而产生热能，然后再转变为机械能。往复活塞式内燃机发动机的定义：一．发动机基本组成和常用术语车用内燃机水冷发动机风冷发动机车用内燃机车用内燃机车用内燃机四冲程发动机二冲程发动机汽油发动机柴油发动机单缸发动机多缸发动机化油器式发动机直接喷射式发动机车用内燃机单列式发动机双列式发动机1、按照所用燃料分类：燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机(图1-1)。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。汽油机与柴油机比较各有特点；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。柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较好。但它的主要缺点是转速低，质量大，噪声大，振动大，制造和维修费用高。2、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(图1-2)。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。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。四冲程二冲程3、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(图1-3)。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；而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。4、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(图1-4)。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。5、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(图1-5)。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。下一节6、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(图1-6)。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。1.1.1单缸发动机结构示意图1.1发动机基本组成和常用术语一、发动机结构基本术语：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）Vh=πD2·S×10-6/4（L）VL=Vh×iD——气缸直径mmS——活塞行程mmi——气缸数Va＝Vh＋Vcε＝Va/Vc＝1＋Vｈ/Vc1.1.2基本术语1.1.2基本术语1.上止点：活塞离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上行到最高位置。2.下止点：活塞离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行到最低位置。3.活塞行程(S)：上、下两止点间的距离(mm)。4.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)。曲轴每转一转，活塞移动两个行程。5.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(L)。Ⅴh=πD2S/(4×106)(L)式中：D——气缸直径(mm)。6.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ⅤL=Ⅴhi(L)7.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)。8.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Ⅴa=Ⅴh+ⅤC9.压缩比(ε)：气缸总容积与燃烧室容积的比值，即ε=Ⅴa/ⅤC=(Ⅴh+ⅤC)/ⅤC=1+Ⅴh/ⅤC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。10.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。11.二冲程发动机：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。12.四冲程发动机：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。上止点下止点气缸工作容积活塞行程燃烧室容积气缸总容积发动机排量压缩比定义：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。现代化油器式发动机压缩比一般为6～9(轿车有的达9～11)。上海桑塔纳轿车汽油机压缩比为8.2。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)。上海桑塔纳轿车汽油机压缩比为8.2。压缩比过大的不良后果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。下一节§1.2四冲程发动机的工作原理一、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。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四冲程发动机工作状态状态行程温度(K)压力进气行程370~44075~90kPa压缩行程600~800600~1500kPa作功行程2200~2800(瞬时最高)1500~1700(作功终了)3~5MPa(瞬时最高)300~500kPa(作功终了)排气行程900~1200105~125kPa柴油机工作时各行程状态参数状态行程温度(K)压力进气行程320~350800~900kPa压缩行程800~10003~5MPa作功行程2200~2800(瞬时最高)1500~1700(作功终了)3~5MPa(瞬时最高)300~500kPa(作功终了)排气行程800~1000105~125kPa桑塔纳发动机结构示意图思考四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么相同之处呢？？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。思考四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么不同呢？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谢谢大家