发动机的组成与工作原理课件.ppt

1、w概述概述w四冲程发动机的工作原理四冲程发动机的工作原理w二冲程发动机的工作原理二冲程发动机的工作原理w发动机的总体构造发动机的总体构造w发动机的主要性能指标与特性发动机的主要性能指标与特性w内燃机名称及型号编制规则内燃机名称及型号编制规则1.1 概述概述一、发动机的定义：发动机是将某一种形式的能量转换为机械一、发动机的定义：发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。能的机器。二、往复活塞式内燃机的分类：二、往复活塞式内燃机的分类：冷却介质冷却介质水冷发动机水冷发动机风冷发动机风冷发动机通常分类通常分类特征为特征为：冷却、冷却、点火方式、冲程数、缸数及排列、工作方式、燃料。点火方式、冲程数

2、、缸数及排列、工作方式、燃料。点火方式点火方式点燃式发动机点燃式发动机压燃式发动机压燃式发动机汽油自燃温度高，采用火花塞强制点火，汽油发动机为点燃式发动机。汽油自燃温度高，采用火花塞强制点火，汽油发动机为点燃式发动机。柴油自然温度低，采用高压缩比压燃，柴油发动机为压燃式发动机。柴油自然温度低，采用高压缩比压燃，柴油发动机为压燃式发动机。冲程数冲程数二冲程发动机二冲程发动机四冲程发动机四冲程发动机曲轴旋转一周完成一个工作循环。曲轴旋转一周完成一个工作循环。由于换气不彻底，经济性较差，但由于换气不彻底，经济性较差，但结构简单，因此在摩托车上广泛使结构简单，因此在摩托车上广泛使用。用。曲轴旋转二周完

3、成一个工作循环。曲轴旋转二周完成一个工作循环。四冲程发动机有独立的进气和排气四冲程发动机有独立的进气和排气冲程，换气彻底，在汽车上广泛使冲程，换气彻底，在汽车上广泛使用，并已逐渐用于摩托车。用，并已逐渐用于摩托车。缸数及排列缸数及排列L 4 2.4LV 6 3.0L直列直列LINE4缸缸排气量排气量V形排列形排列6缸缸排气量排气量直列发动机直列发动机V形发动机形发动机水平对置发动机水平对置发动机工作方式工作方式转子式发动机转子式发动机活塞式发动机活塞式发动机转子发动机转子发动机1 1）转子发动机又称为米勒循环发动机。它采用三角转子旋转运动来控制压缩和）转子发动机又称为米勒循环发动机。它采用三角

4、转子旋转运动来控制压缩和排放，与传统的活塞往复式发动机的直线运动迥然不同排放，与传统的活塞往复式发动机的直线运动迥然不同 。2）转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，）转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，重量较轻，而且振动和噪声较低，具有较大优势。重量较轻，而且振动和噪声较低，具有较大优势。3）三角转子把汽缸分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进气、压缩、做三角转子把汽缸分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气，三角转子自转一周，发动机点火做功三次。功和排气，三角转子自转一周，发动机点火做功三次。4 4）还存在气密

5、性、润滑和磨损等一系列技术难题。）还存在气密性、润滑和磨损等一系列技术难题。 燃料性质燃料性质汽油发动机汽油发动机柴油发动机柴油发动机化油器式发动机化油器式发动机直接喷射式发动机发动机直接喷射式发动机发动机冷却方式冷却方式水冷发动机水冷发动机风冷发动机风冷发动机工作方式工作方式燃料燃料冲程数冲程数四冲程发动机四冲程发动机二冲程发动机二冲程发动机汽油发动机汽油发动机柴油发动机柴油发动机转子发动机转子发动机活塞发动机活塞发动机化油器式发动机化油器式发动机直接喷射式发动机发动机直接喷射式发动机发动机气缸排列方式气缸排列方式单列式发动机单列式发动机双列式发动机双列式发动机往复活塞式内燃机的分类：往复活

6、塞式内燃机的分类：气缸数气缸数单缸发动机单缸发动机多缸发动机多缸发动机1.2 四冲程发动机的工作原理四冲程发动机的工作原理气缸内油气混合气周期性地燃烧产生压力，推动活塞往复气缸内油气混合气周期性地燃烧产生压力，推动活塞往复运动，通过曲柄连杆机构转化为曲轴的旋转运动进行动力运动，通过曲柄连杆机构转化为曲轴的旋转运动进行动力输出。以实现热能向机械能的转变。输出。以实现热能向机械能的转变。w 一个工作循环：一个工作循环： 经过进气、压缩、作功、经过进气、压缩、作功、排气，每进行一次称为排气，每进行一次称为一个工作循环一个工作循环。w 四冲程发动机：四冲程发动机：曲轴旋转两周，活塞往曲轴旋转两周，活塞

7、往复运动四次完成一个工作循环，称为复运动四次完成一个工作循环，称为四四冲程发动机冲程发动机。w 二冲程发动机：二冲程发动机：曲轴旋转一周，活塞往曲轴旋转一周，活塞往复运动二次完成一个工作循环，称为复运动二次完成一个工作循环，称为二二冲程发动机冲程发动机。一、发动机结构基本术语：一、发动机结构基本术语：v 上止点上止点v 下止点下止点v 活塞行程活塞行程(S)v 曲柄半径曲柄半径(R)v 气缸工作容积气缸工作容积(V h )v 发动机排量发动机排量(VL)v 燃烧室容积燃烧室容积(Vc )v 气缸总容积气缸总容积(Va )v 压缩比（压缩比（）Vh= D2S 10-6/4 （L） VL= V h

8、 iD气缸直径气缸直径mm S活塞行程活塞行程mm i 气缸数气缸数Va V h Vc Va / Vc1 V / Vcvehicle单单缸缸四四冲冲程程汽汽油油机机的的工工作作过过程程二、四冲程汽油机的工作原理二、四冲程汽油机的工作原理1、进、进气行程气行程2、压、压缩行程缩行程3、作、作功行程功行程4、排、排气行程气行程进气行程进气行程排气门关闭进气门开启活塞温度370440 K， 压力7590 kPaP0PVra示功图上止点下止点表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：=Va/VcPVra示功图P0c上止点下止点温度600800K， 压力6001500

9、 kPa压缩行程压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞a示功图ZPVrP0cb上止点下止点瞬时最高：温度22002800 K， 压力35MPa作功终了：温度15001700 K， 压力300500 kPa 作功行程作功行程进气门关闭排气门打开活塞cbrPV示功图P0Z上止点下止点温度9001200 K 压力105125 kPa残余废气排气行程排气行程爆燃：爆燃：由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较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。远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。后果：后果：轻微爆燃，发动机功率有所升高；但过度，则会

10、使发轻微爆燃，发动机功率有所升高；但过度，则会使发动机过热，功率下降，经济性变差，零件寿命下降等。动机过热，功率下降，经济性变差，零件寿命下降等。现象：现象：发生爆燃时，有尖锐的金属敲击声传出。发生爆燃时，有尖锐的金属敲击声传出。表面点火：表面点火：由燃烧室内炽热表面（如排气门头、火花塞电极、由燃烧室内炽热表面（如排气门头、火花塞电极、积碳）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。积碳）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。后果：后果：发动机的性能下降，零部件寿命降低。发动机的性能下降，零部件寿命降低。现象：现象：发生表面点火时，有沉闷的敲击声传出。发生表面点火时，有沉闷的敲击声传出。工作过程的不正常燃

11、烧工作过程的不正常燃烧 1. 1. 发动机自行运转之前需要外力完成进气和压发动机自行运转之前需要外力完成进气和压缩两个冲程，通常用人力、电动机等带动发动机曲轴缩两个冲程，通常用人力、电动机等带动发动机曲轴和运转。和运转。 2. 2. 在四个冲程中只有作功冲程是活塞带动曲轴在四个冲程中只有作功冲程是活塞带动曲轴转动，其他三个冲程都是曲轴带动活塞运动转动，其他三个冲程都是曲轴带动活塞运动 。 3. 3. 在整个循环过程中，进气门、排气门各开启在整个循环过程中，进气门、排气门各开启一次。一次。一个工作循环曲轴旋转一个工作循环曲轴旋转720720（2 2圈）；活塞上、下运动圈）；活塞上、下运动四次（四

12、次（4 4个行程）。个行程）。小小 结结4. 4. 发动机着火的基本条件是：发动机着火的基本条件是：w 油油：有油，混合气浓度合适。有油，混合气浓度合适。w 电电：能产生足够的火花能产生足够的火花, ,点燃可燃混合气。点燃可燃混合气。w 气气：气缸有足够压力。气缸有足够压力。w 点火正时点火正时：压缩冲程上止点前点火。压缩冲程上止点前点火。w 配气正时配气正时：定时将进、排气门开关。定时将进、排气门开关。二、四冲程柴油机的工作原理：二、四冲程柴油机的工作原理：1、压缩比高：、压缩比高：15-22,压缩压力达压缩压力达3.5-4.5MPa。2、热效率高：达到、热效率高：达到30%-40%。3、燃

13、油消耗低：比汽油机低、燃油消耗低：比汽油机低30%左右，经济性好。左右，经济性好。4、没有点火系，油路系统机件精密，故障相对减少，工、没有点火系，油路系统机件精密，故障相对减少，工作可靠性高。作可靠性高。5、排放污染物少，但易产生碳烟。、排放污染物少，但易产生碳烟。6、转速低、质量大、制造维修费用高。、转速低、质量大、制造维修费用高。柴油机的特点四冲程汽油机和柴油机的工作循环的共同点 每个工作循环曲轴转两周，每一行每个工作循环曲轴转两周，每一行程曲轴转半周。程曲轴转半周。 只有作功行程产生动力。只有作功行程产生动力。四冲程汽油机和柴油机的工作循环的不同点燃油不同燃油不同.点火方式不同。点火方式

14、不同。供油方式不同。供油方式不同。混合气形成时间不同。混合气形成时间不同。所需要的过量空气系数不同。所需要的过量空气系数不同。三、多缸机工作原理三、多缸机工作原理四缸机四缸机1、3、4、21、2、4、3六缸机六缸机1、5、3、6、2、41、4、2、6、3、5 1.3 1.3 二冲程内燃机的工作原理二冲程内燃机的工作原理（一）结构（一）结构1.1.换气机构（气孔、换气机构（气孔、气阀）气阀） 2.2.曲轴箱扫气、扫曲轴箱扫气、扫气泵扫气气泵扫气3.3.活塞顶为凸顶，活塞顶为凸顶，引导气流扫气引导气流扫气 4.4.活塞裙部较长，活塞裙部较长，有缺口。有缺口。一、二冲程汽油机一、二冲程汽油机1 1、

15、第一冲程、第一冲程活塞：活塞：从下止点到上止点从下止点到上止点活塞上方：活塞上方：换气；三孔关闭后，换气；三孔关闭后，压缩可燃混合气压缩可燃混合气活塞下方：活塞下方：新鲜混合气由进气口新鲜混合气由进气口进入曲轴箱进入曲轴箱曲轴：曲轴：旋转从旋转从0A0A180A180A（二）工作原理（二）工作原理2 2、第二冲程、第二冲程活塞：活塞：从上止点到下止点从上止点到下止点活塞上方：活塞上方：可燃混合气燃烧膨可燃混合气燃烧膨胀做功；排气口露出后排气；胀做功；排气口露出后排气；扫气口露出后开始扫气。扫气口露出后开始扫气。活塞下方：活塞下方：进气口被下移地活进气口被下移地活塞关闭后新鲜混合气被下移塞关闭后

16、新鲜混合气被下移的活塞预压缩，扫气口露出的活塞预压缩，扫气口露出后，被预压缩的新鲜气体经后，被预压缩的新鲜气体经过扫气口进入活塞上方的气过扫气口进入活塞上方的气缸内。缸内。曲轴：曲轴：旋转从旋转从180A360A（一）结构介绍（一）结构介绍1 1、有排气阀，无排有排气阀，无排气口。气口。2 2、进气口设置在气进气口设置在气缸上部，进气口和缸上部，进气口和扫气口为同一气扫气口为同一气3 3、通过扫气泵扫气。通过扫气泵扫气。二、二冲程柴油机的工作原理二、二冲程柴油机的工作原理J8384 （二）工作原理（二）工作原理第一冲程：第一冲程：活塞从下止点到上止点。活塞从下止点到上止点。 最开始，通过扫气泵

17、换气；当进气口被关闭后，对最开始，通过扫气泵换气；当进气口被关闭后，对进入到气缸内的空气进行压缩；快到上止点时喷油器喷进入到气缸内的空气进行压缩；快到上止点时喷油器喷油入燃烧室，油气混合自燃起来。油入燃烧室，油气混合自燃起来。第二冲程：第二冲程：活塞从上止点到下止点。活塞从上止点到下止点。 气缸内的燃气燃烧膨胀做功；活塞下移排气阀打开气缸内的燃气燃烧膨胀做功；活塞下移排气阀打开排气；露出扫气孔后开始利用扫气泵将新鲜空气扫入气排气；露出扫气孔后开始利用扫气泵将新鲜空气扫入气缸进行扫气。缸进行扫气。二冲程柴油机演示四、二冲程汽油机的优缺点（同四冲程汽油机相比较）四、二冲程汽油机的优缺点（同四冲程汽

18、油机相比较）（一）优点：（一）优点：1、从工作原理上来讲，在发动机排量和转速相同的从工作原理上来讲，在发动机排量和转速相同的前提下，二冲程发动机的功率理论上是四冲程发动前提下，二冲程发动机的功率理论上是四冲程发动机的机的2倍。倍。2、由于二冲程发动机的做功频率比较高，所以发动由于二冲程发动机的做功频率比较高，所以发动机运转比较平稳。机运转比较平稳。3、无专门的换气机构，所以结构简单，质量小。无专门的换气机构，所以结构简单，质量小。4、由于附属机构少，所以使用、维护很方便。由于附属机构少，所以使用、维护很方便。所以摩托车上多用。所以摩托车上多用。（二）缺点：（二）缺点：1、废气不易排除干净。、废

19、气不易排除干净。2、换气时减少了有效工作行程。、换气时减少了有效工作行程。3、部分新鲜可燃混合气随废气排出，、部分新鲜可燃混合气随废气排出，使能源浪费，经济性下降。使能源浪费，经济性下降。4、同时造成环境污染。、同时造成环境污染。1.3 发动机的总体构造发动机的总体构造一、机体组：一、机体组：包括气缸盖、气缸体、油底壳等。包括气缸盖、气缸体、油底壳等。二、曲柄连杆机构：二、曲柄连杆机构：包括活塞、连杆总成，带有飞轮的曲轴等。包括活塞、连杆总成，带有飞轮的曲轴等。三、配气机构：三、配气机构：包括进气门、排气门、液力挺杆总成、凸轮轴、凸轮轴包括进气门、排气门、液力挺杆总成、凸轮轴、凸轮轴正时齿轮等

20、。正时齿轮等。四、燃料供给系：四、燃料供给系：包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管、空气滤清器、包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管、空气滤清器、化油器、进气歧管、排气消声器等。化油器、进气歧管、排气消声器等。五、点火系：五、点火系：包括电源、分电器、点火开关、点火线圈、火花包括电源、分电器、点火开关、点火线圈、火花塞等。塞等。六、冷却系：六、冷却系：包括水泵、散热器、风扇、水温表、节温器等。包括水泵、散热器、风扇、水温表、节温器等。七、润滑系：七、润滑系：包括油底壳、机油集滤器、机油泵、限压阀、润包括油底壳、机油集滤器、机油泵、限压阀、润滑油道及油管、油温和油压传感器、油温和油压滑油道及油管

21、、油温和油压传感器、油温和油压表、油标尺等。表、油标尺等。 八、起动系：八、起动系：包括起动机、冷起动加热器及其附属装置。包括起动机、冷起动加热器及其附属装置。1.4 1.4 发动机的主要性能指标与特性发动机的主要性能指标与特性一、动力性指标：一、动力性指标：1 1、 有效转矩：指发动机通过曲轴或飞轮对外输有效转矩：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的转矩，通常用出的转矩，通常用T T表示，单位为表示，单位为NmNm。2 2、 有效功率：指发动机通过曲轴或飞轮对外输有效功率：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用出的功率，通常用PePe表示，单位为表示，单位为kWkW。它等于。它等于有效扭矩

22、和曲轴转速的乘积。有效扭矩和曲轴转速的乘积。式中：式中：Te Te 有效扭矩，单位为有效扭矩，单位为NmNm； n n 曲轴转速，单位为曲轴转速，单位为r/minr/min。 二、二、 经济性能指标经济性能指标 通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能。燃通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能。燃 油消耗率是指单位有效功的燃油消耗量，也就是发动油消耗率是指单位有效功的燃油消耗量，也就是发动机每发出机每发出1kW1kW有效功率在有效功率在1 1小时内所消耗的燃油质量小时内所消耗的燃油质量( (以以g g为单位为单位) )，燃油消耗率通常用，燃油消耗率通常用gege表示，其单位为表示，其单位为g/k

23、Whg/kWh，计算公式如下，计算公式如下 式中：式中：GT GT 每小时的燃油消耗量，每小时的燃油消耗量，kg/hkg/h； Pe Pe 有效功率，有效功率，kWkW。三、发动机速度特性：三、发动机速度特性：发动机的速度特性指发发动机的速度特性指发动机的功率、转矩和燃动机的功率、转矩和燃油消耗率三者随发动机油消耗率三者随发动机转速转速n变化的规律，用变化的规律，用曲线表示，称为速度特曲线表示，称为速度特性曲线。性曲线。 1.5 1.5 内燃机型号编制规则内燃机型号编制规则内燃机型号由下列四部分内容组成。内燃机型号由下列四部分内容组成。 首部：产品特征代号，由制造厂根据需要自选相应字母首部：产

24、品特征代号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。表示，但需主管部门核准。 中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。径符号等组成。 后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。 尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。时，由制造厂选用适当符号表示。 内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义规定如下： 二、型号编制举例二、型号编制举例 (1) (1) 汽油机汽油机 1E65F： 表示单缸，二

25、行程，缸径表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型，风冷通用型 4100Q-4： 表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四，水冷车用，第四种变型产品种变型产品 8V100： 表示八缸，四行程、缸径表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷通用型型，水冷通用型 (2) (2) 柴油机柴油机 195： 表示单缸，四行程，缸径表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型，水冷通用型 165F： 表示单缸，四行程，缸径表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型，风冷通用型 495Q： 表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径95mm，水冷车用，水冷车用 6135Q： 表示六缸，四行程，缸径表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用，水冷车用