第一章汽车发动机的工作原理及总体构造课件.ppt

1、 第一章第一章.汽车发动机的工作原理及总体构造汽车发动机的工作原理及总体构造重点内容重点内容 发动机结构基本术语发动机结构基本术语 四行程发动机的工作原理四行程发动机的工作原理 发动机的总体构造发动机的总体构造 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第一节第一节.汽车发动机的定义及类型汽车发动机的定义及类型一一.汽车发动机的定义及其类型汽车发动机的定义及其类型（一）定义：（一）定义：1)发动机：发动机：将某一种形式的能量转换为机将某一种形式的能量转换为机械能的机器。械能的机器。2)热力发动机（热机）：热力发动机（热机）：将热能转换为机将热能转换为机械能的机器。包括内燃机和外燃机两

2、种。械能的机器。包括内燃机和外燃机两种。3)内燃机：内燃机：燃料（气、液体）燃烧的热气燃料（气、液体）燃烧的热气直接将所含热能转变为机械能的一种机器。直接将所含热能转变为机械能的一种机器。（二）内燃机的用途和特点（二）内燃机的用途和特点 1、用途：、用途：在交通运输、工程机械、军用国防、中小电在交通运输、工程机械、军用国防、中小电 站等处均能用到。站等处均能用到。2、特点（相对于蒸汽机）、特点（相对于蒸汽机）1）有效热效率较高）有效热效率较高 蒸汽机：蒸汽机：1116 柴油机（增压后）：柴油机（增压后）：3046 汽油机：汽油机：2030 2）功率范围广，适应性好）功率范围广，适应性好 3）体

3、积功率高，单位功率质量小）体积功率高，单位功率质量小 4）使用操纵方便，启动快）使用操纵方便，启动快 5）运行比较安全，不易引起爆炸事故）运行比较安全，不易引起爆炸事故 6）对于燃料的要求较高，不能直接使用固）对于燃料的要求较高，不能直接使用固体燃料体燃料 7）排放、噪声引起的危害较大）排放、噪声引起的危害较大 8）结构较复杂，零件的加工精度高）结构较复杂，零件的加工精度高 二二.内燃机的分类内燃机的分类 （一）（一）按所用燃料分按所用燃料分 1、汽油机、汽油机 2、柴油机、柴油机 3、气体燃料发动机、气体燃料发动机 （二）（二）按燃料在汽缸内的着火方式分按燃料在汽缸内的着火方式分 1、压燃式

4、内燃机（如：柴油机）、压燃式内燃机（如：柴油机）2、点燃式内燃机（如：汽油机）、点燃式内燃机（如：汽油机）（三）（三）按完成一个工作循环的冲程数分按完成一个工作循环的冲程数分 工作循环：工作循环：发动机各气缸完成进气、压缩、做功、发动机各气缸完成进气、压缩、做功、排气四个过程成为一个工作循环。排气四个过程成为一个工作循环。1、二冲程内燃机：二冲程内燃机：曲轴转一圈，活塞在气缸内曲轴转一圈，活塞在气缸内上下往复各一次完成一个工作循环的内燃机。上下往复各一次完成一个工作循环的内燃机。2、四冲程内燃机：四冲程内燃机：曲轴转两圈，活塞在气缸内曲轴转两圈，活塞在气缸内上下往复各两次完成一个工作循环的内燃

5、机。上下往复各两次完成一个工作循环的内燃机。（四）按冷却方式分（四）按冷却方式分 1、水冷式水冷式内燃机内燃机 2、风冷式风冷式内燃机内燃机 （五）按气缸数目分（五）按气缸数目分 1、单缸机单缸机 2、多缸机多缸机 （六）按进气方式分（六）按进气方式分 1、非增压非增压内燃机内燃机 2、增压增压内燃机内燃机 （七）按活塞运动方式分（七）按活塞运动方式分 1、往复式往复式活塞式活塞式 2、旋转式旋转式活塞式活塞式第二节第二节.往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语 一一.基本结构基本结构 二二.基本术语基本术语 1.工作循环：工作循环：发动机各气缸完成进气、压发

6、动机各气缸完成进气、压 缩、缩、做功、排气四个过程成为一个工作循环。做功、排气四个过程成为一个工作循环。2.上止点（下止点）：上止点（下止点）：活塞顶离曲轴旋转中活塞顶离曲轴旋转中 心最远（近心最远（近)处。即活塞的最高（低）位置。处。即活塞的最高（低）位置。3.活塞的行程：上下止点之间的距离活塞的行程：上下止点之间的距离S。4.气缸工作容积（气缸排量）气缸工作容积（气缸排量）Vs：活塞从上止点到下止点所扫过的容积。活塞从上止点到下止点所扫过的容积。定义式：定义式：Vs=（/4 106）D2S(L)常作为表征内燃机尺寸大小及动力性能的主要常作为表征内燃机尺寸大小及动力性能的主要 结构参数之一。

7、结构参数之一。5.发动机排量（发动机工作容积）发动机排量（发动机工作容积）VL：发动机各气缸工作容积的总和。发动机各气缸工作容积的总和。定义式：定义式：VL Vs*i i:发动机气缸数。发动机气缸数。6.燃烧室容积燃烧室容积Vc：活塞在上止点时，活塞顶以上的空间容积活塞在上止点时，活塞顶以上的空间容积。7.气缸总容积气缸总容积Va：活塞在下止点时，活塞顶以上的空间容积。活塞在下止点时，活塞顶以上的空间容积。定义式：定义式：VaVsVc 8.压缩比压缩比：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小 容积容积 之比。之比。定义式：定义式：Va/Vc 物理意义：

8、物理意义：表示气缸内气体被压缩的倍数或燃表示气缸内气体被压缩的倍数或燃 气燃气燃 烧后膨胀的倍数。是发动机的重要性能参数。烧后膨胀的倍数。是发动机的重要性能参数。柴油机柴油机：1422 汽油机汽油机：69（轿车有的达到（轿车有的达到911）9.工况：工况：内燃机在某一时刻的运行状况简内燃机在某一时刻的运行状况简称工况，以该时刻内燃机输出的有效功率称工况，以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为内燃机的和曲轴转速表示。曲轴转速即为内燃机的转速。转速。10.负荷率：负荷率：内燃机在某一转速下发出的内燃机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下发出的最大有效功有效功率与相同转速下发出的

9、最大有效功率的比值成为负荷率，以百分数表示。负率的比值成为负荷率，以百分数表示。负荷率通常简称为负荷。荷率通常简称为负荷。第三节第三节.往复活塞式内燃机的工作原理往复活塞式内燃机的工作原理 一、四冲程汽油机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原理 1、进气行程、进气行程 活塞：活塞：从上止点移动到下止点从上止点移动到下止点 气门：气门：进气门打开，排气门关闭进气门打开，排气门关闭 曲轴：曲轴：旋转从旋转从 0A180A 进气终了压力：进气终了压力：pde0.080.09 Mpa 进气终了温度：进气终了温度：Tde320380 K 2.压缩行程压缩行程 活塞：活塞：从下止点移动到上止点从下止点移动到

10、上止点 气门：气门：进气门关闭，排气门关闭进气门关闭，排气门关闭 曲轴：曲轴：旋转从旋转从180A360A 压缩终了压力：压缩终了压力：pco0.81.5 Mpa 压缩终了温度：压缩终了温度：Tco600750 K 爆燃：爆燃：由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离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。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，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，零则会使发动机过热，功率下降，经济性变差，零件寿命下降等

11、。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、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火花塞电极、积碳）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。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。3.作功行程作功行程 活塞：活塞：从上止点移动到下止点从上止点移动到下止点 气门：气门：进气门关闭，排气门关闭进气门关闭，排气门关闭 曲轴：曲轴：旋

12、转从旋转从360A540A 最高压力：最高压力：pmax3.06.5 Mpa 最高温度：最高温度：Tmax22002800 K 膨胀终了压力：膨胀终了压力：pex0.350.5Mpa 膨胀终了温度：膨胀终了温度：Tex12001500 K 4、排气行程、排气行程 活塞：活塞：从下止点移动到上止点从下止点移动到上止点 气门：气门：进气门关闭，排气门开启进气门关闭，排气门开启 曲轴：曲轴：旋转从旋转从540720 排气终了气体压力（残余废气压力）：排气终了气体压力（残余废气压力）：pr0.1050.12 Mpa 排气终了气体温度（残余废气温度）：排气终了气体温度（残余废气温度）：Tr9001100

13、 K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.进气冲程进气冲程 与汽油机主要区别：与汽油机主要区别：进入气缸的是纯空进入气缸的是纯空 气。气。进气终了压力：进气终了压力：pde0.0850.095Mpa 进气终了温度：进气终了温度：Tde310340K 2.压缩冲程压缩冲程 与汽油机的主要区别与汽油机的主要区别：压缩比高于汽油机；在压缩行程快要结束压缩比高于汽油机；在压缩行程快要结束 的时候，喷油器向气缸内喷入柴油。当油的时候，喷油器向气缸内喷入柴油。当油与空气混合后在高压下达到其自燃点就开与空气混合后在高压下达到其自燃点就开始着火燃烧。始着火燃烧。压缩终了压力：压缩终了压力：

14、pco3.05.0 Mpa 压缩终了温度：压缩终了温度：Tco7501000K 3.做功冲程做功冲程 柴油机由于是边喷油、边混合、边燃烧，柴油机由于是边喷油、边混合、边燃烧，所以，所以最开始虽然活塞有所下行，但所以，所以最开始虽然活塞有所下行，但 气缸内的压力基本不变。气缸内的压力基本不变。最高压力：最高压力：pmax69Mpa 最高温度：最高温度：Tmax18002200K 膨胀终了压力：膨胀终了压力：pex0.20.5Mpa 膨胀终了温度：膨胀终了温度：Tex10001200K 4.排气冲程排气冲程 排气终了气体压力：排气终了气体压力：pr0.105 0.12Mpa 排气终了气体温度：排气

15、终了气体温度：Tr700900K三、四冲程汽油机、柴油机特点比较三、四冲程汽油机、柴油机特点比较1、由于柴油机压缩比较高，燃料燃烧非常由于柴油机压缩比较高，燃料燃烧非常完全，所以柴油机的有效热效率好，经济完全，所以柴油机的有效热效率好，经济性好。性好。汽油机：汽油机：be=270325 g/(kw.h)柴油机柴油机:be=214285 g/(kw.h)2、柴油机无点火系，所以故障少些，易保柴油机无点火系，所以故障少些，易保养。但柴油机有高精度零件如喷油泵、喷养。但柴油机有高精度零件如喷油泵、喷油器等，其成本较高，并且加工较难。油器等，其成本较高，并且加工较难。3、柴油机最高爆发压力高，所以对发

16、动机柴油机最高爆发压力高，所以对发动机的零部件强度要求高，这样导致柴油机笨的零部件强度要求高，这样导致柴油机笨重重 4、柴油机转速低于汽油机柴油机转速低于汽油机 原因：原因：1）由于柴油机的压缩比高，所以其）由于柴油机的压缩比高，所以其受到的机械负荷较大，故其零部件的质量受到的机械负荷较大，故其零部件的质量较大，导致运动时惯性力较大。较大，导致运动时惯性力较大。2）汽油机可燃混合气的混合时间和）汽油机可燃混合气的混合时间和质量优于柴油机。质量优于柴油机。5、柴油机运转噪音高，但有害气体的排放柴油机运转噪音高，但有害气体的排放优于汽油机，而微粒排放较高。优于汽油机，而微粒排放较高。6、柴油机启动

17、困难，汽油机易启动。柴油机启动困难，汽油机易启动。第四节第四节.发动机的总体构造发动机的总体构造一、机体组一、机体组 作用：是发动机各机构各系统的装配基体。作用：是发动机各机构各系统的装配基体。组成：气缸盖、气缸体、油底壳等组成：气缸盖、气缸体、油底壳等二、曲柄连杆机构二、曲柄连杆机构 作用：是发动机借以产生动力，并将活塞的往复直线运作用：是发动机借以产生动力，并将活塞的往复直线运动转变为曲轴旋转运动而输出动力的机构动转变为曲轴旋转运动而输出动力的机构 组成：活塞、连杆、曲轴、飞轮等组成：活塞、连杆、曲轴、飞轮等三、配气机构三、配气机构 作用：使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排除废作用：使

18、可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排除废气。气。组成：进（排）气门、摇臂、凸轮轴等组成：进（排）气门、摇臂、凸轮轴等四、供给系四、供给系 作用：根据发动机各种工况要求，配置具有一定数量和浓度的可燃作用：根据发动机各种工况要求，配置具有一定数量和浓度的可燃混合气供入气缸，并将燃烧后生成的废气排出发动机。混合气供入气缸，并将燃烧后生成的废气排出发动机。组成：汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器等组成：汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器等五、点火系五、点火系 作用：保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的可燃混合气。作用：保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的可燃混合气。组成：蓄电池、发电机、火花塞、分电器

19、等组成：蓄电池、发电机、火花塞、分电器等六、冷却系六、冷却系 作用：散发受热机件的热于大气中，以使发动机在最适宜的温度下作用：散发受热机件的热于大气中，以使发动机在最适宜的温度下工作。工作。组成：水泵、水箱、风扇、节温器等组成：水泵、水箱、风扇、节温器等七、润滑系七、润滑系 作用：将润滑油不断地供给作相对运动地零件以减少他们之间的摩作用：将润滑油不断地供给作相对运动地零件以减少他们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损。擦阻力，减轻机件的磨损。组成：机油泵、机油滤清器、润滑油道等组成：机油泵、机油滤清器、润滑油道等八、起动系八、起动系 作用：使静止的发动机启动并转入自行的运转。作用：使静止的发动机启动

20、并转入自行的运转。组成：起动机及其附属组成：起动机及其附属装置装置第三节第三节 发动机主要性能指标与特性发动机主要性能指标与特性一、主要性能指标一、主要性能指标（一）动力性指标（一）动力性指标1、有效转矩有效转矩Te（N.m）定义：定义：发动机通过飞轮对外输出的转矩。由测功机测得。发动机通过飞轮对外输出的转矩。由测功机测得。2、发动机转速发动机转速n（r/min）由转速表直接读取。由转速表直接读取。3、有效功率有效功率Pe（KW）定义：定义：发动机通过飞轮对外输出的功率。发动机通过飞轮对外输出的功率。计算式：计算式：PeTe*2n/60*10-3Te*n/9550(kw)（二）经济性指标（二）

21、经济性指标1.有效热效率有效热效率 燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数。燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数。有效热效率越高，发动机的经济性越好。有效热效率越高，发动机的经济性越好。2、有效燃油消耗率、有效燃油消耗率be定义：定义：发动机每发出发动机每发出1KW有效功率，在有效功率，在1h内所消耗内所消耗的燃油质量（以的燃油质量（以g为单位）。为单位）。定义式：定义式：beB/Pe*103 （g/KW.h）其中其中 B：发动机在单位时间内的耗油量（：发动机在单位时间内的耗油量（kg/h）,可在实验中测得。可在实验中测得。有效燃油消耗率越低，发动机的经济性越好。有效燃油消耗率越低，发动

22、机的经济性越好。（三）发动机的运转性能指标（三）发动机的运转性能指标1、排气品质、排气品质2、噪声、噪声3、启动性、启动性二、发动机的速度特性二、发动机的速度特性（一）定义（一）定义1、发动机特性：、发动机特性：发动机的性能是随着许多因素发动机的性能是随着许多因素而变化的，其变化规律称为发动机的特性。而变化的，其变化规律称为发动机的特性。2、发动机的速度特性：、发动机的速度特性：发动机油门开度不变，发动机油门开度不变，发动机的性能指标（如发动机的功率、转矩、有发动机的性能指标（如发动机的功率、转矩、有效燃油消耗率等）随着曲轴转速变化的规律。效燃油消耗率等）随着曲轴转速变化的规律。3、发动机的外

23、特性：、发动机的外特性：发动机油门全开，发动机发动机油门全开，发动机的性能指标（如发动机的功率、转矩、有效燃油的性能指标（如发动机的功率、转矩、有效燃油消耗率等）随着曲轴转速变化的规律。又称为发消耗率等）随着曲轴转速变化的规律。又称为发动机的总功率特性动机的总功率特性（二）速度特性制取步骤（汽油机为例）（二）速度特性制取步骤（汽油机为例）1）发动机预热，将点火提前角、水温（发动机预热，将点火提前角、水温（8095）、油温（）、油温（80左右）保持最佳。左右）保持最佳。2）将油门固定在某一位置后，先将发动机满负荷将油门固定在某一位置后，先将发动机满负荷稳定运转在最低转速处，此时即为试验的起点。稳

24、定运转在最低转速处，此时即为试验的起点。记录耗一定量燃油所需要的时间、测功器读数、记录耗一定量燃油所需要的时间、测功器读数、转速。转速。3）依次减少发动机负荷，使其转速增加，根据发依次减少发动机负荷，使其转速增加，根据发动机所选择的转速间隔，使发动机稳定工作在某动机所选择的转速间隔，使发动机稳定工作在某一转速处，再进行此时数据记录。如此试验几个一转速处，再进行此时数据记录。如此试验几个点，到发动机功率开始下降为止。点，到发动机功率开始下降为止。4）在坐标上描点。（横坐标发动机曲轴转速，纵在坐标上描点。（横坐标发动机曲轴转速，纵坐标为发动机的功率、转矩、有效燃油消耗率等）坐标为发动机的功率、转矩

25、、有效燃油消耗率等）（三）发动机外特性曲线（三）发动机外特性曲线分析：分析：此特性代表了发动机所具有的最高动此特性代表了发动机所具有的最高动力性能。力性能。1、可以从此曲线上找出发动机所能发出的最可以从此曲线上找出发动机所能发出的最高功率和最高转矩及其相应转速。高功率和最高转矩及其相应转速。2、最高转矩和最高功率所对应的转速不同最高转矩和最高功率所对应的转速不同3、发动机的最低燃油消耗率并不是出现在最发动机的最低燃油消耗率并不是出现在最高功率或最高转矩对应的转速下，此说明高功率或最高转矩对应的转速下，此说明发动机的最高动力性与最好经济性不能兼发动机的最高动力性与最好经济性不能兼得。最低燃油消耗

26、率所对应的转速介于最得。最低燃油消耗率所对应的转速介于最高功率和转矩对应的转速之间。高功率和转矩对应的转速之间。（四）发动机工作状况（四）发动机工作状况发动机工作状况发动机工作状况(简称发动机工况简称发动机工况):一般用发一般用发动机的功率与曲轴转速来表示；有时也用动机的功率与曲轴转速来表示；有时也用负荷与发动机曲轴转速来表示。负荷与发动机曲轴转速来表示。发动机在某一转速下的负荷：发动机在某一转速下的负荷：就是当时发动就是当时发动机发出的功率与同一转速下所可能发出的机发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比。以百分数表示。最大功率之比。以百分数表示。注意：注意：负荷与功率不是同一概念。负荷与功率不是同一概念。