四冲程汽油机工作原理

汽油机与柴油机一、 四冲程汽油机工作原理汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在进气行程被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程内完成一个工作循环。1、 进气行程：活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180。在活塞移动过程中，汽缸容积逐渐增大，汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa，汽缸内形成一定的真空度，空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸，并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力，进气终点汽缸内气体压力小于大气压力0 p ，即pa= (0.800.90) 0 p 。进入汽缸内的可燃混合气的温度，由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340400K。2、 压缩行程：压缩行程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180。活塞上移时，工作容积逐渐缩小，缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终点时，其压力pc可达8002 000kPa，温度达600750K。在示功图上，压缩行程为曲线ac。3、 做功行程：当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气，混合气燃烧释放出大量的热能，使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力pZ达3 0006 000kPa，温度TZ达2 2002 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移，汽缸容积增加，气体压力和温度逐渐下降，到达b 点时，其压力降至300500kPa，温度降至1 2001 500K。在做功行程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180。4、 排气行程：排气行程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180。排气门开启时，燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用，排气终点r 点的压力稍高于大气压力，即pr=(1.051.20)p0。排气终点温度Tr=9001100K。活塞运动到上止点时，燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出，这部分废气叫残余废气。二、 四冲程柴油机工作原理活塞连续运行四个冲程（即曲轴旋转两周）的过程中，完成一个工作循环（进气压缩燃烧膨胀排气）的柴油机，叫做四冲程柴油机。1、 第一冲程进气过程活塞从上死点移动到下死点。这时进气门打开，排气门关闭。进气过程开始时，活塞位于死点位置。气缸内（燃烧室）残留着上次循环未排净的残余废气。它的压力稍高于大气压力，约为1.11.2公斤/厘米。2、第二冲程压缩过程活塞由下死点移动到上死点，在这期间，进、排气门全部关闭。 压缩过程开始时，活塞位于下死点。曲轴在飞轮惯性作用下带动旋转，通过连杆推动活塞 向上移动。气缸内容积逐渐减小，新鲜空气被压缩，压力和温度随着升高。3、第三冲程燃烧膨胀过程活塞又从上死点移动到下死点。此时，进、排气门仍然都关闭着。喷入气缸内的燃料在高温空气中着火燃烧，产生大量热能，使气缸内的温度、压力急剧升高。高温、高压气体推动活塞向下移动，通过连杆，带动曲轴转动。因为只有这一行程才实现热能转化为机械能，因此，通常把该行程叫做工作行程。4、第四冲程排气过程活塞又从下死点移动到上死点。此时，排气门打开，进气门关闭。排气过程开始时，活塞位于下死点，气缸内充满着燃料并膨胀作功的废气。排气门打开后，废气随着活塞上移，被排出气缸之外。*发动机的基本结构和作用发动机的基本结构由汽缸、活塞、连杆、曲轴、汽缸盖、机体、凸轮轴、进气门、排气门、气门弹簧、曲轴齿形带轮等组成。往复活塞式内燃机的工作腔称作汽缸，汽缸内表面为圆柱形。在汽缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。活塞在汽缸内作往复运动时，连杆推动曲轴旋转，或者相反。同时，汽缸的容积在不断的由小变大，再由大变小，如此循环不已。汽缸的顶端用汽缸盖封闭。汽缸盖上装有进气门和排气门。通过进、排气门的开闭实现向汽缸内充气和向汽缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴驱动。凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮驱动。构成汽缸的零件称作汽缸体，曲轴在曲轴箱内转动。三、发动机的基本指标及特性和机构及系统A、发动机的基本指标及特性1、动力性指标：是表征发动机做功能力大小的指标，一般用发动机的有效转矩、有效功率、发动机转速等作为评价指标。a、有效转矩：发动机对外输出的转矩称为有效转矩。b 、有效功率：发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率。c、 发动机转速：发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速。2、经济性指标：一般用有效燃油消耗率表示。发动机每输出1kWh的有效功所消耗的燃油量(以g为单位)称为有效燃油消耗率。3、环境指标：指发动机排气品质和噪声水平。由于它关系到人类的健康及其赖以生存的环境，因此各国政府都制定出严格的控制法规，以期削减发动机排气和噪声对环境的污染。当前，排放指标和噪声水平已成为发动机的重要性能指标。4、排放指标：是指从发动机油箱、曲轴箱排出的气体和从汽缸排出的废气中所含的有害排放物的量。对汽油机来说主要是废气中的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)含量；对柴油机来说主要是废气中的氮氧化物(NOx)和颗粒(PM)含量。5、噪声：是指对人的健康造成不良影响及对学习、工作和休息等正常活动发生干扰的声音。由于汽车是城市中的主要噪声源之一，而发动机又是汽车的主要噪声源，因此控制发动机的噪声就显得十分重要。如我国的噪声标准(GB/T 186972002)中规定，轿车的噪声不得大于79dB(A)。6、可靠性指标和耐久性指标a、可靠性指标：是表征发动机在规定的使用条件下，在规定的时间内，正常持续工作能力的指标。b、耐久性指标：是指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。7、发动机万有特性：汽车发动机的工况能在很广泛的范围内变化。当发动机的工况(即功率和转速)发生变化时，其性能(包括动力性、经济性、排放性和噪声等)也随之改变。发动机性能指标随运行工况而变化的关系称为发动机万有特性。B、发动机的机构及系统汽油机即由曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由以上两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成，柴油机是压燃的，不需要点火系。1、两大机构a、曲柄连杆机构组成：由汽缸体、汽缸盖、活塞、连杆曲轴和飞轮等机件组成。功能： 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。b、配气机构组成：由气门、气门弹簧、凸轮轴、挺杆、凸轮轴传动机构等组件等组成。功能：配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程2、五大系统a、燃料供给系统组成：化油器式由汽油箱、汽油泵、汽油滤清器等组成。电控燃油喷射式由空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统组成。功能：汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。b、点火系统组成：传统式由蓄电池、发电机、点火线圈、断电器、火花塞等组成。普通式和传统式点火系统类似，只是用电子元件取代了断电器。电子点火式全部是全电子点火系统，完全取消了机械装置，由电子系统控制点火时刻，包括蓄电池、发电机、点火线圈、火花塞和电子控制系统等。功能：在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系。c、冷却系统组成：水冷式由水套、水泵、散热器、风扇、节温器等组成。风冷式由风扇和散热片等组成。功能：冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。d、润滑系统组成：由机油泵、集滤器、限压阀、油道、机油滤清器等组成。功能：润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。e、起动系统组成：由起动机及其附属装置组成。功能：要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。四、发动机的拆卸遵循原则1、由简单到复杂的程序进行的。2、在拆卸过程中应本着先发动机外部后发动机内部。3、先发动机附件后发动机主件。4、先发动机总成后发动机零件的原则进行。5、发动机的复装原则一般是按照拆卸相反顺序进行。五、量具正确使用方法1)卡尺使用前应将卡尺擦拭干净，合拢卡尺量爪，校验零位和各部分作用是否正常。2)卡尺测量时，量爪与工件接触不要过松或过紧。测量内径时，先将主尺量爪与孔壁接触好，再轻轻摆动和拉动，找出最大的内径位置，并使与孔壁接触好后读数。如用单面卡尺测量，读数时应加上量爪厚度值 3)卡尺用带微动游框卡尺测量工件时，应先拧紧微动游框紧固螺钉，再转动微动螺母使游标量爪轻轻与工件接触。如果读数不便，也可将游框固定，取下卡尺进行读数。 4)卡尺测量时，手动推或拉力不宜过猛过大，过大会使游框摆动，造成测量结果不准。 5)卡尺测量时，要注意被测长度与游标卡尺的卡爪不得歪斜，一旦发生歪斜测量，会显著地增大测量差。6)卡尺应在足够的光线下读数，并使卡尺处于水平位置，两眼的视线与卡尺的刻线表面垂直，以减小读数误差。卡尺包括游标卡尺、带表卡尺、电子数显卡尺、高度卡尺、 卡尺包括游标卡尺、带表卡尺、电子数显卡尺、高度卡尺、 深度卡尺等各种卡尺。微分量具主要有外径千分尺、内测千分尺、内径千分尺、测 微分量具主要有外径千分尺、内测千分尺、内径千分尺、 厚千分尺、公法线千分尺、螺纹千分尺等， 杠杆千分尺等。表类量具主要有百分表、杠杆百分表、杠杆千分表、内径百 千分表等。光学式计量器具主要有放大镜，万能工具显微镜等。气动式计量器具主要有气动量仪等。电动式计量器具包括凡有电力驱动的测量装置。光电式计量器具主要有投影仪等。 使用注意事项1.卡尺使用前要认真检查周期检定证书是否有效和外观质量以及各部位的 相互作用是否良好可靠。2.文明操作，合理使用，使用后应将卡尺放在工具盒内，不乱拿乱放。3.不能将卡尺当作其它工具使用。4.使用前，应先把量爪和被测工件表面的灰尘和油污等擦干净，以免 使用前 碰伤游标卡尺量爪在和影响测量精度，同时检查各部件的相互作用， 碰伤游标卡尺量爪在和影响测量精度，同时检查各部件的相互作用。5.检查游标卡尺零位，使游标卡尺两量爪紧密贴合， 明显的光隙不应有可见的白光（允许有可见蓝光）。6.使用时，要掌握好量爪面同工件表面接触时的压力，既不太大， 不太小，刚好使测量面与工件接触，同时量爪还能沿着工件表面自由 滑动。有微动装置的游标卡尺，应使用微动装置。7.游标卡尺读数时，应把游标卡尺水平地拿着朝亮光的方向，使视线 游标卡尺读数时 尽可能地和尺上所读的刻线垂直， 以免由于视线的歪斜而引起读数误 必要时可以用3 倍的放大镜。为减小读数误差最好在工件的同 一位置上多测量几次，取其平均值读数 平均值读数。8.测量外尺寸时，读数后，切不可从被测工件上猛力抽下游标卡尺， 否则会使量爪的测量面磨损。9.不能用游标卡尺测量运动着的工件。 。10.不准以游标卡尺代替卡钳在工件上来回拖拉。11.游标卡尺不要放在强磁场附近（如磨床的磁性工作台上），以免使 游标卡尺感受磁性，影响使用。 游标卡尺感受磁性，影响使用。12.使用后要对卡尺进行必要的保养，擦净油污、铁屑，卡尺放入量具盒前应使两测量面保持一定缝隙， 面涂上防锈油。卡尺放入量具盒前应使两测量面保持一定缝隙，以防 卡尺测量面锈蚀，应当注意使游标卡尺平放，尤其是大尺寸的游标卡 否则会使主弯曲变形。13.电子数显卡尺应避免水等液体物质渗入尺框内，以免损坏电子元件。14.发现卡尺有故障或示值不准确，及时报告， 计量人员处理。六、注意事项1、拆装发动机必须使用专用工具和标准工具，严禁野蛮拆装，以免损坏发动机的零部件。发动机的拆装必须是在发动机机体完全冷却的情况下进行，否则容易引起某些零部件的变形，降低发动机装复质量。2、为了避免在发动机拆装时零部件产生变形，特别是对主要零部件，如汽缸盖、曲轴箱等紧固螺钉或螺母的松开与扭紧，应该是对称均匀的拆装，决不允许松开或扭紧一边的螺钉或螺母后，再松开或扭紧另一边的螺钉或螺母。3、下列零部件或组件在拆装时应注意做好标记，避免在装复时搞错。如气门、活塞、发动机配气正时齿轮的啮合位置，所有连接导线的接头等。4、发动机零部件分解后，一定用要零件车或零件盘分类放置，避免出现零部件的磕碰划伤等机械磨损；拆下的螺钉或螺母，能装回原位的尽量装回原位。避免损坏或丢失