发动机总论之发动机总体构造

l发动机总体构造l发动机工作原理l发动机基本理论 l发 动 机 基 本 理 论 （ 一 ） 理 论 有 效 性 能 指 标 1、 有 效 功 率 Pe： 有 效 功 率 是 指 发 动 机 运 转 时 由 曲 轴 输 出 的 功 率 ， 用Pe表 示 。 其 值 可 由 发 动 机 测 功 机 实 际 测 得 ， 单 位 K w。 2、 有 效 扭 矩 Me： 有 效 扭 矩 是 指 发 动 机 运 转 时 由 曲 轴 输 出 给 传 动 系的 有 效 旋 转 力 矩 ， 用 Me表 示 ， 单 位 NM。 3、 有 效 燃 油 消 耗 率 G e ： 单 位 有 效 功 的 燃 油 消 耗 量 称 为 燃 油 消 耗 或有 效 耗 油 率 ， 用 G e表 示 。 G e越 小 ， 表 示 发 动 机 曲 轴 输 出 的 净 功 率 所 消 耗 的 燃 油 量 越 少 。 发动 机 产 品 说 明 书 中 通 常 给 出 发 动 机 的 最 低 燃 油 消 耗 率 。 G e实 际 上 随 发 动机 的 工 作 状 况 改 变 而 发 生 变 化 的 。 G e值 的 大 概 范 围 ： 汽 油 发 动 机 270410g/(K wh) 柴 油 发 动 机 215285g/(K wh) 有 效 功 率 Pe（ rpm/Kw ）有 效 转 矩 Me(rpm/N M)有 效 燃 油 消 耗 率 Ge（ g/kw h）汽 油 发 动 机 曲 线 图 柴 油 发 动 机 曲 线 图 有 效 功 率 Pe（ rpm/Kw ）有 效 转 矩Me(rpm/N M) n课 外 小 知 识 发 动 机 动 力 的 描 述 根 据 地 区 和 国 家 的 不 同 使用 的 单 位 也 不 同 ， 我 国 使 用 的 单 位 为 ： K w。 而在 国 外 某 些 国 家 习 惯 使 用 的 单 位 则 为 ： Ps(匹 )。 （ 二 ） 实 际 有 效 性 能 指 标 1、 以 上 性 能 指 标 都 是 厂 家 在 理 想 化 的 设 定 下 测 定 的 数 据 ，实 际 情 况 中 ， 由 于 发 动 机 输 出 动 力 （ 功 率 和 扭 矩 ） 后 ， 动 力 需经 过 变 速 箱 、 传 动 轴 、 轮 毂 等 传 动 件 后 才 能 真 正 输 出 动 力 驱 动车 辆 ， 所 以 车 轮 作 用 在 地 面 上 的 动 力 要 比 实 际 厂 家 公 布 出 来 的动 力 数 据 要 小 ， 所 以 又 有 人 将 车 辆 开 到 测 功 机 上 去 测 试 车 辆 的实 际 输 出 功 率 和 扭 矩 。 2、 有 效 燃 油 量 标 识 在 实 际 工 作 中 我 们 更 多 的 是 使 用 “ 百 公 里 油 耗 ” 去 表 示 一 台 车 的 燃 油经 济 性 。 如 何 理 解百 公 里 油耗 ？ （ 三 ） 标 定 性 能 指 标 发 动 机 铭 牌 上 标 示 的 有效 功 率 、 有 效 转 矩 、 有 效 燃油 量 消 耗 率 等 性 能 指 标 即 为标 定 指 标 。 铭 牌 上 所 给 出 的 有 效 功率 和 有 效 转 矩 都 是 最 大 值 ，有 效 燃 油 消 耗 量 则 为 最 少 值 。 （ 一 ） 循 环 充 量 每 循 环 实 际 进 入 气 缸 内 的 新 鲜 充 气 量 的 质 量 ， 称 为 循 环 充 气 量 。 循环 充 气 量 大 ， 才 能 使 循 环 的 最 高 压 力 （ 做 工 时 的 爆 发 力 ） 提 高 ， 作 用 于活 塞 顶 的 推 力 增 大 ， 从 而 使 发 动 机 获 得 大 的 扭 矩 输 出 。 所 以 ， 循 环 新 气充 气 量 大 ， 是 发 动 机 转 矩 大 的 必 要 条 件 。（ 二 ） 充 气 效 率 实 际 进 入 气 缸 的 新 鲜 空 气 量 G与 大 气 状 态 下 充 满 气 缸 工 作 容 积 的 新 鲜空 气 量 G0之 比 ， 称 为 充 气 效 率 ny. 所 谓 进 气 状 态 是 指 当 前 、 当 地 的 大 气 状 态 ， 充 气 效 率 ny是 评 价 发 动机 换 气 过 程 完 善 程 度 的 指 标 ， 它 不 受 气 缸 容 积 的 影 响 。 充 气 效 率 ny的 一 般 范 围 ： （ 视 频 演 示 ） 汽 油 发 动 机 0.750.85 柴 油 发 动 机 0.750.9 （ 三 ） 影 响 充 气 效 率 的 主 要 因 素 充 气 效 率 增 大 ， 使 发 动 机 的功 率 及 扭 矩 增 大 ， 分 析 影 响 充 气效 率 的 因 素 ， 具 有 重 要 意 义 。 1、 转 速 与 配 气 相 应 的 影 响 由 于 发 动 机 在 工 作 过 程 中 运转 速 度 很 快 ， 所 以 每 个 循 环 中 ，进 排 气 门 打 开 的 时 间 非 常 短 ， 所以 会 导 致 到 进 气 的 效 率 降 低 。 为了 提 高 进 、 排 气 效 率 ， 发 动 机 的配 气 机 构 设 计 了 进 、 排 气 提 前 角和 迟 闭 角 来 改 善 这 种 情 况 。 2、 负 荷 的 影 响 汽 油 机 在 一 定 转 速 下 ，负 荷 （ 阻 力 矩 ） 减 少 ， 节气 门 开 度 相 应 减 少 ， 进 气流 动 的 阻 力 增 大 ， 使 循 环充 气 量 、 充 气 效 率 及 单 位时 间 冲 量 均 下 降 。 柴 油 机 在 一 定 转 速 下 ，负 荷 减 小 ， 循 环 冲 量 、 充气 效 率 、 单 位 时 间 冲 量 基本 不 变 ， 只 是 循 环 喷 入 燃烧 室 的 燃 油 量 相 应 减 少 。 3、 空 气 滤 清 器 的 影 响 装 空 气 滤 清 器 是 为了 减 少 进 入 气 缸 的 灰 尘 ，减 少 发 动 机 气 缸 的 磨 损 。因 而 空 气 滤 清 器 应 经 常维 护 ， 是 空 气 滤 清 器 效果 好 又 不 使 进 气 阻 力 过大 ， 否 则 充 气 性 能 会 大为 下 降 ， 使 发 动 机 功 率及 转 矩 下 降 ， 并 使 油 耗增 加 。 4、 压 缩 比 的 影 响 提 高 压 缩 比 ， 燃 烧 室 相 对 减 小 ， 残 余 废 弃 量 相 对 下 降 ， 吸 气 时 废气 膨 胀 占 有 体 积 小 ， 废 气 对 新 气 的 加 热 相 对 减 少 ， 从 而 使 充 气 效 率 提 高 。工 作 总 容 积 工 作 总 容 积 /燃 烧 室 =压 缩 比 5、 进 气 管 的 影 响 进 气 管 要 有 足 够 的 通 道 断 面 ， 拐 弯 处 应 有 较 大 的 圆 角 ， 关 内 表 面光 滑 而 无 积 碳 ， 安 装 时 进 、 排 气 接 口 应 对 准 ， 这 有 利 于 提 高 进 气 效 率 。 6、 进 气 加 热 的 影 响 汽 油 机 （ 化 油 器 ） 的 进 、 排 气 管 常 铸 造 成 一 体 ， 以利 用 排 气 管 加 热 进 气 管 ， 这 对 汽 油 的 蒸 发 有 利 ， 。 但加 热 过 多 有 会 使 空 气 的 密 度 下 降 较 大 ， 是 充 气 系 数 降低 。 柴 油 机 的 进 气 管 内 没 有 燃 油 的 蒸 发 问 题 ， 不 需 要 进行 加 热 ， 进 气 口 常 设 在 发 动 机 罩 之 外 。 （ 四 ） 提 高 发 动 机 充 气 效 率 的 措 施 提 高 发 动 机 充 气 效 率 ， 主 要 从 下 面 几 个 方 面 着 手 ： （ 1） 降 低 进 气 系 统 的 损 失 ， 提 高 进 气 终 了 时 的 压 力 具 体 的 措 施 有 ： 减 少 空 气 滤 清 器 阻 力 减 小 进 气 管 沿 程 阻 力 和 局 部 阻 力 ； 如 加 大 通 道 面 积 、 减 少 进 气管 和 截 面 突 变 ， 保 持 管 内 表 面 光 滑 ， 减 小 进 气 管 道 阻 力 。 减 少 进 气 门 出 的 流 动 阻 力 。 如 加 大 进 气 门 直 径 以 增 加 流 通 能 力 ； 增加 气 门 数 以 增 加 流 通 截 面 ， 如 三 气 门 、 四 气 门 、 五 气 门 。 改 进 凸 轮 的 廓 线 设 计 ， 加 大 进 气 门 开 启 的 时 间 与 截面 。 （ 2） 降 低 排 气 系 统 的 阻 力 损 失 ， 减 少 气 缸 内 残 余 气 废弃 ， 主 要 减 小 排 气 门 、 排 气 道 与 排 气 管 的 阻 力 。（ 3） 减 少 高 温 零 件 在 进 气 过 程 中 对 工 质 的 加 热 主 要 是维 持 发 动 机 冷 却 系 统 技 术 状 况 的 良 好 ， 分 置 进 、 排 气 。 （ 4） 合 理 利 用 换 气 过 程 的 动 态 效 应 ， 在 压 缩 波 到 达 进气 门 处 时 关 闭 进 气 门 ， 在 膨 胀 波 到 达 排 气 门 处 时 关 闭排 气 门 。 （ 5） 合 理 选 择 配 气 相 位 （ 视 频 演 示 ） （ 6） 采 用 可 变 配 气 相 位 与 可 变 进 气 系 统 ， 以 提 高 气 门 的 流 通 能 力 。 例 如 丰 田 的 VVT-i技 术 （ 可 变 气 门 正 时 系 统 ） 例 如 本 田 的 i-VTEC技 术 （ 智 能 可 变 气 门 正 时 系 统 ） （ 7） 采 用 锅 轮 增 压 、 机 械 增 压 等 技 术 ， 增 加 进 气 量 ， 改 变 进 气 系 统 的 充气 率 。 （ 视 频 演 示 ） 工 作 转 速 高 于 100000转 每 分 钟 ； 工 作 温 度 约 950 。 将 燃 料 的 化 学 能 转 变 为 机 械 能 的 过 程 ， 称 为 发 动 机 的 燃 烧 过 程 。 它是 发 动 机 整 个 工 作 循 环 的 主 要 过 程 。 在 此 介 绍 汽 油 的 组 成 与 主 要 性 能 指 标 ，讨 论 传 统 的 汽 油 燃 烧 形 式 ， 即 为 均 匀 混 合 气 的 燃 烧 过 程 。 汽 油 燃 烧 过 程 中 的 特 点 ： (1)燃 料 与 空 气 借 助 化 油 器 或 喷 射 装 置 ， 在 缸 外 进 行 混 合 ， 混 合 时间 长 ， 混 合 均 匀 ； （ 2） 压 缩 终 了 时 通 过 外 源 （ 火 花 塞 ） 点 火 ， 着 火 时 间 ， 地 点 一 定 。 （ 3） 着 火 后 火 焰 扩 散 ， 适 当 的 涡 流 运 动 可 以 加 速 火 焰 传 播 ； （ 4） 通 过 改 变 混 合 气 的 数 量 来 调 节 符 合 。 （ 一 ） 汽 油 性 能 指 标 汽 油 使 用 性 能 指 标 主 要 有 蒸 发 性 和 抗 爆 性 ， 这 两 个 指 标 对 发 动 机 影 响 很大 。 1、 汽 油 的 蒸 发 性 汽 油 应 该 是 快 速 、 无 杂 质 地 蒸 发 ， 衡 量 指 标 是 10%、 50%、 90%蒸 发温 度 。 汽 油 的 蒸 发 性 好 ： 则 容 易 汽 化 ,与 空 气 混 合 均 匀 ,可 燃 混 合 气 燃 烧 速度 快 ,燃 烧 完 全 ,发 动 机 容 易 起 动 ,加 速 及 时 ,各 工 况 间 转 换 灵 敏 柔 和 机 械 磨损 减 少 。 汽 油 的 蒸 发 性 不 好 ： 则 发 动 机 低 温 起 动 困 难 .燃 油 消 耗 增 加 .未 燃 烧 的油 滴 使 气 缸 的 密 封 性 下 降 ,输 出 功 串 降 低 .还 会 污 染 发 动 机 润 滑 油 ,增 大 发 动机 磨 损 和 润 滑 油 的 消 耗 . 汽 油 的 蒸 发 性 过 强 ： 则 使 贮 存 过 程 中 汽 油 的 蒸 发 损 失 增 加 、 燃 油 供 给 系易 产 生 气 阻 、 电 喷 发 动 机 中 的 炭 罐 易 过 载 等 . 2、 燃 油 抗 爆 性 抗 爆 性 是 指 汽 油 在 燃 烧 室 内 燃 烧 时 抵 抗 爆 燃 的 能 力 ， 其 评 定 指 标 是 辛烷 值 。 在 汽 油 机 燃 烧 过 程 中 随 着 压 缩 比 及 气 缸 内 气 体 温 度 提 高 ， 可 能 会出 现 一 种 不 正 常 的 自 然 现 象 ， 称 为 爆 燃 现 象 ， 称 为 爆 震 燃 烧 ， 简 称 爆 震 。汽 油 辛 烷 值 越 高 ， 抗 爆 性 能 越 强 ， 就 越 能 承 受 发 动 机 采 用 较 高 压 缩 比 而不 发 生 爆 震 ， 有 利 于 提 高 汽 油 机 的 经 济 型 。 3、 国 家 汽 油 规 格 据 1989年 颁 布 的 标 准 ， 我国 车 用 汽 油 有 90、 93、 97三 种标 准 牌 号 数 字 表 示 研 究 法 测 定的 辛 烷 值 。 备 注 ： 广 东 14年 7月 起 开 始 推广 国 汽 油 。 油 品 质 量 的 升 级 ，伴 随 着 汽 油 标 号 的 调 整 ， 93号 、97号 汽 油 将 退 出 市 场 ， 调 整 为92号 和 95号 。 并 逐 渐 在 全 国 试行 。 （ 二 ） 汽 油 机 混 合 气 的 形 成 汽 油 机 的 混 合 气 形 成 有 两种 方 式 ： 一 种 是 化 油 器 式 ， 即利 用 华 油 器 在 气 缸 外 部 形 成 大体 均 匀 的 可 燃 混 合 气 ， 靠 节 气门 开 度 调 节 混 合 气 数 量 。 目 前化 油 器 发 动 机 基 本 已 经 被 淘 汰 。另 一 种 汽 油 直 接 喷 射 式 ， 即 利用 喷 油 器 在 一 定 压 力 下 直 接 向进 气 管 、 进 气 管 或 气 缸 内 喷 射汽 油 ， 与 吸 入 的 空 气 相 混 合 形成 可 燃 混 合 气 ， 汽 油 喷 射 大 多数 是 靠 机 械 或 电 脑 根 据 发 动 机进 气 量 或 进 气 管 压 力 等 参 数 来控 制 。 （ 三 ） 空 燃 比 (视 频 演 示 ) 空 燃 比 ， 是 混 合 气 中 空 气 与 燃 料 之 间 的 质 量 的 比 例 。 可 燃 混 合 气中 空 气 质 量 与 燃 油 质 量 之 比 为 空 燃 比 ， 空 燃 比 A/F(A： air-空 气 ， F：fuel-燃 料 )表 示 空 气 和 燃 料 的 混 合 比 。 空 燃 比 是 发 动 机 运 转 时 的 一 个重 要 参 数 ， 它 对 尾 气 排 放 、 发 动 机 的 动 力 性 和 经 济 性 都 有 很 大 的 影 响 。 标 准 空 燃 比 ， 汽 油 发 动 机 为 14.7， 柴 油 发 动 机 为 14.3 。 空 燃比 大 于 理 论 值 的 混 合 气 叫 做 稀 混 合 气 ， 气 多 油 少 ， 燃 烧 完 全 ， 油 耗 低 ，污 染 小 ， 但 功 率 较 小 。 空 燃 比 小 于 理 论 值 的 混 合 气 叫 做 浓 混 合 气 ， 气少 油 多 ， 功 率 较 大 ， 但 燃 烧 不 完 全 ， 油 耗 高 ， 污 染 大 。 汽 油 机 的 空 燃比 在 12 13时 功 率 最 大 ， 在 16时 油 耗 最 低 ， 在 18左 右 污 染 物 浓 度 最 低 。因 此 ， 为 了 降 低 油 耗 和 减 少 污 染 ， 应 当 尽 量 使 用 空 燃 比 大 的 稀 混 合 气 ，只 在 需 要 时 才 提 供 浓 混 合 气 。 n 同 汽 油 机 一 样 ， 柴 油 机 的 燃 烧 过 程 也 将 直 接 影 响 发 动 机 的 性 能指 标 ， 但 柴 油 发 动 机 的 工 作 过 程 又 不 同 于 汽 油 机 ， 其 工 作 过 程 的 特 点 ：（ 1） 吸 入 气 缸 的 是 新 鲜 纯 空 气 ， 被 压 缩 的 是 新 鲜 空 气 。（ 2） 柴 油 通 过 高 压 喷 入 气 缸 ， 在 缸 内 形 成 可 燃 混 合 气 。（ 3） 柴 油 和 空 气 混 合 时 间 极 端 。（ 4） 缸 内 混 合 气 形 成 不 均 匀 ， 且 不 断 变 化 。（ 5） 没 有 外 源 点 火 ， 只 是 靠 压 燃 自 然 。（ 6） 混 合 与 燃 烧 重 叠 进 行 。（ 7） 质 调 节 ， 即 负 荷 和 转 速 不 是 通 过 进 气 节 流 ， 而 是 通 过 燃 料 量 来 调 节 。