第一章发动机工作原理和总体构造课件

第一编第一编 汽车发动机汽车发动机 外燃机：蒸汽机、汽轮机、热气机等外燃机：蒸汽机、汽轮机、热气机等外燃机：蒸汽机、汽轮机、热气机等外燃机：蒸汽机、汽轮机、热气机等 发动机发动机发动机发动机 按所用的燃料分类：液体燃料发动机按所用的燃料分类：液体燃料发动机按所用的燃料分类：液体燃料发动机按所用的燃料分类：液体燃料发动机 和气体燃料发动机和气体燃料发动机和气体燃料发动机和气体燃料发动机 按冷却方式分类：水冷式和风冷式按冷却方式分类：水冷式和风冷式按冷却方式分类：水冷式和风冷式按冷却方式分类：水冷式和风冷式 活塞式内燃机活塞式内燃机活塞式内燃机活塞式内燃机 按活塞运动的行程数分类：四冲程和二冲程发动机按活塞运动的行程数分类：四冲程和二冲程发动机按活塞运动的行程数分类：四冲程和二冲程发动机按活塞运动的行程数分类：四冲程和二冲程发动机 按进气状态分类：增压和非增压按进气状态分类：增压和非增压按进气状态分类：增压和非增压按进气状态分类：增压和非增压 按气缸数及其排列方式分类：单缸和多缸，立式与卧式按气缸数及其排列方式分类：单缸和多缸，立式与卧式按气缸数及其排列方式分类：单缸和多缸，立式与卧式按气缸数及其排列方式分类：单缸和多缸，立式与卧式 内燃机内燃机内燃机内燃机 按着火方式分类：点燃式发动机与压燃式发动机按着火方式分类：点燃式发动机与压燃式发动机按着火方式分类：点燃式发动机与压燃式发动机按着火方式分类：点燃式发动机与压燃式发动机 燃气轮机燃气轮机燃气轮机燃气轮机 1.1 1.1 发动机的分类发动机的分类发动机的分类发动机的分类第一章第一章 发动机的工作原理和总体构造发动机的工作原理和总体构造一、一、一、一、单缸发动机单缸发动机单缸发动机单缸发动机 结构示意图结构示意图结构示意图结构示意图1.2 四冲程发动机工作原理四冲程发动机工作原理1.2.1 四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机工作原理曲柄连杆机构曲柄连杆机构配气机构配气机构1、上止点、上止点2、下止点、下止点3、活塞行程、活塞行程4、曲柄半径、曲柄半径5、气缸工作容积、气缸工作容积6、燃烧室容积、燃烧室容积7、气缸总容积、气缸总容积8、压缩比、压缩比9、内燃机排量、内燃机排量10、工作循环工作循环 二、基本术语二、基本术语汽汽油油机机工工作作原原理理汽汽油油机机工工作作循循环环1、进气行程、进气行程2、压缩行程、压缩行程3、作功行程、作功行程4、排气行程、排气行程三、四冲程汽油发动机的工作循环三、四冲程汽油发动机的工作循环进气行程进气行程排气门关闭排气门关闭进气门开启进气门开启活塞温度温度370400 K，压力压力0.070.09MPa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。示功图大气压力线大气压力线PVra上止点下止点压缩行程压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：=Va/VcPacVr示功图大气压力线大气压力线上止点下止点温度600700K，压力0.61.5MPa作功行程作功行程进气门关闭排气门关闭活塞ZbaPVr示功图大气压力线大气压力线c上止点下止点瞬时最高：温度22002800K，压力35MPa作功终了：温度13001600K，压力0.30.5MPa 排气行程排气行程进气门关闭排气门打开活塞温度9001200K压力0.1050.115MPa残余废气Z上止点下止点bPVr示功图大气压力线大气压力线汽汽油油机机工工作作原原理理1.2.2 四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理喷喷油油器器排气行程排气行程进进 气气 门门排排气气门门纯纯 空空 气气温度温度300-370K300-370K压力压力0.07850.0932MPa 温度温度750-1000K750-1000K压力压力3-5 3-5 MPaMPa瞬时：温度瞬时：温度2000-2000-2500K2500K压力压力6-9 6-9 MPaMPa温度温度800-1000K800-1000K压力压力0.105-0.105-0.125M0.125MPaPa终了：温度终了：温度12001500k压压力力0.2-0.4MPa0.2-0.4MPa吸气行程吸气行程压缩行程压缩行程作功行程作功行程柴柴油油机机的的工工作作原原理理柴柴油油机机的的工工作作循循环环工作原理和结构的不同点工作原理和结构的不同点 汽油机汽油机柴油机柴油机混合气形成地点混合气形成地点气缸外（化油器内）气缸外（化油器内）气缸内气缸内混合气着火方式混合气着火方式点燃式点燃式压燃式压燃式点火系点火系有有无无燃油供给系燃油供给系化油器化油器喷油器，喷油泵喷油器，喷油泵柴油机柴油机 优点：燃油优点：燃油 消耗率低，且柴油价格较消耗率低，且柴油价格较 低，低，所以所以燃油经济性好。燃油经济性好。缺点：转速较汽油机低、质量大、制缺点：转速较汽油机低、质量大、制 造和维修造和维修费用高。费用高。应用：应用越来越广泛。应用：应用越来越广泛。柴油机与汽油机的特点比较柴油机与汽油机的特点比较汽油机汽油机 优点：具有转速高优点：具有转速高，质量小、工作噪质量小、工作噪 声小、声小、起起动容易、制造动容易、制造 和维修和维修 费用低等特点。费用低等特点。缺点：燃油缺点：燃油 消耗率高，燃油经济性差。消耗率高，燃油经济性差。应用：用在轿车和轻型货车及应用：用在轿车和轻型货车及 越野车。越野车。1、四冲程发动机在一个工作循环的四个活塞行程、四冲程发动机在一个工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是作功的，其余三个行程则是作功中，只有一个行程是作功的，其余三个行程则是作功的辅助行程。的辅助行程。缺点：发动机运转不平稳。缺点：发动机运转不平稳。改正措施：采用多缸发动机。改正措施：采用多缸发动机。2、在多缸四冲程发动机的每一个气缸内，所有的、在多缸四冲程发动机的每一个气缸内，所有的工作过程是相同的，并按上述次序进行，但所有气缸工作过程是相同的，并按上述次序进行，但所有气缸的作功行程并不同时发生。的作功行程并不同时发生。优点：气缸数越多，发动机的工作越平稳。优点：气缸数越多，发动机的工作越平稳。缺点：一般将使其结构复杂，尺寸及质量增加。缺点：一般将使其结构复杂，尺寸及质量增加。1.2.3 四冲程发动机工作循环总结四冲程发动机工作循环总结1.3 二冲程发动机工作原理二冲程发动机工作原理1.3.1 二冲程汽油机工作原理二冲程汽油机工作原理 1、定义、定义 二冲程发动机的工作循环是在两个活塞行程内，即二冲程发动机的工作循环是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一周的时间内完成的。曲轴旋转一周的时间内完成的。2、在二冲程发动机内，一个工作循环所包含的两、在二冲程发动机内，一个工作循环所包含的两个行程是个行程是:（1）第一行程）第一行程(压缩压缩+进气进气)活塞自下止点向上移动，事先已充入活塞上方气缸活塞自下止点向上移动，事先已充入活塞上方气缸内的混合气被压缩，当进气孔打开，新的可燃混合气又内的混合气被压缩，当进气孔打开，新的可燃混合气又自化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。自化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。（2）第二行程）第二行程(作功作功+排气或换气排气或换气)接近上止点时，燃烧。活塞自上止点向下移动，活接近上止点时，燃烧。活塞自上止点向下移动，活塞上方进行着作功过程和换气过程。塞上方进行着作功过程和换气过程。压缩混合气进气点火燃烧排气换气孔进气孔排气孔火花塞单缸二冲程汽油机工作原理示意图单缸二冲程汽油机工作原理示意图单缸二冲程汽油机工作原理示意图单缸二冲程汽油机工作原理示意图 3、二冲程和四冲程相比较、二冲程和四冲程相比较 优点：曲轴每转一周，作功一次，在相同优点：曲轴每转一周，作功一次，在相同的的n,V下，功率是四冲程的下，功率是四冲程的2倍。运转平稳、结倍。运转平稳、结构简单、质量小、使用方便。构简单、质量小、使用方便。缺点：没有专门的换气机构（造成废气排缺点：没有专门的换气机构（造成废气排不干净，有效行程减小），功率是四冲程的不干净，有效行程减小），功率是四冲程的1.51.6倍，不经济。倍，不经济。应用：摩托车（广泛）应用：摩托车（广泛）1、第一行程（换气压缩）、第一行程（换气压缩）活塞从下活塞从下上，进气孔、排气门打开，进行换上，进气孔、排气门打开，进行换气。继续向上，进气孔、排气门关闭，进行压气。继续向上，进气孔、排气门关闭，进行压缩。缩。2、第二行程、第二行程接近上止点处，喷油燃烧。活塞从上接近上止点处，喷油燃烧。活塞从上下，作下，作功。功。23S处，进行排气。剩下处，进行排气。剩下13S，进气孔进气孔打开，进行换气。打开，进行换气。应用：大型低速船应用：大型低速船1.3.2 二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理换气换气燃烧燃烧排气压缩喷油器空空气气扫气泵废废气气排气门排气门1.4 发动机的总体构造发动机的总体构造两大机构两大机构曲柄连杆机构曲柄连杆机构配气机构配气机构五大系统五大系统燃油供给系燃油供给系点火系点火系冷却系冷却系润滑系润滑系起动系起动系 （1）曲柄连杆机构）曲柄连杆机构 构成：包括机体、构成：包括机体、气缸、气缸盖、气缸垫、气缸、气缸盖、气缸垫、活塞、连杆、带有飞轮活塞、连杆、带有飞轮的曲轴等。的曲轴等。作用：支承发动机作用：支承发动机的所有零部件，将活塞的所有零部件，将活塞的直线往复运动变为曲的直线往复运动变为曲轴的旋转运动并输出动轴的旋转运动并输出动力。力。（2）配气机构）配气机构 构成：包括进气门、排气门、摇臂、气门间隙调构成：包括进气门、排气门、摇臂、气门间隙调节器、凸轮轴以及凸轮轴定时带轮。节器、凸轮轴以及凸轮轴定时带轮。作用：使可燃混合气（或空气）及时充入气缸并作用：使可燃混合气（或空气）及时充入气缸并及时从气缸及时从气缸 排出废气。排出废气。（3）燃料供给系）燃料供给系 构成：包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、构成：包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器等。空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器等。作用：把汽油和空气混合成成分合适的可燃混合气供作用：把汽油和空气混合成成分合适的可燃混合气供入气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。入气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。化化油油器器式式燃燃油油供供给给系系统统电电控控燃燃油油喷喷射射式式燃燃油油供供给给系系统统柴柴油油机机燃燃油油供供给给系系统统 （4）点火系）点火系 构成：包括供给低压电流的蓄电池和发电机以及分构成：包括供给低压电流的蓄电池和发电机以及分电器、点火线圈与火花塞等。电器、点火线圈与火花塞等。作用：保证按规定时刻准时点燃气缸中被压缩的混作用：保证按规定时刻准时点燃气缸中被压缩的混合气。合气。点点火火系系统统 （5）润滑系）润滑系 构成：油底壳、机构成：油底壳、机油泵、机油集滤器、限油泵、机油集滤器、限压阀、润滑油道、机油压阀、润滑油道、机油滤清器等。滤清器等。作用：将润滑油供作用：将润滑油供给作相对运动的零件，给作相对运动的零件，以减少它们之以减少它们之 间的摩间的摩擦擦 阻力，减轻机件的阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。擦零件，清洗摩擦表面。润润滑滑系系统统（6）冷却系）冷却系 构成：包括水泵、构成：包括水泵、散热器、风扇、节温器、散热器、风扇、节温器、分水管以及气缸体和气分水管以及气缸体和气缸盖里铸出的空腔水缸盖里铸出的空腔水套等。套等。作用：把受热机件作用：把受热机件的热量散到大气中去，的热量散到大气中去，以保证发动机正常工作。以保证发动机正常工作。冷冷却却系系统统 （7）起动系）起动系 构成：蓄电池构成：蓄电池、起动开关、起动、起动开关、起动机等组成。机等组成。作用：用以使作用：用以使静止的发动机起动静止的发动机起动并转入自行运转。并转入自行运转。起起动动系系统统1.5 发动主要性能指标与特性发动主要性能指标与特性一、动力性指标一、动力性指标 1、有效转矩、有效转矩 发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，以发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，以Te表示，单位为表示，单位为Nm。2、有效功率有效功率 发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率，用发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率，用Pe表示，单位为表示，单位为kW。二、经济性指标二、经济性指标 发动机每发出发动机每发出lkW有效功率，在有效功率，在lh内所消耗内所消耗的燃油质量，称的燃油质量，称 为燃油消耗率，用为燃油消耗率，用be表示。很表示。很明显，燃油消耗率越低，经济性越好。明显，燃油消耗率越低，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 发动机的运转性能指标主要指排气品质、噪发动机的运转性能指标主要指排气品质、噪声、起动性等。声、起动性等。1、排气品质、排气品质 发动机的排气中含有对人体有害的物质，主要发动机的排气中含有对人体有害的物质，主要 有有氮氧化合物氮氧化合物(NO，)、碳氢化合物碳氢化合物(HC)和一氧化碳和一氧化碳(CO)等以及排气颗粒。它对大气的污染已形成公害。为此，等以及排气颗粒。它对大气的污染已形成公害。为此，各国采取了许多对策，并制定相应的控制法规。各国采取了许多对策，并制定相应的控制法规。2、噪声、噪声 汽车是城市主要的噪声源之一，发动机又是汽车汽车是城市主要的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声源，故必须给予控制。的主要噪声源，故必须给予控制。3、起动性能起动性能 起动性能好的发动机在一定温度下能可靠发动，起动性能好的发动机在一定温度下能可靠发动，起动迅速，起动消耗的功率小，起动期磨损少。起动迅速，起动消耗的功率小，起动期磨损少。四、发动机的速度特性四、发动机的速度特性 发动机速度特性：发动发动机速度特性：发动机的速度特性指发动机的功机的速度特性指发动机的功率、转矩和燃油消耗率三者率、转矩和燃油消耗率三者随曲轴转速变化的规律。随曲轴转速变化的规律。测量：可以通过发动机测量：可以通过发动机在试验台上进行试验求得。在试验台上进行试验求得。发动机外特性：如果改发动机外特性：如果改变节气门开度可得到不同组变节气门开度可得到不同组特性，当节气门到最大时所特性，当节气门到最大时所得到的发动机的速度特性。得到的发动机的速度特性。作用：发动机外特性代作用：发动机外特性代表了发动机所具有的最高动表了发动机所具有的最高动力性能。力性能。五、发动机工作状况五、发动机工作状况 发动机工作状况发动机工作状况一般是用它的功率与一般是用它的功率与曲轴转速来表征，有曲轴转速来表征，有时也用负荷与曲轴转时也用负荷与曲轴转速来表征。速来表征。1.6 内燃机产品名称和型号编制规则内燃机产品名称和型号编制规则 内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，例内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、柴油机、煤气机等。如汽油机、柴油机、煤气机等。内燃机型号由阿拉伯数字和内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母拼音字母组成。成。内燃机型号由以下四部分内燃机型号由以下四部分组成：成：1、汽油机汽油机 1E65F：表示表示单缸，二行程，缸径缸，二行程，缸径65mm，风冷通用冷通用型型 4100Q：表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷水冷车用用 4100Q-4：表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷水冷车用，第四种用，第四种变型型产品品 CA6102：表示六缸，四行程，缸径表示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通水冷通用型，用型，CA表示系列符号表示系列符号 8V100：表示八缸，四行程、缸径表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水型，水冷通用型冷通用型 TJ376Q：表示三缸，四行程，缸径表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷水冷车用，用，TJ表示系列符号表示系列符号 2、柴油机柴油机 195：表示表示单缸，四行程，缸径缸，四行程，缸径95mm，水冷水冷通用型通用型 165F：表示表示单缸，四行程，缸径缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型冷通用型 495Q：表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径95mm，水水冷冷车用用 6135Q：表示六缸，四行程，缸径表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷水冷车用用 X4105：表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，水冷通用型，X表示系列代号表示系列代号1.什么叫压缩比？汽油机、柴油机的压缩比有什什么叫压缩比？汽油机、柴油机的压缩比有什么不同？为什么？么不同？为什么？2.四冲程发动机的工作循环有什么组成？一个工四冲程发动机的工作循环有什么组成？一个工作循环曲轴转几圈？作循环曲轴转几圈？3.汽油机、柴油机可燃混合气的形成方式与点火汽油机、柴油机可燃混合气的形成方式与点火方式有什么不同？方式有什么不同？4.汽油机、柴油机在总体构造上有何异同？汽油机、柴油机在总体构造上有何异同？思思 考考 题题1.一般情况下，汽油机的压缩比大于柴油机。（）2.发动机压缩比是指 气缸总容积气缸总容积 和 气缸压缩容积气缸压缩容积 的比值。模拟模拟 题题