发动机的分类、工作原理及构造

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,发动机的分类、工作原 理及构造,1,内燃机的优点：,热效率高、体积小、重量轻、广泛应用。但由于使用的是石油燃料，因而污染较大。城市的大气污染相当部分来至内燃机所排出的废气。,第一章 发动机的分类,一、热力发动机即是将燃料的热能转变为机械能的一种动力装置,。,内燃机：,可燃混合气在机器内部燃烧而产生热能，然后再转为机械能。,外燃机：,燃料在机器外部的锅炉内燃烧，将锅内,的水加热，使之变为高温高压的水蒸气，然后送至机器内部，使所含热能转变为机械能。,2,天然气发动机,液化石油发动机,按每一工作循环的冲程数分,按点火方式分,四冲程发动机：活塞往复四个单程完成一个工作循环。,二冲程发动机：活塞往复二个单程完成一个工作循环。,汽油机,柴油机,按所用燃料分,气体燃料发动机,液体燃料发动机,1、内燃机：,活塞式内燃机（本书的主要介绍对象。）,燃气轮机：旋转式的内燃机。,活塞式内燃机分类：,一个工作循环,：,在气缸中完成一次热功转换所进行的一系列连续过程。,点燃式发动机（汽油机）,压燃式发动机（柴油机）,3,单缸（立式、卧式）发动机,多缸（直列、型、型或对置式）发动机,按气缸数及排列方式分：,4,型或对置式,多缸（直列、型、型或对置式）发动机,5,按冷却方式分：,水冷式发动机,风冷式发动机,6,按是否装增压装置分：,增压发动机,非增压发动机（自然吸气发动机）,7,按每缸气门数分：,二气门发动机,多气门发动机,8,第二章 发动机的原理,第1节 四冲程发动机工作原理,第1节 二冲程发动机工作原理,9,活塞由上止点到下止点所扫过的气缸容积V,h,。,V,h,=（D,/ 4,10,3,）,S (L) ( D：气缸直径，cm. S：活塞冲程，cm.),4、气缸排量（气缸工作容积）：,5、发动机排量：,V,L,=V,h, (-气缸数),活塞在上止点位置,活塞在下止点位置,6、燃烧室容积,：,当活塞在上止点时，活塞上方与缸盖围成的容积Vc。,7、气缸总容积：,V,a,=V,c,+V,h,8、压缩比：,第1节 四冲程发动机工作原理,气缸总容积,1、上止点：,活塞顶部离曲轴中心最远处。,2、下止点：,活塞顶部离曲轴中心最近处。,3、活塞冲程：,上、下止点间的距离S。,10,可燃混合气的形成及发火方式：,汽油机：,汽油粘度小，蒸发性好，在气缸外部形成混合气，自燃温度高于 380,C,，外火源点燃。,汽油机又称,点燃式发动机。,柴油机：,柴油粘度大，蒸发性差，在气缸内部形成 混合气，自燃度为250,C,左右， 压缩自燃。,柴油机又称,压燃式发动机。,11,12,13,1、进气行程：,柴油机：新鲜空气。,汽油机,：汽油与空气的混合物。,活塞被曲轴带动由上止点向下止点移动，此时进气门开启，排气门关闭。,活塞由上 下 被吸入气缸。,终了压力： “汽”0,.,75 0,.,90 温度：100 130,C,（个大气压） “柴”0,.,80 0,.,95 60 80,C,由于进气有阻力，进气终了的压力略小于大气压力。,由于上一循环留在气缸中的高温残余废气与新鲜气体混合，,所以进气终了气体温度。,进开,排关,V，P,气缸内产生真空度,新鲜空气,（柴油机）,汽油与空气的混合气,（汽油机）,进入气缸的是,14,2、压缩行程：,为使混合气体能迅速燃烧，产生较大的压力，使发动机发出较大的功率，必须在燃烧前对可燃混合气进行压缩，使之V，T。,“汽”,压缩接近终了，可燃混合气体由火花塞,活塞由下 上 电极发出的电火花点燃。,“柴”,压缩接近终了，由喷油泵把柴油提高,至上百个大气压以上使之雾化，再送至喷,油器，由喷油器把雾状柴油喷入气缸，使,与压缩后的高温空气混合，达自然温度时，,便自行发燃烧。,压缩比：,=V,a,/ V,c,= 1+V,h,/ V,c,是发动机重要的结构参数。,越大，压缩终了的P、T越高，燃烧越快，膨胀作功愈充分。从而使发动机的动力性、经济性提高。但过高，对汽油机来说，会引起T过高而造成两种不正常燃烧即：,进关,排关,V,P，T,终了 P、T：“汽” 612 ； 300 400,C,“柴” 35 45 ； 500700,C,15,爆燃：,由于过大 P、T过高，远离火焰中心的可燃混合气在火焰尚未,到达就自行发火燃烧的一种不正常燃烧。爆燃时，火焰以15002000m/s的,速度向外传播，P、T极剧增加，形成压力波，撞击燃烧室壁，发出尖锐的,敲缸声。同时，引起发动机过热功率，气门、火花塞等部件被燃坏。,表面点火：,由于过大 P、T过高，在电火花之前可燃混合气就被燃,烧室炽热的表面点燃的另一种不正常燃烧。表面点火发生时，伴有沉闷的,敲缸声，产生的高压使发动机负荷，寿命。, 现代汽油机的压缩比一般为= 69（个别轿车可达911）。, 柴油机靠压缩自燃，所以压缩比设计等较高=1622。具有较好的,经济性。但高的压缩比带来高的压缩压力、燃烧压力，使柴油机各部,件要承受高的机械负荷，因而需要增加强度及刚度。故,柴油机的尺寸、,重量指标不如汽油机。,*,16,进关 曲轴强制,排关 旋转作功,3、作功行程：,压缩终了，气缸容积很小，迅速燃烧的混合气使缸内P、T,急剧升高。,最高压力：“汽”3050 温度： 1900-2500,C,“柴”60-90 1700-2200,C,高温高压气体推动活塞由上 下 热能 机械能,4、排气行程：,可燃混合气燃烧后变成废气，为了进行下一,循环，必须把废气排气过程。,活塞由下 上 废气经排气门排出气缸,进关,排开,终了压力：“汽”3-5 温度：1000-1300,C,终了压力：“汽” 1,.,05-1,.,25 温度：600-900,C,“柴” 1,.,05-1,.,25 500-700,C,。,“柴”2-4 800-1000,C,17,四冲程发动机经过,进气、压缩、作功、排气,四个冲程完成一个工作循环。此期间，活塞在上、下止点间,往复移动了四个行程，曲轴旋转了两周。,进气终了P：,“,汽”0,.,750,.,90,（个大气压）,“柴”0,.,80 0,.,95,压缩终了 P：,“汽” 612,“柴” 35 45,燃烧时的最高P：,“汽”3050,“柴”60-90,作功终了P：,“汽”3-5,“柴”2-4,排气终了P：,“汽” 1,.,05-1,.,25,“柴” 1,.,05-1,.,25,5、示功图,：,表示发动机在工作过程中，其P、V的变化情况，曲线包围的面积即为发动机的指示功。,*,V,P,P,0,18,进气终了P：,“汽”0,.,750,.,90,（个大气压）,“柴”0,.,80 0,.,95,“汽” 612,“柴” 35 45,燃烧时的最高P：,“汽”3050,“柴”60-90,作功终了P：,“汽”3-5,“柴”2-4,排气终了P：,P,0,P,0,P,0,P,0,“汽” 1,.,05-1,.,25,“柴” 1,.,05-1,.,25,压缩终了 P：,19,汽油机：,（优点）,较小，体积小，重量轻，转速较高，动力性好。,制造维修成本低，噪声小，起动容易。主要用于轿车、微型,车（客车、货车）、军用越野车。,（缺点）,燃料经济差，排污大（HC、N0,x,、CO）,柴油机：,（优点）,较大，燃料燃烧完全，经济性好。,（缺点）,由于,较大 P、T较高，所以体积大、重量大，转速,较低，制造维修成本高（喷油泵、喷油器加工精度要求高）。,常用于中、重型货车。（对经济性要求高，动力性要求较低）。,同排量的单缸与多缸发动机优缺点比较：,单缸：,结构简单、重量轻。运转不平稳、冲击振动大。,多缸：,与单缸相反。发火间隔角,=720,/,i,（,i, 缸数）。,现代汽车上一般不用单缸机，用得最多的是四缸、六缸、八缸。,四冲程汽油机和柴油机的优缺点比较,20,1、结构：,无进排气门及配气机构，,由三孔控制进、排气，活塞为凸顶 。,一：二冲程汽油机的工作原理：,第2节 二冲程发动机工作原理,二冲程发动机的一个工作循环也包括进气、压缩、燃烧作功、排气四个行程。只不过这些行程的完成仅需活塞在两个行程内，即曲轴旋转一周完成。,21,活塞上行,（三孔均闭），压缩上一循环吸入气缸的可燃混合气，活塞上方 曲轴箱V，P产生真空度；上行2/3行程（孔1开启），可燃混合气吸入曲轴箱接近上止点，由火花塞发火点燃。（a、b、c),高温高压气体推动 活塞下行，,孔1逐渐关闭；,曲轴箱内气体被预压，接近下止点 （孔2开启，废气排出，接着孔3 开启，新鲜混合气自孔3流入气缸，并驱除废气。）（d ),V，P,气,(,发动机的工作原理,),*,活塞上行：压缩，进气。 下行：作功，换气。,二冲程汽油机的工作原理,22,二、二冲程柴油机的工作原理：,1、结构：,有一排气门，有一进气孔，活塞顶部为凹顶。,2、工作过程：,进孔开,排门开,上行1/3行程（进孔关，排门关）, 活塞由下 上（空气进入，废气排出）,上行接近上止点，由喷油器喷入高压雾状柴油与高压空气迅速混合，发火自燃。, 高温高压气体推动活塞下行至2/3行程。（排气门开，废气排出，接着，进气孔开， 进行换气。）,*,活塞上行：换气；压缩下行：作功，换气。,23,二冲程发动机与四冲程发动机比较，其主要优点、缺点如下：,优点：,1）曲轴每转一周就有一个作功行程，因此，当二冲程发动机的工,作容积和转速与四冲程发动机相同时，在理论上它的功率应等于,四冲程发动机的两倍。,2）由于发生作功过程的频率较高，故二冲程发动机的运转比较平稳。,3）由于没有专门的换气机构，所以其结构较简单，质量也比较小。,4）由于附属机构少，所以受磨损和经常需要修理的运动部件数量也,比较少,缺点：,1）不易将气缸内的废气排除干净，而且在换气时减少了有效工作行,程。因此，在同样的工作容积和曲轴转速下，二冲程发动机的功率,并不等于四冲程发动机的两倍，只等于1.5,1.6,倍。,2）在换气时有一部分新鲜可燃混合气随废气排出，因此，二冲程,发动机不如四冲程发动机经济。,24,燃料供给系：,汽油机：,由,化油器,向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。,柴油机：,由喷油泵提供雾状柴油，通过,喷油器,喷入气缸。,曲柄连杆机构：,进行热功转换。,配气机构：,控制进、排气门的开启时刻及延续时间。,五大系统,（包括）：,点火系：,（汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞电极,间产生电火花以点燃混合气。,冷却系,：,降低气缸及高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温度。,润滑系,：,减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。,起动系：,用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件。,两大机构：,第三章 发动机的结构,25,发动机结构示意图,汽车发动机总装图,26,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,27,配气机构：,用于控制进、排气门的开启时刻及延续时间。,28,燃料供给系：,汽油机：由,化油器,向气缸供给由汽油与空气混合的混合气。,柴油机：由,喷油泵,提供雾状柴油，通过喷油器喷入气缸。,汽油机,柴油机,29,点火系统：,（汽油机独有）在压缩行程接近上止点时，点火系即在火花塞电极间产生电火花以点燃混合气。,30,冷却系统,：,降低气缸及高温部件的高温，使发动机保持正常的工作温度。,31,润滑系统,：,减少相对运动部件的摩擦阻力，减轻磨损。,32,起动系统：,用外力转动发动机曲轴以达到燃烧作功所需的条件。,33,第四章 发动机的主要性能指标与特性,发动机的主要性能指标包括：,动力性指标：,有效扭矩T,e,、有效功率P,e,、转速 n,经济性指标：,b,e,运转性指标：,排气品质、噪声、起动性。,1、动力性指标：,1、有效扭矩T,e,：,发动机对外输出的扭矩。可在实验台架上测出。,2、有效功率P,e,：,发动机对外输出的功率。,P,e,=（T,e,n）/ 9550 ( kw ) ； T,e,(Nm)、n (r/min)可测定,2、经济性指标：,1、 燃油消耗率b,e,：,发动机每发出1KW有效功率，在1h内所消耗的燃油量。,b,e,=x1000 (g / kwh ) ； B发动机每小时的耗油量(kg/h)可测定,B,P,e,34,3、发动机的运转性能指标：,1、,排气品质：,有害气体成分的限制标准。P41,美日欧韩：74-80 dB(A),中国：82-89dB(A),3、起动性能：,标准：汽油机在-10,C,，柴油机在-5,C,以下气温,条件下，接通起动机15s 内发动机要能自行运转。,1、定义：指发动机的Pe、Te、be随曲轴转速的变化规律。,这个特性可通过发动机在试验台上进行试验而求。,4、发动机的速度特性：,2、 噪声：,车外噪声标准,35,试验方法：保持一定的节气门开度，,变更发动机的转速，经测定，计算得到,一系列相应Pe、Te、be值，然后以转速,横坐标，Pe、Te、be为纵坐标，按比例,绘制它们的变化规律，即得发动机在这,一节气门开度的速度特性曲线。,如图：,外特性：,节气门全开时所测得到的速度特性。代表发动机,不同转速下的最高性能。,部分速度特性：,节气门部分开度所测得的速度特性。,36,5、发动机的工作状况（工况）：,发动机工况可用它的功率与曲轴转速来表示，或用负荷与曲轴转速来表示。,发动机在某一转速下的负荷 = 100%,如图表示发动机的一组特性曲线：,I为节气门全开时的外特性。,、为节气门部分开启时的部分特性。,在a，b，c，d 四个工况下的负荷值如下：,a：负荷为0，发动机空转。,b：负荷=20/45,100%= 44.4%,c：负荷=32/45,100%=71.1%,d：负荷=45/45,100%=100%,发动机实际发出的功率,在同一转速下可能发出的最大功率,*, 全负荷并不意味着是发动机的最大功率。 （全负荷最大功率）。, 在同一转速下，节气门开度越大，负荷越大。,37,附： 内燃机产品名称和型号编制规则,首部：,2、内燃机型号由四部分组成。,首部 产品系列符号或换代标志符号,中部 机型系列代号,后部 结构特征用途特征,尾部变型符号,6120Q1型柴油机：6缸、直列、四冲程、缸径120mm、水冷、车用第一次变型产品。,12V135Z型柴油机：12缸、V型、四冲程、缸径135mm、水冷、增压、通用型。,1、名称：,由所用燃料决定：,汽油机、柴油机。,例如：,由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。,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。,尾部：,38,谢谢！,39,