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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,*,四川农业大学农机系,汽车拖拉机学,第,1,章 发动机总体构造和工作原理,汽车拖拉机学,2009,年,8,月,第,1,章 发动机总体构造和工作原理,张 黎 骅,AUTOMOBILE AND TRACTOR,主要内容,1.1,内燃机的总体构造,1.2,内燃机的基本工作原理,1.3,内燃机的主要性能指标,1.4,影响内燃机工作性能的主要因素,1.5,小 结,1.1,内燃机的总体构造,发动机是将燃料燃烧释放的热能转变成机械能的机械；凡是将燃料燃烧所产生的热能转变成机械能的机器统称为热力发动机，简称发动机。,热力发动机分类：根据燃料燃烧部位不同分为,（,1,）,外燃机,：燃料在发动机,外部,燃烧的称为外燃机，如蒸汽机、汽轮机等等；,（,2,）,内燃机,：燃料直接在发动机,内部,燃烧的称为内燃机，如柴油机、汽油机等等；,内燃机的分类,转子式内燃机,往复活塞式内燃机,目前，汽车拖拉机主要采用往复活塞式内燃机。,往复活塞式内燃机分类,1,、按所用燃料分：汽油机、柴油机、石油液化气机、沼气机等；,2,、按循环行程数分：二行程发动机、四行程发动机；,3,、按气缸数分：单缸发动机、多缸发动机,4,、按冷却方式分：水冷式发动机、风冷式发动机；,5,、按着火方式分：点燃式发动机、压燃式发动机；,6,、按气缸排列方式分：立式发动机、卧式发动机、,V,型发动机、对置式发动机；,发动机是汽车最主要的总成之一，动力的来源。被称为汽车的“心脏”。,内燃机的总体构造,两大机构,曲柄连杆机构,配气机构,五大系统,供给系,点火系,(,汽油机专用,),冷却系,润滑系,起动系,发动机的总体构造,连杆,飞轮,曲轴,活塞,进气门,排气门,推杆,挺柱,正时齿轮,1,、组成：气缸盖、气缸体及油底壳。,一、机体组,2,、作用：作为发动机各机构、各系统的装配基体，而且其本身的许多部件有分别是曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系和润滑系的组成部分；,二、曲柄连杆机构,1,、组成：主要包括活塞连杆组、曲轴飞轮组等。,2,、作用：是发动机借以产生动力，并将活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。,三、配气机构,1,、组成：主要包括进气门、排气门、挺柱、推杆、摇臂、凸轮轴、以及凸轮轴正时齿轮（由曲轴正时齿轮驱动）。,2,、作用：使可燃混和气及时充入气缸并及时从气缸排出废气。,1,、组成：主要包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、喷油器、空气滤清器，进气管、排气管，排气消声器等。,四、燃油供给系,2,、作用：把汽油和空气混合成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。,1,、组成：主要包括供给低压电流的蓄电池和发电机；将低压电流变成高压电流的断电器（与分电装置等组合成为分电器）和点火线圈，把高压电流按规定时刻通过分电装置通到各气缸的火花塞等。,五、点火系,2,、作用：保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。,1,、组成：主要包括水泵、散热器、风扇、分水管、气缸体放水阀以及气缸体和气缸盖里铸出得空腔,水套等。,六、冷却系,2,、作用,:,把受热机件的热量散到空气中去，以保证发动机正常工作。,七、润滑系,1,、组成：主要包括机油泵、集滤器、限压阀、润滑油道、机油粗滤器、机油细滤器和机油冷却器等。,2,、作用：是将润滑油供给作相对运动的零件以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分的冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。,八、起动系,1.,组成：主要包括蓄电池、起动机及其控制电路组成。,2.,作用：用以使静止的发动机起动并转入自行转动。,上止点,下止点,活塞行程,(S),曲柄半径,(R),燃烧室容积,(,V,c,),气缸总容积,(,V,a,),V,L,= V,h,i,V,h,= D,2,S 10,-6,/4,（,L,）,D,气缸直径，,mm,S,活塞行程，,mm,1.,基本术语,发动机排量,(V,L,),气缸工作容积,(V,h,),定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比。用,表示。,现代汽油机压缩比一般为,9,11,。,柴油机压缩比一般为,16,22,。,压缩比,=,Va/Vc,压缩比是内燃机重要的技术指标。压缩比的大小反映了气体在汽缸内被压缩的程度。压缩比越大其动力性和经济性越好。,名 称,成 因,现 象,后 果,爆燃,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一种不正常燃烧。,火焰以极高的速率向外传播，形成压力波，以声速向前推进。当压力波撞击燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。,还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重爆燃时甚至造成气门烧毁、轴瓦破裂，火花塞绝缘体击穿等。,表面点火,由于燃烧室内炽热表面与炽热处,(,如排气门头，火花塞电极，积炭处,),点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。,伴有强烈的较沉闷敲击声。,产生的高压会使发动机机件负荷增加，寿命降低。,压缩比过大的不良后果,工作循环,工作循环：,发动机完成一次能量交换的过程。称为完成一个工作循环。即发动机历经了进气、压缩、燃烧、作功、排气五个顺序一定的连续工作过程。,四行程内燃机：,活塞在汽缸内往复四次,(,四个行程,),，完成一个工作循环。,二行程内燃机：,活塞在汽缸内往复二次,(,二个行程,),，完成一个工作循环。,2.,四冲程汽油机的工作原理,a,、进气行程,b,、压缩行程,c,、作功行程,d,、排气行程,进气行程,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。,排气门关闭,进气门开启,活塞,温度,370440 K,，,压力,7,590,kPa,大气压力线,P,V,r,a,示功图,上止点,下止点,a,、进气行程,进气门关闭,排气门关闭,活塞,压缩比：,=,Va/Vc,P,V,r,a,示功图,大气压力线,c,上止点,下止点,温度,600800K,，,压力,6001500,kPa,b,、压缩行程,作功行程,进气门关闭,排气门关闭,活塞,P,V,r,a,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,瞬时最高：温度,22002800,K,，,压力,3,5MPa,作功终了：温度,15001700,K,，,压力,300500,kPa,c,、作功行程,排气行程,进气门关闭,排气门打开,活塞,P,V,r,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,温度,9001200,K,压力,105125,kPa,残余废气,d,、排气行程,四冲程发动机工作状态,状态,行程,温 度,(K),压 力,进气行程,370440,7590,kPa,压缩行程,600800,6001500,kPa,作功行程,22002800(,瞬时最高,),15001700(,作功终了,),35MPa (,瞬时最高,),300500,kPa,(,作功终了,),排气行程,9001200,105125,kPa,3.,四冲程柴油机的工作原理,喷油器,进气门,排气门,纯空气,温度,300370K,压力,800900,kPa,温度,8001000K,压力,35,MPa,温度,8001000K,压力,105400,kPa,终了：温,8001000K,压力,105400,kPa,瞬时：温度,18002200K,压力,510,MPa,柴油机工作时各行程状态参数,状态,行程,温度,(K),柴油机工作时各行程状态参数,压力,进气行程,320350,800900,kPa,压缩行程,8001000,35MPa,作功行程,22002800(,瞬时最高,),15001700(,作功终了,),510MPa (,瞬时最高,),300500,kPa,(,作功终了,),排气行程,8001000,105125,kPa,思考,四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么异同之处呢？,柴油机与汽油机工作原理比较,1.,都有四个行程：进气、压缩、做功、排气。,2.,四个过程中，只有做功行程对外输出功，其余三个均消耗功。,3.,发动机完成一个工作循环，曲轴旋转两圈（,720,）。,4.,第一个循环均需外力带动。,与柴油机相同,1.,进气过程：进气过程进入汽缸的是汽油与空气的可燃混合气。,2.,压缩过程：汽油机在压缩过程压缩的是混合气。,3.,着火方式不同：当压缩接近终了时,火花塞（,1525kV,）产生电弧点燃混合气。,与柴油机不同,1.,柴油机的经济性比汽油机好。,2.,柴油机和汽油机工作过程中各点的压力和温度都不同。,3.,柴油机的燃烧过程既有等容加热,(,燃烧,),阶段又有等压加热,(,燃烧,),阶段,属混合加热循环。而汽油机只有等容加热阶段,属等容加热循环。,4.,柴油机体积和重量大。,5.,柴油机制造成本较高。,6.,柴油机的工作噪音较大,启动困难。,柴油机与汽油机性能的比较,重 要 概 念,燃烧过程当压缩接近终了时,火花塞跳火点燃混合气。从火花塞跳火时到上止点时的曲轴转角,称为点火提前角。,柴油是在压缩过程活塞接近上止点前将柴油喷入汽缸，从喷油开始到活塞到达上止点时的曲轴转角,称为喷油提前角。,点火提前角：（,汽油机）,喷油提前角：（,柴油机）,一般点火（喷油）提前角为,(1035,),4.,二冲程汽油机工作原理,压缩混合气,进气,点火燃烧,排气,扫气孔,进,气孔,排气孔,火花塞,5.,二冲程柴油机工作原理,换 气,燃烧,压 缩,喷油器,空气,扫气泵,排气门,思 考,1.,理论上它的功率应等于四,冲程发动机的二倍。,2.,由于作功频率较大，二冲,程发动机的运转比较均匀,平稳。,3.,构造简单，质量较小。,4.,易受磨损和经常需要修理,的运动部件数量较少。,二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优点？,6.,内燃机产品名称和型号编制规则（,GB7252008,）,1,、内燃机产品名称均按所采用的燃料命名，例如柴油机、汽油机、煤气机、沼气机，双燃料发动机等。,2,、内燃机型号由阿拉伯数码和汉语拼音字母组成。,型号编制示例,（,1,）,165F,汽油机,表示单缸，四冲程，缸径,65mm,，风冷汽油机。,（,2,）,R175,柴油机,表示单缸，四冲程，缸径,75mm,水冷，通用型柴油机（这里,R,表示,175,的换代标志符号）。,（,3,）,X4105,柴油机,表示四缸，四冲程，缸径,105mm,，水冷柴油机（这里取,X,表示系列代号）。,（,5,）,495T,柴油机,表示四缸，四冲程，缸径,95mm,，水冷，拖拉机用柴油机。,（,6,）,12V135ZG,柴油机,表示,12,缸，,V,型，二冲程，缸径,135mm,，水冷，增压，工程机械用柴油机。,1.3,发动机的主要性能指标,动力性指标,1,、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,Te,表示，单位为,Nm,。,2,、有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率称为发动机的有效功率。用,Pe,表示，单位为,kW,。,式中：,Te,有效转矩，,Nm,；,n,曲轴转速，,r/min,。,发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。,经济性指标,3,、燃油消耗率：发动机每发出,1kW,的功率，在,1h,内所消耗的燃油质量（以,g,单位），用,g,e,表示。燃油消耗率可由下式计算：,式中：,G,f,发动机每单位时间内的耗油量，,kg/h,，可用试验测定。,P,e,发动机有效功率，,kW,。,发动机的速度特性：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、有效燃油消耗率等）随着曲轴转速变化的规律。,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。,发动机特性,发动机的外特性：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。,简称发动机工况,:,一般用发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。,注意：负荷与功率不是同一概念。,发动机工作状况,发动机在某一转速下的,负荷,：就是当时发动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。,本 章 小 结,1.,认真领会发动机基本术语的含义。,2.,掌握四行程汽油机和柴油机的工作原理。,3.,掌握内燃机基本构造与作用。,4.,掌握性能指标的含义。,
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