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  发动机的工作原理和总体结构_物理_自然科学_专业资料。汽车构造 第四讲 主讲教师:冯原 学时:48 发动机工作原理和总体构造 概述 四冲程发动机工作原理 发动机总体构造 发动机主要性能指标和特性 内燃机名称及型号编制规则 第一节 概 述 一、

  汽车构造 第四讲 主讲教师:冯原 学时:48 发动机工作原理和总体构造 概述 四冲程发动机工作原理 发动机总体构造 发动机主要性能指标和特性 内燃机名称及型号编制规则 第一节 概 述 一、发动机的定义: 发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。 风能------风力发动机 水流能------水力发动机 热能------热力发动机 电能------电力发动机 原子能------原子能发动机 太阳能------太阳能发动机 地热能------地热发动机 风力发动机 返回 水力发动机 水轮是以流水为动力, 进行旋转的动力装置, 又称 “水车”,可以 带动磨、风箱、抽水装 置、纺车、榨油和制革 机械乃至发动机等 返回 热力发动机 返回 二、热力发动机:将热能转变成机械能的发动机。 1、外燃机:燃料在机器外部燃烧,产生的热能输入到机器内 部并转变成机械能输出的热力发动机。如蒸汽机。 2、内燃机:液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部 燃烧而产生热能,然后再将热能转变成机械能输出的热力发动 机。。 热机 内燃机 外燃机 活塞式 叶片式 蒸汽机 汽轮机 热气机 燃气轮机 斯特灵发动机 3、比较: 外燃机体积大,重量重,热效率低; 内燃机单机功率范围大(0.6-16860kW)、热 效率高(汽油机略高于0.3,柴油机达0.4左右)、 体积小、质量轻、操作简单,便于移动和起动性 能好等优点。被广泛应用于汽车、火车、工程机 械、拖拉机、发电机、船舶、坦克、排灌机械和 众多其它机械的动力 。 4、内燃机按热能转变成机械能的主要构 件分 活塞式内燃机、燃气轮机 燃气轮机 燃气轮机是以 空气及燃气为 工质的旋转式 热力发动机, 它的结构与飞 机喷气式发动 机一致 5、活塞式内燃机按活塞运动方式分 往复活塞式内燃机、转子活塞式内燃机 活塞式内燃机 按运动方式分类 按行程数分类 其他分类方式 往复运动式 旋转运动式 四行程 二行程 三、发动机的分类 (往复活塞式): 汽油机 1、按使用的燃料不同分 柴油机 四冲程发动机 2、按完成一个工作循环所需行程数 二冲程发动机 3、按冷却方式不同 水冷发动机 风冷发动机 4、按气缸数及排列方式 单缸发动机 单列式 多缸发动机 V型 对置式 单列式 V型 对置式 5、按进气状态分 自然吸气式发动机(非增压式发动机) 强制吸气式(增压式发动机) 第二节 四行程发动机工作原理 一、基本结构 二、基本术语 上止点 下止点 活塞行程(S) 曲柄半径(R) 气缸总容积(Va ) 气缸工作容积(V h ) 燃烧室容积(Vc ) 压缩比 发动机排量 工作循环 1、上止点、下止点 活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点; 活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点。 在上、下止点处,活塞的运动速度为零。 2、活塞行程 上、下止点间的距离 S 称为活塞行程。 S 3、曲柄半径 曲柄与连杆下端的连接中心至曲轴中 心的距离R。其中S=2R。 R 4、气缸工作容积 活塞从一个止点运动到另一个止点所扫 过的容积。一般用Vh表示。 Vh 5、燃烧室容积 活塞位于上止点时,其顶部与气缸盖之 间的容积。一般用VC表示。 Vc 6、气缸总容积 活塞位于下止点时,其顶部与气缸盖之间的 容积。一般用Va表示。 Va 动态演示 7、发动机排量 多缸发动机各气缸工作容积的总和。一般 用VL表示。 VL=Vh×i i为气缸数目 8、压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比 (压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的 最小容积之比 ),用ε表示。 Va - 气缸总容积; Vh - 气缸工作容积; Vc - 燃烧室容积; 汽油机压缩比一般为8~11。柴油机压缩比一般 为16~22。 9、工作循环 对于往复活塞式发动机,每进行一次 能量转换,均要经过进气、压缩、作功、 排气四个过程。这种周而复始的连续过 程,称为发动机的一个工作循环。 (在 气缸内进行的,每一次将热能转换为机 械能的一系列的连续过程 ) 例题: 某汽油机有四个气缸,气缸直径 92mm,活塞冲程92mm,压缩比 为6。计算其每缸工作容积、燃烧 室容积及发动机排量(容积以升为 单位)。 1) 每缸工作容积: Vh = D2 S 4 1000 3.14 9.22 9.2 = 4 1000 = 0.61 (L) 2) 燃烧室容积: ∵ Va Vh Vc 1 Vh Vc Vc Vc ∴ Vc Vh 1 0.61 6 1 0.12 (L) 3) 发动机排量: VL=Vh·i=0.61×4=2.44 (L) 三、 四冲程汽油机工作原理 1、进气行程 2、压缩行程 3、作功行程 4、排气行程 四冲程汽油机的工作原理示意图 汽油发动机四个行程的图示 1.进气行程 2.压缩行程 3.作功行程 4.排气行程 每一行程工作的具体分析如下 1、进气行程 活 进气门开启 塞 下 行 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。 P 上 止 点 下 止 点 排气门关闭 大气压力线 进气终了时气缸内压强为0.074~ 0.093Mpa,温度上升至353~403K r a 示功图 V 2、压缩行程 P 进气门关闭 活 排气门关闭 塞 上 行 大气压力线 压缩终了时气缸内压强上升至0.6~ 1.5Mpa,温度继续上升至600~700K 。 上 下 止 止 点 点 c r a 示功图 V 3、作功行程 上 下 P 止 点 止 点 活 进气门关闭 塞 排气门关闭 下 行 大气压力线 作功中气缸内最高压强可达3~5Mpa, 最高温度可达2200~2800K;作功终了 时气缸内压强下降至0.3~0.5Mpa,温度 下降至1300~1600K。 Z c b r a 示功图 V 4、排气行程 残余废气 P 上 止 下 止 点 点 进气门关闭 活 排气门打开 塞 上 行 Z c 大气压力线 r ba 排气终了时气缸内压强下降至0.102~ 0.120Mpa,温度下降至900~1200K 示功图 V 四、四冲程柴油机工作原理 喷油器 四行程柴油机 同样包括进气、压 缩、作功和排气四 个行程。但由于柴 喷油泵 油机使用的柴油, 粘度比汽油大,不 易蒸发,且自燃温 度又比汽油低,所 以采用的着火方式 是 压缩自燃式点火 (压燃)。 四冲程柴油机各行程示意图 新鲜空气 开始喷油 进气行程 压缩行程 作功行程 排气行程 分析和比较汽油机、柴油机的工作异同 ? 首先分别看一下汽油机和柴油机的图示 火花塞 喷油器 汽油机、柴油机的工作相同点 每个工作循环曲轴转两周; 对应每一活塞行程曲轴 转半周;只有作功行程产生动力。 汽油机、柴油机的工作不同点 汽油机 汽油与空气缸外混合, 进入气缸可燃混合气 电火花点燃混合气 有点火系统 柴油机 进入气缸的是纯空气 高温气体加热柴油自行燃 烧 无点火系统 五、二冲程发动机结构特点及工作原理 二冲程发动机:指活塞在 上、下止点间往复移动两 个行程(相当于曲轴旋转 360度),完成进气、压 缩、作功、排气一个工作 循环的发动机。 1、第一行程(换气-压缩 行程) 2、第二行程(作功-换气 行程) 二冲程与四冲程汽油机比较 性能 结构 比质量 燃油消耗 升功率 制造维修成本 比质量 起动性 使用寿命 排放 二冲程汽油机 简单 小 高 大 低 小 好 短 大 四冲程汽油机 复杂 大 低 小 高 大 差 长 小 六、爆燃和表面点火 1、压缩比对发动机工作的影响: ⑴压缩比适当增加,可燃混合气温度增加,压力 增加,燃烧速度快,发动机功率增加,经济性好; ⑵压缩比如果过大,反而会出现爆燃和表面点火 等不正常燃烧现象,发动机过热,功率下降。 ⑶压缩比过小,压缩终了时气体的压力和温度越 低,燃烧速度缓慢,发动机功率降低,燃油消耗 率增加。 2、爆燃 由于压缩比过高导致压缩终了 时气体压力和温度过高,在火花塞 点火之后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 一种不正常燃烧现象,国家正规彩票app下载称为爆燃。 爆燃现象: 爆燃时,火焰以极高的速率传播,温度和压 力急剧升高,形成压力波,以声速推进,当这 种压力波撞击燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。 同时还会引起发动机过热、功率下降、燃油消 耗率增加等一系列不良后果,严重爆燃时甚至 造成排气门烧废、轴瓦破裂、活塞顶熔穿、火 花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。 3、表面点火 在火花塞点火之前,由于燃烧室 内灼热表面(如排气门头部、火花塞 电极处、积碳处)点燃可燃混合气而 产生的另一种不正常燃烧现象,称为 表面点火。 表面点火现象: 表面点火发生时,也伴有强烈的 敲缸声(较沉闷),产生的高压会使 发动机机件机械负荷增加,寿命降低。 4、汽油机压缩比的选择 应在避免引起爆燃和表面点火的前提下尽可 能提高压缩比,以提高发动机功率,改善燃油 经济性。 第三节 发动机总体构造 两 以汽油机为例包括: 大 机 构 机体组 + 五 大 系 统 曲柄连杆机构 配气机构 燃料供给系统 润滑系统 冷却系统 点火系统 起动系统 汽油机结构示意图 曲柄连杆机构 配 气 机 构 燃料供给系统 润滑系统 冷却系统 点 火 系 统 起 动 系 统 的 起 动 机 第四节 发动机的主要性能指标与特性 一、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发动机 的有效转矩,用Te表示 。 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。 二者关系 Pe Te 2 n 103 60 Te n (kW ) 9550 式中:Te - 有效转矩,单位为N·m; n - 曲轴转速,单位为r/min 3、转速:指发动机曲轴每分钟的转数,单位为r/min。 二、经济性指标 燃油消耗率:指发动机每发出1kw有效功率, 在1小时内所消耗的燃油质量,称为为燃油消耗率, 用be表示,单位为 g/(kW·h) 。 三、运转性能指标 1、排气品质 有害物质主要有氮氧化合物(NOx)、碳 氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)等以及 排气颗粒。 2、噪声 3、起动性能 四、发动机的速度特性 指发动机的功率、转矩和燃油消耗率三者随 曲轴转速变化的规律。用曲线表示,称为速度 特性曲线。 节气门(燃料供给调节机构)全开时的速度 特性叫发动机的外特性; 节气门不全开的任意位置所得到的速度特性 都称为部分特性。 发动机的外特性代表了发动机所具有的最高 动力性能。 汽油发动机外特性曲线 Te Te Pe Pe be be 四、发动机的工况与负荷 1、工况(指发动机的工作状况):一般用它的功率与 曲轴转速来表征,有时也用负荷与曲轴转速来表明 。 2、发动机在某一转速下的负荷: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。 Pe/kW 50 分析 45 右图 32 发动 27 机的 20 负荷 d eⅠ c Ⅱ b Ⅲ 0 a 2000 3500 4800 n/r·min-1 第五节 内燃机名称及型号编制规则 一、内燃机型号由以下四部分组成 首部:为产品系列符号和换代标志符号,由制造厂根据需 要自选相应字母表示,但需主管部门核准。 中部:由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径 符号等组成。 后部:结构特征和用途特征符号,以字母表示。 尾部:区分符号。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。 二、内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义 三、型号编制举例 (1) 汽油机 1E65F: 表示单缸,二行程,缸径65mm,风冷通用型 4100Q-4: 表示四缸,四行程,缸径100mm,水冷车用,第四种变型产 品 TJ376Q: 表示三缸,四行程,缸径76mm,水冷车用,TJ表示系列符号 CA488: 表示四缸,四行程,缸径88mm,水冷通用型,CA表示系列 符号 (2) 柴油机 195: 表示单缸,四行程,缸径95mm,水冷通用型 165F: 表示单缸,四行程,缸径65mm,风冷通用型 6135Q: 表示六缸,四行程,缸径135mm,水冷车用 X4105: 表示四缸,四行程,缸径105mm,水冷通用型,X表示系列代 号




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