发动机工作原理与总体构造.ppt
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1、发动机基本术语与类型发动机基本术语与类型 发动机简单工作原理发动机简单工作原理 发动机性能指标发动机性能指标 第一章第一章 发动机工作原理与总体构造发动机工作原理与总体构造发动机基本术语发动机基本术语 发动机分类发动机分类 发动机总体构造发动机总体构造 第一节第一节 发动机基本术语和类型发动机基本术语和类型 发发动动机机 是是汽汽车车的的动动力力源源,是是把把某某一一种种形形式式的的能能量转变成机械能的机器。量转变成机械能的机器。现现代代汽汽车车所所使使用用的的发发动动机机多多为为内内燃燃机机。内内燃燃机机把把燃燃料料燃燃烧烧的的化化学学能能转转变变成成热热能能,然然后后又又把把热热能能转转变
2、变成成机机械械能能,并并且且这这种种能能量量转转换换过过程程是是在在发发动动机机气气缸缸内内部部进行的。汽进行的。汽车上使用的内燃机主车上使用的内燃机主要是汽油机和柴油机。要是汽油机和柴油机。发动机发动机工作循环:工作循环:在发动机内,每一次将热能在发动机内,每一次将热能转变为机械能都必须经过吸入空气、压缩和输转变为机械能都必须经过吸入空气、压缩和输入燃料,使之发火燃烧而膨胀作功,然后将生入燃料,使之发火燃烧而膨胀作功,然后将生成的废气排除这样一系列连续过程,称为一个成的废气排除这样一系列连续过程,称为一个工作循环。工作循环。一个工作循环包括一个工作循环包括一个工作循环包括一个工作循环包括进气
3、、进气、压缩、作功压缩、作功 和排气和排气四个过程四个过程一、一、发动机的基本术语发动机的基本术语发动发动机结机结构示构示意图意图单单缸缸发发动动机机结结构构示示意意图图上止点上止点上止点上止点(TopDeadCenterTopDeadCenter)活塞离曲轴旋转中心最远的位置活塞离曲轴旋转中心最远的位置活塞离曲轴旋转中心最远的位置活塞离曲轴旋转中心最远的位置 下止点下止点下止点下止点(BottomDeadCenterBottomDeadCenter)活塞离曲轴旋转中心最近的位置活塞离曲轴旋转中心最近的位置活塞离曲轴旋转中心最近的位置活塞离曲轴旋转中心最近的位置 活塞行程活塞行程活塞行程活塞行
4、程 SS 上下止点之间的距离上下止点之间的距离上下止点之间的距离上下止点之间的距离 上止点上止点下止点下止点活塞行程活塞行程曲柄半径曲柄半径曲柄半径曲柄半径RR 曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离 气缸工作容积(排量)气缸工作容积(排量)气缸工作容积(排量)气缸工作容积(排量)V VS S(L L)活塞由上止点运动到下止点,活塞顶部所扫过的容积活塞由上止点运动到下止点,活塞顶部所扫过的容积活塞由上止点运动到下止点,活塞顶部所扫过的容积活塞由上止点运动到下止点,活塞顶部所扫过的容积 V VS S=(=(/4)D
5、/4)D2 2SS 1010-6-6曲柄半径曲柄半径气缸工作容积气缸工作容积燃烧室容积(压缩容积)燃烧室容积(压缩容积)燃烧室容积(压缩容积)燃烧室容积(压缩容积)V VC C 活塞位于上止点时,活塞顶部上方的容积活塞位于上止点时,活塞顶部上方的容积 气缸总容积气缸总容积气缸总容积气缸总容积VVa a 气缸工作容积与燃烧室气缸工作容积与燃烧室容积之和容积之和容积之和容积之和 V Va a=V=VS S+V+VC C 燃烧室容积燃烧室容积气缸总容积气缸总容积压缩比压缩比压缩比压缩比 气缸总容积与燃烧室气缸总容积与燃烧室容积之比容积之比容积之比容积之比 =V Va a/V/VC C=1+V=1+V
6、S S/V/VC C 表示气缸内气体被压缩的程度表示气缸内气体被压缩的程度表示气缸内气体被压缩的程度表示气缸内气体被压缩的程度 (压缩终了气体(压缩终了气体(压缩终了气体(压缩终了气体)P P、T T 汽油机一般汽油机一般汽油机一般汽油机一般6 61111,柴油机一般,柴油机一般,柴油机一般,柴油机一般16162222压缩比压缩比 发动机(内燃机)排量发动机(内燃机)排量发动机(内燃机)排量发动机(内燃机)排量VVL L(L L)所有气缸的工作容积之和所有气缸的工作容积之和 V VL L=iV=iVS S 发动机排量发动机排量 热能动力装置(热机)热能动力装置(热机)热能动力装置(热机)热能动
7、力装置(热机)内燃机内燃机内燃机内燃机 直接以燃料燃烧所生成的燃料产物为工质直接以燃料燃烧所生成的燃料产物为工质直接以燃料燃烧所生成的燃料产物为工质直接以燃料燃烧所生成的燃料产物为工质的热机的热机的热机的热机 活塞式内燃机活塞式内燃机活塞式内燃机活塞式内燃机(汽车发动机)(汽车发动机)(汽车发动机)(汽车发动机)往复活塞式往复活塞式往复活塞式往复活塞式 旋转活塞式旋转活塞式旋转活塞式旋转活塞式 燃气轮机燃气轮机燃气轮机燃气轮机 外燃机外燃机外燃机外燃机 燃料燃烧加热其它工质(水)燃料燃烧加热其它工质(水)燃料燃烧加热其它工质(水)燃料燃烧加热其它工质(水)蒸气机蒸气机蒸气机蒸气机 汽轮机汽轮机
8、汽轮机汽轮机二、二、发动机的分类发动机的分类液体燃料发动机液体燃料发动机 汽油机汽油机 柴油机柴油机 代用燃料(非石油燃料)发动机代用燃料(非石油燃料)发动机 酒精、氢气、甲醇发动机等酒精、氢气、甲醇发动机等 气体燃料发动机气体燃料发动机 天然气发动机天然气发动机 液化石油气发动机等液化石油气发动机等按所用燃料种类按所用燃料种类 四冲程发动机四冲程发动机 二冲程发动机二冲程发动机按工作循环的冲程数按工作循环的冲程数 点燃式发动机、压燃式发动机点燃式发动机、压燃式发动机 按发火方式按发火方式单缸发动机单缸发动机单缸发动机单缸发动机 多缸发动机多缸发动机多缸发动机多缸发动机 按气缸数按气缸数 直列
9、立式、直列卧式、直列立式、直列卧式、V型发动机型发动机 按气缸排列方式按气缸排列方式 水冷发动机水冷发动机 风冷发动机风冷发动机按冷却方式按冷却方式非增压发动机非增压发动机非增压发动机非增压发动机 增压发动机增压发动机增压发动机增压发动机 按进气方式按进气方式 每气缸设有一个进气门和一个排气每气缸设有一个进气门和一个排气 门的发动机,称为门的发动机,称为二气门发动机二气门发动机 ;每气缸设有每气缸设有2 2个进气门和个进气门和2 2个排气个排气门的发动机,称为门的发动机,称为四气门发动机四气门发动机 ;每气缸设有每气缸设有3 3个进气门和个进气门和2 2个排气门个排气门的发动机,称为的发动机,
10、称为五气门发动机五气门发动机 。按每气缸的气门数按每气缸的气门数20100903Z第二节第二节 发动机的总体构造发动机的总体构造发动机两大机构五大系统曲柄连杆机构配气机构供给系统冷却系统润滑系统点火系统起动系统 机体机体 气缸体气缸体+曲轴箱的曲轴箱的连铸体连铸体 构成气缸的零件称做构成气缸的零件称做气缸体气缸体 支承曲轴的零件称作支承曲轴的零件称作曲轴箱曲轴箱 骨架作用,安装各个骨架作用,安装各个机构和系统机构和系统气缸盖气缸盖 组成燃烧室,布置组成燃烧室,布置各零件各零件机体组机体组主要件主要件 活塞、连杆、活塞、连杆、曲轴曲轴 功用功用 将活塞的往复将活塞的往复直线运动直线运动曲曲轴的旋
11、转运动,轴的旋转运动,对外输出动力对外输出动力活塞连活塞连杆组杆组曲轴曲轴飞轮飞轮组组机体机体组组曲柄连杆机构曲柄连杆机构曲柄连杆机构曲柄连杆机构功用功用:将活塞的往复:将活塞的往复运动转变为曲轴的旋运动转变为曲轴的旋转运动,同时将作用转运动,同时将作用于活塞上的力转变为于活塞上的力转变为曲轴对外输出的转矩,曲轴对外输出的转矩,以驱动汽车车轮转动以驱动汽车车轮转动组成组成:由机体组、活:由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮塞连杆组和曲轴飞轮组等组等 功用功用 定时开启和关闭进排气门定时开启和关闭进排气门 主要部件主要部件 气门组气门组 传动组传动组配气机构配气机构 配气机构配气机构功用:功用:按工作
12、循按工作循环和发火次序的环和发火次序的要求,定时开、要求,定时开、闭进、排气门,闭进、排气门,使新气进入气缸,使新气进入气缸,废气从气缸排出废气从气缸排出组成:组成:气门组、气门组、气门传动组气门传动组配气机构配气机构功用:功用:按工作循按工作循环和发火次序的环和发火次序的要求,定时开、要求,定时开、闭进、排气门,闭进、排气门,使新气进入气缸,使新气进入气缸,废气从气缸排出废气从气缸排出组成:组成:气门组、气门组、气门传动组气门传动组 燃油供给系统燃油供给系统 将燃油及时供给气缸将燃油及时供给气缸 进、排气系统进、排气系统 将空气及时供给气缸将空气及时供给气缸 将废气及时排除将废气及时排除供给
13、系统供给系统供给系统供给系统空气供给系统:空气供给系统:向发动机提供混合气燃烧所需要向发动机提供混合气燃烧所需要的空气,并测出进入气缸的空气量的空气,并测出进入气缸的空气量燃油供给系统:燃油供给系统:向发动机提供燃烧混合气所需的向发动机提供燃烧混合气所需的燃油量燃油量电子控制系统:电子控制系统:对各种传感器送来的信息进行运对各种传感器送来的信息进行运算、处理和分析判断,然后发出各种控制指令,算、处理和分析判断,然后发出各种控制指令,使执行器按规定动作。同时具有故障检测功能使执行器按规定动作。同时具有故障检测功能(OBD)汽油机点燃混合气汽油机点燃混合气汽油机点燃混合气汽油机点燃混合气通常由蓄电
14、池、发电机、分电器、点火线圈和通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。火花塞等组成。点火系统点火系统点火系统点火系统功用:功用:是在压缩行程是在压缩行程终了时准确点火终了时准确点火组成:组成:由蓄电池、发由蓄电池、发电机、分电器、点火电机、分电器、点火线圈和火花塞等线圈和火花塞等 返回功用功用 防止发动机过热,及时散热防止发动机过热,及时散热防止发动机过热,及时散热防止发动机过热,及时散热 分类分类分类分类 风冷系风冷系风冷系风冷系 水冷系水冷系水冷系水冷系冷却系冷却系冷却系的工作演示冷却系的工作演示冷却系统冷却系统功用:功用:使发动机使发动机 在所有工况下都在所有工况下都 保持
15、在适当的温保持在适当的温 度范围内度范围内组成:组成:由冷却水套、由冷却水套、水泵、风扇、水箱、水泵、风扇、水箱、节温器等。节温器等。返回 功用功用 润滑、冷却、清洁、密封、防腐润滑、冷却、清洁、密封、防腐 润滑方式润滑方式 压力润滑压力润滑 飞溅润滑飞溅润滑润滑系润滑系润滑系的油路润滑系的油路润滑系统润滑系统功用:功用:向作相对运动的向作相对运动的零件表面输送定量的清零件表面输送定量的清洁润滑油,以实现液体洁润滑油,以实现液体摩擦,减小摩擦阻力,摩擦,减小摩擦阻力,减轻机件的磨损。并对减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷零件表面进行清洗和冷却。却。组成:组成:由润滑油道、机由润滑油道、机
16、油泵、机油滤清器和一油泵、机油滤清器和一些阀门等。些阀门等。利用外力起动发动机利用外力起动发动机起动系起动系起动系统起动系统功用:功用:起动系统是在起动系统是在发动机以自身动力运发动机以自身动力运转之前,协同启动发转之前,协同启动发动机的机电部件的结动机的机电部件的结合。它将蓄电池的电合。它将蓄电池的电能转变为机械能能转变为机械能组成:组成:蓄电池、点火蓄电池、点火开关、起动机开关、起动机第三节第三节 四冲程发动机工作原理四冲程发动机工作原理 四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机工作原理 四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理 工作循环工作循环 进气行程进气行程 压缩行程压缩行程 作功行程作功行
17、程 排气行程排气行程四冲程内燃机工作循环四冲程内燃机工作循环行程行程行程行程活塞运活塞运活塞运活塞运动动气气气气门门状状状状态态曲曲曲曲轴转轴转角角角角功用功用功用功用进进气气气气门门排气排气排气排气门门第一第一第一第一 上上上上下下下下开开开开关关关关0 0001801800 0 进进气气气气第二第二第二第二 下下下下上上上上关关关关关关关关180180003603600 0 压缩压缩第三第三第三第三 上上上上下下下下关关关关关关关关360360005405400 0 作功作功作功作功第四第四第四第四 下下下下上上上上关关关关开开开开540540007207200 0 排气排气排气排气工作循
18、环特点工作循环特点1 1、进气行程、进气行程 2 2、压缩行程、压缩行程 3 3、作功行程、作功行程 4 4、排气行程、排气行程单缸四冲程汽油机的工作过程单缸四冲程汽油机的工作过程一、一、四冲程汽油机工作原理四冲程汽油机工作原理排气门关闭进气门开启活塞温度370440 K,压力7590 kPa 大气压力线大气压力线PVra示功图上止点下止点示功图:表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。进气行程进气行程进气提前角进气提前角 早于上止点开启早于上止点开启 增加进入气缸内的混合气量增加进入气缸内的混合气量 进气晚关角进气晚关角 迟于下止点关闭迟于下止点关闭 减少进气过程所消耗的功减少进气过程
19、所消耗的功 进气终了时刻进气终了时刻 p:约为:约为0.070.09MPa大气温度大气温度由进气门开启到进气门关闭由进气门开启到进气门关闭PraV()大气压力线大气压力线进气行程示功图进气行程示功图进气门关闭排气门关闭活塞压缩比:=Va/VcPVra示功图大气压力线大气压力线c上止点下止点温度600800K,压力6001500 kPa 压缩行程压缩行程(压缩上止点)(压缩上止点)进气门关闭进气门关闭 排气门关闭排气门关闭 活塞上行,气缸内气体被压缩,缸内压力活塞上行,气缸内气体被压缩,缸内压力温度都升高温度都升高 p:约为:约为0.81.5MPa T:约为:约为600750K 由进气门关闭到活
20、塞移到上止点由进气门关闭到活塞移到上止点PraV()大气压力线大气压力线c压缩行程示功图压缩行程示功图进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图大气压力线大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高:温度22002800 K,压力35MPa 作功终了:温度15001700 K,压力300500 kPa 作功行程作功行程火花塞跳火,点燃可燃混合气,燃烧气体的体积火花塞跳火,点燃可燃混合气,燃烧气体的体积急剧膨胀急剧膨胀 进气门关闭进气门关闭 排气门关闭排气门关闭 高温高压燃气推动活塞下行,对外作功高温高压燃气推动活塞下行,对外作功 p:高达:高达3.06.5MPa T:高达:高达22002800K 作功行程
21、结束时作功行程结束时 p:约为:约为0.350.5MPa T:约为:约为12001500K 燃气压力推动活塞由上止点移至下止点燃气压力推动活塞由上止点移至下止点PraV()大气压力线大气压力线cZb作功行程示功图作功行程示功图进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气压力线大气压力线cZb上止点下止点温度9001200 K 压力105125 kPa残余废气排气行程排气行程 排气提前角排气提前角 早于下止点开启早于下止点开启 减少气缸内的废气量减少气缸内的废气量排气晚关角排气晚关角 迟于上止点关闭迟于上止点关闭 减少排气过程消耗的功减少排气过程消耗的功 排气终了时,残余废气排气终了时,残余废气 p
22、:0.1050.12MPa T:9001100K 气门重叠角气门重叠角 在排气门关闭之前,进气门就已打开,进在排气门关闭之前,进气门就已打开,进 气门同时开启时期所对应的曲轴转角气门同时开启时期所对应的曲轴转角从排气门开启到排气门关闭的时刻从排气门开启到排气门关闭的时刻PraV()大气压力线大气压力线cZb排气行程示功图排气行程示功图二、四冲程柴油机工作原理二、四冲程柴油机工作原理 吸入的只是纯净空气吸入的只是纯净空气吸入的只是纯净空气吸入的只是纯净空气 进气系统阻力较小,残余废气的温度较低进气系统阻力较小,残余废气的温度较低进气系统阻力较小,残余废气的温度较低进气系统阻力较小,残余废气的温度
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- 发动机 工作 原理 总体 构造
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