汽车发动机原理

第一章 发动机的工作原理和总体构造 找一发动机图片定义：将某一种形式的能量转化为机械能的机器定义：将某一种形式的能量转化为机械能的机器热力发动机：将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的机器，简称热热力发动机：将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的机器，简称热机，如内燃机和外燃机等。机，如内燃机和外燃机等。 内燃机内燃机 外燃机内燃机的特点： 热效率高、体积小、质量小、便于移动等。热效率高、体积小、质量小、便于移动等。第一节第一节 发动机的基本概念发动机的基本概念插入内燃机和外燃机的图片插入内燃机和外燃机的图片活塞式内燃机活塞式内燃机燃气轮机内燃机燃气轮机内燃机往复活塞式往复活塞式旋转活塞式旋转活塞式一、发动机的分类n 1按燃料分类n 2按着火方式分类 压燃式和点燃式n 3按工作循环冲程数分类： 四冲程和二冲程n 4缸数与排列分类： 单缸和多缸n 5冷却方式分类： 液体冷却和气体冷却n 6. 按发动机进气形式分为： 增压式和非增压式 发动机 二、发动机型号编制规则n 汽油发动机n 柴油发动机n 压缩天然气发动机n 液化石油气发动机n 双燃料发动机活塞式内燃机分为水冷式和风冷式两种。二、发动机型号编制规则结构特征符号无符号 : 水冷 F: 风冷 N: 凝气冷却 S: 十字头式 Dz: 可倒转 Z: 增压 ZL: 增压中冷 1、 工作循环 (Working Cycle): 2、上、下止点3、活塞行程 4、气缸工作容积 (Volume)5、发动机排量 (Displacement)三、发动机的常用术语6、燃烧室容积7、气缸总容积8、压缩比 (Compression ratio)9、工况10、负荷率四、发动机主要性能指标1、 动力性能指标包括有效转矩 Te，有效功率 Pe ，平均有效压力 pme, 曲轴转速 n 有效转矩 Te 有效功率 Pe式中： Te 有效转矩， Nm；n 曲轴转速， r/min。 平均有效压力 pme 曲轴转速 n 有效热效率 : 燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率，记作 e。2、经济性能指标包括 有效燃油消耗率 ge： 单位时间内单位有效功的燃油消耗量，通常用 ge表示，其单位为 g/kWh3、强化指标强化指标是指发动机承受热负荷和机械负荷能力的评价指标，一般包括 升功率 和 强化系数 等。4、紧凑性指标 用来表征发动机总体结构紧凑程度的指标，通常用比容积和比质量衡量。 比容积 比质量 5、 环境性能指标 排放： 有害气体 CO、 HC、 NOx、颗粒物 PM 噪音 温室气体： 二氧化碳 CO2等 起动性能 6、可靠性指标 表征发动机在规定的使用条件下，正常持续工作能力的指标。7、耐久性指标指发动机主要零件磨损到不能继续正常工作的极限时间。1、速度特性曲线性能指标随发动机曲轴转速变化的关系称为发动机的速度特性曲线。五、 发动机特性曲线发动机的主要性能指标随其 调整状况及运行工况 (负荷、转速 )变化而变化的关系曲线称为发动机的特性曲线。发动机负荷率：外特性：部分速度特性：2、发动机工作状况通常用功率和曲轴转速来表示。第二节 四冲程发动机工作原理进气行程（ Intake）进气门打开，排气门关闭，活塞从上止点向下止点运动。空气和汽油的混合物被吸入气缸 ，在气缸内进一步混合形成可燃混合气。 进气终了时，气缸内气体压力约为 0.08 0.09 MPa，温度达到 320400 K。四冲程发动机的工作循环包括四个活塞行程：进气、压缩、做功和排气一、四冲程汽油机的 工作原理示功图：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大气压力线PVra示功图上止点 下止点进气行程（ Intake）压缩行程（ Compression）进气门和排气门都关闭，活塞从下止点向上止点运动 ;气缸容积逐渐变小，气缸内混合气被压缩，其压力和温度同时升高。压缩终了时，混合气压力可达 0.8 1.5 MPa，温度可达 600 750 K。采用大压缩比，可提高压缩终了时气缸内的压力和温度，从而加快燃烧速度，提高发动机热效率。但太大容易引起 “爆震 ”和 “表面点火 ”，通常=611 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c上止点 下止点温度 600800K， 压力 6001500 kPa 压缩行程作功行程（ Power/Expansion） 进排气门仍然关闭。压缩行程结束时，点燃可燃混合气，火焰迅速传遍整个燃烧室，并放出大量热能；燃烧气体体积膨胀，压力、温度升高；气体压力推动活塞从上止点运动到下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。燃烧最高压力可达 3 6.5 MPa，最高温度可达 2200 2800 K。作功终了时，气体压力降低到 0.35 0.5 MPa，气体温度降低到 1200 1700 K。进气门关闭排气门关闭活塞 PVra示功图大气压力线cZb上止点 下止点瞬时最高：温度22002800 K， 压力35MPa 作功终了：温度12001700 K， 压力 300500 kPa 作功行程排气行程（ Exhaust） 进气门关闭，排气门开启；活塞从下止点向上止点运动。膨胀过后的废气在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸。排气行程结束后，残留在燃烧室内的少量废气称为残余废气。残余废气压力约为 0.105 0.12 MPa，温度约为 900 1100 K。 进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气压力线cZb上止点 下止点温度 9001200 K 压力105125 kPa残余废气排气行程四冲程发动机工作原理四冲程发动机工作原理进气进气 压缩压缩作功作功排气排气二、四冲程柴油机的工作原理进气行程（ Intake）进入气缸的是纯净的空气。因进气系统中没有节气门，进气阻力小，且残余废气温度较低，故同汽油机相比，进气终了时缸内气体 压力略高 ，约为 0.085 0.095 Ma，而 温度略低 ，约为 310 340 K。压缩行程（ Compression）柴油机的压缩比大 (一般为 16 22)，压缩终了时缸内气体压力约为 35 MPa，温度约为 750 1000 K，都比汽油机的高。压缩终了温度超过柴油的自燃温度。作功行程（ Power/Expansion） 压缩行程结束时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室。此时，缸内温度高于柴油自燃温度， 柴油自行着火燃烧。燃烧气体最高压力 6 9 MPa，最高温度也可高达 1800 2500 K。作功终了时，气体压力约为 0.2 0.5 MPa，温度约为 1000 1200 K。排气行程（ Exhaust） 排气终了时，缸内残余废气压力约为 0.105 0.12 MPa，气体温度约为700 900 K。说明： 汽油机转速高、质量小、易起动、噪音低