第一章发动机的工作原理和总体构造

1、1发动机的分类发动机的分类四行程发动机工作原理四行程发动机工作原理 发动机的总体构造发动机的总体构造 发动机的主要性能指标与特性发动机的主要性能指标与特性 内燃机名称及型号编制规则内燃机名称及型号编制规则 第一章 发动机的工作原理和总体构造21.1 1.1 发动机的分类发动机的分类 发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。1 1、按燃料的使用不同分、按燃料的使用不同分汽油机汽油机柴油机柴油机一、发动机的定义一、发动机的定义： 二、发动机的分类二、发动机的分类 ： 现代汽车大多使用往复活塞式内燃机。它将燃料在现代汽车大多使用往复活塞式内燃机。它

2、将燃料在 发动机发动机气缸内部气缸内部进行燃烧，把产生的进行燃烧，把产生的热能热能转变成机械能。转变成机械能。33 3、按冷却方式不同、按冷却方式不同水冷发动机水冷发动机风冷发动机风冷发动机2 2、按完成一个工作循环所需行程数、按完成一个工作循环所需行程数四行程发动机四行程发动机二行程发动机二行程发动机44 4、按气缸数及排列方式、按气缸数及排列方式单缸发动机单缸发动机多缸发动机多缸发动机单列式单列式型型对置式对置式单列式单列式型型对置式对置式51.2 1.2 四行程发动机工作原理四行程发动机工作原理 上止点上止点 下止点下止点 活塞行程活塞行程(S) 曲柄半径曲柄半径(R) 气缸工作容积气缸

3、工作容积(Vs ) 燃烧室容积燃烧室容积(Vc ) 气缸总容积气缸总容积(Va ) 一、发动机结构基本术语一、发动机结构基本术语 压缩比压缩比 发动机排量发动机排量工作循环工作循环67压缩比压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用表示表示。 压缩比过小或过大有何后果？压缩比过小或过大有何后果？过小过小 功率下降，经济性差；功率下降，经济性差；过大过大 不正常燃烧，如爆燃、表面点火不正常燃烧，如爆燃、表面点火Va 气缸总容积气缸总容积Vs 气缸工作容积气缸工作容积 Vc 燃烧室容积燃烧室容积例如：例如：现代汽车发动机压缩比一般为现代汽车发动机压缩比

4、一般为8 811(11(轿车有的达轿车有的达1010以上以上) )。柴油机。柴油机压缩比一般为为压缩比一般为为16162222。= = Va / Vc = ( Vs +Vc)/ Vc =1+ Vs / Vc 8压缩比过大的不良后果压缩比过大的不良后果 名称名称成因成因现象现象后果后果爆燃爆燃由于气体压力和温度过由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。种不正常燃烧。火焰以极高的速火焰以极高的速率向外传播，形率向外传播，形成压力波，以声成压力波，以声速向前推进。当速向前推进。当压力波撞

5、击燃烧压力波撞击燃烧室壁时就发出尖室壁时就发出尖锐的敲缸声。锐的敲缸声。会引起发动机过热，会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良量增加等一系列不良后果。严重爆燃时甚后果。严重爆燃时甚至造成气门烧毁、轴至造成气门烧毁、轴瓦破裂，火花塞绝缘瓦破裂，火花塞绝缘体击穿等。体击穿等。表面表面点火点火由于燃烧室内炽热表面由于燃烧室内炽热表面与炽热处与炽热处( (如排气门头如排气门头，火花塞电极，积炭处，火花塞电极，积炭处) )点燃混合气产生的另点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。一种不正常燃烧。伴有强烈的较沉伴有强烈的较沉闷敲击声。闷敲击声。产生的高压会使发动产生的高压会使

6、发动机机件负荷增加，寿机机件负荷增加，寿命降低。命降低。9工作循环工作循环 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，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。称为发动机的一个工作循环。 多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机排量多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机排量，用用Vst表示。表示。发动机排量发动机排量Vst= V s i Vs气缸工作容积气缸工作容积 （气缸排量）（气缸排量） i 气缸数目气缸数目101.1.进气行程进气

7、行程. .压缩行程压缩行程. .作功行程作功行程4.4.排气行程排气行程每一行程工作的具体分析如下每一行程工作的具体分析如下 二、二、 四行程发动机工作原理四行程发动机工作原理111 1、进气行程、进气行程排气门关闭排气门关闭进气门开启进气门开启大气压力线大气压力线PVra示功图示功图上止点上止点下止点下止点示功图示功图：表示活塞在不同表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变位置时气缸内气体压力的变化情况。化情况。进气终了时气缸内进气终了时气缸内压强压强为为0.0740.0740.093Mpa0.093Mpa，温度温度上升至上升至353353403K403K 。活活塞塞下下行行122 2、压缩行

8、程、压缩行程进气门关闭进气门关闭排气门关闭排气门关闭PVra示功图示功图大气压力线大气压力线c上止点上止点下止点下止点压缩终了时气缸内压缩终了时气缸内压强压强上升至上升至0.60.61.5Mpa1.5Mpa，温度温度继续上升至继续上升至600600700K 700K 。活活塞塞上上行行133 3、作功行程、作功行程进气门关闭进气门关闭排气门关闭排气门关闭PVra示功图示功图大气压力线大气压力线cZb上止点上止点下止点下止点作功中气缸内作功中气缸内最高压强最高压强可达可达3 35Mpa5Mpa，最高温度最高温度可可达达220022002800K2800K；作功终了时气缸内；作功终了时气缸内压强压

9、强下降至下降至0.30.30.5Mpa0.5Mpa，温度温度下降至下降至130013001600K1600K。 活活塞塞下下行行144 4、排气行程、排气行程进气门关闭进气门关闭排气门打开排气门打开PVr示功图示功图大气压力线大气压力线cZb上止点上止点下止点下止点残余废气残余废气排气终了时气缸内排气终了时气缸内压强压强下降至下降至0.1020.1020.120Mpa0.120Mpa，温度温度下降至下降至9009001200K1200K a 活活塞塞上上行行15四行程四行程柴油机柴油机工作原理工作原理 与汽油机工作原理与汽油机工作原理基本相似。基本相似。 由于柴油粘度比汽油由于柴油粘度比汽油大

10、、不易蒸发，且自然大、不易蒸发，且自然温度又较汽油低，所以温度又较汽油低，所以柴油机采用的是柴油机采用的是 压缩自燃式点火压缩自燃式点火。16进气行程进气行程压缩行程压缩行程作功行程作功行程排气行程排气行程新鲜空气新鲜空气四行程柴油机各行程示意图四行程柴油机各行程示意图开始喷油开始喷油17分析和比较汽油机、柴油机的工作分析和比较汽油机、柴油机的工作异同异同?首先分别看一下汽油机和柴油机的图示首先分别看一下汽油机和柴油机的图示火花塞火花塞 喷油器喷油器 18 1.1.每个工作循环曲轴转两转每个工作循环曲轴转两转(720(720) )，每一行程曲轴转半转，每一行程曲轴转半转(180(180) )，

11、进气行程是进气门开启，排气行程是排气门开启，其余两，进气行程是进气门开启，排气行程是排气门开启，其余两个行程进、排气门均关闭。个行程进、排气门均关闭。 2.2.四个行程中，只有作功行程产生动力，其它三个行程是为作功四个行程中，只有作功行程产生动力，其它三个行程是为作功行程做准备工作的辅助行程，虽然作功行程是主要行程，但其它三个行程做准备工作的辅助行程，虽然作功行程是主要行程，但其它三个行程也不可缺少。行程也不可缺少。 3.3.发动机运转的第一个循环，必须有外力使曲轴旋转完成进气、发动机运转的第一个循环，必须有外力使曲轴旋转完成进气、压缩行程，着火后，完成作功行程，依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可压

12、缩行程，着火后，完成作功行程，依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自行完成以后的行程，以后的工作循环发动机无需外力就可自行完成。自行完成以后的行程，以后的工作循环发动机无需外力就可自行完成。 汽油机、柴油机的工作汽油机、柴油机的工作相同相同点：点： 19 汽油机汽油机柴油机柴油机汽油与空气缸外混合，汽油与空气缸外混合，进入可燃混合气进入可燃混合气进入气缸的是纯空气进入气缸的是纯空气电火花点燃混合气电火花点燃混合气高温气体加热柴油燃烧高温气体加热柴油燃烧有点火系有点火系无点火系无点火系无喷油器无喷油器有喷油器有喷油器汽油机、柴油机的工作汽油机、柴油机的工作不同不同点：点：201.3 1.3 发动机的总体

13、构造发动机的总体构造两两大大机机构构曲柄连杆机构曲柄连杆机构配气机构配气机构五五大大系系统统燃料系燃料系润滑系润滑系冷却系冷却系点火系点火系起动系起动系21桑塔纳发动机的曲柄连杆机构桑塔纳发动机的曲柄连杆机构22桑桑塔塔纳纳发发动动机机的的配配气气机机构构23桑塔纳轿车汽油供给系桑塔纳轿车汽油供给系24桑塔纳发动机冷却系桑塔纳发动机冷却系25桑塔纳发动机润滑系示意图桑塔纳发动机润滑系示意图26桑桑塔塔纳纳发发动动机机点点火火系系27桑桑塔塔纳纳轿轿车车起起动动机机281.4 1.4 发动机的主要性能指标与特性发动机的主要性能指标与特性一、动力性指标一、动力性指标 1 1、有效转矩：发动机通过飞

14、轮对外输出的转矩称为发动机的有、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，用效转矩，用Te表示表示 。2 2、有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率成为发动机的有效、有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率成为发动机的有效功率，用功率，用Pe表示。表示。 式中：式中： Te 有效扭矩，单位为有效扭矩，单位为Nm； n 曲轴转速，单位为曲轴转速，单位为r/min 。二者关系二者关系 9550106023nTenTePe29三、发动机的速度特性三、发动机的速度特性 发动机速度特性发动机速度特性-指发动机的功率、转矩和燃油消耗率三者随指发动机的功率、转矩和燃油消耗率三者随曲轴转速变化

15、的规律。曲轴转速变化的规律。发动机速度特性曲线发动机速度特性曲线-当燃料供给调节机构位置固定不变时，当燃料供给调节机构位置固定不变时，发动机性能参数（有效转矩、功率、燃油消耗率）随转速改变发动机性能参数（有效转矩、功率、燃油消耗率）随转速改变而变化的曲线。而变化的曲线。发动机外特性发动机外特性、部分速度特性、部分速度特性二、经济性指标二、经济性指标 燃油消耗率：燃油消耗率：发动机每发出发动机每发出1kw 1kw 有效功率，在有效功率，在1 1小时内所消耗小时内所消耗的燃油质量，称为燃油消耗率，用的燃油质量，称为燃油消耗率，用b be e表示。表示。 30四、发动机的工况与负荷四、发动机的工况与

16、负荷 1 1、工况（指发动机的工作状况）：、工况（指发动机的工作状况）：一般用它的功率与曲轴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转速来表征，有时也用负荷与曲轴转速来表明 。 2 2、发动机在某一转速下的负荷：、发动机在某一转速下的负荷：指发动机驱动从动机械所耗指发动机驱动从动机械所耗费的功率和有效转矩的大小，可以表述为当时发动机发出的功率与费的功率和有效转矩的大小，可以表述为当时发动机发出的功率与同一转速下所有可能发出的最大功率之比，以百分数表示。同一转速下所有可能发出的最大功率之比，以百分数表示。 Pe/kW n/rmin-1 0 050504545323227272

17、020200035004800abcde分析分析右图右图发动发动机的机的负荷负荷 311.5 内燃机名称及型号编制规则内燃机名称及型号编制规则 首部首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据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。需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。 中部中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。径符号等组成。 后部：后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。结构特征和用途特征符号，以字母表示。 尾部尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分区分符号。同一系列

18、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。时，由制造厂选用适当符号表示。一、内燃机型号由以下四部分组成一、内燃机型号由以下四部分组成32二、内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义二、内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义33(1) (1) 汽油机汽油机 1E65F1E65F： 表示单缸，二行程，缸径表示单缸，二行程，缸径65mm65mm，风冷通用型，风冷通用型 4100Q-44100Q-4： 表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径100mm100mm，水冷车用，第四种变型产品，水冷车用，第四种变型产品 TJ376QTJ376Q： 表示三缸，四行程，缸径表示三缸，四行程，缸径76mm76mm，水冷车用，水冷车用，TJTJ表示系列符号表示系列符号 CA488CA488： 表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径88mm88mm，水冷通用型，水冷通用型，CACA表示系列符号表示系列符号 (2) (2) 柴油机柴油机 195195： 表示单缸，四行程，缸径表示单缸，四行程，缸径95mm95mm，水冷通用型，水冷通用型 165F165F：