第01章汽车发动机的工作原理和总体构造

第二章汽车发动机的工作原理和总体构造

主要学习目的和要求：1、掌握发动机的基本术语2、掌握发动机的总体构造3、领会往复式四冲程发动机的工作原理4、掌握发动机各组成部分的作用5、掌握发动机主要性能指标与特性6、识记内燃机产品名称和型号编制规则第一节四冲程发动机的工作原理一、内燃机的基本名词术语1、上止点（下止点）定义：活塞顶离曲轴旋转中心最远（近)处。即活塞的最高（低）位置。2、活塞冲程S定义：活塞上、下止点之间的距离。若曲柄半径为R，则：S＝2R3、气缸工作容积（气缸排量）Vs定义：活塞从上止点到下止点所扫过的容积。定义式：

Vs=（π/4）D2S常作为表征内燃机尺寸大小及动力性能的主要结构参数之一。4、发动机排量（发动机工作容积）VL定义：发动机各气缸工作容积的总和。定义式：VL＝Vs*ii:发动机气缸数。5、燃烧室容积Vc定义：活塞在上止点时，活塞顶以上的空间容积。6、气缸总容积Va定义：活塞在下止点时，活塞顶以上的空间容积。定义式：Va＝Vs＋Vc7、压缩比εc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。定义式：εc＝Va/Vc物理意义：表示气缸内气体被压缩的倍数或燃气燃烧后膨胀的倍数。是发动机的重要性能参数。柴油机εc：16～22汽油机εc：6～9（轿车有的达到9～11）例题：解放CA6102型发动机，其活塞行程为114.3mm，试计算出该发动机的排量。（提示：CA6102发动机的缸径为101.6mm）若知道其压缩比为7，问燃烧室容积为多？

二、单缸四冲程汽油机的工作原理1、进气冲程活塞：从上止点移动到下止点气门：进气门打开，排气门关闭曲轴：旋转从0℃A~180℃A进气终了压力：pde＝0.075～0.09Mpa进气终了温度：Tde＝370～400K

2、压缩冲程活塞：从下止点移动到上止点气门：进气门关闭，排气门关闭曲轴：旋转从180℃A～360℃A压缩终了压力：pco＝0.8～2.0Mpa压缩终了温度：Tco＝600～700K一、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。现象：轻微爆燃，发动机功率有所升高；但过度，传播速度100M/S~300M/S，产生冲击波，超音速传播，撞击燃烧室，发出频率达3K~5KHz的尖锐的金属敲击声。尾气冒黑烟。危害：1、机件过载（冲击波使缸壁、缸盖、活塞、连杆、曲轴过载）2、机件烧坏（局部温度可达4000℃，冲击破会破坏隔热层）3、性能指标下降（局部高分，使燃烧产物分解为CO、H2、O2,、NO及游离碳，游离碳不能燃烧形成黑烟，其他气体重新燃烧使补燃期增加，造成发动机过热，有效功率降低、油耗增加。试验证明严重的爆燃气缸的磨损是正常燃烧时大27倍预防措施：使用高牌号的汽油、减小压缩比、采用双火花塞，不超载、超速。汽油机的不正常燃烧二、表面点火表面点火：由燃烧室内炽热表面（如排气门头、火花塞电极、积碳）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。后果：发动机的动力性和经济性下降，零部件寿命降低。现象：发生表面点火时，有沉闷的敲击声传出。点火无规律。预防措施：使用低蒸馏的燃料与不易结焦的机油区别：表面点火是由于热表面点燃混合气，而爆燃是由于燃烧室末端混合气的自燃产生的。两者存在相互影响，表面点火会促使爆燃的产生3、做功冲程活塞：从上止点移动到下止点气门：进气门关闭，排气门关闭曲轴：旋转从360℃A～540℃A最高压力：pmax＝3.0～6.5Mpa最高温度：Tmax＝2200～2800K膨胀终了压力：pex＝0.3～0.6Mpa膨胀终了温度：Tex＝1200～1500K4、排气冲程活塞：从下止点移动到上止点气门：进气门关闭，排气门开启曲轴：旋转从540℃A～720℃A排气终了气体压力（残余废气压力）：

p`r＝0.105～0.115Mpa排气终了气体温度（残余废气温度）：

T`r＝900～1100K二、单缸四冲程柴油机的工作原理1、进气冲程与汽油机主要区别：进入气缸的是纯空气。进气终了压力：pde＝0.08～0.09Mpa进气终了温度：Tde＝340～380K2、压缩冲程与汽油机的主要区别：压缩比高于汽油机；在压缩过程快要结束的时候，压缩接近终了时喷油器向气缸内喷入柴油。当油与空气混合后在高压下达到其自燃点就开始着火燃烧。压缩终了压力：pco＝3.0～5.0Mpa压缩终了温度：Tco＝750～1000K柴油着火点500K,而汽油为750K3、做功冲程柴油机由于是边喷油、边混合、边燃烧，所以，所以最开始虽然活塞有所下行，但气缸内的压力基本不变。最高压力：pmax＝4.5～9Mpa最高温度：Tmax＝1800～2500K膨胀终了压力：pex＝0.2～0.5Mpa膨胀终了温度：Tex＝1000～1200K4、排气冲程排气终了气体压力：p`r＝0.105～0.12Mpa排气终了气体温度：T`r＝700～900K四冲程汽油机、柴油机缸内压力、温度比较（p：Mpa

T：K）汽油机柴油机

进气pde0.075~0.090.08~0.09Tde370~400340~380

压缩pco0.6~1.23.0~5.0Tco600~700750~1000

做功pmax3.0~6.54.5~9Tmax2200~28001800~2500pex0.3~0.60.2~0.5Tex1200~15001000~1200

排气p`r0.105~0.1150.105~0.12T`r900~1100700~900三、四冲程汽油机、柴油机特点比较1、由于柴油机压缩比较高，燃料燃烧非常完全，所以柴油机的有效热效率好，经济性好。汽油机：be=270～325g/(kw.h)柴油机:be=214～285g/(kw.h)2、柴油机无点火系，所以故障少些，易保养。但柴油机有高精度零件如喷油泵、喷油器等，其成本较高，并且加工较难。3、柴油机最高爆发压力高，所以对发动机的零部件强度要求高，这样导致柴油机笨重。4、柴油机转速低于汽油机原因：1）由于柴油机的压缩比高，所以其受到的机械负荷较大，故其零部件的质量需较大，导致运动时惯性力较大。2）汽油机可燃混合气的混合时间和质量优于柴油机。

5、柴油机运转噪音高，但有害气体的排放优于汽油机，而微粒排放较高。6、柴油机启动困难，汽油机易启动。第三节发动机主要性能指标与特性一、主要性能指标（一）动力性指标1、有效转矩Ttq（N.M）定义：发动机通过飞轮对外输出的平均转矩。由测功机测得。其值与发动机曲轴所受到的阻力矩相等。2、发动机转速n（r/min）由转速表直接读取。3、有效功率Pe（KW）定义：发动机通过飞轮对外输出的功率。计算式：Pe＝Ttq*2пn/60*10-3＝Ttq*n/9550（二）经济性指标1、有效燃油消耗率be定义：发动机每发出1KW有效功率，在1h内所消耗的燃油质量（以g为单位）。定义式：be＝B/Pe*103（g/KW.h）其中B：发动机在单位时间内的耗油量（kg/h）,可在实验中测得。（三）发动机的运转性能指标1、排气品质2、噪声3、起动性二、发动机的速度特性（一）定义1、发动机特性：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。2、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。3、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。（二）速度特性制取步骤（汽油机为例）1）发动机预热，将点火提前角、水温（80～95℃）、油温（80℃左右）保持最佳。2）将油门固定在某一位置后，先将发动机满负荷稳定运转在最低转速处，此时即为试验的起点。记录耗一定量燃油所需要的时间、测功器读数、转速。3）依次减少发动机负荷，使其转速增加，根据发动机所选择的转速间隔，使发动机稳定工作在某一转速处，再进行此时数据记录。如此试验几个点，到发动机功率开始下降为止。4）在坐标上描点。（横坐标发动机曲轴转速，纵坐标为发动机的功率、转矩、有效燃油消耗率等）（三）发动机外特性曲线。分析：此特性代表了发动机所具有的最高动力性能。1、可以从此曲线上找出发动机所能发出的最高功率和最高转矩及其相应转速。2、最高转矩和最高功率所对应的转速不同3、发动机的最低燃油消耗率并不是出现在最高功率或最高转矩对应的转速下，此说明发动机的最高动力性与最好经济性不能兼得。最低燃油消耗率所对应的转速介于最高功率和转矩对应的转速之间。（四）发动机工作状况发动机工作状况(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。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。

注意：负荷与功率不是同一概念。第四节发动机的总体构造CA488Q为例（传统的化油器式汽油机）：一、机体组作用：发动机的骨架，各系统的装配机体组成：气缸盖、气缸体、汽缸垫、油底壳等二、曲柄连杆机构作用：将活塞的直线往复运动变为曲轴的旋转运动并输出动力。组成：活塞、连杆、曲轴、飞轮等三、配气机构作用：使可燃混合气及时充入气缸并及时排出废气。组成：进（排）气门、摇臂、凸轮轴等四、供给系

作用：把汽油和空气混合为成分合适的可燃混合气供入气缸，以供燃烧，并将燃烧后的废气排出组成：汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器等五、点火系

作用：保证在规定时刻点燃气缸中被压缩的混合气。组成：蓄电池、发电机、火花塞、分电器等六、冷却系

作用：把受热部件的热量散到大气中，以保证发动机的正常工作组成：水泵、水箱、风扇、节温器等七、润滑系

作用：将润滑油供给做相对运动的零件，以减少他们之间的摩擦阻力，减轻部件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，