陈家瑞汽车构造课件 内燃机的基本工作原

内燃机的基本工作原理内燃机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的装置，广泛应用于汽车、船舶、飞机等交通工具。其工作原理基于燃料在封闭空间内燃烧，推动活塞做功，从而带动曲轴旋转，最终输出机械能。内燃机的种类汽油机汽油机使用汽油作为燃料，点火系统通过火花塞点燃混合气，推动活塞做功。适用于小型汽车、摩托车等。柴油机柴油机使用柴油作为燃料，靠压缩空气产生高温，点燃柴油，推动活塞做功。适用于大型卡车、船舶、发电机等。四冲程汽油机的工作过程1进气冲程活塞从上止点向下运动，进气门打开，新鲜空气进入汽缸。2压缩冲程活塞从下止点向上运动，进气门关闭，空气被压缩，温度和压力升高。3做功冲程火花塞点燃混合气，混合气爆炸，推动活塞向下运动，产生动力。4排气冲程活塞从下止点向上运动，排气门打开，燃烧后的废气被排出汽缸。四冲程柴油机的工作过程1进气行程活塞向下运动，进气门打开，新鲜空气进入气缸。2压缩行程活塞向上运动，压缩空气，温度和压力升高。3做功行程燃油喷入气缸，被高温压缩空气点燃，推动活塞向下运动。4排气行程活塞向上运动，排气门打开，燃烧后的废气排出气缸。四冲程柴油机的工作过程由四个行程组成，每个行程都由曲轴的旋转带动活塞运动完成。柴油机无需点火系统，利用压缩空气将燃油点燃。压缩比与发动机功率压缩比是指汽缸容积与燃烧室容积之比。压缩比越高，发动机功率越大，但燃油消耗也越高。曲轴传动系统曲轴曲轴是内燃机中的关键部件，将活塞的往复运动转换为旋转运动，并传递给其他部件。连杆连杆将活塞与曲轴连接，将活塞的往复运动传递给曲轴。飞轮飞轮安装在曲轴末端，用于储存能量，保证发动机运转平稳。活塞传动系统1活塞活塞是连接连杆和曲轴的关键部件，将燃烧产生的气体压力转化为机械功。2连杆连杆将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动，传递动力。3曲轴曲轴通过连杆将活塞的直线运动转换为旋转运动，驱动发动机输出功率。4活塞销活塞销连接活塞和连杆，在两者之间传递运动和力量。气门传动系统气门开闭气门传动系统负责控制进气门和排气门的开启和关闭，确保发动机在适当的时间吸入新鲜空气并排出废气。机械结构气门传动系统由凸轮轴、推杆、摇臂、气门弹簧等部件组成，通过复杂的机械结构，将凸轮轴的旋转运动转换为气门的升降运动。精确控制气门传动系统需要精确控制气门开启和关闭的时间，以确保发动机高效运转，并减少排放。性能影响气门传动系统的性能直接影响发动机的动力输出、燃油效率和排放水平。散热系统水冷式散热系统水冷式散热系统是常见的散热系统，利用水的比热容大，可以吸收大量的热量，通过循环流动，将热量带到散热器，再通过风扇将热量散失到空气中。风冷式散热系统风冷式散热系统利用空气的流动带走热量，常见于摩托车等小型发动机，散热效率不如水冷式散热系统，但结构简单，成本较低。油冷式散热系统油冷式散热系统主要用于润滑油的冷却，利用油液的流动带走热量，常见于高性能发动机，可以有效降低发动机温度，提升性能。润滑系统1减少磨损润滑油可以降低摩擦，减少零件之间的磨损，延长发动机使用寿命。2冷却降温润滑油可以带走发动机运转过程中产生的热量，防止零件过热。3密封防漏润滑油可以起到密封作用，防止气体泄漏，提高发动机工作效率。4清洁防锈润滑油可以清洗发动机内部的杂质，防止零件生锈腐蚀。供油系统供油系统的作用为发动机提供清洁、定量、可燃的燃油，以保证发动机正常工作。供油系统的主要组成油箱、燃油泵、燃油滤清器、喷油器等。起动系统起动机起动机是将电能转换为机械能的装置，用来启动发动机。起动机控制系统起动机控制系统负责控制起动机的启动和停止，确保起动过程安全可靠。起动电池起动电池是为起动机提供电能的电源，通常采用铅酸蓄电池。起动过程起动时，通过起动机控制系统启动起动机，起动机带动发动机旋转，最终点燃混合气或燃油，使发动机启动。点火系统点火线圈点火线圈是点火系统的核心部件，它将低压电流转化为高压电流，为火花塞提供点火能量。火花塞火花塞将高压电流转化为电火花，点燃汽油机气缸内的可燃混合气，启动发动机。点火开关点火开关控制着点火系统的通断，启动发动机时，点火开关接通点火电路，为点火线圈提供电流，并控制火花塞的点火时机。点火时间的确定最佳点火提前角点火时间过早会产生爆震，过晚会降低效率。最佳点火提前角取决于发动机转速、负荷等因素。点火时间控制系统现代发动机采用电子控制系统，根据发动机工况自动调节点火提前角。传感器数据电子控制系统根据发动机转速传感器、进气压力传感器等数据，计算最佳点火时间。点火控制模块点火控制模块根据计算结果，向点火线圈发出指令，控制点火时间。节气门系统控制进气量节气门控制进气量，影响发动机功率。调节气流节气门开度影响进气量，进而影响发动机转速。重要组成部分节气门是发动机的关键组成部分，影响燃油效率和动力。进排气系统进气系统进气系统负责将新鲜空气吸入气缸，为燃烧提供氧气，以推动活塞运动。排气系统排气系统将燃烧后的废气排出气缸，并减轻噪声，防止环境污染。进排气系统的组成进排气系统包含空气滤清器、进气歧管、排气歧管、消声器等部件。增压系统原理增压系统利用发动机排气能量，提高进气压力，增加进气量，提高发动机的功率和扭矩。增压系统的主要部件包括涡轮增压器、中冷器和进气歧管。类型常见的增压系统包括涡轮增压器、机械增压器和电磁增压器。涡轮增压器利用排气能量驱动涡轮，压缩进气；机械增压器利用发动机曲轴的动力驱动增压器压缩进气；电磁增压器利用电磁驱动压缩进气。汽油机点火系统高压点火线圈将蓄电池的低压电转化为高压电，供给火花塞产生电火花。点火分配器将高压电按顺序分配到各缸火花塞，确保每个气缸在正确的时间点火。火花塞火花塞是汽油机点火系统的核心部件，用于产生电火花，点燃汽油和空气混合气。柴油机燃油系统燃油泵将燃油从油箱输送到喷油器。燃油滤清器过滤燃油中的杂质，防止堵塞喷油器。喷油器将燃油喷入燃烧室，控制燃油喷射的时机和量。燃油管路将燃油输送到喷油器，并保证燃油的压力和流量。曲轴箱通气系统11.降低曲轴箱压力气体通过通气管排出，避免曲轴箱压力过高，防止机油泄漏。22.减少机油消耗防止机油蒸汽进入燃烧室，导致机油燃烧，减少机油消耗。33.降低排气污染通过通气管将曲轴箱中的有害气体排放到进气管，经燃烧室燃烧，降低排放。44.改善发动机性能降低曲轴箱压力，减少活塞环磨损，提高发动机效率。燃烧室形状对发动机性能的影响燃烧室形状对混合气燃烧过程，进而影响发动机的性能，如功率，经济性，排放等。例如，燃烧室形状影响火焰传播速度，燃烧效率，以及排气污染物的生成。常见燃烧室形状包括碟形，球形，楔形，涡流室等。缸体结构对发动机性能的影响缸体是发动机的主要承力部件，对发动机性能有重要影响。缸体结构影响发动机的刚度、强度和热稳定性。缸体材料、结构和制造工艺直接影响发动机的重量、体积、可靠性和寿命等性能指标。缸盖结构对发动机性能的影响缸盖是发动机的重要部件，它密封燃烧室，并容纳气门、火花塞等部件。缸盖结构直接影响到发动机的性能，比如燃烧室形状、气门布置、冷却方式等等。例如，缸盖上的进气道和排气道的设计会影响发动机的进气效率和排气效率，进而影响发动机的功率和燃油经济性。活塞结构对发动机性能的影响活塞是内燃机的重要组成部分，它在气缸内往复运动，将燃烧产生的热能转化为机械能。活塞的结构对发动机的性能有很大影响。活塞的形状、材质、重量和尺寸等因素都会影响发动机的功率、油耗、排放和可靠性等性能指标。比如，活塞的形状可以影响燃烧室的形状和容积，从而影响燃烧效率和排放。活塞的材质要耐高温、耐磨损和耐腐蚀，比如铝合金、钢等。活塞的重量要适中，过重会增加发动机负荷，过轻会降低发动机的稳定性。连杆结构对发动机性能的影响连杆是发动机的重要部件之一，将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动，传递活塞对曲轴的力。连杆的强度和刚度会直接影响发动机的工作性能，包括功率、扭矩、燃油经济性等。连杆的材质、形状和尺寸都会影响其强度和刚度，不同的连杆设计会对发动机性能产生不同的影响。曲轴结构对发动机性能的影响曲轴是内燃机的核心部件，它将活塞的往复运动转换为旋转运动，并将动力传递给其他部件。曲轴结构对发动机性能有着重大影响，包括发动机功率、扭矩、振动、噪音等方面。曲轴的材料、加工精度、平衡性等因素都会影响发动机的性能。飞轮作用与双重飞轮飞轮作用飞轮安装在曲轴后端，用于储存能量，并使发动机运转更加平稳。飞轮通过惯性克服曲柄连杆机构的惯性力，提高发动机工作效率。双重飞轮双重飞轮是指在发动机曲轴后端安装两个飞轮，用于进一步提高发动机运转平稳性。双重飞轮可以有效降低发动机振动和噪音，提高驾驶舒适性。发动机实际工作周期与理想工作周期1理想工作周期理论模型，假设气体膨胀和压缩过程是绝热过程，进排气过程是等容过程2实际工作周期考虑实际发动机中存在的热损失、摩擦损失等因素，气体膨胀和压缩过程并非绝热过程3两者差异实际工作周期中，气体膨胀和压缩过程存在热损失，导致实际输出功率低于理想值实际工作周期与理想工作周期是理论模型与实际应用之间的对比。理想工作周期假设气体膨胀和压缩过程是绝热过程，进排气过程是等容过程，实际工作周期则考虑了热损失、摩擦损失等因素的影响，气体膨胀和压缩过程并非绝热过程。发动机机械效率与热效率发动机机械效率是指发动机输出机械能与燃料燃烧所释放的能量之比，反映发动机将燃料燃烧的能量转化为机械能的能力。热效率是指发动机输出的有效功率与燃料消耗量之比，反映发动机在燃料燃烧过程中能量的利用率。30%机械效率现代汽油发动机机械效率一般在30%左右25%热效率现代柴油发动机热效率一般在25%左右提高发动机机械效率和热效率是提升发动机燃油经济性和环保性能的