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发动机原理(基础知识)
2020-05-22 16:56   点击:    发布人:威尼斯人官网 来源:威尼斯人官网平台

     

  发动机原理(基础知识)_其它_职业教育_教育专区。发动机基础知识培训 主要内容 ? 发动机的分类 ? 发动机基本组成和常用术语 ? 四冲程发动机工作原理 ? 多缸四冲程发动机的工作顺序 ? 发动机总体构造 ? 发动机新技术概述 发动机的定义

  发动机基础知识培训 主要内容 ? 发动机的分类 ? 发动机基本组成和常用术语 ? 四冲程发动机工作原理 ? 多缸四冲程发动机的工作顺序 ? 发动机总体构造 ? 发动机新技术概述 发动机的定义 ? 发动机:汽车动力来源。 一部转换能量的机器:某种能量 机械能 ? 热机:热能 机械能 ? 内燃机:燃料与空气混合后在机器内部燃烧而产生 热能,然后再转变为机械能。 ? 往复活塞式内燃机 发动机的分类 按照冷却方式 水冷发动机 风冷发动机 工作冲程 燃料种类 工作缸数量 四冲程发动机 二冲程发动机 汽油发动机 柴油发动机 其他代用燃料 单缸发动机 多缸发动机 化油器式发动机 直接喷射式发动机 布置形式 单列式发动机(也叫直列式) 双列式发动机(V型或水平对置式) 按照所用燃料分类 内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机(图1-1)。使用汽油为 燃料的内燃机称为汽油机;使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机 与柴油机比较各有特点;汽油机转速高,质量小,噪音小,起动容易,制造 成本低;柴油机压缩比大,热效率高,经济性能和排放性能都比汽油机好。 柴油机与汽油机比较,柴油机的压缩 比高,热效率高,燃油消耗率低,同 时柴油价格较低,因此,柴油机的燃 料经济性能好,而且柴油机的排气污 染少,排放性能较好。但它的主要缺 点是转速低,质量大,噪声大,振动 大,制造和维修费用高。 按照行程分类 内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行 程内燃机(图1-2 )。把曲轴转两圈(720°),活塞在气缸内上下往复运动 四个行程,完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机;而把曲轴转 一圈(360°),活塞在气缸内上下往复运动两个行程,完成一个工作循环 的内燃机称为二行程内燃机。汽车发动机广泛使用四行程内燃机。 按照冷却方式分类 内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机(图1-3)。水 冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷 却介质进行冷却的;而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面 散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀,工 作可靠,冷却效果好,被广泛地应用于现代车用发动机。 按照气缸数目分类 内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机(图1-4)。仅有一个 气缸的发动机称为单缸发动机;有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如 双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用 发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。 按照气缸排列方式分类 内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式(图1-5)。单列式 发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置的,但为了降低高度,有 时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的;双列式发动机把气缸排成两列, 两列之间的夹角180°(一般为90°)称为V型发动机,若两列之间的夹 角=180°称为对置式发动机。 按照进气系统是否采用增压方式分类 内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发 动机和强制进气(增压式)发动机(图1-6)。汽油机常采用自然吸气式;柴 油机为了提高功率有采用增压式的。 发动机基本组成和常用术语 单缸发动机结构示意图 基本术语 ? 1.上止点:活塞离曲轴回转中心最远处, 通常指活塞上行到最高。 ? 2.下止点:活塞离曲轴回转中心最近处, 通常指活塞下行到最低。 ? 3.活塞行程(S):上、下两止点间的距离 (mm)。 ? 4.曲柄半径(R):与连杆下端(即连杆大头) 相连的曲柄销中心到曲轴回转中心的距离 (mm)。 曲轴每转一转,活塞移动两个行程。 ? 5.气缸工作容积(Ⅴh):活塞从上止点到 下止点所让出的空间容积(L)。 Ⅴh =πD2S/(4×106) (L) 式中:D——气缸直径(mm)。 ? 6.发动机排量(ⅤL):发动机所有气缸工 作容积之和(L)。设发动机的气缸数为i, 则 ⅤL =Ⅴh i (L) ? 7活.塞燃上烧方室的容空积间(Ⅴ叫C)燃:烧活室塞,在它上的止容点积时叫,燃 烧室容积(L)。 ? 8.气缸总容积(Ⅴa):活塞在下止点时, 活塞上方的容积称为气缸总容积(L)。它 等于气缸工作容积与燃烧室容积之和,即 ? Ⅴa =Ⅴh +ⅤC ? 9.压缩比(ε):气缸总容积与燃烧室容积的比值,即 ε =Ⅴa /ⅤC =(Ⅴh +ⅤC)/ ⅤC =1+Ⅴh /ⅤC 它表示活塞由下止点运动到上止点时,气缸内气体被压缩 的程度。压缩比越大,压缩终了时气缸内的气体压力和温 度就越高。一般车用汽油机的压缩比为6~10,柴油机的 压缩比为15~22。 ? 10.发动机的工作循环:在气缸内进行的每一次将燃料燃 烧的热能为机械能的一系列连续过程(进气、压缩、 作功和排气)称发动机的工作循环。 ? 11.二冲程发动机:活塞往复两个行程完成一个工作循环 的称为二冲程发动机。 ? 12.四冲程发动机:活塞往复四个行程完成一个工作循环 的称为四冲程发动机。 四冲程发动机的工作原理 一、四冲程汽油机的工作原理 1、进气行程 2、压缩行程 3、作功行程 4、排气行程 单缸四冲程汽油机的工作过程 进气行程 温度370~400 K, 压力0.07~0.09MPa 排气门关闭 活 塞 进气门 上 止 P点 下 止 点 大气压力线 r a 示功图:表示活塞在不同时气缸内气 体压力的变化情况。 示功图 V 压缩行程 进气门关 闭 活 温度600~700K, 塞 压力0.6~1.5 MPa 压缩比: ε=Va/Vc 排气门关闭 上 止 P点 下 止 点 c 大气压力线 r a 示功图 V 作功行程 排气门关闭 进气门关闭 瞬时最高: 温度 2200~2800 K , 压力 3~5MPa 上 止 Z P点 下 止 点 活 塞 大气压力线 MPa c r 示功图 b a V 排气行程 进气门关闭 废气 活 塞 排气门打开 上Z 止 下 止 P 点 点 c b 大气压力线 r V 示功图 温度900~1200 K 压 力0.105~0.115 MPa 四冲程柴油机的工作原理 温度300-370K 压力0.0785~ 0.0932MPa 进气门 温度750-1000K 压力3-5 MPa 纯空气 终了:温度1200 ~1500k压力0.20.4MPa 喷油器 温度800-1000K压力 0.105-0.125MPa 排气门 瞬时:温度 2000-2500K 压力6-9 MPa 吸气行程 压缩行程 作功行程 排气行程 ? 思考 四冲程汽油机和柴油 机的工作循环有什么 相同之处呢? 共同特点: 1.每个工作循环曲轴转两转(720°)每一行程曲轴转半 转(180°),进气行程是进气门,排气行程 是排气门,其余两个行程进、排气门均关 闭。 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。 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、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。 ? 思考 四冲程汽油机和柴油 机的工作循环有什么 不同呢? 不同点 汽油机 柴油机 汽油与空气缸外混合,进 入可燃混合气 进入气缸的是纯空气 电火花点燃混合气 高温气体加热柴油燃烧 有点火系 无点火系 多缸四冲程发动机的工作顺序 从各单缸发动机工作原理可知,只有作功行程 产生动力,其它三个行程都要消耗动力。为了维持 运动,单缸发动机必须有一个贮备能量较大的飞轮。 即使如此,发动机运转仍然是不平稳的,作功行程 快,其它行程慢。 汽车上实际应用的是多缸发动机,它是由若干 个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出 动力所组成。现代汽车上用的较多是四缸、六缸、 八缸发动机。 多缸发动机是在曲轴转角720°内(四冲程)或曲轴 转角360°内(二冲程),各缸都要象单缸发动机一样 完成一个工作循环。为了使发动机运转平稳,各缸 作功间隔角大都均等。如四冲程六缸发动机各缸作 功间隔角为=720°/6=120°即曲轴每转1200就有 一个缸作功,各缸作功行程略有搭接,这样发动机 运转较单缸发动机平稳得多。另外,由于各缸的作 功行程为其它缸的准备行程提供动力,所以贮存能 量的飞轮也较单缸发动机小得多。四缸发动机从理 论上讲作功冲程就已连续,而六、八缸发动机都有 作功重叠,且缸数越多、重叠得就越大,发动机运 转得就越平稳。 各缸行程顺序(据机器平衡性及各缸机 械负荷和热负荷的均匀性): 直列四缸:1-3-4-2;1-2-4-3 直列六缸:1-5-3-6-2-4 发动机的总体构造 曲柄连杆机构 配气机构 供给系统 冷却系统 润滑系统 起动系统 点火系统(汽油机独有) 配气机构 曲柄连杆机构 进气门 排气门 推杆 挺柱 正时齿轮 连杆 活塞 曲轴 飞轮 摇臂 凸轮轴 曲柄连杆机构 : 机体组: 包括气缸盖、气缸体及油底壳。 活塞连杆组: 包括活塞、活塞环、活塞销和 连杆 ? 曲轴 它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋 转的动力,传给底盘的传动机构。同时驱动配气 机构和其它辅助装置,如风扇、水泵、发电机等。 曲轴用中碳合金钢模锻而成。为提高耐磨性和耐 疲劳强度,表面软淡化处理,并经精磨加工,以 达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。 曲轴内部油道布置 ? 飞轮 飞轮的主要功用是用来贮存作功行程的能 量,用于克服进气、压缩和排气行程的阻 力和其它阻力,使曲轴能均匀地旋转。飞 轮外缘压有的齿圈与起动电机的驱动齿轮 啮合,供起动发动机用;汽车离合器也装 在飞轮上,利用飞轮后端面作为驱动件的 摩擦面,用来对递动力。 ? 活塞 功用:活塞的功用是承受气体压力, 并通过活塞销传给连杆曲轴旋转, 活塞顶部还是燃烧室的组成部分。 活塞可分为三部分,活塞顶部、活塞 头部和活塞裙部 。 分组号 朝前标记 ? 活塞环 活塞环是具有弹性的开口环,有二道气环和一 道油环。 功用:气环是气缸与活塞间的密封性,防 止漏气,并且要把活塞顶部吸收的大部分热量 传给气缸壁,由冷却水带走。 ? 活塞销 活塞销的功用是连接活塞和连杆小头,并 把活塞承受的气体压力传给连杆。 活塞销与活塞销座孔及连杆小头孔的连接 配合为全浮式结构。 ? 连杆 功用是连接活塞与曲轴。连杆小头通过活 塞销与活塞相连,连杆大头与曲轴的连杆 轴颈相连。并把活塞承受的气体压力传给 曲轴,使活塞的往复运动转变成曲轴的旋 转运动。 连杆杆身做成“工”字形断面,抗弯强度 好,重量轻。 ? 配气机构 是按照发动机的工作顺序和工作 循环的要求,定时和关闭各 缸的进、排气门,使新气进入气 缸,废气从气缸排出。 采用凸轮轴下置式结构,包括凸轮 轴、挺柱、挺杆、摇臂、气门组 配气相位 配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门 的 时刻和延续时间,通常用环形图表 示-配气相位图。 喷油泵 正时点 凸轮轴 正时点 曲轴正 时点 惰轮 正时点 3 供给系统 柴油机供给系组 成:燃油供给装 置、空气供给装 置、混合气形成 装置、废气排出 装置…… ? 燃油供给装置包括:柴油箱、柴油滤清器、低压油管、输 油泵、喷油泵、喷油器、高压油管、回油管。 ? 可燃混合气的形成, ? 混合气形成装置是燃烧室,其质量对燃烧过程起决定性作 用,要求 ? 1)喷入气缸的应雾化良好并具有一定的射程,即油粒微小 并充满整个燃烧室空间。 ? 2)燃料的喷射形状应与燃烧室形状相适应,以形成良好的 混合气。 ? 3)在燃烧室造成强烈的空气涡流促使在燃烧室间形成良好 混合。 喷油器 对喷油器的要求:1、具有一定的喷射压力和射程。2、合适的喷注锥角。 3、停止喷油时能迅速切断供油, 4没有滴漏现象。 常见型式:1、孔式喷油器 2、轴针式喷油器 冷却系统 冷却系统的功用是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。冷却系统既要防止发动机 过热,也要防止冬季发动机过冷。在发动机冷起动之后,冷却系统还要发动机迅速升温,尽 快达到正常的工作温度。 组成:水泵、冷却风扇、硅油风扇离合器、节温器、发动机机体和气缸盖中的水套以及其他附 加装置等。 强制循环式水冷却系示意图 1-百叶窗;2-散热器;3-散热器盖;4-风扇;5-小循环水管;6-水泵;7-节温器; 8-出水管;9-水套;10-水温表和传感器;11-水套放水开关;12-散热器放水开关 ? 冷却器的大小循环 ? 节温器可以使冷却水有小循环、大循环和混合循环等三种循环线.小循环:当发动机水温低于82℃时,节温器主阀门关闭,旁 通阀打开,气缸盖至散热器的冷却水通道被切断。冷却水由气缸盖水 套流出,经过节温器旁通阀、旁通管进入水泵,并经水泵送入气缸体 水套。由于冷却水不经散热器散热,可使发动机温度迅速提高。这种 循环方式称为小循环。 ? ? 2.大循环:当发动机水温高于95℃时,节温器主阀门打开,旁 通阀关闭。冷却水全部由主阀门进入散热器散热,水温迅速降低,然 后再由水泵送入气缸体水套。这种循环方式称为大循环。 ? 3.混合循环:当水温在82~95℃之间时,节温器主阀门和旁通 阀都处于部分状态,此时大、小循环都存在,只有部分冷却水经 散热器进行散热。 润滑系统 润滑系统:包括机油泵、机油滤清器、限压阀、润滑油道、机油集滤器等。其作用是 将润滑油供人作相对运动的零件,以减少它们之间的摩擦阻力,减轻机件的磨损,并 部分地冷却摩擦零件,清洗摩擦表面,同时具有防锈和密封作用。 起动系统 要使发动机由静止状态过渡到工作状态,必须先用外力转动发动机的曲轴,使 活塞作往复运动,气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功,推动活塞向下运动使曲 轴旋转。发动机才能自行运转,工作循环才能自动进行。因此,曲轴在外力作 用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程,称为发动机的起动。完 成起动过程所需的装置,称为发动机的起动系。 MAGNET SWITCH MOVING CONTACTOR KEY SWITCH B?? ???? (+) BATTERY (-) H COIL P COIL MOTOR ? M?? FIELD COIL ARMATURE BRUSH 压缩比 定义:压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的 最小容积之比称为压缩比。用ε表示。 ε= Va/Vc 现代化油器式发动机压 缩比一般为6~9(轿车有的 达9~11)。上海桑塔纳轿车 汽油机压缩比为8.2。 压缩比过大的不良后果 压缩比过大的不良后果 名称 成因 现象 爆燃 表面 点火 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。 由于燃烧室内炽 热表面与炽热处 (如排气门头,火 花塞电极,积炭 处)点燃混合气产 生的另一种不正 常燃烧。 火焰以极高的速 率向播,形 成压力波,以声 速向前推进。当 压力波撞击燃烧 室壁时就发出尖 锐的敲缸声。 伴有强烈的较沉 闷敲击声。 后果 还会引起发动机过热, 功率下降,燃油消耗量 增加等一系列不良后果。 严重爆燃时甚至造成气 门、轴瓦破裂,火 花塞绝缘体击穿等。 产生的高压会使发动机 机件负荷增加,寿命降 低。 发动机新技术概述 VVT 可变气门正时系统 发动机采用可变气门正时技术可以提高进气充量,使充量系数增加,发动机的扭 矩和功率可以得到进一步的提高。 FSI 缸内汽油直喷系统 发动机在保持扭矩输出的条件下采用缸内直喷系统可以有效的降低燃油消耗率, 降低发动机的排放污染物。 I 汽油直喷系统 缸内喷注式汽油发动机的优点是油耗量低,升功率大。混合比可以达到40:1(一 般汽油机混合比为15:1),可以达到“稀燃”。 CBR 可控燃烧速率 可以有效提高燃油经济性,降低油耗,降低发动机排放。 涡轮增压中冷,高压共轨技术 可以明显的提高发动机的燃油经济性,降低油耗,增加充量系数,降低发动机排放,提高 发动机升功率。 CNG技术 燃料采用油气两用,排放更低

      

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