教案02发动机工作原理和总体构造汇总Word格式.docx
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燃气轮机
旋转活塞式
(4按气缸数及其排列方式分类仅有一个气缸的称为单缸发动机,有两个以上气缸的称为多缸发动机。
如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。
单缸有立式与卧式,多缸有V形与对置式。
现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。
(5按冷却方式分类根据冷却方式不同,发
动机可以分为水冷式和风冷式两种。
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。
(6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。
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。
(7按照进气系统是否采用增压方式分类
发动机还可按进气方式分类。
当发动机不装
增压器,空气是靠活塞的抽吸作用进人气缸内的发动机,称为非增压式发动机(或自然吸人式发动机,发动机上装有增压器,空气通过增压器可以提高进气压力的发动机,称为增压式发动机。
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。
(8按每气缸中的气门数来分类当每气缸中设有一个进气门和一个排气门的发动机,称为二气门发动机;
每缸中设有2个进气门和2个排气门的,称为四气门发动机;
或者每个气缸中设有3个进气门和2个排气门的,称为5气门发动机。
汽车动力从哪里来?
汽车的心脏是发动机,那么发动机的心脏是什么?
汽缸!
汽缸是产生汽车驱动力的“源头”,不论你的汽车能达到多高的速度,能爬多大的坡,能拉多重的货物,一切动力都来自汽缸内部,都是由于燃料在汽缸内部燃烧后推动活塞直线运动(转子发动机除外,然后再通过连杆、曲轴、变速器、传动轴,最后将动力传递到车轮,从而推动汽车飞速前进。
在汽缸中,最受罪的就是其中的活塞,它头顶上不断地有燃料燃烧“爆炸”,而脚底下又必须不停地蹬动曲轴。
正是由于汽缸中活塞的辛勤劳作,你才会坐在车上到处乱跑。
汽缸原理源于大炮?
汽缸源于大炮,这并不足耸人听闻。
你车上的汽缸战士确实与大炮有关。
1680年,荷兰科学家霍因斯受到大炮原理的启发,心想如将炮弹的强大力量用来推动其它机械不是挺好吗?
他一开始仍用火药作燃烧爆炸物,将炮弹改成“活塞”,把炮筒作“汽缸”,并开一个单向阀他在汽缸内注入火药,当点燃火药后,火药猛烈地爆炸燃烧,推动活寒向上运动,并产生动力。
同时,爆炸气巨大的压力还推开单向阀,排出废气。
而后,气缸内残余废气逐渐变冷,气压变低,汽缸外部的大气压又推动活塞向下运动,以准备进行下一次爆炸。
当然,由于行程过长,效率太低,他最终没有取得成功。
但是,正是霍因斯首先提出了“内燃机”的设想,后人在此基础上才发明了汽车用的发动机。
第二节四冲程发动机工作原理
一四行程汽油机的工作原理
气缸内装有活塞,活塞通过活塞销、连杆与曲轴相连接。
活塞在气缸内做往复运动,通过连杆推动曲轴转动。
为了吸入新鲜气体和排除废气,设有进、排气系统等。
上止点:
活塞顶部离曲轴中心最远处,即活塞最远位置。
下止点:
活塞顶部离曲轴中心最近处,即活塞最近位置。
活塞行程:
上、下止点间的距离S。
曲柄半径:
曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离R。
活塞每走一个行程相应于曲轴转角180o。
对于气缸中心线与曲轴中心线相交的发动机,活塞行程S等于曲柄半径R的两倍。
活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积或气缸排量,可用符号Vs表示。
多缸发动机各气缸工作容积的总和,称为发动机排量,用符号VL(L表示,即
iS104DV62
L⋅⨯=π
四行程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程的顺序不断循环反复的。
通常利用发动机循环的示功图来分析工作循环中气体压力P和相应于活塞不同位置的气缸工作容积Vs之间的变化关系。
(示功图表示了活塞在不同位置时气缸内压力的变化情况。
其中,曲线所围成的面积表示发动机整个工作循环中气体在单个气缸内所作的功。
(1进气行程
由于曲轴的旋转,活塞
从上止点向下止点运动,这
时排气门关闭,进气门打开。
进气过程开始时,活塞位于
上止点,气缸内残存有上一
循环未排净的废气,因此,气缸内的压力稍高于大气压
力。
随着活塞下移,气缸内
容积增大,压力减小,当压
力低于大气压时,在气缸内
产生真空吸力,空气经空气
滤清器并与化油器供给的汽
油混合成可燃混合气,通过
进气门被吸入气缸,直至活
塞向下运动到下止点。
大气压力线
在进气过程中,受空气滤清器、化油器、进气管道、进气门等阻力影响,进气终了时,气缸内气体压力略低于大气压,约为0.075~0.09MPa,同时受到残余废气和高温机件加热的影响,温度达到370~400K。
实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开,并且延迟到下止点之后关闭,以便吸入更多的可燃混合气。
ra线与大气压力线的差值表示气缸内的真空度。
(2压缩行程
曲轴继续旋转,活塞从下止点向上止点运动,
这时进气门和排气门都关闭,气缸内成为封闭容
积,可燃混合气受到压缩,压力和温度不断升高,
当活塞到达上止点时压缩行程结束。
此时气体的压
力和温度主要随压缩比的大小而定,可燃混合气压
力可达0.6~1.2MPa,温度可达600~700K。
引入压缩比概念:
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,以ε表
示。
换言之,压缩比ε等于气缸总容积Va与燃烧
室容积Vc之比。
11VcVa>
+=+==Vc
VsVcVsVcε汽油机的压缩比一般为ε=6~10。
柴油机的压缩比一般为ε=16~22。
物理意义:
反映气体被压缩的剧烈程度。
压缩比越大,压缩终了时气缸内的压力和温度越高,则燃烧速度越快,热效率高,经济性好,发动机功率也越大。
但压缩比过高,不仅不能进一步改善功率和经济性,反而会容易引起爆燃和表面点火燃烧等不正常燃烧想象。
所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高,可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧,且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播,造成尖锐的敲缸声。
爆燃会使发动机过热,功率下降,汽油消耗量增加以及机件损坏。
轻微爆燃是允许的,但强烈爆燃对发动机是很有害的。
严重爆燃:
造成气门烧毁、轴瓦破裂、活塞烧顶、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。
表面点火:
是由于燃烧室内炽热表面(如排气门头,火花塞电极,积炭点燃混合气产生的一种不正常燃烧现象。
表面点火发生时,也伴有强烈的敲击声(较沉闷,产生的高压会使发动机机件承受的机械负荷增加,寿命降低。
因此,在提高发动机压缩比的同时,必须注意防止爆燃和表面点火的发生。
此外,发动机压缩比的提高还受到排气污染法规的限制。
(3作功行程
作功行程包括燃烧过程和膨胀过程,在这
一行程中,进气门和排气门仍然保持关闭。
当
活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角
位置时,火花塞产生电火花点燃可燃混合气,
可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体
温度和压力急剧升高,最高压力可达3~5MPa,
最高温度可达2200~2800K,高温高压气体膨
胀,推动活塞从上止点向下止点运动,通过连
杆使曲轴旋转并输出机械功,除了用于维持发
动机本身继续运转外,其余用于对外作功。
随
着活塞向下运动,气缸内容积增加,气体压力
和温度降低,当活塞运动到下止点时,作功行程结束,气体压力降低到0.3~0.5MPa,气体温度降低到1300~1600K。
(4排气行程
可燃混合气在气缸内燃烧后生
成的废气必须从气缸中排出去以便
进行下一个进气行程。
当作功接近终
了时,排气门开启,进气门仍然关闭,
靠废气的压力先进行自由排气,活塞
到达下止点再向上止点运动时,继续
把废气强制排出到大气中去,活塞越
过上止点后,排气门关闭,排气行程
结束。
实际汽油机的排气行程也是排
气门提前打开,延迟关闭,以便排出
更多的废气。
由于燃烧室容积的存
在,不可能将废气全部排出气缸。
受
排气阻力的影响,排气终止时,气体
压力仍高于大气压力,约为0.105~0.115MPa,温度约为900~1200K。
曲轴继续旋转,活塞从上止点向下止点运动,又开始了下一个新的循环过程。
可见四行程汽油机经过进气、压缩、作功、排气四个行程完成一个工作循环,这期间活塞在上、下止点往复运动了四个行程,相应地曲轴旋转了两圈。
二四行程柴油机的工作原理
四行程柴油机和四行程汽油机的工作过程相同,每一个工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气四个行程,但由于柴油机使用的燃料是柴油,柴油与汽油有较大的差别,柴油粘度大,不易蒸发,自燃温度低,故可燃混合气的形成,着火方式,燃烧过程以及气体温度压力的变化都和汽油机
汽油机具有转速高(目前轿车汽油机最高转速达5000~6000r/min,货车汽油机转速达4000r/min左右、质量小、工作噪声小、起动容易、制造和维修费用低等特点,故在轿车和轻型货车及越野牟退得到广泛的应用;
其不足之处是燃油消耗率高,燃油经济性差。
柴油机因压缩比高,燃油经济性好。
一般装载质量为5t以上的货车大都采用柴油机。
柴油机的主要缺点是转速低(一般转速在2500~3000r/min左右,质量大,噪声大,振动大,制造和维修费用高(因为喷油泵和喷油器加工精度要求高。
但目前柴油机的这些缺点正在逐渐得到克服,其应用范围正在向中、轻型货车扩展。
国外有的轿车也采用柴油机,其最高转速可达5000r/min。
由此可见,四冲程发动机在一个工作循环的四个活塞行程中,只有一个行程是作功的,其余三个行程则是作功的辅助行程,要消耗能量。
因此,在单缸发动机内,曲轴每转两周中只有半周是由于膨胀气体的作用使曲轴旋转,其余一周半则依靠飞轮惯性维持转动。
显然,作功行程时,曲轴的转速比其它三个行程内曲轴转速要高,所以曲轴转速是不均匀的因而发动机运转就不平稳.为了解决这个间题,飞轮必须做成具有更大的转动惯量,而这样做将使整个发动机质量和尺寸增加。
显然,单缸发动机工作振动大,采用多缸发动机可以弥补上述缺点。
因此,现在汽车上基本不用单缸发动机,用得最多的是4缸、6缸、8缸发动机。
在多缸四冲程发动机的每一个气缸内,所有的工作过程是相同的、并按上述次序进行,但所有气缸的作功行程并不同时发生。
例如,在4缸发动机内,曲轴每转半周便有一个气缸在作功;
在8缸发动机内,曲轴每转1/4周便有一个作功行程。
气缸数越多,发动机的工作越平稳。
但发动机气缸数增多,一般将使其结构复杂,尺寸及质量增加。
第三节二行程汽油机的工作原理
一二行程汽油机的工作原理
二行程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、燃烧膨胀、排气过程组成,但它是在曲轴旋转一圈(360°
活塞上下往复运动的两个行程内完成的。
因此,二行程发动机与四行程发动机工作原理不同,结构也不一样。
例如曲
轴箱换气式
二行程汽油
机,气缸上有
三排孔,利用
这三排孔分
别在一定时
刻被活塞打
开或关闭进
行进气、换气
和排气的。
工
作原理如下:
a活塞
向上运动,将
三排孔都关闭,活塞上部开始压缩。
上部压力增大,下部压力降低。
b当活塞继续上行时,活塞下方打开了进气孔,可燃混合气进入曲轴箱。
c活塞接近上止点时,火花塞点燃混合气,气体燃烧膨胀,推动活塞向下运动,进气孔关闭,曲轴箱内的混合气受到压缩。
d当活塞接近下止点时,排气孔打开,排出废气,活塞再向下运动,换气孔打开,受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内,并扫除废气。
我们人为定义两个行程:
第一行程:
活塞从下止点向上止点运动,事先已充满活塞上方气缸内的混合气被压缩,活塞下方容积增大,产生真空,新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。
第二行程:
活塞从上止点向下止点运动,活塞上方进行作功过程和换气过程,而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。
为快速换气做好了准备。
由于二冲程汽油发动机结构特点,新鲜混合气会随废气一起排出气缸。
为了防止因此而造成浪费,活塞顶做成特殊的形状,使新鲜混合气的气流被引向上部,这样还可以利用新鲜混合气来扫除废气,使排气更为彻底。
但是在二冲程发动机中,要完全避免可燃混合气的损失是很困难的。
二冲程化油器式发动机与四冲程化油器式发动机相比较,其主要优点如下:
1曲轴每转一周就有一个作功行程,因此.当二冲程发动机的工作容积和转速与四冲程发动机相同时,在理论上它的功率应等于四冲程发动机的2倍。
2由于发生作功过程的频率较高,故二冲程发动机的运转比较均匀平稳。
3由于没有专门的换气机构,所以其构造较简单,质量也比较小。
4使用方便。
因为附属机构少。
所以易受磨损和经常需要修理的运动部件数量也比较少。
由于构造上的关系,二冲程发动机的最大缺点是不易将废气自气缸内排除得较干净,并且在换气时减少了有效工作行程。
因此,在同样的工作容积和曲轴转速下,二冲程发动机的功率并不等于四冲程发动机的2倍,只等于1.5-1.6倍;
而且在换气时有一部分新鲜可燃混合气随同废气排出,因此二冲程发动机不如四冲程发动机经济。
由于上述的缺点,二冲程化油器式发动机在汽车上较少被采用。
但这种发动质量小、生产制造费用低,在摩托车、发电机组方面应用较多。
随着技术进步,目前电控喷射二冲程汽油发动机在汽车上开始应用。
二二行程柴油机的工作原理
二行程柴油机和二行程汽油机工作类似,所不同的是,柴油机进入气缸的不是可燃混合气,而是纯空气。
例如带有扫气泵的二行程柴油机工作过程如下:
活塞从下止点向上止点运动,行程开始前不久,进气孔和排气门均已开启,利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。
当活塞继续向上运动进气孔被关闭,排气门也关闭,空气受到压缩,当活塞接近上止点时,喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室,燃油和空气混合后燃烧,使气缸内压力增大。
活塞从上止点向下止点运动,开始时气体膨胀,推动活塞向下运动,对外作功,当活塞下行到大约2/3行程时,排气门开启,排出废气,气缸内压力降低,进气孔开启,进行换气,换气一直延续到活塞向上运动1/3行程进气孔关闭结束。
第四节多缸发动机的工作原理
前面介绍的是单缸发动机的工作过程,而现代汽车发动机都是多缸四行程发动机,那么,多缸四行程发动机与单缸四行程发动机的工作过程有什么区别呢?
就能量转换过程,发动机的每一个气缸和单缸机的工作过程是完全一样的,都要经过进气、压缩、作功和排气四个行程。
但是单缸发动机的四个行程中只有一个行程作功,其余三个行程不作功,即曲轴转两圈,只有半圈作功,所以运转平稳性较差,功率越大,平稳性就越差。
为了使运转平稳,单缸机一般都装有一个大飞轮。
而多缸发动机的作功行程是错开的,按照一定的工作顺序作功,即曲轴转两圈各缸交替作功,因此,运转平稳,振动小。
缸数越多,作功间隔角越小,同时参与作功的气缸越多,发动机运转越平稳。
多缸机使用最多的有四缸发动机,六缸发动机和八缸发动机。
看看广告,就会发现,不少厂家总拿发动机的汽缸数目和排列形式来说事,卖微型车的极力吹鼓他的车用的4缸机而非3缸,用V6发动机的一定要把V字弄得醒目惹眼。
广告宣传确实起到了很大效果,现在不少车迷认为“4缸比3缸好”、"
6缸比4缸好”、“V型比直列好”、“V型发动机是高级发动机”等概念。
现在国产车中已有近20种车装配了V6或V8型发动机
你有多少个汽缸战士?
单缸发动机的曲轴每转两周才能产生一次燃烧做功,这样它的声音听起来也不连续顺畅,听一听小排量摩托车的声音就知道了。
最为不能让人接受的是它的运转极不平稳,转速波动较大,而且单缸发动机的外形也不适合装在汽车上为此,现在的汽车上已见不到单缸发动机了,两缸机也不好找了,最少是3缸发动机。
国内生产的华利面包车、老款夏利车、吉利豪情和奥拓、福莱尔上,装的都是3缸机,1升以下的微型车上多用3缸机,1升至2升的发动机一般采用4缸或5缸机。
2升以上的发动机大多为6缸,4升以上的发动机使用8缸的占绝大多数。
在相同排量的情况下,增加汽缸数可以提高发动机的转速,从而可以提高发动机的输出功率。
另外,增加汽缸数可以使发动机运转更平稳,使其输出扭矩和输出功率更加稳定。
增加汽缸数可以使汽车更容易起动,加速响应性更好。
为了提高汽车的性能,必须增加汽缸数。
因此,豪华轿车、跑车、赛车等高性能汽车的汽缸数都在6缸以上,最多者已达到18缸。
但是,汽缸数的增加不能无限制。
因为随着汽缸数的增加,发动机的零部件数也成比例地增加,从而使发动机结构复杂,降低发动机的可靠性,增加发动机重量,提高制造成本和使用费用,增加燃料消耗,并使发动机的休积变
大因此,汽车发动机的汽缸数都是根据发动机的用途和性能要求,在权衡各种利弊之后做出的合适选择。
实际使用的发动机是个什么样子呢?
下面介绍发动机的总体构造。
第五节发动机的总体构造
发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。
无论是汽油机,还是柴油机;
无论是四行程发动机,还是二行程发动机;
无论是单缸发动机,还是多缸发动机。
要完成能量转换,实现工作循环,保证长时间连续正常工作,都必须具备以下一些机构和系统。
(1曲柄连杆机构
曲柄连杆机构是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件。
它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。
在作功行程中,
活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动,通过连杆转换成曲轴的旋转运动,并从曲轴对外输出动力。
而在进气、压缩和排气行程中,飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。
(2配气机构
配气机构
的功用是根据
发动机的工作
顺序和工作过
程,定时开启
和关闭进气门
和排气门,使
可燃混合气或
空气进入气
缸,并使废气
从气缸内排
出,实现换气
过程。
配气机
构大多采用顶置气门式配气机构,一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。
(3燃料供给系统
汽油机燃料供给系的功用是根据
发动机的要求,配制出一定数量和浓度
的混合气,供入气缸,并将燃烧后的废
气从气缸内排出到大气中去;
柴油机燃
料供给系的功用是把柴油和空气分别
供入气缸,在燃烧室内形成混合气并燃
烧,最后将燃烧后的废气排出。
(4润滑系统
润滑系的功用是向作相对运动的
零件表面输送定量的清洁润滑油,以实
现液体摩擦,减小摩擦阻力,减轻机件的磨损。
并对
零件表面进行清洗和冷却。
润滑系通常由润滑油道、
机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。
(5冷却系统
冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及
时散发出去,保证发动机在最适宜的温度状态下工
作。
水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风
扇、水箱、节温器等组成。
(7点火系统
在汽油机中,气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的,为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞,火花塞头部伸入燃烧室内。
能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系,点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。
(8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。
汽油机由以上大系统组成,即由曲柄连杆机构,配气机构、燃料供给系、润滑系、
冷却系、点火系和起动系组成;
柴
油机由以上两大机构和四大系统组成,即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成,柴油
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