第一章发动机的工作原理和总体构造

第一章发动机的工作原理和总体构造

§1.1发动机的分类

§1.2四冲程发动机工作原理

§1.2.1四冲程汽油机工作原理

一、现代汽车发动机的构造

现代汽车发动机的构造如图1-1,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。为了吸人新鲜气体和排除废气,设有进、排气系统等。

二、基本术语

1、工作循环

2、上、下止点

3、活塞行程

4、气缸工作容积

5、内燃机排量

6、燃烧室容积

7、气缸总容积

8、压缩比

9、工况

10、负荷率

三、四冲程汽油发动机的工作循环

图1-2为发动机示意图。

四冲程发动机的工作循环包括四个活塞行程,即进气行程、压缩行程、膨胀行程(作功行程和排气行程。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容积V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。四冲程汽油机的示功图如图1-3所示。

(1进气行程(图1-3a

化油器式汽油机将空气与燃料先在气缸外部的化油器中进行混合,形成可燃混合气后吸人气缸。

进气过程中,进气门开启,排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动,活塞上方的气缸容积增大,从而气缸内的压力降低到大气压以下,即在气缸内造成真空吸力。这样,可燃混合气使经进气管道和进气门被吸人气缸。

(2压缩行程(图1-3b

为使吸人气缸的可燃混合气能迅速燃烧,以产生较大的压力,从而使发动机发出较大功率,必须在燃烧前将可燃混合气压缩,使其容积缩小、密度加大、温度升高,故需要有压缩过程。在这个过程中,进、排气门全部关闭,曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程,称为压缩行程。在示功图上,压缩行程用曲线a c表示。

(3作功行程(图1-3c

在这个行程中,进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时,装在气缸盖上的火花塞即发出电火花,点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气燃烧后,放出大量的热能,其压力和温度迅速增加。高温、高压燃气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能。它除了用于维持发动机本身

继续运转而外,其余即用于对外作功。

(4排气行程(图1-3d

可燃混合气燃烧后生成的废气,必须从气缸中排除,以便进行下一个工作循环。

当膨胀接近终了时,排气门开启,靠废气的压力进行自由排气,活塞到达下止点后再向上止点移动时,继续将废气强制排到大气中。活塞到上止点附近时,排气行程结束。这一行程在示功图上用曲线b r表示。

§1.2.2四冲程柴油机工作原理

图1-4为四冲程柴油机示意图。

四冲程柴油机(压燃式发动机的每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油机的燃料是柴油,其粘度比汽油大,而其自燃温度却较汽油低,故可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。

1、柴油发动机的可燃混合气是在气缸内部形成的。

2、柴油发动机是自燃式。

由于柴油机的压缩比高(一般为16~22,所以压缩终了时气缸内的空气压力可达3·5~4.5M P a,同时温度高达750~10O O K,大大超过柴油的自燃温度。因此,柴油喷人气缸后,在很短时间内与空气混合便立即自行发火燃烧。

3、柴油机与汽油机的比较

汽油机

优点:具有转速高,质量小、工作噪

声小、起动容易、制造和维修

费用低等特点;

缺点:燃油消耗率高,燃油经济性差。

应用:用在轿车和轻型货车及越野车

柴油机

优点:燃油消耗率低,且柴油价格较

低,所以燃油经济性好。

缺点:转速较汽油机低、质量大、制

造和维修费用高。

应用:应用越来越广泛。

§1.2.3四冲程发动机工作循环总结

1、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。

缺点:发动机运转就不平稳

改正措施:采用多缸发动机

2、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。

优点:气缸数越多,发动机的工作越平稳。

缺点:一般将使成结构复杂,尺寸及质量增加。

§1.3二冲程发动机工作原理

§1.3.1二冲程汽油机工作原理

1、定义

二冲程发动机的工作循环是在两个活塞行程内,即曲轴旋转一周的时间内完成的。

2、在二冲程发动机内,一个工作循环所包含的两个行程是:

(1第一行程

活塞自下止点向上移动,事先已充人活塞上方气缸内的混合气被压缩,新的可燃混合气又自化油器被吸人活塞下方的曲轴箱内。

(2第二行程

活塞自上止点向下移动,活塞上方进行着作功过程和换气过程。

3、二冲程发动机示功图

图1-6,它的工作循环如下:

活塞由下止点向上止点运动,当将排气孔(a点关闭时,压缩过程开始。到上止点前开始点火(或喷油燃烧,缸内压力迅速增高,c~f段即燃烧过程。接着活塞下行膨胀作功,一直到b点,排气孔被打开,开始排气。此时,缸内压力较高,一般为0·3-0·6M P a,故废气以声速从缸内排出,压力迅速下降。当活塞继续下移将换气孔打开,曲轴箱内的新鲜可燃混合气(或空气进人气缸。

§1.3.2二冲程柴油机工作原理

§1.4发动机的总体构造

发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器。现代汽车发动机的结构形具体构造也是各种各样的。

以C A l040系列轻型货车用的C A488Q型发动机为例,介绍四冲程汽油

机的一般构造(图1-8见书后。

(1机体组

构成:包括气缸盖、气缸体及油底壳。

作用:作为发动机各机构、各系统的装配基体,承受高温、高压。

(2曲柄连杆机构

构成:包括活塞、连杆、带有飞轮的曲轴等。

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。

(3配气机构

构成:包括迸气门、排气门、摇臂、气门间隙调节器、凸轮轴以及凸轮轴定时带轮。

作用:使可燃混合气及时充人气缸并及时从气缸排出废气

(4供给系

构成:包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器等。

作用:把汽油和空气混合成成分合适的可燃混合气供入气缸,以供燃烧,并将燃烧生成的废气排出发动机。

(5点火系

构成:包括供给低压电流的蓄电池和发电机以及分电器、点火线圈与火花塞等。

作用:保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。

(6冷却系

构成:包括水泵、散热器、风扇、分水管以及气缸体和气缸盖里铸出的空腔-水套等。

作用:把受热机件的热量散到大气中去,以保证发动机正常工作。

(7润滑系

构成:机油泵、机油集滤器、限压阀、润滑油道、机油滤清器等

作用:将润滑油供给作相对运动的零件,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。

(8起动系

构成:起动机及其附属装置

作用:用以使静止的发动机起动并转人自行运转。

§1.5发动主要性能指标与特性

发动机的主要性能指标有动力性指标(有效转矩、有效功率、转速等,经济性指标(燃油消耗率,运转性能指标(排气品质、噪声和起动性能等。

一、动力性指标

1、有效转矩

发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩,以T e表示,单位为N·m。

2、有效功率

发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率,用P e表示,单位为k W。

二、经济性指标

发动机每发出l k W有效功率,在l h内所消耗的燃油质量,称为燃油消耗率,用b e表示。很明显,燃油消耗率越低,经济性越好。

三、发动机的运转性能指标

发动机的运转性能指标主要指排气品质、噪声、起动性等。

1、排气品质

发动机的排气中含有对人体有害的物质,主要有氮氧化合物(N O,、碳氢化合物(H C和一氧化碳(C(D等以及排气颗粒。它对大气的污染已形成公害。为此,各国采取了许多对策,并制定相应的控制法规。

2、噪声

汽车是城市主要的噪声源之一,发动机又是汽车的主要噪声源,故必须给予控制。

3、起动性能

起动性能好的发动机在一定温度下能可靠发动,起动迅速,起动消耗的功率小,起动期磨损少。

四、发动机的速度特性

发动机速度特性:发动机的速度特性指发动机的功率、转矩和燃油消耗率三者随曲轴转速变化的规律。

测量:可以通过发动机在试验台上进行试验求得。

发动机外特性:如果改变节气门开度可得到不同组特性,当节气门到最大时所得到的发动机的速度特性。

作用:发动机外特性代表了发动机所具有的最高动力性能。

五、发动机工作工况

发动机工作工况一般是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征。

§1.6内燃机产品名称和型号编制规则型号编制示例:

1、柴油机

(1165F单缸、四冲程、缸径65m m、风冷、通用型。

(2R175A单缸、四冲程、缸径75m m、水冷、通用型(R 表示175产品换代符号,A

为系列产品改进的区分符号。

(3R175N D单缸、四冲程、缸径75m m、凝汽冷却、发电机组

用(R含义同上。

(4495T四缸、直列、四冲程、缸径》5m m、水冷、拖拉机用。

(5l2V135Z G12缸、V形、四冲程、缸径135m m、水冷增压、工程机械用。

2、汽油机

(1l E65F单缸、二冲程、缸径65m m、风冷、通用型。

(24100Q四缸、四冲程、缸径100m m]、水冷、汽车用。