陈家瑞汽车构造课件内燃机的基本工作原.ppt

第二章第二章 内燃机的基本工作原内燃机的基本工作原理及总体构造理及总体构造本章主要内容：本章主要内容：1、有关汽车发动机的名词术语、有关汽车发动机的名词术语2、四冲程内燃机的工作原理、四冲程内燃机的工作原理3、二冲程内燃机的工作原理、二冲程内燃机的工作原理4、汽车发动机的总体构造、汽车发动机的总体构造第一节第一节 四冲程发动机的工作原理四冲程发动机的工作原理一、内燃机的基本名词术语一、内燃机的基本名词术语1、上止点（下止点）、上止点（下止点）定定义义：活活塞塞顶顶离离曲曲轴轴旋旋转转中中心心最最远远（近近)处处。即活塞的最高（低）位置。即活塞的最高（低）位置。2、活塞冲程、活塞冲程S定义：定义：活塞上、下止点之间的距离。活塞上、下止点之间的距离。若曲柄半径为若曲柄半径为R，则：，则：S2R3、气缸工作容积（气缸排量）、气缸工作容积（气缸排量）Vs定义：定义：活塞从上止点到下止点所扫过的容积。活塞从上止点到下止点所扫过的容积。定义式：定义式：Vs=（/4）D2S常常作作为为表表征征内内燃燃机机尺尺寸寸大大小小及及动动力力性性能能的的主主要要结结构参数之一。构参数之一。4、发动机排量（发动机工作容积）、发动机排量（发动机工作容积）VL定义：定义：发动机各气缸工作容积的总和。发动机各气缸工作容积的总和。定义式：定义式：VLVs*ii:发动机气缸数。发动机气缸数。5、燃烧室容积、燃烧室容积Vc定义：定义：活塞在上止点时，活塞顶以上的空间容积活塞在上止点时，活塞顶以上的空间容积。6、气缸总容积气缸总容积Va定义：定义：活塞在下止点时，活塞顶以上的空间容积。活塞在下止点时，活塞顶以上的空间容积。定义式：定义式：VaVsVc7、压缩比、压缩比c定定义义：压压缩缩前前气气缸缸中中气气体体的的最最大大容容积积与与压压缩缩后后的的最小容积之比。最小容积之比。定义式：定义式：cVa/Vc物物理理意意义义：表表示示气气缸缸内内气气体体被被压压缩缩的的倍倍数数或或燃燃气气燃烧后膨胀的倍数。是发动机的重要性能参数。燃烧后膨胀的倍数。是发动机的重要性能参数。柴油机柴油机c：1422汽油机汽油机c：69（轿车有的达到（轿车有的达到911）二、单缸四冲程汽油机的工作原理二、单缸四冲程汽油机的工作原理1、进气冲程进气冲程活塞：活塞：从上止点移动到下止点从上止点移动到下止点气门：气门：进气门打开，排气门关闭进气门打开，排气门关闭曲轴：曲轴：旋转从旋转从0A180A进气终了压力：进气终了压力：pde0.0750.09Mpa进气终了温度：进气终了温度：Tde370400K2、压缩冲程压缩冲程活塞：活塞：从下止点移动到上止点从下止点移动到上止点气门：气门：进气门关闭，排气门关闭进气门关闭，排气门关闭曲轴：曲轴：旋转从旋转从180A360A压缩终了压力：压缩终了压力：pco0.82.0Mpa压缩终了温度：压缩终了温度：Tco600700K爆爆燃燃：由由于于气气体体压压力力和和温温度度过过高高，在在燃燃烧烧室室内内离离点点燃燃中中心心较较远远处处的的末末端端可可燃燃混混合合气气自自燃燃而而造造成成的的一一种不正常燃烧。种不正常燃烧。后后果果：轻轻微微爆爆燃燃，发发动动机机功功率率有有所所升升高高；但但过过度度，则则会会使使发发动动机机过过热热，功功率率下下降降，经经济济性性变变差差，零零件寿命下降等。件寿命下降等。现象：现象：发生爆燃时，有尖锐的金属敲击声传出。发生爆燃时，有尖锐的金属敲击声传出。表表面面点点火火：由由燃燃烧烧室室内内炽炽热热表表面面（如如排排气气门门头头、火火花花塞塞电电极极、积积碳碳）点点燃燃混混合合气气产产生生的的另另一一种种不不正正常燃烧。常燃烧。后果：后果：发动机的性能下降，零部件寿命降低。发动机的性能下降，零部件寿命降低。现象：现象：发生表面点火时，有沉闷的敲击声传出。发生表面点火时，有沉闷的敲击声传出。3、做功冲程做功冲程活塞：活塞：从上止点移动到下止点从上止点移动到下止点气门：气门：进气门关闭，排气门关闭进气门关闭，排气门关闭曲轴：曲轴：旋转从旋转从360A540A最高压力：最高压力：pmax3.06.5Mpa最高温度：最高温度：Tmax22002800K膨胀终了压力：膨胀终了压力：pex0.30.6Mpa膨胀终了温度：膨胀终了温度：Tex12001500K4、排气冲程排气冲程活塞：活塞：从下止点移动到上止点从下止点移动到上止点气门：气门：进气门关闭，排气门开启进气门关闭，排气门开启曲轴：曲轴：旋转从旋转从540A720A排气终了气体压力（残余废气压力）：排气终了气体压力（残余废气压力）：pr0.1050.115Mpa排气终了气体温度（残余废气温度）：排气终了气体温度（残余废气温度）：Tr9001100K二、单缸四冲程二、单缸四冲程柴油机柴油机的工作原理的工作原理1、进气冲程、进气冲程与汽油机主要区别：与汽油机主要区别：进入气缸的是纯空气进入气缸的是纯空气。进气终了压力：进气终了压力：pde0.080.09Mpa进气终了温度：进气终了温度：Tde340380K2、压缩冲程、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，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：压缩终了压力：pco3.05.0Mpa压缩终了温度：压缩终了温度：Tco7501000K3、做功冲程、做功冲程柴柴油油机机由由于于是是边边喷喷油油、边边混混合合、边边燃燃烧烧，所所以以，所所以以最最开开始始虽虽然然活活塞塞有有所所下下行行，但气缸内的压力基本不变。但气缸内的压力基本不变。最高压力：最高压力：pmax4.59Mpa最高温度：最高温度：Tmax18002500K膨胀终了压力：膨胀终了压力：pex0.20.5Mpa膨胀终了温度：膨胀终了温度：Tex10001200K4、排气冲程、排气冲程排气终了气体压力：排气终了气体压力：pr0.1050.12Mpa排气终了气体温度：排气终了气体温度：Tr700900K四冲程汽油机、柴油机缸内压力、温度比较四冲程汽油机、柴油机缸内压力、温度比较（p：Mpa；T：K）汽油机柴油机 进 气pde0.0750.090.080.09Tde370400340380 压 缩pco0.61.23.05.0Tco6007007501000 做 功pmax3.06.54.59Tmax2200280018002500pex0.30.60.20.5Tex1200150010001200 排 气 pr0.1050.1150.1050.12 Tr9001100700900三、四冲程汽油机、柴油机特点比较三、四冲程汽油机、柴油机特点比较1、由由于于柴柴油油机机压压缩缩比比较较高高，燃燃料料燃燃烧烧非非常常完完全全，所以柴油机的有效热效率好，经济性好。所以柴油机的有效热效率好，经济性好。汽油机：汽油机：be=270325g/(kw.h)柴油机柴油机:be=214285g/(kw.h)2、柴柴油油机机无无点点火火系系，所所以以故故障障少少些些，易易保保养养。但但柴柴油油机机有有高高精精度度零零件件如如喷喷油油泵泵、喷喷油油器器等等，其成本较高，并且加工较难。其成本较高，并且加工较难。3、柴柴油油机机最最高高爆爆发发压压力力高高，所所以以对对发发动动机机的的零零部件强度要求高，这样导致柴油机笨重。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柴油机转速低于汽油机原因：原因：1）由于柴油机的压缩比高，所以其）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。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）汽油机可燃混合气的混合时间和质量优于柴油机。质量优于柴油机。5、柴油机运转噪音高，但有害气体的排柴油机运转噪音高，但有害气体的排放优于汽油机，而微粒排放较高。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。柴油机启动困难，汽油机易启动。第二节第二节 二冲程内燃机的工作原理二冲程内燃机的工作原理二冲程内燃机：二冲程内燃机：一、结构介绍一、结构介绍1、换气机构（气孔、气阀）换气机构（气孔、气阀）2、曲轴箱扫气、扫气泵扫气曲轴箱扫气、扫气泵扫气3、活塞顶部为凸顶，以引导气流扫气活塞顶部为凸顶，以引导气流扫气4、活塞裙部较长，有缺口等活塞裙部较长，有缺口等二、二冲程汽油机的工作原理二、二冲程汽油机的工作原理（一）（一）结构介绍结构介绍（二）工作原理（二）工作原理1、第一冲程、第一冲程活塞：活塞：从下止点到上止点从下止点到上止点活活塞塞上上方方：换换气气；三三孔孔关关闭闭后后，压压缩缩可可燃燃混混合气合气活塞下方：活塞下方：新鲜混合气由进气口进入曲轴箱新鲜混合气由进气口进入曲轴箱曲轴：曲轴：旋转从旋转从0A180A2、第二冲程、第二冲程活塞：活塞：从上止点到下止点从上止点到下止点活活塞塞上上方方：可可燃燃混混合合气气燃燃烧烧膨膨胀胀做做功功；排排气气口露出后排气；扫气口露出后开始扫气。口露出后排气；扫气口露出后开始扫气。活活塞塞下下方方：进进气气口口被被下下移移地地活活塞塞关关闭闭后后新新鲜鲜混混合合气气被被下下移移的的活活塞塞预预压压缩缩，扫扫气气口口露露出出后后，被被预预压压缩缩的的新新鲜鲜气气体体经经过过扫扫气气口口进进入入活塞上方的气缸内。活塞上方的气缸内。曲轴：曲轴：旋转从旋转从180A360A示功图示功图：三、二冲程柴油机的工作原理三、二冲程柴油机的工作原理（一）（一）结构介绍结构介绍1、有排气阀，无排气口。有排气阀，无排气口。2、进进气气口口设设置置在在气气缸缸上上部部，进进气气口口和和扫气口为同一气口。扫气口为同一气口。3、通过扫气泵扫气。通过扫气泵扫气。（二）工作原理（二）工作原理第一冲程：第一冲程：活塞从下止点到上止点。活塞从下止点到上止点。最最开开始始，通通过过扫扫气气泵泵换换气气；当当进进气气口口被被关关闭闭后后，对对进进入入到到气气缸缸内内的的空空气气进进行行压压缩缩；快快到到上上止止点点时时喷喷油油器器喷喷油油入入燃燃烧烧室室，油油气气混混合自燃起来。合自燃起来。第二冲程：第二冲程：活塞从上止点到下止点。活塞从上止点到下止点。气气缸缸内内的的燃燃气气燃燃烧烧膨膨胀胀做做功功；活活塞塞下下移移排排气气阀阀打打开开排排气气；露露出出扫扫气气孔孔后后开开始始利利用用扫扫气气泵将新鲜空气扫入气缸进行扫气。泵将新鲜空气扫入气缸进行扫气。四四、二二冲冲程程汽汽油油机机的的优优缺缺点点（同同四四冲冲程程汽汽油油机相比较）机相比较）（一）优点：（一）优点：1、从从工工作作原原理理上上来来讲讲，在在发发动动机机排排量量和和转转速速相相同同的的前前提提下下，二二冲冲程程发发动动机机的的功功率率理理论论上上是四冲程发动机的是四冲程发动机的2倍。倍。2、由由于于二二冲冲程程发发动动机机的的做做功功频频率率比比较较高高，所所以发动机运转比较平稳。以发动机运转比较平稳。3、无无专专门门的的换换气气机机构构，所所以以结结构构简简单单，质质量量小。小。4、由于附属机构少，所以使用、维护很方便。由于附属机构少，所以使用、维护很方便。所以摩托车上多用。所以摩托车上多用。（二）缺点：（二）缺点：1、废气不易排除干净。废气不易排除干净。2、换气时减少了有效工作行程。换气时减少了有效工作行程。3、部部分分新新鲜鲜可可燃燃混混合合气气随随废废气气排排出出，使能源浪费，经济性下降。使能源浪费，经济性下降。4、同时造成环境污染。同时造成环境污染。第三节第三节 发动机主要性能指标与特性发动机主要性能指标与特性一、主要性能指标一、主要性能指标（一）动力性指标（一）动力性指标1、有效转矩、有效转矩Ttq（N.M）定义：定义：发动机通过飞轮对外输出的转矩。发动机通过飞轮对外输出的转矩。由由测测功功机机测测得得。其其值值与与发发动动机机曲曲轴轴所所受受到到的的阻阻力力矩相等。矩相等。2、发动机转速、发动机转速n（r/min）由转速表直接读取。由转速表直接读取。3、有效功率、有效功率Pe（KW）定义：定义：发动机通过飞轮对外输出的功率。发动机通过飞轮对外输出的功率。计算式：计算式：PeTtq*2n/60*10-3Ttq*n/9550（二）经济性指标（二）经济性指标1、有效燃油消耗率、有效燃油消耗率be定定义义：发发动动机机每每发发出出1KW有有效效功功率率，在在1h内内所所消消耗耗的燃油质量（以的燃油质量（以g为单位）。为单位）。定义式：定义式：beB/Pe*103（g/KW.h）其其中中B：发发动动机机在在单单位位时时间间内内的的耗耗油油量量（kg/h）,可在实验中测得。可在实验中测得。（三）发动机的运转性能指标（三）发动机的运转性能指标1、排气品质、排气品质2、噪声、噪声3、启动性、启动性二、发动机的速度特性二、发动机的速度特性（一）定义（一）定义1、发发动动机机特特性性：发发动动机机的的性性能能是是随随着着许许多多因因素素而变化的，其变化规律称为发动机的特性。而变化的，其变化规律称为发动机的特性。2、发发动动机机的的速速度度特特性性：发发动动机机油油门门开开度度不不变变，发发动动机机的的性性能能指指标标（如如发发动动机机的的功功率率、转转矩矩、有有效效燃燃油油消消耗耗率率等等）随随着着曲曲轴轴转转速速变变化化的的规规律。律。3、发发动动机机的的外外特特性性：发发动动机机油油门门全全开开，发发动动机机的的性性能能指指标标（如如发发动动机机的的功功率率、转转矩矩、有有效效燃燃油油消消耗耗率率等等）随随着着曲曲轴轴转转速速变变化化的的规规律律。又称为发动机的总功率特性。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）（二）速度特性制取步骤（汽油机为例）1）发发动动机机预预热热，将将点点火火提提前前角角、水水温温（8095）、油温（油温（80左右）保持最佳。左右）保持最佳。2）将将油油门门固固定定在在某某一一位位置置后后，先先将将发发动动机机满满负负荷荷稳稳定定运运转转在在最最低低转转速速处处，此此时时即即为为试试验验的的起起点点。记记录录耗耗一定量燃油所需要的时间、测功器读数、转速。一定量燃油所需要的时间、测功器读数、转速。3）依依次次减减少少发发动动机机负负荷荷，使使其其转转速速增增加加，根根据据发发动动机机所所选选择择的的转转速速间间隔隔，使使发发动动机机稳稳定定工工作作在在某某一一转转速速处处，再再进进行行此此时时数数据据记记录录。如如此此试试验验几几个个点点，到到发发动机功率开始下降为止。动机功率开始下降为止。4）在在坐坐标标上上描描点点。（横横坐坐标标发发动动机机曲曲轴轴转转速速，纵纵坐坐标标为发动机的功率、转矩、有效燃油消耗率等）为发动机的功率、转矩、有效燃油消耗率等）（三）发动机外特性（三）发动机外特性曲线曲线。分分析析：此此特特性性代代表表了了发发动动机机所所具具有有的的最最高高动动力力性能。性能。1、可可以以从从此此曲曲线线上上找找出出发发动动机机所所能能发发出出的的最最高高功率和最高转矩及其相应转速。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最高转矩和最高功率所对应的转速不同3、发发动动机机的的最最低低燃燃油油消消耗耗率率并并不不是是出出现现在在最最高高功功率率或或最最高高转转矩矩对对应应的的转转速速下下，此此说说明明发发动动机机的的最最高高动动力力性性与与最最好好经经济济性性不不能能兼兼得得。最最低低燃燃油油消消耗耗率率所所对对应应的的转转速速介介于于最最高高功功率率和和转矩对应的转速之间。转矩对应的转速之间。（四）发动机工作状况（四）发动机工作状况发发动动机机工工作作状状况况(简简称称发发动动机机工工况况):一一般般用用发发动动机机的的功功率率与与曲曲轴轴转转速速来来表表示示；有有时时也也用用负负荷与发动机曲轴转速来表示。荷与发动机曲轴转速来表示。发发动动机机在在某某一一转转速速下下的的负负荷荷：就就是是当当时时发发动动机机发发出出的的功功率率与与同同一一转转速速下下所所可可能能发发出出的的最最大功率之比。以百分数表示。大功率之比。以百分数表示。注意：注意：负荷与功率不是同一概念。负荷与功率不是同一概念。第四节第四节 发动机的总体构造发动机的总体构造CA488Q为例（传统的化油器式汽油机）：为例（传统的化油器式汽油机）：一、机体组一、机体组作用：作用：组成：气缸盖、气缸体、油底壳等组成：气缸盖、气缸体、油底壳等二、曲柄连杆机构二、曲柄连杆机构作用：作用：组成：活塞、连杆、曲轴、飞轮等组成：活塞、连杆、曲轴、飞轮等三、配气机构三、配气机构作用：作用：组成：进（排）气门、摇臂、凸轮轴等组成：进（排）气门、摇臂、凸轮轴等四、供给系四、供给系作用：作用：组成：汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器等组成：汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器等五、点火系五、点火系作用：作用：组成：蓄电池、发电机、火花塞、分电器等组成：蓄电池、发电机、火花塞、分电器等六、冷却系六、冷却系作用：作用：组成：水泵、水箱、风扇、节温器等组成：水泵、水箱、风扇、节温器等七、润滑系七、润滑系作用：作用：组成：机油泵、机油滤清器、润滑油道等组成：机油泵、机油滤清器、润滑油道等八、起动系八、起动系作用：作用：组成：起动机及其附属组成：起动机及其附属装置装置第五节第五节 内燃机产品名称和型号编制规则内燃机产品名称和型号编制规则按照按照GB72591制定制定