第1章 发动机的总体构造和工作原理ppt课件.ppt
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1、第1章 发动机的总体构造和工作原理汽车发动机构造与维修汽车发动机构造与维修李庆军李庆军 主编主编第第1章章 发动机的总体构造和工作原理发动机的总体构造和工作原理第第2章章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构第第3章章 内燃机的配气机构内燃机的配气机构第第4章章 汽油喷射式燃料供给系汽油喷射式燃料供给系第第5章章 柴油机燃料供给系柴油机燃料供给系第第6章章 冷却系、润滑系的构造与维修冷却系、润滑系的构造与维修第第7章章 发动机总装发动机总装第第8章章 发动机综合故障诊断发动机综合故障诊断第第1章章 发动机的总体构造和工作原理发动机的总体构造和工作原理中国铁道出版社中国铁道出版社1. 发动机定义发动机定义
2、内燃机是将液体和气体燃料与空气混合后在内内燃机是将液体和气体燃料与空气混合后在内燃机内燃烧而产生热能,再将热能转化为机械能的燃机内燃烧而产生热能,再将热能转化为机械能的机械。现代拖拉机汽车多采用往复活塞式内燃机。机械。现代拖拉机汽车多采用往复活塞式内燃机。这种发动机具有热效率高、结构紧凑、体积小、便这种发动机具有热效率高、结构紧凑、体积小、便于拆装、起动性能良好等优点。于拆装、起动性能良好等优点。1.1发动机的定义与分类发动机的定义与分类2. 发动机分类发动机分类按使用燃料不同分按使用燃料不同分按工作循环分按工作循环分按冷却方式分按冷却方式分按气门布置位置分按气门布置位置分按气缸排列方式分按气
3、缸排列方式分按气缸数目分按气缸数目分汽油机汽油机柴油机柴油机四冲程发动机四冲程发动机二冲程发动机二冲程发动机水冷式发动机水冷式发动机风冷式发动机风冷式发动机顶置气门式发动机顶置气门式发动机侧置气门式发动机侧置气门式发动机直列式发动机直列式发动机单缸发动机单缸发动机多缸发动机多缸发动机发发 动动 机机 分分 分分 类类V型和对置式发动机型和对置式发动机燃气机燃气机1.2 四冲程发动机的工作原理四冲程发动机的工作原理 柴油机发动机主要包括曲柄连杆机构、柴油机发动机主要包括曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却配气机构、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统和起动系统等组成。汽油发动机多了点
4、系统和起动系统等组成。汽油发动机多了点火系统。火系统。1.2.1 发动机的一般构造和基本名词术发动机的一般构造和基本名词术语语1.发动机的一般构造发动机的一般构造2. 基本名词术语基本名词术语 上止点:上止点: 指活塞在气缸内运动,其活塞指活塞在气缸内运动,其活塞顶部达到最高点处的位置,称为上顶部达到最高点处的位置,称为上止点。即活塞顶部距离曲轴回转中止点。即活塞顶部距离曲轴回转中心最远处心最远处。 下止点:下止点: 指活塞在气缸内运动,其活塞顶指活塞在气缸内运动,其活塞顶部达到最低点处的位置,称为下止点部达到最低点处的位置,称为下止点。即活塞顶部距离曲轴的回转中心最。即活塞顶部距离曲轴的回转
5、中心最近处。近处。 活塞冲程:活塞冲程: 活塞在气缸内运动,其上、下止点活塞在气缸内运动,其上、下止点间的距离,称为活塞冲程,用间的距离,称为活塞冲程,用S来表示。来表示。 曲柄半径:曲柄半径: 曲轴连杆轴颈的轴心线到主轴颈轴曲轴连杆轴颈的轴心线到主轴颈轴心线的距离,称为曲柄半径,用心线的距离,称为曲柄半径,用R来表来表示。活塞行程的大小取决于曲柄半径示。活塞行程的大小取决于曲柄半径,其关系为:活塞行程,其关系为:活塞行程S等于曲柄半径等于曲柄半径R的的2倍,即倍,即S=2R。 活塞在下止点时,活塞顶上方空活塞在下止点时,活塞顶上方空间的容积,称为气缸总容积,用间的容积,称为气缸总容积,用Va
6、表示。表示。 燃烧室容积:燃烧室容积: 活塞在上止点时,活塞顶与气缸盖活塞在上止点时,活塞顶与气缸盖之间的容积,称为燃烧室容积,用之间的容积,称为燃烧室容积,用VcVc表示。表示。 气缸总容积:气缸总容积: 气缸工作容积:气缸工作容积: 活塞从上止点移动到下止点或由活塞从上止点移动到下止点或由下止点移动到上止点时活塞所扫过的下止点移动到上止点时活塞所扫过的空间容积,用空间容积,用Vh表示。表示。 压缩比:压缩比: 气缸总容积与燃烧室容积的比值气缸总容积与燃烧室容积的比值,用,用表示,表示,=Va/Vc。压缩比是表示。压缩比是表示气缸内气体被压缩程度的指标。压缩气缸内气体被压缩程度的指标。压缩比
7、越大,压缩终了时,气缸内的气体比越大,压缩终了时,气缸内的气体压力越大温度越高。压力越大温度越高。 内燃机排量:内燃机排量: 多缸机气缸工作容积之和称为排量,用多缸机气缸工作容积之和称为排量,用VL表示,表示,VL=iVh,i为气缸数为气缸数10、工作循环:、工作循环: 内燃机每完成一个吸气、压缩、作功内燃机每完成一个吸气、压缩、作功和排气工作过程,称为工作循环。和排气工作过程,称为工作循环。 11、二冲程内燃机:、二冲程内燃机:曲轴每转一圈完成一个工作循环的内燃机。曲轴每转一圈完成一个工作循环的内燃机。12、四冲程内燃机:、四冲程内燃机:曲轴每转两圈完成一个工作循环的内燃机。曲轴每转两圈完成
8、一个工作循环的内燃机。 13、工况:、工况: 指内燃机在某一时刻所处的工作指内燃机在某一时刻所处的工作状况。状况。 一般用内燃机的转速和负荷来一般用内燃机的转速和负荷来表示。表示。 为使发动机产生动力,必须先将燃料和为使发动机产生动力,必须先将燃料和空气供入气缸,经点火后使之燃烧产生热,空气供入气缸,经点火后使之燃烧产生热,以气体为工作介质推动活塞,通过连杆使曲以气体为工作介质推动活塞,通过连杆使曲轴旋转,使热能转化为机械能,最后将燃烧轴旋转,使热能转化为机械能,最后将燃烧后的废气排出气缸。至此,发动机完成一个后的废气排出气缸。至此,发动机完成一个工作循环。此循环周而复始地进行,发动机工作循环
9、。此循环周而复始地进行,发动机便产生连续的动力。便产生连续的动力。1.2.2 单缸四冲程汽油机的工作原理单缸四冲程汽油机的工作原理 活塞在气缸内往复四个行程:活塞在气缸内往复四个行程:(1) 进气行程进气行程 进气门打开,排气门关闭,通过曲轴进气门打开,排气门关闭,通过曲轴旋转带动活塞从上止点向下止点运动,气旋转带动活塞从上止点向下止点运动,气缸内容积增大,压力降低而形成真空,将缸内容积增大,压力降低而形成真空,将可燃混合气吸入气缸。可燃混合气吸入气缸。1-排气门排气门 2-火花塞火花塞 3-进气门进气门 4-气缸气缸 5-活塞活塞 6-连杆连杆 7-曲轴曲轴四冲程汽油机工作原理图四冲程汽油机
10、工作原理图(2) 压缩行程压缩行程 压缩行程如图压缩行程如图b所示。为使吸入缸内的所示。为使吸入缸内的混合气迅速燃烧,释放出更多的热量,使发混合气迅速燃烧,释放出更多的热量,使发动机发出更大的功率,必须在混合气燃烧前动机发出更大的功率,必须在混合气燃烧前对其进行压缩,使其容积变小、温度升高。对其进行压缩,使其容积变小、温度升高。为此,进气终前便进入压缩行程。为此,进气终前便进入压缩行程。(3) 作功行程作功行程 在压缩行程接近终了时,火花塞产生电在压缩行程接近终了时,火花塞产生电火花点燃混合气,此时进、排气门仍关闭。火花点燃混合气,此时进、排气门仍关闭。混合气的迅速燃烧,使缸内气体温度和压力混
11、合气的迅速燃烧,使缸内气体温度和压力迅速升高,最高压力可达迅速升高,最高压力可达5 MPa9 MPa,最高温度可达最高温度可达2200K 2800K。在高温高压。在高温高压气体的作用力推动下,活塞向下止点运动,气体的作用力推动下,活塞向下止点运动,活塞下移通过连杆使曲轴旋转运动,产生转活塞下移通过连杆使曲轴旋转运动,产生转矩而作功。矩而作功。 (4) 排气行程排气行程 混合气燃烧后成为废气,应从气缸混合气燃烧后成为废气,应从气缸内排出,以便下一个工作循环得以进行内排出,以便下一个工作循环得以进行。至此发动机完成一个工作循环,接着。至此发动机完成一个工作循环,接着又开始了下一个工作循环又开始了下
12、一个工作循环。 四冲程柴油机(压燃式发动机)和汽油四冲程柴油机(压燃式发动机)和汽油机一样,每一个工作循环也需经历进气行程机一样,每一个工作循环也需经历进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程。但由于、压缩行程、作功行程和排气行程。但由于柴油机用的燃料是柴油,其黏度比汽油大,柴油机用的燃料是柴油,其黏度比汽油大,不易蒸发,自燃温度却比汽油低,故可燃混不易蒸发,自燃温度却比汽油低,故可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同,故合气的形成及点火方式都与汽油机不同,故采用压燃式。采用压燃式。1.2.3 单缸四冲程柴油机的工作原理单缸四冲程柴油机的工作原理 进气行程如图进气行程如图1-4a)所示。它不同
13、)所示。它不同于汽油机的是进入气缸的不是可燃混合于汽油机的是进入气缸的不是可燃混合气,而是纯空气。气,而是纯空气。(1) 进气行程进气行程 (2) 压缩行程压缩行程 压缩行程如图压缩行程如图1-4b)所示。不同于汽)所示。不同于汽油机的是压缩的是纯空气,且由于柴油机油机的是压缩的是纯空气,且由于柴油机压缩比高,压缩终了时的温度和压力都比压缩比高,压缩终了时的温度和压力都比汽油机高,压力可达汽油机高,压力可达3MPa5MPa,温度,温度可达可达800K1000K。(3) 作功行程作功行程 作功行程如图作功行程如图1-4c)所示。此行程与)所示。此行程与汽油机有很大的差异,第一阶段,在柴油汽油机有
14、很大的差异,第一阶段,在柴油机压缩行程终了前,喷油泵使柴油产生高机压缩行程终了前,喷油泵使柴油产生高压经喷油器呈雾状喷入气缸内与高温、高压经喷油器呈雾状喷入气缸内与高温、高压的空气迅速气化形成混合气,压的空气迅速气化形成混合气, 此时气缸内的温度远远高于柴油的此时气缸内的温度远远高于柴油的自燃温度(约自燃温度(约500K左右),柴油便立即左右),柴油便立即自行着火燃烧,由于喷油的持续自行着火燃烧,由于喷油的持续,致使第致使第二阶段,边喷油边燃烧,气缸内压力、二阶段,边喷油边燃烧,气缸内压力、温度急剧升高,推动活塞下行作功。温度急剧升高,推动活塞下行作功。图图141-喷油器喷油器 2-排气门排气
15、门 3-进气门进气门 4-气缸气缸 5-喷油泵喷油泵 6-活塞活塞 7-连杆连杆 8-曲轴曲轴图图1-4 四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理作功行程时作功行程时瞬时压力可达瞬时压力可达510 MPa瞬时温度可达瞬时温度可达1800K2200K作功终了时压力约为作功终了时压力约为0.2MPa0.4MPa温度约为温度约为1200K1500K排气终了时气缸排气终了时气缸温度为温度为800K1000K(4)排气行程排气行程排气行程如图排气行程如图1-4d)所示,与汽油机基本相同)所示,与汽油机基本相同排气终了时气缸压力为排气终了时气缸压力为0.105MPa0.125MPa其余两个行程进、排气门均
16、关闭其余两个行程进、排气门均关闭四冲程发动机工作特点四冲程发动机工作特点:(1)每一个工作循环,曲轴转两圈)每一个工作循环,曲轴转两圈 720每一个行程曲轴转半圈每一个行程曲轴转半圈 180进气行程是进气门开启进气行程是进气门开启排气行程是排气门开启排气行程是排气门开启只有作功行程对曲轴产生旋转动力只有作功行程对曲轴产生旋转动力其他三个行程是作功行程的辅助行程其他三个行程是作功行程的辅助行程没有辅助行程就没有作功行程没有辅助行程就没有作功行程(2)四个行程中)四个行程中(3)在发动机开始运转时)在发动机开始运转时必须有外力使曲轴旋转完成进气压缩必须有外力使曲轴旋转完成进气压缩(火花塞点火)着火
17、后(火花塞点火)着火后完成作功行程完成作功行程 依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自行依靠曲轴和飞轮贮存的能量便可自行完成以后的行程完成以后的行程以后的工作循环无需外力就可以自行完成。以后的工作循环无需外力就可以自行完成。1.3 内燃机的工作原理内燃机的工作原理图图1-5 直列式四缸机曲轴布置图直列式四缸机曲轴布置图1.3.2 四缸四冲程内燃机的工作四缸四冲程内燃机的工作1、作功间隔角、作功间隔角2、曲轴布置(如图、曲轴布置(如图1-5所示)所示)3、工作顺序:、工作顺序:1-3-4-2或或1-2-4-3两种两种4、工作情况(如表、工作情况(如表1-1所示)所示)表表111.3.3 六缸四冲程内燃机
18、的工作六缸四冲程内燃机的工作1、作功间隔角1202、曲轴布置(如图1-6所示)3、工作顺序:1-5-3-6-2-44、工作情况(如表1-2所示)图1-6 直列式六缸机曲轴布置图 发动机是由许多机构和系统组成的。即使发动机是由许多机构和系统组成的。即使是同一类型的发动机,其具体构造也是有很大是同一类型的发动机,其具体构造也是有很大差异的,但就其总体功能而言,基本上都是由差异的,但就其总体功能而言,基本上都是由如下的机构和系统组成:曲柄连杆机构、配气如下的机构和系统组成:曲柄连杆机构、配气机构、供给系、润滑系、冷却系、起动系。我机构、供给系、润滑系、冷却系、起动系。我们可以通过一些典型的发动机的结
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