发动机工作原理.pdf
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1、第一章发动机工作原理发动机是将其他形式的能量转变为机械能的一种机械装置。内燃机是燃料在发动机内部燃烧,内燃机每实现一次热功转换,都要经历一系列连续的工作过程,构成一个工作循环,否则,就不能实现热功的转换。第一节发动机总体结构及基本原理现代汽车发动机根据所用燃料的不同可分为:1.汽油发动机(简称汽油机)1).化油器式汽油机:汽油和空气在化油器内混合成可燃混合气,在输入气缸加以压缩,然后用电火花点火使之燃烧而发热作功。2).汽油喷射式发动机:将汽油直接喷人进气管或气缸内,与空气混合形成可燃混合气,再用电火花点燃。2.柴油发动机(简称柴油机):汽车用柴油机使用的燃料一般是轻柴油,它是通过喷油泵和喷油
2、器将柴油直接喷人气缸,与气缸内经过压缩的空气混合,使之在高温下自燃作功。一发动机总体构造发动机基本由以下机构和系统组成:曲柄连杆机构、配气机构、供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系。1曲柄连杆机构:它的功用是将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能,再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。2配气机构:它的功用是使可燃混合气及时充人气缸并及时从气缸排出废气。3供给系:它的功用是把汽油和空气混合成合适的可燃混合气供人气缸,以供燃烧,并将燃烧生成的废气排出发动机。4润滑系:它的功用是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
3、件5冷却系:它的功用是把受热机件的热量散到大气中去,以保证发动机正常工作。6点火系:它的功用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。7起动系:它的功用是用以使静止的发动机起动并转入自行运转。汽油机一般都由上述两个机构和五个系统组成。对于汽车用柴油机,由于其混合气是自行着火燃烧的,所以柴油机没有点火系。因此柴油机由两个机构和四个系统组成。二四冲程发动机工作原理(一)汽车发动机的基本名词术语1活塞行程与止点上止点:活塞顶距离曲轴旋转中心最远的位置称为上止点。下止点:活塞顶距离曲轴旋转中心最近的位置称为下止点。活塞行程:上下止点间的距离。曲轴每转动半周(即180度),相当于一个活塞行程,即曲轴
4、每转一周,活塞完成两个行程。2气缸容积活塞在气缸内作往复直线运动,当活塞位于上止点时,活塞顶上面的气缸空间为燃烧室容积,用Vc表示。活塞从一个止点移到另一个止点所扫过的容积称为气缸工作容积或气缸排量,用VL(1)Vh=D2/4 S10-3式中:D气缸直径,。s活塞行程,cm。活塞位于下止点时,活塞顶上部的全部气缸容积称为气缸总容积,用Va表示,即:Va=Vc+Vh多缸发动机所有气缸工作容积的总和称为发动机工作容积或发动机排量,用VL表示。3压缩比气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比,用表示。=Va/Vc=(Va+Vh)/Vc=1+Vh/Vc 表示活塞从下止点移到上止点时,气缸内气体被压缩的程度
5、。现代汽车发动机压缩比,汽油机一般为6 9(有的轿车可达9-11),柴油机一般为1622。(二)四冲程汽油机工作原理 1进气行程进气行程中,进气门打开,排气门关闭,转动的曲轴带动活塞从上止点向下止点运动,缸内容积增大,压力降低而形成真空,将可燃混合气吸人气缸。由于进气系统的阻力,进气终了时缸内气体的压力略低于大气压,约为0075MPa 009MPa,温度为 370K400K。示功图上曲线ra 表示进气行程,位于大气压力线之下。它与大气压力线纵坐标之差,即为活塞在各位置时缸内的真空度。2压缩行程为使吸人缸内的混合气迅速燃烧,放出更多的热量而使发动机发出大的功率,必须在混合气燃烧前对其进行压缩,使
6、其容积变小、温度升高。为此,在进气终了时便立即进入压缩行程。在此行程中,进、排门均关闭,曲轴推动活塞定时由下止点向上止点移动一个行程。四四 冲 程 汽 油 机的示功图a)进 气 行 程;b)压缩行程;曲 线 ac 表示压缩行程。压缩终了时,活塞到达上止点,混合 气 被 压 人 活塞 上 方 然 烧 室中。此时,混合气 压 力 高 达得而附为环医点约文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O
7、7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:
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12、0 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H
13、8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O706Mpa-12MPa,温度可达 600K-700K。3作功行程在压缩行程接近终了时,火花塞产生电火花点燃混合气,此时进排门仍关闭。由于混合气的迅速燃烧,使缸内气体的温度和压力迅速升高,最高压力可达5MPa-9MPa,最高温度可达 2200K-2800K。在高温高压气体的作用力推动下,活塞向下止点运动,活塞的下移通过连杆使曲轴旋转运动,产生转矩而作功。发动机至此完成了一次将热能转变为机械能的过程。c)作功行程;d)
14、排气行程;图上曲线 zb表示作功行程。4 排气行程当作功行程接近终了时排气门打开,进气门仍关闭,因废气压力高于大气压而自动排出,此外,当活塞越过下止点上移时,还靠活塞的推挤作用强制排气。活塞到上止点附近时,排气行程结束。示功图上曲线br 表示排气行程。(三)四冲程柴油机工作原理四冲程的柴油机(压燃式发动机),用的燃料是柴油,其粘度比汽油大,不易蒸发,而其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。1进气行程它不同于汽油机的是进入气缸的不是可燃混合气,而是纯空气。2压缩行程不同于汽油机的是压缩的是纯空气,且由于柴油机压缩比高,压缩终了的温度和压力都比汽油机高,压力可达3MPa
15、 5MPa,温度可达 800K1000K。3作功行程此行程与汽油机有很大不同,在柴油机压缩行程末,喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷人气缸内的高温空气中,迅速汽化并与空气形成混合气,由于此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度(约500K左右),柴油便立即自行着火燃烧,且此后一段时间内边喷油边燃烧,气缸内压力、温度急剧升高,推动活塞下行作功。4 排气行程与 汽 油 机基 本相 同。排 气 终了 气缸 内压 力约为 0105 MPa 0.125Mpa,温 度 约 为(程发飞压高气时约文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3
16、HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F
17、5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10
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20、文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:C
21、Z7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z
22、9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7文档编码:CZ7C10Z9T3G3 HK2Y4F5J9U10 ZR1H8O3T6O7800K-1000K。四冲程发动机的工作特点:(1)每一个发动机工作循环,曲轴转两周(720。),每一个行程曲轴转半周(180。),进气行程是进气门开启,排气行程是排气门开启,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,其他三个行程是为作功行程做准备工作的辅助行
23、程。(3)在发动机运转的第一循环时,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,并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。柴油机与汽油机的不同之处:(1)汽油机的混合气是在气缸外部的化油器中形成的,而柴油机的混合气是在气缸内部形成的。柴油机在进气行程时,被吸人气缸内的是纯空气。(2)汽油机在压缩终了时,靠火花塞强制点火,而柴油机则靠自燃。(四)二冲程汽油机的工作原理活塞在气缸内往复运动两个行程(相当于曲轴旋转一周)完成一个工作循环的发动机,称为二冲程发动机。1第一行程活塞在曲轴的带动下,由下止点向上止点运动,当活塞上行到将换气
24、口、排气口关闭时,已进入气缸的混合气被压缩,直到活塞运动到上止点,压缩行程便结束。随着活塞上行,曲轴箱容积增大,形成一定的真空度。当活塞上行到进气口露出时,新鲜混合气被吸人曲轴箱内。2第二行程当活塞上行到接近上止点时,火花塞产生电火花,点燃缸内的可燃混合气,混合气着火燃烧产生高温、高压,在气压的作用下,活塞由上止点向下止点运动,带动曲轴旋转向外输出功率。当活塞下移到将进气口堵死时,随着活塞继续下移,曲轴箱内的新鲜混合气被预压。当活塞下行到排气口露出时,燃烧后的废气在自身压力下经排气口排出气缸,紧接着换气口开启,曲轴箱内被预压的混合气经换气口进入气缸。这一过程称为“换气过程”,它一直延续到下一个
25、行程活塞上行到将换气口、排气口关闭为止。由上述可知,第一行程:活塞上方进行换气、压缩,活塞下方进气;第二行程:活塞上方进行作功、换气,活塞下方混合气被预压,换气过程纵跨两个行程。(五)二冲程柴油机工作原理二冲柴油机工作原理同二冲程汽油机工作原理有很多相似之处,所不同的是进入气缸的不是混合气,而是纯空气。新鲜空气由换气泵提高压力(约120kPa140kPa)后,经气缸外部的空气室和气缸上的进气口进入气缸内,而废气由专设的排气门排出。比较上 述四冲程 发动 机与二冲程发动机的 工作原理可以看出,二冲程发动机具有以下特点:(1)四冲程发动机的进、排气是两个分开的专门过程,而二冲程发动机单纯排气(或进
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