汽车发动机原理课件.ppt

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1、第第 二二 篇篇发发 动动 机机 第一章第一章 发动机的工作原理发动机的工作原理第一节第一节 发动机的基本名词术语及分类发动机的基本名词术语及分类 发动机是将某一种能量转变为机械能的机器，发动机是将某一种能量转变为机械能的机器，从汽车发展史看，汽车使用的发动机都是将燃料燃从汽车发展史看，汽车使用的发动机都是将燃料燃烧的热能转变为机械能的热力发动机烧的热能转变为机械能的热力发动机。一、发动机的基本构造一、发动机的基本构造 汽油机一般构造汽油机一般构造如图所示。它由气如图所示。它由气缸、曲轴箱、活塞、缸、曲轴箱、活塞、活塞销、连杆、曲活塞销、连杆、曲轴、进气门、排气轴、进气门、排气门、化油器、火花

2、门、化油器、火花塞、飞轮等组成。塞、飞轮等组成。柴油机一般构造柴油机一般构造如图所示。它由气缸、如图所示。它由气缸、曲轴箱、活塞、活塞曲轴箱、活塞、活塞销、连杆、曲轴、进销、连杆、曲轴、进排气门、喷油泵、喷排气门、喷油泵、喷油器、飞轮等组成。油器、飞轮等组成。二、发动机基本术语二、发动机基本术语1.上止点上止点 在离曲轴回转中心最在离曲轴回转中心最远处时，与活塞顶最高点远处时，与活塞顶最高点相对应的气缸壁上的位置，相对应的气缸壁上的位置，称为上止点。称为上止点。2.下止点下止点 活塞在离曲轴回转中活塞在离曲轴回转中心最近处时，与活塞顶最心最近处时，与活塞顶最高点相对应的气缸壁上的高点相对应的气

3、缸壁上的位置，称为下止点。位置，称为下止点。3.行程行程 活塞由一个止点向另活塞由一个止点向另一个止点移动的距离，称一个止点移动的距离，称为活塞行程，用为活塞行程，用S表示。表示。4.冲程冲程 活塞由一个止点向另活塞由一个止点向另一个止点运动一次的过程一个止点运动一次的过程称为活塞的一个冲程。称为活塞的一个冲程。5.半径半径 曲轴上连杆轴颈曲轴上连杆轴颈轴线与曲轴主轴颈轴线与曲轴主轴颈(曲曲轴回转中心轴回转中心)轴线之间轴线之间的距离，称为曲柄半的距离，称为曲柄半径，用径，用R表示。表示。6.工作容积工作容积 活塞从上止点到下止活塞从上止点到下止点所扫过的容积，称气缸点所扫过的容积，称气缸工作

4、容积或气缸排量，用工作容积或气缸排量，用Vh表示。多缸发动机各表示。多缸发动机各气缸工作容积的总和，称气缸工作容积的总和，称为发动机工作容积或发动为发动机工作容积或发动机排量，用机排量，用VL表示。表示。Vh=/4 D210-6(升升)VL=i Vh 式中：式中：D气缸直径气缸直径 S活塞行程活塞行程 i气缸数。气缸数。7.燃烧室容积燃烧室容积 活塞在上止点时，活塞在上止点时，活塞上方的容积，称活塞上方的容积，称为燃烧室容积，用为燃烧室容积，用Vc表示。表示。8.总容积总容积 活塞在下止点时，活塞在下止点时，活塞上方的容积，称活塞上方的容积，称为气缸总容积，用为气缸总容积，用Va表示。表示。V

5、a=Vc+Vh 9.压缩比压缩比 气缸总容积与燃烧室容积的比值，称为压气缸总容积与燃烧室容积的比值，称为压缩比，用缩比，用表示。表示。压缩比表示活塞由下止点移到上止点时，气压缩比表示活塞由下止点移到上止点时，气缸内的气体被压缩的程度，或者说体积缩小的倍缸内的气体被压缩的程度，或者说体积缩小的倍数。压缩比越大，气体体积被压缩得越小，燃烧数。压缩比越大，气体体积被压缩得越小，燃烧后产生的压力则越大。柴油机为保证柴油自燃的后产生的压力则越大。柴油机为保证柴油自燃的最小压缩比约为最小压缩比约为12。现代汽车用的汽、柴油发动。现代汽车用的汽、柴油发动机的压缩比一般分别为机的压缩比一般分别为6-10和和1

6、622。10.工作循环工作循环 在气缸内进行的每一次燃料燃烧的热能转化在气缸内进行的每一次燃料燃烧的热能转化为机械能的一系列连续过程，称为发动机的一个为机械能的一系列连续过程，称为发动机的一个工作循环。工作循环。三、发动机类型三、发动机类型 汽车发动机上采用往复活塞式内燃机。往复汽车发动机上采用往复活塞式内燃机。往复活塞式发动机可从不同的角度进行分类。活塞式发动机可从不同的角度进行分类。1.按行程数分类按行程数分类 四冲程发动机四冲程发动机 两冲程发动机两冲程发动机2.按所用燃料分类按所用燃料分类 柴油机柴油机 汽油机汽油机 煤气机煤气机3.按点火方式分类按点火方式分类 点燃式（化油器式；直接

7、喷射式）点燃式（化油器式；直接喷射式）压燃式（柴油机；多种燃料式发动机）压燃式（柴油机；多种燃料式发动机）4.按燃料供应方式分类按燃料供应方式分类 化油器式化油器式 喷射式喷射式 混合式混合式5.按气缸的排列分类按气缸的排列分类 单列（直立；卧式）单列（直立；卧式）双列（双列（V 型；对置式）型；对置式）6.按气门的布置形式分类按气门的布置形式分类 顶置式顶置式 侧置式侧置式 混合式混合式7.按冷却方式分类按冷却方式分类 水冷式水冷式 风冷式风冷式8.按缸数分类按缸数分类 单缸机单缸机 多缸机多缸机9.按混合气浓度分类按混合气浓度分类 浓浓(相对相对)混合气混合气(如汽油机等如汽油机等)和稀和

8、稀(相对相对)混合气混合气(如柴油机）。如柴油机）。10.按混合气形成方式分类按混合气形成方式分类 外部混合气形成外部混合气形成(化油器式，如汽油机；化油器式，如汽油机；汽油直接喷射式，如将汽油喷入进气管中的汽汽油直接喷射式，如将汽油喷入进气管中的汽油机油机)内部混合气形成内部混合气形成(压燃式，如柴油机和多压燃式，如柴油机和多种燃料发动机；汽油直接喷射式，如将汽油喷种燃料发动机；汽油直接喷射式，如将汽油喷人缸中的汽油机人缸中的汽油机)。第二节第二节 四行程汽油发动机四行程汽油发动机工作原理工作原理 四冲程发动机每完成一个工作循环，需经过四冲程发动机每完成一个工作循环，需经过进气、压缩、膨胀进

9、气、压缩、膨胀(作功作功)和排气四个过程，对应着和排气四个过程，对应着活塞上下的四个行程，相应的曲轴要旋转两圈活塞上下的四个行程，相应的曲轴要旋转两圈(720)。下面分别以单缸发动机为例，说明四冲。下面分别以单缸发动机为例，说明四冲程汽柴油机的工作过程和原理。程汽柴油机的工作过程和原理。汽油机的动力来源于汽油燃烧产生的热能。汽油机的动力来源于汽油燃烧产生的热能。汽油在气缸内燃烧需要有足够的空气，汽油和空汽油在气缸内燃烧需要有足够的空气，汽油和空气在气缸外部通过气在气缸外部通过“化油器化油器”混合，形成可燃混混合，形成可燃混合气，在进气行程进入气缸。合气，在进气行程进入气缸。1进气行程进气行程

10、进气行程开始时，排气进气行程开始时，排气门关闭，进气门开启，活塞门关闭，进气门开启，活塞被曲轴带动从上止点向下止被曲轴带动从上止点向下止点移动一个行程。点移动一个行程。当活塞从上止点向下止当活塞从上止点向下止点移动时，气缸内活塞上方点移动时，气缸内活塞上方的空间增大，压力降低到小的空间增大，压力降低到小于大气压力，即产生了真空于大气压力，即产生了真空度。这时，可燃混合气由化度。这时，可燃混合气由化油器经进气管、进气门吸人油器经进气管、进气门吸人气缸。气缸。2压缩行程压缩行程 在进气行程终了时，活在进气行程终了时，活塞自下止点转而向上移动。塞自下止点转而向上移动。此时，进排气门均关闭，随此时，进

11、排气门均关闭，随着气缸的容积不断缩小，混着气缸的容积不断缩小，混合气受到压缩，其温度和压合气受到压缩，其温度和压力不断升高。压缩行程一直力不断升高。压缩行程一直继续到活塞到达上止点时为继续到活塞到达上止点时为止，此时，混合气被压缩到止，此时，混合气被压缩到活塞上方的燃烧室中。可燃活塞上方的燃烧室中。可燃混合气的温度约混合气的温度约为为600-700K，压力约为压力约为600-1500kPa。3作功行程作功行程 在这个行程中，进排气在这个行程中，进排气门仍旧关闭。当活塞接近上门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，装在气缸盖上的火止点时，装在气缸盖上的火花塞即发出电火花，点燃被花塞即发出电火花，点燃被压

12、缩的可燃混合气。可燃混压缩的可燃混合气。可燃混合气被燃烧后，放出大量的合气被燃烧后，放出大量的热能。因此，燃气的压力和热能。因此，燃气的压力和温度迅速增加。所能达到的温度迅速增加。所能达到的最高压力约为最高压力约为30005000kPa，相应的温度则为相应的温度则为22002800K。4排气行程 如图，可燃混合气燃烧后生成的废气必须从气缸中排除，以便进行下一个进气行程(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。排气门关闭。这一行程结束后，气缸内压力稍高于大气压力，约为1051

13、15kPa，温度约为9001200K。综上所述，四冲程汽油机的工作特点是：综上所述，四冲程汽油机的工作特点是：(1)在一个工作循环中，曲轴旋转两周在一个工作循环中，曲轴旋转两周(720)。每一个行程，即活塞在两止点移动一次，对应曲每一个行程，即活塞在两止点移动一次，对应曲轴旋转半周轴旋转半周(180)，进排气门各开闭一次。，进排气门各开闭一次。(2)所有四个行程中，只有一个行程是作功行所有四个行程中，只有一个行程是作功行程，其余都是消耗功的辅助行程。程，其余都是消耗功的辅助行程。(3)可燃混合气是利用电火花点燃的。可燃混合气是利用电火花点燃的。(4)发动机的运转，开始时必须有外力将曲轴发动机的

14、运转，开始时必须有外力将曲轴转动，使气缸进行吸气及压缩行程。当作功行程转动，使气缸进行吸气及压缩行程。当作功行程后，依靠曲轴和飞轮储存的能量，使以后得以继后，依靠曲轴和飞轮储存的能量，使以后得以继续进行。续进行。第三节第三节 四行程柴油发动机工作原理四行程柴油发动机工作原理 及与汽油发动机的比较及与汽油发动机的比较 一、四行程柴油机工作原理一、四行程柴油机工作原理 四行程柴油机的工作过程与四行程汽油机基本四行程柴油机的工作过程与四行程汽油机基本相同。但由于柴油的性质与汽油不同，因此柴油机相同。但由于柴油的性质与汽油不同，因此柴油机的构造和工作原理与汽油机不完全相同。如柴油的的构造和工作原理与汽

15、油机不完全相同。如柴油的黏度大，挥发性差，不能像汽油那样在化油器中与黏度大，挥发性差，不能像汽油那样在化油器中与空气混合，而需要用高压油泵和喷油器将柴油强行空气混合，而需要用高压油泵和喷油器将柴油强行喷入气缸与空气混合，因此柴油机的构造与混合气喷入气缸与空气混合，因此柴油机的构造与混合气的形成过程与汽油机不同。的形成过程与汽油机不同。又如，柴油的点燃温度高，不易点燃，因此柴油机又如，柴油的点燃温度高，不易点燃，因此柴油机的燃烧方式也与汽油机不同的燃烧方式也与汽油机不同。下面就柴油机工作过程的特点予以简述。下面就柴油机工作过程的特点予以简述。1.进气行程：气缸中吸入空气。进气行程：气缸中吸入空气

16、。2.压缩行程：空气在气缸中受压缩，温度随压力急压缩行程：空气在气缸中受压缩，温度随压力急剧升高，当活塞接近上止点时，喷油器剧升高，当活塞接近上止点时，喷油器 将柴油以将柴油以很高的压力喷入气缸与高温空气混合并燃烧。为了很高的压力喷入气缸与高温空气混合并燃烧。为了使柴油能及时自燃，气缸中的压缩温度必须高于柴使柴油能及时自燃，气缸中的压缩温度必须高于柴油的自燃温度油的自燃温度(300左右左右)，一般压缩终点的温度，一般压缩终点的温度为为500700，压力约，压力约3 4304 410kPa(千帕千帕)。为了获得高的压缩压力和温度，因此柴油机的压缩为了获得高的压缩压力和温度，因此柴油机的压缩比比汽

17、油机压缩比高得多。比比汽油机压缩比高得多。3.作功行程：由于压缩压力高，燃烧后产生的压力作功行程：由于压缩压力高，燃烧后产生的压力也比汽油机高。也比汽油机高。4.排气行程：与汽油机相似。排气行程：与汽油机相似。二、汽油发动机与柴油发动机的比较二、汽油发动机与柴油发动机的比较1燃料经济性的比较燃料经济性的比较 由于柴油机压缩比比汽油机高，故柴油机的热由于柴油机压缩比比汽油机高，故柴油机的热效率比汽油机高，柴油机热效率可达效率比汽油机高，柴油机热效率可达44左右，左右，汽油机只有汽油机只有20一一30另外，每另外，每265X106J(焦焦)的耗油量，柴油机的耗油量，柴油机1454210g，而汽油机

18、则需而汽油机则需250g左右，故柴油机燃料经济性比汽油机好。左右，故柴油机燃料经济性比汽油机好。2转速、密度量和升率比较转速、密度量和升率比较 汽油机的最高压力为汽油机的最高压力为2 4503920kPa，而柴而柴油机为油机为6370 11760kPa。因此要求柴油机受力因此要求柴油机受力零件强度要高，一般零件尺寸大，比较笨重，同时零件强度要高，一般零件尺寸大，比较笨重，同时由于柴油机转速较低，约由于柴油机转速较低，约2 0003 000rmin(转转分分)，故使柴油机升功率比汽油机低，而密度量，故使柴油机升功率比汽油机低，而密度量比汽油机大。比汽油机大。汽机转速：一般汽机转速：一般3 000

19、4 400rmin(轿车发轿车发动机可达动机可达5 0006 000rmin)，密度量密度量(质量单质量单位功率位功率)：15一一25，升功率：，升功率：2129kWL(千千瓦升瓦升)3适应性比较适应性比较 柴油机由于扭矩随发动机转速变化很小，因柴油机由于扭矩随发动机转速变化很小，因而作为汽车发动机在道路条件频繁变化的情况下工而作为汽车发动机在道路条件频繁变化的情况下工作不稳定，甚至发动机熄火。由于适应性差，使操作不稳定，甚至发动机熄火。由于适应性差，使操纵频繁，为此，柴油机需装调速器。汽油机的适应纵频繁，为此，柴油机需装调速器。汽油机的适应性比柴油机强，故工作稳定，操纵简便。性比柴油机强，故

20、工作稳定，操纵简便。4结构上比较结构上比较 （1）燃料系）燃料系 汽油机的可燃混合气在进入气缸前汽油机的可燃混合气在进入气缸前形成，装有化油器；而柴油机可燃混合气是在压缩形成，装有化油器；而柴油机可燃混合气是在压缩行程快结束时在燃烧室内形成，柴油需要利用高压行程快结束时在燃烧室内形成，柴油需要利用高压成雾状喷入燃烧室，故柴油机装有喷油泵和喷油器。成雾状喷入燃烧室，故柴油机装有喷油泵和喷油器。（2）气缸盖、燃烧室与活塞由于柴油机对燃烧）气缸盖、燃烧室与活塞由于柴油机对燃烧室的要求高，故燃烧室比汽油机复杂，又一般采用室的要求高，故燃烧室比汽油机复杂，又一般采用 一机多盖。而汽油机一般燃烧室较简单，

21、采用一机一机多盖。而汽油机一般燃烧室较简单，采用一机一盖一盖(东风东风EQl090汽车发动机为两只缸盖汽车发动机为两只缸盖)。柴油。柴油机活塞结构比汽油机活塞复杂。机活塞结构比汽油机活塞复杂。（3）点火系）点火系 汽油机采用高压电火花点燃可燃汽油机采用高压电火花点燃可燃混合气，柴油机靠压缩空气温度自然点燃可燃混合混合气，柴油机靠压缩空气温度自然点燃可燃混合气，故汽油机有点火系，而柴油机没有点火系。气，故汽油机有点火系，而柴油机没有点火系。5振动与噪声比较振动与噪声比较 汽油机燃烧时的压力升高率和最高峰压力比柴汽油机燃烧时的压力升高率和最高峰压力比柴油机小，故振动性和噪声比柴油机小。油机小，故振动性和噪声比柴油机小。汽油机的压力升高率约汽油机的压力升高率约178245kPa度；柴油度；柴油机为机为390588kPa度。度。从上述比较看，总体上汽油机优于柴油机。但从上述比较看，总体上汽油机优于柴油机。但由于柴油机的由于柴油机的热效率高，经济性好，热效率高，经济性好，并且柴油机的并且柴油机的一些缺点在逐步得到改进，故柴油机在汽车上的使一些缺点在逐步得到改进，故柴油机在汽车上的使用正越来越多用正越来越多。