《模块一--发动机概述》教学设计方案要点

《模块一发动机概述》教学设计方案
《发动机类型的识别及工作原理的掌握》学习任务单
任务一发动机类型的识别
学习任务：发动机的类型
学习目标:能识别汽车发动机的类型。

学习时间：2课时
任务实施:
导入:一、为什么要学好发动机？
二、如何学好发动机?
讲授新课：
1．按照所用燃料分类
使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机;使用柴油为燃料的内燃机称为柴油机。

汽油机与柴油机比较各有特点;汽油机转速高，质量小，噪音小,起动容易，制造成本低;柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。

2.按照行程分类
内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程内燃机和二行程内燃机。

把曲轴转两圈（720°),活塞在气缸内上下往复运动四个行程,完成一个工作循环的内燃机称为四行程内燃机；而把曲轴转一圈(36０°)，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机称为二行程内燃机。

汽车发动机广泛使用四行程内燃机。

3．按照冷却方式分类
内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。

水冷发动机是利用在气缸
体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的;而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。

水冷发动机冷却均匀，工作可靠,冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。

４．按照气缸数目分类
内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。

仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机;有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。

如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。

现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。

5．按照气缸排列方式分类
内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。

单列式发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置的,但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列,两列之间的夹角<1８0°(一般为９0°)称为Ｖ型发动机，若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。

6．按照进气系统是否采用增压方式分类
内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。

汽油机常采用自然吸气式;柴油机为了提高功率有采用增压式的。

任务二:发动机基本术语的掌握
一、发动机的基本术语
1．上止点（）
·活塞离曲轴旋转中心最远的位置
2.下止点( )
·活塞离曲轴旋转中心最近的位置
3．活塞行程S·上下止点之间的距离
4.曲柄半径R
·曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离
5.气缸工作容积(单位L)
·活塞由上止点运动到下止点,活塞顶部所扫过的容积
·＝(π/4)D２·S×10-３
６.燃烧室容积（余隙容积)
·活塞位于上止点时, 活塞顶部上方的容积
７．气缸最大容积
·活塞位于下止点时,活塞顶部上方的容积+
8．内燃机排量
·所有气缸的工作容积之和·
9．压缩比ε
·气缸最大容积与燃烧室容积之比
·ε＝１＋/
·ε 越大，循环热效率越高
·汽油机ε =7~９
·柴油机ε =18～2２
二、四冲程汽油机的工作原理
(1)进气行程(如图１．6(ａ））进气门打开,排气门关闭。

活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。

在活塞移动过程中,气缸内容积逐渐增大,形成一定的真空度。

空气和汽油的混合物通过进气门被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。

活塞到达下止点时，进气门关闭,进气行程结束。

进气终了气缸内的温度3７0~４０0 K，压力0.0７~0.09。

（2）压缩行程（如图 1.6（b)) 进、排气门均关闭。

曲轴继续带动活塞由下止点向上止点运动。

气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压缩，其压力和温度同时升高，活塞到上止点时，压缩行程结束。

压缩混和气的结果是可燃混和气进一步混合均匀,温度提高,燃烧迅速,以获得较大的动力。

压缩终了时,气缸内的温度可达600～700K,远高于汽油的点燃温度（约263K),压力0.6～１.5 。

(３）做功行程（如图1．６（ｃ））进、排气门仍关闭。

压缩行程结束时，火花塞产生电火花，点燃可燃混合气,迅速燃烧，压力和温度迅速升高而急剧膨胀，推动活塞由上止点向下止点运动，并通过连杆驱动曲轴旋转作功。

活塞到达下止点时,做功行程结束。

做功行程中气缸的最大压力称为燃烧压力（3~5）。

燃烧时气缸的最高温度可达２20０~2８０0Ｋ。

（４)排气行程（如图1．6(d）) 进气门关闭，排气门打开。

活塞由下止点向上止点运动,废气在其自身剩余压力和活塞的推动下，经排气门排出气缸。

当活塞到达上止点时，进气门打开,排气门关闭，排气行程结束,进入下一个工作循环。

排气行程终了时,由于燃烧室容积的存在,气缸内还存有少量废气，气体压力也因排气系统存在排气阻力而略高于大气压力，此时气缸内温度900~1２0０K ,压力0.１05～0.1１５。

(a)进气行程(b)压缩行程（c)做功行程(d)排气行程
图1.6 单缸四冲程汽油机的工作循环示意图
三.四冲程柴油机的工作原理
四冲程柴油机的工作循环同样包括进气、压缩、做功和排气等四个过程，在各个活塞行程中，进排气门的开闭和曲柄连杆机构的运动与汽油机完全相同。

只是由于柴油和汽油的使用性能不同,使柴油机和汽油机在混合气形成及着火方式上有着根本的差别。

（１)进气行程如图１.7所示，在柴油机进气行程中,被吸入气缸的只是纯空气。

由于进气阻力比汽油机小，上一行程残留的废气温度也比汽油机低,进气行程终了的压力约为0．07５~0.095,温度约为320K~３50Ｋ。

（2)压缩行程不同汽油机的是，柴油机压缩的是纯空气，且柴油机的压缩比大,所以压缩终了时的温度和压力都比汽油机高。

压缩终了时气缸内温度750～10００K，压力３~５。

（3）做功行程压缩行程接近终了时，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温空气中,迅速汽化与空气混合形成可燃混合气。

由于气缸内的温度远高于柴油的自燃温度(约500K),柴油立即自行着火燃烧。

燃烧气体的压力、温度迅速升高，体积急剧膨胀，推动活塞下行并带动曲轴旋转做功。

瞬时最高温度2000~２500K,最大压力6~9 。

④排气行程如图1.7所示,与汽油机基本相同。

排气终了时气缸内温度80０～1００0Ｋ,压力0．105～0．１2５。

(a)进气行程(b）压缩行程(ｃ)做功行程(d)排气行程
图1．７单缸四冲程柴油机的工作循环示意图
四、汽油机与柴油机的比较
(１）汽油机的特点
①汽油与空气在缸外混合,进入气缸的是可燃混和气,用电火花点燃，结构
上需要点火系统，对混合气的要求高，燃烧后废气的成分除二氧化碳和水外，还含有一氧化碳、碳氢、氮氧气体等有害气体。

②具有转速高(目前最高转速600０，货车４000）、噪声小、质量小、起动容易、制造维修费用低等优点,故广泛应用在轿车、中小型货车及越野车上。

③压缩比低于柴油机,油耗高,燃油经济性差。

（2)柴油机的特点
①进入气缸的是纯空气，燃油以高压形式喷入气缸，在缸内形成高温高压混和气后自行着火燃烧,结构上需要提高油压的燃油泵。

②压缩比高于汽油机,油耗低且柴油价格便宜,燃油经济性好，重型货车多
采用柴油机。

③转速低于汽油机（一般２5００~3000），质量大、制造维修费用高。

自测
完成书中《学后测评》
《发动机主要零部件的认识》学习任务单
学习任务：认识发动机主要零部件
学习目标：认识发动机主要零部件
学习时间：1课时
任务实施:
导入：1、四冲程发动机如何工作?（视频）
讲授新课:
一、发动机的总体构造
发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂
机器。

无论是汽油机，还是柴油机，要完成能量
转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作,
都必须具备一些机构和系统。

汽油机通常由两大
机构和五大系统组成,柴油机则由两大机构和四大
系统组成。

机体组机体组是构成发动机的骨架,是发动
机各机构和各系统的安装基础。

机体组主要由气
缸体、曲轴箱、气缸盖和气缸垫等零件组成。

曲柄连杆机构(如图1．9所示）曲柄连杆机
构是发动机实现热能转换为机械能的核心机构，由活塞连杆组和曲轴飞轮组组成。

在做功行程中,活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动,通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。

而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。

配气机构(如图1.１0所示) 一般由气门组、气门传动组组成。

其功用是根据发动机的工作顺序和工作过程,定时开闭进、排气门，
使可燃混合气进入气缸，并及时排出废气。

图1.9 机体组及曲柄连杆机构
图1.10顶置式配气机构简图
燃油供给系汽油机燃油供给系功用是根据发动机的要求,配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸,并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去。

分为化油器式和燃油喷射式汽油机供给系统。

化油器式燃油供给系因耗油多、污染大、功率低而被淘汰。

电控汽油喷射系统主要包括汽油箱、汽油泵、油压调节器、喷油器、汽油滤清器、空气滤清器、进排气歧管、排气消声器等。

如图1.11。

(ａ）化油器式燃油供给系
(b) 汽油喷射式燃油供给系
图1．11汽油机燃油供给系简图
柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸,在燃烧室内形成混合气并燃烧,最后将燃烧后的废气排出气缸。

主要包括燃油箱、喷油泵、喷油器、燃油滤清器、空气滤清器、进排气歧管、排气消声器等。

如图1.１2。

图1.12柴油机燃油系统简图
润滑系其功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油,以实现液体摩擦,减轻机件磨损,并部分地冷却摩擦零件、清洗摩擦表面。

润滑系通常由油底壳、润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。

如图1.１3。

图１.1３发动机润滑系示意图
冷却系(如图１．１４所示）水冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。

功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。

图1．１４发动机水冷却系
点火系（如图1．１５所示) 汽油机需要点火系产生的高压电火花，在压缩行程接近终了时点燃气缸内的可燃混合气，通常由蓄电池、分电器、点火线圈和火花塞等组成。

图１.15 汽油机传统点火系简图
起动系主要由起动机及其附属装置组成,其功用是使静止的发动机起动并转入自行运转。

图1.16所示为富康５4汽油发动机外形图。

５４为直列、四缸四冲程、16气门、双顶置凸轮轴发动机。

其结构特点是凸轮轴安装在气缸盖上采用同步齿形带传动，简化了配气机构，适于高速发动机。

图1.１7所示为依维柯（）柴油发动机外形图。

采用顶置凸轮轴及同步齿形皮带传动。

依维柯柴油机是一种轻型的高速高性能的4缸直喷自然吸气式水冷发动机。

图１.１6 起动系的组成简图自测
完成书中《学后测评》
《发动机主要性能指标的掌握及编号的识读》学习任务单
学习任务：
发动机主要性能指标的掌握
学习目标：１.掌握发动机主要性能指标。

２.识别发动机编号。

学习时间:２课时 任务实施：
任务一 发动机主要性能指标
发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点，并作为评价各类发动机性能优劣的依据。

同时,发动机性能指标的建立还促进了发动机结构的不断改进和创新.
1.动力性指标
动力性指标表示发动机做功能力的大小，用以评价发动机动力性好坏。

有效转矩
发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，记作，单位为 N·m 。

它与外界施加于曲轴上的阻力矩相平衡。

有效功率
发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率,记作（单位：)。

它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。

9550
n
T P e e
(式1-3） ———有效转矩（N·ｍ）; n ———曲轴转速（)
发动机铭牌上标明的功率及相应的转速称作额定功率和额定转速。

2.经济性指标 燃油消耗率
发动机每输出1 的有效功,在1h 内所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率，用(单位：(·ｈ）表示。

显然,有效燃油消耗率越低,经济性越好。

3．排放性能
排放性能指标包括排放烟度、有害气体（、、ⅹ）排放量、噪声等。

任务二 发动机编号的识别
内燃机的名称和型号编制规则
国产内燃机名称由所采用的燃料命名,例如汽油机、柴油机等。

内燃机型号能反映内燃机的主要结构特征和性能。

其型号由阿拉伯数字和汉语拼音构成,包含首部、中部、尾部、后部共四个部分组成,排列顺序和符号含义如表1.2及表1．3所示。

表1.2 内燃机型号的排列顺序及符号
表１.3 内燃机型号的符号含义
例:61001汽油机表示第二汽车制造厂生产、六缸、直列、四冲程、缸径１00、水冷、汽车用发动机,第一种变形产品。

６V1００Q汽油机表示六缸、V型、四冲程、缸径１00、水冷、汽车用发动机。

8E430Z型柴油机表示八缸、二冲程、缸径430、水冷、增压、柴油发动机。

1６５F型柴油机表示单缸、四冲程、缸径65、风冷、柴油发动机。