第一章发动机的工作原理和总体构造

第一章发动机的工作原理和总体构造

§1.1发动机的分类

§1.2四冲程发动机工作原理

§1.2.1四冲程汽油机工作原理

一、现代汽车发动机的构造

现代汽车发动机的构造如图1-1,气缸内装有活塞,活塞通过活塞销、连杆与曲轴相连接。活塞在气缸内做往复运动,通过连杆推动曲轴转动。为了吸人新鲜气体和排除废气,设有进、排气系统等。

二、基本术语

1、工作循环

2、上、下止点

3、活塞行程

4、气缸工作容积

5、内燃机排量

6、燃烧室容积

7、气缸总容积

8、压缩比

9、工况

10、负荷率

三、四冲程汽油发动机的工作循环

图1-2为发动机示意图。

四冲程发动机的工作循环包括四个活塞行程,即进气行程、压缩行程、膨胀行程(作功行程和排气行程。通常利用发动机循环的示功图来分析工作循环中气体压力p和相应于活塞不同位置的气缸容积V之间的变化关系,示功图表示了活塞在不同位置时气缸内压力的变化情况。其中,曲线所围成的面积表示发动机整个工作循环中气体在单个气缸内所作的功。四冲程汽油机的示功图如图1-3所示。

(1进气行程(图1-3a

化油器式汽油机将空气与燃料先在气缸外部的化油器中进行混合,形成可燃混合气后吸人气缸。

进气过程中,进气门开启,排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动,活塞上方的气缸容积增大,从而气缸内的压力降低到大气压以下,即在气缸内造成真空吸力。这样,可燃混合气使经进气管道和进气门被吸人气缸。

(2压缩行程(图1-3b

为使吸人气缸的可燃混合气能迅速燃烧,以产生较大的压力,从而使发动机发出较大功率,必须在燃烧前将可燃混合气压缩,使其容积缩小、密度加大、温度升高,故需要有压缩过程。在这个过程中,进、排气门全部关闭,曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程,称为压缩行程。在示功图上,压缩行程用曲线a c表示。

(3作功行程(图1-3c

在这个行程中,进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时,装在气缸盖上的火花塞即发出电火花,点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气燃烧后,放出大量的热能,其压力和温度迅速增加。高温、高压燃气推动活塞从上止点向下止点运动,通过连杆使曲轴旋转并输出机械能。它除了用于维持发动机本身

继续运转而外,其余即用于对外作功。

(4排气行程(图1-3d

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。这一行程在示功图上用曲线b r表示。

§1.2.2四冲程柴油机工作原理

图1-4为四冲程柴油机示意图。

四冲程柴油机(压燃式发动机的每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油机的燃料是柴油,其粘度比汽油大,而其自燃温度却较汽油低,故可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。

1、柴油发动机的可燃混合气是在气缸内部形成的。

2、柴油发动机是自燃式。

由于柴油机的压缩比高(一般为16~22,所以压缩终了时气缸内的空气压力可达3·5~4.5M P a,同时温度高达750~10O O K,大大超过柴油的自燃温度。因此,柴油喷人气缸后,在很短时间内与空气混合便立即自行发火燃烧。

3、柴油机与汽油机的比较

汽油机

优点:具有转速高,质量小、工作噪

声小、起动容易、制造和维修

费用低等特点;

缺点:燃油消耗率高,燃油经济性差。

应用:用在轿车和轻型货车及越野车

柴油机

优点:燃油消耗率低,且柴油价格较

低,所以燃油经济性好。

缺点:转速较汽油机低、质量大、制

造和维修费用高。

应用:应用越来越广泛。

§1.2.3四冲程发动机工作循环总结

1、四冲程发动机在一个工作循环的四个活塞行程中,只有一个行程是作功的,其余三个行程则是作功的辅助行程。

缺点:发动机运转就不平稳

改正措施:采用多缸发动机

2、在多缸四冲程发动机的每一个气缸内,所有的工作过程是相同的,并按上述次序进行,但所有气缸的作功行程并不同时发生。

优点:气缸数越多,发动机的工作越平稳。

缺点:一般将使成结构复杂,尺寸及质量增加。

§1.3二冲程发动机工作原理

§1.3.1二冲程汽油机工作原理

1、定义

二冲程发动机的工作循环是在两个活塞行程内,即曲轴旋转一周的时间内完成的。

2、在二冲程发动机内,一个工作循环所包含的两个行程是:

(1第一行程

活塞自下止点向上移动,事先已充人活塞上方气缸内的混合气被压缩,新的可燃混合气又自化油器被吸人活塞下方的曲轴箱内。

(2第二行程

活塞自上止点向下移动,活塞上方进行着作功过程和换气过程。

3、二冲程发动机示功图

图1-6,它的工作循环如下:

活塞由下止点向上止点运动,当将排气孔(a点关闭时,压缩过程开始。到上止点前开始点火(或喷油燃烧,缸内压力迅速增高,c~f段即燃烧过程。接着活塞下行膨胀作功,一直到b点,排气孔被打开,开始排气。此时,缸内压力较高,一般为0·3-0·6M P a,故废气以声速从缸内排出,压力迅速下降。当活塞继续下移将换气孔打开,曲轴箱内的新鲜可燃混合气(或空气进人气缸。

§1.3.2二冲程柴油机工作原理

§1.4发动机的总体构造

发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器。现代汽车发动机的结构形具体构造也是各种各样的。

以C A l040系列轻型货车用的C A488Q型发动机为例,介绍四冲程汽油