发动机的概述讲解

2019/6/2
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汽车工程系
四行程柴油机工作原理概略表
行程特
பைடு நூலகம்
点 终了压力 终了温度℃ kpa
进气行程 吸入纯空气 pa=80~90 Ta =300~400
压缩行程
压缩纯空气， 终了喷油。
Pc=3000~ 5000
Tc=750~950
作功行程
形成与燃烧 Pz=6000~
混合气，膨胀
9000
作功 Pb=200~400
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内燃机是热力发动机的一种，其特点是液力或气体燃料 与空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然 后再转变成机械能。
内燃机具有热效率高、体积小、质量小、便于移动以及 起动性能好等优点，因而广泛应用于飞机、船舰以及 汽车、拖拉机、坦克等各种车辆上。但是，内燃机一 般要求使用石油燃料，同时排出的废气中所含有害气 体成分较高。
3.起动性能
起动性能好的发动机在一定温度下能可靠发动、起动
迅速，起动消耗的功率小，起动磨损少。发动机起动 性能的好坏除与发动机结构有关外，还与发动机工作 过程相联系，它直接影响汽车机动性、操作者的安全 和劳动强度。我国标准规定，不得采用特殊的低温起 动措施，汽油机在-10℃、柴油机在-5℃以下的气温条 件下起动发动机，15s以内发动机要能自行运转。
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按工作循环的冲程数分类：凡活塞往复四个单程完成 一个工作循环的称为四冲程发动机，活塞往复两个 单程即完成一个工作循环的称为二冲程发动机。
按气缸数及其排列方式分类：仅有一个气缸的称为单 缸发动机，有两个以上气缸的称为多缸发动机。单 缸有立式与卧式，多缸有直列、V型与对置式。
最远的位置 下止点：
活塞顶离曲轴中心线 最近的位置 活塞行程（ S ）：
上下止点间的距离
S=2R
上止点 S
下止点
2R
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上止点
工
气缸工作容积（Vs）：
作
活塞由上止点到下止点 运动扫过的容积。
容 积
发动机工作容积（排量
下止点
VL）：
发动机全部气缸工作容
积之和。
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内燃机根据其将热能转化为机械能的主要构件的形式， 可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又可按 活塞运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式两种。
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第一节 汽车发动机的类型
汽车用活塞式内燃机可以根据不同的特征分类。 按所用的燃料分类：可分为液体燃料发动机（汽油机、柴油机
等）和气体燃料发动机（如天然气发动机、液化石油气发动 机等）。 按发火方式分类：可分为压燃式发动机与点燃式发动机。 柴油的特性是在同样的条件下其自燃点比汽油的自燃点低， 因此采用压燃式（自燃式）发火。一般可通过喷油泵和喷油 器将柴油直接喷入发动机的气缸内，在气缸内与压缩空气均 匀混合后，在高温下得以自燃，这种发动机称为压燃式发动 机。 汽油的特性是其自燃的温度比柴油的要高，因此常采用点燃 式发火。利用火花塞发出的电火花强制点燃汽油，使其发火 燃烧，这种发动机称为点燃式发动机。
按冷却方式分类：根据冷却方式不同，发动机可以分 为水冷式和风冷式两种。
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此外，发动机还可按进气方式分类。当发动机不装 增压器，空气是靠活塞的抽吸作用进入气缸内的 发动机，称为非增压式发动机（或自然吸入式发 动机）；发动机上装有增压器，空气通过增压器 可以提高进气压力的发动机，称为增压式发动机。
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燃烧室容积（Vc）： 活塞在上止点时其上
方的容积
气缸总容积（Va）： 活塞在下止点时其上
方的全部容积
Va=Vc+Vs 压缩比：
气缸总容积与燃烧室 容积之比
ε=Va/Vc
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第三节 发动机的工作原理 四 行 程 汽 油 机 工 作 原 理
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汽车工程系
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前部
第五节 发动机的编号
中部
尾部
缸数符号 行程符号
机器特征符号
缸径符号
变形符号
8E430Z 492Q
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6135C-1
6100Q-1
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8120F
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缸数符号：用数字表示汽缸数
行程符号：用E表示二冲程，不用此符号表示四 冲程
缸径符号：用气缸直径的毫米数表示，但不列出 小数点后的数字
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机器特征符号
字母 代号
Q T
C
J
有途特征 汽车用
拖拉机用 船用
铁路牵引用
字母 代号
Z K
F
有途特征
增压 复合 风冷（无符号 为水冷）
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变形符号
用数字表示顺序，与前面的符号用一短横隔开， 该数字序号由系列产品的主导厂按产品出现的 顺序统一编号
Tz =1800~2200 Tb=1000~1200
排气行程 排出废气 Pr=105~120 Tr=700~900
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汽油机与柴油机比较
项
目汽 油 机 柴 油 机
混 合 气 形 成 缸外混合 缸内混合
方法
燃烧方式 点燃式
压燃式
性能特点 转速高、重量 转速低、重量
轻、噪音小、 大、噪音大、
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CO
HC
NOx
排气颗粒
单位
3.4
0.25
0.4
0.08
g/mile
(2.11)
(0.25)
(0.16)
(0.05)
(g/km)
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2.噪声 噪声会刺激神经，使人心情烦躁，反映迟钝，甚至耳 聋，诱发高血压和神经系统的疾病。汽车是城市主要 的噪声源之一，发动机又是汽车的主要噪声源，故必 须给与控制。如我国的噪声标准中规定，轿车的噪声 不得大于82dB（A）。
180o~360 o
气门状态:
进、排气门均关闭
终了压力: 800~1400 kPa
终了温度: 350~400 oC
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作用：
做功过程
燃烧高温高压气体膨胀做功
活塞运动:
从上止点向下止点
曲轴转角:
360o~540 o
气门状态:
进气门、排气门均关闭
最高压力: 2490 ~3520 kPa
近年来还有按每气缸中的气门数来分类的，当每气 缸中设有一个进气门和一个排气门的发动机，称 为二气门发动机；每缸中设有两个进气门和两个 排气门的，称为四气门发动机；或者每个气缸中 设有三个进气门和两个排气门的，称为五气门发 动机。
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第二节 发动机常用术语
上止点： 活塞顶离曲轴中心线
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进气过程
作用： 吸入新鲜混合气
活塞运动: 从上止点向下止点
曲轴转角: 0o~180 o
气门状态: 进气门打开排气门关闭
终了压力: 75~90 kPa 终了温度: 80~130 oC
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压缩过程
作用：
压缩混合气，为燃烧创造 条件
活塞运动:
从下止点向上止点
曲轴转角:
经济性差 经济性好
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二冲程汽油机工作原理
1.进气孔 2.排气孔 3.换气孔
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第一个行程
活塞运动: 从下止点向上止点
曲轴转角: 0o~180o
作用: 活塞上方压缩 活塞下方进气
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1.进气孔 2.排气孔 3.换气孔
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第二个行程
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本章课后思考题：
1.什么叫上止点、下止点、汽缸工作容积、燃烧 室容积、压缩比、发动机排量？
2.内燃机运行中，如果连杆弯曲，压缩比会如何 变化?
3.什么叫发动机循环、四行程发动机、二行程发 动机？二行程发动机有何特点？
4.举例说明内燃机的编号规则。
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活塞运动: 从上止点向下止点
曲轴转角: 18 0o~360o
作用: 活塞上方做功排气 活塞下方预压
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二 行 程 柴 油 机 工 作 原 理
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二行程柴油机工作原理概略表
行 程 活塞运动
作用状况
第一个行程 从下止点向上止点 活塞上方进气、压缩
第二个行程 从上止点向下止点 活塞上方作功、排气
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二行程发动机的特点
功率提高，当n、Va、ε相同时，理论上其功 率是四行程的二倍，实际提高1.5—1.6倍
作功次数多，运转平稳； 结构简单，维修方便； 换气不完善，经济性差。
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第四节 发动机总体构造
两个机构： 曲柄连杆机构 配气机构
五个系统： 供给系 润滑系 冷却系 点火系（汽油机） 起动系
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四行程汽油机工作原理
综上所述： 发动机每完成一个工作循环时，曲轴转动二周 （720℃），进、排气门各开启一次，活塞完成四 个行程，其中进气、压缩和排气行程是消耗动力， 只有作功行程产生动力。
发动机一个工作循环： 每完成一次进气、压缩、作功、排气的过程，称 为一个工作循环。
四行程发动机特点 ： 发动机曲轴转二周，活塞往复四个行程完成一个 工作循环。
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二、经济性指标
发动机每发出1KW有效功率，在1h内所消耗的 燃油质量（以g为单位）,称为燃油消耗率，用 be表示。很明显，燃油消耗率越低，经济性越 好。
发动机的性能是随着许多因素而变化的，其变化 规律称为发动机特性。
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三、发动机的运转性能指标
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第六节 发动机的性能指标
发动机的主要性能指标有动力性指标(有效转 矩、有效功率、转速等)，经济性指标（燃 油消耗率），运转性能指标（排气品质、 噪声和起动性能等）。
一、动力性指标
1.有效转矩
发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转 矩，以Te表示，单位为N•m。有效转矩与外 界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。
发动机的运转性能指标主要指排气品质、噪声、起动性 等。
1.排气品质
发动机的排气中含有对人体有害的物质，它对大气的污 染已形成公害。发动机排出的有害排放物，主要有氮氧 化合物（NOx）、碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO） 等以及排气颗粒。美国联邦汽车排放法规 FTP 是目前世 界上最严的标准，1994年后规定轿车排放必须满足下列 限制：
终了压力: 300~500 kPa
终了温度: 1200 oC
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排气过程
作用： 排出膨胀做功后的废气
活塞运动: 从下止点向上止点
曲轴转角: 540o~720 o
气门状态: 进气门关闭、排气门打开
终了压力: 105~120 kPa 终了温度: 600~900 oC
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2.有效功率
发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效功率。用Pe表 示，单位为KW。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。 发动机的有效功率可以用台架试验方法测定，也可用 测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后运用公式计 算发动机的有效功率。
发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速，称为额定功 率和额定转速。按照发动机可靠试验方法的规定，汽 车发动机应能在额定工况下连续运行300～1000h。
第一节 汽车发动机的类型 第二节 发动机常用术语 第三节 发动机的工作原理 第四节 发动机总体构造 第五节 发动机的编号 第六节 发动机的性能指标
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第一章 发动机概述
发动机是发出动力的机器，是汽车的心脏， 是汽车的动力装置，是将一种能量转变为 机械能的装置。
目前的传统发动机都是将燃料的化学能转变 为热能，再由热能转变为机械动力，并通 过底盘的传动系和行驶系驱动汽车行驶。