发动机基本结构与工作原理

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90 120 150 180 210 240 270
Torque(N.m)
1
39
1.5.4 发动机万有特性
通过对速度特性和负荷特性的分析发现, 这两种特性都有一个限制条件,即要么转 速一定或油门(节气门)开度一定,这就 不能全面地了解和评价内燃机整个运行范 围的状况。因此采用万有特性。
万有特性即是以转速和平均有效压力为横、 纵坐标,在平面坐标上显示等油耗和等功 率(或其他参数)曲线。
(1)第一行程 (换气-压缩行程)
(2)第二行程 (膨胀-换气行程)
1
15
1.4 发动机性能指标
动力性能指标 运转性能指标
经济性能指标 可靠性、耐久性能指标
1.4.1 动力性能指标 1.有效转距(Te):发动机曲轴输出的平均转矩
称为有效转矩 。
2.平均有效压力( Pme ):单位气缸工作容积所
输出的有效功。
措施,汽油机和柴油机均在-10±2℃的 气温条件下起动发动机,在15s以内发动 机 要 能 自 行 运 转 ( GB/T 125352007)。
1
31
1.4.4 可靠性与耐久性能指标
1.可靠性:是指发动机在规定的运转 条件下,具有持续工作,不至因为 故障而影响正常运转的能力。
2.耐久性:是指发动机在规定的运转 条件下,长期工作而不大修的能力。
1
28
(7)二氧化硫(SO2)
是一种无色的气体,对人体的呼吸系统 具有剌激作用。当SO2的浓度达到8ppm 时,人开始感到难受,它会使呼吸道内 腔缩小,呼吸量少,并剌激鼻喉,引起 咳嗽。如浓度进一步增大,则会引起呼 吸困难,呼吸道红肿、脑闷,形成支气 管炎、哮喘病甚至肺气肿等。
1
29
2.噪声
噪声是发动机工作时发出的一种声强和 频率无一定规律的声音。
1
32
1.5 发动机特性曲线
1.5.1 发动机特性与特性曲线
1.发动机特性 发动机性能指标随调整情况及运转情况而变化
的关系称为发动机特性。
l 发动机性能指标主要有功率、转矩、燃料消耗率、排 气温度、排放物等;
l 调整情况主要指柴油机的供油提前角、汽油机的点火 提前角、发动机燃料等可调因素对发动机性能的影响;
We
Q1-燃料中所含的热量(kJ) We-发动机有效功(kJ)
e Q1
Pe-发动机有效功率(kW)
3
B-发动机每小时消耗的燃油质
3.610 Pe 量(kg/h)
e
be-燃油消耗率(g/(kW.h))
BHu Hu-燃料低热值(kJ/kg)
3.6106
b e
.Hu
1e
ηe :汽油机一般0.30 左右 柴油机一般0.40左右
21
1.4.3 运转性能指标
排放指标
噪声
起动性能
可靠性
耐久性
1
22
1. 排放指标
(1)CO
无色、无臭的有毒气体,吸入人体后, 就能以比氧强210倍的亲和力同血液中 的血红蛋白结合,形成碳氧血红蛋白, 阻碍血液向心、脑等器官输送氧气,使 人会发生恶心、头晕、疲劳等缺氧症状, 严重时窒息死亡。
它损害人的听觉器官、神经系统、心血 管系统、消化系统和内分泌系统,容易 使人性情烦躁,反应迟钝,甚至耳聋, 诱发高血压和神经系统的疾病。
我国的噪声标准(GB/T 18697—2002) 中规定,轿车的噪声不大于79dB(A)。
1
30
3.起动性能
起动性能是表征发动机起动难易的指标。 我国标准规定,不采用特殊的低温起动
发动机基本结构与工作原理
2.工作原理
(1)进气行程 进入气缸的是 纯空气;
(2)着火方式 属于压燃式。
1
2
四冲程柴油机工作原理
1
3
四冲程柴油机各行程示意图
新鲜空气
开始喷油
进气行程
压缩行程
1
作功行程
排气行程
4
汽油机和柴油机的特征点参数对比
1
5
柴油机与汽油机比较
性能
汽油机 柴油机
着火方式
点燃
压燃
1500
2500 3500 4500
Engin1e Speed [rpm]
5500
6500
Torque(N.m)
Air/Fuel Ratio
27 26 25 24 23 22 21 20
300 280 260 240 220 200
1200 1600 2000 2400 2800
Engine Speed(r/min)
E N G IN E S P E E D [rpm ]
BSFC [g/kWh]
325
300
275 250 225 200 175
220 207
216
201 202
203 204 205
80kW 70kW 60kW
150 125 100
75 50
213 210 216
220
225 232
1200 1600
(2)标定转速:标定功率对应的转速。
(3)我国内燃机功率标定分以下四级:
★ 15min功率:在标准环境条件下,内燃机能连续 稳定运转15min时的最大有效功率 。(汽车等)
★ 1h功率
(工程机械、拖拉机等)
★ 12h功率
(部分拖拉机和发电机等)
★ 持续功率 (铁路机车、船舶和发电机组等)
1
18
升功率
232 240
2000 2400
50kW
245 40kW
250 260
30kW 20kW
2800 3200
Enging Speed(r/min)
1
41
1.6 汽车发动机总体组成
一个机体上安装一个机 构和六大系统(汽油机) (柴油机是五大系统)
机体组件 曲柄连杆机构 换气系统 燃油系统 润滑系统 冷却系统 点火系统(汽油机) 起动系统
1
8
1.3.1 二冲程汽油机结构特点与 工作原理
1.二冲程汽油机结构特点
与四冲程汽油机比较: 没有进、排气门及驱动 机构,设进、排气孔和 扫气孔,由活塞控制开 闭。
1-气缸 2-扫气孔 3-活塞 4-连杆 5-曲轴箱 6-曲
轴 17-进气孔 8-排气孔 9-火花塞
9
2.二冲程汽油机工作原理
(1)第一行程 (换气-压缩行 程)
1
16
3.有效功率(Pe):发动机曲轴输出的功
率称为有效功率。
Pe Te
2n103
60
Ten 9550
ni
P V me s
Pe
30
1
Te-有效转距(N m) n-曲轴转速(r/min) Pme-平均有效压力(kPa) Vs-气缸工作容积(m3) i-气缸数 τ -冲程数
17
标定功率
(1)标定功率:发动机制造厂按国家规定标定的有效 功率(发动机产品名牌上标明的功率)。
(2)第二行程 (膨胀-换气行 程)
1
10
二冲程汽油机工作原理
1
11
二冲程汽油机与四冲程汽油机比较
性 能 二冲程汽油机 四冲程汽油机
结构
简单
复杂
质量功率比


燃油消耗

1

12
升功率

起动性

制造维修成 本

比质量

使用寿命

排放污染

1
小 难 高 大 长 小
13
1.3.2 二冲程柴油机结构特点与工作原理
1
23
(2)NOx
氮氧化物的总称,其中NO2毒性较大,它是一 种赤褐色带剌激性的气体,被人体吸收后会变 为硝酸,硝酸与血红蛋白结合会变成变性血红 蛋白,因而降低了血流的输氧能力,对心、肝、 肾等都有不良影响。
NO2的另一大危害是它参与光化学反应会形成 臭氧和醛等。臭氧有一种独特的臭味,氧化力 极强,会使植物变黑,橡胶发裂。动物在臭氧 1PPm浓度环境中停留4h,就会出现轻微肺气 肿现象。
1
40
BMEP [bar]
Torque(N.m)
E ngine T esting - M apping - B S FC [g/kW h] 12
11
10
9
8 2 6 0 .0
7
6 2 8 0 .0
5
3 0 0 .0 4
3
3 3 0 .0 3 6 0 .0
2 4 7 0 .0
1
0 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000
1
换气系统
冷却系统 机体组件
曲柄连 杆机构 润滑系统
燃料系统 点火系统
起动系统
42
汽车发动机总体组成
1
43
汽车发动机总体组成
1.机体组件: 发动机的 骨架,支 承着发动 机的所有 零部件。
气缸罩 气缸盖 气缸垫
气缸 水道、油道
气缸体 曲轴箱 油底壳垫 油底壳
1
44
2.曲柄连 杆机构
将活塞顶的 燃气压力转 变为曲轴的 转矩,输出 机械能。
1
26
(5)醛类
是燃料未完全氧化的产物,它包括甲醛、 乙醛、丙醛、丙烯醛、丁醛等,它会使 排气产生臭味,具有较强的剌激性。长 时间受浓度较大的甲醛的作用,将使眼 睛、上呼吸道系统中枢神经受到损害。
1
27
(6)微粒(含碳烟)
燃用无铅汽油的汽油机可以认为不产生 微粒。微粒主要来自柴油机排放物,它 被人体吸入呼吸道及肺组织,并在其中 沉积,从而引起人体肺组织等的病变。
l 运转情况一般指发动机转速和负荷等。
1
33
2.特性曲线
以曲线形式表示的发动机特性称为发动 机特性曲线 。
1
34
3. 发动机特性分类
(1)调节特性:指发动机的性能指标随调节情 况而变化的关系。如柴油机的供油提前角调节 特性、汽油机的点火提前角调节特性、汽油机 的燃料调节特性等。
(2)性能特性:指内燃机的性能指标随运行工 况而变化的关系。如负荷特性、速度特性、调 速特性、万有特性等,它们可以通过试验测得。 汽车应用较多的是速度特性。
在标定工况下每升气缸工作容积所发 出的有效功率。
P
c
Pe V si
(kw/ l)
1
19
1.4.2 经济性能指标
1.燃油消耗率:每小时单位有效功率消耗的 燃油质量(以g/kW.h为单位)。
be
B Pe
103
B-发动机每小时消耗的燃油质量(kg/h)
wk.baidu.com
Pe-发动机的有效功率(kW)
1
20
2.有效热效率:燃料中所含的热量转变为有效功 的比例。
1
35
1.5.2 发动机速度特性
速度特性:指当燃料供给调节机构(汽油机的 节气门或柴油机喷油泵的油量控制拉杆)位置 不变时,发动机性能指标(转矩、功率、燃油 消耗率等)随转速的改变而变化的关系。对应 的曲线称为速度特性曲线。
外特性:当燃料供给调节机构固定在全负荷位 置(汽油机节气门全开位置或柴油机的油量控 制拉杆在额定供油量位置)时,所测得的速度 特性称外特性或全负荷速度特性。
228 224 220 216 212 208 204 200
3200
37
BSFC(g/kW.h)
1.5.3 发动机负荷特性
当发动机转速不变时,其他性能参数随 负荷变化的关系称为负荷特性。
通常内燃机的负荷是指扭矩或平均有效 压力或平均有效压力,在稳定运行状态 下也就是阻力矩。
负荷特性图以负荷为横坐标,其他性能 参数为纵坐标。
1.二冲程柴油机结构特点
1-活塞 2-缸套上的空 气进气孔 3-排气门 4-泵-喷嘴 5-传动轮 (由柴油机驱动) 6单向传动离合器 7-废 气排出口 8-排气涡轮 叶轮 9-离心式风机 10-排水口 11-增压空 气冷却器 12-进水口 13-集流箱
1
美国GM公司710G3B二冲程柴油14 机
2.二冲程柴油 机工作原理
燃油消耗


热效率
30%左右
40%左右
工作平稳性
1
柔和
粗暴
6
发动机转速


升功率


起动性


制造维修成本


比质量


使用寿命 排放
1


CO 、HC、NOX多, CO 、HC小,NOX、
黑烟少
黑烟多
7
1.3 二冲程发动机结构特点与 工作原理
二冲程发动机:指活塞在上、下止 点间往复移动两个行程(相当曲轴 旋转了一周),完成进气、压缩、 作功、排气一个工作循环的发动机。
1
38
燃油消耗率/g(kWh)-1 BSFC(g/kW.h)
Air/Fuel Ratio
380 360 340 320 300 280 260 240
0.0
B00 B20 B30 B40
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
平均有效压力/MPa
300 285 270 255 240 225 210
60
48 45 42 39 36 33 30 27 24
部分负荷速度特性:当燃料供给调节机构固定 在全负荷以内各位置时,所测得的速度特性就 称为部分负荷速度特性。
1
36
BSFC [g/kW·h]
350 335 320 305 290 275 260 245 230
500
BSFC(without correction) BSFC(with correction)
1
24
(3)HC
包括未燃和未完全燃烧的燃油,润滑油 及其裂解产物和部分氧化产物,人体内 吸入较多的HC,会破坏造血机能,造成 贫血、神经弱,并会降低肺对传染病的 抵抗力。
HC的另一危害是它与NO2经光化反应后 会形成臭氧。
1
25
(4)光化学烟雾
它是HC与NOx在阳光作用下所形成 的烟雾,有刺激性 。 光化学烟雾会降低大气可见度,伤害 眼睛、咽喉,影响植物生长
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