发动机的工作原理.ppt

基本术语
上止点：活塞离曲轴回转中心最远处，即活塞在气缸内的最上
位置。
Top dead center 简称TDC
下止点：活塞离曲轴回转中心处，即在气缸最下位置。
bottom dead center 简称BDC
活塞行程：上、下两止点间的距离（mm） ，S=2R
冲程：活塞由一个止点到另一个止点运动一次的过程
排气行程
可燃混合气燃烧后产生的废气,必 须从气缸中排出,以便进行下一个进 气行程。当做功行程接近终了时， 排气门开启，此时靠废气的压力进 行自由排气，活塞达到下止点后再 向上止点移动时，继续将废气强制 排出缸外。活塞到上止点附近时， 排气行程结束。在排气行程中气缸 内的压力高于大气压力。排气终了 时废气温度约为627-927℃。
10.8:1
6.75:1
17:1
压缩比愈大，在压缩终了时混合气的压力和温度便越高， 燃烧速度便越快，因而发动机发出的功率愈大，经济性愈好。 但压缩比过大时，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现 爆燃和表面着火等不正常燃烧。它会增加发动机机件的负荷， 还会引起发动机过热、功率下降、燃油消耗增加、缸垫漏气量 增加等。严重时还会造成气门烧毁、轴瓦破裂、火花塞绝缘体 击穿等机件损坏现象。
一个例子
大家都看到过战争片中大炮的发射吧，那就是一个简单的内燃机，火药点燃爆炸后在 炮管内产生推动力，推动炮弹发射出去，这里火药相当于油气混合物，炮弹相当于活 塞，炮管wk.baidu.com当于汽缸，只不过相对于汽车轮子的转动来说，火药爆炸的能量被用来对 炮弹直线加速。
内燃机的工作循环
发动机每一次将燃料的化学能转化为热能，再将热能转化为 机械能的一系列连续过程，称为发动机的一个工作循环。
汽油燃烧的过程
在活塞上止点前某一时刻用电火花点火，行程紊流火焰向未燃混合气传播，最后完成 燃烧过程，火焰的传播过程决定燃烧室内已燃气体和未燃气体的热力学状态，从而决 定着发动机的功率、效率和排放。
汽油燃烧过程在P—φ示功图上可分三个阶段 IⅡ Ⅲ
（1）着火延迟期
θ 上止点
（2）明显燃烧时期 （3）后燃时期
以气缸工作容积为独立变量
P/(MPa)
4 3
1
Vc
6
5
Vh
2
Va
上止点
下止点
压缩比
Vc 活塞在上止点时的气缸容积称为气缸的压缩室容积 （compression volume) ,或最小气缸容积（minimum cylinder volume)
Vh 活塞由上止点移至下止点所空出的气缸容积称为 气缸工作容积 （work volume)
压缩比愈大，在压缩终了时混合气的压 力和温度愈高，燃烧的速度也越快，因 而发动机的功率愈大，经济性愈好。
做功行程
这个行程进、排气门仍然关闭，当压缩行程 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.混合 气燃烧时，释放出大量的热能.因此,燃气的压 力和温度迅速增加。所以达到的最高压力为 3000-5000KPa，相应的温度则为19272527 ℃。高温高压的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而输 出机械能。
示功图
P—φ示功图
进气
压缩
作功
排气
P/(MPa)
4
6
3
2
θ。
5
1
0
示功图：
60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720
气缸内压力随工作容积或曲轴转角变化的坐标图称为示功图。（indictor diagram)
以曲轴转角为独立变量的称 P—φ示功图
P-V示功图
点火过迟,燃烧过程推迟,功率和经济性同样下降.
发动机转速上升时须提前点火,转速上升后虽火焰速度加快,而着火延迟期以时间记缩 短教少,以曲轴转角记相应增加,为保持气缸压力在最佳位置,应加大点火提前角.
点火时刻对排放有很大影响,推迟点火可降低NOx和HC的排放量.
排量的计算
压缩行程
为使吸入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 较大的功率，必须将燃烧前的可燃混合 气压缩，使其容积缩小，密度加大、温 度升高，即需要有压缩过程。
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，压 缩终了时活塞到达上止点，可燃混合气 的压力升高到1500-2500KPa，温度可达 400-600 ℃。
在发动机气缸内完成一个工作循环，需要经过进气、压缩、 做功（燃烧、膨胀）和排气四个工作过程。凡活塞往复四个行程 而完成的一个工作循环的发动机，称为四冲程发动机；活塞往复 两个行程就完成的一个工作循环的发动机，称为二冲程发动机.
进气行程
进气行程中，进气门开启排气门关闭。随着活塞从上止点到下 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。这样可燃混合气便经过进气 管道和进气门被吸入气缸。由于进气系统有阻力，进气终了时气缸 内的气压约为75-90KPa。
Va 气缸工作总容积Va指活塞在下止点时活塞顶上面的空间 容积。 Va= Vc+ Vh
压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积的比值。
Va VhVc 1 Vh
Vc Vc
Vc
不同类型发动机压缩比ε比较
TU3JPK
TU5JPK
TU5JP4
EW10 EQ6100 EQD6102
9.3:1
9.6:1
10.5:1
点火提前角的概念
点火提前角 ——从火花塞点火至活塞上止点的曲轴转角称为点火提前角фig。
1.0
点火提前角的选择应满足以下要求:
相对扭矩
(1) 发动机功率最大
(2) 燃油经济性最好
0.9
(3) 发动机不发生爆燃
(4) 排放指标好
0
MBT
10
20
30
40
点火过早,压缩功增加功率和经济性达不到最夹,并易发生爆燃,导致火花塞和发动机 零件损坏,排放也将变坏.
第二章：发动机的工作原理
发动机的基本原理
内燃机的概念
内燃机的工作循环：进气、压缩、做功、排气
基本术语 示功图 压缩比 汽油燃烧的过程 点火提前角的概念 排量的计算 功率的概念和计算 扭矩的概念 发动机的有害排放物 影响发动机排放的因素
发动机的定义
发动机是汽车的动力装置。是通过将燃料的化学能转化为 热能，在将热能转变为机械能的一系列连续、周而复始的过程 的装置。