LI1101_SY_010600_發(fā)動機概述電子教程.doc

遼寧省職業(yè)教育教學資源信息化建設項目LI1101_SY_010600_發(fā)動機概述電子教程一、汽車發(fā)動機的類型現(xiàn)代汽車所用的發(fā)動機，絕大多數(shù)是往復活塞式內燃機。其分類如下：1.按照所用燃料的不同可以分為汽油機和柴油機。汽油機轉速高，質量小，噪音小，起動容易，制造成本低；柴油機壓縮比大，熱效率高，經(jīng)濟性能和排放性能都比汽油機好。2.按照完成一個工作循環(huán)所需的行程數(shù)可分為四沖程和二沖程發(fā)動機。把曲軸轉兩圈，活塞在氣缸內上下往復運動四個行程，完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機稱為四沖程發(fā)動機；而把曲軸轉一圈，活塞在氣缸內上下往復運動兩個行程，完成一個工作循環(huán)的發(fā)動機稱為二沖程發(fā)動機。汽車發(fā)動機廣泛使用四沖程發(fā)動機。3.按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動機和風冷發(fā)動機。水冷發(fā)動機冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應用于現(xiàn)代車用發(fā)動機。4.按照氣缸數(shù)目不同可以分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機。5.按照氣缸排列方式不同可以分為直列式、V型和對置式發(fā)動機。6.按照進氣是否增壓可以分為增壓式和非增壓式發(fā)動機。二、發(fā)動機的基本術語1.上止點：活塞頂部距離曲軸旋轉中心最遠處，稱為上止點。2.下止點：活塞頂部距離曲軸旋轉中心最近處，稱為下止點。3.活塞行程：活塞從一個止點到另一個止點移動的距離，即上、下止點之間的距離稱為活塞行程，一般用S表示。4.曲柄半徑：曲軸連桿軸頸的中心到曲軸主軸頸中心的距離稱為曲柄半徑，一般用R表示。活塞行程為曲柄半徑的兩倍，即S=2R 。5.氣缸工作容積：上、下止點間氣缸的容積，稱為氣缸工作容積或氣缸排量。一般用Vh表示。Vh=S式中：D氣缸直徑，單位mm； S活塞行程，單位mm；6.發(fā)動機排量：多缸發(fā)動機各氣缸工作容積的總和，稱為發(fā)動機工作容積或發(fā)動機排量。一般用VL表示。 VL = Vhi 式中：Vh氣缸工作容積； i 氣缸數(shù)目。7.燃燒室容積：活塞位于上止點時，活塞頂部以上的容積稱為燃燒室容積。一般用Vc表示。8.氣缸總容積：活塞位于上止點時，活塞頂部以上的容積稱為氣缸總容積。一般用Va表示。Va=Vh+Vc。9.壓縮比：氣缸總容積與燃燒室容積之比稱為壓縮比。一般用表示。= =1+式中：Va 氣缸總容積； Vh 氣缸工作容積； Vc 燃燒室容積； 通常汽油機的壓縮比為610，柴油機的壓縮比較高，一般為1622。10.工作循環(huán)：發(fā)動機每一次將熱能轉變?yōu)闄C械能，都必須經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個連續(xù)的過程。每進行一次這樣的過程就叫做一個工作循環(huán)。三、發(fā)動機的工作原理1.四沖程汽油機的工作原理四沖程汽油機的運轉是按進氣行程、壓縮行程、作功行程和排氣行程的順序不斷循環(huán)的。（1）進氣沖程曲軸帶動活塞從上止點向下止點運動，這時排氣門關閉，進氣門打開。隨著活塞下移，氣缸內容積增大，壓力減小，當壓力低于大氣壓時，在氣缸內產(chǎn)生真空吸力，空氣經(jīng)空氣濾清器并與化油器供給的汽油混合成可燃混合氣，通過進氣門被吸入氣缸，直至活塞向下運動到下止點。此時，氣缸內氣體壓力略低于大氣壓，約為0.0750.09MPa，同時受到殘余廢氣和高溫機件加熱的影響，溫度達到370400K。（2）壓縮沖程進氣沖程結束后，曲軸繼續(xù)帶動活塞從下止點向上止點運動，此時進、排氣門都關閉，氣缸內的可燃混合氣受到壓縮，壓力和溫度不斷升高，當活塞到達上止點時壓縮行程結束。此時氣體的壓力和溫度主要隨壓縮比的大小而定，可燃混合氣壓力可達0.61.2MPa，溫度可達600700K。（3）作功沖程當壓縮沖程活塞接近上止點時，火花塞產(chǎn)生電火花點燃可燃混合氣，并迅速燃燒。此時，進、排氣門仍關閉?？扇蓟旌蠚馊紵蠓懦龃罅康臒崾箽飧變葰怏w溫度和壓力急劇升高，最高壓力可達35MPa，最高溫度可達22002800K，高溫高壓氣體膨脹，推動活塞從上止點向下止點運動，通過連桿使曲軸旋轉并輸出機械能。（4）排氣沖程作功沖程接近終了時，排氣門開啟，進氣門仍然關閉?；钊汕S帶動，從下止點向上止點運動，廢氣在自身壓力和活塞的擠壓下，被排出氣缸?；钊竭_上止點，排氣沖程結束。受排氣阻力的影響，排氣終止時，氣體壓力仍高于大氣壓力，約為0.1050.115MPa，溫度約為9001200K。綜上，四沖程汽油機經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個沖程完成一個工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點往復運動了四個行程，相應地曲軸旋轉了兩圈。2.四沖程柴油機的工作原理與汽油機一樣，四沖程柴油機每一個工作循環(huán)同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣四個沖程，但由于柴油粘度大，不易蒸發(fā)，自燃溫度低，故可燃混合氣的形成方式、著火方式、燃燒過程以及氣體溫度、壓力的變化都和汽油機不同，主要區(qū)別見下表：四沖程發(fā)動機在一個工作循環(huán)的四個沖程中，只有一個沖程作功，其余三個沖程是作功的準備沖程。因此，單缸發(fā)動機的曲軸每轉兩圈，只有半圈作功，所以運轉平穩(wěn)性較差。功率越大，平穩(wěn)性就越差。采用多缸發(fā)動機可以彌補上述缺點，各缸的作功行程是錯開的，按照工作順序作功，即曲軸轉兩圈，各缸交替作功，因此，運轉平穩(wěn)，振動小。缸數(shù)越多，作功間隔角越小，同時參與作功的氣缸越多，發(fā)動機運轉越平穩(wěn)?，F(xiàn)代車用發(fā)動機多采用四缸、六缸和八缸發(fā)動機。四、發(fā)動機的總體構造發(fā)動機是一種由許多機構和系統(tǒng)組成的復雜機器，它的結構形式很多，但是要完成能量轉換，實現(xiàn)工作循環(huán)，保證長時間連續(xù)正常工作，都必須具備以下一些機構和系統(tǒng)。1.曲柄連桿機構曲柄連桿機構由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。它是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量和運動的轉換機構。在作功沖程中，它把燃氣推動活塞作功的直線運動，通過連桿轉換成曲軸的旋轉運動，并對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣沖程中，它把曲軸的旋轉運動轉化成活塞的直線往復運動，以完成作功的準備工作。2.配氣機構配氣機構一般由氣門組、氣門傳動組組成。其作用是根據(jù)發(fā)動機的工作順序和工作循環(huán)，定時開啟和關閉進、排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸，并使廢氣從氣缸內排出。3.冷卻系 冷卻系通常由水泵、風扇、節(jié)溫器、水套、散熱器等組成。其功用是冷卻受熱機件，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。4.潤滑系潤滑系通常由機油泵、潤滑油道、機油濾清器和一些閥門等組成。其功用是潤滑摩擦件，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損，并對零件表面進行清洗和冷卻。 5.進、排氣系統(tǒng)及排污凈化裝置進氣系統(tǒng)主要由空氣濾清器與進氣導流管和進氣歧管組成。其作用是在進氣沖程中經(jīng)可燃混合氣或潔凈空氣導入氣缸。排氣系統(tǒng)主要由排氣歧管、排氣管、消聲器等組成。其作用是在排氣沖程將燃燒完的氣體導出并消減其噪聲。排污凈化裝置主要由催化轉換器、二次空氣噴射裝置、廢氣再循環(huán)（EGR）裝置、恒溫進氣系統(tǒng)、曲軸箱強制通風、汽油蒸發(fā)控制裝置和柴油機微粒過濾器等組成。其作用是減少汽車污染物向大氣中的排放量。 6.起動系起動系由起動機及齒輪傳動機構組成。其作用是使發(fā)動機從靜止狀態(tài)達到混合氣燃燒作功所需要的轉速。 7.燃油系統(tǒng) （1）汽油機燃油系統(tǒng)電噴汽油機的燃油系統(tǒng)主要由油箱、電動汽油泵、燃油濾清器、燃油壓力調節(jié)器和噴油器等組成?；推魇狡蜋C的燃油系統(tǒng)主要由油箱、汽油泵、燃油濾清器和化油器等組成。汽油機燃油系統(tǒng)的作用是向氣缸提供一定濃度的適量混合氣。 （2）柴油機燃油系統(tǒng)柴油機燃油系統(tǒng)主要由油箱、燃油濾清器、輸油泵、噴油泵、調速器、噴油提前角自調節(jié)器和噴油器等組成。柴油機電控共軌燃油噴射系統(tǒng)主要由輸油泵、高壓供油泵、油軌、噴油器以及燃油壓力傳感器和限壓閥等組成。柴油機燃油系統(tǒng)的作用是向氣缸內定時定量地噴射物化良好的柴油。 8.汽油機點火系汽油機點火系主要由電源、點火線圈、分電器和火花塞等組成。其作用是適時使火花塞產(chǎn)生電火花，點燃缸內的混合氣。 9.進氣增壓裝置進氣增壓裝置主要指進氣諧波增壓系統(tǒng)、渦輪增壓器和中冷器等。其作用是提高進氣壓力，增加氣缸的充氣量，提高發(fā)動機功率。 10.電控發(fā)動機管理系統(tǒng)主要由電控單元（ECU）和各種傳感器、執(zhí)行器組成。其作用是精確地控制發(fā)動機的有關運行參數(shù)，使發(fā)動機在最佳運行狀態(tài)下工作。五、發(fā)動機的主要性能指標及編號規(guī)則 1.發(fā)動機性能指標發(fā)動機的性能指標是用來衡量發(fā)動機性能好壞的標準。發(fā)動機的主要性能指標有：動力性能指標，經(jīng)濟性能指標和排放性能指標。(1) 動力性能指標 動力性能指標指曲軸對外作功能力的指標，包括有效扭矩、有效功率和發(fā)動機轉速。有效扭矩：指發(fā)動機通過曲軸或飛輪對外輸出的扭矩，通常用Me表示，單位為Nm。有效功率：指發(fā)動機通過曲軸或飛輪對外輸出的功率，通常用Pe表示，單位為kW。它等于有效扭矩和曲軸轉速的乘積。發(fā)動機的有效扭矩和曲軸轉速可以用測功器和轉速計測定，然后用下面公式計算出有效功率。 Pe = Me10-3 = 式中：Me 有效扭矩，單位為Nm； n 曲軸轉速，單位為r/min。 發(fā)動機轉速：指發(fā)動機曲軸每分鐘的轉數(shù)，單位為r/min。發(fā)動機產(chǎn)品銘牌上標明的功率及相應轉速稱為額定功率和額定轉速。(2) 經(jīng)濟性能指標 通常用有效燃油消耗率來評價內燃機的經(jīng)濟性能。有效燃油消耗率是指發(fā)動機每發(fā)出1kW有效功率在1小時內所消耗的燃油質量(以g為單位)，燃油消耗率通常用ge表示，其單位為g/kWh，計算公式如下 ge=GT/Pe 103式中：GT 每小時的燃油消耗量，kg/h； Pe 有效功率，kW。 很明顯，有效燃油消耗率越小，表示發(fā)動機曲軸輸出凈功率所消耗的燃油越少，其經(jīng)濟性越好。通常發(fā)動機銘牌上給出的有效燃油消耗率ge是最小值。 (3) 排放性能 排放性能指標包括排放煙度、有害氣體(CO，HC，NOx)排放量、噪聲等。 2.國產(chǎn)內燃機型號編制規(guī)則為了便于內燃機的生產(chǎn)管理和使用，1991年我國重新審定頒布了內燃機產(chǎn)品名稱和型號