發(fā)動機的工作原理和總體構(gòu)造

1、發(fā)動機的工作原理和總體構(gòu)造(初級）發(fā)動機的工作原理和總體構(gòu)造第一節(jié)   發(fā)動機的分類發(fā)動機：將某一種形式的能量轉(zhuǎn)化成機械能的機器發(fā)動機包括熱機和電動機等。發(fā)動機的工作原理和總體構(gòu)造第一節(jié)   發(fā)動機的分類發(fā)動機：將某一種形式的能量轉(zhuǎn)化成機械能的機器發(fā)動機包括熱機和電動機等。熱機是把熱能轉(zhuǎn)化為機械能，它包括內(nèi)燃機和外燃機，內(nèi)燃機燃料在機器內(nèi)部燃燒，外燃機燃料在機器外部燃燒；電動機是把電能轉(zhuǎn)化為機械能。內(nèi)燃機和外燃機相比，體積小，質(zhì)量小，便于移動，起動性好，廣泛應(yīng)用于車、船、飛機等。汽車發(fā)動機指車用內(nèi)燃機。內(nèi)燃機的分類方法很多，按照不同的分類方法可

2、以把內(nèi)燃機分成不同的類型。1)      按照所用燃料分類內(nèi)燃機按照所使用燃料的不同可以分為汽油機和柴油機。使用汽油為燃料的內(nèi)燃機稱為汽油機；使用柴油機為燃料的內(nèi)燃機稱為柴油機。汽油機與柴油機比較各有特點；汽油機轉(zhuǎn)速高，質(zhì)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。按照行程分類內(nèi)燃機按照完成一個工作循環(huán)所需的行程數(shù)可分為四行程內(nèi)燃機和二行程內(nèi)燃機。把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運動四個行程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機稱為四行程內(nèi)燃機；而把曲軸轉(zhuǎn)一圈(360°)，活塞在氣缸

3、內(nèi)上下往復(fù)運動兩個行程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機稱為二行程內(nèi)燃機。汽車發(fā)動機廣泛使用四行程內(nèi)燃機。發(fā)動機的工作原理和總體構(gòu)造第一節(jié)   發(fā)動機的分類發(fā)動機：將某一種形式的能量轉(zhuǎn)化成機械能的機器發(fā)動機包括熱機和電動機等。3）按照冷卻方式分類內(nèi)燃機按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動機和風(fēng)冷發(fā)動機。水冷發(fā)動機是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進行循環(huán)的冷卻液作為冷卻介質(zhì)進行冷卻的；而風(fēng)冷發(fā)動機是利用流動于氣缸體與氣缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介質(zhì)進行冷卻的。水冷發(fā)動機冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代車用發(fā)動機。4) 按照氣缸數(shù)目分類內(nèi)燃機按照氣缸數(shù)目

4、不同可以分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機。僅有一個氣缸的發(fā)動機稱為單缸發(fā)動機；有兩個以上氣缸的發(fā)動機稱為多缸發(fā)動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動機?，F(xiàn)代車用發(fā)動機多采用四缸、六缸、八缸發(fā)動機。(5) 按照氣缸排列方式分類內(nèi)燃機按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式。單列式發(fā)動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的；雙列式發(fā)動機把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動機，若兩列之間的夾角=180°稱為對置式發(fā)動機。6) 按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式分類內(nèi)

5、燃機按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)式發(fā)動機和強制進氣(增壓式)發(fā)動機。汽油機常采用自然吸氣式；柴油機為了提高功率有采用增壓式的四沖程發(fā)動機工作原理一、單缸汽油機的結(jié)構(gòu)二、發(fā)動機常用基本術(shù)語1.      上止點活塞在氣缸里作往復(fù)直線運動時，當活塞向上運動到最高位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠的極限位置，稱為上止點。2.      下止點活塞在氣缸里作往復(fù)直線運動時，當活塞向下運動到最低位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的極限位置，稱為下止點。3.    

6、 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，對應(yīng)一個活塞行程，曲軸旋轉(zhuǎn)180°。4.      曲柄半徑曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心之間的距離稱為曲柄半徑，一般用R表示。通?；钊谐虨榍霃降膬杀?，即s=2R 。5.      氣缸工作容積活塞從一個止點運動到另一個止點所掃過的容積，稱為氣缸工作容積。一般用Vh表示： 式中：D氣缸直徑 單位mm；S活塞行程，單位mm；1.   燃燒室容積活塞位于上止點時，其頂部與氣缸蓋之間的

7、容積稱為燃燒室容積。一般用Vc表示。2.   氣缸總?cè)莘e活塞位于下止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為氣缸總?cè)莘e。一般用Va表示，顯而易見，氣缸總?cè)莘e就是氣缸工作容積和燃燒室容積之和，即VaVcVh。3.   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)動機排量。一般用VL表示： VL=VH*i式中：Vh氣缸工作容積；       i 氣缸數(shù)目。1.   壓縮比壓縮比是發(fā)動機中一個非常重要的概念，壓縮比表示了氣體的壓縮程度，它是氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比值，即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容

8、積之比稱為壓縮比。一般用表示。 式中：Va 氣缸總?cè)莘e；       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工作循環(huán)每一個工作循環(huán)包括進氣、壓縮、作功和排氣過程，即完成進氣、壓縮、作功和排氣四個過程叫一個工作循環(huán)三、四行程汽油機工作原理四行程汽油機的運轉(zhuǎn)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)反復(fù)的。1)     進氣行程由于曲軸的旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點向下止點運動，這時排氣門關(guān)閉，進氣

9、門打開。進氣過程開始時，活塞位于上止點，氣缸內(nèi)殘存有上一循環(huán)未排凈的廢氣，因此，氣缸內(nèi)的壓力稍高于大氣壓力。隨著活塞下移，氣缸內(nèi)容積增大，壓力減小，當壓力低于大氣壓時，在氣缸內(nèi)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。在進氣過程中，受空氣濾清器、化油器、進氣管道、進氣門等阻力影響，進氣終了時，氣缸內(nèi)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。實際汽油機的進氣門是在活塞到達上止點之前打開，并且延遲到下止點之后關(guān)閉，以便吸入更多的可燃混合氣。 

10、   壓縮行程曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從下止點向上止點運動，這時進氣門和排氣門都關(guān)閉，氣缸內(nèi)成為封閉容積，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(jié)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。 壓縮比越大，壓縮終了時氣缸內(nèi)的壓力和溫度越高，則燃燒速度越快，發(fā)動機功率也越大。但壓縮比太高，容易引起爆燃。所謂爆燃就是由于氣體壓力和溫度過高，可燃混合氣在沒有點燃的情況下自行燃燒，且火焰以高于正常燃燒數(shù)倍的速度向外傳播，造成尖銳的敲缸聲。會使發(fā)動機過熱，功率下降，汽油消耗量增加以及機件損

11、壞。輕微爆燃是允許的，但強烈爆燃對發(fā)動機是很有害的，汽油機的壓縮比一般為610。(3) 作功行程作功行程包括燃燒過程和膨脹過程，在這一行程中，進氣門和排氣門仍然保持關(guān)閉。當活塞位于壓縮行程接近上止點(即點火提前角)位置時，火花塞產(chǎn)生電火花點燃可燃混合氣，可燃混合氣燃燒后放出大量的熱使氣缸內(nèi)氣體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(zhuǎn)并輸出機械功，除了用于維持發(fā)動機本身繼續(xù)運轉(zhuǎn)外，其余用于對外作功。隨著活塞向下運動，氣缸內(nèi)容積增加，氣體壓力和溫度降低，當活塞運動到下止點時，作功行程結(jié)束，氣體壓力

12、降低到0.30.5MPa，氣體溫度降低到13001600K(4) 排氣行程可燃混合氣在氣缸內(nèi)燃燒后生成的廢氣必須從氣缸中排出去以便進行下一個進氣行程。當作功接近終了時，排氣門開啟，進氣門仍然關(guān)閉，靠廢氣的壓力先進行自由排氣，活塞到達下止點再向上止點運動時，繼續(xù)把廢氣強制排出到大氣中去，活塞越過上止點后，排氣門關(guān)閉，排氣行程結(jié)束。實際汽油機的排氣行程也是排氣門提前打開，延遲關(guān)閉，以便排出更多的廢氣。由于燃燒室容積的存在，不可能將廢氣全部排出氣缸。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。 曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點向下止點運動

13、，又開始了下一個新的循環(huán)過程?？梢娝男谐唐蜋C經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個行程完成一個工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點往復(fù)運動了四個行程，相應(yīng)地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈。四、 四沖程柴油機的工作原理四行程柴油機和四行程汽油機的工作過程相同，每一個工作循環(huán)同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣四個行程，但由于柴油機使用的燃料是柴油，柴油與汽油有較大的差別，柴油粘度大，不易蒸發(fā)，自燃溫度低，故可燃混合氣的形成，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，下面主要分析一下柴油機和汽油機在工作過程中的不同點。四行程柴油機在進氣行程中所不同的是柴油機吸入氣缸的是純空氣而不是可燃混合氣，在進氣通道中沒有化油器

14、，進氣阻力小，進氣終了時氣體壓力略高于汽油機而氣體溫度略低于汽油機。進氣終了時氣體壓力約為0.07850.0932MPa，氣體溫度約為300370K。 壓縮行程壓縮的也是純空氣，在壓縮行程接近上止點時，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，柴油和空氣在氣缸內(nèi)形成可燃混合氣并著火燃燒。柴油機的壓縮比比汽油機的壓縮比大很多(一般為1622)，壓縮終了時氣體溫度和壓力都比汽油機高，大大超過了柴油機的自燃溫度。壓縮終了時，氣體壓力約為3.54.5MPa，氣體溫度約為7501000K，柴油機是壓縮后自燃著火的，不需要點火，故柴油機又稱為壓燃機。柴油噴入氣缸后，在很短的時間內(nèi)與空氣混合后便立即著火燃燒，柴油機

15、的可燃混合氣是在氣缸內(nèi)部形成的，而不象汽油機那樣，混合氣主要是在氣缸外部的化油器中形成的。柴油機燃燒過程中氣缸內(nèi)出現(xiàn)的最高壓力要比汽油機高得多，可高達69MPa，最高溫度也可高達20002500K。作功終了時，氣體壓力約為0.20.4MPa，氣體溫度約為12001500K。 柴油機的排氣行程和汽油機一樣，廢氣同樣經(jīng)排氣管排入到大氣中去，排氣終了時，氣缸內(nèi)氣體壓力約為0.1050.125MPa，氣體溫度約為8001000K。 柴油機與汽油機比較，柴油機的壓縮比高，熱效率高，燃油消耗率低，同時柴油價格較低，因此，柴油機的燃料經(jīng)濟性能好，而且柴油機的排氣污染少，排放性能較好。但它的主要缺點是轉(zhuǎn)速低，

16、質(zhì)量大，噪聲大，振動大，制造和維修費用高。在其發(fā)展過程中，柴油機不斷發(fā)揚其優(yōu)點，克服缺點，提高速度，有望得到更廣泛地應(yīng)用。五、爆燃和表面點火壓縮比對發(fā)動機工作的影響： 1、 壓縮比增加，可染混合氣溫度增加，壓力增加，燃燒速度快，發(fā)動機功率增加，經(jīng)濟性好；2、 壓縮比如果過大，反而會出現(xiàn)爆燃和表面點火等不正常燃燒現(xiàn)象。爆燃：氣體壓力和溫度過高，在燃燒室內(nèi)離點燃中心較遠處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正常燃燒?，F(xiàn)象：尖銳的敲缸聲，因燃燒速度過快形成壓力波，壓力波撞擊燃燒室而產(chǎn)生。后果：發(fā)動機過熱，功率下降，經(jīng)濟性下降，嚴重時氣門燒毀，軸瓦破裂，火花塞絕緣體被擊穿等。表面點火：由于燃燒室內(nèi)熾熱表

17、面（如排起門頭、火花塞電極，積炭）點燃混合氣產(chǎn)生的一種不正常燃燒現(xiàn)象。現(xiàn)象：沉悶的敲缸聲后果：發(fā)動機零部件負荷增加，壽命下降。發(fā)動機的總體構(gòu)造        發(fā)動機是一種由許多機構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機器。無論是汽油機，還是柴油機；無論是四行程發(fā)動機，還是二行程發(fā)動機；無論是單缸發(fā)動機，還是多缸發(fā)動機。要完成能量轉(zhuǎn)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(gòu)和系統(tǒng)。    以汽油機為例（1）    機體組：發(fā)動機個機構(gòu)、各系統(tǒng)的裝配基體，其本身又是許多系統(tǒng)的組成部分。（2）

18、60;  曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中，活塞承受燃氣壓力在氣缸內(nèi)作直線運動，通過連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，并從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成活塞的直線運動。發(fā)動機的總體構(gòu)造        發(fā)動機是一種由許多機構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機器。無論是汽油機，還是柴油機；無論是四行程發(fā)動機，還是二行程發(fā)動機；無論是單缸發(fā)動機，還是多缸發(fā)動機。要完成能量轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)工作循環(huán)，保證長時間連續(xù)正常

19、工作，都必須具備以下一些機構(gòu)和系統(tǒng)。    以汽油機為例（1）    機體組：發(fā)動機個機構(gòu)、各系統(tǒng)的裝配基體，其本身又是許多系統(tǒng)的組成部分。（2）   曲柄連桿機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中，活塞承受燃氣壓力在氣缸內(nèi)作直線運動，通過連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，并從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成活塞的直線運動。配氣機構(gòu)配氣機構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動機的工作順序和工作過程定時開啟和關(guān)閉進氣門和排氣門，使可燃

20、混合氣或空氣進入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實現(xiàn)換氣過程。配氣機構(gòu)大多采用頂置氣門式配氣機構(gòu)，一般由氣門組、氣門傳動組和氣門驅(qū)動組組成。（4）燃料供給系統(tǒng) 汽油機燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動機的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去；柴油機燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。5）潤滑系統(tǒng) 潤滑系的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，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。潤滑系通常由潤滑油道、機油泵、機油濾清器和一些閥門等組成6) 冷卻系統(tǒng)冷卻

21、系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風(fēng)扇、水箱、節(jié)溫器等組成。(7) 點火系統(tǒng) 在汽油機中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。能夠按時在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備稱為點火系，點火系通常由蓄電池、發(fā)電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。8) 起動系統(tǒng) 要使發(fā)動機由靜止狀態(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機的曲軸，使活塞作往復(fù)運動，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機才能自行運轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機開始自動地怠速運轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機的起動系。汽油機由以上一個機體、兩大機構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，即由機體組、曲柄連桿機構(gòu)，配氣機構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點火系和起動系組成；柴油機由以上兩大機構(gòu)和四大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系和起動系組成，柴油機是壓燃的，不需要點火系。發(fā)動機主要性能指標和特性一、發(fā)動機的主要性能指標  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、有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速。