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1、第一章 發(fā)動機的工作原理 和總體構(gòu)造,教學目的及教學要求： 掌握發(fā)動機一般構(gòu)造，熟悉其術(shù)語； 了解四沖程汽油機、柴油機工作原理和熟悉兩者之間的特點； 了解二沖程汽油機、柴油機工作原理和其優(yōu)缺點；掌握發(fā)動機總體構(gòu)造和類型； 熟悉內(nèi)燃機型號編制規(guī)則； 了解發(fā)動機性能指標與性能特性。,重點：發(fā)動機的總體構(gòu)造、類型、型號編制規(guī)則； 難點：發(fā)動機一般構(gòu)造及術(shù)語，四沖程和二沖程汽油機、柴油機工作原理。,第一節(jié) 發(fā)動機的分類,一、發(fā)動機的定義、分類及特點,熱力發(fā)動機： 熱能機械能,發(fā)動機將某一種形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的機器。將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的發(fā)動機，稱為熱力發(fā)動機。內(nèi)燃機燃料和空氣混合后在機器內(nèi)部燃燒

2、而產(chǎn)生熱能，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。 外燃機燃料在機器外部燃燒以加熱水 ，產(chǎn)生高溫、高壓的水蒸氣，輸送至機器內(nèi)部，使所含的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。內(nèi)燃機與外燃機相比，具有熱效率高、體積小、便于移動和起動性能好等優(yōu)點。,1、按活塞運動方式分 往復活塞式內(nèi)燃機和旋轉(zhuǎn)活塞式內(nèi)燃機兩種。前者在汽車上獲得了廣泛應用。 2、按所用的燃料分 汽油機、柴油機和氣體燃料發(fā)動機。 3、按完成一個工作循環(huán)所需的行程數(shù)分 二沖程發(fā)動機和四沖程發(fā)動機之分。汽車上廣泛采用四沖程發(fā)動機。,二、往復活塞式內(nèi)燃機的分類,4、按冷卻方式分 水冷式發(fā)動機和風冷式發(fā)動機。 汽車上廣泛采用水冷式發(fā)動機。 5、按氣缸數(shù)目分 單缸發(fā)動機

3、和多缸發(fā)動機。 汽車幾乎都是采用多缸發(fā)動機。 6、按氣缸的排列方式分 單列式發(fā)動機和雙列式發(fā)動機。 7、按進氣系統(tǒng)是否增壓分 自然吸氣（非增壓）式發(fā)動機和強制進氣（增壓）式發(fā)動機。,發(fā)動機整體圖,第二節(jié) 四沖程發(fā)動機的工作原理,動畫,止點：活塞往復運動時，其頂面從一個方向轉(zhuǎn)為相反方向的轉(zhuǎn)變點的位置。 上止點：活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠處，通常指活塞上行到最高位置，通常用英文縮寫詞TDC來表示。 下止點：活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處，通常指活塞下行到最低位置，通常用英文縮寫詞BDC來表示。 活塞行程：上、下止點之間的距離。 曲柄半徑：與連桿下端（即連桿 大頭）相連的曲柄銷中心到曲軸 回轉(zhuǎn)中心的距離（

4、mm）。,一、發(fā)動機結(jié)構(gòu)基本術(shù)語,氣缸工作容積（Vh）：活塞從上止點到下止點所掃過的容積。,燃燒室容積（ Vc ）：活塞在上止點時，活塞上方的空間叫燃燒室，它的容積叫燃燒室容積。,氣缸總?cè)莘e（Va）：活塞在下止點時，活塞上方的容積稱為氣缸總?cè)莘e（L）。它等于氣缸工作容積與燃燒室容積之和，即 發(fā)動機排量（VL）：發(fā)動機所有氣缸工作容積之和（L）。設發(fā)動機的氣缸數(shù)為i，,壓縮比（）：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積的比值，表示活塞由下止點運動到上止點時，氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。即,二、四沖程汽油機的工作原理,發(fā)動機工作循環(huán)：進氣、壓縮、做功、排氣,進 開 排 關(guān) 活塞 上下 容積 壓力 0.0750.0

5、9MPa 溫度 370400K 曲軸 0180,大氣壓力線,進 關(guān) 排 關(guān) 活塞 下上 容積 壓力 0.61.2MPa 溫度 600700K 曲軸 180360,大氣壓力線,進 關(guān) 排 關(guān) 活塞 上下 壓縮終了時 點火 壓力 35MPa 溫度 22002800K 體積 曲軸 360540 做功終了 壓力 0.30.5MPa 溫度 13001600K,大氣壓力線,進 關(guān) 排 開 活塞 下上 壓力 0.1050.115MPa 溫度 9001200K 曲軸 540720 殘余廢氣：因燃燒室容積，廢氣不能排盡。,大氣壓力線,總結(jié)：,發(fā)動機完成一次工作循環(huán)，曲軸需要轉(zhuǎn)兩周，進、排氣門各

6、開啟一次，活塞移動四個行程，其中進氣、壓縮、排氣行程需要消耗動力，只有作功行程產(chǎn)生動力對外作功。,三、四沖程柴油機的工作原理,汽油機與柴油機的優(yōu)缺點,汽油機：轉(zhuǎn)速高（轎車車50006000r/min，貨車4000r/min）、質(zhì)量小、工作噪聲小、起動容易、制造和維修費用低等。 燃油消耗率高，經(jīng)濟性差 柴油機：壓縮比高（1622），燃油消耗率比汽油機低20%30%，柴油價格低，經(jīng)濟性好。 轉(zhuǎn)速比汽油機低（25003000r/min）、質(zhì)量大、制造和維修費用高（噴油泵和噴油器加工精度要求高）。 國外：轎車用柴油機 5000r/min,四、二沖程發(fā)動機的工作原理,活塞上行:上方壓縮

7、 下方---吸氣,活塞下行(上半程): 上方作功 下方---預壓,活塞下行(下半程): 上方換氣 下方---預壓,二沖程與四沖程比較,優(yōu)點： 1、曲軸每轉(zhuǎn)一周，有一個做功行程。理論上，在相同的工作容積和轉(zhuǎn)速下，二沖程的功率等于四沖程的2倍（實際：1.51.6倍）。 2、發(fā)生做功過程的頻率高，二沖程發(fā)動機運轉(zhuǎn)比較均勻平穩(wěn)。 3、二沖程沒有專門的換氣機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量比較小。 4、使用方便。附屬機構(gòu)少，易受磨損和經(jīng)常需要修理的運動部件數(shù)量也比較少。 缺點： 1、不易將廢氣排的干凈。并且在換氣時減少了有效工作行程。 2、 換氣時有新鮮可燃混合氣隨

8、同廢氣排除，經(jīng)濟性差。,轉(zhuǎn)子發(fā)動機又稱為米勒循環(huán)發(fā)動機。它采用三角轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動來控制壓縮和排放。這種發(fā)動機由德國人菲加士汪克爾發(fā)明。,轉(zhuǎn)子發(fā)動機直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動扭矩。與往復式發(fā)動機相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動機取消了無用的直線運動，因而同樣功率的轉(zhuǎn)子發(fā)動機尺寸較小，重量較輕，而且振動和噪聲較低，具有較大優(yōu)勢。,60年初在德國生產(chǎn)出第一輛裝配了轉(zhuǎn)子發(fā)動機的小跑車。 1964年，日內(nèi)瓦的德法合資企業(yè)COMOBIL公司，首次把轉(zhuǎn)子發(fā)動機裝在轎車上成為正式產(chǎn)品。 1967年，馬自達公司投巨資從汪克爾公司買下了這項技術(shù)。將轉(zhuǎn)子發(fā)動機裝在馬自達轎車上開始成批生產(chǎn)。,三角活塞轉(zhuǎn)子發(fā)動機,三角活塞轉(zhuǎn)子發(fā)動

9、機工作原理,轉(zhuǎn)子發(fā)動機的運動特點是：三角轉(zhuǎn)子的中心繞輸出軸中心公轉(zhuǎn)的同時，三角轉(zhuǎn)子本身又繞其中心自轉(zhuǎn)。在三角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，以三角轉(zhuǎn)子中心為中心的內(nèi)齒圈與以輸出軸中心為中心的齒輪嚙合，齒輪固定在缸體上不轉(zhuǎn)動，內(nèi)齒圈與齒輪的齒數(shù)之比為3：2。上述運動關(guān)系使得三角轉(zhuǎn)子頂點的運動軌跡（即汽缸壁的形狀）似“8”字形。三角轉(zhuǎn)子把汽缸分成三個獨立空間，三個空間各自先后完成進氣、壓縮、做功和排氣，三角轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)一周，發(fā)動機點火做功三次。由于以上運動關(guān)系，輸出軸的轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)速度的3倍，這與往復運動式發(fā)動機的活塞與曲軸：的運動關(guān)系完全不同。,轉(zhuǎn)子發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡單，零部件數(shù)量少，拆卸和維護簡單，有著出色的環(huán)保性能，轉(zhuǎn)

10、子發(fā)動機從結(jié)構(gòu)上講是最適合燃燒氫氣，氫燃燒完后排出的水蒸汽對環(huán)境沒有任何污染，在裝載轉(zhuǎn)子發(fā)動機的馬自達HR一X汽車上，1立方米的燃料箱吸儲了相當43立方米的壓縮氫氣，使它可以以每小時60公里的車速可行駛230公里。在目前的車中，裝備Renesis轉(zhuǎn)子發(fā)動機的馬自達RX-8運動型轎車已能滿足歐洲4號排放要求。與此同時，Renesis轉(zhuǎn)子發(fā)動機的最大功率為250馬力8500轉(zhuǎn)/分鐘，最大扭矩為216牛米5500轉(zhuǎn)/分鐘，0-100公里/小時的加速時間不到6秒，而百公里油耗只有8.3升。,發(fā)動機總體構(gòu)造,1.曲柄連桿機構(gòu) 2. 配氣機構(gòu) 3.供給系 4.點火系 5.冷卻系 6.潤滑系 7.起動系,配

11、氣機構(gòu)構(gòu)造圖,燃料供給系統(tǒng),潤滑系統(tǒng),發(fā)動機主要性能指標與特性,動力性能指標：有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、轉(zhuǎn)速 經(jīng)濟性能指標：燃油消耗率 運轉(zhuǎn)性能指標：排氣品質(zhì)、噪聲、起動性能,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,一、動力性能指標：,a. 有效轉(zhuǎn)矩：指發(fā)動機通過曲軸或飛輪對外輸出的扭矩，通常用Ttq表示，單位為Nm。有效轉(zhuǎn)矩是作用在活塞頂部的氣體壓力通過連桿、傳給曲軸產(chǎn)生的扭矩，并克服了摩擦，驅(qū)動附件等損失之后從曲軸對外輸出的凈轉(zhuǎn)矩。 b. 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。有效功率同樣是曲軸對外輸出的凈功率。它等于有效扭矩和曲軸轉(zhuǎn)速的乘積。發(fā)動機

12、的有效功率可以在專用的試驗臺上用測功器測定，測出有效扭矩和曲軸轉(zhuǎn)速，然后計算出有效功率。,式中：Ttq 有效扭矩，單位為Nm； n 曲軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 c. 轉(zhuǎn)速：指發(fā)動機曲軸每分鐘的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速稱為額定功率和額定轉(zhuǎn)速。按照汽車發(fā)動機可靠性試驗方法的規(guī)定汽車發(fā)動機應能在額定工況下連續(xù)運行3001000小時。,通常用燃油消耗率來評價內(nèi)燃機的經(jīng)濟性能。燃油消耗率是指單位有效功的燃油消耗量，也就是發(fā)動機每發(fā)出1kW有效功率在1小時內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量(以g為單位)，燃油消耗率通常用be表示，其單位為g/kWh：,式中：B 每小時的燃油消耗量，k

13、g/h； Pe 有效功率，kW。 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。,二、經(jīng)濟性能指標,三、運轉(zhuǎn)性能指標,1、排氣品質(zhì) 2、噪聲 3、起動性能：在一定溫度下能可靠地發(fā)動，起動迅速，起動消耗的功率小，起動期磨損小。,四、發(fā)動機的速度特性,發(fā)動機的特性：發(fā)動機的主要性能指標有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、燃油消耗率隨其運轉(zhuǎn)工況(負荷、轉(zhuǎn)速)變化而變化的關(guān)系。 發(fā)動機的速度特性：在燃料調(diào)節(jié)機構(gòu)位置固定不變時，發(fā)動機性能指標隨曲軸轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系。 發(fā)動機的負荷特性：性能指標隨負荷變化的關(guān)系。 用曲線來表示這些關(guān)系，稱為發(fā)

14、動機的特性曲線。發(fā)動機特性是對發(fā)動機性能進行全面評價和鑒定的依據(jù)。在發(fā)動機特性中 ，其速度特性最為常用。,發(fā)動機速度特性 （1）定義：發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩和燃油消耗率三者隨曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律（2）來源：發(fā)動機臺架試驗（3）發(fā)動機外特性：節(jié)氣門全開時，臺架試驗所得到的速度特性稱為發(fā)動機外特性（4）發(fā)動機部分特性：除節(jié)氣門全開外得到的速度特性稱為部分特性（5）發(fā)動機外特性曲線圖,五、發(fā)動機工作狀況,發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)或工作狀態(tài)（發(fā)動機工況）常用功率和轉(zhuǎn)速來表征，有時也用負荷來表征。,發(fā)動機負荷：發(fā)動機驅(qū)動從動機械所耗費的功率或有效轉(zhuǎn)矩的大??；或表述為發(fā)動機在某一轉(zhuǎn)速下的負荷，就是當時發(fā)動機發(fā)出的功率與同一轉(zhuǎn)速下所可能發(fā)出的最大功率之比，以百分數(shù)表示。,六.編號規(guī)則,