汽车构造第一章教案上交.docx

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汽车构造第一章教案上交

第二次课

摘要

授课题目（章、节）

第一章发动机的基本知识

教学主要内容及重点难点：

主要内容：

四冲程发动机的工作原理、发动机的总体机构、发动机的主要性能指标与特性、内燃机名称及型号编制规则

重点难点：

发动机的主要性能指标与特性

内容

一、概述

（一）定义

1.发动机是将某一形式的能量转化为机械能的机器。

发动机是汽车最主要的总成之一，是汽车的动力来源。

2.热力发动机是将燃料燃烧所产生的热能转变为机械能的机器

（二）分类：

1.发动机分为内燃机和外燃机。

（交通工具中用内燃机）

2.车用发动机分为活塞式内燃机和燃气轮机。

（交通工具中用往复活塞式）

3.车用内燃机根据其燃料不同分为汽油机和柴油机。

（三）特点

内燃机汽车发动机的作用是将燃料与空气进行混合在其机体内燃烧，推动活塞往复运动再带动曲轴旋转、燃料在气缸中燃烧，从而将化学能转变为机械能向汽车提供动力。

二、四冲程发动机的工作原理

（一）发动机结构基本术语

1．上止点；活塞顶距离曲轴旋转中心最远的位置称为上止点；

2．下止点活塞顶距离曲轴旋转中心最近的位置，称为下止点。

3．活塞行程上、下止点间的距离称为活塞行程，用s表示。

S=2R（R曲柄半径）即曲轴每转一周，活塞完成两个行程。

4.燃烧室容积，活塞在气缸内作往复直线运动，当活塞位于上止点时，活塞顶上面的气缸空间为燃烧室容积，用VC表示。

5.气缸工作容积活塞从一个止点移到另一个止点所扫过的容积称为气缸工作容积，用Vh（L）表示。

式中D——气缸直径，mm；s——活塞行程，mm；

6.气缸总容积活塞位于下止点时，活塞顶上部的全部气缸容积称为气缸总容积，用Va表示，即：

Va=Vc+Vh

7.发动机排量多缸发动机所有气缸工作容积的总和称为发动机排量，用VL表示。

VL=Vhi

式中：

i——发动机的气缸数。

8.压缩比气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用ε表示。

ε=Va/Vc=1＋Vh/Vc

ε表示活塞从下止点移到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。

汽油机一般为6-9（有的轿车可达9-11），柴油机一般为16-22。

（二）四冲程汽油机的工作原理

四冲程发动机每完成一个工作循环需要经过进气、压缩、膨胀（做功）和排气四

个行程，对应活塞上下往复运动四次，相应的曲轴旋转了720度。

具体曲柄活塞运动状况如下图：

注：

示功图中曲线所围成的面积表示发动

机整个工作循环中气体在单个气缸内所做的功。

1.进气行程

进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积增大，产生真空度，气缸内压力降到进气压力以下，在真空吸力作用下，通过化油器或汽油喷射装置雾化的汽油，与空气混合形成可燃混合气，由进气道和进气门吸入气缸内。

进气过程一直延续到活塞过了下止点进气门关闭为止。

接着上行的活塞开始压缩气体。

2.压缩行程

进排气门全部关闭，压缩缸内可燃混合气，混合气温度升高，压力上升。

活塞临近上止点前，可燃混合气压力上升到0．6～1．5MPa左右，温度可达600～700k。

3.做功行程

在压缩行程接近上止点时，装在气缸盖上方的火花塞发出电火花，点燃所压缩的可燃混合气。

可燃混合气燃烧后放出大量的热量，缸内燃气压力和温度迅速上升，最高燃烧压力可达3～6MPa，最高燃烧温度可达2200℃～2500℃。

高温高压燃气推动活塞快速向下止点移动，通过曲柄连杆机构对外作功。

作功行程开始时，进、排气门均关闭。

4.排气冲程

可燃混合气体燃烧后生成的废气，必须从气缸中排出，以便进行下一个进气行程。

作功行程接近终了时，进气门关闭，排气门开启，曲轴通过连杆推动活塞从下止点向上止点运动，曲轴由540度旋转到720度。

废气再自身残余压力和活塞的推力作用下从气缸中排出，进入大气中。

活塞到上止点附近时，排气冲程结束。

由于燃烧室占有一定容积，因此在排气终了时，不可能将废气彻底排除干净，剩余部分废气称残余废气。

汽油机的工作过程

进气阀开关

排气阀开关

活塞运动

曲轴运动

冲程作用

能量的转化

进气

冲程

开

关

向下

半周

吸入汽油和空气的混合物

——

压缩

冲程

关

关

向上

半周

燃料混合物被压缩，温度升高，压强增大

机械能→内能

做功

冲程

关

关

向下

半周

燃烧产生的高温高压燃气推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴对外做功

内能→机械能

排气

冲程

关

开

向上

半周

排除废气

——

说明

一个工作循环中，有两次内能与机械能的转化：

压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能

（三）四冲程柴油机的工作原理

四冲程柴油机和四冲程汽油机一样，每个工作循环也要经历进气、压缩、做功、排气四个行程。

由于柴油机用的柴油粘度比汽油大，不易蒸发，且自燃温度又较汽油低，因此可燃混合气的行程及点火方式便不同于汽油机。

由于柴油机压缩终了时气缸内空气压力可达3.5-4MP，同时温度高达750-1000K，大大超过柴油的自燃温度，故柴油喷入气缸后，在很短的时间内与高温高压空气混合后便立即自行发火燃烧。

气缸内气压急剧上升到6-9MP，温度也升到2000-2500K。

·在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而做功，废气同样经排气管进入大气中。

具体单缸演示图如下：

（4）总结：

柴油机和汽油机的区别：

类别

机种

汽油机

柴油机

构造不同

汽缸顶部有火花塞

汽缸顶部有喷油嘴

燃料不同

汽油

柴油

吸气冲程

汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物

柴油机在吸气冲程中只吸入空气

点火方式

压缩冲程末，火花塞产生电火花点燃燃料，称为点燃式

压缩冲程末，喷油嘴向汽缸内喷出雾状柴油遇到温度超过柴油燃点的空气而自动点燃，称为压燃式

效率

效率低20％一30％

效率高30%～45％

应用

自重轻便，主要用于汽车、飞机、摩托车等

机体笨重，主要用于载重汽车、火车、轮船等

（五）区分汽油机、柴油机以及判断内燃机的四个冲程的方法：

区分汽油机和柴油机时，要从构造上区别，有喷油嘴的是柴油机，有火花塞的是汽油机，一要看进气门、排气门的开闭状态，二要看活塞的运动方向，在此基础上进行综合分析。

判断四个冲程的关键是看两个气门的关闭情况和活塞的运动方向，具体情况如表所示：

冲程

进气门

排气门

活塞运动方向

吸气冲程

打开

关闭

向下运动

压缩冲程

关闭

关闭

向上运动

做功冲程

关闭

关闭

向下运动

排气冲程

关闭

打开

向上运动

三、发动机的总体构造

四冲程汽油机的构造：

机体组、曲柄连杆机构、配气机构、供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统、启动系统

图一：

图二：

一汽奥迪100型轿车发动机

四、发动机的主要性能指标与特性

发动机的主要性能指标包括动力性指标（有效转矩、有效功率、转速）、经济性指标（燃油消耗率）、运转性能指标（排气品质、噪声、启动性能）

（一）动力性指标

1.有效转矩发动机通过飞轮对外输出的平均转矩，有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩平衡。

指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的扭矩，通常用Te表示，单位为N·m。

有效扭矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的扭矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净扭矩。

2.有效功率指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用Pe表示，单位为kW。

有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。

它等于有效扭矩和曲轴转速的乘积。

发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用下面公式计算出有效功率。

n-----曲轴转速（r/min）

（二）经济性指标

燃油消耗率是指单位时间内单位有效功的燃油消耗量，也就是发动机每发出1kW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量（以g为单位），通常用

表示，其单位为g/kW·h

B为发动机在单位时间内的耗油量（1-2）

有效燃油消耗率越小，其经济性越好。

（三）发动机的速度特性

发动机速度特性指发动机的功率、转矩和燃袖消耗率三者随曲轴转速变化的规律。

这个特性可以通过发动机在试验台上（例如测功器试验台）进行试验而求得。

试验时，先保持一定的发动机节气门开度，同时用测功器对发动机曲轴施加一定的阻力矩。

当发动机运转稳定后，即阻力矩与发动机发出的有效转矩相等时，可用转速表测出此时的稳定转速n，同时在测功器上测出该转速下的发动机有效转矩，根据式（1—1）即可计算出有效功率Pe。

另外，可测出消耗一定量汽油所经历的时间，用以换算出发动机每小时耗油量B，从而技式（1—2）计算出燃油消耗率

。

改变测功器的阻力矩数值，用与上述相同的方法，又可以得到相应于另一转速的Ttq、Pe、be

汽油发动机外特性图

（四）发动机工作状况和负荷

发动机工作状况（简称发动机工况）一般是用它的功率与曲轴转速来表征．有时也用负荷与曲轴转速来表征。

发动机负荷是指发动机驱动从动机械所耗费的功率或有效转矩的大小；也可表述为发动机在某一转速下的负荷，就是当时发动机发出的功率与同一转速下所能发出的最大功率之比（在同一转速下，节气门开度不同，发动机发出的功率不同）

注意：

负荷的概念不同于功率，如某一转速全负荷不意味着发动机发出最大功率，如图上的f点，所以功率大小不等于负荷大小。

在外特性曲线上各点都表示在各转速下的全负荷工况，但在同一条部分负荷速度特性曲线上各点的负荷值不相同。

五、国产内燃机的编号规则

为了便于内燃机的生产管理和使用，国家标准（GB725－82）《内燃机产品名称和型号编制规则》中对内燃机的名称和型号作了统一规定。

（一）内燃机的名称和型号

内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、柴油机、煤气机等。

内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。

（二）内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义规定如下

内燃机型号由以下四部分组成：

1.首部：

为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。

2.中部：

由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。

后部：

结构特征和用途特征符号，以字母表示。

3.尾部：

区分符号。

同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。

4.举例说明：

1）165F型柴油机的含义是：

单缸风冷柴油机，气缸直径为65mm。

2）12V150ZQ型柴油机的含义是：

12缸、V型排列、气缸直径为150mm、增压（Z）、车用（Q）柴油机。

3）12V135D型柴油机的含义是：

12缸、V型排列、气缸直径为135mm的发电机组用柴油机。

（三）进口柴油机编号的含义

对于进口柴油机，其机型编号的含义完全与国产柴油机不同。

且生产厂家不同，编号含义也不一样。

本文仅以进口道依茨柴油机编号为例予以说明，例如：

道依茨BF6M1013柴油机的含义是：

增压6缸水冷柴油机，该机活塞冲程为130mm。

符号含义备注

B增压机型增压柴油机

F高速柴油机高速柴油机

12气缸数6－六缸机；12－十二缸机

L/M冷却方式L－风冷机型；M-水冷机型

4/5系列号4－4系列；5－5系列；9-9系列

13活塞冲程13=13cm=130mm（活塞冲程的名义值）

F加大气缸直径--

R直列机型--

C增压中冷机型--

W低污染柴油机--

L长冲程柴油机--

E外带水箱--

P强化机型--