项目 11认识发动机总体结构和工作Word文档下载推荐.docx

项目 11认识发动机总体结构和工作Word文档下载推荐.docx

《项目 11认识发动机总体结构和工作Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《项目 11认识发动机总体结构和工作Word文档下载推荐.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

燃料

分类

汽油发动机

点燃式，优点是易起动，质量小，噪声低；

缺点是动力储备较小，排气污染较重，经济性较差。

适用于中、小型车辆

柴油发动机

压燃式，优点是动力性好，经济性好，排气污染较轻；

缺点是质量大，噪声大，维修复杂。

适用于中型以上载重车

其他燃料

燃料经济性好，排气污染小。

适用于轿车和城市客车

工作

行程

二冲程发动机

结构简单，经济性差，排气污染较重。

适用于轻便摩托车

四冲程发动机

动力性好，经济性好，排气污染较轻。

广泛用于各种车辆

冷却

方式

水冷发动机

利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；

水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车上。

风冷发动机

利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。

气缸

数目

单缸发动机

仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机。

多缸发动机

有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机，如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。

现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。

排列

单列式发动机

它的特点是各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的。

双列式发动机

双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角<

180°

（一般为90°

）称为V型发动机，若两列之间的夹角=180°

称为对置式发动机。

进气是否采用增压

自然吸气发动机

增压发动机

三、发动机的基本术语

发动机的基本术语，参见图1.3。

1．工作循环

活塞式内燃机的工作循环是由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成的封闭过程。

周而复始地进行这些过程，内燃机才能持续地作功。

2．上、下止点

活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；

活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点。

在上、下止点处，活塞的运动速度为零。

3．活塞行程（S）

上、下止点间的距离S称为活塞行程。

曲轴的回转半径R称为曲柄半径。

显然，曲轴每回转一周，活塞移动两个活塞行程。

对于气缸中心线通过曲轴回转中心的内燃机，其S＝2R。

图1.3发动机相关术语图示

4．气缸工作容积（Vh）

上、下止点间所包容的气缸容积称为气缸工作容积。

5．内燃机排量　（Vl）

内燃机所有气缸工作容积的总和称为内燃机排量。

6．燃烧室容积　（Vc）

活塞位于上止点时，活塞顶面以上气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室，其容积称

为燃烧室容积，也叫压缩容积。

7．气缸总容积（Va）

气缸工作容积与燃烧室容积之和为气缸总容积。

8．压缩比　（ε）

气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。

压缩比的大小表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内的气体被压缩的程度。

压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。

四、发动机的组成

发动机的结构形式很多，但基本上都是由两大机构和五大系统组成：

包括曲柄连杆机构、配气机构及其燃油供给系、润滑系、冷却系、点火系（汽油机）和起动系。

1．曲柄连杆机构

如图1.8所示，曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组三部分组成。

它的作用是将燃料燃烧时产生的热能转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动，从而对外输出动力。

图1.8曲柄连杆机构图1.9配气机构

2．配气机构

配气机构主要由气门组和气门传动组两部分组成，如图1.9所示。

它的主要作用是使可燃混合气及时充入汽缸，并及时从汽缸内排出废气。

3．燃油供给系

根据使用燃料不同,燃油供给系有汽油机燃料供给系和柴油机燃料供给系。

汽油机燃料供给系由汽油箱、电动燃油泵（汽油泵）、燃油滤清器、喷油器（化油器）、空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器（图中未画出），以及一系列传感器等组成，如图1.10所示。

它的作用是把汽油和空气混合成合适的可燃混合气供入汽缸，以供燃烧，并将燃烧生成

的废气排出发动机。

图1.10燃油供给系

4．点火系

点火系由供给低压电流的蓄电池、发电机、发动机控制单元（ECU）、带点火控制器的点火线圈、高压线及火花塞等组成，如图1.11所示。

它的作用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的可燃混合气。

图1.11点火系　　　图1.12冷却系

5．冷却系

冷却系主要由水泵、散热器、节温器、风扇、分水管、汽缸体放水阀以及水套）等组成，如图1.12所示。

它的功用是把机件的热量散发到大气中去，以保证发动机正常工作。

6．润滑系

润滑系由机油泵、集滤器、限压阀、润滑油道、机油滤清器等组成。

它的功用是将润滑油供给到做相对运动的零件表面，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部分地冷却摩擦零件，清洗零件表面。

如图1.13所示。

7．起动系

起动系由起动机及其附属装置组成，如图1.14所示。

它的功用是使静止的发动机起动，并转入自行运转。

图1.13润滑系图　　　　　　　1.14起动系

任务二　发动机的工作

一、发动机的能量转化

发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。

现代汽车大多使用往复活塞式内燃机。

它将燃料在发动机气缸内部进行燃烧，把产生的热能转变成机械能

二、汽车发动机工作原理

1．四冲程汽油机工作原理

汽油机的工作过程可分为：

进气行程、压缩行程、作功行程、排气行程。

如图1.15

如1.15汽油机的工作过程

（1）四行程汽油机工作原理

　将空气与汽油经化油器以一定比例混合成良好的混合气，在进气行程被吸入气缸，经压缩点火燃烧而变为热能，燃烧后的气体所产生的高温高压，作用于活塞顶部，推动活塞作直线运动，同时通过连杆、曲轴飞轮机构而变为旋转的机械能，对外输出功。

（2）四行程汽油机工作过程

通过可燃混合气的吸入、压缩、膨胀作功和废气排出四个行程，完成一个工作循环。

然后又是进气，压缩……周而复始，连续不断，这就是四冲程汽油机的工作循环（如图1.16）。

在活塞的四个行程中，仅一个行程是作功的，其他三个行程都不作功。

（3）四行程汽油机各个行程工作情况

◇进气行程

活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。

此时排气门关闭，进气门开启。

在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内形成一定的真空度。

空气和汽油的混合物通过进气门被

吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。

图1.16单缸四行程汽油机示意图图1.17单缸四行程柴油机示意图

◇压缩行程　

进气行程结束后，曲轴继续带动活塞由下止点移至上止点。

这时，进、排气门均关闭。

随着活塞移动，气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压缩，其压力和温度同时升高。

◇作功行程

压缩行程结束时，安装在气缸盖上的火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃，火焰迅速传遍整个燃烧室，同时放出大量的热能。

燃烧气体的体积急剧膨胀，压力和温度迅速升高。

在气体压力的作用下，活塞由上止点移至下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。

这时，进、排气门仍旧关闭。

◇排气行程　

排气行程开始，排气门开启，进气门仍然关闭，曲轴通过连杆带动活塞由下止点移至上止点，此时膨胀过后的燃烧气体（或称废气）在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸之外。

当活塞到达上止点时，排气行程结束，排气门关闭。

2．四冲程柴油机工作原理　

喷油泵和喷油器是柴油机燃料供给系中最为重要的部件，单缸四行程柴油机示意图，如图1.17。

四行程柴油机工作原理：

每个工作循环都经历进气、压缩、作功、排气四个行程，如图1.18。

燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而自燃温度低，所以点火方式是压燃式。

进气和压缩行程中都是纯空气，其压缩比比汽油机高得多（一般为16~22），压缩终了时，气缸内的空气压力可达3.5~4.5MPa，同时温度大大超过了柴油自燃温度，故柴油喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。

在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功，废气同样经排气门排入大气。

图1.18四行程柴油机工作过程

3．二冲程汽油机工作原理　

二冲程内燃机的工作循环是在两个活塞行程即曲轴旋转一周的时间内完成的。

在四冲程内燃机中，常把排气过程和进气过程合称为换气过程。

在二冲程内燃机中换气过程是指废气从气缸内被新气扫除并取代的过程。

这两种内燃机工作循环的不同之处主要在于换气过程。

如图1.19所示。

（1）第一行程　活塞在曲轴带动下由下止点移至上止点　

当活塞还处于下止点时，进气孔被活塞关闭，排气孔和扫气孔开启。

这时曲轴箱内的可燃混合气经扫气孔进入气缸，扫除其中的废气。

随着活塞向上止点运动，活塞头部首先将扫气孔关闭，扫气终止。

但此时排气孔尚未关闭，仍有部分废气和可燃混合气经排气孔继续排出，称其为额外排气。

当活塞将排气孔也关闭之后，气缸内的可燃混合气开始被压缩。

直至活塞到达上止点，压缩过程结束。

图1.19二行程汽油机工作过程

（2）第二行程　活塞由上止点移至下止点　

在压缩过程终了时，火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃。

燃烧气体膨胀作功。

此时排气孔和扫气孔均被活塞关闭，惟有进气孔仍然开启。

空气和汽油经进气孔继续流入曲轴箱，直至活塞裙部将进气孔关闭为止。

随着活塞继续向下止点运动，曲轴箱容积不断缩小，其中的混合气被预压缩。

此后，活塞头部先将排气孔开启，膨胀后的燃烧气体已成废气，经排气孔排出。

至此作功过程结束，开始先期排气。

随后活塞又将扫气孔开启，经过预压缩的可燃混合气从曲轴箱经扫气孔进入气缸，扫除其中的废气，开始扫气过程。

这一过程将持续到下一个活塞行程中扫气孔被关闭时为止。

三、发动机的性能指标

发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点，并作为评价各类发动机性能优劣的依据。

1．动力性指标　

动力性指标是表征发动机作功能力大小的指标，一般用发动机的有效转矩、有效功率、转速和平均有效压力等作为评价发动机动力性好坏的指标。

（1）有效转矩

发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作Te，单位为N·

m。

有效转矩与曲轴角位移的乘积即为发动机对外输出的有效功。

（2）有效功率

发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作Pe单位为KW。

它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。

发动机的有效功率可以用台架试验方法测定，也可用测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后用公式计算出发动机的有效功率Pe：

公式为：

公式中：

Te—有效转矩，

n—发动机转速，r/min。

（3）发动机转速

发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速，用n表示，单位为r/min。

发动机转速的高低，关系到单位时间内作功次数的多少或发动机有效功率的大小，即发动机的有效功率随转速的不同而改变。

因此，在说明发动机有效功率的大小时，必须同时指明其相应的转速。

汽车发动机以其所能输出的最大转矩及其相应的转速作为评价发动机动力性的一个指标。

（4）平均有效压力

单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，记作pme，单位为MPa。

显然，平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。

2．经济性指标　

发动机经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率等。

（1）有效热效率　

燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率，记作ηe。

显然，为获得一定数量的有效功所消耗的热量越少，有效热效率越高，发动机的经济性越好。

（2）有效燃油消耗率　

发动机每输出1kW的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率，记作be，单位为g/（kW·

h）。

　公式为：

be=1000B/Peg/（kW·

h）

B—发动机在单位时间内的耗油量，kg/h；

Pe—发动机的有效功率，kW。

显然，有效燃油消耗率越低，经济性越好。

...学习拓展

[知识链接]：

汽油发动机和柴油发动机的异同及发展方向

1．汽油机和柴油机的比较

汽油发动机和柴油发动机都属于内燃机，都是燃烧燃料后通过推动气缸内活塞作往返运动来将燃料中的化学能量转换成为驱动车辆前进的机械能量，因此两者的工作原理大体是相同的。

汽油发动机与柴油发动机的最主要的区别在于燃料物理特性所引起的点火方式的区别，从而表现出各自不同的热效率、经济性，以及外形特点等。

详见表1.2的比较。

表1.2汽油发动机和柴油发动机的异同

发动机类型

汽油

柴油

燃料挥发性

较强

不易挥发

燃料燃点

220～250℃

着火点较高

点火方式

火花塞点燃

压燃式

压缩比

一般≤10

一般为16～22

热效率

35%

45%

经济性

特点

体积小、重量轻、起动性好，价格便宜，最大功率时的转速高；

振动及噪声小

柴油机较高，比汽油节油可靠性高，比较笨重，体积较大，成本较高，振动噪声大；

柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难

应用

载客汽车、轿车

大、中型载重货车（近年逐步应用于

轿车）

2．汽油发动机缸内直喷技术

汽油机缸内直喷作为新技术前景喜人。

缸内直喷的原理是通过均匀燃烧和分层燃烧，实现了高负荷、尤其是低负荷下的燃油消耗降低，动力还有很大提升，在部分负荷时仍具有的巨大节油作用。

在全负荷时，燃油喷射与进气同步，燃油得到完全雾化，使混合汽均匀地充满燃烧室，自然会得到充分的燃烧，使发动机动力得到淋漓尽致的发挥。

在均匀燃烧时有着和传统喷射发动机相同的空气与燃油混合比，即空燃比是14.7∶1，此时的lambda值是1。

出色的经济性主要表现在部分负荷时的分层燃烧。

可燃混合物只分布在火花塞周围，混合汽层的大小范围精确地反映了瞬时发动机动力的需求。

另一个优点是，在燃烧时空气层隔绝了热，减少了热量向汽缸壁的传递，从而减少了热量损失提升了发动机热效率。

完善的发动机后处理使排放达到欧Ⅳ标准：

废气的30%又流回了燃烧室。

油喷射与进气同步，燃油得到完全雾化，使混合汽均匀地充满燃烧室，自然会得到充分的燃烧，使发动机动力得到淋漓尽致的发挥。

3．柴油发动机涡轮增压直接喷射技术

今天的柴油机由于采用了涡轮增压直接喷射技术（TurboDirectInjection,简称TDI），彻底改变了原来那种令人厌恶的冒黑烟、功率低的旧形象，且寿命更长，动力更强劲。

系统的核心部件为控制单元和泵喷嘴。

泵喷射系统在技术上的突破使柴油轿车的扭矩、车速有了极大的进展，使柴油发动机达到了平稳、高效燃烧的理想状态，并降低了燃烧噪声、降低了尾气中的NOx的含量。

在豪华轿车的柴油发动机方面，德国奥迪公司在核心技术和工艺方面都处于领先地位。

奥迪在TDI的四气阀技术、涡旋进气系统、喷射系统等技术上取得了创造性的突破。

奥迪还在世界上第一个推出六缸TDI柴油发动机，并最先用在奥迪Ａ8豪华轿车上。

4．柴油发动机市场发展前景

传统的柴油发动机比较笨重，升功率指标不如汽油机（转速较低），噪声、振动较高，炭烟与颗粒排放比较严重，所以一直以来很少受到轿车的青睐。

石油价格日益高涨的今天，汽车的节能要求也日益提高，虽然目前出现了很多新能源：

氢动力，燃料电池或混合动力等，新能源汽车也开始逐步实用化，但从真正经济实用的角度出发，现阶段采用新型柴油机作为车辆动力，无疑是最可行的方案之一。

作为世界第二大汽车消费市场，柴油机的经济和强动力性符合了欧洲市场的发展趋势。

未来我国的能源需求将持续增长，采用先进的柴油技术和清洁的柴油燃料似乎可以成为解决依赖外国进口石油的一个好方法，同时还可以降低二氧化碳排放量，因而采用柴油发动机的汽车市场前景广阔。