第一章發(fā)動機的基本知識概述

四行程發(fā)動機工作原理

發(fā)動機的總體構(gòu)造

發(fā)動機的主要性能指標與特性

武漢科技大學機械學院§1.1概述1、按燃料的使用不同分一、發(fā)動機的定義：

二、發(fā)動機的分類

：發(fā)動機是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)變成機械能的機器。

現(xiàn)代汽車大多使用往復活塞式內(nèi)燃機。它將燃料在發(fā)動機氣缸內(nèi)部進行燃燒，把產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機械能。汽油機柴油機氣體燃料發(fā)動機武漢科技大學機械學院3、按冷卻方式不同水冷發(fā)動機風冷發(fā)動機2、按完成一個工作循環(huán)所需行程數(shù)四行程發(fā)動機二行程發(fā)動機武漢科技大學機械學院4、按氣缸數(shù)及排列方式單缸發(fā)動機多缸發(fā)動機直列式Ｖ型水平對置式直列式Ｖ型對置式武漢科技大學機械學院§1.2四行程發(fā)動機工作原理

武漢科技大學機械學院氣缸cylinder氣缸蓋cylinderhead氣缸體engineblock

氣門valve凸輪軸camshaft搖臂rockerarm

活塞piston連桿connectingrod曲軸crankshaft一、基本結(jié)構(gòu)

武漢科技大學機械學院基本術語

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武漢科技大學機械學院氣缸總?cè)莘e武漢科技大學機械學院壓縮比氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比，用ε表示。

例如：現(xiàn)代化油器式發(fā)動機壓縮比一般為8～11(轎車有的達10以上)。柴油機壓縮比一般為為16～22。壓縮比過大爆燃、表面自然Va－氣缸總?cè)莘e；Vh－氣缸工作容積；

Vc－燃燒室容積；武漢科技大學機械學院工作循環(huán)

對于往復活塞式發(fā)動機，每進行一次能量轉(zhuǎn)換，均要經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個過程。這種周而復始的連續(xù)過程，稱為發(fā)動機的一個工作循環(huán)。

多缸發(fā)動機各氣缸工作容積的總和，稱為發(fā)動機排量，用表示VL。發(fā)動機排量VL=V

h

×i

Vh－氣缸工作容積（氣缸排量）i－氣缸數(shù)目武漢科技大學機械學院二、四行程發(fā)動機工作原理武漢科技大學機械學院1、進氣行程排氣門關閉進氣門開啟大氣壓力線PVra示功圖上止點下止點示功圖：表示活塞在不同位置時氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。進氣終了時氣缸內(nèi)壓強為0.074～0.093Mpa，溫度上升至353～403K

活塞下行武漢科技大學機械學院2、壓縮行程進氣門關閉排氣門關閉PVra示功圖大氣壓力線c上止點下止點壓縮終了時氣缸內(nèi)壓強上升至0.6～1.5Mpa，溫度繼續(xù)上升至600～700K?；钊闲袎嚎s比決定溫度和壓力武漢科技大學機械學院3、作功行程進氣門關閉排氣門關閉PVra示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點作功中氣缸內(nèi)最高壓強可達3～5Mpa，最高溫度可達2200～2800K；作功終了時氣缸內(nèi)壓強下降至0.3～0.5Mpa，溫度下降至1300～1600K。

活塞下行武漢科技大學機械學院4、排氣行程進氣門關閉排氣門打開PVr示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點殘余廢氣排氣終了時氣缸內(nèi)壓強下降至0.102～0.120Mpa，溫度下降至900～1200K

a

活塞上行武漢科技大學機械學院四行程柴油機工作原理武漢科技大學機械學院四行程柴油機工作原理

與汽油機工作原理相比，只有一個行程即作功行程中，柴油機由于用的柴油粘度比汽油大、不易蒸發(fā)，且自然溫度又較汽油低，所以采用的是壓縮自燃式點火。武漢科技大學機械學院進氣行程壓縮行程作功行程排氣行程新鮮空氣四行程柴油機各行程示意圖開始噴油武漢科技大學機械學院分析和比較汽油機、柴油機的工作異同?首先分別看一下汽油機和柴油機的圖示火花塞

噴油器

武漢科技大學機械學院汽油機、柴油機的工作相同點：

每個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩周;每一行程曲軸轉(zhuǎn)半周;只有作功行程產(chǎn)生動力。

汽油機柴油機汽油與空氣缸外混合，進入可燃混合氣進入氣缸的是純空氣電火花點燃混合氣高溫氣體加熱柴油燃燒有點火系無點火系無噴油器有噴油器汽油機、柴油機的工作不同點：武漢科技大學機械學院三、四沖程汽油機、柴油機特點比較1、由于柴油機壓縮比較高，燃料燃燒非常完全，所以柴油機的有效熱效率好，經(jīng)濟性好。汽油機：be=270～325g/(kw.h)柴油機:be=214～285g/(kw.h)2、柴油機無點火系，所以故障少些，易保養(yǎng)。但柴油機有高精度零件如噴油泵、噴油器等，其成本較高，并且加工較難。3、柴油機最高爆發(fā)壓力高，所以對發(fā)動機的零部件強度要求高，這樣導致柴油機笨重。武漢科技大學機械學院4、柴油機轉(zhuǎn)速低于汽油機原因：1）由于柴油機的壓縮比高，所以其受到的機械負荷較大，故其零部件的質(zhì)量需較大，導致運動時慣性力較大。2）汽油機可燃混合氣的混合時間和質(zhì)量優(yōu)于柴油機。5、柴油機運轉(zhuǎn)噪音高，但有害氣體的排放優(yōu)于汽油機，而微粒排放較高。6、柴油機啟動困難，汽油機易啟動。單缸與多缸的對比？武漢科技大學機械學院二沖程發(fā)動機工作原理活塞上行：上方—壓縮下方—吸氣掃氣孔排氣孔進氣孔額外排氣武漢科技大學機械學院活塞下行（下半程）上方—換氣下方—預壓先期排氣武漢科技大學機械學院二沖程汽油機的優(yōu)缺點（同四沖程汽油機相比較）（一）優(yōu)點：1、從工作原理上來講，在發(fā)動機排量和轉(zhuǎn)速相同的前提下，二沖程發(fā)動機的功率理論上是四沖程發(fā)動機的2倍。2、由于二沖程發(fā)動機的做功頻率比較高，所以發(fā)動機運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)。3、無專門的換氣機構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小。4、由于附屬機構(gòu)少，所以使用、維護很方便。所以摩托車上多用。武漢科技大學機械學院（二）缺點：1、廢氣不易排除干凈。2、換氣時減少了有效工作行程。3、部分新鮮可燃混合氣隨廢氣排出，使能源浪費，經(jīng)濟性下降。4、同時造成環(huán)境污染。武漢科技大學機械學院思考與練習：1、發(fā)動機的定義是什么？2、發(fā)動機的分類如何？3、什么是發(fā)動機的排量、燃燒室容積和壓縮比？4、汽油機和柴油機在可燃混合氣形成方式和點火方式上有何不同？它們在結(jié)構(gòu)上有何區(qū)別？

武漢科技大學機械學院§1.3發(fā)動機的總體構(gòu)造兩大機構(gòu)曲柄連桿機構(gòu)配氣機構(gòu)五大系統(tǒng)燃料系潤滑系冷卻系點火系起動系武漢科技大學機械學院曲柄連桿機構(gòu)實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件

武漢科技大學機械學院配氣機構(gòu)根據(jù)發(fā)動機的工作順序和工作過程，定時開啟和關閉進氣門和排氣門武漢科技大學機械學院燃油系武漢科技大學機械學院潤滑系武漢科技大學機械學院冷卻系武漢科技大學機械學院點火系武漢科技大學機械學院起動系武漢科技大學機械學院§1.4發(fā)動機的主要性能指標與特性一、動力性指標

1、有效轉(zhuǎn)矩：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的轉(zhuǎn)矩稱為發(fā)動機的有效轉(zhuǎn)矩，用Te表示。2、有效功率：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的功率成為發(fā)動機的有效功率，用Pe表示。

式中：Te－有效扭矩，單位為N·m；

n－曲軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min

二者關系

武漢科技大學機械學院3發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)動機轉(zhuǎn)速：曲軸的每分鐘的回轉(zhuǎn)數(shù)標定功率：根據(jù)發(fā)動機用途而制定的有效功率最大使用限度4平均有效壓力單位氣缸工作容積發(fā)出的有效功武漢科技大學機械學院三、強化指標—發(fā)動機承受熱負荷和機械負荷的能力

升功率:發(fā)動機在標定工況下，單位發(fā)動機排量輸出的有效功率強化系數(shù)：平均有效壓力與活塞平均速度的乘積活塞平均速度：Vm=2Sn/60*1000=Sn/30*1000

二、經(jīng)濟性指標

有效熱效率：燃油燃燒所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為有效功的百分數(shù)燃油消耗率：發(fā)動機每發(fā)出1kW.h有效功率，所消耗的燃油量，稱為燃油消耗率，用be(g/kW.h)表示。

be＝B/Pe*1000（g/KW.h）武漢科技大學機械學院四、緊湊性指標-用來表征發(fā)動機總體結(jié)構(gòu)的緊湊程度比容積：發(fā)動機的外廓體積/標定功率比質(zhì)量：發(fā)動機的干質(zhì)量/標定功率五、發(fā)動機的速度特性發(fā)動機特性：發(fā)動機的性能是隨著許多因素而變化的，其變化規(guī)律稱為發(fā)動機的特性。發(fā)動機的速度特性：發(fā)動機油門開度不變，發(fā)動機的性能指標（如發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩、有效燃油消耗率等）隨著曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。發(fā)動機的外特性：發(fā)動機油門全開，發(fā)動機的性能指標（如發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩、有效燃油消耗率等）隨著曲軸轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。又稱為發(fā)動機的總功率特性。武漢科技大學機械學院Te外特性曲線武漢科技大學機械學院六、發(fā)動機的工況與負荷

1、工況（指發(fā)動機的工作狀況）：一般用它的功率與曲軸轉(zhuǎn)速來表征，有時也用負荷與曲軸轉(zhuǎn)速來表明

。2、發(fā)動機在某一轉(zhuǎn)速下的負荷：是當時發(fā)動機發(fā)出的功率與同一轉(zhuǎn)速下所有可能發(fā)出的最大功率之比，以百分數(shù)表示。

Pe/kW

n/r·min-1

05045322720200035004800ⅠⅡⅢabcde分析右圖發(fā)動機的負荷

武漢科技大學機械學院小結(jié)發(fā)動機常用術語工作原理發(fā)動機是將某一