第二章發(fā)動機汽裝1301活動一發(fā)動機基本知識第1節(jié)

緒論汽車的組成：汽車的定義：由自身動力裝置驅(qū)動，具有4個及以上車輪的非軌道無架線車輛發(fā)動機底盤車身電氣設(shè)備發(fā)動機是汽車的動力源，是汽車的心臟功用：輸出動力發(fā)動機的定義：將某一種形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的機器發(fā)動機的種類：外燃機、內(nèi)燃機、風(fēng)能發(fā)動機、太陽能發(fā)動機等外燃機：混合氣在機器外部燃燒而產(chǎn)生熱能，然后再轉(zhuǎn)變成機械能。如蒸汽機、汽輪機、熱氣機（斯特林發(fā)動機）內(nèi)燃機：混合氣在機器內(nèi)部燃燒而產(chǎn)生熱能，然后再轉(zhuǎn)變成機械能。如活塞式內(nèi)燃機和燃?xì)廨啓C熱機包括：外燃機、內(nèi)燃機熱力發(fā)動機（熱機）：將熱能轉(zhuǎn)換為機械能的機器除電動車外，目前的商用汽車發(fā)動機都是熱機§1外燃機一、蒸汽機是一個能夠?qū)⒄羝械臒崮苻D(zhuǎn)換為功的熱機。泵、鐵路機車和輪船曾使用蒸汽機驅(qū)動。蒸汽機在工業(yè)革命中起了基本的作用。今天人們還使用汽輪機來發(fā)電。世界上第一臺蒸汽機是古希臘的亞歷山大的希羅（HeroofAlexandria）于1世紀(jì)發(fā)明的汽轉(zhuǎn)球，不過它只不過是一個玩具而已。約1679年法國物理學(xué)家丹尼斯·巴本制造了第一臺蒸汽機的工作模型。約與此同時薩繆爾·莫蘭也提出了蒸汽機的主意。1698年托馬斯·塞維利、1712年托馬斯·紐科門和1769年詹姆斯·瓦特制造了早期的工業(yè)蒸汽機，1807年羅伯特·富爾頓第一個成功地用蒸汽機來驅(qū)動輪船?，F(xiàn)代蒸汽機的最大的優(yōu)點是它幾乎可以利用所有的燃料將熱能轉(zhuǎn)化為機械能。原子反應(yīng)堆、太陽能聚熱器等加熱水，產(chǎn)生蒸汽推動蒸汽機?！?外燃機1769年瓦特蒸汽機1712年托馬斯·紐科門蒸汽機

1769年，法國人尼古拉斯·古諾將一臺簡陋的蒸汽機裝在一輛木制的三輪車上，發(fā)明了第一輛蒸汽汽車

§1外燃機二、渦輪蒸汽機（汽輪機）一種用高壓蒸汽轉(zhuǎn)動渦輪葉片，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為動能的機械。相較于原由詹姆斯·瓦特發(fā)明的單級往復(fù)式蒸汽機，渦輪蒸汽機大幅改善了熱效率，更接近熱力學(xué)中理想的可逆過程，并能提供更大的功率，至今它幾乎完全取代了往復(fù)式蒸汽機。渦輪蒸汽機特別適用于火力發(fā)電和核能發(fā)電，世界上大約80%的電是利用渦輪蒸汽機所產(chǎn)生?！?外燃機

三、斯特林發(fā)動機（熱氣機）一種閉循環(huán)活塞式熱機,是在1816年由蘇格蘭的R.斯特林發(fā)明。閉循環(huán)的意思是工作燃?xì)庖恢北４嬖跉飧變?nèi),而開循環(huán)則如內(nèi)燃機和一些蒸氣機需要與大氣交換氣體。雙活塞型斯特林引擎內(nèi)活塞型斯特林引擎§2內(nèi)燃機一、內(nèi)燃機技術(shù)發(fā)展簡史定義：內(nèi)燃機是燃料在汽缸內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，推動活塞并輸出動力的機械。內(nèi)燃機一般以汽油、柴油或煤氣等作為燃料?；竟ぷ魈卣鳎簝?nèi)燃機是一種工質(zhì)開環(huán)式循環(huán)并以間歇方式工作的發(fā)動機。內(nèi)燃機的特點：熱效率高(是當(dāng)今熱效率最高的熱力發(fā)動機)、結(jié)構(gòu)簡單、比質(zhì)量(單位輸出功率的質(zhì)量)輕、移動方便。應(yīng)用：用廣泛應(yīng)于交通運輸(陸上、內(nèi)河、海上和航空)、農(nóng)業(yè)機械、工程機械和發(fā)電時作為動力，是現(xiàn)代車用發(fā)動機的主要型式。內(nèi)燃機構(gòu)造是本課程的主要內(nèi)容§2內(nèi)燃機1860年，法國工程師萊諾依爾制造出第一臺以煤氣為燃料的內(nèi)燃機，但由于既笨重、效率又低，熱效率低于5％，最大功率為4.5kW，1860—1865年共生產(chǎn)了約5000臺，未能推廣使用?！?內(nèi)燃機1876年年德國工程師尼古拉斯·奧托，試制出第一臺實用活塞式四沖程煤氣內(nèi)燃機，并成批投入生產(chǎn)。在以后的十幾年中，奧托共制造和出售了5萬臺這種內(nèi)燃機，總馬力達(dá)20萬以上。由于奧托內(nèi)燃機是第一種實用化的內(nèi)燃機，所以人們一般把奧托看作是內(nèi)燃機的發(fā)明人。1884年，又推出了性能更好的立式風(fēng)冷發(fā)動機（取名立鐘）

1883年，德國人戈特利布·海因里?！ご髂防蘸屯み~巴赫將奧托四行程發(fā)動機改進(jìn)后，成功地制造出了第一臺臥式汽油內(nèi)燃機。戈特利布·海因里?！ご髂防胀み~巴赫1885年戴姆勒將立鐘發(fā)動機安裝于木制雙輪車上，并讓兒子保羅駕駛；這輛取名“騎式雙輪車”的雙輪車獲得德國專利，這是世界上第一輛摩托車。1886年戴姆勒把這種發(fā)動機安裝在他為妻子43歲生日而購買的馬車上，創(chuàng)造了第一輛戴姆勒汽車，并由邁巴赫成功地完成了試車。§2內(nèi)燃機1893年，狄塞爾制造了第一臺試驗樣機。1892年，德國工程師狄塞爾提出了壓燃式柴油機的理論。魯?shù)婪颉さ胰麪枴?內(nèi)燃機在1890年前英國的克拉克和羅伯遜、德國的卡爾·奔馳成功地發(fā)明了二沖程內(nèi)燃機。1888年，的卡爾·奔馳將發(fā)動機安裝在三輪車架上，發(fā)明了世界上第一輛三輪汽車?？枴け捡Y§2內(nèi)燃機1957年，德國人汪克爾發(fā)明了轉(zhuǎn)子發(fā)動機。菲加士·汪克爾

馬自達(dá)的首臺量產(chǎn)型轉(zhuǎn)子發(fā)動機10A-8010§2內(nèi)燃機在內(nèi)燃機一百多年的發(fā)展歷史中，具有劃時代意義的兩個重要發(fā)展階段是：20世紀(jì)50年代初興起的增壓技術(shù)

20世紀(jì)70年代開始的計算機、電子技術(shù)在內(nèi)燃機研制中的應(yīng)用內(nèi)燃機和汽車給世界帶來了現(xiàn)代物質(zhì)文明，在經(jīng)過了超過一個世紀(jì)的發(fā)展之后，它的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到其頂點，今后內(nèi)燃機的發(fā)展是以節(jié)能和環(huán)保為中心，充分兼顧可靠性的要求，全面提高內(nèi)燃機的性能?！?內(nèi)燃機

二、發(fā)動機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則按照GB725－91《內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則》統(tǒng)一制定內(nèi)燃機名稱均按所使用的主要燃料命名，例如汽油機、柴油機、煤氣機等。內(nèi)燃機型號由阿拉伯?dāng)?shù)字和漢語拼音字母組成。內(nèi)燃機型號由以下四部分組成：首部：為產(chǎn)品系列符號和換代標(biāo)志符號，由制造廠根據(jù)需要自選相應(yīng)字母表示，但需主管部門核準(zhǔn)。中部：由缸數(shù)符號、行程符號、氣缸排列形式符號和缸徑符號等組成。后部：結(jié)構(gòu)特征和用途特征符號，以字母表示。尾部：區(qū)分符號。同一系列產(chǎn)品因改進(jìn)等原因需要區(qū)分時，由制造廠選用適當(dāng)符號表示TJ376Q：表示三缸，直列四行程，缸徑76mm，水冷車用，TJ表示系列符號CA488：表示四缸，直列四行程，缸徑88mm，水冷通用型，CA表示系列符號1、汽油機

1E65F1E65F單缸臥列，二行程，缸徑65mm，風(fēng)冷通用型汽油機4100Q44100Q-4四缸，直列四行程，缸徑100mm，水冷車用汽油機，第四種變型產(chǎn)品CA6102CA6102六缸，直列四行程，缸徑102mm，水冷通用型汽油機，CA表示系列符號8V1008V100八缸，四行程、缸徑100mm，V型，水冷通用型汽油機490Q：表示四缸，直列，四行程，缸徑90mm，水冷車用柴油機ZS1100：表示ZS系列，單缸，四行程，缸徑100mm，水冷通用型柴油機，ZS系列為：直噴、雙軸平衡式2、柴油機

195195單缸，臥式、四行程，缸徑95mm，水冷通用型柴油機

165F165F單缸，臥式，四行程，缸徑65mm，風(fēng)冷通用型柴油機8P102ZC6L8PC2-6L八缸，平臥式，四行程，缸徑102mm，增壓、船用右機基本型柴油機YC6135ZQYC6135ZQ六缸，直列，四行程、缸徑135mm，增壓，水冷車用型柴油機第2節(jié)汽車發(fā)動機的工作原理及總體構(gòu)造本章主要內(nèi)容：汽車發(fā)動機的類型汽車發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)及基本術(shù)語往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的工作原理發(fā)動機的總體構(gòu)造發(fā)動機的性能指標(biāo)按照活塞運動方式分類：可分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式§1汽車發(fā)動機的類型活塞運動方式按照燃料種類分類：可分為汽油機和柴油機、氣體發(fā)動機等§1汽車發(fā)動機的類型水冷發(fā)動機是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進(jìn)行循環(huán)的冷卻液作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的風(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(jìn)行冷卻的按照冷卻方式分類：可分為水冷式和風(fēng)冷式二沖程發(fā)動機四沖程發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)一周完成一個工作循環(huán)。由于換氣不徹底，經(jīng)濟性較差，但結(jié)構(gòu)簡單，因此在摩托車上廣泛使用。曲軸旋轉(zhuǎn)二周完成一個工作循環(huán)。四沖程發(fā)動機有獨立的進(jìn)氣和排氣沖程，換氣徹底，在汽車上廣泛使用，并已逐漸用于摩托車。按照工作循環(huán)的行程數(shù)分類：可分為四行程和二行程立式直列發(fā)動機V形發(fā)動機臥式對置發(fā)動機按照氣缸排列方式分類：可分為立式、臥式、直列、V形和對置式等按氣缸數(shù)分類：可分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機此外，發(fā)動機還可按進(jìn)氣方式、氣缸的氣門數(shù)、凸輪軸布置位置等進(jìn)行分類?！?往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的基本結(jié)構(gòu)及基本術(shù)語一、基本結(jié)構(gòu)§2往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的基本結(jié)構(gòu)及基本術(shù)語4、曲柄半徑R

定義：曲軸的回轉(zhuǎn)半徑，對于汽缸中心線通過曲軸回轉(zhuǎn)中心的內(nèi)燃機有：S＝2R二、基本術(shù)語1、工作循環(huán)

定義：在氣缸中進(jìn)行的每一次將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的一系列連續(xù)過程?；钊絻?nèi)燃機的工作循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個工作過程組成2、上止點（下止點）

定義：活塞頂離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)（近)處。即活塞的最高（低）位置。3、活塞沖程S

定義：活塞上、下止點之間的距離。定義：活塞在上止點時，活塞頂以上、氣缸蓋底面以下所形成的空間容積。定義：上、下止點間所包容的氣缸容積（活塞從上止點到下止點所掃過的容積。）定義式：常作為表征內(nèi)燃機尺寸大小及動力性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)之一。D:氣缸直徑mmS:活塞行程mm(L)5、氣缸工作容積（氣缸排量）VS6、內(nèi)燃機排量（發(fā)動機工作容積）VL定義：發(fā)動機所有氣缸工作容積的總和。定義式：(L)i:氣缸數(shù)7、燃燒室容積Vc物理意義：表示氣缸內(nèi)氣體被壓縮的倍數(shù)或燃?xì)馊紵笈蛎浀谋稊?shù)。是發(fā)動機的重要性能參數(shù)。柴油機ε：15～22汽油機ε：6～10（轎車有的達(dá)到9～11）定義式：Va＝Vs＋Vc8、氣缸總?cè)莘eVa定義：氣缸工作容積與燃燒室容積之和（活塞在下止點時，活塞頂以上的空間容積。）9、壓縮比ε定義：氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比（壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積之比。）定義式：§3往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的工作原理

四沖程發(fā)動機：曲軸轉(zhuǎn)兩圈，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)各兩次，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機。二沖程發(fā)動機：曲軸轉(zhuǎn)一圈，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)各一次，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機。一、四沖程汽油機的工作原理1、進(jìn)氣行程2、壓縮行程3、作功行程4、排氣行程單缸四沖程汽油機的工作過程§3往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的工作原理

排氣門關(guān)閉進(jìn)氣門開啟活塞進(jìn)氣終了時：溫度320~380K，

壓力0.08~0.09MPa進(jìn)氣行程曲軸帶動活塞從上止點向下止點移動，進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉。氣缸內(nèi)壓力降低到小于外界大氣壓，產(chǎn)生真空度?？諝夂推徒?jīng)混合形成可燃混合氣通過進(jìn)氣管道、進(jìn)氣門被吸入氣缸。進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞壓縮行程壓縮終了時：溫度600~750K，壓力0.8~1.5MPa進(jìn)氣結(jié)束，進(jìn)排氣門都關(guān)閉。曲軸帶動活塞由下止點向上止點運動，活塞頂部的可燃混合氣被壓縮。進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門關(guān)閉活塞瞬時最高：溫度2200~2800K，

壓力3~6.5MPa作功終了：溫度1200~1500K，

壓力0.35~0.5MPa

做功行程當(dāng)壓縮行程接近上止點，進(jìn)排氣門處于關(guān)閉狀態(tài)，電火花點燃可燃混合氣，混合氣燃燒產(chǎn)生的氣壓力推動活塞向下止點運動，經(jīng)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)作功，對外輸出功率。進(jìn)氣門關(guān)閉排氣門打開活塞排氣終了時：溫度900~1100K，壓力0.105~0.12MPa排氣行程曲軸帶動活塞從下止點向上止點運動，排氣門打開，進(jìn)氣門關(guān)閉。在活塞和廢氣自身的壓力作用下，廢氣經(jīng)排氣門排出氣缸。二、四沖程柴油機的工作原理1、進(jìn)氣行程與汽油機主要區(qū)別：進(jìn)入氣缸的是純空氣。進(jìn)氣行程進(jìn)氣門溫度310-340K壓力0.085～0.095MPa

汽油機柴油機進(jìn)氣pde0.08~0.090.085~0.095Tde320~380310~340二、四沖程柴油機的工作原理2、壓縮行程壓縮行程溫度750-1000K壓力3-5MPa純空氣汽油機柴油機壓縮pco0.6~1.23.0~5.0Tdo600~700750~1000二、四沖程柴油機的工作原理3、做功行程做功行程汽油機柴油機做功pmax3.0~6.56~9Tmax2200~28001800~2200pex0.35~0.50.2~0.5Tex1200~15001000~1200噴油器終了：溫度1000～1200K壓力0.2-0.5MPa瞬時：溫度1800-2200K壓力6-9MPa二、四沖程柴油機的工作原理4、排氣行程排氣行程汽油機柴油機壓縮p`r0.105~0.120.105~0.12T`r900~1100700~900溫度700-900K壓力0.105-0.12MPa排氣門四沖程汽油機、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(dǎo)致柴油機笨重。

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(fù)荷較大，故其零部件的質(zhì)量需較大，導(dǎo)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，而顆粒排放較高。

6、柴油機啟動困難，汽油機易啟動。

換氣機構(gòu)（進(jìn)氣孔、排氣孔、掃氣孔）

曲軸箱掃氣

活塞頂部為凸頂，以引導(dǎo)氣流掃氣

活塞裙部較長，有缺口等三、二沖程汽油機的工作原理1、結(jié)構(gòu)介紹

2、工作原理

（1）、第一行程

活塞：從下止點到上止點活塞上方：換氣；壓縮活塞下方：進(jìn)氣

曲軸：旋轉(zhuǎn)從0℃A～180℃A

（2）、第二行程

活塞：從上止點到下止點活塞上方：燃燒膨脹做功；排氣；掃氣。活塞下方：預(yù)壓縮，新鮮氣體經(jīng)過掃氣口進(jìn)入氣缸。

曲軸：旋轉(zhuǎn)從180℃A～360℃A四、二沖程柴油機的工作原理

1、結(jié)構(gòu)介紹有排氣閥，無排氣口。

進(jìn)氣口設(shè)置在氣缸上部，進(jìn)氣口和掃氣口為同一氣口。通過掃氣泵掃氣。2、工作原理

（1）、第一沖程

活塞：從下止點到上止點掃氣泵換氣；壓縮；噴油器：噴油燃燒

曲軸：旋轉(zhuǎn)從0℃A～180℃A

（2）、第二沖程

活塞：從上止點到下止點燃燒膨脹做功；排氣；掃氣。排氣；新鮮氣體經(jīng)過掃氣泵壓縮后進(jìn)入氣缸。

曲軸：旋轉(zhuǎn)從180℃A～360℃A五、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。（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。§4.發(fā)動機的總體構(gòu)造總體構(gòu)造：兩大機構(gòu)五大系統(tǒng)兩大機構(gòu)：曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)五大系統(tǒng)：燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點火系、起動系注意：柴油機沒有點火系。一、曲柄連桿機構(gòu)

作用：將燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運動的機械能，再通過連桿將活塞往復(fù)運動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動而對外輸出動力組成：由氣缸體和曲軸箱組、活塞連桿組、曲軸飛輪組組成二、配氣機構(gòu)

作用：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(jìn)氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進(jìn)入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實現(xiàn)換氣過程。組成：氣門組、氣門傳動組、氣門驅(qū)動組等

三、燃料供給系統(tǒng)作用：a、汽油機：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；組成：油箱、油泵、燃油濾清器、化油器、噴油器等b、柴油機：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。

作用：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(jìn)行清洗和冷卻以及進(jìn)行防腐、密封等。

組成：潤滑油道、機油泵、機油濾清器等。四、潤滑系統(tǒng)五、冷卻系統(tǒng)作用：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。組成：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。

六、點火系統(tǒng)

作用：在汽油機中，將氣缸內(nèi)的可燃混合氣用電火花在正確的時刻進(jìn)行點燃。組成：蓄電池、發(fā)電機、分電器、點火線圈和火花塞、點火模塊、電控單元等。七、起動系統(tǒng)

作用：使發(fā)動機由靜止?fàn)顟B(tài)過渡到工作狀態(tài)。組成：起動機及其附屬裝置§5.發(fā)動機的性能指標(biāo)一.經(jīng)濟性指標(biāo)動力性指標(biāo)指發(fā)動機通過曲軸對外做功的能力，包括有效轉(zhuǎn)矩、有效功率等。有效轉(zhuǎn)矩是指發(fā)動機通過曲軸或飛輪對外輸出的可使用的轉(zhuǎn)矩，即克服摩擦、驅(qū)動附件等損失后曲軸對外輸出的凈轉(zhuǎn)矩，通常用Te表示，單位N/m。有效功率是指發(fā)動機通過曲軸或飛輪對外輸出的可使用的