1、汽車拖拉機學,2009年8月,第1章 發(fā)動機總體構造和工作原理,張 黎 驊,AUTOMOBILE AND TRACTOR,主要內容,1.1 內燃機的總體構造 1.2 內燃機的基本工作原理 1.3 內燃機的主要性能指標 1.4 影響內燃機工作性能的主要因素 1.5 小 結,1.1 內燃機的總體構造,發(fā)動機是將燃料燃燒釋放的熱能轉變成機械能的機械；凡是將燃料燃燒所產生的熱能轉變成機械能的機器統(tǒng)稱為熱力發(fā)動機，簡稱發(fā)動機。,熱力發(fā)動機分類：根據燃料燃燒部位不同分為 （1）外燃機：燃料在發(fā)動機外部燃燒的稱為外燃機，如蒸汽機、汽輪機等等； （2）內燃機：燃料直接在發(fā)動機內部燃燒的稱為內燃機，如柴油機、汽

2、油機等等；,內燃機的分類,轉子式內燃機,往復活塞式內燃機,目前，汽車拖拉機主要采用往復活塞式內燃機。,往復活塞式內燃機分類,1、按所用燃料分：汽油機、柴油機、石油液化氣機、沼氣機等；,2、按循環(huán)行程數分：二行程發(fā)動機、四行程發(fā)動機；,3、按氣缸數分：單缸發(fā)動機、多缸發(fā)動機,4、按冷卻方式分：水冷式發(fā)動機、風冷式發(fā)動機；,5、按著火方式分：點燃式發(fā)動機、壓燃式發(fā)動機；,6、按氣缸排列方式分：立式發(fā)動機、臥式發(fā)動機、V型發(fā)動機、對置式發(fā)動機；,發(fā)動機是汽車最主要的總成之一，動力的來源。被稱為汽車的“心臟”。,內燃機的總體構造,發(fā)動機的總體構造,連桿,飛輪,曲軸,活塞,進氣門,排氣門,推桿,挺柱,正

3、時齒輪,1、組成：氣缸蓋、氣缸體及油底殼。,一、機體組,2、作用：作為發(fā)動機各機構、各系統(tǒng)的裝配基體，而且其本身的許多部件有分別是曲柄連桿機構、配氣機構、供給系、冷卻系和潤滑系的組成部分；,二、曲柄連桿機構,1、組成：主要包括活塞連桿組、曲軸飛輪組等。,2、作用：是發(fā)動機借以產生動力，并將活塞的直線往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動而輸出動力。,三、配氣機構,1、組成：主要包括進氣門、排氣門、挺柱、推桿、搖臂、凸輪軸、以及凸輪軸正時齒輪（由曲軸正時齒輪驅動）。,2、作用：使可燃混和氣及時充入氣缸并及時從氣缸排出廢氣。,1、組成：主要包括汽油箱、汽油泵、汽油濾清器、噴油器、空氣濾清器，進氣管、排氣管，

4、排氣消聲器等。,四、燃油供給系,2、作用：把汽油和空氣混合成合適的可燃混合氣供入氣缸，以供燃燒，并將燃燒生成的廢氣排出發(fā)動機。,1、組成：主要包括供給低壓電流的蓄電池和發(fā)電機；將低壓電流變成高壓電流的斷電器（與分電裝置等組合成為分電器）和點火線圈，把高壓電流按規(guī)定時刻通過分電裝置通到各氣缸的火花塞等。,五、點火系,2、作用：保證按規(guī)定時刻及時點燃氣缸中被壓縮的混合氣。,1、組成：主要包括水泵、散熱器、風扇、分水管、氣缸體放水閥以及氣缸體和氣缸蓋里鑄出得空腔水套等。,六、冷卻系,2、作用:把受熱機件的熱量散到空氣中去，以保證發(fā)動機正常工作。,七、潤滑系,1、組成：主要包括機油泵、集濾器、限壓閥、

5、潤滑油道、機油粗濾器、機油細濾器和機油冷卻器等。,2、作用：是將潤滑油供給作相對運動的零件以減少它們之間的摩擦阻力，減輕機件的磨損，并部分的冷卻摩擦零件，清洗摩擦表面。,八、起動系,1.組成：主要包括蓄電池、起動機及其控制電路組成。,2.作用：用以使靜止的發(fā)動機起動并轉入自行轉動。,上止點 下止點 活塞行程(S) 曲柄半徑(R) 燃燒室容積(Vc ) 氣缸總容積(Va ),VL= V h i,Vh= D2S 10-6/4 （L） D氣缸直徑，mm S活塞行程，mm,1.基本術語,發(fā)動機排量(VL),氣缸工作容積(V h ),定義：壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積之比稱為壓縮比。用表

6、示。,現代汽油機壓縮比一般為911。 柴油機壓縮比一般為1622。,壓縮比,= Va/Vc,壓縮比是內燃機重要的技術指標。壓縮比的大小反映了氣體在汽缸內被壓縮的程度。壓縮比越大其動力性和經濟性越好。,壓縮比過大的不良后果,工作循環(huán),工作循環(huán)：發(fā)動機完成一次能量交換的過程。稱為完成一個工作循環(huán)。即發(fā)動機歷經了進氣、壓縮、燃燒、作功、排氣五個順序一定的連續(xù)工作過程。 四行程內燃機：活塞在汽缸內往復四次(四個行程)，完成一個工作循環(huán)。 二行程內燃機：活塞在汽缸內往復二次(二個行程)，完成一個工作循環(huán)。,2.四沖程汽油機的工作原理,a、進氣行程 b、壓縮行程 c、作功行程 d、排氣行程,進氣行程,示功

7、圖：表示活塞在不同位置時氣缸內氣體壓力的變化情況。,排氣門關閉,進氣門開啟,活塞,溫度370440 K， 壓力7590 kPa,大氣壓力線,P,V,r,a,示功圖,上止點,下止點,a、進氣行程,進氣門關閉,排氣門關閉,活塞,壓縮比： =Va/Vc,P,V,r,a,示功圖,大氣壓力線,c,上止點,下止點,溫度600800K， 壓力6001500 kPa,b、壓縮行程,作功行程,進氣門關閉,排氣門關閉,活塞,P,V,r,a,示功圖,大氣壓力線,c,Z,b,上止點,下止點,瞬時最高：溫度22002800 K， 壓力35MPa,作功終了：溫度15001700 K， 壓力300500 kPa,c、作功行

8、程,排氣行程,進氣門關閉,排氣門打開,活塞,P,V,r,示功圖,大氣壓力線,c,Z,b,上止點,下止點,溫度9001200 K 壓力105125 kPa,殘余廢氣,d、排氣行程,四沖程發(fā)動機工作狀態(tài),3.四沖程柴油機的工作原理,柴油機工作時各行程狀態(tài)參數,思考,四沖程汽油機和柴油機的工作循環(huán)有什么異同之處呢？,柴油機與汽油機工作原理比較,1. 都有四個行程：進氣、壓縮、做功、排氣。 2.四個過程中，只有做功行程對外輸出功，其余三個均消耗功。 3.發(fā)動機完成一個工作循環(huán)，曲軸旋轉兩圈（720）。 4.第一個循環(huán)均需外力帶動。,與柴油機相同,1.進氣過程：進氣過程進入汽缸的是汽油與空氣的可燃混合氣

9、。 2.壓縮過程：汽油機在壓縮過程壓縮的是混合氣。 3.著火方式不同：當壓縮接近終了時,火花塞（1525kV）產生電弧點燃混合氣。,與柴油機不同,1. 柴油機的經濟性比汽油機好。 2.柴油機和汽油機工作過程中各點的壓力和溫度都不同。 3.柴油機的燃燒過程既有等容加熱(燃燒)階段又有等壓加熱(燃燒)階段,屬混合加熱循環(huán)。而汽油機只有等容加熱階段,屬等容加熱循環(huán)。 4.柴油機體積和重量大。 5.柴油機制造成本較高。 6.柴油機的工作噪音較大,啟動困難。,柴油機與汽油機性能的比較,重 要 概 念,燃燒過程當壓縮接近終了時,火花塞跳火點燃混合氣。從火花塞跳火時到上止點時的曲軸轉角,稱為點火提前角。,柴

10、油是在壓縮過程活塞接近上止點前將柴油噴入汽缸，從噴油開始到活塞到達上止點時的曲軸轉角,稱為噴油提前角。,點火提前角：（汽油機）,噴油提前角：（柴油機）,一般點火（噴油）提前角為(1035),4.二沖程汽油機工作原理,壓縮混合氣,進氣,點火燃燒,排氣,掃氣孔,進氣孔,排氣孔,火花塞,5.二沖程柴油機工作原理,換 氣,燃燒,壓 縮,噴油器,空氣,掃氣泵,排氣門,思 考,1.理論上它的功率應等于四 沖程發(fā)動機的二倍。 2.由于作功頻率較大，二沖 程發(fā)動機的運轉比較均勻 平穩(wěn)。 3.構造簡單，質量較小。 4.易受磨損和經常需要修理 的運動部件數量較少。,二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機相比，有何優(yōu)點？,6.

11、內燃機產品名稱和型號編制規(guī)則（GB7252008）,1、內燃機產品名稱均按所采用的燃料命名，例如柴油機、汽油機、煤氣機、沼氣機，雙燃料發(fā)動機等。 2、內燃機型號由阿拉伯數碼和漢語拼音字母組成。,型號編制示例,（1）165F汽油機表示單缸，四沖程，缸徑65mm，風冷汽油機。 （2）R175柴油機表示單缸，四沖程，缸徑75mm水冷，通用型柴油機（這里R表示175的換代標志符號）。 （3）X4105柴油機表示四缸，四沖程，缸徑105mm，水冷柴油機（這里取X表示系列代號）。 （5）495T柴油機表示四缸，四沖程，缸徑95mm，水冷，拖拉機用柴油機。 （6）12V135ZG柴油機表示12缸，V型，四沖

12、程，缸徑135mm，水冷，增壓，工程機械用柴油機。,1.3 發(fā)動機的主要性能指標,動力性指標,1、有效轉矩：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的轉矩稱為有效轉矩，以Te表示，單位為Nm。,2、有效功率：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的功率稱為發(fā)動機的有效功率。用Pe表示，單位為kW。,式中：Te有效轉矩， Nm； n曲軸轉速，r/min。,發(fā)動機產品銘牌上標明的功率及相應轉速稱為額定功率和額定轉速。,經濟性指標,3、燃油消耗率：發(fā)動機每發(fā)出1kW的功率，在1h內所消耗的燃油質量（以g 單位），用ge 表示。燃油消耗率可由下式計算：,式中：Gf發(fā)動機每單位時間內的耗油量，kg/h，可用試驗測定。Pe發(fā)動機有效功率，kW。,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、轉矩、有效燃油消耗率等）隨著曲軸轉速變化的規(guī)律。,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)動機特性,發(fā)動機的外