汽车构造-幻灯片-发动机的工作原理与总体构造
AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,1,发动机的工作原理与总体构造,概述 四行程发动机的工作原理 发动机的总体构造 发动机的主要性能指标与特性 内燃机的名称及型号编制规则,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,2,概述,1. 发动机的概念 发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。 发动机借助工质的变化将燃料燃烧所产生的热能转变为机械能。 发动机分为内燃机和外燃机两种,与外燃机相比，内燃机具有热效率高、体积小、便于移动、启动 性能好和维修方便等优点，因而广泛应用于现代汽车上。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,3,概述,2. 内燃机的分类,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,4,概述,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,5,概述,W型发动机布置实例,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,6,概述,内燃机的分类,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,7,1.2 四行程发动机的工作原理,发动机常用术语 （1）上止点 （2）下止点 （3）活塞行程 （4）曲柄半径 （5）气缸工作容积 （6）内燃机排量 （7）燃烧室容积 （8）气缸总容积 （9）压缩比,单缸发动机示意图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,8,四行程发动机的工作原理,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,9,四行程发动机的工作原理,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,10,四行程发动机的工作原理,发动机的工作原理 (1) 四行程汽油机的工作原理,单缸四行程汽油机结构示意图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,11,四行程发动机的工作原理,四行程汽油机的工作过程,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,12,四行程发动机的工作原理,四行程工作过程示意图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,13,四行程发动机的工作原理,四行程汽油机的发动机示功图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,14,四行程发动机的工作原理,(2) 四行程柴油机的工作原理,单缸四行程柴油机示意图 1-喷油器； 2-喷油泵,四行程柴油机和四行程汽油机的工作过程相同，每个工作循环也经历进气、压缩、做功和排气4个行程。 但是柴油机可燃混合气体的形成（进入气缸的是空气）及点火方式不同于汽油机（无点火系、有喷油器）。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,15,四行程发动机的工作原理,汽油机与柴油机的优缺点 a、由于柴油机压缩比较高，燃料燃烧非常完全，所以柴油机的有 效热效率好，经济性好。 b、柴油机无点火系，所以故障少些，易保养。但柴油机有高精度 零件如喷油泵、喷油器等，其成本较高，并且加工较难。 c、柴油机最高爆发压力高，所以对发动机的零部件强度要求高， 这样导致柴油机笨重。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,16,四行程发动机的工作原理,d、柴油机转速低于汽油机 原因：1）由于柴油机的压缩比高，所以其受到的机械负荷较大， 故其零部件的质量需较大，导致运动时惯性力较大。 2）汽油机可燃混合气的混合时间和质量优于柴油机。 e、柴油机运转噪音高，微粒排放比较高，但有害气体的排放要优于汽油机。 f、柴油机启动困难，汽油机易启动。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,17,1.3 发动机的总体构造,典型汽油机结构示意图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,18,发动机的总体构造,1. 机体组与曲柄连杆机构,机体组,曲柄连杆机构,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,19,机体组与曲柄连杆机构,功用：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而对外输出动力。,活塞连杆组及曲轴飞轮组结构示意图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,20,机体组,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,21,活塞连杆组,1、 活塞 活塞的主要作用是承受汽缸中的燃烧压力，并将此力通过活塞销和 连杆传给曲轴。此外，活塞还与汽缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。 活塞是发动机中工作条件最严酷的零件： 作用在活塞上的有气体力和往复惯性力。 活塞顶与高温燃气直接接触，使活塞顶的温度很高。 活塞在侧压力的作用下沿气缸壁面高速滑动，由于润滑条件差， 因此摩擦损失大，磨损严重。 （1）活塞常用材料：常用的是铝合金；新材料（发泡石墨活塞、铝 基复合材料、合金铸铁、耐热钢、金属陶瓷等）。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,22,活塞连杆组,（2）活塞结构：活塞可视为由顶部、头部和裙部等3部分构成。,活塞结构剖视图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,23,曲轴飞轮组,1、 曲轴 曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体压力转变为转矩，用以驱动汽 车的传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置（如汽油泵、机 油泵、分电器、发电机、水泵风扇等）。 （1）常用材料 曲轴一般由45、40Cr、35Mn2、50MnB等中碳钢和中碳合金钢模锻而 成，轴颈表面经高频淬火或氮化处理，最后进行精加工。 现代汽车发动机广泛采用球墨铸铁曲轴。 微合金非调质钢曲轴是近年来发展起来的新钢种。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,24,发动机的总体构造,2. 配气机构,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,25,充气效率,配气机构的功用是根据发动机每一缸内进行的工作循环和发火 顺序的要求，定时地开启和关闭各气缸的进、排气门，以保证新鲜 可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及时进入气缸并把燃 烧生成的废气及时排出气缸。,配气机构应使发动机在各种工况下工作时获得最佳的进气量， 以保证发动机在各种工况下工作时发出最好的性能。发动机在全负 荷下工作时，需获得最大功率和转矩，这就要求在此工况下，配气 机构应保证获得最大进气充量。吸入的进气越多，发动机发出的功 率和转矩越大。,进气充满气缸的程度，常用充气效率（也称充气系数）表示。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,26,充气效率,充气效率就是指在进气过程中，实际进入气缸的新鲜空气或可燃混 合气的质量与在理想状况下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混 合气的质量之比。即,式中：M进气过程中实际充入气缸的进气量； M0-进气状态下充满气缸容积的进气量。,充气效率越高，表明充入气缸的新鲜气量越多，燃烧后放出的热量 越多，发动机发出的功率就越大。 一般情况下发动机充气效率总是小于1的。充气效率的大致范围是： 四冲程汽油机 0.7 0.85；四冲程非增压柴油机 0.75 0.90；四 冲程增压柴油机 0.90 1.05。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,27,充气效率,影响充气效率的主要因素有： 进气终了时的气缸压力； 进气终了时的气缸内温度； 上一循环残留在气缸内的高温废气。,提高充气效率的措施是： 减少进气门处的流动损失； 减少整个进气管道的流通阻力； 减少对空气（或混合气的）热传导； 减少排气系统对气流的阻力； 合理选择配气相位，使吸气和排气过程尽可能充分。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,28,配气机构的布置形式,气门顶置式配气机构是目前应用最广泛的一种配气机构形式，其进气 门和排气门都倒装在汽缸盖上。其组成主要包括：,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,29,配气机构的布置形式,发动机工作时，曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转。,当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起挺柱时，通过推杆和调整螺钉 使摇臂绕摇臂轴摆动，压缩气门弹簧，使气门离座，即气门开启。 当凸轮凸起部分离开挺柱后，气门便在气门弹簧力作用下上升而落 座，即气门关闭。,四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转两周，各缸的进、 排气门各开启一次，此时凸轮轴只旋转一周。因此曲轴与凸轮轴 之比即传动比）应为 21。,目前，国内外汽车发动机几乎都采用气门顶置式配气机构。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,30,配气相位,用曲轴转角表示的进、排气门实际开闭时刻和开启持续时间，称 为配气相位。 通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示， 这种图形称为配气相位图。,理论上，四行程发动机的进气门当曲拐处于上止点时开启，在下 止点时关闭；排气门则当曲拐在下止点时开启，上止点时关闭。进气 时间和排气时间各占180°曲轴转角。,实际上，由于发动机转速很高，活塞的每一行程历时相当短。在 这么短的时间内换气，势必造成进气不足和排气不净，从而使发动机 功率下降。,因此，发动机气门开闭都是提前开、迟后关一定的曲轴转角。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,31,配气相位,1、 进排气门的配气相位 （1）进气门 进气门在进气行程上止点之前开启谓之早开。从进气门开到上止 点曲轴所转过的角度称作进气提前角，记作 。 进气门在进气行程下止点之后关闭谓之晚关。从进气行程下止点 到进气门关闭曲轴转过的角度称作进气迟后角，记作 。 整个进气过程持续的时间或进气持续角为180°+ 曲轴转 角。一般 0°30°、30°80°曲轴转角。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,32,可变进气系统,为了解决发动机高速动力性和中小负荷经济性的矛盾，发展了可变 技术，可变进气系统就是其中的一例。,1、可变气门正时及升程电子控制系统(VTEC) VTEC是一种采用在一根凸轮轴上设计两种不同定时和升程的凸轮 ，且利用油压进行切换的装置。 主要由中间摇臂、主摇臂、副摇臂、同步活塞和凸轮轴组成。 中间摇臂在发动机高速时使用，主副摇臂在低速时使用。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,33,可变进气系统,可变气门正时及升程电子控制系统,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,34,可变进气系统,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,35,可变进气系统,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,36,可变进气系统,2、多气门分段工作进气系统 发动机在低速、中小负荷时，仅主气门打开，经济性较好； 发动机在高速、大负荷时，主、副气门都打开，动力性较好。,多气门分段工作原理 1主进气门；2副进气门；3排气门；4螺旋进气道,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,37,可变进气系统,3、双进气管分段工作进气系统 利用进气管道面积的变化形成可变系统来改善可燃混合气的混合和燃 烧状态。,双进气管分段工作进气系统 (左)主进气管关，副进气管开(右)主副进气管开,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,38,可变进气系统,4、进气管长度及面积可变进气系统,进气管长度及面积可变进气系统工作原理,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,39,发动机的总体构造,3. 燃料供给系,化油器式汽油机燃油供给系,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/4/23,40,燃料供给系概述,1、任务和分类 汽油机燃料供给系的任务是根据发动机各种不同工况的要求，将空 气与雾化后的汽油充分混合形成一定数量和浓度的可燃混合气，供
