发动机的结构与工作原理.ppt

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1、汽车发动机及控制技术（上）授课人:,国内外汽车工业的发展,汽车的诞生（第一辆汽车的出世）1886年1月29日德国奔驰获得汽车专利,汽车保有量 8亿多，我国 2400多万辆 汽车年产量全世界5000多万辆，我国2003年产销430万辆，位居世界第4位，预计汽车生产的规模化、垄断化逐步扩大。世界20家产商垄断了全球80%以上的汽车生产。通用、福特、克莱斯勒占美国90%以上的汽车生产。汽车已发展为集计算机技术、设计理论、测试手段、新型材料、工艺技术等科学技术为一体、充分展现机电一体化的高科技产品。主要表现在：汽车的各系统的电子技术：汽车发动机结构变化：汽车底盘的变化：汽车车身的变化：,汽车设计方法手

2、段的变化：汽车带来的问题(效率、污染、事故)我国汽车发展的三个阶段：19531978 苏联生产模式（1953-1956 一汽投产，1968-1975 二汽投产）。19781993（1985 七五计划列为支柱产业，1987确定发展轿车（一汽、二汽、上海、天津、北京、广州六大基地），1993年达130万辆）。1994 汽车工业迅速发展时期。,第1章 发动机结构与工作原理,1.1 发动机的分类和基本结构1.1.1 发动机的分类 发动机内燃机-燃料中的化学能-热能-机械能的机器。1按燃料分 可分为柴油机、汽油机和天然气机等。2按实现循环的行程数分 四冲程发动机-活塞移动四个行程或曲轴转两圈，气缸内完成

3、一个工作循环。二冲程发动机-活塞移动两个行程或曲轴转一圈，气缸内完成一个工作循环。,3按冷却方式分水冷式发动机：以水为冷却介质。风冷式发动机：以空气作为冷却介质。4.按点火方式压燃式(CI)发动机：利用气缸内空气被压缩后产生的高温，使燃油自燃。如柴油机。点燃式(SI)发动机：利用火花塞发出的电火花强制点燃燃料，使燃料强行着火燃烧。如汽油机、煤气机。,5按凸轮轴位置分侧置式：凸轮轴位于气缸体一侧。顶置式：凸轮轴位于气缸盖上。顶置式又分为以下两种：单顶置凸轮轴(SOHC)发动机：发动机有一根置于气缸盖上的凸轮轴。双顶置凸轮轴(DOHC)发动机：发动机有两根置于气缸盖上的凸轮轴。,6按进气方式分自然

4、吸气式发动机：空气靠活塞的抽吸作用进入气缸内。增压式发动机：为增大功率，在发动机上装有增压器，使进入气缸的气体预先经过压气机压缩后再进入气缸。,7按气缸数目分单缸发动机。多缸发动机。按气缸的排列型式又可分为多种形式。8按气缸的排列型式分直列立式发动机：所有气缸中心线在同一垂直平面内。直列卧式发动机：所有气缸中心线在同一水平平面内。V型发动机：气缸中心线分别在两个平面内，且两平面相交呈V型。对置式发动机：V型夹角为1800时又称为对置式。其他：还有W型(奥迪W16)、H型、X型、星型等,1.1.2 发动机的基本结构 发动机一般都是由两大机构和六大系统组1两大机构曲柄连杆机构-是发动机借以产生动力

5、，并将活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力的机构。（气缸体、活塞连杆组、曲轴飞轮组）配气机构-是使可燃混合气及时充入气缸并在燃烧后及时将废气从气缸中排出。（气门组、气门传动组）,2六大系统供给系统-油箱、汽油滤清器、汽油泵、化油器(节气门体)、喷油器、油轨(燃油喷射式发动机)、空气滤清器和进气歧管等。点火系统-分电器、点火线圈和火花塞等。冷却系统-水泵、节温器、风扇和散热器等。润滑系统-油底壳、集滤器、机油泵、滤清器、调压阀和安全阀等。起动系统-起动机及附属设备组成。充电系统-蓄电池、发电机、调节器等。（电子控制技术）,1.2 发动机工作原理,1.2.1、四冲程发动机工作原理基本结

6、构：气缸2内装有活塞3，活塞通过活塞销4、连杆5与曲轴9相连接。活塞在气缸内作往复运动，通过连杆推动曲轴转动。为了吸入新鲜气体和排出废气，设有进气门15和排气门16。,下止点-活塞顶部离曲轴中心最近处，即活塞最低位置。活塞行程-上、下止点间的距离。曲柄半径-曲轴连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离。活塞每走一个行程相应于曲轴转角180。,气缸工作容积（气缸排量）-活塞从上止点到下止点所扫过的容积。多缸发动机各气缸工作容积的总和，称为发动机工作容积或发动机排量。,四冲程发动机的工作循环-进气行程、压缩行程、膨胀行程(作功行程)、排气行程。四冲程汽油发动机经过进气、压缩、燃烧作功、排气四个行程，完成

7、一个工作循环。这期间活塞在上、下止点间往复移动了四个行程，相应地曲轴旋转了两周。,进气行程：进气门开启，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动，气缸内形成真空吸力，可燃混合气便经进气管道和进气门被吸入气缸。进气终了时气缸内气体压力约为0.075一0.09Mpa，温度达370一400K。在示功图上，进气行程用曲线ra表示。曲线ra位于大气压力线下，它与大气压力线纵坐标之差即表示气缸内的真空度。,压缩行程：在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程。可燃混合气要经过压缩-容积缩小、密度加大、温度升高。在示功图上，压缩行程用曲线ac表示。压缩终了时(上止点)，混合气

8、被压缩到燃烧室中，压力升高到0.6-1.2Mpa，温度可达600一700K。,压缩前气缸中气体的最大容积Va（工作容积Vs+燃烧室容积Vc（最小容积）与压缩后的最小容积之比称为压缩比。活塞在下止点时其顶部以上的容积与活塞在上止点时其顶部以上的容积之比。压缩比愈大，在压缩终了时混合气的压力和温度便愈高，燃烧速度也愈快，因而发动机发出的功率放大，经济性愈好。,作功行程：在这个行程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点-火花塞即发出电火花-点燃被压缩的可燃混合气-燃气的压力和温度迅速增加（压力为35MPa、温度为2200一2800K）-高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动-通过连杆使曲轴旋转

9、并输出机械能（维持对外作功）。示功图上曲线zb表示活塞向下移动时，气缸内容积增加，气体压力和温度都降低。在作功行程终了的b点压力降至0.3一0.5MPa，温度则降为1300一1600K。,排气行程:可燃混合气燃烧后生成的废气，必须从气缸中排除，以便进行下一个进气行程。当膨胀接近终了时-排气门开启-在废气的压力下进行自由排气-活塞到达下止点后再向上止点移动-继续将废气强制排到大气中-活塞到上止点附近时-排气行程结束。这一行程在示功图上用曲线br表示。在排气终了时气缸内压力为0.105一0.115Mpa，废气温度为900一1200K。由于燃烧室占有一定容积，不可能将废气排尽，留下的这一部分废气称为

10、残余废气。,二、四冲程汽油机基本工作原理,二、四冲程汽油机的循环,二、四冲程汽油机的循环演示,1.2.2、二冲程汽油机的工作原理1.工作原理二冲程发动机的工作循环是在两个活塞行程内（曲轴旋转一周的时间内）完成的。发动机气缸上有三个孔，这三个孔可分别在一定的时刻为活塞所关闭。孔1与化油器相连通，可燃混合气经孔1流入曲轴箱，继而可经孔3进入气缸内，而废气则可经过与排气管连通的孔2被排出。,第一行程 活塞自下止点向上移动-压缩充入活塞上方气缸内的混合气-新的可燃混合气又自化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。第二行程 活塞自上止点向下移动，活塞上方进行着作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压

11、。a-c 压缩过程，c-f 燃烧过程e-b 作功排气,bda-排气换气（占1300-1500曲轴转角）,二冲程汽油机工作原理1,二冲程汽油机工作原理2,二冲程汽油机的工作循环1,二冲程汽油机的工作循环2,二冲程汽油机的工作循环3,2优点与四冲程发动机相比，二冲程发动机有以下优点。第一，曲轴每转一周就有一个做功行程，因此，当工作容积和转速相同时，理论功率应等于四冲程发动机的二倍。第二，由于发生做功过程的频率较大，故运转比较均匀平稳。第三，由于没有专门的配气机构，所以它结构较简单，质量较小。第四，因附属机构少，因此易受磨损和经常需要修理的运动部件数量比较少。,3缺点第一，不易将废气从气缸中排除干净

12、，并且在换气时减少了有效工作行程。因此在同样的工作容积和曲轴转速下，其功率仅为四冲程发动机的1516倍。第二，在换气时有一部分新鲜可燃混合气随同废气被排出，使得燃油经济性降低。第三，由于为使活塞润滑，需要不断向气缸供给润滑油，因此排气中往往含有润滑油，导致碳氢化合物(HC)和可视烟雾的排放增加。由于以上缺点，二冲程发动机未被广泛应用。燃油喷射技术的应用，燃油经济性和排放问题得到解决。如意大利PIAGGIO公司生产的Vespa(黄蜂)二冲程摩托车上采用了先进的VespaET2燃油喷射系统，这种采用机械式燃油喷射系统的发动机与原来采用化油器的发动机相比，排放下降了70。在保证标定功率基本一致的前提下，ET2可以使燃油消耗下降约30。,保时捷Porsche Boxster S,宝马318i,宝马BMW Z4,本田广州雅阁3.0V6,标致206,大众奥迪_TT跑车,北京吉普帕杰罗速跑,道奇牌概念摩托车,丰田Funcoupe,菲亚特Simba,福特F型概念车,福特电动车,富士斯巴鲁WRX-STI,雷诺高雷奥斯概念车,欧宝Eco-Speedster（3）,日产Micra（2）,雪铁龙“空中之梦”（2）,