汽油发动机构造与原理_范文大全

汽油发动机构造与原理

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【优秀范文】汽油发动机构造与原理

范文一:汽油机发动力构造与原理 投稿:崔杗杘

汽油机发动力构造与原理

1.1汽油发动机构造

汽油机一般有以下几大系统组成:

1、曲轴连杆系统:包括活塞、连杆、曲轴、滚针轴承、油封等。 2、机体系统:包括缸盖、缸体、曲轴箱、消声器、防护罩等。 3、燃油系统:包括油箱、开关、滤网、沉淀杯和化油器等。

4、润滑系统:四冲程汽油机润滑与供油分开,曲轴箱配有润滑油油面尺 5、配气系统:四冲程汽油机由进、排气门,摇臂,推杆,挺杆及凸轮轴等组成。

其他还包括反冲起动器组成的启动系统,包括磁电机、高压线、火花塞等组成的点火系统,以及包括引风罩等的冷却系统。

调速手柄

发动机开关

消声器 起动手柄 火花塞

反冲起动器

空滤器 阻风门手柄

燃油开关

燃油箱盖

燃油箱

放油螺栓

机油标尺

1.2 工作原理:

汽油机的工作原理是通过化油器将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气,在吸气冲程被吸入汽缸,混合气经压缩点火燃烧而产生热能,高温高压的气体作用于活塞顶部,推动活塞作往复直线运动,通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内完成一个工作循环。从而达到在对外做功的目的。

1.3 汽油机的四冲程: 其动作过程如图所示

:

汽油机四冲程:汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气,

在进气行程被吸入汽缸,混合气经压缩点火燃烧而产生热能,高温高压的气体作用于活塞顶部,推动活塞作往复直线运动,通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程内完成一个工作循环。󰀀1、进气行程 活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启,排气门关闭,曲轴转动180°。在活塞移动过程中,汽缸容积逐渐增大,汽缸内气体压力逐渐降低,汽缸内形成一定的真空度,空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸,并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统

存在阻力,进气终点汽缸内气体压力小于大气压力0 p ,即pa= (0.80~0.90)p 。进入汽缸内的可燃混合气的温度,由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的四冲程发动机加热以及与残余废气的混合而升高到340~400K。 2、压缩行程 压缩行程时,进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180°。活塞上移时,工作容积逐渐缩小,缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高,到达压缩终点时,其压力pc可达800~2 000kPa,温度达600~750K。

3、做功行程 当活塞接近上止点时,由火花塞点燃可燃混合气,混合气燃烧释放出大量的热能,使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力pZ达3 000~6 000kPa,温度TZ达2 200~2 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动,并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移,汽缸容积增加,气体压力和温度逐渐下降,到达b 点时,其压力降至300~500kPa,温度降至1 200~1 500K。在做功行程,进气门、排气门均关闭,曲轴转动180°。

4、排气行程 排气行程时,排气门开启,进气门仍然关闭,活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180°。排气门开启时,燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出,另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用,排气终点r 点的压力稍高于大气压力,即pr=(1.05~1.20)p0。排气终点温度Tr=900~1100K。活塞运动到上止点时,燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出,这部分废气叫残余废气。󰀀

1.4、操作前检查 1.4.1、常规检查

 观察机油和汽油的泄漏痕迹。  观察损坏的痕迹。

 检查所有的护罩和盖子的位置,螺栓、螺母、螺钉拧紧情况。

1.4.2、检查机油

停机后把发动机放在水平地方,然后检查机油。 1) 从加机油口取下机油标尺并擦干净。

2) 插入机油标尺,在不拧紧状态下,检查机油油位。 3) 如果机油油位太低,加入推荐的机油到油位上限。 4) 加完机油后,牢记要装好并拧紧机油标尺。

机油标尺

油位上限

油位下限

当机油油位低于安全刻线时,可能会引起发动机损坏。为避免对发动机不必要的损坏,应每次起动之前检查机油油位。

1.4.3、检查燃油

先停机,再旋开燃油箱盖,检查燃油油位。如果燃油油位太低,就加满燃油箱。加完燃油后,要旋紧燃油箱盖。

1.5、发动机的维护

1.5.1、维护时间表

1、 说明: * 仅更换纸质滤芯。

(1)在多尘区使用应更频繁维护。

(2)若无合适的工具和专业的技术,建议送租赁公司修理厂专修。

1.5.2、发动机常见故障的现象、原因及其排除方法。

1、起动困难

4、发动机过热

1.6、发动机的其他相关知识

1.6.1机油:即发动机润滑油, 能对发动机起到润滑、清洁、冷却、密封、减磨等作用。

机油的主要有以下两个指标:

a) API品质等级。润滑油的品质多使用API等级别标识,API是英文“美国石油

协会”(American Petroleum Institute)的缩写。 “S”开头系列代表汽油发动机用油,规格有:SE,SF,SG...SM,SN等。 “C”开头系列代表柴油发动机用油,当“S”和“C”两个字母同时存在,则表示此机油为汽/柴通用型。

b) SAE粘稠度等级。润滑油的粘稠度多使用SAE等级标识,SAE是英文“美

国汽车工程师协会”(Society of Automotive Engineers)的缩写。例如:SAE15W-40、SAE5W-40,“W”表示 winter(冬季),其前面的数字越小说明机油的低温流动性越好

,代表可供使用的环境温度越低,在冷启动时对发动机的保护能力越好;“W”后面(一横后面)的数字则是机油耐高温性的指标,数值越大说明机油在高温下的保护性能越好。

推荐机油:

四冲程汽油机机油。 根据以上分类,

修理厂汽油发动机所使用的机油通常为SF15W--40。 其对应的环境温度 约为-5℃—40℃󰀀。

环境温度

1.6.2 化油器

化油器结构示意图

化油器的构造可分五种装置:起动装置;怠速装置;中等负荷装置;全负荷装置;加速装置。化油器的作用将一定数量的汽油与空气混合,以使发动机正常运转。

简单的化油器由上中下三部分组成,上部分有进气口和浮子室,中间部分有喉管、量孔、喷管,下部分有节气门等。浮子室是一个矩形容器,存储着来自汽油泵的汽油,容器里面有一只浮子利用浮面(油面)高度控制着进油量。中部的喷管一头进油口与浮子室的量孔相通,另一头出油口在喉管的咽喉处。喉管呈蜂腰状,两头大中间小,其中间咽喉处的截面积最小,当发动机启动时活塞下行产生吸力,吸入的气流经过咽喉处时速度最大,静压力却最低,故喉管压力小于大气压力,也就是说喉管咽喉处与浮子室之间产生了压力差,即有了人们常说的"真空度",压力差愈大真空度愈大。汽油在真空度的作用下从喷管出油口喷出,因为喉管咽喉处的空气流速是汽油流速的25倍,因此喷管喷出的油流即被高速的空气流冲散,形成大小不等的雾状耘粒,即"雾化"。初步雾化的油粒与空气混合成"混合气",经节气门、进气管道和进气门进入气缸的燃烧室。

1.6.3、火花塞

推荐火花塞:TD135J或同等级别的火花塞。 注意:错误型号的火花塞可损坏发动机。 1) 取下火花塞帽,清除火花塞四周的灰尘。 2) 用火花塞套筒扳手拧下火花塞。

火花塞套筒扳手

3) 检查火花塞。若电极损坏、或绝缘体破裂则更换火花塞。火花塞电极的间隙

为0.70-0.80mm。若有必要就调整侧电极。

4) 用手小心拧上火花塞,以避免损坏汽缸头的螺纹。

5) 当火花塞落座后,用火花塞套筒扳手拧紧并压紧垫圈。

若重装用过的火花塞,当火花塞落座后,再拧紧1/8-1/4圈。 若安装新的火花塞,当火花塞落座后,再拧紧1/2圈。 6) 装好火花塞帽。

怠速调整螺钉

1.6.4 调整怠速

发动机怠速时的转速被称为怠速转速,是维持发动机没有对外输出负荷时正常运转的最低转速 (1)、在室外起动发动机,让其暖机一会儿。 (2)、把调速手柄置于最低转速位置。 (3)、用工具调整怠速调整螺钉,使转速 在标准怠速转速范围内。

标准怠速转速:1400±150rpm。

范文二:浅谈汽油发动机的构造与原理 投稿:姜稖稗

武汉轻工大学

日常生活中的机械论文

论文题目:浅谈汽油发动机的构造与原理

学 院 机械工程学院 专业名称 机械 学生姓名 倪立锋 学生学号 130309034

2013 年12月

浅谈汽油发动机的构造与原理

摘要

发动机是将某种能量转化为机械能的一种机器。其作用是将液体或气体燃烧的化学能转化为热能,再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力,不断循环从而带动汽车的轮轴,形成了汽车的动力来源。本文概括了车用汽油发动机的构造,工作原理及当前的新技术,包括汽油发动机概述,汽油发动机工作原理及构造,曲柄连杆机构中的机体,汽油发动机新技术简介。

关键词 :发动机 行程 曲柄连杆机构 稀薄燃烧 一﹑汽油发动机概述

内燃机以热效率高,结构紧凑,机动性强,运行维护简便等优点著称于世。目前内燃机的拥有量大大超过了其它的热力发动机,占有相当重要的地位。

1876年德国人奥托第1台4冲程往复活塞式内燃机,在1878年巴黎万国博览会上,被誉为“瓦特以来动力机方面最大的成就”。在前人的研究基础上,1883年,戴姆勒和迈巴赫制成了第1台4冲程往复式汽油发动机。到19世纪末,活塞式汽油发动机大体上进入了实用阶段,在广泛应用中不断得到改善和革新,并且很快显示出了巨大的生命力。在过去1世纪里制造出的数以亿忘记的汽车中大多使用4冲程汽油发动机,而2冲程汽油发动机在汽车上则使用很少。

1﹑汽油发动机所需要具有的功能如下。

(1)小型,轻量,高性能。从汽车的使用角度来考虑,汽油发动机要具有使用方便,低燃料消耗率,和节省资源等特点,因此发动机需要小型和轻量化;而为满足人们舒适性等要求,需要体现出优越的性能。

(2)低燃料消耗率。汽油是不可再生资源,为缓解能源危机,需要提高汽油发动机的经济性降低燃料消耗率

(3)高耐久和高可靠性。

(4)低振动,低噪音。为了提高汽车的舒适性,发动机要求振动小,噪音低。

(5)安全性高,低公害。随着汽车的普及,交通事故,环境污染及地球大气的温暖化等危及人类生存的问题日益严重。为减轻上述问题,汽油发动机要求高安全性,低公害。 2﹑汽油发动机的类型:

(1)根据活塞运动方式的不同,汽油发动机可分为往复活塞发动机和旋转式的转子发动机。

(2)根据燃料的供给方式不同,汽油发动机可分为化油器发动机和汽油喷射发动机。

(3)根据冷却方式不同,活塞式汽油发动机可分为水冷式和风冷式。

(4)往复式活塞汽油发动机根据汽缸数的不同,分为单缸和多缸式。多缸发动机中有2,3,4,5,6,8,10,12气缸等,按排列方式分为直列形,V形,水平对置形等。

二﹑汽油发动机工作原理及其构造

发动机是汽车的动力发生装置,汽车发动机按使用的燃料可分为汽油发动机,柴油发动机和气体燃料发动机等。目前汽车上使用较多的是汽油发动机。汽油发动机是将汽油和空气在发动机内部混合,燃烧,将产生的热能转变为机械能的一种内燃机,具有结构紧凑,体积小,质量轻和启动容易等优点。

1﹑往复活塞式发动机的工作原理

对于往复活塞式汽油发动机,每次能量转化都必须经过吸入空气,压缩和输入燃料,使燃料燃烧而膨胀做功,最后将生成的废气排出。这一连续工作过程称为汽油发动机的一种工作循环。若完成一个循环需要活塞往复4个行程(进气,压缩,做功,排气)称为4冲程汽油发动机,完成一次循环需要活塞往复2个行程的便称为2冲程汽油发动机

单杠往复活塞式汽油发动机的基本构造如图所示。气缸内装有活塞,活塞通过活塞销,连杆与曲轴相连。活塞在气缸内作往复运动,通过连杆推动曲轴转动。

气缸的顶端用气缸盖封闭。在气缸盖上装有进气门和排气门,头朝下,尾朝上倒挂在气缸顶端,分别向气缸内充气,向气缸为排气。进,排气门的开闭由凸轮轴控制,凸轮轴由曲轴通过齿形带,齿轮或链条驱动。进,排气门和凸轮轴以及其他一些零件共同组成配气机构,通常称这种结构形式的配气机构为置顶气门配气机构。现代汽车发动机无一例外的都采用置顶气门配气机构。构成气缸的零件称作气缸体,支撑曲轴的零件称为曲轴箱,气缸体与曲轴箱的连铸体称作机体。

2﹑工作行程

4冲程汽油发动机在一个循环内需要完成进气,压缩,做功,排气4个行程,对应活塞上下往复运动4次,相应的曲轴旋转720度。4冲程汽油发动机在一个工作循环里,气缸内活塞运动如下:

1,进气行程

如图所示,活塞在曲轴的带动下由上止点移动至下止点。此时排气门关闭,进气门开启。在活塞移动过程中,气缸容积逐渐增大,气缸内形成一定的真空度。空气和汽油的混合物通过进气门进入被吸入气缸,并在气缸内进一步混合形成可燃混合气体。

2,压缩行程

如图所示,进气行程结束后,曲轴机械带动活塞由下止点移至上止点。这时,进,排气门均关闭。随活塞移动,气缸容积不断减小,气缸内的混合气体被压缩,其压力和温度同时升高。

3,做功行程

如图所示,压缩行程结束时,安装在气缸盖上的火花塞产生电火花,将气缸内的可燃混合气体点燃,释放出大量热能。在气体压力的作用下,活塞由上止点移至下止点,并通过连杆推动曲轴旋转做功。随活塞向下运动,气体压力和温度降低。但活塞到达下止点时,做功行程结束。这时进,排气门依然关闭。

4,排气行程

如图所示,排气行程开始。排气门开启,进气门依然关闭,曲轴通过连杆带动活塞由下止点移至上止点,此时膨胀过后的燃烧气体在自身剩余压力和活塞的推动下,经排气门排出气缸之外。当活塞到达上止点时,排气行程结束,排气门关闭

曲轴继续旋转,活塞由上止点向下止点运动,又开始了新循环。4冲程汽油发动机经过进气,压缩,做功,排气4个行程完成1个工作循环,这个期间活塞在上,下止点间做往复运动,曲轴旋转了2周。

三﹑曲柄连杆机构

1﹑曲柄连杆机构概述

曲柄连杆机构的功能是将燃烧产生的热能转变为机械能,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。曲柄连杆机构由机体组(主要包括气缸体,曲轴箱,油底壳,汽缸套,汽缸盖和气缸垫等不动件),活塞连杆体(主要包括活塞,活塞环,活塞销和栏杆等运动件)和曲轴飞轮组(主要包括曲轴,飞轮,扭转减震器和平衡轴等机构)3部分组成。

曲柄连杆机构在高温,高压,高速以及有化学腐蚀的条件下工作。发动机做功时,气缸内的最高温度可达2500K以上,最高压力可达5-9MPa以上。

曲柄连杆机构在高压下做变速运动,主要承受气体压力,往复惯性力,旋转运动件的离心力以及相对运动件接触表面的摩擦力。

2﹑机体组

汽车发动机机体组主要由机体,气缸盖,汽缸盖罩。汽缸垫,主轴承盖以及油底壳等组成。

机体组是发动机的支架,是曲柄连杆机构,配气机构和发动机各系统主要零部件的装配基体。汽缸盖用力封闭气缸顶部,并与活塞顶和气缸壁一起形成燃烧室。另外,汽缸盖和机体内的水套,油道以及油底壳又分别是冷却系统和润滑系统的组成部分。组成如下图所示:

1﹑机体的材料:

机体一般用高强度灰铸铁或铝合金铸造。随新材料的使用,轿车发动机上采用铝合金机体越来越普遍。与灰铸铁机体相比,铝合金机体具有以下优点:

(1)铝合金的导热性很好,采用全铝机体可以提高压缩比,有利于提高发动机的功率。

(2)铝合金的散热性能好,可以减少冷却液容量,减少散热器尺寸,使整个发动机轻量化。

(3)铝合金机体质量轻,有利于前置发动机前轮驱动的轿车前后轮载荷的合理分配。

(4)全铝机体与铝活塞的热膨胀系数相同,活塞与气缸的间隙可以控制到最小,从而可以降低噪声可机油消耗量。

2﹑机体的构造

机体的构造与气缸排列形式,气缸结构形式和曲轴箱结构形式有关。

(1)气缸排列形式有3种:直列式,V型和水平对置式,如图所示

(2)曲轴箱一般采用3种结构形式:平底式,龙门式和隧道式如图所示

四﹑汽车发动机新技术简介

1﹑稀薄燃烧技术

(1)稀薄燃烧技术的概念

汽油发动机以其升功率大,振动小,重量轻,体积小,噪音低等优点成为汽车,摩托车等交通工具的主要动力,但是也有排放高,耗油高2大缺点。为解决汽油发动机这2大缺点,研究出的稀薄燃烧技术由于具有燃油经济性好,CO,HC,CO2和NOx排放低等优点,受到诸多研究者的重视。

所谓稀薄燃烧,是指通过提高发动机内混合气的空燃比,让混合气在空燃比大于理论空燃比数值(14.7)的状态下燃烧,也称为稀燃技术。稀薄燃烧时,发动机混合气中的汽油含量低,汽油和空气之比可达1:25以上。这样,燃料能完全燃烧,也减少了换气损失,从而实现在部分负荷时的节能,降低尾气排放。

(2)稀薄燃烧技术在汽油发动机上的技术进步

1)提高压缩比

采用紧凑型燃烧室,通过进气口位置改进使缸内形成较强的空气运动涡流,提高气流速度;将火花塞置于燃烧室中央,缩短点火距离;提高压缩比至13:1左右,促进燃烧速度加快。

2)分层燃烧

当混合比到达25:1以上,按照常规是无法点燃的,必须采用由浓至稀的分层燃烧方式通过缸内空气的运动在火花塞周围形成易于点燃的浓混合气,混合比到达12:1左右,外层逐渐稀薄。浓混合气点燃后,燃烧迅速波及外层。

3)高能点火

高能点火和宽间隙火花塞有利于火焰中心形成,火焰传播距离缩短,燃烧速度增快,稀燃极限大。有些稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来到达上述目的。

(3)稀薄燃烧技术在汽油发动机上的优势

1)对经济性的改善

采用稀薄混合气燃烧时循环热效率提高;由于稀燃混合气燃烧温度降低,燃烧产物的离解损失减小,降低了与气缸壁面的传热,也使热效率得以提高。从而使发动机油耗明显下降。

2)对排放的改善

随着空燃比的增加,由于采用稀的混合气体使燃烧温度降低,NOx的排放明显减少;燃烧速度的降低可能会使燃烧不完全,HC的排放会迅速增加。如果能合理地设计紧凑的燃烧室,并组织好空气运动,使燃烧在短时间内完成,那么各种气体的排放都可以大大减少。

(4)稀薄燃烧发动机的缺点

根据稀燃发动机运转状态,空燃比连续变化,催化转化器不能净化排放气体中的NOx,因为稀薄燃烧中,排放气体中残留很多氧气,不能进行NOx的还原反应。为使NOx吸储型催化剂获得高效功能,必须将温度保持在一定范围内。

为此,必须增加废气冷却装置。利用这种冷却装置,排放气体通过NOx吸储型催化转化而被冷却,由于稀薄燃烧的范围宽,催化转化器的寿命也延长。然而催化转化器会受到硫侵蚀而中毒,所以必须把汽油中的硫降低到最少。但是,含硫低的汽油还未普及。

另外,稀燃发动机对喷油器的要求较高,因此对喷油器设计和制造的要求都相对较高。如果布置不合理,制造进度达不到要求导致刚度不足甚至漏气,只能得不偿失。同时,稀燃发动机对燃油品质的要求也比较高。

参考文献

[1]高鲜萍,汽油发动机构造与原理,科学出版社,2009

[2]吴社强,汽车构造,上海科技出版社,2003

[3]王望予,汽车设计,北京:机械工业出版社,2004

[4]姜玉波,汽车发动机构造,北京大学出版社,2006

[5]石美玉,汽油发动机,北京:化学工业出版社,2005

[6]陈佳瑞,汽车构造,人民交通出版社,2006

范文三:汽车发动机构造原理 投稿:戴迿退

汽车奥秘!详解发动机内部构造与原理

汽车作为一个行驶工具,能动、能开是最基本的要求,但安全性、操控性、舒适性和环 保性也同样不可或缺。 为了达到上述目的, 就要求从外观到内饰以及发动机等部件相互配合, 相互匹配。 从某方面来说又互相制约,互相影响。所以,这是一个相当复杂庞大的技术领域。而我 们所要了解的就是简单的一些入门知识,同时这些又是使用中息息相关的。

『宝马 M5 的 V10 发动机』 发动机对于汽车的重要性不言而喻,它由机体组、曲柄连杆机构、配气机构、供油及燃 油分配系统、电子传感器、点火系统和润滑系统以及散热系统等方面组成。它们各司其职综 合在一起最终保证了发动机运转所必须的三要素—可燃混合气、电火花和汽缸压力。

『宝马 M5 的 V10 发动机零件一览』 一.机体组:对于一款四冲程发动机来说,一般情况下机体组由上到下可分为五块,分 别是气门室盖、汽缸盖、缸体、曲轴箱和油底壳。根据工作压力和使用车辆成本的不同,材 料主要选择铸铁、铝合金以及镁铝合金。其中铸铁的硬度较强,适用于涡轮增压车型,但散 热效果差,所以往往都将压缩比设计的较低。铝合金重量轻,散热好,但硬度不强,主要用 于高转的自然吸气车型。

『曲轴箱主体』 二.曲柄连杆机构:所谓曲柄连杆机构实际上就是我们通常所说的曲轴、连杆、活塞、 活塞环、 大小瓦。 这些部件的作用主要就是用来将可燃混合气被点燃后爆发出的力量传递到 离合器和变速箱中,根据发动机用途(强调马力输出或相对更低的油耗)来设计不同质量和 惯性的曲轴及曲柄。 另外,机体组中和曲柄连杆机构的相互设计配合也往往决定了一款发动机的转速高低。 一般来说,大缸径短冲程时的设计主要是为了更加追求转速高,功率大。而小缸径长冲程式 的设计则多用来载重或者纯正越野车之类更强调低转大扭矩的车。

『用来汇集各缸输出动力的曲轴』 三.配气机构:配气机构的主要作用就是根据发动机的实时需要而提供相应的可燃混合 气。 它由两方面组成, 其中发动机内部主要包括正时皮带 (优点是噪音小, 缺点是需要更换) 或正时链条(优点是免于更换,但十万公里左右要调整松紧度,缺点是噪音大)或正时齿轮 (优点是不用更换,不用维护,缺点是重量大、惯性大),凸轮轴、液压气门顶、气门、气 门弹簧以及气门油封。 它们之间的相互关系其实不难理解, 讲的通俗一点就是曲轴旋转的力 通过正时皮带传送到凸轮轴,然后再由凸轮轴带动气门进行上下运动。

『凸轮轴』

『液压气门顶』

除上述

部件外, 在发动机的外部还有一些为了配气的最终目的而工作的, 按照从外到里 的安装按后顺序分别是,空滤、空气流量计、进气温度传感器、节气门、进气歧管等。

『上缸盖』

『上缸盖侧面』

当然,在一些多点或单点电喷的发动机当中,还在进气歧管上安装了燃油分配器。这属 供油系,不在这里进行讨论。 四.供油及燃油分配系统:汽油从油箱进入到汽缸中进行燃烧来产生动力,这不难理解。不 过,在这个过程中,汽车各部件间的相互配合却是非常重要的。简单的来说,就是行车电脑 根据许许多多的传感器(进气温度、空气流量、节气门开度、水温传感、爆震传感、氧传感、 曲轴转速、档位和发动机负荷等)来不断的调整喷油时机和喷油量。

『上缸盖底面』 目前国际上主流的技术已经能够将喷油嘴安装到缸体上, 喷油头在燃烧室内, 这就是直 喷。它多带来的直接好处就是喷射更准确,输出扭矩更强,也更加的环保。

『上缸盖侧面』 五.电子传感器:这方面刚才已经讲了,电喷车的工作就像是一个系统庞大的国家,中 央政府(行车电脑)需要个个部委(传感器)来不断反馈相关信息然后调整政策。而结果就 是不断的完善,不断的进步,运转的越来越好。同样,如果其中的某一个零件发生故障,传 递来错误的信息, 那结果可想而之, 不但会发生故障, 而且还有可能连累到其他传感器的 “安 危”

『宝马 M5 上的 Valvetronic 可变气门升程技术的电路板及驱动马达』

『排气系统』

六.点火系统:点火系统的部件主要包括、电瓶、点火开关、行车电脑、分电器、点火 线圈、 缸线以及火花塞。 这套系统的主要作用就是将电瓶里的低压电被放大到数万伏后通过 分电器来不断在每一个汽缸中点燃混合气。 这套系统一般来说不容易损坏, 但火花塞是一个 耗材,一般来说 3 万公里更换一次。

『火花塞、高压帽及点火线圈』 有些车友喜欢将自己的点火系统改装,比如低阻值的导线、高热值的火花塞等等,实际 上动力提升不太明显, 在日常使用上也没有什么过人之处。 并且也只适合与其它改装并用才 能显示出效果。 当然,在柴油发动机上没有点火系统,关于它的一些方面,我会在接下来的几篇文章中 讲到。 七.润滑系统: 四冲程发动机的内部润滑主要有两种方式, 分别是压力润滑和飞溅润滑。 前者主要通过机油泵将机油源源不断的输送到凸轮轴、活塞底部、瓦片等等地方,而飞溅润 滑的意思就是通过曲轴的旋转将机油甩出,目的是让缸桶内形成油膜,来进行润滑。

『水泵及水泵皮带轮』 很多高性能的赛车都采用干式

油底壳式的设计, 它知识通过机油泵将两组甚至更多的储 油罐内的机油进行压力润滑到各个组件中,避免了传统方式所存在的惯性和润滑不良等问 题。当然,除了润滑之外,机油还有散热以及密封等作用。

范文四:汽车发动机构造原理 投稿:邱筏筐

汽车发动机构造与原理

Motor car engine structure and

Principle

专业 汽车制造与装调

学生 苏立民

指导教师

长春汽车工业高等专科学校

二零一一年七月 田丰福

独创性声明

本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得 长春汽车工业高等专科学校 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

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摘要

汽车整体技术日新月异,而作为汽车的心脏——发动机技术的进步显得更受关注。如今介绍一辆汽车的发动机时,在用料上往轻量化的方向发展,全铝发动机目前的应用已经非常广泛;汽车的污染也是不可避免,于是新能源技术—绿色汽车成为成为发动机的发展趋势的最好体现,回顾一下发动机的历史或许更能理解这一百多年来汽车技术所发生的巨大变革。

通过阅读关于汽车类书籍关于发动机的相关知识,查找网上相关知识让我在这个月内完成了汽车制造与装调的毕业论文。汽车发动机是每个汽车的心脏,只有心脏健康,汽车才可以自由地行驶在各种工况下,这篇文章就是让我们更好的了解发动机的构造、原理以及未来的发张趋势,例如:汽油机的做功行程,(1) 吸气行程活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启,排气门关闭,曲轴转动180°。进入汽缸内的可燃混合气的温度,由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340~400K。(2) 压缩冲程时,进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180°。活塞上移时,工作容积逐渐缩小,缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高,到达压缩终点时,其压力pc可达800~2 000kPa,温度达600~750K。(3) 做功行程当活塞接近上止点时,由火花塞点燃可燃混合气,混合气燃烧释放出大量的热能,使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动,并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。在做功冲程,进气门、排气门均关闭,曲轴转动180°。4)排气冲程时,排气门开启,进气门仍然关闭,活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180°。最后还添加了最几年的热点问题汽车新能源问题。

我相信中国在未来的几年内汽车发展会走上顶峰。

关键词:发动机

系统 原理 分类 汽车

Summary

The automobile overall technology changes with each new day, but appears as the automobile heart - - engine technology progress receives pays attention。Now introduced when an automobile engine, develops on the needed materials toward the lightweight direction, the entire aluminum engine at present application already extremely was widespread; The automobile pollution also is inevitable, therefore perhaps the new energy technology - green automobile into the engine the trend of development well manifest, reviews the engine the history to be able to understand this 100 for many years automobile technology has occurred huge transformation。

Througheadingabouttheautomobileclassbooksabout theengineelatedknowledge, searched on the net to be connected the knowledge to let me complete the graduation thesis in this month which the automobile manufacture and the attire moved. The motor car engine is each automobile heart, only then the heart health, the automobile only then may go freely under each kind of operating mode, this article will be lets we better understanding engine the structure, the principle as well as the future sends opens the tendency,For example: Gasoline engine acting traveling schedule,1) The suction stroke piston moves under the crank impetus by the top dead center to the bottom dead center.This time air intake valve opening, exhaust gate closure, crank rotation 180°.Enters in the cylinder the inflammablemixture temperature, as a result of high temperature components and so on the air feeder, cylinder wall, piston crown, tire valve and combustion chamber wall heatings as well as elevates 340~400K with the residual gas mix. 2) When compression stroke, enters, the exhaust gate also closes.The piston stops upwardly from the bottom dead center the movement, the crank rotation 180°.On the piston after a short while, the piston displacement gradually reduces, after in the cylinder mixes mistreats the compression the pressure and the temperature elevates unceasingly, when arrives the compression end point, its pressure pc may reach 800~2 000kPa, the temperature reaches 600~750K. 3) When acting traveling schedule piston close top dead center, lights the inflammablemixture by the igniter plug, mixture air burning releases the massive heat energies, causes in the cylinder the gas pressure and the temperature rapid enhancement.The high temperature high pressure fuel gas impetus piston stops downward from the top dead center the

movement, and through crank link motion gear foreign output mechanical energy.In the acting stroke, the air intake valve, the exhaust gate close, crank rotation 180°. 4)When exhausts the stroke, exhaust gate opening, the air intake valve still shut down, the piston stopped upwardly from the bottom dead center the movement, the crank rotation 180°.Finally also increased several year hot topic automobile new energy question.

I believed China the automobile development will be able to step onto the crest in future several years.

Key word:engine system elements categorise automobile

目录

第一章. 发动机的简介……………………………………………………………7

1.1汽车的总体构造及发动机的总体构造…………………………………7

1.2汽车发动机的概述及其工作原理„„„„„„„„„„„„„11

1.2.2. 四冲程汽油机工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„12

1.2.2. 四冲程柴油机工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„14

1.2.2. 二冲程柴油机工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„15

1.2.2. 二冲程柴油机工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„16

1.3汽车发动机的分类„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17

1.4发动机的常用术语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18

第二章. 发动机的历史„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19

2.1 汽车发动机的发展历史„„„„„„„„„„„„„„„„„19

第三章. 汽车发动机到当今„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23

3.1电子技术在发动机上的运用„„„„„„„„„„„„„„„„„„23

第四章. 汽车发动机的未来„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24

4.1绿色汽车—发动机技术的新趋势„„„„„„„„„„„„„24 结束语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28

第一章 汽车发动机的简介

1.1汽车的总体构造及发动机的总体构造

汽车通常由发动机、底盘、车身和电气设备4部分组成。典型的汽车总体构造如图0-1所示。

图0-1汽车的总体结构

发动机的作用是使输进气缸的燃料燃烧而发出动力。现代汽车广泛应用往复2活塞式内燃机,它一般由机体、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、冷却系统、点火系统(汽油发动机采用)、润滑系统等部分组成。

底盘接受发动机的动力,式汽车产生运动,并保证汽车按照驾驶员的操作正常行驶。底盘由:传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统组成。

车身是驾驶员的工作场所,也是转载乘客和货物的地方。它包括车前板制件(俗称车头)、车身本体、还包括货车的驾驶室和货箱以及某些汽车上的专用作业设备。

电气设备包括电源组、发动机起动系统和点火系统、汽车照明和信号装置、仪表、导航系统、电视、音响、电话等电子设备、微处理机、中央计算机及各种人工智能的操作装置等。

我们所要讲的汽车发动机是个极为复杂的机器。为了实现其由热能到机械能动的转换,同时也为了达到优异的性能指标,发动机包含许多机构和系统如图0-2。这些机构和系统的构造和组成,又随着发动机的用途、生产厂家

的不同而

千差万别。但就其整体结构而言,却都是由机体组、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统、起动系统和有害排放物控制装置等组成。如果是汽油机还包括点火系统。若为增压发动机,则还应有增压系统。

图0-2发动机的总体结构

1、 曲柄连杆机构

曲柄连杆机构是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。

组成:由汽缸体、汽缸盖、活塞、连杆曲轴和飞轮等机件组成。

功能: 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中,活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动,通过连杆转换成曲轴的旋转运动,

并从曲轴对外输

出动力。而在进气、压缩和排气行程中,飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。

2、配气机构

组成:由气门、气门弹簧、凸轮轴、挺杆、凸轮轴传动机构等组件等组成。

功能:配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程,定时开启和关闭进气门和排气门,使可燃混合气或空气进入气缸,并使废气从气缸内排出,实现换气过程 进、排气门的开闭由凸轮轴控制。凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮或链条驱动。进、排气门和凸轮轴以及其他一些零件共同组成配气机构

3、燃料供给系统

组成:化油器式由汽油箱、汽油泵、汽油滤清器等组成。电控燃油喷射式由空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统组成。

功能:汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求,配制出一定数量和浓度的混合气,供入气缸,并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去;柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸,在燃烧室内形成混合气并燃烧,最后将燃烧后的废气排出。

4、点火系统

组成:传统式由蓄电池、发电机、点火线圈、断电器、火花塞等组成。普通式和传统式点火系统类似,只是用电子元件取代了断电器。电子点火式全部是全电子点火系统,完全取消了机械装置,由电子系统控制点火时刻,包括蓄电池、发电机、点火线圈、火花塞和电子控制系统等。

功能:在汽油机中,气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的,为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞,火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系。

5、冷却系统

组成:水冷式由水套、水泵、散热器、风扇、节温器等组成。风冷式由风扇和散热片等组成。

功能:冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去,保证发动机在最适宜的温度状态下工作。

6、润滑系统

组成:由机油泵、集滤器、限压阀、油道、机油滤清器等组成。

功能:润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油,以

实现液体摩擦,减小摩擦阻力,减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。

7、起动系统

组成:由起动机及其附属装置组成。

功能:要使发动机由静止状态过渡到工作状态,必须先用外力转动发动机

的曲轴,使活塞作往复运动,气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功,推动活塞向下

运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转,工作循环才能自动进行。因此,曲轴在

外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程,称为发动机的起

动。完成起动过程所需的装置,称为发动机的起动系。

1.2汽车发动机的概述及其工作原理

我们以单缸汽油发动机为例,讲解一下汽油机的工作原理。

气缸内装有活塞,活塞通过活塞销、连杆与曲轴相连接。活塞在气缸内做往

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,设有进气门和

排气门。

活塞顶离曲轴中心最远处,即活塞最高位置,称为上止点。活塞顶部离曲轴

中心最近处,即活塞最低位置,称为下止点。上、下止点间的距离称为活塞行程,

曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离称为曲轴半径。活塞每走一个行程

相应于曲轴转角180°。对于气缸中心线通过曲轴中心线的发动机,活塞行程等

于曲柄半径的两倍。

活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为发动机的工作容积或发动机排量,

用符号VL表示。

发动机是汽车的动力源,是汽车的心脏。简单讲发动机就是一个能量转换机

构,即将汽油(柴油)的热能,通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀时,推动活塞作功,

转变为机械能,这是发动机最基本的原理。

往复活塞式内燃机所用的燃料主要是汽油(gasoline)或柴油(diesel)。由于

汽油和柴油具有不同的性质,因而在发动机的工作原理和结构上有差异。

1.2.1. 四冲程汽油机工作原理

汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气,在吸气冲程被吸入

汽缸,混合气经压缩点火燃烧而产生热能,高温高压的气体作用于活塞顶部,推

动活塞作往复直线运动,通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油

机在进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程内完成一个工作循环。

(1) 吸气行程

活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启,排气门关闭,曲轴转动180°。在活塞移动过程中,汽缸容积逐渐增大,汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa,汽缸内形成一定的真空度,空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸,并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力,进气终点汽缸内气体压力小于大气压力0 p ,即pa= (0.80~0.90) 0 p 。进入汽缸内的可燃混合气的温度,由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340~400K。

(2) 压缩行程

压缩冲程时,进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180°。活塞上移时,工作容积逐渐缩小,缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高,到达压缩终点时,其压力pc可达800~2 000kPa,温度达600~750K。

为使吸入气缸内可燃混合气能迅速燃烧,以产生较大的压力,从而使发动机发出较大功率,必须在燃烧前将可燃混合气压缩,使其容积缩小、密度加大、温度升高,即需要有压缩过程。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称为压缩行程。

压缩终了时,活塞到达上止点,活塞上方形成很小空间,称为燃烧室。压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比,以ε表示:

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愈大,经济性愈好。但压缩比过大时,不仅不能进一步改善燃烧情况,反而会出现爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。爆燃是由于气体压力和温度过高,在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃造成的一种不正常燃烧。爆燃时火焰以极高的速率向外传播,甚至在气体来不及膨胀的情况下,温度和压力急剧升高。同时,还会引起发动机过热,功率下降,燃油消耗量增加等一系列不良后果。表面点火是由于燃烧室内炽热表面与炽热处(如排气门头,火花塞电极,积炭处)点燃混合气产生的另一种不正常燃烧(也称为炽热点火或早燃)。表面点火发生时,也伴有强烈的敲击声(较沉闷),产生的高压会使发动机件负荷增加,寿命降低。

(3) 做功行程

当活塞接近上止点时,由火花塞点燃可燃混合气,混合气燃烧释放出大量的热能,使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力Pz达3 000~6 000kPa,温度TZ达2 200~2

800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动,并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移,汽缸容积增加,气体压力和温度逐渐下降,到达 b 点时,其压力降至300~500kPa,温度降至1 200~1 500K。在做功冲程,进气门、排气门均关闭,曲轴转动180°。在这个行程中,进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时,装在气缸盖上的火花塞即发出电火花,点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气被燃烧后,放出大量的热能,因此,燃气的压力和温度迅速增加,所能达到的最高压力约为3-5Mpa,相应的温度则为2200-2800K。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并输出机械能,除了用于维持发动机本身继续运转而外,其余即用于对外作功。

(4) 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。

排气冲程时,排气门开启,进气门仍然关闭,活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180°。排气门开启时,燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出,另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用,排气终点r 点的压力稍高于大气压力,即pr=(1.05~1.20)p0。排气终点温度Tr=900~1100K。活塞运动到上止点时,燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出,这部分废气叫残余废气。

1.2.2. 四冲程柴油机工作原理

四冲程柴油机和汽油机一样,每个工作循环也是由进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程组成。由于柴油机以柴油作燃料,与汽油相比,柴油自燃温度低、黏度大不易蒸发,因而柴油机采用压缩终点压燃着火,也叫压燃式点火,其工作过程及系统结构与汽油机有所不同.

(1) 进气行程

进入汽缸的工质是纯空气。由于柴油机进气系统阻力较小,进气终点压力pa= (0.85~0.95)p0,比汽油机高。进气终点温度Ta=300~340K,比汽油机低。

(2) 压缩行程

由于压缩的工质是纯空气,因此柴油机的压缩比比汽油机高(一般为ε=16~

22)。压缩终点的压力为3 000~5 000kPa,压缩终点的温度为750~1 000K,大

大超过柴油的自燃温度(约520K)。

(3) 做功行程

当压缩冲程接近终了时,在高压油泵作用下,将柴油以10MPa左右的高压通过喷油器喷入汽缸燃烧室中,在很短的时间内与空气混合后立即自行发火燃烧。汽缸内气体的压力急速上升,最高达5 000~9 000kPa,最高温度达1 800~2 000K。由于柴油机是靠压缩自行着火燃烧,故称柴油机为压燃式发动机。

(4) 排气行程

柴油机的排气与汽油机基本相同,只是排气温度比汽油机低。一般Try=700~900K。对于单缸发动机来说,其转速不均匀,发动机工作不平稳,振动大。这是因为四个冲程中只有一个冲程是做功的,其他三个冲程是消耗动力为做功做准备的冲程。为了解决这个问题,飞轮必须具有足够大的转动惯量,这样又会导致整个发动机质量和尺寸增加。采用多缸发动机可以弥补上述不足。现代汽车用多采用四缸、六缸和八缸发动机。

1.2.3.二冲程汽油机的工作原理:

二冲程发动机工作循环也包括进气、压缩、作功和排气四个过程,但它是在活塞往复两个行程内完成的。

(1)第一行程。活塞从下止点向上止点移动,当活塞上行至关闭换气孔和排气孔时,已进入气缸的可燃混合气被压缩,活塞继续上移至上止点时,压缩结束。与此同时,活塞上行时,其下方曲轴箱内形成一定真空度。当活塞上行至进气孔开启时,新鲜的可燃混合气被吸入曲轴箱,至此,第一行程结束。

(2)第二行程。活塞接近上止点时,火花塞产生电火花点燃被压缩的可燃混合气。燃烧形成的高温、高压气体推动活塞下行作功。当活塞下行到关闭进气孔后,曲轴箱内的混合气被预压缩;活塞继续下行至排气孔开启时,燃烧后废气靠自身压力经排气孔排出;紧接着,换气孔开启,曲轴箱内经预压的混合气进入气缸,并排除气缸内残余废气。这一过程称换气过程,它将一直延续到下一行程活塞再上行关闭换气孔和排气孔为止。活塞下行到下止点时,第二行程结束。 由上两个行程可知:第一行程时,活塞上方进行换气、压缩,活塞下方进行进气;第二行程时,活塞上方进行作功、换气,活塞下方预压混合气。换气过程跨越二个行程。

1.2.4. 二行程柴油机的工作原理

二行程柴油机和二行程汽油机工作类似,所不同的是,柴油机进入气缸的不是可燃混合气,而是纯空气。例如带有扫气泵的二行程柴油机工作过程如下: 第一行程:活塞从下止点向上止点运动,行程开始前不久,进气孔和排气门均以开启,利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭,排气门也关闭,空气受到压缩,当活塞接近上止点时,喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室,燃油和空气混合后燃烧,使气缸内压力增大。

第二行程:活塞从上止点向下止点运动,开始时气体膨胀,推动活塞向下运动,对外作功,当活塞下行到大约2/3行程时,排气门开启,排出废气,气缸内压力降低,进气孔开启,进行换气,换气一直延续到活塞向上运动1/3行程进气孔关闭结束。

发动机活塞

活塞的主要作用是承受气缸中气体压力并通过活塞销和连杆传给曲轴。此外,活塞还与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室,由于活塞顶部直接与高温燃气接触,承受很高的热负荷;活塞还承受周期性变化的的气体压力和惯性力的作用, 因此要求活塞应有足够的强度和刚度,质量尽可能小,导热性能要好,要有良好的耐热性、耐磨性,温度变化时,尺寸及形状的变化要小。

汽车发动机目前广泛采用的活塞材料是铝合金,有的柴油机上也采用合金铸铁或耐热钢制造活塞。

活塞的基本结构可分为顶部、头部和裙部三个部分。

(1).活塞顶部。活塞顶部是燃烧室的组成部分,用来承受气体压力。根据不同的目的和要求,活塞顶部制成各种不同的形状:常见的有平顶活塞、、凸顶活塞、凹顶活塞及成型顶活塞。

(2)活塞头部。活塞头部是活塞环槽以上的部分。其主要作用是承受气体压力,并传给连杆;与活塞环一起实现对气缸的密封;将活塞顶所吸收的热量通过活塞环传给气缸壁。 活塞头部切有若干道用以安装活塞环的环槽。汽油机活塞一般有3~4道环槽,上面2~3道用以安装气环,下面一道用以安装油环。在油环槽底面上钻有若干径向小孔,以使被油环从气缸壁上刮下来的多余机油经过这些小孔流回油底壳。

(3)活塞裙部。活塞环槽以下的部分称为活塞裙部。其作用是引导活塞在气缸内作往复运动,并承受侧压力。

直列式气缸体

气缸体与上曲轴箱常铸成一体,称为气缸体-曲轴箱,简称气缸体。气缸体上部有一个或数个为活塞在其中运动作导向的圆柱形空腔,称为气缸;下部为支撑曲轴的曲轴箱,其内腔为曲轴运动的空间。

气缸体是发动机各个机构和系统的装配基体,并由它来保持发动机各运动件相互之间的准确位置关系。 为了使气缸散热,在气缸外部制有水套(水冷式发动机)或散热片(风冷式发动机)。 在上曲轴箱有前后壁和中间隔板,其上制有主轴承座孔,有的发动机还制有凸轮轴轴承座孔。为了这些轴承的润滑,在侧壁上钻有主油道,前后壁和中间隔板上钻有分油道。

发动机气缸排列常见的有单列式和双列式两种形式:单列式(直列式)发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置。但为了降低发动机的高度,有时也把气缸布置成倾斜甚至水平的。双列式发动机左、右两列气缸中心线的夹角γ<180°者称为V型发动机。

1.3汽车发动机的分类

按活塞运动方式分类:活塞式内燃机可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。前者活塞在汽缸内作往复直线运动,后者活塞在汽缸内作旋转运动。

按照进气系统分类:内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。若进气是在接近大气状态下进行的,则为非增压内燃机或自然吸气式内燃机;若利用增压器将进气压力增高,进气密度增大,则为增压内燃机。增压可以提高内燃机功率。

按照气缸排列方式分类:内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式、双列式和三列式。单列式发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置的,但为了降低高度,有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的。双列式发动机把气缸排成两列,两列之间的夹角

按照气缸数目分类:内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机;有两个以上气缸的发动机称为多

缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸、十六缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用三缸,四缸、六缸、八缸发动机。

按照冷却方式分类:内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的;而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀,工作可靠,冷却效果好,被广泛地应用于现代车用发动机。

按照行程分类:内燃机按照完成一个工作循环所需的冲程数可分为四冲程内燃机和二冲程内燃机。把曲轴转两圈(720°),活塞在气缸内上下往复运动四个冲程,完成一个工作循环的内燃机称为四冲程内燃机;而把曲轴转一圈(360°),活塞在气缸内上下往复运动两个冲程,完成一个工作循环的内燃机称为二冲程内燃机。汽车发动机广泛使用四冲程内燃机。

按气门机构种分类:侧置气门(SV)发动机、侧置凸轮轴(OHV)发动机、顶置凸轮轴(OHC)发动机、可变气门(VTEC)发动机 和Desmo气门机构发动机。 按燃油供应方式分类:化油器发动机和电喷发动机 。

按照所用燃料分类:内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机;使用柴油为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比较各有特点;汽油机转速高,质量小,噪音小,起动容易,制造成本低;柴油机压缩比大,热效率高,经济性能和排放性能都比汽油机好。

1.4 发动机的常用术语

1、上止点

活塞在气缸里作往复直线运动时,当活塞向上运动到最高位置,即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置,称为上止点。

2、下止点

活塞在气缸里作往复直线运动时,当活塞向下运动到最低位置,即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置,称为下止点。

3、活塞行程

活塞从一个止点到另一个止点移动的距离,即上、下止点之间的距离称为活塞行程。一般用s表示,对应一个活塞行程,曲轴旋转180°

4、曲柄半径

曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径,一般用R表示。通常活塞行程为曲柄半径的两倍,即 S =2R 。

5、气缸工作容积

活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积,称为气缸工作容积。一般

用Vh表示:

式中:D-气缸直径,单位mm;

S-活塞行程,单位mm;

6、气缸总容积

活塞位于下止点时,其顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积。一般用Va表示,显而易见,气缸总容积就是气缸工作容积和燃烧室容积之和,即Va=Vc+Vh。

7、发动机排量

多缸发动机各气缸工作容积的总和,称为发动机排量。一般用VL表示: VL=Vhi

式中:Vh- 气缸工作容积;

i - 气缸数目。

8、压缩比

是发动机中一个非常重要的概念,压缩比表示了气体的压缩程度,它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值,即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。一般用ε表示。

式中:Va - 气缸总容积;

Vh - 气缸工作容积;

Vc - 燃烧室容积;

通常汽油机的压缩比为6~10,柴油机的压缩比较高,一般为16~22。

9、工作循环

每一个工作循环包括进气、压缩、作功和排气过程,即完成进气、压缩、作功和排气四个过程叫一个。

第二章 汽车发动机的历史

2.1 汽车发动机的发展历史

18世纪中叶,瓦特发明了蒸气机,此后人们开始设想把蒸汽机装到车子上载人。法国的居纽是第一个将蒸汽机装到车子上的人。1770年,居纽制作了一辆三轮蒸汽机车。这辆车全长7.23米,时速为3.5公里,是世界上第一辆蒸汽机车。1771年古诺改进了蒸汽汽车,时速可达9.5千米,牵引4-5吨的货物。 1858年,定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机,并于1860年申请了专利。发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽,使用电池和感应线圈产生电火花,用电火花将混合气点燃爆发。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等。煤气机是内燃机的初级产品,因为煤气发动机的压缩比为零。

1867年,德国人奥托受里诺研制煤气发动机的启发,对煤气发动机进行了大量的研究,制作了一台卧式气压煤气发动机,后经过改进,于1878年在法国举办的国际展览会上展出了他制作的样品。由于该发动机工作效率高,引起了参

观者极大的兴趣。在长期的研究过程中,奥托提出了内燃机的四冲程理论,为内燃机的发明奠定了理论基础。德国人奥姆勒和卡尔·本茨根据奥托发动机的原理,各自研制出具有现代意义的汽油发动机,为汽车的发展铺平了道路。

1886年被视为汽车的诞生日,那辆奔驰一直为人所津津乐道。但是其动力单元却实在“寒酸”:第一辆“三轮奔驰”搭载的卧式单缸二冲程汽油发动机,最高时速16KM每小时。这就是第一辆汽车的发动机,那时勇敢卡尔奔驰的夫人驾驶这辆奔驰1号上坡还需要儿子推车,当然沿途不停的熄火,转向也不灵,回娘家100公里的路程硬是走了一整天

1892 年德国工程师狄塞尔发明了压燃式发动机(即柴油机),实现了内燃机历史上的第二次重大突破。由于采用高压缩比和膨胀比,热效率比当时其他发动机又提高了1 倍。1956年,德国人汪克尔发明了转子式发动机,使发动机转速有较大幅度的提高。1964年,德国NSU公司首次将转子式发动机安装在轿车上。

1926 年,瑞士人布希提出了废气涡轮增压理论,利用发动机排出的废气能量来驱动压气机,给发动机增压。50 年代后,废气涡轮增压技术开始在车用内燃机上逐渐得到应用,使发动机性能有很大提高,成为内燃机发展史上的第三次重大突破。

1957年,德国人汪克尔发明了转子活塞发动机,这是汽油发动机发展的一个重要分支。转子发动机的特点是利用内转子圆外旋轮线和外转子圆内旋轮线相结合的机构,无曲轴连杆和配气机构,可将三角活塞运动直接转换为旋转运动。它的零件数比往复活塞式汽油少40%,质量轻、体积小、转速高、功率大。

1958年汪克尔将外转子改为固定转子为行星运动,制成功率为22.79千瓦、转速为5500转/分的新型旋转活塞发动机。该机具有重要的开发价值,因而引起各国的重视。日本东洋公司(马自达公司)买下了转子发动机的样机,并把转子发动机装在汽车上,可以说,转子发动机生在德国长在日本。如今转子发动机依然只是马自达一家公司在用,如图0-3所示。

1967 年德国博世公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统开创了电控技术在汽车发动机上应用的历史。经过30年的发展,以电子计算

机为核心的发动机管理系统已逐渐成为汽车、特别是轿车发动机上的标准配置。由于电控技术的应用,发动机的污染物排放、噪声和燃油消耗大幅度地降低,改善了动力性能,成为内燃机发展史上第四次重大突破。

图 0-3马自达专用的转子发动机

1971年,第一台热气发动机——斯特林机的公共汽车已开始运行。1972年,日本本田技研工业在市场售出装有复合涡流控制燃烧的发动机的西维克牌轿车,打响了稀薄气体燃烧发动机的第一炮。这种发动机是在普通发动机燃烧室的顶部加上一个槌状体的副燃烧室,先将这处副燃烧室中较浓的混合气体点燃,然后其火焰延燃到主燃烧室的稀薄混合气中,使之全部燃烧做功,废气中的CO和HC很少,减少了有害气体的排放

1978年,日本研究成功复合动力汽车,即内燃机——电力汽车。

1979年8月,巴西制造出以酒精为燃料的汽车——菲亚特147型和帕萨特型轿车,及“小甲虫”汽车。巴西是现在世界上使用酒精汽车最多的国家。

1980年,人本研制成功液态氢气车。在后部装有保持液态氢低温和一定压力的特制贮存罐。该车用85公升的液氢,行驶了400公里,时速达135公里。但目前在使用上还有困难,费用也比油高。

1980年,美国试制成功了一种锌氯电池电动汽车。

1980年,西班牙试研制成功一种太阳能汽车。

1980年,西德汉堡市西北伊策霍的一位工程师,发明了一种利用电石气(乙炔气)作动力的汽车。先将电石变成气体,然后用这种气体燃烧推动喷气式发动机来驱动汽车,其速度和安全性均不亚于汽油车,20公斤电石块可以使汽车至少行驶300公里。

1980年,美国开始研究“烧铝”的汽车,这是由加州大学国立罗伦兹研究室的约翰.库伯和埃尔文.贝伦提出的。他们设计出一种新型的电池作为汽车动力;在氢氧化钠的参与下,使铝与水和空气发生化学反应而产生电流。经实验证明,电动汽车重量为1300公斤,载上司机和4名乘客,每更换一次铝板,可行驶约5000公里,以每小时90公里的速度行驶时,每行驶20公里消耗1公斤铝。而在相同的条件下,1公斤汽油却只能走14.18公里。

1981年,美国研制出的一种新的节约能源的风能汽车,这辆汽车现在还不能全部使用风能,而是与燃料交替使用。它是在一辆普通的轿车车顶上,装有一台带有风动螺旋桨的空气透平机,用以随时为车内装有12V60A电池组充电。汽车行驶时,现以燃料发动,当车速达到每小时55公里时,透平机才开始工作。

1982年,日本东京大学一色尚次教授,经过多年的研究,终于成功地研制出世界上第一辆盐水发动机汽车。该车可乘两人,其发动机以蒸汽为动力,而蒸汽是通过向硫酸或苏打等盐类溶液里加水,发生化学加热反应,利用释放出来的化学热能烧沸锅炉里的水而产生的。

1983年,世界上第一辆装备柴油陶瓷发动机的汽车运行试验成功。所装发动机是日本京都陶瓷公司研制的,其主要零部件由陶瓷制成,省去了冷却系统,重量轻,节能效果显著,在同样条件下可比常规发动机多走30%的路程。

1984年,前苏联研制出一种双重燃料汽车。当汽车发动时,首先使用汽油,然后专用天然气。试验证明,这种车排污少,燃料价格便宜,每辆车每年可节省燃料费500卢布。

1984年,美国美孚石油公司的阿莫柯比化学公司,研制出了一种叫杜隆塑料的合成材料,该公司采用这一塑料成功地制造出了世界上第一台全塑料汽车发动机,其重量只有84公斤。目前,美国的洛拉T-616GT型汽车用的就是这种全塑发动机。

1984年,澳大利亚工程师沙里许经10年研究,花费了1300万美元后,研制成功了一种在功率、燃烧效率和降低污染多方面优于四冲程内燃机的OCP发动机。它采用压缩空气形成超细油滴和空气的混合物进入燃烧室,燃烧更为充分,从而改善了总的效果。实验表明,OCP发动机的功率较等重量的四冲程发动机大二倍,并且除节油25%外,废弃污染也大大降低。

1986年,日本的三洋电气公司研制成功首辆由太阳能电池带动的汽车,这是全世界第一辆太阳能运输车。该车有3个小轮子,全长2.1米,宽0.9米,净载重量为110公斤,时速可达24公里。

1994年,英国的戴维.伯恩发明了另一种风力汽车,并已投入批量生产。这种被称为风力汽车的新设计构思很巧妙。其驱动装置是两个电动马达,分别安装在两个前轮上。底盘上装有一个“风圆锥”,看上去活像个巨大的蛋卷冰淇淋。在普通汽车安装散热护栅处则装着一根进风管,直径为1.37米,长度与车身相等,并与“风圆锥”连接。当汽车行驶时,空气通过进风管进入“风圆锥”连接。当汽车行驶时,空气通过进风管进入“风圆锥”,驱动安装在哪里的扇形涡轮机,接着再通过内置式发动机讲风能转化为电能,贮存在蓄电池中,用来驱动位于前轮的两个马达,使汽车得以行驶。

第三章汽车发动机的当今

3.1电子技术在发动机上的运用

1.电子控制喷油装置(EFI) 在现代汽车上,机械式或机电混合式燃油喷射系统已趋于淘汰,电控燃油喷射装置因其性能优越而得到了日益普及。电子喷油装置可以自动地保证发动机始终工作在最佳状态,使其在输出一定功率的条件下最大限度地节油和净化空气。经过实验并修正得到发动机最佳工况时的供油控制规律、事先把这些客观规律编成程序存在微机的存储器中,当发动机工作时,根据各传感器测得的空气流量、排气管中含氧量、进气温度、发动机转速及工作温度等参数,按预先编好的运算程序进行运算、然后和内存中的最佳工况的参数进行比较和判断再调整供油量。这样就能够使发动机一直处于最优工作条件下运行,从而使发动机的综合性能得到提高。

2.电子点火装置(ESA) 它由微机、传感器及其接口、执行机构等几部分构成。该装置可根据传感器送来的发动机各种参数进行运算、判断,然后进行点

火时刻的调节,这样可以节约燃料,减少空气污染。此外,新型发动机电子控制装置还有自适应控制、智能控制及自诊断操作等。一般认为,发动机电子控制装置的节能效果在15%以上,而效果更明显的则是在环境保护方面。 除此之外,在发动机部分利用电子技术的内容还有:废气再循环(EGR)、怠速控制(ISC)、电动油泵、发电机输出、冷却风扇、发动机排量、节气门正时、二次空气喷射、发动机增压、油汽蒸发及系统自我诊断功能等,它们在不同的车型上都或多或少地被应用。

3.智能可变气门正时技术(VVT-I) 为了使发动机获得最佳的空然比,使发动机在不同转速能得到不同的燃油供应,丰田的智能可变气门正时技术相当又代表性。 VVT-i系统由传感器、ECU和凸轮轴液压控制阀、控制器等部分组成。ECU储存了最佳气门正时参数值,曲轴位置传感器、进气歧管空气压力传感器、节气门位置传感器、水温传感器和凸轮轴位置传感器等反馈信息汇集到ECU并与预定参数值进行对比计算,计算出修正参数并发出指令到控制凸轮轴正时液压控制阀,控制阀根据ECU指令控制机油槽阀的位置,也就是改变液压流量,把提前、滞后、保持不变等信号指令选择输送至VVT-i控制器的不同油道上。

第四章汽车发动机的未来

4.1绿色汽车—发动机技术的新趋势

1.天然气发动机:天然气产自油气田和气田,在地球上的贮量很大。以天然气作燃料的发动机已有50多年的历史了,因此人类开发天然气发动机的技术已相当成熟。天然气发动机最大的优点是污染物排放大为降低。另外,天然气不用润滑油稀释,从而可延长发动机的使用寿命,同时还可降低汽车噪声等。目前,世界上不少国家都已使用了天然气汽车。氢气发动机:氢气可从电解水、煤的气化、天然气中制取。氢气是一种最清洁的燃料,燃烧产物主要是水,其次是在空气燃烧中形成的微量NOX,对空气没有什么污染。以氢气为燃料的汽车发动机的研究经历了一个曲折发展的过程,研究工作从30年代就已开始,但进展不大。70年代的石油危机给各国重新敲响了警钟,氢气再次被人们所关注。目前,世界一些知名的大汽车公司都研制出了自己的氢气发动机。虽然推广应用氢气燃料发动机还要解决一系列技术问题,如需要找到氢气在汽车上安全有效的贮运方法;需要找到大量生产廉价氢的方法;需要解决氢燃料的供给系统等。但从长远

和发展的观点来看,氢气发动机最有前途。

水燃料发动机:不久,以水作燃料将不再被视为神话。目前,英国正在试制一种以水作燃料的发动机。这种水燃料发动机的工作原理,是在发动机燃料管内装一铝制转子,并将铝线一端插入水中,另一端引向转子。当在铝线和转子间通电时,铝线在水中放电,使水分解成氢气和氧气,随后,气体进入燃烧室,气体燃烧后产生驱动力。

2.净化污染空气的发动机:目前,日本本田公司宣称它已研制出一种神奇的、在行驶中能净化污染空气的发动机。这种代号为Z-LEV的发动机,能吸进含烟雾的空气,排放出洁净的尾气。它的排放物是世界上最严格的美国加州标准的1/10。装有这种2.3L四缸发动机的汽车在高烟雾地区行驶,排出的尾气中烟雾含量要比周围空气中的还要低。Z-LEV发动机使用了一种催化剂。当发动机处于低温时,这种发动机还配有计算机控制的燃烧定时系统,以利于提高燃油效率。

3.液态空气发动机:美国华盛顿大学的研究人员已经研究开发出一套空气发动机技术用来推动汽车。空气发动机汽车的原理并不复杂,它是将空气中的氮气分离,然后经过-160℃的低温进行液化,液体氮便成为空气发动机的燃料。空气发动机汽车装有一类似汽车水箱散热器的热能交换器,当液体氮经过热能交换器时,便会因遇热而迅速变为气体,容积在瞬间膨胀达700倍。氮气在膨胀时,便可以将空气发动机内的活塞推动,原理犹如汽油燃烧时产生的爆炸作用。研究人员认为,氮气取自大气层,不含毒性,空气发动机汽车比电动汽车更具有环保优势,原因是制造电池的物质含有毒。

结束语

经过两个月的努力和在请教同学下终于完成了以《汽车发动机》为课题的自考论文。从最初的茫然,到慢慢的进入状态,再到对思路逐渐的清晰,整个写作过程难以用语言来表达。这一切都是非常值得的也更加深刻地理解了汽车发动机的工作原理,还知道了一些关于汽车当今和未来的发展方向. 为了完成这篇论文我找了很多资料,并和同学讨论如何把论文写好,庆幸的是在这个过程中我学到了很多课外知识。第一次写论文让我又悲又喜,悲的是第一次写这么多字的文章,寻思了好多天都无从下笔;喜的是我们是在和同学的互相请教帮助下,花了很多时间和精力最后终于完成了。这次试炼让我明白挫折并不可怕,只要坚持不懈,直面困难,不怕吃苦,脚踏实地,实事求是一定能解决问题。

[参考文献]

1 王京民:《汽车节油窍门我教你》,科学技术文献出版社2009年5月第一版

2 吉林大学汽车工程系:《汽车构造》上册,人民交通出版社2006年6月第五版

3 百度百科

4 发动机搜狐网汽车园地频道

5 张贵荣 最新丰田轿车使用与检修 青岛出版社

6 道客巴巴网站—汽车类

7 曹彦 汽车导报

2003.08

致谢

感谢田老师的帮助,使我对发动机发动机的构造和原理有了进一步的了解与认识,使我知道了发动机的系统、类型、结构、原理、未来的发展趋势,也使我知道中国是有很大潜力的。但是我国和美国、欧洲、日本等发达国家相比,在汽车发动机行业和这些国家还有相当大的差距。我们还要努力,使我国在汽车行业卓越发展,为我国的高科技快速发展打下良好的基础。

再一次感谢我的导师田教授。在整个学习和论文指导过程中,他充分体谅我们这些工作任务及其繁重的学生,总是牺牲个人的休息时间为我们作指导。他的无私、他的关怀、他渊博的知识、他的循循善诱,他严谨刻苦的治学态度、精益求精的工作作风、不但让我在专业知识上收获巨大,更让我学会了如何成为一名受人尊敬的人、品德高尚的人,这些都将对我产生深远的影响,使我终生受益。在此,我衷心感谢田老师对我的关心和指导,祝愿他身体健康,阖家幸福!

我要衷心地感谢在百忙之中抽出时间审阅拙作的专家教授,希望能够得到各位师长的不吝赐教,使自己早日成为一名合格的毕业生!

范文五:汽车发动机构造与原理 投稿:谢普景

汽车发动机构造原理

Automobile engine configuration principle

(申请学位)

专业:汽车制造与装调技术专业

学生:x x x

指导教师:x x x教授

二零一一年七月

独创性声明

本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得 xxxxxxx学校 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文作者签名: 签字日期: 年 月 日

学位论文版权使用授权书

本论文作者完全了解 XXXX学校 有关保留、使用论文的规定。特授权XXXX学校 可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。

(保密的论文在解密后适用本授权说明)

论文作者签名: 导师签名:

签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日

中文摘要

发动机是汽车的心脏,为汽车的行走提供动力,汽车的动力性、经济性、环保性。简单讲发动机就是一个能量转换机构,即将汽油 (柴油)或天然气的热能,通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀时,推动活塞做功,转变为机械能,这是发动机最基本原理。发动机所有结构都是为能量转换服务的,发动机伴随着汽车走过了100多年的历史,无论是在设计上、制造上、工艺上还是在性能上、控制上都有很大的提高,但其基本原理仍然未变,这是一个富于创造的时代,那些发动机设计者们,不断地将最新科技与发动机融为一体,把发动机变成一个复杂的机电一体化产品,使发动机性能达到近乎完善的程度,各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点,现在的汽车发动机不仅注重汽车动力的体现,更加注重能源消耗、尾气排放等与环境保护相关的方面。使得人们在悠闲的享受汽车文化的同时,也能保护环境,节约资源

关键词:发动机构造、工作原理、分类、

ABSTRACT

Engine is the heart of the automobile, automotive walk to provide power, the automobile's power performance, economy, environmental protection. Simple engine is an energy conversion mechanismThe gasoline or natural gas in a closed cylinder heat, through the expansion of combustion gas, drives the piston to do work into mechanical energy, which is the most basic work principle of engine. Engine all structures are for energy conversion services, car engine with over 100 years history, in terms of design, manufacturing, technology and performance, control has greatly improved, but the underlying principle has never changed, this is a creative era, the engine designers, continue to be of the latest technology and engine com., the engine into a mechanical and electrical integration products, The engine performance achieved almost perfect degree, the world famous automobile manufacturers will also engine performance as its competition window, now not only pay attention to the engine automobile power embodiment, pay more attention to energy consumption, emissions and environmental protection and other relevant aspects. The people in the leisurely enjoy the car culture at the same time, can also protect environment, save energy

Key word:Engine structure,Form,Working principle

目 录

第一章 绪论…………………………………………………………………………1

1.1发动机构造研究背景与意义…………………………………………………………1

第二章 发动机的组成及基本概念…………………………………………………2

2.1发动机的概念及种类………………………………………………………………2

2.1.1发动机的概念………………………………………………………2

2.1.2发动机种类………………………………………………………2 2.2发动机基本成……………………………………………………………… 2 . 2.2 1曲柄连杆机构…………………………………………………………2

2.2.2配气机构………………………………………………………………4

2.2.3燃料供给系……………………………………………………………5

2.2.4启动系…………………………………………………………………5

2.2.5冷却系………………………………………………………………6

2.2.6润滑系…………………………………………………………………7

2.2.7点火系…………………………………………………………………9

2.3发动机的工作原理…………………………………………………………11

2.3.1四行程汽油机工作原理…………………………………………… 11

2.3.2四行程柴油机工作原理……………………………………………12

第三章汽油发动机与柴油发动机的差异 …………………………………………13

第四章 结束语……………………………………………………………………14 参考文献…………………………………………………………………………15 致 谢…………………………………………………………………………16

第一章 绪论

1.1发动机构造研究背景与意义

汽车要在道路上行驶必须先有动力,而动力的来源就是发动机。发动机性能的好坏是决定汽车行驶性能的最大因素。目前汽车使用的发动机均属于内燃机,发动机的功能就是将燃料的化学能转成热能再转成机械能,而机械能也就是一般所谓的动力。发动机在将燃料转成动力的过程中会经过一定的工作程序,而且此程序是周而复始连续不断的循环。

发动机是汽车的心脏,为汽车的行走提供动力,汽车的动力性、经济性、环保性。简单讲发动机就是一个能量转换机构,即将汽油 (柴油)或天然气的热能,通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀时,推动活塞做功,转变为机械能,这是发动机最基本原理。发动机所有结构都是为能量转换服务的,发动机伴随着汽车走过了100多年的历史,无论是在设计上、制造上、工艺上还是在性能上、控制上都有很大的提高,但其基本原理仍然未变,这是一个富于创造的时代,那些发动机设计者们,不断地将最新科技与发动机融为一体,把发动机变成一个复杂的机电一体化产品,使发动机性能达到近乎完善的程度,各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点,现在的汽车发动机不仅注重汽车动力的体现,更加注重能源消耗、尾气排放等与环境保护相关的方面。使得人们在悠闲的享受汽车文化的同时,也能保护环境,节约资源

第二章 发动机的组成及基本概念

2.1发动机的概念及种类

2.1.1发动机的概念

发动机是给汽车提供动力的部件,是汽车的核心总成。它先将燃料燃烧,使燃料的化学能转化成热能,最终转变为机械能并输出

2.1.2发动机种类

1、按照所用燃料分类。

内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机;使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。

2、按照行程分类。

内燃机按照工作行程的不同可以分为二行程和四行程发动机。

3、按照冷却方式分类。

内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。

4、按照气缸数目分类。

内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。

5、按照气缸排列方式分类。

内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。

6、按照进气系统是否采用增压方式分类。

内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机

2.2发动机基本组成

2.2 1曲柄连杆机构

曲柄连杆机构是发动机产生动力和输出动力的主要部件。它的功用:把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的扭矩,输出机械能。曲柄连杆机构由活塞连杆组和曲轴飞轮组二大部分组成。

1机体组

发动机机体组包括气缸体、气缸套、气缸盖、气缸盖罩、油底壳等零件。

(1).气缸体

气缸体是发动机的基础骨架,它不仅要承受着高温高压气体的作用力,而且发动机的几乎所有零件都安装在气缸体上,因此气缸体应具有足够的强度和刚度。

气缸体应具有足够的强度和刚度,根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同,通常把气缸体分为以下三种形式。

一般式气缸体:特点是油底壳安装平面和曲轴旋转中心在同一高度。

龙门式气缸体:特点是油底壳安装平面低于曲轴的旋转中心。

隧道式气缸体:这种形式的气缸体曲轴的主轴承孔为整体式,采用滚动轴承,主轴承孔较大,曲轴从气缸体后部装入。

为了能够使气缸内表面在高温下正常工作,必须对气缸和气缸盖进行适当的冷却。冷却方法有两种,一种是水冷,另一种是风冷。

(2).气缸套

气缸可直接镗在气缸体上叫做整体式气缸。也可将气缸制造成单独的圆筒形零件(即气缸套),然后再装到气缸体内。

水冷式发动机气缸套根据是否与冷却水接触,将其分为干式和湿式两种。

(3).气缸盖

气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成,铝合金的导热性好,有利于提高压缩比。

气缸盖安装在气缸体的上面,从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触,因此承受很大的热负荷和机械负荷。气缸盖上还装有进、排气门座,气门导管孔,用于安装进、排气门,还有进气通道和排气通道等。

(4).油底壳

气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱,曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体,下曲轴箱用来贮存润滑油,并封闭上曲轴箱,故又称为油底壳。

油底壳的主要功用是储存机油和封闭机体或曲轴箱。

(5).气缸垫

气缸垫装在气缸盖和气缸体之间,其功用是:保证气缸盖与气缸体接触面的密封,防止漏气,漏水和漏油。

按所用材料的不同,气缸衬垫可分为金属—石棉衬垫、金属—复合材料衬垫和全金属衬垫等多种。

2、活塞连杆组

活塞连杆组包括活塞、活塞环、活塞销、连杆和连杆轴等。其作用是:将燃烧过程中获得的动力传递给曲轴。

(1).活塞

活塞主要是承受燃烧气体的作用力,并将此力通过活塞销传递给连杆以推动曲轴旋转。其材料常用铝合金、合金铸铁或耐热钢等。

活塞在选配时应选用同一修理尺寸和同一分组尺寸的活塞;选用同一发动机必须选用同一厂牌的活塞;在选配的成套活塞中,尺寸差和质量差应符合要求;尺寸差一般为0.02~0.025mm,质量差一般为4~8g。

(2)、活塞销

活塞销连接活塞和连杆,把活塞所承受的力传给连杆,因此活塞销要有足够的刚度和较轻的重量。多用低碳钢和低碳合金钢制成。

活塞销的选配原则:同一台发动机应选用同一厂牌、同一修理尺寸的成组活

塞销;活塞销表面应无任何锈蚀和斑点;质量差应在10g以内。

(3).气环和油环

气环:保证活塞与气缸壁之间的密封,防止气缸中的高温、高压燃气大量窜入曲轴箱,同时还将活塞顶部的大部分 热量传给气缸壁,再由冷却水带走。

油环:刮掉气缸壁上多余的机油,并重新在气缸壁上涂一层均匀的油膜。 活塞环在选配时,应注意:以气缸的修理尺寸为依据,同一台发动机应选用与气缸和活塞修理尺寸等级相同的活塞环;不换活塞,只换活塞环时,也应选配与气缸同一级别的活塞环。

(4).连杆

连杆的作用是承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复运动时的惯性力,并将力传给曲轴。连杆由杆身、连杆盖、连杆螺栓、连杆轴承等组成。

1-连杆大头;2-连杆轴承;3-止推凸唇;4-衬套;5-连杆小头;6-连杆杆身;

7-连杆螺栓;8-连杆盖

3、曲轴飞轮组

曲轴飞轮组包括曲轴、飞轮及装在曲轴上的各零件(曲轴正时齿轮、轴瓦、止推片、V形皮带轮)等。

曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩,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。

曲轴扭转减振器

为了消减曲轴的扭转振动,现代汽车发动机多在扭转振幅最大的曲轴前端装置扭转减振器。汽车发动机多采用橡胶扭转减振器、硅油扭转减振器和硅油橡胶扭转减振器等。

飞轮

飞轮是一个转动惯量很大的圆盘,其主要作用是:将作功行程中输入曲轴的一部分能量贮存起来,用作在其他行程中克服阻力,带动曲柄连杆机构越过上止点和下止点,保证曲轴的旋转角速度和输出扭矩尽可能均匀,并使发动机有可能克服短时间的超载荷。

2.2.2配气机构

配气机构的作用是:按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和点火次序的要求,开启和关闭各气缸的进、排气门,使新鲜混合气及时地进入气缸,废气得以及时地排出气缸外。

配气机构由气门组和气门传动组两大部分组成。

1气门组

气门组在配气机构中气相当于一个阀门,它的主要作用是:准时接通和切断进排气系统与气缸之间的通道。

气门组一般由气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座及锁片等零件组成。

气门导管的作用:是对气门的运动导向,保证气门作直线往复运动,使气门与气门座圈能正确贴合,此外还将气门杆接受的部分热量传给气缸盖。

气门弹簧的作用:保证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴合,并克服气门开启时配气机构产生的惯性力,使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离。

2.气门传动组

气门传动组的作用:使进、排气门按规定的时刻开闭,且保证有足够的开度。它主要包括凸轮轴、正时齿轮、挺柱、摇臂轴、摇臂以及推杆等零件。

(1).凸轮轴

凸轮轴的布置形式有顶置、中置和下置式三种,根据顶置式凸轮轴的数量,又可将其分为顶置双凸轮轴和顶置单凸轮轴。这两种气门传动机构都没有推杆,主要应用于高速发动机。

(2).正时链轮或正时齿轮

曲轴正时齿轮一般采用45号钢或40Cr钢制造,为了减小发动机的噪声,凸轮轴正时齿轮多采用铸铁、夹布胶木或尼龙材料制造。

凸轮轴的动力来源于曲轴,曲轴通过三种传动方式来驱动凸轮轴:

◆正时齿轮传动:曲轴正时齿轮有的直接与凸轮轴正时齿轮啮合,有的通过惰轮与凸轮轴正时齿轮啮合。

◆正时皮带轮传动

◆正时链条传动

(3).挺柱、推杆、摇臂

挺杆又叫挺柱,它是介于凸轮和推杆之间的传动件。

挺柱是将凸轮的推力传给推杆或(气门杆)的零件,可分为平面挺柱、滚子挺柱和液压挺杆。液压挺杆结构如图示。

推杆位于挺柱与摇臂之间,它将挺柱传来的运动和作用力传给摇臂。摇臂将挺杆(或凸轮)传来的力,改变方向作用于气门端面,推开或关闭气门。

2.2.3燃料供给系 汽油机燃料供给系:汽油机燃料供给系的任务是将汽油经过雾化和蒸发(汽化)并和空气按一定比例均匀混合成可燃混合气,再根据发动机各种不同工

况的要求,向发动机气缸内供给不同质(即不同浓度)和不同量的可燃混合气,以便在临近压缩终了时点火燃烧而放出热量燃气膨胀作功,最后将气缸内废气排至大气中。 目前汽油机的燃料供给系有:化油器式燃料供给系;汽油喷射式燃料供给系;液化石油气燃料供给系以及其它混合燃料供给系统等。化油器式燃料供给系是汽油机传统的供给系仍在广泛应用,而汽油喷射式燃料供给系在汽油机上的使用已经普及。

柴油机燃料供给系

柴油机燃料供给系的功用是:不断供给发动机经过滤清的清洁燃料和空气,根据柴油机不同工况的要求,将一定量的柴油以一定压力和喷油质量定时喷入燃烧室,使其与空气迅速混合并燃烧,作功后将燃烧废气排出气缸。

2.2.5冷却系

冷却系统概述

冷却系统根据冷却介质的不同可分为水冷系统和风冷系统两种。

由于水冷系统工作可靠,冷却效果好,所以大多数汽车都采用强制循环式水冷系统。

二、冷却系统组成与原理

1.冷却系统的组成

水冷系统一般由散热器、风扇、水泵、节温器、膨胀水箱、水套及连接水管等组成。冷却系统对发动机机件进行冷却,使发动机在适宜的温度下正常运行。

2.冷却系统的工作原理

水冷系统还分为大循环和小循环两种循环方式。

三、水泵

水泵的功用:对冷却液加压,使之在冷却系中加速循环流动。水泵的结构形式有多种,但由于机械离心式水泵具有结构简单、尺寸小、出水量大,因此机械离心式水泵在汽车发动机上得到了广泛的应用。

离心式水泵主要由叶轮转子和泵体两大部分组成。

四、节温器

1.结构与工作原理

为了控制通过散热器的冷却水流量,通常利用节温器来实现。

节温器按结构可分为:蜡式、双金属式和折叠式。目前多数发动机采用蜡式节温器。某些轿车采用双节温器结构。

工作原理:当冷却水温度过低时,冷却水不经过散热器,只在水套与水泵间循环(即小循环),从而防止发动机过冷,并使冷机迅速而均匀热起;

当发动机正常热状态下(温度高于80℃),冷却水全部经过散热器进行循环(即大循环),使冷却水温度下降,保持发动机在正常的温度下工作。

2.2.6润滑系

1.润滑系的主要作用

润滑系的主要作用有:润滑减摩作用、冷却作用、清洗作用、密封作用、防锈作用等。

2.润滑方式

由于发动机各运动零件的工作条件不同,对润滑强度的要求也就不同,因而要相应地采取不同的润滑方式。

◆ 压力润滑:利用机油泵,将具有一定压力的润滑油源源不断地送往摩擦表面。

◆ 飞溅润滑:利用发动机工作时运动零件飞溅起来的油滴或油雾来润滑摩擦表面的润滑方式称为飞溅润滑。

◆ 定期润滑:发动机辅助系统中有些零件则只需定期加注润滑脂(黄油)进行润滑。

二、润滑系统组成与原理

1.润滑系的组成:

润滑系统主要由机油集滤器、机油泵、机油滤清器、油底壳以及机油冷却器组成。

发动机工作时,许多零件相对运动的表面(如曲轴与主轴承,连杆轴承,活塞与气缸壁,凸轮轴与轴承等)之间必然有摩擦,如果各金属表面直接摩擦(即干摩擦),摩擦阻力将会很大,不但会增加发动机内部的功率消耗,使零件工作表面迅速磨损,而且由于摩擦产生的高温可能使某些摩擦表面的金属熔化,致使发动机无法正常运转。为保证发动机正常工作,必须对相对运动的表面给予良好的润滑。

2.润滑系的油路:

三、机油泵

发动机上采用的机油泵分成齿轮式和转子式两种。

1、齿轮式机油泵

齿轮式机油泵的工作原理:当齿轮按图示方向旋转时,进油腔的容积由于轮齿向脱离啮合方向运动而增大,腔内产生一定的真空度,机油便从进油口被吸人并充满进油腔。旋转的齿轮将齿间的润滑油带到出油腔。出油腔的容积则由于轮

齿进入啮合而减小,导致油压升高,润滑油经出油口被输出,输出的油量与发动机转速成正比。

2、转子式机油泵

转子式机油泵结构:主要由内转子、外转子和油泵壳体组成。内转子有4个外齿,通过键固定于主动轴上。外转子有5个内齿,外圆柱面与壳体配合。内外转子有一定的偏心距,外转子在内转子的带动下转动。壳体上设有进油口和出油口。

转子式机油泵结构紧凑,吸油真空度大,泵油量大,供油均匀度好。安装在曲轴箱外位置较高处时,也能很好地供油。

四、机油滤清器

1.结构与工作原理

机油滤清器的功用是滤除机油中的金属磨屑、机械杂质和机油氧化物。

机油滤清器的方式有两种:全流式和分流式。全流式机油滤清器串联于机油泵和主油道之间,因此全部机油都经过它滤清。目前在轿车上普遍采用全流式机油滤清器。

(1)全流式机油滤清器

现代汽车发动机所采用的全流式滤清器多为过滤式。机油从纸滤芯的外围进入滤清器中心,然后经出油口流进机体主油道。机油流过滤芯时杂质被截留在滤芯上。

(2)分流式机油细滤器

分流式机油细滤器有过滤式和离心式两种类型。过滤式存在着滤清能力与通过能力的矛盾,而离心式则有滤清能力高,通过能力大,且不受沉淀物影响等优点。因此,车用发动机多以离心式机油滤清器作为分流式机油细滤器。

2.机油滤清器的更换

机油滤清器为一次性使用零件,新车或大修发动机后,车辆行驶10000km后应更换新机油滤清器,以后车辆每行驶10000km更换一次。

五、机油冷却器

将机油冷却器置于冷却水路中,利用冷却水的温度来控制润滑油的温度。当润滑油温度高时,靠冷却水降温,发动机起动时,则从冷却水吸收热量使润滑油迅速提高温度。机油冷却器由铝合金铸成的壳体、前盖、后盖和铜芯管组成,如图所示。

六、润滑系常见故障分析

1.机油压力过高

发动机在正常工作温度和转速下,机油压力表读数高于规定值。此时可判定为发生机油压力过高故障。

产生此故障的原因及处理方法有:

(1)机油粘度过大。更换机油或重新选用机油。

(2)机油限压阀弹簧压力调整过大。重新调整弹簧压力。

(3)机油限压阀的润滑油道堵塞。清洗润滑油道。

(4)曲轴主轴承、连杆轴承或凸轮轴轴承间隙过小。必要时光磨曲轴、凸轮轴或更换轴承。

(5)机油压力表或其传感器工作不良。检修或更换机油压力表及其传感器。

2.机油压力过低

发动机在正常工作温度和转速下,机油压力表读数低于规定值或油压报警器报警。此时可判定为发生机油压力过低故障。

产生此故障的原因及处理方法有:

(1)机油集滤器网堵塞。清洗机油集滤器。

(2)机油滤清器堵塞。清洗或更换机油滤清器。

(3)油底壳内机油油面过低。按规定补充机油。

(4)机油粘度降低。更换机油。

(5)机油限压阀弹簧失效或调整不当。更换弹簧或重新调整。

(6)润滑油油管接头漏油或进入空气。检修机油管路,排出空气。

(7)润滑油道堵塞。清洗润滑油道。

(8)机油泵性能不良。检修或更换机油泵。

(9)曲轴主轴承、连杆轴承或凸轮轴轴承间隙过大。必要时光磨曲轴、凸轮轴或更换轴承。

(10)机油压力表或其传感器工作不良。检修或更换机油压力表及其传感器。

3.机油消耗过多

如果机油消耗量超过规定值,排气冒蓝烟,气缸内积炭增多,则可判定有机油消耗过多故障。此故障主要是泄漏和烧机油造成的,具有原因及处理方法有:

(1)活塞、活塞环与气缸壁的间隙过大或活塞环与环槽的侧隙过大。检修或更换活塞、活塞环和气缸。

(2)气门与气门导管间隙过大或气门密封圈失效。检修或更换气门,更换气门导管或气门密封圈。

(3)发动机各部件密封表面漏油。检查发动机各部件的可能漏油表面。

(4)曲轴箱通风不良。检修曲轴箱通风装置。

(5)大修后扭曲环或锥面环装反。重新安装活塞环。

⒉ 2 7点火系 引擎依照运转模式不同可分为火花点火(SI Spark Ignition)引擎及压缩点火(CI Compression Ignition)引擎,汽油引擎属于火花点火引擎,而柴油引擎则属于压缩点火引擎。汽油引擎既是属于火花点火引擎,其点火就必须借着点火系统来完成。

汽油发动机吸入气缸的燃油和空气混合,在压缩行程终了时用电火花点燃,使混合气点燃产生强大的压力,推动活塞向下运动而做功。为此在汽油发动机上装有一套能在汽缸中产生电火花的装置,称为点火系。 作用

点火系统在引擎运转时所扮演的角色是在任何引擎转速及不同的引擎负荷下,均能在适当的时机提供足够的电压,使火花塞能产生足以点燃汽

缸内混合气的火花,让引擎得到最佳的燃烧效率。 点火系统的基本装置包含了电源

(电瓶)、点火触发装置、点火正时控制装置、高压产生器(高压线圈)、高压电分配装置(分电盘)、高压导线及火花塞。现代的点火提前装置则已改由引擎管理电脑所控制,电脑收集引擎转速、进气歧管压力或空气流量、节气门位置、电瓶电压、水温、爆震等讯号,算出最佳点火正时提前角度,再发出点火讯号,达到控制点火正时的目的。

原理

汽油机点火系统是汽油机、煤气机中用电火花点燃混合气的装置。它的功用是按气缸点火次序定时地向火花塞提供足够能量的高压电,使火花塞电极间产生火花,从而点燃气缸内被压缩的可燃混合气。

点火系统通常由电源、点火线圈、分电器(包括断电器)和火花塞等组成(见图)。其中电源、断电器和点火线圈的初级线圈构成低压电路部分;点火线圈的次级线圈、分电器和火花塞构成高压电路部分。

点火线圈由初、次级线圈和铁芯组成。初级线圈的导线粗而匝数少,次级线圈导线细而匝数多,相当于一个升压变压器。

断电器有机械式和晶体管式两种,机械式的应用较普遍。当发动机运转时,凸轮轴驱动分电器中凸轮旋转,控制断电器触点启闭。当断电器将低压电路闭合时,初级线圈中即产生低压电流,在点火线圈内形成磁场。当电流达到一定值时,断电器将低压电路断开,磁通消失,在次级线圈中感应出10

~24千伏的电动势,通过分电器依次传到相应气缸的火花塞电极上,即产生电火花。当触点断开时,初级线圈会感应出自感电动势,使触点间产生电弧而引起烧蚀,并减缓磁通消失速度,降低次级线圈感应的电动势。为了消除自感电动势,与触点并联有一只0.15~0.30微法的电容器。 点火系统按电源的不同可分为蓄电池点火系统和磁电机点火系统,两者工作原理基本相同,仅低压电路稍有差别。汽车上通常带有蓄电池,都采用蓄电池点火系统。在要求工作可靠又不带蓄电池的场合,如飞机用汽油机、拖拉机用汽油机和小型汽油机则多使用磁电机点火系统。 编辑本段火花塞

顾名思义,火花点火引擎要点火就必须靠火花,而火花是借着火花塞产生的。火花塞借螺牙锁付在引擎燃烧室的顶端,也就是在缸头上,进、排气门之间,火花塞在头部有一中央电极及接地电极,接地电极是由螺牙部分延伸出来成L形,与中央电极维持0.7到0.9mm的间隙,火花塞尾部则与高压导线连接。

当高压导线将极高的电压送至火花塞时,造成火花塞的两个电极间极大的电位差,导致两极间隙间原本无法导电的空气成为导体,电流便以离

子流 (Ionizing Streamers) 的方式由一个电极传至另一电极,产生电弧 (Electric Arc) 来点燃引擎是中的油气。若您还是觉得不好理解,可以去观察瓦斯炉或放电式打火机的点火方式,火花塞的点火方式跟它们很类似。 各式火花塞除了会有大小上不同外,相同大小的火花塞还会有热值 (Heat Rating) 的不同。热值大的火花塞其电极绝缘包覆的部分较长,适用运转温度较低的引擎;而热值较小的火花塞其电极绝缘包覆的部分较长,适用运转温度较高的引擎,如竞技用引擎。各式车辆必须依照原厂规定的火花塞规格选用火花塞,若使用热值过高的火花塞,引擎容易因温度过高而爆震;使用热值过低的火花塞,引擎则可能因燃烧温度过低而造成燃烧不完全或积碳

2.3发动机的工作原理

2.3.1四行程汽油机工作原理

1.四行程汽油机工作原理

汽油机的工作过程可分为:进气行程、压缩行程、作功行程、排气行程。 ◆ 进气行程

在进气行程开始时,活塞于上止点,进气门开启,排气门关闭。曲轴转动活塞从上止点向下止点移动,活塞上方容积增大,压力降低,可燃混合气在压力差作用下进入气缸。

◆ 压缩行程

压缩行程开始,进、排气门关闭。活塞从下止点向上止点移动。活塞上方容积缩小,压缩混合气,使其压力和温度升高到易燃的程度。

◆ 作功(爆发)行程

作功行程时,进、排气门仍然关闭,当压缩接近终了时,火花塞发出电火花,点燃混合气作功。

◆ 排气行程

排气行程开始,进气门仍关闭,排气门开启,使活塞由下止点向上止点移动,把燃烧后的废气挤出气缸。

2.3.2四行程柴油机工作原理

柴油机与汽油机不同点:燃料采用柴油,为压燃式结构,无化油器和火花塞;柴油机吸入气缸的为纯净空气,柴油由喷油泵和喷油器直接喷入气缸,与压缩后的高温空气混合并进行自燃。

喷油泵和喷油器是柴油机燃料供给系中最为重要的部件。

四行程柴油机工作原理:每个工作循环都经历进气、压缩、作功、排气四个行程。燃料是柴油,其黏度比汽油大,不易蒸发,而自燃温度低,所以点火方式是压燃式。

第三章 汽油发动机与柴油发动机的差异

汽油发动机一般将汽油喷入进气管同空气混合成为可燃混合气再进入汽缸,经火花塞点火燃烧膨胀作功。人们通常称 它为点燃式发动机。而柴油机一般是通过喷油泵和喷油咀将柴油直接喷入发动机气缸,和在气缸内经压缩后的空气均匀混合,在高温、高压下自燃,推动活塞作功。人们把这种发动机通常称之为压燃式发动机。

汽油机汽车具有转速高(轿车用汽油机转速可高达5000—6000转/分,货车用汽油机达4000转/分左右)质量轻、工作 时噪声小、起动容易、制造和维修费用低等特点,故在轿车和中、小型货车及军用越野车上得到广泛应用。其不足之处是燃油消耗较高,因而燃油经济性较差。柴油机汽车因压缩比高,燃油消耗平均比汽油机汽车低30%左右,所以燃油经济性较好。如最近上市的一汽大众生产的TDI1.7升柴油轿车比1.6升汽油轿车每百公里可节约2升油。一般货车大都采用柴油机。柴油机的弱点是转速较汽油机低(一般最高转速在

2500—3000转/分左右)、质量大、制造和维修费用高(因为喷油泵和喷油器加工精度要求高)。但目前柴油机的这些弱点正在逐渐得到克服,它的应用范围正在向中、轻型货车扩展。国外柴油轿车也有 很快的发展,其最高转速可达5000转/分。

通常,柴油发动机与汽油发动机相比热效率高30%,因而从节约能

源、降低燃料成本角度上讲,柴油发动机轿车的推广使用具有重大意义。柴油发动机与汽油发动机相比具有功率大,寿命长,动力性能好的特点,它排放产生的温室效应比汽油低45%,一氧化碳与碳氢排放也低,在整车的使用寿命期氮氧化合物排放略大于汽油机。柴油机的不足之处是有害颗粒物排放大。近年来,柴油发动机采用涡轮增压、中冷、直喷、尾气催化转换和颗粒捕集器等先进技术,柴油发动机汽车的排放已达到欧III、欧IV排放标准。在欧洲,柴油轿车比较普及,随着环保与节能可持续发展的严格要求,今后汽车,特别是柴油小轿车将是一个发展趋势。目前我国一汽大众已经开发出捷达、宝来柴油轿车,并已在国内部分城市上市。

第四章 结束语

汽油发动机市场空间主要受乘用车市场发展影响。预计到2010年国内轿车市场将达到500万辆,微型客车将保持在90万辆左右。因此汽油发动机市场增长空间巨大。

未来大、中型柴油机的需求将进一步向“降低排量、增大压缩比、提高升功率”方向发展。

目前国内大型柴油机升功率可达到25kW/L,未来3-5年将向30kW/L发展;中型发动机升功率也会有一定提高。

中期(5~10年)总质量25t以上重型车t功率将向10kW/t左右发展,近5年内重型车t功率可以达到8.5~9kW/t。未来10年25t以上重型车对发动机功率需求主要集中在280~440kW之间。

未来5~10年,中型发动机市场需求总量会在一定范围内波动,不会出现过多增减。

随着城乡经济发展的需要,轻卡替代农用车成为轻型柴油机市场未来需求增长特征之一,车用轻型柴油机市场需求总量会呈现较快的上升趋势。

国内更高要求排放法规和油耗法规的实施,会促进中、高档轻型柴油机市场份额增长。

轻卡的柴油化程度已经很高,未来轻客、SUV、皮卡等柴油化会成为轻型柴油机市场扩大的重要增长点之一。

轿车柴油化进程在未来五年难得到大的发展。

由于政策鼓励环保、节能,大排量乘用车将受到一定限制;而且随着技术水平的提高,过大的排量对于车辆本身来说也是一种浪费。未来乘用车用柴油发动机将主要集中于2.0L以下;商用轻型车用柴油机的排量区间将主要集中在在2.0~3.5L。

参考文献

[1] 李春明.汽车构造.北京:北京理工大学出版社,2005

[2]曹红兵.汽车发动机机电技术原理与维修.机械工业出版社. 2008年

[3]胡正晹.提升动力降低油耗 发动机气门技术解析.2010年

[4]黄意强.汽车电控发动机进气系统

[5]蔡兴旺.汽车构造与原理.北京:机械工业出版社,2004

[6]李春明,刘艳莉,张军.汽车故障诊断方法与维修技术.北京:北京理工大学出版社,2004

致 谢

虽然我业余时间一直在参加各种类型的学习和培训,但是能加入历史悠久的XX,有幸能成为其中的一员,却是从前没有奢望过的。因此一得到这样的机会,就倍感珍贵。因为对知识的渴望和对汽车行业的热爱,不断地克服着一个又一个困难,不断地在求知的路上艰难跋涉。有老师们的关怀,有同学们的鼓励,有家人殷切的希望,有自己坚定的信念,终于迎来了这收获的时刻。我要感谢长春工业大学给予我这次难得的学习机会,使我能够收获如此多的、如此精彩的知识和感受。因此,在本科学位论文即将完成之际,我想向曾经给了我许许多多帮助和支持的人们表示由衷的感谢。

首先要感谢我的导师 XXX教授。在整个学习和论文指导过程中,他充分体谅我们这些工作任务及其繁重的学生,总是牺牲个人的休息时间为我们作指导。他的无私、他的关怀、他渊博的知识、他的循循善诱,他严谨刻苦的治学态度、精益求精的工作作风、不但让我在专业知识上收获巨大,更让我学会了如何成为一名受人尊敬的人、品德高尚的人,这些都将对我产生深远的影响,使我终生受益。在此,我衷心感谢赵晓宛老师对我的关心和指导,祝愿他身体健康,阖家幸福!

同时,我也要感谢一直以来默默支持我的家人,是他们的理解和付出使我能够专心完成我的学业,我深知他们为我求学所付出的一切,祝愿他们永远幸福、安康!我也一定会更加努力!

最后,我要衷心地感谢在百忙之中抽出时间审阅拙作的专家教授,希望能够得到各位师长的不吝赐教,使自己早日成为一名合格的毕业生!

范文六:汽车发动机构造与原理 投稿:夏坞坟

第1篇汽车发动机构造与原理

第1章发动机基本结构与工作原理

发动机:将其它形式的能量转化为机械能的机器。

内燃机:将燃料在气缸内部燃烧产生的热能直接转化为机械能的动力机械。有活塞式和旋转式两大类。本书所提汽车发动机,如无特殊说明,都是指往复活塞式内燃机。

内燃机特点:单机功率范围大(0.6-16860kW)、热效率高(汽油机略高于0.3,柴油机达0.4左右)、体积小、质量轻、操作简单,便于移动和起动性能好等优点。被广泛应用于汽车、火车、工程机械、拖拉机、发电机、船舶、坦克、排灌机械和众多其它机械的动力。

1.1四冲程发动机基

本结构及工作原理

1.1.1四冲程汽油机基本结构及工作原理

1.四冲程汽油机基本结构(图1-2)

2.四冲程汽油机基本工作原理(图

1-2)

图1-2

1-气缸门

22

2-活塞7-进气道

四冲程汽油机基本结构简图3-连杆

4-曲轴

5-气缸盖

6-进气

8-电控喷油器

11-排气道

9-火花塞

10-排气门

表1-1四冲程汽油机工作过程

行程名称进气压缩作功排气

曲轴转角0º~180º180º~360º360º~540º540º~720º

活塞行向↓↑↓↑

进气门开关关关

排气门关关关开

3.工作过程分析

(1)四冲程发动机:活塞在上、下止点间往复移动四个行程(相当于曲轴旋转了两周),完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机就称为四冲程发动机。

四个行程中,只有一个行程作功,造成曲轴转速不均匀,工作振动大。所以在曲轴后端安装了一个质量较大的飞轮,作功时飞轮吸收储存能量,其余三个行程则依靠飞轮惯性维持转动。

(2)冲程与活塞行程:冲程:指发动机的类型;

行程S:指活塞在上、下两个止点之间距离;

气缸工作容积Vs:一个活塞在一个行程中所扫过的容积。

V

式中

s

=

4×10

π

2

6

S

Vs——工作容积(m3);D——气缸直径(mm);S——活塞行程(mm)。

发动机的排量Vst:一台发动机所有气缸工作容积之和。

V

式中

st

=Vsi

Vst——发动机的排量(L);i——气缸数。

(3)压缩行程的作用

一是提高进入气缸内混合气的压力和温度(压缩终了的气缸内气体压力可达0.6~1.2MPa,温度达600K~700K),为混合气迅速着火燃烧创造条件;

二是可以有效提高发动机的燃烧热效率η。由热力学第一定律

23

η=1−

T2T1

当混合气被压缩程度提高时,发动机混合气燃烧所达到的最高温度(T1)升高,而排气的温度(T2)降低,导致热效率提高。

1860年,法国人Lenoir(勒努瓦)研制成功的世界第一台内燃机,没有压缩行程,热效率仅4.5%;1876年,德国人奥托(Otto)制造出第一台四冲程内燃机,采用压缩行程,虽然压缩比只有2.5,但热效率却提高到12%,有力地证明了科学是第一生产力这个真理。

压缩比ε:气缸内气体被压缩的程度。

ε=

式中

VaVc

Va——气缸总容积(活塞处于下止点时,活塞顶部以上的气缸容积);Vc——气缸燃烧室容积(活塞处于上止点时,活塞顶部以上的容积)。

现代汽油机压缩比一般为7~11,如广州本田雅阁2.4i-VTEC发动机压缩比为9.7,而3.0V6-VTEC发动机压缩比则为10。

发动机压缩比也不能过高,否则会导致压缩终了温度和压力升高,汽油机产生爆震燃烧(参见4.4),热负荷、机械负荷、噪音和振动加大,起动困难。

可变压缩比(SVC)发动机:能根据发动机工作负荷变化,自动调节压缩比。负荷减少时,使压缩比提高;全负荷时,使压缩比降低。可有效达到防止爆震燃烧,增加功率、降低油耗、减少排放的目的。

当气缸、活塞等磨损,气门不密封时,将导致发动机压缩气体外泄,热效率和功率下降。

4.多缸发动机结构特点

单缸发动机问题:功率小,转速不均匀,工作振动大,现代汽车发动机都是多缸发动机,用得最多的是4缸、6缸、8缸发动机。

多缸发动机结构特点:由多个结构相同的气缸组成,它们共用一个机体,一根曲轴。曲轴的曲柄布置应该使各缸作功行程均匀分布在7200曲轴转角内。如4缸发动机曲轴(图1-3)相邻工作缸的曲柄夹角为1800,曲轴每转1800便有一个

气缸作功。

图1-3

24

4缸发动机曲轴

5.示功图

将四冲程发动机在一个工作循环里气缸内气体压力随气缸工作容积或曲轴转角变化的关系以座标图表示,得到图1-4所示的发动机示功图。

由示功图可以看到发动机一个工作循环里工作状态的变化,检查判断发动机性能优劣。发动机特征点参数随机型、结构等有所不同,一般范围如表1-2所示。

图1-4

表1-2

a

汽油机

PTPT

0.075~0.09370~4000.08~0.09300~370

c0.6~1.2600~7003.5~4.5750~1000

3~52200~28006~92000~2500发动机特征点参数

z

b0.3~0.51300~16000.2~0.41200~1500

r0.105~0.115900~12000.105~0.125800~1000

四冲程发动机示功图

柴油机

注:P-气缸内气体压强(MPa)

;T-气缸内气体温度(K)

1.1.2四冲程柴油机结构特点与工作原理

结构特点:没有火花塞,喷油器直接安装在气缸顶向气缸内喷油(图1-5)。

工作原理:进气行程进入气缸的是纯空气,而不是可燃混合气;在压缩行程末,喷油器向气缸喷入高压柴油,由于气缸的高温高压作用,柴油迅速着火燃烧,使气体急剧膨胀,推动活塞作功。其着火方式属于压燃式,而不是汽油机的点燃式。

燃料:柴油,粘度高,不易挥发,自燃点低,不会产生爆燃。为了使柴油可靠着火,提高发动机燃烧热效率,柴油机的压缩比汽油机高得多,一般为16~22,所以其最高燃烧压力也比汽油机

图1-5

四冲程柴油机基本结构简图

25

高,工作也比汽油机粗暴。

柴油机与汽油机比较(表1-3):

表1-3

柴油机与汽油机比较汽油机点燃高30%左右柔和

高(4000~6000r/min)

大易低小短

CO、HC大,NOX、黑烟少

柴油机压燃低40%左右粗暴

低(2500~3000r/min)

小难高大长

CO、HC小,NOX、黑烟多

着火方式燃油消耗热效率

工作平稳性发动机转速升功率起动性制造维修成本比质量使用寿命排放

柴油机的转速也在不断提高,奔驰V230轿车柴油机,最高转速可达6000r/min。

1.2二冲程发动机结构特点及工作原理

二冲程发动机:指活塞在上、下止点间往复移动两个行程(相当于曲轴旋转3600),完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机。1.2.1二冲程汽油机结构特点与工作原理

1.结构特点(图1-6)

没有进、排气门,代之以进、排气孔7和8,由活塞圆柱面控制其开闭。另外还有扫气孔2,扫气时曲轴箱和气缸连通。

2.二冲程汽油机工作原理

(1)第一行程(换气-压缩行程):活塞自下止点向上止点移动,到活塞圆柱面将排气孔8和扫气孔2都关闭时,开始压缩上一循环吸入气缸内的汽油与空气混合气,同时在活塞下面的曲轴箱内形成真空度(曲轴箱是密封的)。当活塞继续上行时,进气孔7打开,新的汽油与空气可燃混合气经进气孔7图1-6二冲程汽油机基本结构被吸入活塞下方的曲轴箱内。1-气缸2-扫气孔3-活塞4-(2)第二行程(作功-换气行程):活塞接近上连杆5-曲轴箱6-曲轴7-进

气孔

26

8-排气孔

9-火花塞

止点时,火花塞点火,点燃被压缩的混合气,高温、高压气体急剧膨胀,推动活塞向下运动,对外作功。当活塞下行关闭进气孔7到露出排气孔8时,气缸开始排气,同时压缩活塞下方的可燃混合气;活塞继续下行到露出扫气孔2时,受到预压的新鲜混合气自扫气孔流入缸内,并扫除废气。

为了防止新鲜混合气大量与废气混合并排出气缸而造成浪费,活塞顶做成特殊形状,使新鲜混合气的气流被引向上部,还可以利用新鲜混合气来扫除废气,使排气更干净。

二冲程与四冲程汽油机比较(见表1-4):

表1-4

性结构比质量燃油消耗升功率制造维修成本比质量起动性使用寿命排放

二冲程与四冲程汽油机比较二冲程汽油机

简单小高大低小好短大

四冲程汽油机

复杂大低小高大差长小

理论上二冲程比四冲程汽油机升功率大一倍,但实际上由于排气、换气占去了1/3行程,使作功行程缩短,导致实际单位气缸工作容积的功率只比四冲程汽油机大50%~60%。由于排气行程短,废气排不尽,部分新鲜可燃混合气在扫气时随废气外流,造成燃油消耗率高,经济性差,HC排放增加。同时,由于作功频繁,机械负荷和热负荷大,润滑困难,导致发动机寿命短。因此,二冲程汽油机在现代汽车上较少采用,而被广泛应用于摩托车和微型汽车。

1.2.3二冲程柴油机结构特点与工作原理

1.结构特点

1-活塞出口口

图1-72-进气孔

二冲程柴油机结构3-排气门

4-泵-喷嘴

5-传

7-废气排

9-离心式风机2710-排水12-进水口

13-集流箱

动轮(由柴油机驱动)6-单向离合器

8-排气涡轮叶轮11-增压空气冷却器

图1-7所示为美国GM公司生产的710G3B型二冲程柴油机。在气缸盖上安装有排气门3和泵-喷嘴4,当排气门打开时,排出的废气冲击排气涡轮叶轮8使其旋转,并带动离心式风机9旋转,将空气加压,增压空气经冷却器11,进入集流箱13,再从缸套上的空气进气孔2进入气缸。

2.二冲程柴油机工作原理(图1-7)

(1)第一行程:活塞自下止点向上止点运动,行程开始时,进气孔2和排气门3均开启,利用从离心式风机9压来的空气使气缸换气。活塞继续向上移动,进气孔被遮盖,排气门也关闭,气缸内的空气受到压缩,压力和温度上升。当活塞接近上止点时,高压燃油从泵-喷嘴4喷入气缸并着火燃烧,使气缸内压力急剧升高。

(2)第二冲程:高温高压气体急剧膨胀,推动活塞从上止点向下止点运动,对外作功。活塞接近下止点时,排气门开启,排出的废气冲击涡轮叶轮8使其旋转,并带动离心式风机9旋转,将空气加压,增压空气经冷却器11冷却后,再从缸套上的空气进气孔2进入气缸,进行换气。

二冲程柴油机的工作过程与二冲程汽油机工作过程不同的是:进入柴油机气缸的是纯空气,而不是可燃混合气,而且空气进入气缸前先经过增压,所以二冲程柴油机比二冲程汽油机的经济性好。日本雅马哈发动机公司于1999年3月开发出100km只燃用3升柴油的车用二冲程SD型柴油机。美国GM公司生产的710G3B型二冲程柴油机功率达3060kW,燃油消耗率仅196.4g/kW•h。二冲程柴油机主要应用于内燃机车、低速船用柴油机上。

1.3内燃机分类及型号

1.3.1内燃机的分类

内燃机种类繁多,根据不同特点有不同分类(表1-5)。

表1-5

分类方法按冲程数

分按着火方式分

内燃机的分类

二冲程内燃机四冲程内燃机点燃式内燃机压燃式内燃机液体燃料内燃机气体燃料内燃机多种燃料内燃机

活塞经过两个行程完成一个工作循环的内燃机活塞经过四个行程完成一个工作循环的内燃机压缩气缸内的可燃混合气,并用外源点火燃烧的内燃机压缩气缸内的空气或可燃混合气,产生高温,引起燃料着火

的内燃机

燃烧液体燃料(汽油、柴油、醇类等)的内燃机燃烧气体燃料(液化石油气、天然气等)的内燃机能够使用着火性能差异较大的两种或两种以上燃料的内燃机

按使用燃料种类分

28

按进气状态分按冷却方式分

非增压内燃机增压内燃机水冷式内燃机风冷式内燃机单缸内燃机多缸内燃机立式内燃机卧式内燃机

进入气缸前的空气或可燃混合气未经压缩的内燃机。对于四

冲程内燃机亦称自吸式内燃机

进入气缸前的空气或可燃混合气先经过压气机压缩.藉以增

大充量密度的内燃机

用水冷却气缸和气缸盖等零件的内燃机用空气冷却气缸和气缸盖等零件的内燃机

只有一个气缸的内燃机

具有两个或两个以上气缸的内燃机。

气缸布置于曲轴上方且气缸中心线垂直于水平面的内燃机。

气缸中心线平行于水平面的内燃机。

具有两个或两个以上直立气缸,并呈一列布置的内燃机。具有两个或两列气缸,其中心线夹角呈V形,并共用一根曲

轴输出功率的内燃机(图1-8a)

两个或两列气缸分别排列在同一曲轴的两边呈1800夹角的内

燃机(见图1-8b)

气缸中心线与水平面呈一定角度(不是直角)的内燃机

机械用等内燃机。

按气缸数及布置分

直列式内燃机V形内燃机对置气缸式内燃机斜置式内燃机

按用途分

有汽车用、机车用、拖拉机用、船用、坦克用、摩托车用、发电用、农用、工程

1.3.2内燃机型号

根据国家标准GB725-91规定,我国内燃机型号由以下四个部分组成:

29

型号示例

4100Q——四缸、直列、四冲程、缸径100mm、水冷、汽车用。1E65F——单缸、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型。

12V135ZG——12缸、V型、四冲程、缸径135mm、水冷、增压、工程机械用。

1.4发动机性能指标

评价一台发动机好坏,需要有一批性能指标来衡量。常见的性能指标有动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标和可靠性、耐久性能指标等。1.4.1动力性能指标

1.有效转矩

发动机曲轴输出的平均转矩称为有效转矩,以Te表示,单位为N•m。有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡,可以用发动机台架试验方法测

30

得。

2.平均有效压力

指单位气缸工作容积所输出的有效功,以Pme表示,单位为kPa。平均有效压力越大,动力性能越好。

3.有效功率

发动机曲轴输出的功率称为有效功率,用Pe表示。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。

Pe=Te

式中

Tn2πn

×10−3=e609550

(kW)

Te——有效转距(N•m);

n——曲轴转速(r/min)。

有效功率也可以由下式计算:

P

式中

e

=me

s

ni

30τ

(kW)

Pme——平均有效压力(kPa);Vs——气缸工作容积(m3);n——曲轴转速(r/min);i——气缸数;

τ——冲程系数,二冲程τ=1,四冲程τ=2。

发动机制造厂按国家规定标定的有效功率,称为标定功率。标定功率时的发动机转速称标定转速,发动机名称牌上标明的功率就是标定功率。

标定功率是根据发动机用途、使用特点以及连续运转时间来确定的,各个国家有所不同,我国内燃机功率标定分以下四级(表1-6):

表1-6

大有效功率

在标准环境条件下,内燃机能连续稳定运转1h时的最大

有效功率

在标准环境条件下,内燃机能连续稳定运转12h时的最大

有效功率

在标准环境条件下,内燃机能长期连续稳定运转的最大有

我国内燃机功率标定

15min功率1h功率12h功率持续功率

在标准环境条件下,内燃机能连续稳定运转15min时的最

汽车等工程机械、拖拉

机等部分拖拉机和

电站等铁路机车、船舶

31

效功率和发电机组等

发动机还常用升功率Pc比较不同发动机动力性能,它是指发动机在标定工况下每升气缸工作容积所发出的有效功率。升功率越大,发动机动力性能越好。

Pc=

i

es

(kw/l)

1.4.2经济性能指标

1.燃油消耗率

发动机每发出1kW有效功率,在1h内所消耗的燃油质量(以g为单位),称为燃油消耗率,用be表示。可按下式计算

be=

式中

B

×103Pe

g/(kW•h)

B——发动机每小时消耗的燃油质量(kg/h);Pe——发动机的有效功率(kW)。

2.有效热效率

燃料中所含的热量转变为有效功的比例称为有效热效率,用ηe表示。

η

式中

e

=

WeQ1

We——发动机有效功(kJ);Q1——燃料中所含的热量(kJ)。

当测得发动机有效功率Pe和每小时消耗的燃油质量B时,则

3.6×103Pe

ηe=BHu

3.6×106

ηe=Hu

e

式中Hu——燃料低热值(kJ/kg)。

现代汽车汽油机ηe值一般0.30左右,柴油机0.40左右。1.4.3运转性能指标

发动机的运转性能指标主要指排放指标、噪声、起动性能等。

32

1.排放指标

发动机的排气中含有多种对人体有害的物质,主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、醛类和微粒(含碳烟)等。其主要危害见表1-7。

表1-7

有害排放

CONO2HC光化学烟

雾醛类微粒SO2

有害物特征无色、无臭、有毒气体赤褐色带刺激性的气体

刺激性的气体HC与NOx在阳光作用下所形成的烟雾,有刺激性较强的刺激性臭味

碳烟等无色、刺激性气体

发动机主要有害排放及危害

窒息死亡

伤害心、肝、肾。与光化学反应形成臭氧和醛等破坏造血机能,造成贫血、神经衰弱,降低肺对传染病的抵抗力。与光化学反应形成臭氧和醛等降低大气可见度,伤害眼睛、咽喉,影响植物生

伤害眼睛、上呼吸道、中枢神经

伤害肺组织

刺激鼻喉,引起咳嗽、胸闷,支气管炎等

使人出现恶心、头晕、疲劳等缺氧症状,严重时

1955年9月中的几天里,美国洛杉矶的光化学烟雾非常浓烈,两天之内就有400多名65岁以上的老年人死亡,比平时高出几倍。此外,还有几千人受到不同程度的伤害,地里的蔬菜变质,四分之一的森林干枯而死,那一幕幕惨状至今令人难忘。

目前世界汽车保有量6.6亿辆,每年排向大气中的有害物质高达7亿多吨,严重污染了大气,已形成公害。为此,各国都制定了相应的汽车排放标准,如美国加州汽车排放法规,它是目前世界上最严的标准,规定2004年后生产的汽油轿车排放必须满足表1-8的低排放要求:

表1-8

排放物要求

g/mile(g/km)

美国加州汽车排放法规(2004年实施的标准)

CO3.4(2.11)

NOx0.05(0.03)

甲醛0.0145(0.009)

NMOG0.075(0.047)

注:①用“非甲烷有机气体”NMOG替代了传统的碳氢化合物HC,因为排气中的组合物会随燃

料的改变而改变,而NMOG的不同组成物对环境的影响不同,给予不同的加权后再叠加。②表中指标测试耐久性要求为50000mile。

我国排放标准参照欧洲法规体系,2000年开始执行EUⅠ标准,2003年开始执行EUⅡ标准。

33

2.噪声

噪声是发动机工作时发出的一种声强和频率无一定规律的声音,主要有燃烧噪声和机械噪声。它不仅损害人的听觉器官,还伤害神经系统、心血管系统、消化系统和内分泌系统,容易使人性情烦躁,反应迟钝,甚至耳聋,诱发高血压和神经系统的疾病。汽车是城市主要噪声源之一,发动机又是汽车的主要噪声源,应该给予控制。我国的噪声标准中规定,小型水冷汽油机噪声不大于110dB(A),轿车的噪声不大于82dB(A)。

3.起动性能

起动性能是表征发动机起动难易的指标。发动机起动性能好,便于汽车起步行驶,同时减少了起动时的功率消耗和发动机的磨损。

起动性能一般以一定条件下的起动时间长短来衡量。我国标准规定,不采用特殊的低温起动措施,汽油机在-10℃、柴油机在-5℃以下的气温条件下起动,能在15s以内达到自行运转。1.4.4可靠性与耐久性能指标

可靠性与耐久性也是汽车发动机使用中的两个重要指标。1.可靠性

可靠性是指发动机在规定的运转条件下,具有持续工作,不至因为故障而影响正常运转的能力。一般以保证期内的不停车故障数、停车故障数、更换主要零件和重要零件数等具体指标来衡量。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定,我国汽车发动机应能在标定工况下连续运行300~1000h。

2.耐久性

耐久性是指发动机在规定的运转条件下,长期工作而不大修的性能。一般以发动机从开始使用到第一次大修前累计运转的时间表示。

上述发动机的动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标和可靠性、耐久性等指标,对不同用途的发动机要求是不同的。各项指标之间既相互联系又相互制约,往往为了降低排气污染,而不得不牺牲发动机的动力和经济性能指标。

1.5汽车发动机总体组成

在一个机体上安装一个机构(曲柄连杆机构)和六大系统(换气系统、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统),如表1-9和图1-9所示。柴油机则为五大系统,没有点火系统。

表1-9

发动机总体组成

主要部件

机体、气缸、气缸盖、气缸垫等

机体组件发动机的骨架,支承着发动

34

机的所有零部件

曲柄连杆机构

将活塞顶的燃气压力转变为曲轴的转矩,输出机械能按照发动机要求,定时开闭

换气系统

进、排气门,吸入干净空

气,排除废气

活塞、连杆、曲轴、飞轮等空气滤清器、进排气管系、配气机构(气门组件、凸轮轴、驱动机构)、排气消音

器等

汽油机:汽油箱、输油泵、滤清器、压

燃料供给系统

按照发动机要求,定时、定量供给所需要的燃料

力调节器、各种传感器、电控喷油器、电控单元等;(旧汽油机采用化油器)柴油机:柴油箱、输油泵、滤清器、高

压油泵、调速器、喷油器等

点火系统润滑系统冷却系统起动系统

按规定的时刻,准时点燃汽油机气缸内的可燃混合气润滑、减摩、延长寿命、密封、清洁、冷却、防锈蚀保持发动机在适宜的温度

下工作起动发动机

蓄电池、点火开关、点火线圈组件、传

感器、电控装置、火花塞等油底壳、机油泵、机油滤清器、机油压

力表、机油道等

冷却水泵、风扇、节温器、散热器、冷

却水道等

蓄电池、起动开关、起动马达等

1-凸轮轴气门油器

2-摇臂3-排7-电9-点12-水

4-火花塞5-电控喷

6-燃油滤清器

8-燃油箱11-进气门

动燃油泵调节阀

火线圈组件温传感器14-进气管感器门传感器元(ECU)点火开关起动马达底壳30-连杆

10-燃油压力13-爆振传感器15-进气温度传

17-节气20-控制单

23-25-27-油

18-空气滤清器21-冷却水套

16-节气门

19-空气质量计

22-发动机转速传感器

24-蓄电池26-飞轮

28-机油29-曲轴33-气缸

35

31-曲轴皮带轮

32-传动皮带

34-排气三元催化转化器

本章小结

1.现代汽车发动机基本都采用内燃机。内燃机是将燃料在气缸内燃烧所产生的热能转化为机械能的机器,它具有热效率高、体积小、质量轻、便于移动和起动性好等优点。2.四冲程发动机是活塞在气缸内上、下止点间往复移动四个行程,完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机。按着火方式分为点燃式和压燃式。汽油机采用点燃式,柴油机采用压燃式。

3.衡量汽车发动机性能的主要指标有动力性能指标(有效转矩、有效功率、平均有效压力)、经济性能指标(燃油消耗率、有效热效率)、运转性能指标(排放指标、噪声、起动性能)和可靠性、耐久性能等。发动机铭牌上标明的功率及相应的转速,即为标定功率和标定转速。我国分四级进行功率标定。

4.汽车发动机总体结构由机体组件、曲柄连杆机构、换气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统、点火系统(汽油机)和起动系统所组成。

【复习思考题】

1.名词解释:发动机、内燃机、汽油机、柴油机、二冲程内燃机、四冲程内燃机、点燃式内燃机、压燃式内燃机、非增压内燃机、增压内燃机、直列式内燃机、V形内燃机、斜置式内燃机、上止点、下止点、活塞行程、工作容积、燃烧室容积、气缸总容积、发动机排量、压缩比、示功图、发动机有效转矩、发动机平均有效压力、有效功率、发动机标定功率、发动机标定转速、升功率、15min功率、1h功率、12h功率、持续功率、燃油消耗率、有效热效率。

2.画出四冲程汽油机的结构简图,并说明其工作原理。

3.画出四冲程柴油机的结构简图,并比较其结构和工作原理与四冲程汽油机的异同点。4.四冲程内燃机的压缩行程有什么作用?柴油机与汽油机压缩比为什么有较大不同?5.内燃机功率根据什么原则标定?我国内燃机功率标定分哪四级?

6.发动机排气中的CO、HC、NOx、SO2、醛类和微粒(含碳烟)对人体各会产生什么危害?7.汽车发动机总体结构由哪几大部分组成?

8.某汽油机有4个气缸,气缸直径87.5mm,活塞行程92mm,压缩比为8,试计算其气缸工作容积及发动机总排量。

36

9.已知某四缸四冲程汽油机气缸直径81.0mm,活塞行程86.4mm,以标定转速n=5200r/min运转,功率为72kW,现测得运转34S共消耗200g燃油,求此时的有效转矩、升功率、燃油消耗率、有效热效率?(汽油低热值Hu=44000kJ/kg)

37

范文七:汽车发动机构造与原理 投稿:龙筟筠

第1篇 汽车发动机构造与原理

第1章 发动机基本结构与工作原理

发动机:将其它形式的能量转化为机械能的机器。

内燃机:将燃料在气缸内部燃烧产生的热能直接转化为机械能的动力机械。有活塞式和旋转式两大类。本书所提汽车发动机,如无特殊说明,都是指往复活塞式内燃机。

内燃机特点:单机功率范围大(0.6-16860kW)、热效率高(汽油机略高于0.3,柴油机达0.4左右)、体积小、质量轻、操作简单,便于移动和起动性能好等优点。被广泛应用于汽车、火车、工程机械、拖拉机、发电机、船舶、坦克、排灌机械和众多其它机械的动力。

1.1 四冲程发动机基本结构及工作原理

1.1.1 四冲程汽油机基本结构及工作原理

1.四冲程汽油机基本结构(图1-2)

2.四冲程汽油机基本工作原理(图1-2)

图1-2 四冲程汽油机基本结构简图

1-气缸 2-活塞 3-连杆 4-曲轴 5-气缸盖 6-进气门 7-进气道 8-电控喷油器 9-火花塞 10-排气门

22

表1-1 四冲程汽油机工作过程

3.工作过程分析

(1)四冲程发动机:活塞在上、下止点间往复移动四个行程(相当于曲轴旋转了两周),完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机就称为四冲程发动机。

四个行程中,只有一个行程作功,造成曲轴转速不均匀,工作振动大。所以在曲轴后端安装了一个质量较大的飞轮,作功时飞轮吸收储存能量,其余三个行程则依靠飞轮惯性维持转动。

(2)冲程与活塞行程: 冲程:指发动机的类型;

行程S:指活塞在上、下两个止点之间距离;

气缸工作容积Vs:一个活塞在一个行程中所扫过的容积。

V

s

410

2

6

S

式中 Vs——工作容积(m3);

D——气缸直径(mm); S——活塞行程(mm)。

发动机的排量Vst:一台发动机所有气缸工作容积之和。

V

st

Vsi

式中 Vst——发动机的排量(L);

i——气缸数。

(3)压缩行程的作用

一是提高进入气缸内混合气的压力和温度(压缩终了的气缸内气体压力可达0.6~1.2MPa,温度达600K~700K),为混合气迅速着火燃烧创造条件;

二是可以有效提高发动机的燃烧热效率η。由热力学第一定律

23

1

T2

T1

当混合气被压缩程度提高时,发动机混合气燃烧所达到的最高温度(T1)升高,而排气的温度(T2)降低,导致热效率提高。

1860年,法国人Lenoir(勒努瓦)研制成功的世界第一台内燃机,没有压缩行程,热效率仅4.5%;1876年,德国人奥托(Otto)制造出第一台四冲程内燃机,采用压缩行程,虽然压缩比只有2.5,但热效率却提高到12%,有力地证明了科学是第一生产力这个真理。

压缩比ε:气缸内气体被压缩的程度。



Va

Vc

式中 Va——气缸总容积(活塞处于下止点时,活塞顶部以上的气缸容积);

Vc——气缸燃烧室容积(活塞处于上止点时,活塞顶部以上的容积)。

现代汽油机压缩比一般为7~11,如广州本田雅阁2.4 i-VTEC发动机压缩比为9.7,而3.0V6-VTEC发动机压缩比则为10。

发动机压缩比也不能过高,否则会导致压缩终了温度和压力升高,汽油机产生爆震燃烧(参见4.4),热负荷、机械负荷、噪音和振动加大,起动困难。

可变压缩比(SVC)发动机:能根据发动机工作负荷变化,自动调节压缩比。负荷减少时,使压缩比提高;全负荷时,使压缩比降低。可有效达到防止爆震燃烧,增加功率、降低油耗、减少排放的目的。

当气缸、活塞等磨损,气门不密封时,将导致发动机压缩气体外泄,热效率和功率下降。

4.多缸发动机结构特点

单缸发动机问题:功率小,转速不均匀,工作振动大,现代汽车发动机都是多缸发动机,用得最多的是4缸、6缸、8缸发动机。

多缸发动机结构特点:由多个结构相同的气缸组成,它们共用一个机体,一根曲轴。曲轴的曲柄布置应该使各缸作功行程均匀分布在7200曲轴转角内。如4缸发动机曲轴(图1-3)相邻工作缸的曲柄夹角为1800,曲轴每转1800便有一个气缸作功。

图1-3 4缸发动机曲轴

24

5.示功图

将四冲程发动机在一个工作循环里气缸内气体压力随气缸工作容积或曲轴转角变化的关系以座标图表示,得到图1-4所示的发动机示功图。

由示功图可以看到发动机一个工作循环里工作状态的变化,检查判断发动机性能优劣。发动机特征点参数随机型、结构等有所不同,一般范围如表1-2所示。

表1-2 发动机特征点参数

图1-4 四冲程发动机示功图

注:P-气缸内气体压强(MPa);T-气缸内气体温度(K)

1.1.2 四冲程柴油机结构特点与工作原理

结构特点:没有火花塞,喷油器直接安装在气缸顶向气缸内喷油(图1-5)。

工作原理:进气行程进入气缸的是纯空气,而不是可燃混合气;在压缩行程末,喷油器向气缸喷入高压柴油,由于气缸的高温高压作用,柴油迅速着火燃烧,使气体急剧膨胀,推动活塞作功。其着火方式属于压燃式,而不是汽油机的点燃式。

燃料:柴油,粘度高,不易挥发,自燃点低,不会产生爆燃。为了使柴油可靠着火,提高发动机燃烧热效率,柴油机的压缩比汽油机高得多,一般为16~22,所以其最高燃烧压力也比汽油机

图1-5 四冲程柴油机基本结构简图

25

高,工作也比汽油机粗暴。

柴油机与汽油机比较(表1-3):

表1-3 柴油机与汽油机比较

柴油机的转速也在不断提高,奔驰V230轿车柴油机,最高转速可达6000r/min。

1.2 二冲程发动机结构特点及工作原理

二冲程发动机:指活塞在上、下止点间往复移动两个行程(相当于曲轴旋转3600),完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机。 1.2.1 二冲程汽油机结构特点与工作原理

1.结构特点(图1-6)

没有进、排气门,代之以进、排气孔7和8,由活塞圆柱面控制其开闭。另外还有扫气孔2,扫气时曲轴箱和气缸连通。

2.二冲程汽油机工作原理

(1)第一行程(换气-压缩行程):活塞自下止点向上止点移动,到活塞圆柱面将排气孔8和扫气孔2都关闭时,开始压缩上一循环吸入气缸内的汽油与空气混合气,同时在活塞下面的曲轴箱内形成真空度(曲轴箱是密封的)。当活塞继续上行时,进气孔7打开,新的汽油与空气可燃混合气经进气孔图1-6 二冲程汽油机基本结构 7被吸入活塞下方的曲轴箱内。 1-气缸 2-扫气孔 3-活塞 4-(2)第二行程(作功-换气行程):活塞接近上连杆 5-曲轴箱 6-曲轴 7-进

气孔 8-排气孔 9-火花塞

26

止点时,火花塞点火,点燃被压缩的混合气,高温、高压气体急剧膨胀,推动活塞向下运动,对外作功。当活塞下行关闭进气孔7到露出排气孔8时,气缸开始排气,同时压缩活塞下方的可燃混合气;活塞继续下行到露出扫气孔2时,受到预压的新鲜混合气自扫气孔流入缸内,并扫除废气。

为了防止新鲜混合气大量与废气混合并排出气缸而造成浪费,活塞顶做成特殊形状,使新鲜混合气的气流被引向上部,还可以利用新鲜混合气来扫除废气,使排气更干净。

二冲程与四冲程汽油机比较(见表1-4):

表1-4 二冲程与四冲程汽油机比较

功率大一倍,但实际上由于排气、换气占去了1/3行程,使作功行程缩短,导致实际单位气缸工作容积的功率只比四冲程汽油机大50%~60%。由于排气行程短,废气排不尽,部分新鲜可燃混合气在扫气时随废气外流,造成燃油消耗率高,经济性差,HC排放增加。同时,由于作功频繁,机械负荷和热负荷大,润滑困难,导致发动机寿命短。因此,二冲程汽油机在现代汽车上较少采用,而被广泛应用于摩托车和微型汽车。 1.2.3 二冲程柴油机结构特点与工作原理

1.结构特点

图1-7 二冲程柴油机结构

1-活塞 2-进气孔 3-排气门 4-泵-喷嘴 5-传动轮(由柴油机驱动) 6-单向离合器 7-废气排

27 排水出口 8-排气涡轮叶轮 9-离心式风机 10-口 11-增压空气冷却器 12-进水口 13-集流箱

图1-7所示为美国GM公司生产的710G3B型二冲程柴油机。在气缸盖上安装有排气门3和泵-喷嘴4,当排气门打开时,排出的废气冲击排气涡轮叶轮8使其旋转,并带动离心式风机9旋转,将空气加压,增压空气经冷却器11,进入集流箱13,再从缸套上的空气进气孔2进入气缸。

2.二冲程柴油机工作原理(图1-7)

(1)第一行程:活塞自下止点向上止点运动,行程开始时,进气孔2和排气门3均开启,利用从离心式风机9压来的空气使气缸换气。活塞继续向上移动,进气孔被遮盖,排气门也关闭,气缸内的空气受到压缩,压力和温度上升。当活塞接近上止点时,高压燃油从泵-喷嘴4喷入气缸并着火燃烧,使气缸内压力急剧升高。

(2)第二冲程:高温高压气体急剧膨胀,推动活塞从上止点向下止点运动,对外作功。活塞接近下止点时,排气门开启,排出的废气冲击涡轮叶轮8使其旋转,并带动离心式风机9旋转,将空气加压,增压空气经冷却器11冷却后,再从缸套上的空气进气孔2进入气缸,进行换气。

二冲程柴油机的工作过程与二冲程汽油机工作过程不同的是:进入柴油机气缸的是纯空气,而不是可燃混合气,而且空气进入气缸前先经过增压,所以二冲程柴油机比二冲程汽油机的经济性好。日本雅马哈发动机公司于1999年3月开发出100km只燃用3升柴油的车用二冲程SD型柴油机。美国GM公司生产的710G3B型二冲程柴油机功率达3060kW,燃油消耗率仅196.4g/kW•h。二冲程柴油机主要应用于内燃机车、低速船用柴油机上。

1.3 内燃机分类及型号

1.3.1 内燃机的分类

内燃机种类繁多,根据不同特点有不同分类(表1-5)。

表1-5 内燃机的分类

28

1.3.2 内燃机型号

根据国家标准GB725-91规定,我国内燃机型号由以下四个部分组成:

29

型号示例

4100Q——四缸、直列、四冲程、缸径100mm、水冷、汽车用。 1E65F——单缸、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型。

12V135ZG——12缸、V型、四冲程、缸径135mm、水冷、增压、工程机械用。

1.4 发动机性能指标

评价一台发动机好坏,需要有一批性能指标来衡量。常见的性能指标有动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标和可靠性、耐久性能指标等。 1.4.1 动力性能指标

1.有效转矩

发动机曲轴输出的平均转矩称为有效转矩,以Te表示,单位为N•m。有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡,可以用发动机台架试验方法测

30

得。

2. 平均有效压力

指单位气缸工作容积所输出的有效功,以Pme表示,单位为kPa。平均有效压力越大,动力性能越好。

3.有效功率

发动机曲轴输出的功率称为有效功率,用Pe表示。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。

PeTe

Tn2n

103e (kW) 609550

式中 Te——有效转距(N•m);

n——曲轴转速(r/min)。

有效功率也可以由下式计算:

P

e

me

s

ni

30

(kW)

式中 Pme——平均有效压力(kPa);

Vs——气缸工作容积(m3); n——曲轴转速(r/min); i——气缸数;

τ——冲程系数,二冲程τ=1,四冲程τ=2。

发动机制造厂按国家规定标定的有效功率,称为标定功率。标定功率时的发动机转速称标定转速,发动机名称牌上标明的功率就是标定功率。

标定功率是根据发动机用途、使用特点以及连续运转时间来确定的,各个国家有所不同,我国内燃机功率标定分以下四级(表1-6):

表1-6 我国内燃机功率标定

31

发动机还常用升功率Pc比较不同发动机动力性能,它是指发动机在标定工况下每升气缸工作容积所发出的有效功率。升功率越大,发动机动力性能越好。

Pc

(kw/l) Vi

es

1.4.2 经济性能指标

1.燃油消耗率

发动机每发出1kW有效功率,在1h内所消耗的燃油质量(以g为单位),称为燃油消耗率,用be表示。可按下式计算

be

B

103 g/(kW•h) Pe

式中 B——发动机每小时消耗的燃油质量(kg/h);

Pe——发动机的有效功率(kW)。

2.有效热效率

燃料中所含的热量转变为有效功的比例称为有效热效率,用 ηe表示。

e

We

Q1

式中 We——发动机有效功(kJ);

Q1——燃料中所含的热量(kJ)。

当测得发动机有效功率Pe和每小时消耗的燃油质量B时,则

3.6103PeeBHu

3.6106

或 

eHube

式中 Hu——燃料低热值(kJ/kg)。

现代汽车汽油机ηe值一般0.30左右,柴油机0.40左右。 1.4.3 运转性能指标

发动机的运转性能指标主要指排放指标、噪声、起动性能等。

32

1.排放指标

发动机的排气中含有多种对人体有害的物质,主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、醛类和微粒(含碳烟)等。其主要危害见表1-7。

表1-7 发动机主要有害排放及危害

1955年9月中的几天里,美国洛杉矶的光化学烟雾非常浓烈,两天之内就有400多名65岁以上的老年人死亡,比平时高出几倍。此外,还有几千人受到不同程度的伤害,地里的蔬菜变质,四分之一的森林干枯而死,那一幕幕惨状至今令人难忘。

目前世界汽车保有量6.6亿辆,每年排向大气中的有害物质高达7亿多吨,严重污染了大气,已形成公害。为此,各国都制定了相应的汽车排放标准,如美国加州汽车排放法规,它是目前世界上最严的标准,规定2004年后生产的汽油轿车排放必须满足表1-8的低排放要求:

表1-8 美国加州汽车排放法规(2004年实施的标准)

注:①用“非甲烷有机气体”NMOG替代了传统的碳氢化合物HC,因为排气中的组合物会随燃

料的改变而改变,而NMOG的不同组成物对环境的影响不同,给予不同的加权后再叠加。 ②表中指标测试耐久性要求为50000mile。

我国排放标准参照欧洲法规体系,2000年开始执行EUⅠ标准,2003年开始执行EUⅡ标准。

33

2.噪声

噪声是发动机工作时发出的一种声强和频率无一定规律的声音,主要有燃烧噪声和机械噪声。它不仅损害人的听觉器官,还伤害神经系统、心血管系统、消化系统和内分泌系统,容易使人性情烦躁,反应迟钝,甚至耳聋,诱发高血压和神经系统的疾病。汽车是城市主要噪声源之一,发动机又是汽车的主要噪声源,应该给予控制。我国的噪声标准中规定,小型水冷汽油机噪声不大于110dB(A),轿车的噪声不大于82dB(A)。

3.起动性能

起动性能是表征发动机起动难易的指标。发动机起动性能好,便于汽车起步行驶,同时减少了起动时的功率消耗和发动机的磨损。

起动性能一般以一定条件下的起动时间长短来衡量。我国标准规定,不采用特殊的低温起动措施,汽油机在-10℃、柴油机在-5℃以下的气温条件下起动,能在15s以内达到自行运转。 1.4.4 可靠性与耐久性能指标

可靠性与耐久性也是汽车发动机使用中的两个重要指标。 1.可靠性

可靠性是指发动机在规定的运转条件下,具有持续工作,不至因为故障而影响正常运转的能力。一般以保证期内的不停车故障数、停车故障数、更换主要零件和重要零件数等具体指标来衡量。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定,我国汽车发动机应能在标定工况下连续运行300~1000h。

2.耐久性

耐久性是指发动机在规定的运转条件下,长期工作而不大修的性能。一般以发动机从开始使用到第一次大修前累计运转的时间表示。

上述发动机的动力性能指标、经济性能指标、运转性能指标和可靠性、耐久性等指标,对不同用途的发动机要求是不同的。各项指标之间既相互联系又相互制约,往往为了降低排气污染,而不得不牺牲发动机的动力和经济性能指标。

1.5 汽车发动机总体组成

在一个机体上安装一个机构(曲柄连杆机构)和六大系统(换气系统、燃料供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统和起动系统),如表1-9和图1-9所示。柴油机则为五大系统,没有点火系统。

表1-9 发动机总体组成

34

1-凸轮轴 2-摇臂 3 -排气

门 4-火花塞 5-电控喷油

器 6-燃油滤清器 7-电动

燃油泵 8-燃油箱 9-点火

线圈组件 10-燃油压力调

节阀 11-进气门 12-水温

传感器 13-爆振传感器

14-进气管 15-进气温度传

感器 16-节气门 17-节气

门传感器 18-空气滤清器

19-空气质量计 20-控制单

元(ECU) 21-冷却水套

22-发动机转速传感器 23-

点火开关 24-蓄电池 25-

起动马达 26-飞轮 27-油底壳 28-机油 29-曲轴 30-连杆 31-曲轴皮带轮 32-传动皮带 33-气缸 34-排气三元催化转化器

35

本章小结

1.现代汽车发动机基本都采用内燃机。内燃机是将燃料在气缸内燃烧所产生的热能转化为机械能的机器,它具有热效率高、体积小、质量轻、便于移动和起动性好等优点。 2.四冲程发动机是活塞在气缸内上、下止点间往复移动四个行程,完成进气、压缩、作功、排气一个工作循环的发动机。按着火方式分为点燃式和压燃式。汽油机采用点燃式,柴油机采用压燃式。

3.衡量汽车发动机性能的主要指标有动力性能指标(有效转矩、有效功率、平均有效压力)、经济性能指标(燃油消耗率、有效热效率)、运转性能指标(排放指标、噪声、起动性能)和可靠性、耐久性能等。发动机铭牌上标明的功率及相应的转速,即为标定功率和标定转速。我国分四级进行功率标定。

4.汽车发动机总体结构由机体组件、曲柄连杆机构、换气系统、燃油系统、润滑系统、冷却系统、点火系统(汽油机)和起动系统所组成。

【复习思考题】

1.名词解释:发动机、内燃机、汽油机、柴油机、二冲程内燃机、四冲程内燃机、点燃式内燃机、压燃式内燃机、非增压内燃机、增压内燃机、直列式内燃机、V形内燃机、斜置式内燃机、上止点、下止点、活塞行程、工作容积、燃烧室容积、气缸总容积、发动机排量、压缩比、示功图、发动机有效转矩、发动机平均有效压力、有效功率、发动机标定功率、发动机标定转速、升功率、15min功率、1h功率、12 h功率、持续功率、燃油消耗率、有效热效率。

2.画出四冲程汽油机的结构简图,并说明其工作原理。

3.画出四冲程柴油机的结构简图,并比较其结构和工作原理与四冲程汽油机的异同点。 4.四冲程内燃机的压缩行程有什么作用?柴油机与汽油机压缩比为什么有较大不同? 5.内燃机功率根据什么原则标定?我国内燃机功率标定分哪四级?

6.发动机排气中的CO、HC、NOx、SO2、醛类和微粒(含碳烟)对人体各会产生什么危害? 7.汽车发动机总体结构由哪几大部分组成?

8.某汽油机有4个气缸,气缸直径87.5mm,活塞行程92mm,压缩比为8,试计算其气缸工作容积及发动机总排量。

9.已知某四缸四冲程汽油机气缸直径81.0mm,活塞行程86.4mm,以标定转速n=5200r/min

36

运转,功率为72kW,现测得运转34S共消耗200g燃油,求此时的有效转矩、升功率、燃油消耗率、有效热效率?(汽油低热值Hu=44000kJ/kg)

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范文八:柴油发动机构造原理 投稿:贺蚵蚶

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柴油发动机构造

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柴油发动机工作原理介绍

一、柴油发动机 一、柴油

柴油机是内燃机的一种,将柴油喷射到汽缸内与空气混合,燃烧 得到热能转变为机械能的热力发动机,即依靠燃料燃烧时的燃气 膨胀推动活塞作直线运动,通过曲柄连杆机构使曲轴旋转,从而 输出机械功。

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柴油发动机工作原理介绍 二、总体结构

柴油机总体结构一般由以下几大系统或机构组成: 机体作功系统 燃油系统 进排气系统 冷却系统 润滑系统 电器操作系统 由于汽缸数、汽缸排列和冷却方式等不同,因此各种机型结构上 略有差异。

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柴油发动机外观结构介绍

缸盖 排烟出口 风扇 预热装置 充电机 空滤

散热器

启动电机 水滤

机滤

增压器

油底壳

废气管

柴滤 ECU 输油泵

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柴油发动机工作原理介绍 四、工作原理

一、常用名词 1、活塞冲程:上、下止点的最小直线距离称为活塞 冲程(或行程)。 2、工作循环:内燃机中热能与机械能的转化是通过活 塞在汽缸内工作,连续进行进气、压缩、膨胀、排气四个过程来 完成的。机器每进行这样一个过程称为一个工作循环。 3、上、下止点:活塞在汽缸中移动时,活塞在汽缸中 的最高位置称为上止点;活塞在汽缸中的最低位置称为下止点。

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柴油发动机工作原理介绍 四、工作原理

二、四冲程

a、进气冲程 c、膨胀冲程 b、压缩冲程 d、排气冲程

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柴油发动机工作原理介绍 四、工作原理

三、四冲程工作过程

进气冲程:活塞从上止点向下止点移动,目的是吸入新鲜空气为燃烧作 好准备, 此时进气门打开,排气门关闭。活塞到达下止点时进气门关闭, 进气冲程结束。

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柴油发动机工作原理介绍 四、工作原理

三、四冲程工作过程

压缩冲程:活塞从下止点向上止点移动,此时上下气门关闭,气缸内空 气受压缩温度、压力提高,为燃烧提供条件,活塞到达上止点时压缩冲程结 束。

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柴油发动机工作原理介绍

四、工作原理

三、四冲程工作过程

膨胀(作功)冲程:在压缩冲程结束前,喷油器将燃油喷入气 缸,与空气混合形成可燃气体并自燃,产生高温、高压推动活塞 向下止点运动并带动曲轴旋转而作功,活塞到达下止点时,气缸 内压力下降,直至排气门打开。

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柴油发动机工作原理介绍

四、工作原理

三、四冲程工作过程

排气冲程:作功结束后,气缸内的气体已成为废气,活塞从下止 点向上止点运动,排气门打开,进气门关闭,活塞将废气排除气 缸,到达上止时,排气冲程结束。排气冲程结束后,排气门闭, 进气门又打开,重复进行下一个循环,周而复始不断对外作

功。

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柴油发动机工作原理介绍 五、机体作功系统 五、

作用

发动机的机体,是发动机各系统、机构工作和装配的基础,承 受发动机的各种负荷。

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柴油发动机工作原理介绍 五、机体作功系统 五、

组成(1)

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柴油发动机工作原理介绍 五、机体作功系统 五、

组成(2)

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柴油发动机工作原理介绍 五、机体作功系统 五、

组成(3)

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柴油发动机内部结构

组成(4)

泵喷嘴 活塞 活塞环 连杆

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柴油发动机内部结构

组成(5)

正时齿轮 增压器 气门摇臂 凸轮轴

活塞环 活塞 中间齿轮 飞轮 连杆 曲轴齿轮 曲轴 气门顶杆 气门导管

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柴油发动机工作原理介绍 五、机体作功系统 五、

组成(6)

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柴油发动机工作原理介绍

六、燃油系统 六、

作用 按照柴油机工作过程的需要,将一定数量的柴油,在一定的时间内 以一定的压力使柴油雾化喷入汽缸,与压缩空气形成均匀的可燃混 合气而燃烧。 组成 油箱、输油泵、滤清器、喷油泵、喷油器

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柴油发动机工作原理介绍

六、燃油系统 六、

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柴油发动机工作原理介绍

六、燃油系统 六、

调速器的功用与类型: 功用:柴油发电机组工作时,其负载是变化的,这就要求发电机组输出的 功率也要有相应的增加或减少。此外,供电的频率是要求稳定,这就需 要柴油机工作时的转速保持稳定。因此一般柴油机都装有调速器。 类型:调速器按其工作原理可分为:离心式、气动式、液压式。常见的是 离心式。

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柴油发动机工作原理介绍

六、燃油系统 六、

喷油泵的功用与类型: 功用:将柴油按发动机功况定时定量喷射到汽缸内与空气混合燃烧 类型:直列泵、转子泵、单体泵、PT泵

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柴油发动机工作原理介绍

燃油系统

喷油器位置

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柴油发动机工作原理介绍

燃油系统

喷油器结构

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柴油发动机工作原理介绍

五、燃油系统 五、

喷油器工作原理

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柴油发动机工作原理介绍 七、冷却系统

作用 将承受高热机件的热量散到大气中去。 组成 水泵、散热器(水箱)、风扇、分水管、机体、缸盖内的 水套、恒温阀。

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柴油发动机工作原理介绍 七、冷却系统

冷却系 统示意图

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柴油发动机工作原理介绍 七、冷却系统

冷却水中冷管路图

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柴油发动机工作原理介绍 七、冷却系统

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柴油发动机工作原理介绍 八、润滑系统

作用

将润滑油供给运动见的摩擦表面以减少磨擦阻力,减轻 机件的磨损,并部分地冷却磨擦零件;清洁和冷却磨擦表面;提 高活塞环和汽缸壁间的密封性能;对所有运动件起防锈作用。

组成

滑油泵、滑油滤清装置、滑油冷

却装置、滑油管路

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柴油发动机工作原理介绍 八、润滑系统

润滑系统

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柴油发动机工作原理介绍 九、进排气系统 九、

作用

通过配气机构实现进气和排气过程,使新鲜空气及 时充入气缸并及时从气缸中排出废气。

组成

气门组件、气门传动组件

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柴油发动机工作原理介绍 九、进排气系统 九、

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柴油发动机工作原理介绍 九、进排气系统 九、

进气增压系统 废气涡论增压是利用柴油机排出的废气能量来驱动增压器,将 空气压缩后再输送入气缸。 增压的目的是增加进入气缸的空气量,在柴油机容积不变的情况 下增加气缸内的空气密度,使柴油机能燃烧更多的柴油以提高其 输出功率,这是最经济最有效的方法。

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柴油发动机工作原理介绍 九、进排气系统 九、

中间冷却器

废气涡轮增压器的主要性能指标是空气压力的升高比πk,当>1.8 时 就采用中冷器。以降低压气机出口的空气温度,使进入汽缸 的空气密度增大。

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柴油发动机工作原理介绍 九、进排气系统 九、

进气中冷器

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柴油发动机工作原理介绍 九、进排气系统 九、

排气系统

绝热包扎 消音器 排烟管吊码

弹性吊码 密封夹板

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柴油发动机工作原理介绍 十、电器操作系统

作用

控制发动机启动/喷油、蓄电池充电、发动机停机 起动马达起动同时,电磁阀将调速器油门拉到适当位置,向气缸供 油燃烧,使气缸着火转动。

组成

起动马达、电子调速机构(如果有)、充电发电机、蓄电池、燃 油开启或关闭电磁阀

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柴油发动机调速系统

调速控制系统的功用与类型: 功用:柴油发电机组工作时,其负载是变化的,这就要求发电 机组输出的功率也要有相应的增加或减少。此外,供电 的频率是要求稳定,这就需要柴油机工作时的转速保持 稳定。因此柴油机都装有调速器。 类型:调速控制系统按其工作原理可分为:机械式,电子式,电喷式

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柴油发动机电喷系统

Volvo Interface Units

• J1708/1587 • CAN J1939

Diagnostics Control, monitoring and diagnostics

Display Unit (DU) Optional

J1708/1587 J1708/1587 CAN J1939 CAN J1939 Bat Bat + Bat. switched

Customer d CAN interf

Bus interface connector Deutsch 8 pole

Stop

Peter von Braun,

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柴油发动机工作原理介绍 十、电器操作系统

启动马达结构

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柴油发动机启动系统

启动方法:1、人力启动; 2、电动机启动;3、压缩空气启动 电动机启动:广泛用于各种柴油机,用铅酸蓄电池作电源,由直流电动机 拖动发动机的曲轴旋转,将发动机发动起来,为保证启动可靠,延长电池 的寿命,每次启动通电时间不得超过15s,连续启动不得超过3次。 电磁线圈及保持

线圈通电,铁心移动带动驱动杆摆动,使启动机的齿轮与 飞轮齿圈啮合,铁心继续移动接通直流电动机电路开始运转工作,直至柴 油机启动

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柴油发动机工作原理介绍 十、电器操作系统

充电系统 电启动的发动机一般都有充电设备,以供蓄电池放电后能及时补 充充电。

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柴油发动机充电发电机

电启动的发动机一般都有充电设备,以供蓄电池放电后能及时补 充充电。 充电设备:充电机、调节器

范文九:汽油发动机管理系统喷油器结构与原理 投稿:龚瓁瓂

汽油发动机管理系统 喷油器结构与原理

一,汽油机原理 1,汽油机的发展过程 2,汽油机工作原理 3,汽油机的排放

4,化油器式汽油机的缺陷

二,汽油发动机管理系统原理和发展过程 三,汽油发动机喷油器结构与性能 1,进油 2,驱动

(1)电磁作用

(2)喷油器运动件的运动过程 3,喷油

(1)喷油器的开启和关闭 (2)喷油器流量 (3)油束的方向和形状 (4)雾化 4,密封性

四,喷油器发展动向 1,小型化 2,高压直喷 3,多燃料

一,汽油机原理

1,汽油机的发展过程

汽车的动力装置有汽油发动机、柴油发动机、气体燃料发动机、电动机以及燃气轮机。(其中也包括混合型动力装置,如两用燃料、混合动力。)

由于汽油机有着一系列的优点,在汽车动力装置中汽油机应用的比例相当高。在非机动车领域,汽油机也有着广泛的应用,如用于农业机械、园林机械、小型发电机组、船舶等。

德国人戴姆勒和迈巴赫在1883年发明了一种四冲程往复式结构的汽油机,采用化油器供油,白炽灯点火。由此,汽油机不断发展改进,并被采用到各种机械上。在一些领域中,汽油机是重要的动力设备。

我国直到20世纪30年代才开始生产汽油机。20世纪50年代以后,随着我国汽车工业的发展,我国的汽油机生产得到了迅速的发展,在我国的经济和社会生活中发挥了,并正在发挥着重要的作用。

2,汽油机工作原理

汽油机工作时,活塞在气缸内往复运动。如果是四冲程汽油机,它有进气、压缩、作功和排气四个行程。汽油以适当方式(在进气道中或气缸燃烧室中)同空气混合,于压缩行程结束前被火花塞点燃,引发燃烧,推动活塞运动,从而对外作功。

3,汽油机的排放

汽油是多种碳氢化合物的混合。实际吸入发动机的空气量和燃油量的比值称为空燃比。汽油的化学计量空燃比为14.7, 称为理论空燃比(见图1)。

汽油燃烧时和氧作用产生二氧化碳和水蒸气。从理论上讲,进入汽油机燃烧室的混合气油气比例为理论空燃比时,燃烧产生的气体应该只有二氧化碳和水蒸气。

汽油机工作时,汽油在气缸的燃烧几乎不可能达到完全充分。相当长时期里,汽油机是由化油器供给汽油并进行油气混合(见图2), 由于它的物理特性的局限,燃油不可能按要求的量提供,汽油机的燃烧难以完全充分。长期以来,汽油机排出的有害气体无法得到有效的

控制。随着汽车保有量的上升,汽车排放污染的影响越来越严重。

汽油机排放的副产品主要有一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物等。

一氧化碳(CO)是碳氢化合物未充分氧化的产物。它无色无味,能破坏人体血液吸收氧的功能。

碳氢化合物(HC)包括了残余未燃烧的碳氢化合物以及燃烧过程中新合成的碳氢化合物。这种物质对人体健康有危害。

氮氧化合物(NOX)是高温燃烧时,氧和氮反应生成。它对人体健康有危害。

进气处于理论空燃比位置时,汽油机排出的有害气体能处于较低水平(见图3)。因此,人们把治理汽油机排放污染的注意力首先集中到如何控制空燃比上。

HC NOx (ppm)

50004500400035003000250020001500100050008

9

10

11

12

13

14

15

16空燃比

17

18

19

20

21

22

23

24

454035302520151050

CO (%)

图3 排放与空燃比的关系

二氧化碳是汽油和空气中的氧燃烧的生成物,通常它未被列入排放有害物。但由于它被认为是“温室效应”的制造者,对于它的排放应该引起足够的重视。

4,化油器式汽油机的缺陷

汽油机气缸内的燃烧是由空气和汽油混合形成的可燃混合气,经火花塞点火而产生的。

化油器式汽油机已经存在了一百多年。流体有一个重要的特性,

流速加快,静压力变小(伯努利原理)。化油器就是依靠进气管喉管处进气速度加快,形成负压而将浮子室中的汽油吸出(见图2)。

随着对汽油机要求的提高,化油器的缺陷日益明显。 (1)燃烧不完全

汽油机性能与空燃比有着密切的关系。然而,化油器的物理特性难以按理论空燃比提供汽油。

(2)各缸进气不均匀

在多缸汽油机上,从化油器到各个气缸的路径是不一样的,因而,进到各个气缸的混合气的浓度和燃油组分是不一样的。这样,各个缸不可能同时达到同样的性能指标。

(3)喉管降低进气效率

化油器喉管截面收缩,引起进气阻力增加,进气效率降低。 针对这些缺陷人们不断对化油器进行改进。但是,从上世纪50年代开始,随着人们对环境保护的重视,在汽油机上起了至关重要作用的化油器面临了越来越严峻的形势,在汽车上应用汽油喷射技术也日益受到了人们的关注。

二,汽油发动机管理系统原理和发展过程

1,汽油发动机管理系统发展过程

20世纪30年代起,在航空发动机上就开始研究采用汽油喷射。

二次大战后汽油喷射已用于军用飞机的发动机上。最早在车用发动机 上采用汽油喷射的是Goliath和Gutbrod两个公司(1950至1953年间),以及Benz公司(1957年)。当时,这些汽油喷射系统只能是机械式的。

1953年,Bendix公司开始开发电控汽油喷油器,于1957年公开发表。Bendix的喷油器当时曾用在Chrysler的汽车上。

当时,在航空发动机上采用汽油喷射是为了解决浮子室式化油器不适应飞机多种姿态的要求,以及排除化油器结冰的故障。而在车用发动机上采用也只是为了提高功率和过渡响应性。只是在上世纪50年代末60年代初,美国等国家对汽车排放控制开始重视后,汽油喷射由于能精确控制空燃比,才日益受到关注。

1962年,Bosch开始研制电控汽油喷射系统。1967年Bosch公司发布了第一个电子控制汽油喷射系统——D—Jetronic, 并投入了应用,取得了成功。以后,Bosch公司又陆续开发了

K---Jetronic系统, L—Jetronic系统, LH---Jetronic系统, KE---Jetronic系统, 以及 Mono—Jetronic;

1979年,Bosch公司推出了将汽油喷射系统和点火系统整合在一起,形成了汽油发动机管理系统(EMS):

Motronic系统,

这也就是说汽油发动机管理系统包含了汽油喷射系统和点火系统。在本文中,如果在论述喷油器时不涉及点火功能,对系统称为汽油喷射系统。

近年来,Bosch公司又在M—Motronic系统中加入了电子节气门体控制(ETC),形成了

ME—Motronic系统;

近来,Bosch公司又推出

MED—Motronic系统,

把汽油直接喷射(GDI),电子点火和ETC整合在一起。

2,汽油喷射系统的基本原理

发动机及汽车的负荷、进气量、速度、温度等参数经传感器采集输送到控制器,控制器计算后输出讯号到喷油器,喷油器按控制器的要求实施喷油(见图4)。

图4--1 汽油发动机管理系统构成简图

图4--2 汽油喷射系统示意图

三,汽油发动机喷油器结构与性能

汽油喷射系统中喷油器是执行部件,起着至关重要的作用。Bosch公司的EV1喷油器,在市场上长期占居领先地位,受到用户的广泛好评。1990年代,Bosch公司研制成功EV6喷油器,逐步取代了EV1喷油器。随着汽油机缸内喷射系统(GDI)的问世和发展,Bosch公司的HDEV喷油器不断发展和完善,已成为新一代极具发展潜力的产品。

汽油喷射系统的燃油泵将燃油输送到喷油器,喷油器接受到控制器脉冲讯号在线圈中产生电磁力,在电磁力作用下喷油器开启,实现喷油。由于汽油机工作转速达每分钟几千转,喷油器的喷油时间是以

毫秒计,汽油机喷油器实质上是一种高频电磁阀。

汽油机喷油器的典型结构可见图5。

1,进油

喷油器进油可以从喷油器顶部(见图5),也可从侧面(见图6)或者从底部进入。侧面以及底部进油的喷油器进油面积大,结构略为复杂一些。它的进油量比喷油量大得多,进油充沛,喷射器内腔压力波动小,喷油较稳定。这种喷油器适用于大流量喷油器。

现有的顶部进油喷油器,燃油进入喷油器后向下直线状流向喷孔。工作过程中如有气泡产生,气泡易于向上运动而排出喷油器外。而对于燃油非直线状流动(如侧面进油)的喷油器,气泡不易排出,易形成气阻而影响喷油。

进油通道相关零件的内腔应光整无毛刺,这些零件的材料及工艺按排应严格保证这一要求的实现。进油口应安装滤芯或滤网,以保证外界的颗粒不进入喷油器内腔。

2,驱动

喷油器工作时,针阀应准时而迅速开启,准时而迅速关闭,即应具有良好的高频响应性能。影响高频响应性能的喷油器零件有线圈、磁路零件(包挂括运动件)及弹簧。

(1)电磁作用

线圈接收到讯号后即产生电流,在磁路中产生电磁场。喷油器内腔运动件和限位件之间有一间隙,在电磁力作用下运动件向限位件方 向运动,直止接触限位件。按控制器输出脉冲讯号宽度运动件保持在

图5 汽油机喷油器典型结构

图6 侧面进油喷油器

最大升程位置。控制器讯号消失,电磁力即消失,运动件在弹簧作用下返回原位。

产生电磁力的线圈和磁路零件是喷油器的重要零部件,应十分重视。

线圈有低阻抗和高阻抗两种。为获得较小的喷油器体积,大多采用高阻抗线圈。

线圈通电后产生磁场,合适的磁路零件能将磁力线加强。磁路零

图7 喷油器磁路(图中红线为磁力线路径)

件应选用软磁材料,并进行真空退火处理,以降低矫顽力。相互结合的磁路零件的结合面应尽可能紧密贴合无间隙,以免磁力线在两者结合面间的空气隙中产生损耗。有些喷油器的壳体同线圈中间的零件一

起形成磁路。

运动件动态特性对喷油器的性能至关重要。运动件的受力状况可见图8。影响喷油器高频响应性能的因素有喷油器的驱动力(电磁力)和阻力(电磁矫顽力、弹簧力、摩擦力、油压力以及运动件的惯性力)。运动件的质量很大程度上影响了喷油器的动态特性。

图8 运动件受力图

(2)喷油器运动件的运动过程

喷油器运动件运动过程见图9。图中上方为ECU脉冲讯号,下

方为运动件升起随时间的变化过程。从图9可见运动件开启和关闭相对于ECU讯号存在延迟,这一现象影响了喷油器的动态流量。

图9 运动件开启和关闭过程

3,喷油

(1)喷油器的开启和关闭

喷油器运动件升起后,喷油开始。运动件升程的值应在一定的精度内,以保证喷油流量的精度。运动件开始升起时,开启的最小流通截面发生在两个密封件的密封面之间。随着运动件的升起,这一流通截面随之增大,直至喷孔成为最小流通截面(可参见图14)。运动件

升程应足够大,以保证喷孔成为最小流通截面,但不宜太大,以免影响动态性能。

磁路中设置了一个间隙,它的值即为运动件的升程。这个间隙两边的平面应平整,工作过程中磨损应很微小。这两个平面常在精加工后进行表面硬化。

运动件升程的调整是喷油器装配工艺的一个难点。通常,用垫片调整取得所需要的喷油器升程。

喷油孔口对喷油流量,油束的形状和方向,雾化等性能有很大的影响。孔口的形状应规整,孔口方向应正确,孔口应无毛刺。

(2)喷油器流量

喷油器的静态流量是研究计算喷油器流量特性的基础。喷油器静态流量qst同(最小)流通截面(A)和压力(P)有关。如前所述,应保证最小流通截面在喷孔处。为保证喷油器流量的稳定,喷油器进油口和喷孔处工作压力之差应保持恒定;喷孔孔口尺寸应精准,并应无毛刺。

静态流量是动态流量的基础,这就是说,流通截面和压力同样影响着动态流量。

喷油器动态流量的变化取决于ECU脉冲讯号的脉宽。与高频响应特性也影响动态流量以及它的线性和稳定性。

汽油机喷油器实质上是一个高频电磁阀,要求具有良好的高频响应特性。这一特性一般用开启时间ton和关闭时间toff表征(见图9)。

图10 喷油动态流量的线性

图中上方为以+/-5%的上下限度衡量,在图下方标出

的动态流量范围(DFR)。

影响高频响应特性的因素主要有驱动力(电磁力)和阻力(弹簧力、运动件惯性力、摩擦力、油压力以及电磁矫顽力)。运动件惯性力与运动件质量有关,减轻运动件质量有利于提高高频响应特性。 研究ECU脉冲讯号、线圈电流、电磁场、针阀运动和喷油之间的关系,可以了解喷油器动态特性的来由。喷油器的动态特性影响流量的线性,流量保持线性的范围称为动态流量范围DFR(见图10)。动态流量范围的大小反映了动态特性的优劣。

(3)油束的方向和形状

进气道喷射(PFI)喷油器喷射油束的中心线应指向进气阀的中心(见图11)。从图可见,油束中心线射向进气阀中心。进气阀开启,油气的混合气即进入气缸。

图11 喷油油束的方向

图11--1 喷油油束(进气道喷射)同进

气阀的相对位置

图11--2 喷油油束在发动机上的位置(图为进气道喷射)

不同发动机对于喷油油束的形状有不同的要求。喷油器头部不同的结构能产生不同锥角和分叉的油束。

油束形状(见图12)有:

锥形喷射(见图12之b)

笔式喷射(见图12之a)

双束喷射(见图12之c)

斜向喷射(见图12之d)

单个油束的油束夹角与喷孔尺寸、喷射压差、燃油密度、燃油黏度等因素有关。

图12 油束形状

(4)雾化

发动机工作时,燃油的雾化质量对于发动机性能影响很大。 对于进气道喷射,汽油与空气混合的理想状态是: 汽油在进气道中已充分汽化并混合,进气门打开后进入气缸,燃烧开始时,汽油完全汽化。

汽油汽化的程度与喷雾中液滴尺寸、液滴密度分布有关。因此,

对雾化机理的研究有着十分重要的价值。但是,雾化机理十分复杂,对它的研究难度很大。

燃油喷射后能生成细小的油滴群,这样,汽油油滴蒸发气化面积得以增加燃烧率得到提高。 例如,3mm的油滴雾化成0.03mm,燃烧率可增加10,000倍。因此,对雾化的研究十分重要。 但是,雾化的机理十分复杂。至今,大多还是用试验的方法,定性的分析解决工程应用的实际要求。油滴细化程度大致与喷射压差、喷孔面积、喷油率、空气密度、燃料密度、燃料黏度等因素有关。

常用Sauter平均直径(SMD)表示整个油滴群的细化程度。

图13 喷油器喷射的油束及雾化

4, 密封性

喷油器关闭时必须将泄漏量控制在十分低的水平。泄漏量常用一定压力下单位时间内泄漏值表征。

不同的喷油器采用了不同的密封形式。

图14 锥面—锥面密封形式

密封形式:球面—锥面(球面可由球或半球形成。可见图7)

锥面---锥面(见图14)

平面---平面(见图15)

不同的密封形式的特性各有优劣,密封的性能也不同。密封面的硬度和几何精度,以及喷油器内腔残留的固体颗粒物极大地影响着密封性。密封面材料应有足够的硬度,密封面的几何精度应足够高。喷油器内腔应十分干净,残留的固体颗粒物对于密封性影响很大。严重

的泄漏甚至会损坏发动机。喷油器的密封性测试应十分严格,以确保发动机正常工作。

图15 平面—平面密封形式

密封形式除了常见的在内腔压紧密封---向内腔运动开启的内开式外,还有向外开启的外开式,它在早期的喷油器以及要求较低的场合有一些应用。

四,喷油器发展动向

面对社会和经济的迅速发展,汽油机对发动机管理系统及喷油器

不断提出新的,越来越高的要求。喷油器的技术也在不断发展。目前,汽油机喷油器发展动向主要有:

1,小形化;

2,高压直喷;

3,多种燃料。

图16 汽油机缸内直喷简图

从右图可以看到油束喷注的路径。

范文十:汽车构造论文:汽车发动机的工作原理和总体构造 投稿:陆阼阽

科技信息

专题论述

汽车发动机的工作原理和总体构造

菏泽安源黄河水利工程维修养护有限公司第四分公司

陈惠民

[摘要]汽车是由发动机,底盘,车身以及电器与电子设备四大部分组成。发动机是汽车的动力装置,它将燃料燃烧产生的热能转变为机械能,人们通常把发动机比作汽车的心脏,由此可见发动机在整个汽车中的重要性。[关键词]发动机工作原理结构

汽车自19世纪末诞生至今100余年期间,汽车工业从无到有,以

惊人的速度发展,写下了人类近代文明史上的重要篇章。汽车是数量最

多、

最普及、应用范围最广、运输量最大的现代化陆地交通工具。目前,全世界有几亿辆汽车在陆地上行驶,并且以每年几千万辆的速度增长。可以断言,没有哪种机械产品像汽车那样对人类社会产生如此广泛深远的影响。

一、发动机的分类

发动机是将自然界某种能量直接转化为机械能并拖动某些机械进

行工作的机器。

将热能转化为机械能的发动机称为热力发动机,内燃机是热力发动机的一种,其特点是燃料或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能,然后转变为机械能。内燃机广泛用于飞

机、

船舶以及汽车、拖拉机、坦克等各种车辆上。但内燃机要使用石油燃料且排出的气体中有害气体成分较高。为解决能源和大气污染问题,目前国内外正致力于排气净化以及其它新能源发动机的研究开发工作。

根据车用内燃机将热能转换为机械能的主要构件形式不同,可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式不同分为往复活塞式和旋转活塞式两种,往复活塞式内燃机在汽车上应用最

为广泛。汽车发动机(指汽车用活塞发动机)可以根据不同的特征分类:1、按着火方式分:可分为压燃式和点燃式发动机。压燃式发动机为压缩气缸内的空气或可燃混合气,产生高温,引起燃料着火的内燃机;点燃式发动机是将压缩气缸内的可燃混合气,用点火器点火燃烧的内燃机。

2、按使用燃料分类:可分为汽油机、柴油机、气体燃料发动机、煤气机、液化石油气发动机及多种燃料发动机等。3、按冷却方式分:可分为水冷式、风冷式发动机。以水或冷却液为冷却介质的称为水冷式发动机;以空气为冷却介质的称为风冷式发动机。

4、按进气状态分:可分为非增压和增压发动机。非增压发动机为进入气缸前的空气或可燃混合气未经压气机压缩的发动机,仅带扫气泵而不带增压器的二冲程发动机亦属此类;增压发动机为进入气缸前的空气或可燃混合气已经在压气机内压缩,以增大充气密度的发动机。

5、按冲程数分类:可分为二冲程和四冲程发动机。在发动机内,每一次将热能转变为机械能,都必须经过吸入新鲜充量(空气或可燃混合

气)

、压缩(当新鲜充量为空气时还要输入燃料),使之发火燃烧而膨胀做功,然后将生成的废气排出气缸这样一系列连续过程为一个工作循

环。

对于往复活塞式发动机,可以根据每一工作循环所需活塞行程数来分类。凡活塞往复四个单程(曲轴旋转两转)完成一个工作循环的称为四冲程发动机;活塞往复两个单程(曲轴旋转一转)完成一个工作循环的称为二冲程发动机。

6、按气缸数及分布分类:仅有一个气缸的称为单缸发动机,有两个以上气缸的称为多缸发动机;根据气缸中心线与水平面垂直、呈一定角度和平行的发动机,分别称为立式、斜置式和卧式发动机;根据气缸排

列方式又可分为直列式、

对置式和V形发动机等。二、四冲程发动机的工作原理

这里以四冲程汽油机为例来介绍发动机的工作原理。四冲程发动机的工作循环包括四个活塞行程,即进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程(做功冲程)和排气冲程。发动机的转动是靠气缸里的活塞来回运动来完成

的。当活塞开始向下运动时,

排气门关闭,进气门打开吸进已在进气道内混合好的燃油混合气,活塞运动到下止点时,进气门关闭。这一过程就是进气冲程。曲轴推动活塞向上运动压缩气缸里的混合气体。活塞由下止点运行到上止点,这时变成了高温高压的混合气体。这就是压缩冲程。压缩冲程是使吸入的混合气能迅速燃烧,以产生较大的压力,从而

使发动机发出较大功率。

活塞接近上止点时,装在气缸体上的火花塞发出电火花,点燃被压缩的可燃气体,高温高压的混合气体点燃以后迅速膨胀,推动活塞向下运动。这就是做功冲程。

膨胀终了时排气门打开,靠废气压力进行自由排气,活塞在惯性的作用下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,这

就是排气冲程。活塞运动到气缸顶部时排气门关闭进气门打开,就这样

周而复始的运动下去。

四冲程柴油机的工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个冲程。但由于柴油机的燃料是柴油,其粘度比汽油大,自燃温度比汽油低,故可燃混合气的形成及点火方式与汽油机不同。柴油机在进气冲程吸入的是纯空气。在压缩冲程接近终了时,柴油由喷油器喷入气缸,与空气混合形成可燃混合气,因此,这种可燃混合气是在气缸内部形成的。由于柴油机的压缩比高,压缩后的温度高,大大超过柴油的自燃温度,因此柴油通过压缩自行着火,而不需要电火花进行点火。

火花塞

进气阀

排气阀气缸活塞

连杆轴曲柄

下死点

0-1过程:进气

1-2过程:压缩

3-4过程:膨胀

4-1过程:排气

四冲程汽油机的工作过程

三、

发动机的总体构造发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器。现代汽车发动机的结构形式很多,即使是同一类型的发动机其具体构造也是多种多样的。一般来说,车用汽油机是由以下两个机构和五个系统组成。

1、机体组:一般发动机的机体组包括气缸盖、气缸体和油底壳。有的发动机将气缸体分铸为上下两部分,上部称为气缸体,下部称为曲轴箱。机体组的作用是作为发动机各机构、各系统的装配基体,而且其本

身的很多部分又分别是曲柄连杆机构、

配气机构、供给系统、冷却系统和润滑系统的组成部分。气缸盖和气缸体的内壁共同组成燃烧室的一部分,且承受高温高压的机件。

2、曲柄连杆机构:曲柄连杆机构包括活塞、连杆、带有飞轮的曲轴等。它是将活塞直线往复运动变为曲轴的旋转运动并输出动力的机构。3、配气机构:配气机构通常包括进气门、排气门、摇臂、气门间隙调节器、凸轮轴以及凸轮轴定时带轮等。其作用是使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排除废气。

4、供给系统:供给系统包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器等。其作用是把汽油和空气混合为成分合适的可燃混合气供入气缸,以供燃烧,并将燃烧产生的废气排出发动机。

5、点火系统:点火系统的功用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。其中包括供给低压电流的蓄电池和发动机以及分电器、点火线圈与火花塞等。

6、冷却系统:冷却系统主要包括水泵、散热器、风扇、分水管以及气缸体和气缸盖里铸出的空腔———水套等。其功用是把受热机件的热量散到大气中去,以保证发动机正常工作。

7、润滑系统:润滑系统包括机油泵、机油滤清器、限压阀、润滑油道、机油滤清器等,其功用是将润滑油供给做相对运动的零件,以减少它们之间的摩擦阻力,减轻机件的磨损,并部分地冷却摩擦零件,清洗摩擦表面。

8、起动系统:包括起动机及其附属装置,用以使静止的发动机起动并转入自行运转。

发动机是汽车的心脏,是一个精密和高度复杂的机器。发动机性能好坏直接影响着整个车辆的工作过程,了解发动机的结构和工作原理对于汽车的维修、故障分析与排除都有重要作用。

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