发动机整体结构认识Word文档下载推荐.docx
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14、
15、
3、指出下列图示分别是发动机的哪部分。
4、在图示上标注出各参数所指部位。
(1)上、下止点
(2)活塞行程、曲柄半径
(3)燃烧室容积
(4)气缸工作容积
(5)气缸总容积
(6)燃烧室、压缩比
5、根据发动机工作过程,写出柴油机工作原理,并说出柴油机工作过程和汽油机工作过程
有何不同。
(1)工作原理:
(2)不同之处:
6、在播放的视频中,所看到的组成发动机的零部件有哪些?
7、
(1)请在教师提供的发动机上指出发动机常用基本术语的位置或范围。
(2)请在教师提供的发动机或零部件上通过测量或计算(或参阅有关资料),确定其常用基本术语的数值,完成下列表格的内容。
发动机常用基本术语的数值记录表
活塞行程
/mm
曲柄半径
燃烧室容积
/
气缸工作容积
气缸总容积
发动机排量
压缩比
8、请对照教师提供的发动机口述四冲程发动机一个工作循环的过程,并完成下列表格的内容。
四冲程发动机一个工作循环的情况
项目
进气行程
压缩行程
作功行程
排气行程
活塞运动情况
上→下□
下→上□
进气门状态
开□
闭□
排气门状态
气缸是否封闭
是□
否□
气缸内的压力
上升□
下降□
气缸内的温度
9、自学相关二冲程发动机有关资料,请比较四冲程发动机与二冲程发动机的异同,完成下列表格的内容。
四冲程发动机与二冲程发动机异同的比较
四冲程发动机
二冲程发动机
完成一个工作循环
经过的过程
进气□压缩□
作功□排气□
曲轴转动的
圈数/角度
一圈/360°
□
两圈/720°
活塞往复运动次数
两次□
四次□
10、请在教师提供的汽车或发动机上进行发动机的总体构造确认活动(现场识别活动),在汽车或发动机上指出各组成部件的名称、位置和功用。
11、请完成下列表格的内容。
几种国产发动机型号的意义
发动机型号
所代表的意义
4100Q
缸、冲程、缸径、冷、用
CA6102
缸、冲程、缸径、冷、用、
CA:
生产
8V100
型
165E
6135Q
CA488
12、请在发动机名牌上记录发动机的型号,然后说明其意义。
(1)型号:
意义:
(2)型号:
(3)型号:
(4)型号:
相关知识
一、汽车发动机的类型
发动机是将某种形式的能量转换为机械能的机器。
它是汽车的动力源。
汽车使用的发动机主要是往复活塞式内燃机,即燃料在机器内部燃烧,产生的热能通过活塞的往复直线运动直接转化为机械能。
内燃机具有热效率高、结构紧凑、体积小、质量轻和容易起动等优点,因而广泛用作汽车动力。
汽车发动机可根据不同的分类方法进行分类。
(1)按活塞运动方式的不同,汽车发动机可分为活塞在气缸内做往复直线运动的往复活塞式发动机和活塞在气缸内做旋转运动的转子式发动机。
(2)按所用燃料不同,活塞式发动机主要分为汽油机、柴油机和气体燃料发动机(如图2-1所示)。
使用汽油的内燃机称为汽油机,使用柴油的内燃机称为柴油机。
汽油机和柴油机各有特点。
汽油机转速高、质量小、噪音小、容易起动、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较好。
使用天然气、液化石油气(LPG)和其他气体燃料的活塞式发动机称为气体燃料发动机。
(a)汽油机(b)柴油机
图2-1发动机按所用燃料分类
(3)按发动机完成一个工作循环所需的行程数可分为四冲程发动机和二冲程发动机。
曲轴旋转两圈(720°
),活塞在气缸内上下往复运动四个行程,完成一个工作循环的发动机称为四冲程发动机;
而曲轴旋转一圈(360°
),活塞在气缸内上下往复运动两个行程,完成一个工作循环的发动机称为二冲程发动机。
汽车发动机广泛使用四冲程发动机。
(4)按冷却方式的不同,活塞式发动机分为水冷式发动机和风冷式发动机。
水冷式发动机是利用冷却液作为冷却介质进行冷却的;
而风冷式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。
水冷式发动机冷却均匀,工作可靠,冷却效果好,被广泛应用于现代车用发动机。
(5)按发动机气缸数目的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;
有两个以上气缸发动机称为多缸发动机,如两缸、三缸、四缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。
再同等缸径下,通常缸数越多排量越大,功率也就越高;
而在发动机排量相同的情况下,缸数越多,缸径越小,发动机转速就可以提高,从而获得较大的功率。
(6)按发动机气缸排列方式的不同可分为单列式和双列式。
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,可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,两列之间的夹角小于180°
(一般为90°
)时称为V形发动机,两之间的夹角等于180°
时称为对置式发动机。
(7)按进气状态不同,发动机可分为增压式发动机和自然吸气式(非增压式)发动机。
若进气是在接近大气状态下进行的,则为自然吸气式发动机;
利用增压器将进气压力增高,进气密度增大的,则为增压式发动机。
增压可以提高发动机功率。
目前,应用最广、数量最多的汽车发动机为四冲程往复活塞式发动机。
二、汽车发动机的总体构造
汽油发动机由曲柄连杆机构、配气机构和燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系、起动系两大机构和五大系统组成(如图2-2),柴油机由两大机构四大系统组成(无点火系)。
图2-2单缸发动机的基本结构
1—油底壳2—机油3—曲轴4—曲轴同步带轮5—同步带6—曲轴箱7—连杆8—活塞9—水套10—汽缸11—汽缸盖12—排气管13—凸轮轴同步带轮14—摇臂15—排气门16—凸轮轴17—高压线18—分电器19—空气滤清器20—化油器21—进气管22—点火开关23—点火线圈24—火花塞25—进气门26—蓄电池27—飞轮28—启动机
表2-1化油器式汽油机组成
机构或系统
组成
作用
曲柄连杆机构
机体组:
气缸体、气缸套、气缸垫、油底壳
活塞连杆组:
活塞、活塞环、活塞销、连杆
曲轴飞轮组:
曲轴、飞轮
发动机的主体部分,是发动机实现能量转换,并将活塞的往复直线运动转变成曲轴旋转运动的核心机构。
配气机构
气门组:
进气门、排气门、气门座圈、气门导管、气门弹簧;
气门传动组:
凸轮轴、液力挺柱、推杆、摇臂组件
根据发动机的工作状况,准确地控制各缸进、排气门的开启和闭合,以便及时向气缸供入混合气,并把燃烧后生成的废气从气缸中排出。
燃料供给系
空气供给装置:
空气滤清器、进气歧管
燃油供给装置:
汽油箱、汽油滤清器、汽油泵、
混合气形成装置:
化油器
废气排出装置:
排气歧管、排气消声器
提供新鲜的空气和清洁的燃油,并把两者形成的混合气输入气缸,同时将燃烧生成的废气净化后排入大气。
润滑系
机油泵、机油滤清器、机油细滤器、机油冷却器、限压阀、润滑油道、润滑压力表
将一定压力的润滑油输送到运动副的表面,以形成液体摩擦,从而减轻机件的磨损,延长发动机的使用寿命。
冷却系
水泵、散热器、膨胀水箱、风扇、节温器、气缸体、气缸内的循环水套、分水管、放水开关
通过冷却介质把受热机体的热量散失到大气中去,以保证发动机在最佳工作温度下正常工作。
点火系
蓄电池、发电机、点火线圈、分电器、火花塞、点火开关
利用点火系统产生的高压电火花,通过火花塞定时点燃气缸中北压缩的可燃混合气
起动系
起动机及其附属装置
由起动机带动曲轴运转,使发动机由相对静止转入自行运转状态,当发动机正常工作后,起动机不再起作用。
三、汽车发动机的基本术语
发动机的常见术语如图2-3所示。
a)活塞在上止点位置b)活塞在下止点位置
图2-3发动机的基本术语和参数
1.上止点活塞在气缸内作往复直线运动时,活塞向上运动到最高位置,即活塞顶面距离曲轴回转中心最远的极限位置,一般指活塞上行到最高位置。
2.下止点活塞在气缸内作往复直线运动时,活塞向下运动到最低位置,即活塞顶面距离曲轴回转中心最近的极限位置,一般指活塞下行到最高位置。
3.活塞行程S(mm)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。
完成一个活塞行程,曲轴旋转180°
。
4.曲柄半径R(mm)曲轴主轴颈中心线到连杆轴颈中心线的垂直距离称为曲柄半径,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Vh(L)活塞从一个止点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。
其计算式为
Vh=
D2S×
10
式中D—气缸直径,单位为mm;
S—活塞行程,单位为mm。
6.燃烧室容积Vc(L)活塞位于上止点时,活塞顶上面的空间为燃烧室,它的容积叫做燃烧室容积,一般用Vc表示。
7.发动机排量
(L),多缸发动机所有工作容积之和称为发动机排量,一般用VL表示。
设发动机的气缸数为i,则
=
8.气缸总容积Va(L),活塞位于下止点时,活塞上方的容积称为气缸总容积,一般用Va表示。
气缸总容积等于气缸工作容积与燃烧室之和,即
Va=Vh+Vc
9.压缩比ε气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比,即气缸总容积与燃烧室容积的比值一般用ε表示。
ε=
=1+
压缩比表示活塞由下止点运动到上止点时,气缸内气体被压缩的程度。
压缩比越大,压缩完成是气缸内的气体压力和温度就越高。
一般车用汽油机的压缩比为7~10,柴油机的压缩比为15~22。
10.工作循环一个工作循环包括进气、压缩、作功、排气过程,即发动机完成进气、压缩、作功和排气四个过程叫做一个工作循环。
四、发动机的工作原理
发动机是一种能量转换机构,它将燃料燃烧产生的热能转变成机械能。
燃料在气缸内每完成一次燃烧,都要经过进气、压缩、作功和排气四个过程。
周而复始,使曲轴连续运转。
1.四冲程汽油机的工作原理
a)b)c)d)
图2-4四冲程汽油机工作原理示意图
(1)进气行程如图2-4a所示,由于曲轴的旋转,活塞从上止点向下止点运动,这时进气门打开,排气门关闭。
进气过程开始时,活塞位于上止点,随着活塞的下移,气缸内容积不断增大,在气缸内产生真空吸力,可燃混合气通过进气门被吸入气缸,直至活塞向下运动到下止点。
在进气过程中,受空气滤清器、进气管道、进气门等产生的阻力的影响,进气终了时,气缸内气体略低于大气压,约为0.075~0.09Mpa,同时受到残余废气和高温机件加热的影响,温度达到370K~400K。
实际上,汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开,并且延迟到下止点之后关闭,以便吸入更多的可燃混合气。
(2)压缩行程如图2-4b所示,活塞在曲轴带动下,从下止点向上止点运动,此时进、排气门均关闭,气缸内成为封闭容积,可燃混合气受到压缩,当活塞到达上止点时压缩行程结束。
此时可燃混合气压力可达0.6~1.2MPa,温度可达600~700K,远高于汽油的燃点,很容易点燃。
(3)作功行程如图2-4c所示,作功行程也称燃烧膨胀行程。
在这行程中,进、排气门仍然关闭。
当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时,火花塞产生电火花点燃可燃混合气,可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高,最高压力可达3~5Mpa,最高温度可达2200~2800K。
高温高压气体膨胀,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功。
随着活塞向下运动,气缸内容积增加,气体压力和温度降低,当活塞运动到下止点时,作功行程结束,气体压力降低到0.3~0.5MPa,气体温度降低到1300~1600K。
(4)排气行程如图2-4d所示,可燃混合气在气缸内燃烧后成了废气,必须从气缸中排出去以便进行下一个进气行程。
当作功接近终了时,排气门开启,进气门仍然关闭,靠废气的压力先进行自由排气,活塞到达下止点再向上止点运动时,继续把废气强制排出到大气中去,活塞越过上止点后,排气门关闭,排气行程结束。
实际上,汽油机的排气行程也是排气门提前打开,延迟关闭,以便排出更多的废气。
排气终了时,气体压力仍高于大气压力。
约为0.105~0.115MPa,温度约为900~1200K。
曲轴继续旋转,活塞从上止点向下止点运动,又开始了下一个工作循环。
发动机自行运转之前需要外力完成进气和压缩两个冲程通常用人力、电动机等带动发动机曲轴运转。
在四个冲程中只有作功行程是活塞带动曲轴运转,其他三个冲程都是曲轴带动活塞运动。
在整个循环过程中,进气门、排气门各开启一次。
一个工作循环曲轴旋转两圈,活塞在上、下往复运动了四个行程。
四冲程汽油发动机着火的基本条件是:
油:
有油,混合气浓度合适。
电:
能产生足够的火花,点燃混合可燃气。
气:
气缸有足够压力。
点火正时:
压缩冲程上止点前点火。
配气正时:
定时开关进、排气门。
2.四冲程柴油发动机的工作原理
四冲程柴油机和四冲程汽油机的工作过程相同,每一个工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气四个行程。
但由于柴油机使用的燃料是柴油,柴油与汽油有较大差别,柴油粘度大,不易挥发,自燃温度低,故可燃混合气的形成、着火方式、燃烧过程以及气体温度压力的变化和汽油机不同。
图2-5所示为四冲程柴油机工作原理示意图。
a)进气行程b)压缩行程c)作功行程d)排气行程
图2-5四冲程柴油机的工作原理
1—进气门2—进气管3—气缸4—活塞5—连杆
6—曲轴7—喷油器8—排气门9—排气管
(1)进气行程如图2-5a所示,在进气行程中所不同的是柴油机吸入气缸的是纯空气而不是可燃混合气,在进气通道中没有化油器,进气阻力小,进气终了是气体压力略高于汽油机而气体温度略低于柴油机。
进气终了时气体压力约为0.085~0.095MPa,温度约为310~350K。
(2)压缩行程如图2-5b所示,压缩行程压缩的也是纯空气,在压缩行程接近上止点时,喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室,柴油和空气在气缸内形成可燃混合气并着火燃烧。
由于柴油机的压缩比比汽油机大很多,压缩终了时气体压力和温度都比汽油机高,压力约为4~5MPa,温度约为750~1000K,大大超过了柴油的自燃温度(柴油的自燃温度为473~573K),因此柴油机的可燃混合气压缩后是自燃着火的,不需要点火。
柴油机又称为压燃机。
(3)作功行程如图2-5c所示,柴油喷入气缸后,在很短的时间内与空气混合后便立即着火燃烧。
柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的,而不像汽油机那样是在气缸外部的化油器中形成的。
柴油机燃烧过程中气缸内出现的最高压力要比汽油机高得多,可高达6~9MPa,最高温度可高达2000~2500K。
作功行程终了时,气体压力约为0.2~0.4MPa,气体温度约为1200~1500K。
(4)排气行程如图2-5d所示,柴油机的排气行程和汽油机一样,废气同样经排气管排入到大气中去。
排气终了时,气缸内气体压力约为0.105~0.125MPa,气体温度约为800~1500K。
柴油机与汽油机相比,柴油机的压缩比高,热效率高,燃油消耗率低,因此柴油机的燃料经济性好,而且柴油机的排气污染少,排气性能较好。
它的主要缺点是转速低(一般最高转速为2500~3000r/min)、质量大、噪声大、振动大、制造和维修费用高。
二冲程发动机的工作循环也是由进气、压缩、作功、排气四个过程组成,但它是在曲轴旋转一圈(360°
),活塞上下往复运动两个行程内完成的。
因此,二冲程发动机与四冲程发动机工作原理不同,结构也不一样。
现代汽车上很少使用二冲程发动机,这里就不在介绍了。
现代汽车采用的都是多缸发动机,多缸发动机的每一缸和单缸机的工作过程完全相同的,都要经过进气、压缩、作功、排气四个行程。
但是,单缸发动机的四个行程中只有一个行程作功,其余三个行程不作功,即曲轴旋转两圈,只有半圈作功,所以运转平稳性较差,功率越大,平稳性就越差。
为了使其运转平稳,单缸机一般都装有一个大飞轮。
而多缸发动机各个缸的作功行程是错开的,即在曲轴转两圈完成一个工作循环的过程中,各个缸交替作功。
缸数越多,作功间隔角越小,发动机运转越平稳。
五、国产内燃机产品名称及其型号编制规则
为了便于内燃机的生产管理和使用,我国于2008年对内燃机的名称和型号编制方法重新审定颁布了国家标准(GB/T725—2008),代替GB/T725—1991。
该标准的主要内容如下:
1.内燃机产品名称均按所采用的燃料命名。
例如,柴油机、汽油机、天然气机等。
2.内燃机型号由阿拉伯数码和汉语拼音字母或国际通用的英文缩略字母组成。
3.内燃机型号应能反映发动机的主要结构特征及性能,包含下列四部分内容:
第一部分:
由制造商代号或系列符号组成。
本部分代号由制造商根据需要选择相应1~3位字母表示。
第二部分:
由气缸数、气缸布置型式符号、冲程型式符号、缸径符号组成。
a)气缸数用1~2位数字表示。
b)气缸布置型式符号按表2-2规定。
c)冲程型式为四冲程时符号省略,二冲程用E表示。
d)缸径符号一般用缸径或缸径/行程数字表示,宜可用发动机排量或功率数表示。
其单位由制造商自定。
第三部分:
由结构特征、用途特征符号组成。
其符号按表2-3、表2-4的规定,燃料符号柴油机无符号,汽油机为P。
第四部分:
区分符号。
同系列产品需要区分时,允许制造商选用适当符号表示。
第三部分与第四部分可用“-”分隔。
内燃机符号的排列顺序及符号所代表的意义规定如图2-6所示。
图2-6型号表示方法
表2-2气缸布置型式符号
符号
含义
无
多缸直列或单缸
V
V形
P
卧式
H
H形
X
X形
注:
其他布置型式符号见GB/T1883.1。
表2-3结构特征符号
结构特征
冷却液冷却
F
风冷
N
凝气冷却
S
十字头式
Z
增压
ZL
增压中冷
DZ
可倒转
表2-4用途特征符号
用途
无符号
通用型及固定动力(或制造商自定)
T
拖拉机
M
摩托车
G
工程机械
Q
汽车
J
铁路机车
D
发电机组
C
船用主机、右机基本型
CZ
船用主机、左机基本型
Y
农用三轮车(或其他农用车)
L
林业机械
内燃机左机、右机的定义按GB/T726的规定
4.型号编制示例如下:
(1)汽油机
1)1E65F/P—单缸、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型;
2)492Q/P-A—四缸、直列、四冲程、缸径92mm、冷却液冷却、汽车用(A为区分符号)。
(2)柴油机
1)R175A—单缸、四冲程、缸径75mm、冷却液冷却(R为系列代号、A为区分符号);
2)YZ6102Q—六缸直列、四冲程、缸径102mm、冷却液冷却、车用(YZ为扬州柴油机厂代号)。
六、发动机的主要性能指标与特性
发动机的性能指标是用来衡量发动机性能好坏的标准。
发动机的主要性能指标有动力性能指标、经济性能指标和环保性能指标。
1.动力性能指标
动力性能是表征发动机做功能力大小的指标,一般用发动机的有效转矩、有效功率、发动机转速等作为评价指标。
(1)有效转矩
指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的转矩称为有效转矩,用Me表示,单位为N·
m。
有效转矩是指作用在活塞顶部的气体压力通过连杆传给曲轴产生的转矩,并克服了摩擦、驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净转矩。
(2)有效功率
发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率,记作Pe,单位为kW。
它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。
发动机的有效功率可以用台架试验方法测定,也可用测功器测定有效转矩和曲轴角速度,然后用如下公式计算出发动机的有效功率Pe:
Pe=Me
×
式中:
Me—有效转矩(N·
m);
n—发动机转速(r/min)。
(3)发动机转速
发动机曲轴每分钟的转数称为发动机转速,用n表示,单位为r/min。
发动机转速的高低,关系到单位时间内做功次数的多少或发动机有效功率的大小,即发动机的有效功率随转速的不同而改变。
因此,在说明发动机有效功率大小时,必须同时指明其相应的转速。
在发动机产品标牌上规定的有效功率及其相应的转速分别称作标定功率和标定转速。
2.经济性能指标
一般用燃油消耗率表示发动机的经济性能指标。
燃油消耗率指发动机每发出1KW有效功率,在1h内所消耗的燃油质量(以g为单位),用ge表示。
很明显,燃油消耗率越低,发动机的燃油经济性越好。
燃油消耗率(单位为g/(KW·
h)按下式计算:
ge=
式中
—发动机每单位时间的耗油量,单位为kg/h,可由试验测定;
—发动机的有效功率,单位为kW。
3.环保性能
环保性能主要指发动机的有害气体的排放和发动机噪声等,有害排放物主要是指发动机油箱、曲轴箱排出的气体和从气缸中排出的废气中所含有的有害排放物质。
对汽油机来说,主要是废气中的
和
的量,对柴油机来讲,主要是废气中的
和颗粒的排放量。
汽车噪声是城市中主要的噪声源之一,约占城市噪声的75%,而发动机的噪声是汽车噪声的主要来源,因而
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