1、發(fā)動機工作原理和總體構造發(fā)動機工作原理和總體構造概述概述 四沖程發(fā)動機工作原理四沖程發(fā)動機工作原理 發(fā)動機總體構造發(fā)動機總體構造 發(fā)動機主要性能指標和特性發(fā)動機主要性能指標和特性 內(nèi)燃機名稱及型號編制規(guī)則內(nèi)燃機名稱及型號編制規(guī)則 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 發(fā)動機是將某一種形式的能量轉變成機械能的機器。發(fā)動機是將某一種形式的能量轉變成機械能的機器。一、發(fā)動機的定義一、發(fā)動機的定義： n風能風能-風力發(fā)動機風力發(fā)動機n水流能水流能-水力發(fā)動機水力發(fā)動機n熱能熱能-熱力發(fā)動機熱力發(fā)動機n電能電能-電力發(fā)動機電力發(fā)動機n原子能原子能-原子能發(fā)動機原子能發(fā)動機n太陽能太陽能-太陽能發(fā)動機太陽能發(fā)動機n地

2、熱能地熱能-地熱發(fā)動機地熱發(fā)動機風力發(fā)動機返回水力發(fā)動機 水輪是以流水為動力，進行旋轉的動力裝置，又稱 “水車”，可以帶動磨、風箱、抽水裝置、紡車、榨油和制革機械乃至發(fā)動機等返回熱力發(fā)動機返回二、二、熱力發(fā)動機：熱力發(fā)動機：將熱能轉變成機械能的發(fā)動機。將熱能轉變成機械能的發(fā)動機。1 1、外燃、外燃機：機：燃料在機器外部燃燒，產(chǎn)生的熱能輸入到機器內(nèi)燃料在機器外部燃燒，產(chǎn)生的熱能輸入到機器內(nèi)部并轉變成機械能輸出的熱力發(fā)動機。如部并轉變成機械能輸出的熱力發(fā)動機。如蒸汽機蒸汽機。2 2、內(nèi)燃、內(nèi)燃機：機：液體或氣體燃料和空氣混合后直接輸入機器內(nèi)部液體或氣體燃料和空氣混合后直接輸入機器內(nèi)部燃燒而產(chǎn)生熱能

3、，然后再將熱能轉變成機械能輸出的熱力發(fā)動燃燒而產(chǎn)生熱能，然后再將熱能轉變成機械能輸出的熱力發(fā)動機。機。熱機內(nèi)燃機外燃機活塞式葉片式蒸汽機汽輪機熱氣機燃氣輪機斯特靈發(fā)動機3 3、比較、比較： 外燃外燃機體積大，重量重，熱效率低；機體積大，重量重，熱效率低；內(nèi)燃機單機功率范圍大（內(nèi)燃機單機功率范圍大（0.6-16860kW0.6-16860kW）、熱效）、熱效率高（汽油機略高于率高（汽油機略高于0.30.3，柴油機達，柴油機達0.40.4左右）、左右）、體積小、質(zhì)量輕、操作簡單，便于移動和起動性體積小、質(zhì)量輕、操作簡單，便于移動和起動性能好等優(yōu)點。被廣泛應用于汽車、火車、工程機能好等優(yōu)點。被廣泛應

4、用于汽車、火車、工程機械、拖拉機、發(fā)電機、船舶、坦克、排灌機械和械、拖拉機、發(fā)電機、船舶、坦克、排灌機械和眾多其它機械的動力眾多其它機械的動力 。 4 4、內(nèi)燃機按熱能轉變成機械能的主要構內(nèi)燃機按熱能轉變成機械能的主要構件分件分活塞式內(nèi)燃機、燃氣輪機活塞式內(nèi)燃機、燃氣輪機燃氣輪機 燃氣輪機是以空氣及燃氣為工質(zhì)的旋轉式熱力發(fā)動機，它的結構與飛機噴氣式發(fā)動機一致5 5、活塞式內(nèi)燃機按活塞運動方式分活塞式內(nèi)燃機按活塞運動方式分往復活塞式內(nèi)燃機、轉子活塞式內(nèi)燃機往復活塞式內(nèi)燃機、轉子活塞式內(nèi)燃機 活塞式內(nèi)燃機按運動方式分類按行程數(shù)分類其他分類方式往復運動式旋轉運動式四行程二行程1 1、按使用的燃料不同

5、分、按使用的燃料不同分汽油機汽油機柴油機柴油機三、發(fā)動機的分類三、發(fā)動機的分類 （往復活塞式）：3 3、按冷卻方式不同、按冷卻方式不同水冷發(fā)動機水冷發(fā)動機風冷發(fā)動機風冷發(fā)動機2 2、按完成一個工作循環(huán)所需行程數(shù)、按完成一個工作循環(huán)所需行程數(shù)四沖程發(fā)動機四沖程發(fā)動機二沖程發(fā)動機二沖程發(fā)動機4 4、按氣缸數(shù)及排列方式、按氣缸數(shù)及排列方式單缸發(fā)動機單缸發(fā)動機多缸發(fā)動機多缸發(fā)動機單列式單列式型型對置式對置式單列式單列式型型對置式對置式5 5、按進氣狀態(tài)分、按進氣狀態(tài)分自然吸氣式發(fā)動機（非增壓式發(fā)動機）自然吸氣式發(fā)動機（非增壓式發(fā)動機）強制吸氣式（增壓式發(fā)動機）強制吸氣式（增壓式發(fā)動機）第二節(jié)第二節(jié) 四

6、行程發(fā)動機工作原理四行程發(fā)動機工作原理 一、基本結構一、基本結構上止點上止點 下止點下止點 活塞行程活塞行程(S) (S) 曲柄半徑曲柄半徑(R) (R) 氣缸工作容積氣缸工作容積(V h ) (V h ) 燃燒室容積燃燒室容積(Vc(Vc ) ) 氣缸總容積氣缸總容積(Va(Va ) ) 二、基本術語二、基本術語 壓縮比壓縮比發(fā)動機排量發(fā)動機排量工作循環(huán)工作循環(huán)1 1、上止點、下止點、上止點、下止點活塞頂離曲軸回轉中心最遠處為上止點；活塞頂離曲軸回轉中心最遠處為上止點；活塞頂離曲軸回轉中心最近處為下止點。活塞頂離曲軸回轉中心最近處為下止點。在上、下止點處，活塞的運動速度為零。在上、下止點處，

7、活塞的運動速度為零。2 2、活塞行程、活塞行程上、下止點間的距離上、下止點間的距離 S S 稱為活塞行程。稱為活塞行程。S3 3、曲柄半徑、曲柄半徑曲柄與連桿下端的連接中心至曲軸中曲柄與連桿下端的連接中心至曲軸中心的距離心的距離R R。其中。其中S=2RS=2R。R4 4、氣缸工作容積、氣缸工作容積活塞從一個止點運動到另一個止點所掃活塞從一個止點運動到另一個止點所掃過的容積。一般用過的容積。一般用V Vh h表示。表示。Vh5 5、燃燒室容積、燃燒室容積活塞位于上止點時，其頂部與氣缸蓋之活塞位于上止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積。一般用間的容積。一般用V VC C表示。表示。Vc6 6、氣缸總

8、容積、氣缸總容積活塞位于下止點時，其頂部與氣缸蓋之間的活塞位于下止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積。一般用容積。一般用V Va a表示。表示。Va動態(tài)演示動態(tài)演示 7 7、發(fā)動機排量、發(fā)動機排量多缸發(fā)動機各氣缸工作容積的總和。一般多缸發(fā)動機各氣缸工作容積的總和。一般用用V VL L表示。表示。VL=Vhii為氣缸數(shù)目為氣缸數(shù)目8 8、壓縮比、壓縮比 氣缸總容積與燃燒室容積之比稱為壓縮氣缸總容積與燃燒室容積之比稱為壓縮比（比（壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積之比的最小容積之比 ），用），用表示表示。 汽油機壓縮比一般為汽油機壓縮比一般為8 81111。

9、柴油機壓縮比一般。柴油機壓縮比一般為為16162222。V Va a 氣缸總容積；氣缸總容積；V Vh h 氣缸工作容積；氣缸工作容積； V Vc c 燃燒室容積；燃燒室容積；9 9、工作循環(huán)、工作循環(huán) 對于往復活塞式發(fā)動機，每進行一對于往復活塞式發(fā)動機，每進行一次能量轉換，均要經(jīng)過進氣、壓縮、作次能量轉換，均要經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個過程。這種周而復始的連功、排氣四個過程。這種周而復始的連續(xù)過程，稱為發(fā)動機的一個工作循環(huán)。續(xù)過程，稱為發(fā)動機的一個工作循環(huán)。 （在氣缸內(nèi)進行的，每一次將熱能轉換（在氣缸內(nèi)進行的，每一次將熱能轉換為機械能的一系列的連續(xù)過程為機械能的一系列的連續(xù)過程 ）例題：

10、例題： 某汽油機有四個氣缸，氣缸直徑某汽油機有四個氣缸，氣缸直徑92mm92mm，活塞沖程，活塞沖程92mm92mm，壓縮比為，壓縮比為6 6。計算其每缸工作容積、燃燒室容積計算其每缸工作容積、燃燒室容積及發(fā)動機排量（容積以升為單位）。及發(fā)動機排量（容積以升為單位）。1） 每缸工作容積：每缸工作容積： Vh = 100042SD100042 . 92 . 914. 32= = 0.61 (L) 2） 燃燒室容積：燃燒室容積： chcchcaVVVVVVV1 12. 01661. 01hcVV（L） 3） 發(fā)動機排量：發(fā)動機排量： VL=Vhi=0.614=2.44 (L) 三、三、 四沖程汽油

11、機工作原理四沖程汽油機工作原理1 1、進氣行程、進氣行程 2 2、壓縮行程、壓縮行程 3 3、作功行程、作功行程 4 4、排氣行程、排氣行程 四沖程四沖程汽油機汽油機的工作原理示意圖的工作原理示意圖汽油發(fā)動機四個行程的圖示1.1.進氣行程進氣行程. .壓縮行程壓縮行程. .作功行程作功行程4.4.排氣行程排氣行程每一行程工作的具體分析如下每一行程工作的具體分析如下 1 1、進氣行程、進氣行程排氣門關閉排氣門關閉進氣門開啟進氣門開啟大氣壓力線大氣壓力線PVra示功圖示功圖上止點上止點下止點下止點示功圖示功圖：表示活塞表示活塞在不同位置時氣缸內(nèi)在不同位置時氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。氣體壓力的變化情

12、況。進氣終了時氣缸內(nèi)進氣終了時氣缸內(nèi)壓強壓強為為0.0740.0740.093Mpa0.093Mpa，溫度溫度上升至上升至353353403K403K 活活塞塞下下行行2 2、壓縮行程、壓縮行程進氣門關閉進氣門關閉排氣門關閉排氣門關閉PVra示功圖示功圖大氣壓力線大氣壓力線c上止點上止點下止點下止點壓縮終了時氣缸內(nèi)壓縮終了時氣缸內(nèi)壓強壓強上升至上升至0.60.61.5Mpa1.5Mpa，溫度溫度繼續(xù)上升至繼續(xù)上升至600600700K700K 。活活塞塞上上行行3 3、作功行程、作功行程進氣門關閉進氣門關閉排氣門關閉排氣門關閉PVra示功圖示功圖大氣壓力線大氣壓力線cZb上止點上止點下止點下止

13、點作功中氣缸內(nèi)作功中氣缸內(nèi)最高壓強最高壓強可達可達3 35Mpa5Mpa，最最高溫度高溫度可達可達220022002800K2800K；作功終了時氣；作功終了時氣缸內(nèi)缸內(nèi)壓強壓強下降至下降至0.30.30.5Mpa0.5Mpa，溫度溫度下降下降至至130013001600K1600K。 活活塞塞下下行行4 4、排氣行程、排氣行程進氣門關閉進氣門關閉排氣門打開排氣門打開PVr示功圖示功圖大氣壓力線大氣壓力線cZb上止點上止點下止點下止點殘余廢氣殘余廢氣排氣終了時氣缸內(nèi)排氣終了時氣缸內(nèi)壓強壓強下降至下降至0.1020.1020.120Mpa0.120Mpa，溫度溫度下降至下降至9009001200

14、K1200K a 活活塞塞上上行行四、四沖程柴油機工作原理四、四沖程柴油機工作原理 四行程柴油機四行程柴油機同樣包括進氣、壓同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣四縮、作功和排氣四個行程。但由于柴個行程。但由于柴油機使用的柴油，油機使用的柴油，粘度比汽油大，不粘度比汽油大，不易蒸發(fā)，且自燃溫易蒸發(fā)，且自燃溫度又比汽油低，所度又比汽油低，所以采用的著火方式以采用的著火方式是是 壓縮自燃式點火壓縮自燃式點火（壓燃）（壓燃）。噴油器噴油器噴油泵噴油泵進氣行程進氣行程壓縮行程壓縮行程作功行程作功行程排氣行程排氣行程新鮮空氣新鮮空氣四沖程柴油機各行程示意圖四沖程柴油機各行程示意圖開始噴油開始噴油分析和比較汽油機

15、、柴油機的工作分析和比較汽油機、柴油機的工作異同異同?首先分別看一下汽油機和柴油機的圖示首先分別看一下汽油機和柴油機的圖示火花塞火花塞 噴油器噴油器 汽油機、柴油機的工作汽油機、柴油機的工作相同點相同點 每個工作循環(huán)曲軸轉兩周每個工作循環(huán)曲軸轉兩周; ; 對應每一活塞行程曲對應每一活塞行程曲軸轉半周軸轉半周; ;只有作功行程產(chǎn)生動力。只有作功行程產(chǎn)生動力。 汽油機汽油機柴油機柴油機汽油與空氣缸外混合，汽油與空氣缸外混合，進入氣缸可燃混合氣進入氣缸可燃混合氣進入氣缸的是純空氣進入氣缸的是純空氣電火花點燃混合氣電火花點燃混合氣高溫氣體加熱柴油自行燃高溫氣體加熱柴油自行燃燒燒有點火系統(tǒng)有點火系統(tǒng)無點

16、火系統(tǒng)無點火系統(tǒng)汽油機、柴油機的工作汽油機、柴油機的工作不同點不同點五、二沖程發(fā)動機結構特點及工作原理五、二沖程發(fā)動機結構特點及工作原理二沖程發(fā)動機：指活塞在二沖程發(fā)動機：指活塞在上、下止點間往復移動兩上、下止點間往復移動兩個行程（相當于曲軸旋轉個行程（相當于曲軸旋轉360360度），完成進氣、壓度），完成進氣、壓縮、作功、排氣一個工作縮、作功、排氣一個工作循環(huán)的發(fā)動機。循環(huán)的發(fā)動機。1 1、第一行程（換氣、第一行程（換氣- -壓縮壓縮行程）行程） 2 2、第二行程（作功、第二行程（作功- -換氣換氣行程）行程） 二二沖程與沖程與四四沖程汽油機比較沖程汽油機比較性 能二沖程汽油機四沖程汽油機結

17、構簡單復雜燃油消耗高低升功率大小制造維修成本低高比質(zhì)量小大起動性好差使用壽命短長排放大小六、爆燃和表面點火六、爆燃和表面點火n1 1、壓縮比對發(fā)動機工作的影響：、壓縮比對發(fā)動機工作的影響： n壓縮比適當增加，可燃混合氣溫度增加，壓力壓縮比適當增加，可燃混合氣溫度增加，壓力增加，燃燒速度快，發(fā)動機功率增加，經(jīng)濟性好；增加，燃燒速度快，發(fā)動機功率增加，經(jīng)濟性好；n壓縮比如果過大，反而會出現(xiàn)壓縮比如果過大，反而會出現(xiàn)爆燃爆燃和和表面點火表面點火等不正常燃燒現(xiàn)象，發(fā)動機過熱，功率下降。等不正常燃燒現(xiàn)象，發(fā)動機過熱，功率下降。n壓縮比過小，壓縮終了時氣體的壓力和溫度越壓縮比過小，壓縮終了時氣體的壓力和溫

18、度越低，燃燒速度緩慢，發(fā)動機功率降低，燃油消耗低，燃燒速度緩慢，發(fā)動機功率降低，燃油消耗率增加。率增加。 2 2、爆燃、爆燃 由于壓縮比過高導致壓縮終了由于壓縮比過高導致壓縮終了時氣體壓力和溫度過高，在火花塞時氣體壓力和溫度過高，在火花塞點火之后燃燒室內(nèi)離點燃中心較遠點火之后燃燒室內(nèi)離點燃中心較遠處的末端可燃混合氣自燃而造成的處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正常燃燒現(xiàn)象，稱為爆燃。一種不正常燃燒現(xiàn)象，稱為爆燃。 爆燃時，火焰以極高的速率傳播，溫度和壓爆燃時，火焰以極高的速率傳播，溫度和壓力急劇升高，形成壓力波，以聲速推進，當這力急劇升高，形成壓力波，以聲速推進，當這種壓力波撞擊燃燒室壁時就

19、發(fā)出種壓力波撞擊燃燒室壁時就發(fā)出尖銳的敲缸聲尖銳的敲缸聲。同時還會引起同時還會引起發(fā)動機過熱、功率下降、燃油消發(fā)動機過熱、功率下降、燃油消耗率增加耗率增加等一系列不良后果，嚴重爆燃時甚至等一系列不良后果，嚴重爆燃時甚至造成造成排氣門燒廢、軸瓦破裂、活塞頂熔穿、火排氣門燒廢、軸瓦破裂、活塞頂熔穿、火花塞絕緣體被擊穿花塞絕緣體被擊穿等機件損壞現(xiàn)象。等機件損壞現(xiàn)象。爆燃現(xiàn)象：爆燃現(xiàn)象：3 3、表面點火、表面點火 在在火花塞點火之前，火花塞點火之前，由于燃燒室由于燃燒室內(nèi)灼熱表面（如排氣門頭部、火花塞內(nèi)灼熱表面（如排氣門頭部、火花塞電極處、積碳處）點燃可燃混合氣而電極處、積碳處）點燃可燃混合氣而產(chǎn)生的

20、另一種不正常燃燒現(xiàn)象，稱為產(chǎn)生的另一種不正常燃燒現(xiàn)象，稱為表面點火。表面點火。 4 4、汽油機壓縮比的選擇、汽油機壓縮比的選擇 應在避免引起應在避免引起爆燃爆燃和和表面點火表面點火的前提下的前提下盡盡可能提高壓縮比可能提高壓縮比，以提高發(fā)動機，以提高發(fā)動機功率功率，改善，改善燃燃油經(jīng)濟性。油經(jīng)濟性。 表面點火表面點火現(xiàn)象：現(xiàn)象： 表面點火發(fā)生時，也伴有強表面點火發(fā)生時，也伴有強烈的烈的敲缸聲（較沉悶），敲缸聲（較沉悶），產(chǎn)生的高壓產(chǎn)生的高壓會使發(fā)動機機件機械負荷增加，壽命會使發(fā)動機機件機械負荷增加，壽命降低。降低。第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)動機總體構造發(fā)動機總體構造兩兩大大機機構構曲柄連桿機構曲柄連桿機

21、構配氣機構配氣機構五五大大系系統(tǒng)統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)起動系統(tǒng)起動系統(tǒng)機體組機體組 以汽油機為例包括：以汽油機為例包括： 汽油機結構示意圖汽油機結構示意圖曲柄連桿機構曲柄連桿機構配配氣氣機機構構燃料供給系統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)點點火火系系統(tǒng)統(tǒng)起起動動系系統(tǒng)統(tǒng)的的起起動動機機第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)動機的主要性能指標與特性發(fā)動機的主要性能指標與特性一、動力性指標一、動力性指標 1 1、有效轉矩：、有效轉矩：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的轉矩稱為發(fā)動發(fā)動機通過飛輪對外輸出的轉矩稱為發(fā)動機的有效轉矩，用機的有效轉矩，用TeTe表示表示 。

22、2 2、有效功率：、有效功率：發(fā)動機通過飛輪對外輸出的功率稱為發(fā)動機發(fā)動機通過飛輪對外輸出的功率稱為發(fā)動機的有效功率，用的有效功率，用PePe表示。表示。 式中：式中：T Te e 有效轉矩，單位為有效轉矩，單位為N Nm m； n n 曲軸轉速，單位為曲軸轉速，單位為r/minr/min 二者關系二者關系 )(9550106023kWnTnTPeee 3 3、轉速、轉速：指發(fā)動機曲軸每分鐘的轉數(shù)，單位為指發(fā)動機曲軸每分鐘的轉數(shù)，單位為r/minr/min。 二二、經(jīng)濟性指標、經(jīng)濟性指標 燃油消耗率：燃油消耗率：指發(fā)動機每發(fā)出指發(fā)動機每發(fā)出1kw1kw有效功率，有效功率，在在1 1小時內(nèi)所消耗

23、的燃油質(zhì)量，稱為為燃油消耗率，小時內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量，稱為為燃油消耗率，用用b be e表示，表示，單位為單位為 g/g/（kWkWh h） 。 三、運轉性能指標三、運轉性能指標1 1、排氣品質(zhì)、排氣品質(zhì)有害物質(zhì)主要有有害物質(zhì)主要有氮氧化合物（氮氧化合物（NOxNOx）、碳氫碳氫化合物（化合物（HCHC）、一氧化碳（一氧化碳（COCO）等以及排等以及排氣顆粒。氣顆粒。2 2、噪聲、噪聲 3 3、起動性能、起動性能四、發(fā)動機的速度特性四、發(fā)動機的速度特性 指發(fā)動機的功率、轉矩和燃油消耗率三者指發(fā)動機的功率、轉矩和燃油消耗率三者隨曲軸轉速變化的規(guī)律。用曲線表示，稱為隨曲軸轉速變化的規(guī)律。用曲線表示

24、，稱為速速度特性曲線。度特性曲線。 節(jié)氣門節(jié)氣門（燃料供給調(diào)節(jié)機構）全開時的速（燃料供給調(diào)節(jié)機構）全開時的速度特性叫發(fā)動機的度特性叫發(fā)動機的外特性外特性； 節(jié)氣門節(jié)氣門不全開的任意位置所得到的速度特不全開的任意位置所得到的速度特性都稱為性都稱為部分特性。部分特性。 發(fā)動機的外特性代表了發(fā)動機所具有的最發(fā)動機的外特性代表了發(fā)動機所具有的最高動力性能。高動力性能。P Pe eP Pe e汽油發(fā)動機外特性曲線汽油發(fā)動機外特性曲線四、發(fā)動機的工況與負荷四、發(fā)動機的工況與負荷 1 1、工況（指發(fā)動機的工作狀況）：、工況（指發(fā)動機的工作狀況）：一般用它的功率一般用它的功率與曲軸轉速來表征，有時也用負荷與曲

25、軸轉速來表明與曲軸轉速來表征，有時也用負荷與曲軸轉速來表明 。 2 2、發(fā)動機在某一轉速下的負荷：、發(fā)動機在某一轉速下的負荷：是當時發(fā)動機發(fā)出是當時發(fā)動機發(fā)出的功率與同一轉速下所可能發(fā)出的最大功率之比，以百的功率與同一轉速下所可能發(fā)出的最大功率之比，以百分數(shù)表示。分數(shù)表示。 Pe/kW n/rmin-1 0 050504545323227272020200035004800abcde分析分析右圖右圖發(fā)動發(fā)動機的機的負荷負荷 第五節(jié)第五節(jié) 內(nèi)燃機名稱及型號編制規(guī)則內(nèi)燃機名稱及型號編制規(guī)則 首部首部：為產(chǎn)品系列符號和換代標志符號，由制造廠根據(jù)為產(chǎn)品系列符號和換代標志符號，由制造廠根據(jù)需要自選相應字母表示，但需