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汽车发动机构造-1、2章(2011版24学时)


汽车发动机构造(B)

汽车发动机构造(B)
一、目的和要求 1、掌握车用发动机的基本工作原理与构造。 2、系统地熟悉发动机主要零部件的典型结构、功 用和工作过程 3、掌握国内外汽车发动机的一些新技术、新结构 4、具有初步拆装、调整、故障判断、维护使用等 方面的技能 5、为后继专业课程和在今后的工作中从事汽车发 动机设计、研究、生产、修理打下基础。

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汽车发动机构造(B)
二、学习内容 主要对国产汽车常用发动机的工作原理、组成结构、工 作条件、维修方法、调整原理及方法进行学习。另外对国外 一些汽车发动机作一些简要介绍。 三、学习方法 多听多看,将书本上的理论知识与实物结合起来学习。 四、参考书及参考资料 《汽车构造》(上) 臧杰 阎岩 主编 机械工业出版社(教 材) 《汽车构造》(上) 陈家瑞 主编 人民交通出 版社 《汽车发动机构造与维修》张西振 韩梅 主编 机械工业出 版社 《国外内燃机》 《内燃机》 《小型内燃机》 《内燃机工 程》《汽车技术》 《柴油机》 《汽车杂志》等等 3 西华大学交通与汽车工程学院

?第1章绪论 1课时

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?第2章汽车发动机的工作原理及总体构造 4课时 ?第3章机体组及曲柄连杆机构 5课时 ?第4章配气机构 3课时

?第5章汽油机燃油系统 3课时
?第6章柴油机燃油系统 4课时 ?第7章发动机冷却系统 1课时 ?第8章发动机润滑系统 1课时 ?第9章发动机点火系统 1课时 ?第10章发动机起动系统 1课时

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第1章 绪 论
?

由自身动力装置驱动,具有4个及 ? 汽车的定义: 以上车轮的非轨道无架线车辆

汽车的组成:
发动机

车身

底盘

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电气设备
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发动机是汽车的动力源,是汽车的心脏 功用:输出动力
发动机的定义:将某一种 形式的能量转变为机械能 的机器

发动机的种类:外燃机、内燃机、风能发动机、太 阳能发动机等
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除电动车外,目前的商用汽车发动机都是热机

热力发动机(热机):将热能转换为机械能的机器
热机包括:外燃机、内燃机
?

外 燃 机:混合气在机器外部燃烧而产 生热能,然后再转变成机械能。如蒸汽机、 汽轮机、热气机(斯特林发动机) 内 燃 机:混合气在机器内部燃烧而产 生热能,然后再转变成机械能。如活塞式内 燃机和燃气轮机
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?

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§1 外燃机
一、蒸汽机 是一个能够将 蒸汽中的热能 转换为功的热 机。 泵、铁路机车 和轮船曾使用 蒸汽机驱动。 蒸汽机在工业 革命中起了基 本的作用。今 天人们还使用 汽轮机来发电。
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§1 外燃机
?

?

?

?

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世界上第一台蒸汽机是古希腊的亚历山大的希罗 (Hero of Alexandria)于1世纪发明的汽转球,不 过它只不过是一个玩具而已。 约1679年法国物理学家丹尼斯· 巴本制造了第一台蒸汽 机的工作模型。约与此同时萨缪尔· 莫兰也提出了蒸汽 机的主意。 1698年托马斯· 塞维利、1712年托马斯· 纽科门和1769年 詹姆斯· 瓦特制造了早期的工业蒸汽机,1807年罗伯 特· 富尔顿第一个成功地用蒸汽机来驱动轮船。 现代蒸汽机的最大的优点是它几乎可以利用所有的燃 料将热能转化为机械能。原子反应堆、太阳能聚热器 等加热水,产生蒸汽推动蒸汽机。
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§1 外燃机
1769年,法国人尼古 拉斯· 古诺将一台简 陋的蒸汽机装在一辆 木制的三轮车上 , 发明了第一辆蒸汽汽 车
1769年 瓦特蒸汽机

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1712年托马斯· 纽科门蒸汽机
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§1 外燃机
二、涡轮蒸汽机(汽轮机) 一种用高压蒸汽转动涡轮叶片,将 蒸汽的热能转换为动能的机械。
?相较于原由詹姆斯· 瓦特发明的

单级往复式蒸汽机,涡轮蒸汽 机大幅改善了热效率,更接近 热力学中理想的可逆过程,并 能提供更大的功率,至今它几 乎完全取代了往复式蒸汽机。 涡轮蒸汽机特别适用于火力发 电和核能发电, 世界上大约 80%的电是利用涡轮蒸汽机所 产生。

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§1 外燃机
三、斯特林发动机(热气机) 一种闭循环活塞式热机,是在1816年由苏格兰的R.斯特林发 明。 闭循环的意思是工作燃气一直保存在气缸内,而开循环则如 内燃机和一些蒸气机需要与大气交换气体。
双 活 塞 型 斯 特 林 引 擎 内 活 塞 型 斯 特 林 引 擎 西华大学交通与汽车工程学院

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§2 内燃机
一、内燃机技术发展简史 ? 定义:内燃机是燃料在汽缸内燃烧,产生高温 高压气体,推动活塞并输出动力的机械。内燃 机一般以汽油、柴油或煤气等作为燃料。 ? 基本工作特征:内燃机是一种工质开环式循环 并以间歇方式工作的发动机。 ? 内燃机的特点:热效率高(是当今热效率最高 的热力发动机)、结构简单、比质量(单位输出 功率的质量)轻、移动方便。 ? 应用:用广泛应于交通运输(陆上、内河、海上和 航空)、农业机械、工程机械和发电时作为动力, 是现代车用发动机的主要型式。 ? 内燃机构造是本课程的主要内容
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§2 内燃机
?

1860年,法国工程师 莱诺依尔制造出第一台 以煤气为燃料的内燃机, 但由于既笨重、效率又 低,热效率低于5%, 最大功率为4.5kW, 1860—1865年共生产 了约5000台,未能推 广使用。
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§2 内燃机
?

?

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1876年年德国工程师尼 古拉斯· 奥托,试制出第 一台实用活塞式四冲程 煤气内燃机,并成批投 入生产。在以后的十几 年中,奥托共制造和出 售了5万台这种内燃机, 总马力达20万以上。 由于奥托内燃机是第一 种实用化的内燃机,所 以人们一般把奥托看作 是内燃机的发明人。

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?1883年,德国人戈特利布· 海

因里希· 戴姆勒和威廉· 迈巴赫将 奥托四行程发动机改进后,成 功地制造出了第一台卧式汽油 内燃机。

戈特利布· 海因里希· 戴姆勒

?

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1884年,又推出了 性能更好的立式风 冷发动机(取名立 钟)

威廉· 迈巴赫 西华大学交通与汽车工程学院

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1885年戴姆勒将立钟发动 机安装于木制双轮车上,并 让儿子保罗驾驶;这辆取名 “骑式双轮车”的双轮车获 得德国专利,这是世界上第 一辆摩托车。

1886年戴姆勒把这种发动 机安装在他为妻子43岁生 日而购买的马车上,创造 了第一辆戴姆勒汽车,并 由迈巴赫成功地完成了试 车。

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§2 内燃机
1892年,德国工程师狄塞尔提出了压燃式柴油机 的理论。

1893年,狄塞尔 制造了第一台 试验样机。
鲁道夫· 狄塞尔
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§2 内燃机
在1890年前英国的克拉克和罗伯 逊、德国的卡尔· 奔驰成功地发明 了二冲程内燃机。

卡 尔 · 奔 驰

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1888年,的卡尔· 奔驰将 发动机安装在三轮车架 上,发明了世界上第一 辆三轮汽车。
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§2 内燃机
菲 加 士 · 汪 克 尔

1957年,德国人汪克尔 发明了转子发动机。

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马自达的首台量产型转子发动机10A-8010 西华大学交通与汽车工程学院

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§2 内燃机
在内燃机一百多年的发展历史中,具有划时代意 义的两个重要发展阶段是: 20世纪50年代初兴起的增压技术 20世纪70年代开始的计算机、电子技术在内燃机 研制中的应用
内燃机和汽车给世界带来了现代物质文明,在经过 了超过一个世纪的发展之后,它的发展远远没有达到 其顶点,今后内燃机的发展是以节能和环保为中心, 充分兼顾可靠性的要求,全面提高内燃机的性能。
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§2 内燃机
二、发动机产品名称和型号编制规则

按照GB725-91 《内燃机产品名称和型号 编制规则》统一制定 ?内燃机名称均按所使用的主要燃料命名, 例如汽油机、柴油机、煤气机等。 ?内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字 母组成。 ?内燃机型号由以下四部分组成:
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首部:为产品系列符号和换代标志符号,由 制造厂根据需要自选相应字母表示,但需主 管部门核准。 ? 中部:由缸数符号、行程符号、气缸排列形 式符号和缸径符号等组成。 ? 后部:结构特征和用途特征符号,以字母表 示。 ? 尾部:区分符号。同一系列产品因改进等原 因需要区分时,由制造厂选用适当符号表示
?

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1、 汽油机
1 E 65 F

1E65F 单缸卧列,二行程,缸径65mm,风冷通用型汽油机 4 100 Q 4

4100Q-4 四缸,直列四行程,缸径100mm,水冷车用汽油机,第四种变型产品 CA 6 102

CA6102 六缸,直列四行程,缸径102mm,水冷通用型汽油机,CA表示系列符号 8 V 100

8V100 八缸,四行程、缸径100mm,V型,水冷通用型汽油机
? ?

TJ376Q: 表示三缸,直列四行程,缸径76mm,水冷车用,TJ表示系列符号 CA488: 表示四缸,直列四行程,缸径88mm,水冷通用型,CA表示系列符号 西华大学交通与汽车工程学院

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2、 柴油机
1 95

195 单缸,卧式、四行程,缸径95mm,水冷通用型柴油机 1 65 F

165F 单缸,卧式,四行程,缸径65mm,风冷通用型柴油机 8 P 102 Z C 6L

8PC2-6L 八缸,平卧式,四行程,缸径102mm,增压、船用右机基本型柴油机 YC 6 135 Z Q

YC6135ZQ 六缸,直列,四行程、缸径135mm,增压,水冷车用型柴油机
? ?

490Q: 表示四缸,直列,四行程,缸径90mm,水冷车用柴油机 ZS1100: 表示ZS系列,单缸,四行程,缸径100mm,水冷通用型柴 油机,ZS系列为:直喷、双轴平衡式
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第2章 汽车发动机的工作原理及总体构造
?
? ?

本章主要内容:
汽车发动机的类型 汽车发动机的基本结构及基本术语

?
? ?

往复活塞式内燃机的工作原理
发动机的总体构造 发动机的性能指标

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§1 汽车发动机的类型
? 按照活塞运动方式分类:可分为往复活塞式和旋转活塞式

活 塞 运 动 方 式

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§1 汽车发动机的类型
? 按照燃料种类分类:可分为汽油机和柴油机、气体发动机等

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? 按照冷却方式分类:可分为水冷式和风冷式

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

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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
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? 按照工作循环的行程数分类:可分为四行程和二行程
二冲程发动机 四冲程发动机

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曲轴旋转一周完成一个工作循环。 由于换气不彻底,经济性较差,但 结构简单,因此在摩托车上广泛使 用。

曲轴旋转二周完成一个工作循环。 四冲程发动机有独立的进气和排气 冲程,换气彻底,在汽车上广泛使 用,并已逐渐用于摩托车。
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? 按照气缸排列方式分类:可分为立式、卧式、直

列、V形和对置式等

立式直列发动机

V形发动机

卧式对置发动机 西华大学交通与汽车工程学院

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§1 汽车发动机的类型
? 按气缸数分类:可分为单缸发动机和多缸发动机

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此外,发动机还可按进气方式、气缸的气门数、凸轮轴布 置位置等进行分类。
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§2 往复活塞式内燃机的基本结构及基本术语

一、 基 本 结 构

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二、基本术语
1、工作循环 定义:在气缸中进行的每一次将燃料燃烧产生的热能转 化为机械能的一系列连续过程。活塞式内燃机的工作循环是 由进气、压缩、做功、排气四个工作过程组成 2、上止点(下止点) 定义:活塞顶离曲轴旋转中心最远(近)处。即活塞 的最高(低)位置。 3、活塞冲程 S 定义:活塞上、下止点之间的距离。 4、曲柄半径 R 定义:曲轴的回转半径,对于汽缸中心线通过曲轴回转中 心的内燃机有: S=2R 西华大学交通与汽车工程学院

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5、气缸工作容积(气缸排量)VS
定义:上、下止点间所包容的气缸容积(活塞从上止点到下止点所扫 过的容积。) 2
定义式:

VS ?

?D

4 ? 10

6

?S

(L)

D: 气缸直径 mm S: 活塞行程 mm

常作为表征内燃机尺寸大小及动力性能的主要结构参数之一。

6、内燃机排量(发动机工作容积) VL
定义:发动机所有气缸工作容积的总和。
定义式:

VL ? iVS

(L)

i: 气缸数

7、燃烧室容积 Vc

定义:活塞在上止点时,活塞顶以上、气缸盖底面以下所形成的空间容积。

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8、气缸总容积 Va
定义:气缸工作容积与燃烧室容积之和(活塞在下止点时,活塞 顶以上的空间容积。)

定义式:Va=Vs+Vc

9、压缩比 ε
定义:气缸总容积与燃烧室容积之比(压缩前气缸中气体的最大容 积与压缩后的最小容积之比。)

Va Vs ? 1? 定义式: ? ? Vc Vc
物理意义:表示气缸内气体被压缩的倍数或燃气燃烧后 膨胀的倍数。是发动机的重要性能参数。 柴油机ε:15~22 汽油机ε:6~10(轿车有的达到9~11)
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10、工况

定义:内燃机在某一时刻的运行状况简称工况,以该 时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转 速即为内燃机转速。 11、负荷率

定义:内燃机在某一转速发出的有效功率与相同转速下所 能发出的最大有效功率的比值称为负荷率,以百分数表示。 负荷率通常称负荷。

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§3 往复活塞式内燃机的工作原理
四冲程发动机:曲轴转两圈,活塞在气 缸内上下往复各两次,完成一个工作循 环的内燃机。 ? 二冲程发动机:曲轴转一圈,活塞在气 缸内上下往复各一次,完成一个工作循 环的内燃机。
?

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§3 往复活塞式内燃机的工作原理
一、四冲程汽油机的工作原理

? 1、进气行程

? 2、压缩行程
? 3、作功行程

? 4、排气行程
单缸四冲程汽油机的工作过程
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进气终了时:
温度320~380 K, 压力0.08~0.09MPa

进气行程
排气门关闭
示功图:气缸内气体压 力随气缸容积或曲轴转 角的变化关系。

P
活 塞 大气压力线

上 止 点

下 止 点

进气门开启

r a

示功图

V

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进气门关闭

压缩行程
排气门关闭
上 止 点 下 止 点

P

压缩终了时:
温度600~750K, 压力0.8~1.5 MPa

活 塞

c
大气压力线

r

a

示功图

V

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进气门关闭

做功行程
排气门关闭

P

上 止 点

Z

下 止 点

瞬时最高:
温度2200~2800 K, 压力3~6.5MPa

作功终了:
温度1200~1500 K, 压力0.35~0.5 MPa

c r b a

活 塞

大气压力线

示功图

V

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进气门关闭

排气行程
排气门打开

P c

上 Z 止 点

下 止 点

大气压力线

r V

b

示功图
活 塞

排气终了时:
温度900~1100 K , 压力0.105~0.12 MPa
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二、四冲程柴油机的工作原理

1、进气行程
与汽油机主要区别: 进入气缸的是纯空气。

进 气 门

进 气

pde Tde

汽油机 0.08~0.09 320~380

柴油机 0.085~0.095 310~340
温度310-340K 压力0.085~ 0.095MPa

进气行程

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二、四冲程柴油机的工作原理

2、压缩行程
温度750-1000K 压力3-5 MPa

纯 空 气

汽油机 压 缩 pco Tdo 0.6~1.2 600~700

柴油机 3.0~5.0 750~1000

压缩行程

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二、四冲程柴油机的工作原理

3、做功行程

喷油器

瞬时:温度 1800-2200K 压力6-9 MPa

终了:温度 1000~1200K 压力0.2-0.5 MPa

汽油机


柴油机
6~9 1800~2200

pmax

3.0~6.5

Tmax 2200~2800


pex
Tex

0.35~0.5
1200~1500

0.2~0.5
1000~1200
做功行程

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二、四冲程柴油机的工作原理

4、排气行程
温度700-900K 压力0.105-0.12MPa

排气门

汽油机
压 缩

柴油机
0.105~0.12
700~900
排气行程

p`r
T`r

0.105~0.12
900~1100

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?四冲程汽油机、柴油机特点比较
1 、由于柴油机压缩比较高,燃料燃烧非常完 全,所以柴油机的有效热效率好,经济性好。 汽油机:be=270~325 柴油机: be=214~285 g/(kw . h) g/(kw . h)

2 、柴油机无点火系,所以故障少些,易保养。 但柴油机有高精度零件如喷油泵、喷油器等, 其成本较高,并且加工较难。
3 、柴油机最高爆发压力高,所以对发动机的 零部件强度要求高,这样导致柴油机笨重。
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4、柴油机转速低于汽油机

原因:1)由于柴油机的压缩比高,所以其受到的

机械负荷较大,故其零部件的质量需较
大,导致运动时惯性力较大。 2)汽油机可燃混合气的混合时间和质量优 于柴油机。 5、柴油机运转噪音高,但有害气体的排放优于 汽油机,而颗粒排放较高。 6、柴油机启动困难,汽油机易启动。
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三、二冲程汽油机的工作原理 1、结构介绍 ? 换气机构(进气孔、排气孔、 扫气孔) ? 曲轴箱扫气 ? 活塞顶部为凸顶,以引导气 流扫气 ? 活塞裙部较长,有缺口等
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2、工作原理 (1)、第一行程 活塞:从下止点到上止点 活塞上方:换气;压缩 活塞下方:进气 曲轴:旋转从0℃A~180℃A (2)、第二行程 活塞:从上止点到下止点 活塞上方:燃烧膨胀做功;排气;扫气。 活塞下方:预压缩,新鲜气体经过扫气口进入气缸。 曲轴:旋转从180℃A~360℃A
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四、二冲程柴油机的工作原理 1、结构介绍 ? 有排气阀,无排气口。 ? 进气口设置在气缸上部, 进气口和扫气口为同一气口。 ? 通过扫气泵扫气。

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2、工作原理 (1)、第一冲程 活塞:从下止点到上止点 扫气泵换气;压缩; 喷油器:喷油燃烧 曲轴:旋转从0℃A~180℃A (2)、第二冲程 活塞:从上止点到下止点 燃烧膨胀做功;排气;扫气。 排气;新鲜气体经过扫气泵压缩后进入气缸。 曲轴:旋转从180℃A~360℃A
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五、二冲程汽油机的优缺点 (同四冲程汽油机相比较)
(一)优点: 1、从工作原理上来讲,在发动机排量和转速相 同的前提下,二冲程发动机的功率理论上是四冲程 发动机的2倍。 2、由于二冲程发动机的做功频率比较高,所以 发动机运转比较平稳。 3、无专门的换气机构,所以结构简单,质量小。 4、由于附属机构少,所以使用、维护很方便。 所以摩托车上多用。
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(二)缺点: 1、废气不易排除干净。

2、换气时减少了有效工作行程。
3、部分新鲜可燃混合气随废气排出,使能源浪 费,经济性下降。 4、同时造成环境污染。

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§4. 发动机的总体构造
?

总体构造:两大机构五大系统
– –

两大机构:曲柄连杆机构、配气 机构 五大系统:燃料供给系、润滑系、 冷却系、点火系、起动系

?

注意:柴油机没有点火系。

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一、曲柄连杆机构
作用:将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机 械能,再通过连杆将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动而 对外输出动力

组成:由气缸体和曲轴箱组、 活塞连杆组、曲轴飞轮组组成

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二、配气机构
作用: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。 组成:气门组、 气门传动组、 气门驱动组等

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三、燃料供给系统
作用:a、汽油机: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;

b、柴油机: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。

组成:油箱、油泵、 燃油滤清器、化油 器、喷油器等

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四、润滑系统
作用: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 进行清洗和冷却以及 进行防腐、密封等。 组成:润滑油道、机 油泵、机油滤清器等。

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五、冷却系统
组成:水冷 发动机的冷 却系通常由 冷却水套、 水泵、风扇、 水箱、节温 器等组成。

作用: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。

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六、点火系统
作用:在汽油机中,将气缸内的可燃混合气用电火花 在正确的时刻进行点燃。

组成:蓄电 池、发电机、 分电器、点 火线圈和火 花塞、点火 模块、电控 单元等。

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七、起动系统
作用:使发动机由静止状态过渡到工作状态。 组成:起动机及其附属装置

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§5. 发动机的性能指标
一、动力性指标
1、有效转矩Te(N.m)
定义:发动机通过飞轮对外输出的转矩。 由测功机测得。其值与发动机曲轴所受到的阻力矩相等。

2、发动机转速n(r/min)
定义:发动机曲轴每分钟的回转数。 由转速表直接读取。

3、有效功率Pe (kW)
定义:发动机单位时间内对外输出的有效功。 计算式:

Te n 2? n ?3 Pe ? Te ? ?10 ? 60 9550
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4、平均有效压力 pme (MPa) 定义:单位气缸工作容积发出的有效功。

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二、经济性指标

1、有效热效率

?e
be

定义:燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百 分数 2、有效燃油消耗率

?g

kW ? h?

定义:发动机每发出 1kW.h的有效功,所消耗的 燃油量。

B 3 定义式: be ? ?10 Pe
B:发动机在单位时间内的耗油量(kg/h),可有试验测定。

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三、强化指标

1、升功率 PL
定义:发动机在标定工况下,单位发动机排量输 出的有效功率 2、强化系数

pme vm

定义:平均有效压力与活塞平均速度的乘积 3、活塞平均速度 vm 定义:发动机在标定转速下,活塞往复运动速度 的平均值

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Sn ?3 ? 10 定义式: vm ? 30

S:活塞行程
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四、紧凑性指标

1、比容积
定义:发动机外廓体积与标定功率的比值 2、比质量 定义:发动机干质量与标定功率的比值 五、环境指标

1、噪声
定义:由许多频率和声强变化都无规律的声波杂 乱组合而成。 2、排放
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包括CO、HC、NOX、颗粒等

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六、可靠性指标

定义:发动机在规定使用条件下,正常持续工作 的能力
七、耐久性指标

定义:发动机主要零部件磨损到不能正常工作的 极限时间。通常用大修里程来表示
八、工艺性指标 定义:评价发动机制造工艺性和维修工艺性好坏

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九、内燃机的速度特性 定义:
1、发动机特性:发动机的性能是随着许多因素而变化的, 其变化规律称为发动机的特性。 2、发动机的速度特性:发动机油门开度不变,发动机的 性能指标(如发动机的功率、转矩、有效燃油消耗率 等)随着曲轴转速变化的规律。 3、发动机的外特性:发动机油门全开,发动机的性能指 标(如发动机的功率、转矩、有效燃油消耗率等)随 着曲轴转速变化的规律。又称为发动机的总功率特性。

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本章完

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§1.汽车发动机的基本名词术语

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