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1、汽车拖拉机学,第1章 发动机工作原理与循环,张 黎 骅,AUTOMOBILE AND TRACTOR,主要内容,1.1 内燃机的总体构造1.2 内燃机的基本工作原理1.3 内燃机的主要性能指标1.4 影响内燃机工作性能的主要因素1.5 小 结,1.1 内燃机的总体构造,发动机是将燃料燃烧释放的热能转变成机械能的机械；凡是将燃料燃烧所产生的热能转变成机械能的机器统称为热力发动机，简称发动机。,热力发动机分类：根据燃料燃烧部位不同分为（1）外燃机：燃料在发动机外部燃烧的称为外燃机，如蒸汽机、汽轮机等等；（2）内燃机：燃料在发动机内部燃烧的称为内燃机，如柴油机、汽油机等等；,内燃机的分类,转子式内燃
2、机,往复活塞式内燃机,目前，汽车、拖拉机广泛采用往复活塞式内燃机。本课程只讲述往复活塞式内燃机,往复活塞式内燃机分类,1、按所用燃料分：汽油机、柴油机、石油液化气机、沼气机等；,2、按循环行程数分：二行程发动机、四行程发动机；,3、按气缸数及排列方式分：单缸发动机:立式、卧式；多缸发动机：直列、V型、对置式。,4、按冷却方式分：水冷式发动机、风冷式发动机；,5、按着火方式分：点燃式发动机、压燃式发动机；,6、按进气方式分：增压发动机、非增压发动机。,发动机是汽车最主要的总成之一，动力的来源。被称为汽车拖拉机的“心脏”。,内燃机的总体构造,连杆,飞轮,曲轴,活塞,进气门,排气门,推杆,挺柱,正时
3、齿轮,发动机的总体构造,汽油机由“两大机构、五大系统构成。,柴油机由“两大机构、四大系统构成。,上止点下止点 活塞行程(S)曲柄半径(R)燃烧室容积(Vc)气缸总容积(Va),VL=V h i,Vh=D2S 10-6/4（L）D气缸直径，mm S活塞行程，mm,1.基本术语,发动机排量(VL),气缸工作容积(V h),1.2 内燃机的基本工作原理,定义：气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。用表示。,现代汽油机压缩比一般为611。柴油机压缩比一般为1522。,压缩比,=Va/Vc,压缩比是内燃机重要的技术指标。压缩比的大小反映了气体在汽缸内被压缩的程度。压缩比越大其动力性和经济性越好。但压缩比
4、过大，会导致爆震燃烧和表面点火。,工作循环,工作循环：发动机完成一次能量交换的过程。称为完成一个工作循环。即发动机历经了进气、压缩、燃烧、作功、排气五个顺序一定的连续工作过程。四行程内燃机：活塞在汽缸内往复四次(四个行程)，完成一个工作循环。二行程内燃机：活塞在汽缸内往复二次(二个行程)，完成一个工作循环。,进气行程,示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。,排气门关闭,进气门开启,活塞,进气终了，混合气温度370440 K，压力7590 kPa,大气压力线,P,V,r,a,示功图,上止点,下止点,2.四冲程汽油机的工作原理,a、进气行程,进气门关闭,排气门关闭,活塞,P,V,r
5、,a,示功图,大气压力线,c,上止点,下止点,温度600800K，压力0.61.5MPa,b、压缩行程,作功行程,进气门关闭,排气门关闭,活塞,P,V,r,a,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,瞬时最高：温度22002800 K，压力35MPa,作功终了：温度15001700 K，压力0.30.5 MPa,c、作功行程,排气行程,进气门关闭,排气门打开,活塞,P,V,r,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,温度9001200 K 压力105125 kPa,残余废气,d、排气行程,四冲程发动机工作状态,3.四冲程柴油机的工作原理,柴油机工作时各行程状态参数,柴油机与汽油
6、机工作原理比较,1.都有四个行程：进气、压缩、做功、排气。2.四个过程中，只有做功行程对外输出功，其余三个均消耗功。3.发动机完成一个工作循环，曲轴旋转两圈（720）。4.第一个循环均需外力带动。,与柴油机相同,1.进气过程：进气过程进入汽缸的是汽油与空气的可燃混合气。2.压缩过程：汽油机在压缩过程压缩的是混合气。3.着火方式不同：当压缩接近终了时,火花塞（1525kV）产生电弧点燃混合气。,与柴油机不同,1.柴油机的经济性比汽油机好。2.柴油机和汽油机工作过程中各点的压力和温度都不同。3.柴油机的燃烧过程既有等容加热(燃烧)阶段又有等压加热(燃烧)阶段,属混合加热循环。而汽油机只有等容加热阶
7、段,属等容加热循环。4.柴油机体积和重量大。5.柴油机制造成本较高。6.柴油机的工作噪音较大,启动困难。,柴油机与汽油机性能的比较,4.二冲程汽油机工作原理,压缩混合气,进气,点火燃烧,排气,扫气孔,进气孔,排气孔,火花塞,第一行程：活塞由下止点向上止点运动。,第二行程：活塞由上止点向下止点运动。,5.二冲程柴油机工作原理,换 气,燃烧,压 缩,喷油器,空气,扫气泵,排气门,第一行程：活塞由下止点向上止点运动。,第二行程：活塞由上止点向下止点运动。,1.理论上它的功率应等于四冲程发动机的二倍。2.由于作功频率较大，二冲程发动机的运转比较均匀平稳。3.构造简单，质量较小。4.易受磨损和经常需要修
8、理的运动部件数量较少。,二冲程发动机与四冲程发动机相比的优点：,（4）多缸四冲程内燃机工作原理,为了提高曲轴转速的均匀性，增加发动机的输出功率，内燃机常采用多缸结构。,6.内燃机产品名称和型号编制规则（GB7252008）,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、煤气机、沼气机，双燃料发动机等。2、内燃机型号由阿拉伯数码和汉语拼音字母组成。,型号编制示例,（1）165F汽油机表示单缸，四冲程，缸径65mm，风冷汽油机。（2）R175柴油机表示单缸，四冲程，缸径75mm水冷，通用型柴油机（这里R表示175的换代标志符号）。（3）X4105柴油机表示四缸，四冲程，缸径105mm
9、，水冷柴油机（这里取X表示系列代号）。（5）495T柴油机表示四缸，四冲程，缸径95mm，水冷，拖拉机用柴油机。（6）12V135ZG柴油机表示12缸，V型，二冲程，缸径135mm，水冷，增压，工程机械用柴油机。,示功图,1.3 发动机的主要性能指标,动力性指标,1、平均指示压力：发动机在一个工作循环单位工作容积所做的指示功。,1.3 发动机的主要性能指标,动力性指标,2、指示功率：发动机单位时间所做的指示功。,3、指示效率：发动机实际循环指示功相当热量于所消耗的燃料热量之比值。,1.3 发动机的主要性能指标,动力性有效指标,1、有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，以Te表示，
10、单位为Nm。,2、有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率称为发动机的有效功率。用Pe表示，单位为kW。,式中：Te有效转矩，Nm；n曲轴转速，r/min。,发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。,经济性指标,3、有效燃油消耗率：发动机每发出1kW的有效功率，在1h内所消耗的燃油质量（以g 单位），用ge 表示。燃油消耗率可由下式计算：,式中：Gf发动机每单位时间内的耗油量，kg/h，可用试验测定。Pe发动机有效功率，kW。,a)从残余废气和排气中回收的热量；b)由气缸壁传给进气的热量；c）排出的废气传给冷却水的热量；d）在摩擦热中传给冷却水的部分；e）从排气系统辐射的热量
11、；f）从冷却系和水套壁辐射的热量；g）从曲轴箱壁和其他不冷却部分辐射的热量。,Q1=Qe+Qs+Qr+Qw(kJ/h),内燃机热平衡,影响内燃机工作性能的主要因素,（1）机械效率和机械损失,机械损失包括:发动机内部摩擦损失；驱动附件损耗，如:机油泵、燃油泵、扫气泵、冷却水泵、风扇、配气机构；和泵气损失等。,汽油机的机械效率一般为柴油机的机械效率一般为0.70.85.,机械效率的影响因素,（1）缸径和行程，缸径和行程增大，损失会增加。,（2）摩擦损失：曲柄连杆机构、配气机构。,（3）曲轴转速和活塞平均速度：增加，损失会增加。,（4）负荷：负荷增加，平均指示压力增加，则机械效率增加。,（5）润滑油
12、的品质和冷却水温度,在保证内燃机可靠润滑条件的前提下，应尽量选用黏度较小的润滑油。,影响内燃机动力性和经济性的主要因素,实际进入汽缸的空气,充气系数,1.采用增压技术；2.提高指示效率；3.提高充量系数；4.提高机械效率,本章思考题,1.内燃机是如何分类的?2.解释下列基本名词术语 上止点、下止点、活塞行程、汽缸总容积、压缩比、内燃机排量。3.四行程柴油机和四行程汽油机的主要结构和工作原理有何异同?4.四行程内燃机和二行程内燃机的主要结构和工作原理有何异同?5.多缸四行程内燃机与单缸四行程内燃机的工作原理有何异同?6.内燃机的主要性能指标有哪几类?各类主要指标有哪些？并简述其物理意义。7.减少机械损失和提高机械效率的途径有哪些?8.提高内燃机动力性和经济性的途径有哪些?,
