發(fā)動機的工作原理及總體構造

www.sail-shipping.com 來源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：似水流年90 類別：汽車構造維修時間：2007-01-24

第一節(jié)　　發(fā)動機的作用和組成
　　一、發(fā)動機的作用：是使輸進氣缸內(nèi)的燃料燃燒而發(fā)出動力。
　　二、發(fā)動機的組成：機體、曲柄連桿機構、配氣機構、燃油供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、點火系統(tǒng)(汽油發(fā)動機采用)、起動系統(tǒng)等部分組成。（如圖1.1）

    第二節(jié)　發(fā)動機的分類
　　1、根據(jù)所用燃料不同，發(fā)動機可以分為汽油機、柴油機和氣體燃料發(fā)動機。以汽油或柴油為燃料的發(fā)動機分別稱為汽油機和柴油機。使用天然氣、液化石油氣和其它氣體燃料的發(fā)動機稱為氣體燃料發(fā)動機。
　　2、按照冷卻方式的不同，發(fā)動機可以分為水冷發(fā)動機和風冷發(fā)動機兩種。利用水或冷卻液作為冷卻介質(zhì)進行冷卻的稱為水冷發(fā)動機，利用空氣作為冷卻介質(zhì)進行冷卻的稱為風冷發(fā)動機。
　　3、按照完成一個工作循環(huán)所需的行程數(shù)不同，內(nèi)燃機可分為四行程內(nèi)燃機和二行程內(nèi)燃機。把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復運動四個行程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機稱為四行程內(nèi)燃機；而把曲軸轉(zhuǎn)一圈(360°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復運動兩個行程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機稱為二行程內(nèi)燃機。汽車發(fā)動機廣泛使用四行程內(nèi)燃機。
　　4、按照進氣狀態(tài)不同，活塞式內(nèi)燃機可分為增壓和非增壓兩種，若進氣是在接近大氣狀態(tài)下進行的，則為非增壓式或自然吸氣式內(nèi)燃機；若利用增壓器將進氣壓力增高，進氣密度增大，則為增壓式內(nèi)燃機。增壓可以提高內(nèi)燃機功率。汽油機常采用自然吸氣式；柴油機為了提高功率有采用增壓式的。(相關視頻：第二集)
    第三節(jié)　發(fā)動機的型號與編制
    發(fā)動機型號的排列順序及符號所代表的意義規(guī)定如下表：（如圖1.2）
    型號編制示例如下：
　　(1) 1E65F----表示單缸、四沖程、缸徑65mm、風冷、通用型。
　　(2) 4100Q----表示四缸、四沖程、缸徑100mm、水冷、車用。
　　(3) 492T ----表示四缸、四沖程、缸徑95mm、水冷、拖拉機用。

第四節(jié) 發(fā)動機的常用術語
　1、上止點
　活塞在氣缸里作往復直線運動時，當活塞向上運動到最高位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠的極限位置，稱為上止點。
　　2、下止點
　　活塞在氣缸里作往復直線運動時，當活塞向下運動到最低位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的極限位置，稱為下止點。
　　3、活塞行程　
　　活塞從一個止點到另一個止點移動的距離，即上、下止點之間的距離稱為活塞行程。一般用s表示，對應一個活塞行程，曲軸旋轉(zhuǎn)180°
　　4、曲柄半徑
　　曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心之間的距離稱為曲柄半徑，一般用R表示。通常活塞行程為曲柄半徑的兩倍，即 S =2R 。
　　5、氣缸工作容積
　　活塞從一個止點運動到另一個止點所掃過的容積，稱為氣缸工作容積。一般用Vh表示：

   式中：D－氣缸直徑，單位mm；
    　　 S－活塞行程，單位mm；
　　6、氣缸總?cè)莘e
　　活塞位于下止點時，其頂部與氣缸蓋之間的容積稱為氣缸總?cè)莘e。一般用Va表示，顯而易見，氣缸總?cè)莘e就是氣缸工作容積和燃燒室容積之和，即Va＝Vc＋Vh。
　　7、發(fā)動機排量
　　多缸發(fā)動機各氣缸工作容積的總和，稱為發(fā)動機排量。一般用VL表示：
        VL=Vhi　　
　　式中：Vh－氣缸工作容積；
　　      i －氣缸數(shù)目。
　　8、壓縮比
　　是發(fā)動機中一個非常重要的概念，壓縮比表示了氣體的壓縮程度，它是氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比值，即氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比。一般用ε表示。

    式中：Va －氣缸總?cè)莘e；　
      Vh －氣缸工作容積；　　
       Vc －燃燒室容積；
　　通常汽油機的壓縮比為6～10，柴油機的壓縮比較高，一般為16～22。
　　9、工作循環(huán)
　　每一個工作循環(huán)包括進氣、壓縮、作功和排氣過程，即完成進氣、壓縮、作功和排氣四個過程叫一個。
    (相關視頻：第三集)
    第五節(jié) 發(fā)動機的工作原理
    一、四行程汽油發(fā)動機工作原理
　　發(fā)動機工作須經(jīng)過進氣，把可燃混合氣(或新鮮空氣)引入氣缸；然后將進入氣缸的可燃混合氣壓縮，壓縮接近終點時點燃可燃混合氣；可燃混合氣著火燃燒，膨脹推動活塞下行實現(xiàn)對外作功；最后排出燃燒后的廢氣。進氣、壓縮、作功、排氣四個過程。把這四個過程叫做發(fā)動機的一個工作循環(huán)，工作循環(huán)不斷地重復，就實現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換，使發(fā)動機能夠連續(xù)運轉(zhuǎn)。
　　1、進氣行程
　　活塞在曲軸帶動下從上止點向下止點運動，這時排氣門關閉，進氣門打開。隨著活塞下移，氣缸內(nèi)容積增大，壓力減小，在氣缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和汽油混合物通過進氣門被吸入氣缸，并在氣缸內(nèi)進一步形成可燃混合氣。
　　2、壓縮行程：
　　進氣結(jié)束終了，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，帶動活塞從下止點向上止點運動，這時進、排氣門均關閉，氣缸內(nèi)成為封閉容積，隨著活塞移動，氣缸容積不斷減小，可燃混合氣受到壓縮，壓力和溫度不斷升高，當活塞到達上止點時壓縮行程結(jié)束。
　　3、做功行程;
　　做功行程包括燃燒過程和膨脹過程，在這一行程中，進氣門和排氣門仍然保持關閉。當活塞位于壓縮行程接近上止點(即點火提前角)位置時，安裝在氣缸蓋上的火花塞產(chǎn)生電火花，點燃可燃混合氣，火焰迅速傳遍整個燃燒室，同時放出大量的熱能。燃燒氣體的體積急劇膨脹，溫度和壓力急劇升高，最高壓力可達3.0～6.5MPa，最高溫度可達2200～2800K，高溫高壓氣體膨脹，推動活塞從上止點向下止點移動，通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機械能，除了用于維持發(fā)動機本身繼續(xù)運轉(zhuǎn)外，其余用于對外做功。隨著活塞向下運動，氣缸內(nèi)容積增加，氣體壓力和溫度逐漸降低，當活塞運動到下止點時，做功行程結(jié)束，氣體壓力降低到0.35～0.5MPa，氣體溫度降低到1200～1500K。
　　4、排氣行程：
　　可燃混合氣在氣缸內(nèi)燃燒后生成的廢氣必須從氣缸中排出去以便進行下一個進氣行程。排氣行程開始時，排氣門開啟，進氣門仍然關閉，曲軸通過連桿帶動活塞由下止點向上止點運動時，此時廢氣在自身生剩余壓力和在活塞的推動下，經(jīng)排氣門排出氣缸之外。活塞越過上止點后，排氣門關閉，排氣行程結(jié)束。
　　受排氣阻力的影響，排氣終止時，氣體壓力仍高于大氣壓力，約為0.105～0.12MPa，溫度約為900～1100K。
　　曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點向下止點運動，又開始了下一個新的循環(huán)過程。可見四行程汽油機經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個行程完成一個工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點往復運動了四個行程，相應地曲軸旋轉(zhuǎn)了兩圈。
　　實際汽油機的進氣過程中，進氣門打開。在排氣行程中，是排氣門早于下止點開啟，遲于上止點關閉。
　　進氣門早開晚關的目的是為了增加進入氣缸的混合氣量，排氣門早開晚關的目的是為了減少氣缸內(nèi)的殘余廢氣量。減少殘余廢氣量，會相應增加進氣量。(相關視頻：第四集)
    二、四行程柴油機的工作原理
　　四行程柴油機和四行程汽油機的工作過程一樣，每一個工作循環(huán)同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣四個行程，但由于柴油機使用的燃料是柴油，柴油與汽油有較大的差別，柴油粘度大，不易蒸發(fā)，自燃溫度低，故可燃混合氣的形成，著火方式，燃燒過程以及氣體溫度壓力的變化都和汽油機不同.四沖程柴油機工作原理如下：
　　1、進氣沖程　與汽油機相比，進入柴油機汽缸的不是可燃混合氣而是純空氣。進氣行程結(jié)束時，氣體壓力為80 -90kpa，溫度為310-350K。
　　2、壓縮沖程壓縮的是純空氣，由于柴油機壓縮比大，壓縮終了時氣體的溫度和壓力比汽油機高。壓力約為3000-5000kpa,溫度約為800-1000k。
　　3、做工沖程壓縮行程結(jié)束，高壓柴油經(jīng)噴油器呈霧狀噴入汽缸，迅速汽化并與空氣形成混合氣。由于壓縮終了汽缸內(nèi)溫度遠高于柴油的自然溫度(500K左右)柴油立即自行著火燃燒。因此，柴油機沒有點火系統(tǒng)。燃燒最高壓力為5000-10000kpa，最高溫度約為1800-2200K。
　　4、排氣沖程   基本上與汽油機相同。
    三. 二行程汽油機的工作原理
　　二行程汽油機的工作循環(huán)也是由進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣過程組成，但它是在曲軸旋轉(zhuǎn)一圈(360°)，活塞上下往復運動的兩個行程內(nèi)完成的。因此，二行程發(fā)動機與四行程發(fā)動機工作原理不同，結(jié)構也不一樣。（如圖1.3）

　　例如曲軸箱換氣式二行程汽油機，氣缸上有三排孔，利用這三排孔分別在一定時刻被活塞打開或關閉進行進氣、換氣和排氣的。工作原理如下：活塞向上運動，將三排孔都關閉，活塞上部開始壓縮，當活塞繼續(xù)上行時，活塞下方打開了進氣孔，可燃混合氣進入曲軸箱，活塞接近上止點時，火花塞點燃混合氣，氣體燃燒膨脹，推動活塞向下運動，進氣孔關閉，曲軸箱內(nèi)的混合氣受到壓縮，當活塞接近下止點時，排氣孔打開，排出廢氣，活塞再向下運動，換氣孔打開，受到壓縮的混合氣便從曲軸箱經(jīng)進氣孔流入氣缸內(nèi)，并掃除廢氣。
　　第一行程：活塞從下止點向上止點運動，事先已充滿活塞上方氣缸內(nèi)的混合氣被壓縮，新的可燃混合氣又從化油器被吸入活塞下方的曲軸箱內(nèi)。
　　第二行程：活塞從上止點向下止點運動，活塞上方進行作功過程和換氣過程，而活塞下方則進行可燃混合氣的預壓縮。
四. 二行程柴油機的工作原理
　　二行程柴油機和二行程汽油機工作類似，所不同的是，柴油機進入氣缸的不是可燃混合氣，而是純空氣。例如帶有掃氣泵的二行程柴油機工作過程如下：
　　第一行程：活塞從下止點向上止點運動，行程開始前不久，進氣孔和排氣門均以開啟，利用從掃氣泵流出的空氣使氣缸換氣。當活塞繼續(xù)向上運動進氣孔被關閉，排氣門也關閉，空氣受到壓縮，當活塞接近上止點時，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，燃油和空氣混合后燃燒，使氣缸內(nèi)壓力增大。
　　第二行程：活塞從上止點向下止點運動，開始時氣體膨脹，推動活塞向下運動，對外作功，當活塞下行到大約2/3行程時，排氣門開啟，排出廢氣，氣缸內(nèi)壓力降低，進氣孔開啟，進行換氣，換氣一直延續(xù)到活塞向上運動1/3行程進氣孔關閉結(jié)束。