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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,發(fā)動機的結構及工作原理,Eric.lee 2008.10.12,Petrol engine train report,第一節(jié)、概述,第二節(jié)、發(fā)動機的專業(yè)名詞,第三節(jié)、四沖程汽油機結構及工作原理,第四節(jié)、二沖程汽油機結構及工作原理,第五節(jié)、汽油機的特性,第六節(jié)、汽油機廢氣排放,第七節(jié)、汽油機常見故障,Petrol Petrol engine train report,第一節(jié) 概述,發(fā)動機又分為外燃機與內(nèi)燃機兩大類。當燃料在鍋爐中燃燒，將爐中的水燒成水蒸汽，再將蒸氣通到氣缸中驅動機械運轉（如火車用的蒸氣機、發(fā)電
2、機組用的蒸氣輪機），這種發(fā)動機稱為外燃機。將燃料引入氣缸內(nèi)燃燒，通過燃氣膨脹驅動機械運轉（如柴油機、汽油機、煤氣機等），這種發(fā)動機稱為內(nèi)燃機。,1,，發(fā)動機的工作原理：,內(nèi)燃機是把燃料燃燒在發(fā)動機氣缸內(nèi)部進行燃燒，將燃料的化學能轉變成熱能，然后又將熱能推動汽缸內(nèi)的活塞做功，轉變成機械能的機器。,Petrol engine train report,發(fā)動機工作過程示意圖,Petrol engine train report,2,，發(fā)動機的分類,汽油機,柴油機,1,）常見的內(nèi)燃機及發(fā)動機根據(jù)燃料的著火方式主要有：,點燃式發(fā)動機（汽油機） 和 壓燃式發(fā)動機（柴油機）,Petrol engine tr
3、ain report,2,）按缸數(shù)分： 單缸機 和 多缸機 多缸機分布形式：直列式,V,型,W,型,X,型 星型,Petrol engine train report,3,）按結構特點分：,1,）活塞發(fā)動機,2,）轉子發(fā)動機,3,）燃氣渦輪發(fā)動機,4,）葉片機,4,）按工作原理：四沖程 和 二沖程,Petrol engine train report,5,）按進氣方式：增壓和非增壓,Petrol engine train report,6,）按照冷卻方式分類,Petrol engine train report,3,，發(fā)動機的總體結構,發(fā)動機主要由以下組成：,1,）曲柄連桿機構,2,）配氣機構
4、,3,）燃料供給系,4,）潤滑系,5,）冷卻系,6,）點火系,7,）起動系組成。,Petrol engine train report,1,）曲柄連桿機構,曲柄連桿機構是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中，活塞承受燃氣壓力在氣缸內(nèi)作直線運動，通過連桿轉換成曲軸的旋轉運動，并從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉運動轉化成活塞的直線運動,Petrol engine train report,2),配氣機構,配氣機構的功用是根據(jù)發(fā)動機的工作順序和工作過程，定時開啟和關閉,進氣門和排氣門，使可燃混
5、合氣或空氣進入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實現(xiàn)換氣過程。配氣機構大多采用頂置氣門式配氣機構，一般由氣門組、氣門傳動組和氣門驅動組組成。,Petrol engine train report,汽油機燃料供給系的功用是根據(jù)發(fā)動機的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去；柴油機燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。,3),燃料供給系統(tǒng),Petrol engine train report,4),潤滑系統(tǒng),潤滑系的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機
6、件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。潤滑系通常由潤滑油道、機油泵、機油濾清器和一些閥門等組成。,Petrol engine train report,5),冷卻系統(tǒng),冷卻系的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風扇、水箱、節(jié)溫器等組成,。,Petrol engine train report,6),點火系統(tǒng),在汽油機中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。能夠按時在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設備稱為點火系，點火系通常由蓄電池、發(fā)電機、分電器、點火線圈
7、和火花塞等組成。,Petrol engine train report,7),起動系統(tǒng),要使發(fā)動機由靜止狀態(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉動發(fā)動機的曲軸，使活塞作往復運動，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉。發(fā)動機才能自行運轉，工作循環(huán)才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉動到發(fā)動機開始自動地怠速運轉的全過程，稱為發(fā)動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機的起動系,Petrol engine train report,燃料汽油簡介,汽油的組成元素：,H,、,C,汽油牌號：,90,、,93,、,97,。,汽油機使用的燃料是汽油，汽油是從石油中提煉出來的碳氫化合物
8、。按辛烷值不同分為幾個牌號。以,RQ,打頭，后跟汽油的辛烷值。汽油的辛烷值通常有兩種測定方法，即研究法（,RON,）和馬達法（,MON,），其換算關系為（,RON,）,=,（,MON,）,+10,。例如代號為,RQ-90,，,R,是燃的漢語拼音字頭，,Q,是汽的漢語拼音字頭，代表燃汽油,-90,是辛烷值（表示研究法辛烷值為,90,），壓縮比大的汽油機應選用較高牌號的汽油。由于環(huán)保的要求，我國在,2000,年,7,月,1,日推廣使用無鉛汽油，含鉛量小于,2.5mg/L,為無鉛汽油。汽油的使用性能指標主要有蒸發(fā)性、熱值、抗爆性,Petrol engine train report,國產(chǎn)發(fā)動機的編號
9、,p13,企業(yè)代碼,缸數(shù),氣缸排列形式,沖程數(shù),缸徑尺寸,結構特征,用途特征,企業(yè)自定義,例如：,CA61101,Petrol engine train report,E65F,： 表示單缸，二行程，缸徑,65mm,，風冷通用型,4100Q,： 表示四缸，四行程，缸徑,100mm,，水冷車用,4100Q-4,： 表示四缸，四行程，缸徑,100mm,，水冷車用，第四種變型產(chǎn)品,CA6102,： 表示六缸，四行程，缸徑,102mm,，水冷通用型，,CA,表示系列符號,8V100,： 表示八缸，四行程、缸徑,100mm,，,V,型，水冷通用型,TJ376Q,： 表示三缸，四行程，缸徑,76mm,，水
10、冷車用，,TJ,表示系列符號,CA488,： 表示四缸，四行程，缸徑,88mm,，水冷通用型，,CA,表示系列符號,型號編制舉例,Petrol engine train report,第二節(jié)，發(fā)動機專用名詞,Petrol engine train report,發(fā)動機的專業(yè)名詞：,1,、上止點（,TDC,）,top dead center,2,、下止點（,BDC,）,bottom dead center,3,、活塞行程,piston stroke,4,、曲柄半徑,crank throw,5,、氣缸工作容積,cylinder displacement,（,氣缸排量）,6,、發(fā)動機工作容積,eng
11、ine stroke volume,7,、燃燒室容積,combustion chamber volume,8,、氣缸總容積,cylinder volume,9,、壓縮比,ratio of compression,10,、怠速,Idle,11,、全負荷,WOT,12,、點火提前角,Petrol engine train report,1,、上止點,top dead center,活塞離曲軸中心最遠處。,2,、下止點,bottom dead center,活塞離曲軸中心最近處。,Petrol engine train report,3,、活塞行程,piston stroke,上下止點間的距離。,4
12、,、曲軸半徑,crank throw,連桿大頭中心到曲軸中心的距離。,5,、氣缸工作容積,cylinder,displacement,（,氣缸排量）,活塞從上止點到下止點所掃過的容積。,Petrol engine train report,6,、發(fā)動機的工作容積,engine stroke volume,所有氣缸工作容積之和。,7,、燃燒室容積,combustion chamber volume,活塞在上止點時活塞頂上面的空間的容積,。,8,、氣缸總容積,cylinder volume,活塞在下止點時，活塞上部空間的容積。,9,、壓縮比,ratio of compression,氣缸總容積與燃
13、燒室容積之比。,10,、怠速,Idle,發(fā)動機克服自身磨察阻力工作的最低穩(wěn)定轉速,11,、全負荷,WOT,發(fā)動機在節(jié)氣門在最大開度位置工作,12,、點火提前角： 火花塞開始點火時離上止點角度,Petrol engine train report,第三節(jié)，四沖程汽油機構造及原理,1,，汽油機的構造,2,，汽油機工作原理,1,，汽油機的構造,火花塞,氣缸,進,氣門,活塞,連桿,排氣門,曲軸,返回,凸輪,Petrol engine train report,Petrol engine train report,Petrol engine train report,Petrol engine trai
14、n report,2,，四沖程汽油機工作原理,吸氣沖程,壓縮沖程,做功沖程,排氣沖程,返回,Petrol engine train report,吸氣沖程,汽油和空氣,此時，活塞被曲軸帶動由上止點向下止點移動，同時，進氣門開啟，排起門關閉。當活塞由上止點向下止點移動時，活塞上方的容積增大，氣缸內(nèi)氣體壓力下降，形成一定的真空度。由于進氣門開啟，氣缸與進氣管相通，混合氣被吸入汽缸。,空氣由空氣濾清器經(jīng)進氣道上的化油器，將汽油吸入并霧化成細小的油粒與空氣混合，即形成可燃混合氣，而后進入汽缸。,當活塞移動到下止點時，汽缸內(nèi)充滿了新鮮混合氣以及上一個工作循環(huán)未排出的廢氣。,返回,Petrol engin
15、e train report,壓縮沖程,活塞由下止點移動到下止點，進排氣門關閉。曲軸在飛輪慣性力的作用下帶動旋轉，通過連桿推動活塞向上移動，汽缸內(nèi)的氣體容積逐漸減小，氣體被壓縮，汽缸內(nèi)的混合壓力與溫度隨著升高。,一般壓縮比不可太大,一般為,6-8.5,個別可達,9.5-10,太大可引起可燃混合氣過早爆燃,和產(chǎn)生爆震，導致汽油機功率下降，工作條件惡化。,返回,Petrol engine train report,燃燒膨脹沖程,此時，進排氣門同時關閉，火花塞點火，混合氣劇烈燃燒，汽缸內(nèi)的溫度、壓力急劇上升，高溫、高壓氣體推動活塞向下移動，通過連桿帶動曲軸旋轉。在發(fā)動機工作的四個過程中，只有這個在行
16、程才實現(xiàn)熱能轉化為機械能，所以，這個行程又稱為作工行程。,返回,Petrol engine train report,排氣沖程,燃燒后的廢氣,此時，排氣門打開，活塞從下止點移動到上止點，廢氣隨著活塞的上行，被排出氣缸。由于排氣系統(tǒng)的阻力，且燃燒室也有一點定的容積，所以在排氣終了，不可能將廢氣排凈，這部分留下來的廢氣稱為殘余廢氣。殘余廢氣不僅影響充氣，對燃燒也有不良影響。,返回,Petrol engine train report,第四節(jié)，二沖程汽油機構造及原理,二沖程汽油機主要組成部件：,Petrol engine train report,二沖程汽油機的工作原理,第一沖程：,活塞由下止點向上
17、止點移動，掃氣口和排氣口，壓縮已經(jīng)進入氣缸的混合氣。由于活塞上移，使活塞下部密閉的曲軸箱內(nèi)容積不斷加大，壓力降低，形成真空度，當活塞下邊緣將進氣口打開時，在大氣壓力的作用下，可燃混合氣被吸入曲軸箱內(nèi)?？梢姷谝恍谐淌菈嚎s和予進氣行程 。,第二沖程,：,當上一行程活塞接近上止點時，火花塞點火，點燃以壓縮的混合氣體。由于混合氣體燃燒并急劇膨脹，推動活塞向下移動作功，同時壓縮了曲軸箱內(nèi)的可燃氣體?；钊蛳乱苿訉⑴艢饪诖蜷_，具有一定壓力的廢氣很快經(jīng)排氣口沖出體外?；钊^續(xù)向下移動，隨即掃氣口也被打開（掃氣口上緣略底于排氣口下緣），曲軸箱你被壓縮的可燃混合氣體經(jīng)掃氣口進入氣缸體內(nèi)，同時驅逐氣缸內(nèi)的廢氣繼續(xù)
18、排出。,Petrol engine train report,Petrol engine train report,二沖程汽油機主要特點,二行程發(fā)動機顧名思義就是活塞經(jīng)過兩次單向運動且曲軸旋轉一周，就產(chǎn)生一次引擎爆發(fā)動力的過程；所以二行程發(fā)動機的特色就是氣缸壁上有多個進氣孔和有一個或以上的排氣孔，而活塞的往復運動就是打開和關閉這些氣孔，因曲軸箱已用來壓送混合氣到氣缸中，所以燃燒氣體是機油和汽油的混合氣。因為只有活塞來控制氣門進排氣動作，所以汽缸進氣孔是低于排氣孔。二行程的特點是結構簡單容易維修，在中高轉速爆發(fā)力強。,優(yōu)點：二沖程發(fā)動機結構比較簡單、重量輕、尺寸小。另外由于曲軸轉一圈就有一次作功
19、，因此，當二沖程發(fā)動機與四沖程發(fā)動機氣缸工作容積、壓縮比、曲軸轉速、每循環(huán)供油量以及其他條件相同時，二沖程發(fā)動機的實際功率將比四沖程發(fā)動機要大（理論上應該大倍，單實際大（,0.50.6,倍）。,缺點：耗油大、廢氣污染 ，可靠性和經(jīng)濟性較差。,Petrol engine train report,二沖程內(nèi)燃機換氣,換氣過程分為三個階段，,自由排氣階段、掃氣與強制排氣階段,和,過后排氣,或,過后充氣階段,。,1.,自由排氣階段,從排氣口開啟直到新鮮充量進入氣缸為止。,特點 ：,（,1,）下止點前,60,75,（,CA,）開啟，氣缸內(nèi)壓力較高，約為,300600kPa,，氣缸內(nèi)的燃氣以聲速流出。,（
20、,2,）排氣流量與排氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)無關，只取決于缸內(nèi)氣體的狀態(tài)和排氣口流通截面的大小。,（,3,）缸內(nèi)燃氣可以流出大約,70,80,。,2.,掃氣與強制排氣階段,掃氣口開啟，新鮮充量進入氣缸，直到活塞下行到下止點后再上行將掃氣口關閉為止。 特點：利用掃氣氣體強制將廢氣排出氣缸外，還要充入新鮮充量。,3.,過后排氣或過后充氣階段,從掃氣口關閉到排氣口關閉期間。 特點：該階段所持續(xù)的時間較短。由于活塞已經(jīng)開始上行，缸內(nèi)氣體壓力提高，對過后排氣是有利的而不利于過后充氣。要達到過后充氣的目的，就必須提高掃氣泵的掃氣壓力，相應地增加掃氣泵消耗的機械功。,Petrol engine train repo
21、rt,二沖程汽油機換氣方式,（,1,）橫流式 （,2,）回流式,3,）直流式,Petrol engine train report,不同換氣方案的比較,1.,橫流掃氣：掃氣口與排氣口布置在氣缸周圍相對的兩個壁面上。 易產(chǎn)生換氣短路，換氣效果差，氣缸的受熱不均勻。,2.,回流掃氣,:,掃氣口與排氣口位于氣缸同側。掃氣口也在縱橫方向有傾斜角，使掃氣氣流的主流在氣缸內(nèi)沿活塞頂和氣缸壁流動時轉彎而形成回流，將廢氣由排氣口擠出。效果較好,3.,直流式掃氣：,掃氣氣流沿氣缸軸線運動，換氣品質最好，效果較好。,可以方便地實現(xiàn)不對稱換氣，將排氣門較早關閉，以達到過后充氣 的目的。,活塞受到掃氣空氣的冷卻作用，
22、工作條件較好。,由于掃氣口沿整個氣缸圓周分布，氣孔的孔高可以縮短，以減少行程損失。,Petrol engine train report,二沖程的換氣過程與四沖程的差異,（,1,）換氣時間短，換氣質量差： 二沖程為,120,150 CA,，而四沖程為,400 ,500 CA,。從氣門疊開角占整個內(nèi)燃機換氣時間的比例來看，非增壓約為,3,8,，增壓為,20,30,，而二沖程達到了,70,80,。將有較多的新鮮充量經(jīng)過排氣門直接流入排氣管中，增加了空氣消耗量（對于柴油機而言）或混合氣消耗量（對于汽油機而言）。與二沖程增壓發(fā)動機所匹配的增壓器比四沖程發(fā)動機流量大的原因。,（,2,）進、排氣過程同時進
23、行： 四沖程的換氣過程在兩個行程中進行，新鮮充量與廢氣摻混的機會較少，殘余廢氣系數(shù)較?。欢_程換氣時進、排氣過程同時進行，新鮮充量與廢氣易于摻混，殘余廢氣系數(shù)比較大。,（,3,）掃氣消耗功大： 盡管二沖程無泵氣損失，但消耗的空氣量大，掃氣泵耗功多，使得其指示熱效率明顯低于四沖程內(nèi)燃機，因此燃油消耗率較高。,（,4,）二沖程汽油機的,HC,排放高： 對于二沖程汽油機而言，由于在掃氣期間有較多新鮮充量短路而直接流入排氣管，導致其未燃,HC,排放遠高于四沖程發(fā)動機。,Petrol engine train report,第五節(jié)，發(fā)動機的特性,發(fā)動機的特性主要包括：,負荷特性、速度特性、萬有特性,速
24、度特性： 油量調(diào)節(jié)部位不變，性能指標隨轉速變化的規(guī)律。,負荷特性： 速度不變，性能指標隨負荷變化的規(guī)律。,全,(,萬有,),特性： 轉速和負荷都變化時，性能指標的變化規(guī) 律。,Petrol engine train report,速度特性,發(fā)動機在油量調(diào)節(jié)機構保持不變時（負荷一定），其主要的性能指標隨轉速變化的規(guī)律。,測量：在臺架上將油量控制機構保持不變，調(diào)整負荷，轉速相應產(chǎn)生變化，記錄轉速及相應性能指標，繪制曲線。橫坐標為轉速，縱坐標為油耗、轉矩、有效功率。,外特性,當油量控制機構在標定工況位置時（通常為最大）測得的全負荷速度特性稱為外特性。其他的速度特性為部分負荷速度特性。,Petrol
25、engine train report,負荷特性,當發(fā)動機轉速不變，性能指標隨負荷變化的關系；,可在臺架上測取，每一條負荷特性曲線對應一個轉速。特性曲線的橫坐標為有效功率、有效轉矩和平均有效壓力三參數(shù)之一；縱坐標為燃油消耗量,B,、燃油消耗率,be,以及排溫、煙度、機械效率等。,可以分析出發(fā)動機經(jīng)濟性的好壞，油耗線越低越平坦，表示大范圍負荷區(qū)內(nèi)經(jīng)濟性越好；在低負荷區(qū)油耗顯著上升，常希望負荷接近經(jīng)濟負荷區(qū)。,Petrol engine train report,用一個曲線圖來表示內(nèi)燃機各種性能參數(shù)在全工況范圍內(nèi)的變化關系的特性。,萬有特性曲線一般是以轉速,n,為橫坐標，以負荷（平均有效壓力,pm
26、e,）為縱坐標，在圖上繪出若干條等油耗曲線和等功率曲線。,萬有特性上，可以了解到內(nèi)燃機在各種工況下的性能，很容易找出最經(jīng)濟的負荷和轉速,。,Petrol engine train report,萬有特性,Petrol engine train report,特性曲線示列,第六節(jié)、汽油機廢氣排放,汽油廢氣對人體的危害：,汽油廢氣主要包括,: CO,HC,NOx,1)CO,：是一種無色無味氣體空氣中是,CO,超過,0.1%,是就回中毒，超過,0.3%,時就會使人在,30min,中使人致命。,2)HC,：包括未燃燒完的燃油、潤滑油極其列解的部分氧化物，如烷烴，芳香烴、醛、酮、酸等上百中成分，它對人體
27、無直接損壞，但在紫外線的作用下，分解物對眼、呼吸道、血液有毒害。,3)NOx,：內(nèi)燃機一般排出了的,NO,，在大氣中氧化成,NO2,，它具有強烈的刺激味，對肺和心肌有很大的損傷。,Petrol engine train report,Petrol engine train report,概述：,小型汽油機的故障主要是起動困難或起動不了。,原因有：電路系統(tǒng)的故障、燃料供給系統(tǒng)的故障和氣缸壓縮力不足的故障等。,請看附表：,第七節(jié)，二沖程汽油機常見故障,Petrol engine train report,常見故障,現(xiàn)象,解決辦法,不能起動或起動困難,火花塞無火,1,，檢查高壓線路絕緣層是否破壞，看
28、有沒有出現(xiàn)漏電，短路的情況,.,2,，檢查火花塞電極間距是否過大，如過大，將其調(diào)整為,0.50.7mm.,3,，檢查火花塞電機是否燒壞，并更換。,4,，檢查點火器是否燒壞或損壞，并將其更換。,火花塞有火,1,，檢查進氣管是否擰緊出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，無法形成真空度，導致化油器無法正常工作,2,，檢查曲柄箱合縫和汽缸結合面是否有漏氣現(xiàn)象，如有，請更換墊片,3,，檢查火花塞電機是否燒壞，并更換。,4,，檢查汽缸壓力正常，如過低，請更換磨損嚴重的活塞環(huán),5,，檢查油箱呼吸孔是否工作，將油壺蓋擰松后，再起動。,Petrol engine train report,功率和轉速較低,1,，檢查化油器是否正常，如混
29、合器濃度是否正常等等。,2,，檢查活塞環(huán)汽缸是否過度磨損。,3,，檢查消音器是否有異物或積碳堵塞，并清除。,4,，檢查汽油機是否有過熱現(xiàn)象，如有，檢查機油汽油比列是否正常，檢查強制通風系統(tǒng)有無問題。,5,，檢查汽缸是否積碳過多，清除再運行。,使用過程中突然熄火,1,，用手拌動飛輪，看運轉是否順暢，如出現(xiàn)卡滯，檢查是否拉缸。,2,，檢查大小滾針是否燒壞。,Petrol engine train report,常見零部件失效,常,見,零,部,件,失,效,1,，汽缸拉缸,2,，活塞環(huán)卡死,3,，起動器盤簧脫落，無法回彈,4,，墊片漏油,5,，螺釘松脫,6,，曲柄箱破裂,7,，起動器荊抓磨損或熱溶失效,8,，曲軸油封老化漏氣,Petrol engine train report,謝 謝！,Petrol engine train report,
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