發(fā)動機總論之發(fā)動機總體構造

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1、 l發(fā)動機總體構造l發(fā)動機工作原理l發(fā)動機基本理論 l發(fā) 動 機 基 本 理 論 （ 一 ） 理 論 有 效 性 能 指 標 1、 有 效 功 率 Pe： 有 效 功 率 是 指 發(fā) 動 機 運 轉 時 由 曲 軸 輸 出 的 功 率 ， 用Pe表 示 。 其 值 可 由 發(fā) 動 機 測 功 機 實 際 測 得 ， 單 位 K w。 2、 有 效 扭 矩 Me： 有 效 扭 矩 是 指 發(fā) 動 機 運 轉 時 由 曲 軸 輸 出 給 傳 動 系的 有 效 旋 轉 力 矩 ， 用 Me表 示 ， 單 位 NM。 3、 有 效 燃 油 消 耗 率 G e ： 單 位 有 效 功 的 燃 油 消 耗

2、 量 稱 為 燃 油 消 耗 或有 效 耗 油 率 ， 用 G e表 示 。 G e越 小 ， 表 示 發(fā) 動 機 曲 軸 輸 出 的 凈 功 率 所 消 耗 的 燃 油 量 越 少 。 發(fā)動 機 產 品 說 明 書 中 通 常 給 出 發(fā) 動 機 的 最 低 燃 油 消 耗 率 。 G e實 際 上 隨 發(fā) 動機 的 工 作 狀 況 改 變 而 發(fā) 生 變 化 的 。 G e值 的 大 概 范 圍 ： 汽 油 發(fā) 動 機 270410g/(K wh) 柴 油 發(fā) 動 機 215285g/(K wh) 有 效 功 率 Pe（ rpm/Kw ）有 效 轉 矩 Me(rpm/N M)有 效 燃 油

3、 消 耗 率 Ge（ g/kw h）汽 油 發(fā) 動 機 曲 線 圖 柴 油 發(fā) 動 機 曲 線 圖 有 效 功 率 Pe（ rpm/Kw ）有 效 轉 矩Me(rpm/N M) n課 外 小 知 識 發(fā) 動 機 動 力 的 描 述 根 據(jù) 地 區(qū) 和 國 家 的 不 同 使用 的 單 位 也 不 同 ， 我 國 使 用 的 單 位 為 ： K w。 而在 國 外 某 些 國 家 習 慣 使 用 的 單 位 則 為 ： Ps(匹 )。 （ 二 ） 實 際 有 效 性 能 指 標 1、 以 上 性 能 指 標 都 是 廠 家 在 理 想 化 的 設 定 下 測 定 的 數(shù) 據(jù) ，實 際 情 況 中

4、 ， 由 于 發(fā) 動 機 輸 出 動 力 （ 功 率 和 扭 矩 ） 后 ， 動 力 需經 過 變 速 箱 、 傳 動 軸 、 輪 轂 等 傳 動 件 后 才 能 真 正 輸 出 動 力 驅 動車 輛 ， 所 以 車 輪 作 用 在 地 面 上 的 動 力 要 比 實 際 廠 家 公 布 出 來 的動 力 數(shù) 據(jù) 要 小 ， 所 以 又 有 人 將 車 輛 開 到 測 功 機 上 去 測 試 車 輛 的實 際 輸 出 功 率 和 扭 矩 。 2、 有 效 燃 油 量 標 識 在 實 際 工 作 中 我 們 更 多 的 是 使 用 “ 百 公 里 油 耗 ” 去 表 示 一 臺 車 的 燃 油經

5、 濟 性 。 如 何 理 解百 公 里 油耗 ？ （ 三 ） 標 定 性 能 指 標 發(fā) 動 機 銘 牌 上 標 示 的 有效 功 率 、 有 效 轉 矩 、 有 效 燃油 量 消 耗 率 等 性 能 指 標 即 為標 定 指 標 。 銘 牌 上 所 給 出 的 有 效 功率 和 有 效 轉 矩 都 是 最 大 值 ，有 效 燃 油 消 耗 量 則 為 最 少 值 。 （ 一 ） 循 環(huán) 充 量 每 循 環(huán) 實 際 進 入 氣 缸 內 的 新 鮮 充 氣 量 的 質 量 ， 稱 為 循 環(huán) 充 氣 量 。 循環(huán) 充 氣 量 大 ， 才 能 使 循 環(huán) 的 最 高 壓 力 （ 做 工 時 的 爆

6、 發(fā) 力 ） 提 高 ， 作 用 于活 塞 頂 的 推 力 增 大 ， 從 而 使 發(fā) 動 機 獲 得 大 的 扭 矩 輸 出 。 所 以 ， 循 環(huán) 新 氣充 氣 量 大 ， 是 發(fā) 動 機 轉 矩 大 的 必 要 條 件 。（ 二 ） 充 氣 效 率 實 際 進 入 氣 缸 的 新 鮮 空 氣 量 G與 大 氣 狀 態(tài) 下 充 滿 氣 缸 工 作 容 積 的 新 鮮空 氣 量 G0之 比 ， 稱 為 充 氣 效 率 ny. 所 謂 進 氣 狀 態(tài) 是 指 當 前 、 當 地 的 大 氣 狀 態(tài) ， 充 氣 效 率 ny是 評 價 發(fā) 動機 換 氣 過 程 完 善 程 度 的 指 標 ， 它

7、 不 受 氣 缸 容 積 的 影 響 。 充 氣 效 率 ny的 一 般 范 圍 ： （ 視 頻 演 示 ） 汽 油 發(fā) 動 機 0.750.85 柴 油 發(fā) 動 機 0.750.9 （ 三 ） 影 響 充 氣 效 率 的 主 要 因 素 充 氣 效 率 增 大 ， 使 發(fā) 動 機 的功 率 及 扭 矩 增 大 ， 分 析 影 響 充 氣效 率 的 因 素 ， 具 有 重 要 意 義 。 1、 轉 速 與 配 氣 相 應 的 影 響 由 于 發(fā) 動 機 在 工 作 過 程 中 運轉 速 度 很 快 ， 所 以 每 個 循 環(huán) 中 ，進 排 氣 門 打 開 的 時 間 非 常 短 ， 所以 會

8、導 致 到 進 氣 的 效 率 降 低 。 為了 提 高 進 、 排 氣 效 率 ， 發(fā) 動 機 的配 氣 機 構 設 計 了 進 、 排 氣 提 前 角和 遲 閉 角 來 改 善 這 種 情 況 。 2、 負 荷 的 影 響 汽 油 機 在 一 定 轉 速 下 ，負 荷 （ 阻 力 矩 ） 減 少 ， 節(jié)氣 門 開 度 相 應 減 少 ， 進 氣流 動 的 阻 力 增 大 ， 使 循 環(huán)充 氣 量 、 充 氣 效 率 及 單 位時 間 沖 量 均 下 降 。 柴 油 機 在 一 定 轉 速 下 ，負 荷 減 小 ， 循 環(huán) 沖 量 、 充氣 效 率 、 單 位 時 間 沖 量 基本 不 變

9、， 只 是 循 環(huán) 噴 入 燃燒 室 的 燃 油 量 相 應 減 少 。 3、 空 氣 濾 清 器 的 影 響 裝 空 氣 濾 清 器 是 為了 減 少 進 入 氣 缸 的 灰 塵 ，減 少 發(fā) 動 機 氣 缸 的 磨 損 。因 而 空 氣 濾 清 器 應 經 常維 護 ， 是 空 氣 濾 清 器 效果 好 又 不 使 進 氣 阻 力 過大 ， 否 則 充 氣 性 能 會 大為 下 降 ， 使 發(fā) 動 機 功 率及 轉 矩 下 降 ， 并 使 油 耗增 加 。 4、 壓 縮 比 的 影 響 提 高 壓 縮 比 ， 燃 燒 室 相 對 減 小 ， 殘 余 廢 棄 量 相 對 下 降 ， 吸 氣

10、時 廢氣 膨 脹 占 有 體 積 小 ， 廢 氣 對 新 氣 的 加 熱 相 對 減 少 ， 從 而 使 充 氣 效 率 提 高 。工 作 總 容 積 工 作 總 容 積 /燃 燒 室 =壓 縮 比 5、 進 氣 管 的 影 響 進 氣 管 要 有 足 夠 的 通 道 斷 面 ， 拐 彎 處 應 有 較 大 的 圓 角 ， 關 內 表 面光 滑 而 無 積 碳 ， 安 裝 時 進 、 排 氣 接 口 應 對 準 ， 這 有 利 于 提 高 進 氣 效 率 。 6、 進 氣 加 熱 的 影 響 汽 油 機 （ 化 油 器 ） 的 進 、 排 氣 管 常 鑄 造 成 一 體 ， 以利 用 排 氣

11、管 加 熱 進 氣 管 ， 這 對 汽 油 的 蒸 發(fā) 有 利 ， 。 但加 熱 過 多 有 會 使 空 氣 的 密 度 下 降 較 大 ， 是 充 氣 系 數(shù) 降低 。 柴 油 機 的 進 氣 管 內 沒 有 燃 油 的 蒸 發(fā) 問 題 ， 不 需 要 進行 加 熱 ， 進 氣 口 常 設 在 發(fā) 動 機 罩 之 外 。 （ 四 ） 提 高 發(fā) 動 機 充 氣 效 率 的 措 施 提 高 發(fā) 動 機 充 氣 效 率 ， 主 要 從 下 面 幾 個 方 面 著 手 ： （ 1） 降 低 進 氣 系 統(tǒng) 的 損 失 ， 提 高 進 氣 終 了 時 的 壓 力 具 體 的 措 施 有 ： 減 少

12、空 氣 濾 清 器 阻 力 減 小 進 氣 管 沿 程 阻 力 和 局 部 阻 力 ； 如 加 大 通 道 面 積 、 減 少 進 氣管 和 截 面 突 變 ， 保 持 管 內 表 面 光 滑 ， 減 小 進 氣 管 道 阻 力 。 減 少 進 氣 門 出 的 流 動 阻 力 。 如 加 大 進 氣 門 直 徑 以 增 加 流 通 能 力 ； 增加 氣 門 數(shù) 以 增 加 流 通 截 面 ， 如 三 氣 門 、 四 氣 門 、 五 氣 門 。 改 進 凸 輪 的 廓 線 設 計 ， 加 大 進 氣 門 開 啟 的 時 間 與 截面 。 （ 2） 降 低 排 氣 系 統(tǒng) 的 阻 力 損 失 ，

13、減 少 氣 缸 內 殘 余 氣 廢棄 ， 主 要 減 小 排 氣 門 、 排 氣 道 與 排 氣 管 的 阻 力 。（ 3） 減 少 高 溫 零 件 在 進 氣 過 程 中 對 工 質 的 加 熱 主 要 是維 持 發(fā) 動 機 冷 卻 系 統(tǒng) 技 術 狀 況 的 良 好 ， 分 置 進 、 排 氣 。 （ 4） 合 理 利 用 換 氣 過 程 的 動 態(tài) 效 應 ， 在 壓 縮 波 到 達 進氣 門 處 時 關 閉 進 氣 門 ， 在 膨 脹 波 到 達 排 氣 門 處 時 關 閉排 氣 門 。 （ 5） 合 理 選 擇 配 氣 相 位 （ 視 頻 演 示 ） （ 6） 采 用 可 變 配 氣

14、 相 位 與 可 變 進 氣 系 統(tǒng) ， 以 提 高 氣 門 的 流 通 能 力 。 例 如 豐 田 的 VVT-i技 術 （ 可 變 氣 門 正 時 系 統(tǒng) ） 例 如 本 田 的 i-VTEC技 術 （ 智 能 可 變 氣 門 正 時 系 統(tǒng) ） （ 7） 采 用 鍋 輪 增 壓 、 機 械 增 壓 等 技 術 ， 增 加 進 氣 量 ， 改 變 進 氣 系 統(tǒng) 的 充氣 率 。 （ 視 頻 演 示 ） 工 作 轉 速 高 于 100000轉 每 分 鐘 ； 工 作 溫 度 約 950 。 將 燃 料 的 化 學 能 轉 變 為 機 械 能 的 過 程 ， 稱 為 發(fā) 動 機 的 燃 燒

15、過 程 。 它是 發(fā) 動 機 整 個 工 作 循 環(huán) 的 主 要 過 程 。 在 此 介 紹 汽 油 的 組 成 與 主 要 性 能 指 標 ，討 論 傳 統(tǒng) 的 汽 油 燃 燒 形 式 ， 即 為 均 勻 混 合 氣 的 燃 燒 過 程 。 汽 油 燃 燒 過 程 中 的 特 點 ： (1)燃 料 與 空 氣 借 助 化 油 器 或 噴 射 裝 置 ， 在 缸 外 進 行 混 合 ， 混 合 時間 長 ， 混 合 均 勻 ； （ 2） 壓 縮 終 了 時 通 過 外 源 （ 火 花 塞 ） 點 火 ， 著 火 時 間 ， 地 點 一 定 。 （ 3） 著 火 后 火 焰 擴 散 ， 適 當

16、的 渦 流 運 動 可 以 加 速 火 焰 傳 播 ； （ 4） 通 過 改 變 混 合 氣 的 數(shù) 量 來 調 節(jié) 符 合 。 （ 一 ） 汽 油 性 能 指 標 汽 油 使 用 性 能 指 標 主 要 有 蒸 發(fā) 性 和 抗 爆 性 ， 這 兩 個 指 標 對 發(fā) 動 機 影 響 很大 。 1、 汽 油 的 蒸 發(fā) 性 汽 油 應 該 是 快 速 、 無 雜 質 地 蒸 發(fā) ， 衡 量 指 標 是 10%、 50%、 90%蒸 發(fā)溫 度 。 汽 油 的 蒸 發(fā) 性 好 ： 則 容 易 汽 化 ,與 空 氣 混 合 均 勻 ,可 燃 混 合 氣 燃 燒 速度 快 ,燃 燒 完 全 ,發(fā) 動

17、機 容 易 起 動 ,加 速 及 時 ,各 工 況 間 轉 換 靈 敏 柔 和 機 械 磨損 減 少 。 汽 油 的 蒸 發(fā) 性 不 好 ： 則 發(fā) 動 機 低 溫 起 動 困 難 .燃 油 消 耗 增 加 .未 燃 燒 的油 滴 使 氣 缸 的 密 封 性 下 降 ,輸 出 功 串 降 低 .還 會 污 染 發(fā) 動 機 潤 滑 油 ,增 大 發(fā) 動機 磨 損 和 潤 滑 油 的 消 耗 . 汽 油 的 蒸 發(fā) 性 過 強 ： 則 使 貯 存 過 程 中 汽 油 的 蒸 發(fā) 損 失 增 加 、 燃 油 供 給 系易 產 生 氣 阻 、 電 噴 發(fā) 動 機 中 的 炭 罐 易 過 載 等 . 2

18、、 燃 油 抗 爆 性 抗 爆 性 是 指 汽 油 在 燃 燒 室 內 燃 燒 時 抵 抗 爆 燃 的 能 力 ， 其 評 定 指 標 是 辛烷 值 。 在 汽 油 機 燃 燒 過 程 中 隨 著 壓 縮 比 及 氣 缸 內 氣 體 溫 度 提 高 ， 可 能 會出 現(xiàn) 一 種 不 正 常 的 自 然 現(xiàn) 象 ， 稱 為 爆 燃 現(xiàn) 象 ， 稱 為 爆 震 燃 燒 ， 簡 稱 爆 震 。汽 油 辛 烷 值 越 高 ， 抗 爆 性 能 越 強 ， 就 越 能 承 受 發(fā) 動 機 采 用 較 高 壓 縮 比 而不 發(fā) 生 爆 震 ， 有 利 于 提 高 汽 油 機 的 經 濟 型 。 3、 國 家

19、 汽 油 規(guī) 格 據(jù) 1989年 頒 布 的 標 準 ， 我國 車 用 汽 油 有 90、 93、 97三 種標 準 牌 號 數(shù) 字 表 示 研 究 法 測 定的 辛 烷 值 。 備 注 ： 廣 東 14年 7月 起 開 始 推廣 國 汽 油 。 油 品 質 量 的 升 級 ，伴 隨 著 汽 油 標 號 的 調 整 ， 93號 、97號 汽 油 將 退 出 市 場 ， 調 整 為92號 和 95號 。 并 逐 漸 在 全 國 試行 。 （ 二 ） 汽 油 機 混 合 氣 的 形 成 汽 油 機 的 混 合 氣 形 成 有 兩種 方 式 ： 一 種 是 化 油 器 式 ， 即利 用 華 油 器

20、在 氣 缸 外 部 形 成 大體 均 勻 的 可 燃 混 合 氣 ， 靠 節(jié) 氣門 開 度 調 節(jié) 混 合 氣 數(shù) 量 。 目 前化 油 器 發(fā) 動 機 基 本 已 經 被 淘 汰 。另 一 種 汽 油 直 接 噴 射 式 ， 即 利用 噴 油 器 在 一 定 壓 力 下 直 接 向進 氣 管 、 進 氣 管 或 氣 缸 內 噴 射汽 油 ， 與 吸 入 的 空 氣 相 混 合 形成 可 燃 混 合 氣 ， 汽 油 噴 射 大 多數(shù) 是 靠 機 械 或 電 腦 根 據(jù) 發(fā) 動 機進 氣 量 或 進 氣 管 壓 力 等 參 數(shù) 來控 制 。 （ 三 ） 空 燃 比 (視 頻 演 示 ) 空 燃

21、比 ， 是 混 合 氣 中 空 氣 與 燃 料 之 間 的 質 量 的 比 例 。 可 燃 混 合 氣中 空 氣 質 量 與 燃 油 質 量 之 比 為 空 燃 比 ， 空 燃 比 A/F(A： air-空 氣 ， F：fuel-燃 料 )表 示 空 氣 和 燃 料 的 混 合 比 。 空 燃 比 是 發(fā) 動 機 運 轉 時 的 一 個重 要 參 數(shù) ， 它 對 尾 氣 排 放 、 發(fā) 動 機 的 動 力 性 和 經 濟 性 都 有 很 大 的 影 響 。 標 準 空 燃 比 ， 汽 油 發(fā) 動 機 為 14.7， 柴 油 發(fā) 動 機 為 14.3 。 空 燃比 大 于 理 論 值 的 混 合

22、 氣 叫 做 稀 混 合 氣 ， 氣 多 油 少 ， 燃 燒 完 全 ， 油 耗 低 ，污 染 小 ， 但 功 率 較 小 。 空 燃 比 小 于 理 論 值 的 混 合 氣 叫 做 濃 混 合 氣 ， 氣少 油 多 ， 功 率 較 大 ， 但 燃 燒 不 完 全 ， 油 耗 高 ， 污 染 大 。 汽 油 機 的 空 燃比 在 12 13時 功 率 最 大 ， 在 16時 油 耗 最 低 ， 在 18左 右 污 染 物 濃 度 最 低 。因 此 ， 為 了 降 低 油 耗 和 減 少 污 染 ， 應 當 盡 量 使 用 空 燃 比 大 的 稀 混 合 氣 ，只 在 需 要 時 才 提 供 濃

23、 混 合 氣 。 n 同 汽 油 機 一 樣 ， 柴 油 機 的 燃 燒 過 程 也 將 直 接 影 響 發(fā) 動 機 的 性 能指 標 ， 但 柴 油 發(fā) 動 機 的 工 作 過 程 又 不 同 于 汽 油 機 ， 其 工 作 過 程 的 特 點 ：（ 1） 吸 入 氣 缸 的 是 新 鮮 純 空 氣 ， 被 壓 縮 的 是 新 鮮 空 氣 。（ 2） 柴 油 通 過 高 壓 噴 入 氣 缸 ， 在 缸 內 形 成 可 燃 混 合 氣 。（ 3） 柴 油 和 空 氣 混 合 時 間 極 端 。（ 4） 缸 內 混 合 氣 形 成 不 均 勻 ， 且 不 斷 變 化 。（ 5） 沒 有 外 源 點 火 ， 只 是 靠 壓 燃 自 然 。（ 6） 混 合 與 燃 燒 重 疊 進 行 。（ 7） 質 調 節(jié) ， 即 負 荷 和 轉 速 不 是 通 過 進 氣 節(jié) 流 ， 而 是 通 過 燃 料 量 來 調 節(jié) 。