汽車發(fā)動機概述

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1、汽車發(fā)動機概述 發(fā)動機——是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)換為機械能的機器。其功用是將液體或氣體的化學能通過燃燒后轉(zhuǎn)化為熱能，再把熱能通過膨脹轉(zhuǎn)化為機械能并對外輸出動力。汽車的動力來自發(fā)動機。發(fā)動機是汽車的心臟，為汽車的行走提供動力，汽車的動力性、經(jīng)濟性、環(huán)保性。簡單講發(fā)動機就是一個能量轉(zhuǎn)換機構(gòu)，即將汽油(柴油)的熱能，通過在密封汽缸內(nèi)燃燒氣體膨脹時，推動活塞作功，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，這是發(fā)動機最基本原理。汽車發(fā)動機大多是熱能動力裝置，簡稱熱力機。熱力機是借助工質(zhì)的狀態(tài)變化將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。按活塞運動方式分類：活塞式內(nèi)燃機可分為往復活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。前者活塞在汽缸內(nèi)作往復直線運動，后者

2、活塞在汽缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動。 往復活塞式四沖程汽油機是德國人奧托(Nicolaus A.Otto)在大氣壓力式發(fā)動機基礎(chǔ)上，于1876 年發(fā)明并投入使用的。由于采用了進氣、壓縮、做功和排氣四個沖程，發(fā)動機的熱效率從大氣壓力式發(fā)動機的11%提高到14%，而發(fā)動機的質(zhì)量卻降低了70%。往復活塞式內(nèi)燃機所用的燃料主要是汽油(gasoline)或柴油(diesel)。由于汽油和柴油具有不同的性質(zhì)，因而在發(fā)動機的工作原理和結(jié)構(gòu)上有差異。 　　一. 四沖程汽油機工作原理 　　汽油機是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在吸氣沖程被吸入汽缸，混合氣經(jīng)壓縮點火燃燒而產(chǎn)生熱能，高溫高壓的氣體作用于

3、活塞頂部，推動活塞作往復直線運動，通過連桿、曲軸飛輪機構(gòu)對外輸出機械能。四沖程汽油機在進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程內(nèi)完成一個工作循環(huán)。 　　(1) 吸氣沖程(intake stroke) 　　活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時進氣門開啟，排氣門關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動180。在活塞移動過程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內(nèi)氣體壓力從pr逐漸降低到pa，汽缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進氣門被吸入汽缸，并在汽缸內(nèi)進一步混合形成可燃混合氣。由于進氣系統(tǒng)存在阻力，進氣終點 (圖中a 點)汽缸內(nèi)氣體壓力小于大氣壓力0 p ，即pa= (0.80～0.90) 0 p 。進入汽缸內(nèi)

4、的可燃混合氣的溫度，由于進氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340～400K。 　　(2) 壓縮沖程(compression stroke) 　　壓縮沖程時，進、排氣門同時關(guān)閉?；钊麖南轮裹c向上止點運動，曲軸轉(zhuǎn)動180?；钊弦茣r，工作容積逐漸縮小，缸內(nèi)混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達壓縮終點時，其壓力pc可達800～2 000kPa，溫度達600～750K。在示功圖上，壓縮行程為曲線a～c。 　　(3) 做功沖程(power stroke) 　　當活塞接近上止點時，由火花塞點燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內(nèi)

5、氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力pZ達3 000～6 000kPa，溫度TZ達2 200～2 800K。高溫高壓的燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，并通過曲柄連桿機構(gòu)對外輸出機械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，到達 b 點時，其壓力降至300～500kPa，溫度降至1 200～1 500K。在做功沖程，進氣門、排氣門均關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動180。在示功圖上，做功行程為曲線c-Z-b。 　　(4) 排氣沖程(exhaust stroke) 　　排氣沖程時，排氣門開啟，進氣門仍然關(guān)閉，活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉(zhuǎn)動180。排氣門開啟時，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內(nèi)

6、外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統(tǒng)的阻力作用，排氣終點r 點的壓力稍高于大氣壓力，即pr=(1.05～1.20)p0。排氣終點溫度Tr=900～1100K。活塞運動到上止點時，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。 　　二. 四沖程柴油機工作原理 　　四沖程柴油機和汽油機一樣，每個工作循環(huán)也是由進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程組成。由于柴油機以柴油作燃料，與汽油相比，柴油自燃溫度低、黏度大不易蒸發(fā)，因而柴油機采用壓縮終點壓燃著火，也叫壓燃式點火，其工作過程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與汽油機有所不同. 　　(1) 進氣沖程 進入

7、汽缸的工質(zhì)是純空氣。由于柴油機進氣系統(tǒng)阻力較小，進氣終點壓力pa= (0.85～0.95)p0，比汽油機高。進氣終點溫度Ta=300～340K，比汽油機低。 　　(2) 壓縮沖程 　　由于壓縮的工質(zhì)是純空氣，因此柴油機的壓縮比比汽油機高(一般為ε=16～22)。壓縮終點的壓力為3 000～5 000kPa，壓縮終點的溫度為750～1 000K，大大超過柴油的自燃溫度(約520K)。 　　(3) 做功沖程 　　當壓縮沖程接近終了時，在高壓油泵作用下，將柴油以10MPa左右的高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中，在很短的時間內(nèi)與空氣混合后立即自行發(fā)火燃燒。汽缸內(nèi)氣體的壓力急速上升，最高達

8、5 000～9 000kPa，最高溫度達1 800～2 000K。由于柴油機是靠壓縮自行著火燃燒，故稱柴油機為壓燃式發(fā)動機。 　　(4) 排氣沖程 柴油機的排氣與汽油機基本相同，只是排氣溫度比汽油機低。一般Tr=700～900K。對于單缸發(fā)動機來說，其轉(zhuǎn)速不均勻，發(fā)動機工作不平穩(wěn)，振動大。這是因為四個沖程中只有一個沖程是做功的，其他三個沖程是消耗動力為做功做準備的沖程。為了解決這個問題，飛輪必須具有足夠大的轉(zhuǎn)動慣量，這樣又會導致整個發(fā)動機質(zhì)量和尺寸增加。采用多缸發(fā)動機可以彌補上述不足。現(xiàn)代汽車用多采用四缸、六缸和八缸發(fā)動機。 發(fā)動機的性能指標主要有：動力性指標、經(jīng)濟性指標、環(huán)境指標、

9、可靠性指標和耐久性指標。動力性指標是表征發(fā)動機做功能力大小的指標，一般用發(fā)動機的有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等作為評價指標。發(fā)動機經(jīng)濟性指標一般用有效燃油消耗率表示。發(fā)動機每輸出1kWh的有效功所消耗的燃油量(以g為單位)稱為有效燃油消耗率. 環(huán)境指標主要指發(fā)動機排氣品質(zhì)和噪聲水平。由于它關(guān)系到人類的健康及其賴以生存的環(huán)境，因此各國政府都制定出嚴格的控制法規(guī)，以期削減發(fā)動機排氣和噪聲對環(huán)境的污染。當前，排放指標和噪聲水平已成為發(fā)動機的重要性能指標?？煽啃灾笜耸潜碚靼l(fā)動機在規(guī)定的使用條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，正常持續(xù)工作能力的指標。可靠性有多種評價方法，如首次故障行駛里程、平均故障間隔里程等。耐

10、久性指標是指發(fā)動機主要零件磨損到不能繼續(xù)正常工作的極限時間。 汽油機由兩大機構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機構(gòu)，配氣機構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點火系和起動系組成；柴油機由以上兩大機構(gòu)和四大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系和起動系組成，柴油機是壓燃的，不需要點火系統(tǒng)。 為了延長發(fā)動機的壽命，需要定時對發(fā)動機進行保養(yǎng)。發(fā)動機的保養(yǎng)要是全方位的，包括：使用適當質(zhì)量等級的潤滑油、定期更換機油及濾芯、保持曲軸箱通風良好、定期清洗曲軸箱、定期清洗燃油系統(tǒng)以及定期保養(yǎng)水箱。 2005年全年我國共生產(chǎn)汽車發(fā)動機4,710,661臺，比上年增長8.65%；全年共銷售

11、汽車發(fā)動機4,725,043臺，同比增加8.99%；全年產(chǎn)銷率為100.31%，銷量略大于產(chǎn)量，庫存有所減少。其中汽油機2005年年產(chǎn)量為3,433,652臺，同比增加13.59%；年銷量為3,449,673臺，同比增加13.85%。柴油機2005年年產(chǎn)量為1,274,056臺，同比減少2.94%；年銷量為1,272,536臺，同比減少2.51%。2006年，國內(nèi)汽車發(fā)動機總計生產(chǎn)318.96萬臺，比2005年同期增長34.76%；總計銷售318.67萬臺，同比增長34.72%。2007年中國規(guī)模以上企業(yè)的汽車起動機產(chǎn)銷量均突破1600萬臺，發(fā)電機產(chǎn)銷量突破1000萬臺，行業(yè)銷售收入突破100億元，利潤近10億元。預計到2010年國內(nèi)轎車市場將達到500萬輛，微型客車將保持在90萬輛左右。因此汽油發(fā)動機市場增長空間巨大。