汽車發(fā)動(dòng)機(jī)概述

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1、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)概述 發(fā)動(dòng)機(jī)——是將某一種形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)器。其功用是將液體或氣體的化學(xué)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(jī)械能并對(duì)外輸出動(dòng)力。汽車的動(dòng)力來自發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，為汽車的行走提供動(dòng)力，汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性。簡(jiǎn)單講發(fā)動(dòng)機(jī)就是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換機(jī)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(shí)，推動(dòng)活塞作功，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，這是發(fā)動(dòng)機(jī)最基本原理。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)大多是熱能動(dòng)力裝置，簡(jiǎn)稱熱力機(jī)。熱力機(jī)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(jī)械能。按活塞運(yùn)動(dòng)方式分類：活塞式內(nèi)燃機(jī)可分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。前者活塞在汽缸內(nèi)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，后者

2、活塞在汽缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 往復(fù)活塞式四沖程汽油機(jī)是德國(guó)人奧托(Nicolaus A.Otto)在大氣壓力式發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，于1876 年發(fā)明并投入使用的。由于采用了進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)沖程，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率從大氣壓力式發(fā)動(dòng)機(jī)的11%提高到14%，而發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量卻降低了70%。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)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(dòng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)上有差異。 　　一. 四沖程汽油機(jī)工作原理 　　汽油機(jī)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(diǎn)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(dòng)活塞作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，通過連桿、曲軸飛輪機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能。四沖程汽油機(jī)在進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)。 　　(1) 吸氣沖程(intake stroke) 　　活塞在曲軸的帶動(dòng)下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。此時(shí)進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180。在活塞移動(dòng)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(jìn)氣門被吸入汽缸，并在汽缸內(nèi)進(jìn)一步混合形成可燃混合氣。由于進(jìn)氣系統(tǒng)存在阻力，進(jìn)氣終點(diǎn) (圖中a 點(diǎn))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(jìn)入汽缸內(nèi)

4、的可燃混合氣的溫度，由于進(jìn)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(shí)，進(jìn)、排氣門同時(shí)關(guān)閉。活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180?；钊弦茣r(shí)，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(dá)壓縮終點(diǎn)時(shí)，其壓力pc可達(dá)800～2 000kPa，溫度達(dá)600～750K。在示功圖上，壓縮行程為曲線a～c。 　　(3) 做功沖程(power stroke) 　　當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，由火花塞點(diǎn)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(dá)3 000～6 000kPa，溫度TZ達(dá)2 200～2 800K。高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)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(dá) b 點(diǎn)時(shí)，其壓力降至300～500kPa，溫度降至1 200～1 500K。在做功沖程，進(jìn)氣門、排氣門均關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180。排氣門開啟時(shí)，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(diǎn)r 點(diǎn)的壓力稍高于大氣壓力，即pr=(1.05～1.20)p0。排氣終點(diǎn)溫度Tr=900～1100K?；钊\(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，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(jī)工作原理 　　四沖程柴油機(jī)和汽油機(jī)一樣，每個(gè)工作循環(huán)也是由進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程組成。由于柴油機(jī)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(jī)采用壓縮終點(diǎn)壓燃著火，也叫壓燃式點(diǎn)火，其工作過程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與汽油機(jī)有所不同. 　　(1) 進(jìn)氣沖程 進(jìn)入

7、汽缸的工質(zhì)是純空氣。由于柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)阻力較小，進(jìn)氣終點(diǎn)壓力pa= (0.85～0.95)p0，比汽油機(jī)高。進(jìn)氣終點(diǎn)溫度Ta=300～340K，比汽油機(jī)低。 　　(2) 壓縮沖程 　　由于壓縮的工質(zhì)是純空氣，因此柴油機(jī)的壓縮比比汽油機(jī)高(一般為ε=16～22)。壓縮終點(diǎn)的壓力為3 000～5 000kPa，壓縮終點(diǎn)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(dāng)壓縮沖程接近終了時(shí)，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(shí)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(dá)

8、5 000～9 000kPa，最高溫度達(dá)1 800～2 000K。由于柴油機(jī)是靠壓縮自行著火燃燒，故稱柴油機(jī)為壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。 　　(4) 排氣沖程 柴油機(jī)的排氣與汽油機(jī)基本相同，只是排氣溫度比汽油機(jī)低。一般Tr=700～900K。對(duì)于單缸發(fā)動(dòng)機(jī)來說，其轉(zhuǎn)速不均勻，發(fā)動(dòng)機(jī)工作不平穩(wěn)，振動(dòng)大。這是因?yàn)樗膫€(gè)沖程中只有一個(gè)沖程是做功的，其他三個(gè)沖程是消耗動(dòng)力為做功做準(zhǔn)備的沖程。為了解決這個(gè)問題，飛輪必須具有足夠大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這樣又會(huì)導(dǎo)致整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和尺寸增加。采用多缸發(fā)動(dòng)機(jī)可以彌補(bǔ)上述不足?，F(xiàn)代汽車用多采用四缸、六缸和八缸發(fā)動(dòng)機(jī)。 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)主要有：動(dòng)力性指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)、

9、可靠性指標(biāo)和耐久性指標(biāo)。動(dòng)力性指標(biāo)是表征發(fā)動(dòng)機(jī)做功能力大小的指標(biāo)，一般用發(fā)動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)一般用有效燃油消耗率表示。發(fā)動(dòng)機(jī)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(biāo)主要指發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)政府都制定出嚴(yán)格的控制法規(guī)，以期削減發(fā)動(dòng)機(jī)排氣和噪聲對(duì)環(huán)境的污染。當(dāng)前，排放指標(biāo)和噪聲水平已成為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要性能指標(biāo)?？煽啃灾笜?biāo)是表征發(fā)動(dòng)機(jī)在規(guī)定的使用條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，正常持續(xù)工作能力的指標(biāo)?？煽啃杂卸喾N評(píng)價(jià)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(biāo)是指發(fā)動(dòng)機(jī)主要零件磨損到不能繼續(xù)正常工作的極限時(shí)間。 汽油機(jī)由兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系、潤(rùn)滑系、冷卻系、點(diǎn)火系和起動(dòng)系組成；柴油機(jī)由以上兩大機(jī)構(gòu)和四大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系、潤(rùn)滑系、冷卻系和起動(dòng)系組成，柴油機(jī)是壓燃的，不需要點(diǎn)火系統(tǒng)。 為了延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，需要定時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的保養(yǎng)要是全方位的，包括：使用適當(dāng)質(zhì)量等級(jí)的潤(rùn)滑油、定期更換機(jī)油及濾芯、保持曲軸箱通風(fēng)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(guó)共生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)4,710,661臺(tái)，比上年增長(zhǎng)8.65%；全年共銷售

11、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)4,725,043臺(tái)，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(jī)2005年年產(chǎn)量為3,433,652臺(tái)，同比增加13.59%；年銷量為3,449,673臺(tái)，同比增加13.85%。柴油機(jī)2005年年產(chǎn)量為1,274,056臺(tái)，同比減少2.94%；年銷量為1,272,536臺(tái)，同比減少2.51%。2006年，國(guó)內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)總計(jì)生產(chǎn)318.96萬臺(tái)，比2005年同期增長(zhǎng)34.76%；總計(jì)銷售318.67萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)34.72%。2007年中國(guó)規(guī)模以上企業(yè)的汽車起動(dòng)機(jī)產(chǎn)銷量均突破1600萬臺(tái)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)銷量突破1000萬臺(tái)，行業(yè)銷售收入突破100億元，利潤(rùn)近10億元。預(yù)計(jì)到2010年國(guó)內(nèi)轎車市場(chǎng)將達(dá)到500萬輛，微型客車將保持在90萬輛左右。因此汽油發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)增長(zhǎng)空間巨大。