2发动机基本工作原理修改 - 图文

安徽扬子职业技术学院教案 续页

教 学 过 程 引言 汽车的动力来源于发动机。发动机是如何工作的？ 教学内容正文 第二节 发动机的基本工作原理 一、四冲程发动机工作原理 1、四冲程汽油机工作原理：四冲程汽油机的工作循环由进气、压缩、作功、排气四个过程所组成。 （1）进气行程 由于曲轴的旋转，活塞从上止点向下至点运动，这时排气门关闭，进气门打开。进气行程开始时，由于活塞向下移，气缸内容积逐渐增大，形成一定真空度，于是空气和燃油的可燃混合气通过进气门被吸入气缸，直至活塞到达下止点时，进气门关闭，停止进气。由于进气系统存在进气阻力，进气终了时气缸内气体的压力低于大气压力，约为0.075MPa～0.09MPa。由于气缸壁、活塞等高温件及上一循环留下的高温残余废气的加热，气体温度升高到370K～400K。 （2）压缩行程 为使可燃混合气迅速燃烧，达到改善发动机动力性和经济性的目的，必须在燃烧前对可燃混合气进行压缩，以提高可燃混合气的温度和压力。因此，在进气行程结束时立即进入压缩行程，活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点运动，由于进、排气门均关闭，气缸内容积逐渐减小，可燃混合气压力、温度逐渐升高。压缩终了时，气缸内的压力约为0.6MPa～1.2MPa，温度约为600K～700K。 （3）作功行程 在压缩行程末，火花塞产生电火花点燃混合气并迅速燃烧，使气体的温度、压力迅速升高而膨胀，从而推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转作功，至活塞到达下止点时作功结束。在作功行程中，开始阶段气缸内气体压力、温度急剧上升，瞬间压力可达3MPa～5MPa，瞬时温度可达2200K～2800K。随着活塞下行，气缸容积增大，气缸内压力、温度逐渐下降，作功终了时，压力约为0.3～0.5MPa，温度约为1300K～1600K。 （4）排气行程 为使循环能够连续进行，须将燃烧产生的废气排出。在作功行程终了时，排气门打开，进气门关闭，曲轴通过连杆推动活塞从下止点向上止点运动，废气在自身剩余压力和活塞推动下，被排出气缸，至活塞到达上止点时，排气门关闭，排气结束。 排气行程终了时，由于燃烧室容积的存在，气缸内还存有少量废气，气体压力也因排气系统存在排气阻力而略高于大气压力。此时，压力约为0．105MPa～0．115MPa，温度约为900K～1200K。 2、四冲程柴油机工作原理：四冲程柴油机和四冲程汽油机一样，每个工作循环也是由进气、压缩、作功和排气四个行程组成。由于所使用燃料的性质不同，在可燃混合气的形成和着火方式上与汽油机有很大区别。 （l）进气行程 进气行程不同于汽油机的是进入气缸的不是可燃混合气，而是纯空气。由于进气阻力比汽油机小，上一行程残留的废气温度也比汽油机低，进气行程终了的压力约为0.075MPa～0.095MPa，温度约为 320K～350K。 （2）压缩行程 压缩行程不同于汽油机的是压缩纯空气，由于柴油的压缩比大，压缩终了的温度和压力都比汽油机高，压力可达3MPa～5MPa，温度可达800K～1000K。 （3）作功行程 此行程与汽油机有很大差异，压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温高压空气中，被迅速汽化并与空气形成混合气，由于此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度（约500K左右），柴油混合气便立即自行着火燃烧，且此后一段时间内边喷油边燃烧，气缸内压力和温度急剧升高，推动活塞下行作功。作功行程中，瞬时压力可达5MPa～10MPa，瞬时温度可达 1800K～2200K，作功行程终了时压力约为0.2MPa～0.4MPa，温度约为 1200K～1500K。 （4）排气行程 此行程与汽油机基本相同。排气行程终了时的气缸压力约为0.105MPa～0.125MPa，温度约为800K～1000K。 3、四冲程汽油机与柴油机工作原理的比较 由上述四冲程汽油机和柴油机的工作循环可知，两种发动机的工作循环既有共同点，又有差别，归纳如下： （1）两种发动机中，每完成一个工作循环，曲轴转两周（720），每完成一个行程曲轴转半周（180），进气行程是进气门开启，排气行程是排气门开启，其余两个行程进、排气门均关闭。 （2）无论是汽油机还是柴油机，在四个行程中，只有作功行程产生动力，其余三个行程是为作功行程作准备的辅助行程，都要消耗一部分能量。 （3）两种发动机运转的第一循环，都必须靠外力使曲轴旋转完成进气和压缩行程，作功行程开始后，作功能量储存在飞轮内，以维持循环继续进行。 （4）汽油机的混合气是在气缸外部形成的，进气行程中吸入气缸的是可燃混合气；柴油机的混合气是在气缸内部形成的，进气行程中吸入气缸的是纯空气。 （5）汽油机在压缩终了时，靠火花塞强制点火燃烧，而柴油机则靠混合气自燃着火燃烧。 二、二冲程发动机工作原理 1、 二冲程汽油机在结构上与四冲程汽油机的不同之处 在于没有了进、排气门，取而代之的是进气孔、排气孔和换气孔。 （1）第一行程 活塞由曲轴带动从下止点向上止点移动，当活塞上行至关闭换气孔和排气孔时，已进入气缸的新鲜混合气被压缩，直至上止点时，压缩结束；与此同时，随着活塞上行，其下方曲轴箱内形成一定真空度，当活塞上行到进气孔开启时，新鲜混合气被吸入曲轴箱。 （2）第二行程 活塞接近上止点时，火花塞产生电火花，点燃被压缩的可燃混合气，燃烧形成的高温、高压气体推动活塞下行作功，当活塞下行到关闭进气孔后，曲轴箱内的混合气被预压缩，活塞继续下行至排气孔开启时，燃烧后的废气靠自身压力经排气孔排出；紧接着，换气孔开启，曲轴箱内经预压的混合气进入气缸，并排除气缸内残余废气，这一过程称为换气过程，它将一直延续到下一行程活塞再上行关闭换气孔和排气孔时为止。 由上述工作原理可知，第一行程时，活塞上方进行换气、压缩，活塞下方进行进气；第二行程时，活塞上方进行作功、换气，活塞下方预压混合气。换气过程跨越二个行程。 2、二冲程发动机的特点 （l）由于进排气过程几乎是完全重叠进行的，所以在换气过程中有混合气损失和废气难以排净的缺点，经济性较差。 （2）完成一个工作循环，曲轴只转一圈，当与四冲程发动机转速相等时，其作功次数比四冲程多一倍。因此，运转平稳，与同排量四冲程发动机比较在理论上发出功率应是四冲程发动机的两倍，但由于换气时的混合气损失，实际上只有1.5～1.6倍。 （3）由于没有气门机构，发动机结构较为简单。 总结与巩固（小结、考核知识点、作业等） 1、发动机由那些机构和系统组成？他们各有什么作用？ 2、叙述四冲程发动机工作原理。 3、说明发动机各常用术语的含义。 4、什么是发动机的工作循环？ 5、四冲程汽油机与四冲程柴油机的工作循环有什么不同？