汽车发动机构造与维修1

第一章 发动机工作原理
本章的主要教学内容： 1.发动机的总体结构及工作原理 2.发动机的热力循环和性能指标 3.发动机的换气过程 4. 汽、柴油机的燃烧过程
教学目的与要求
1. 掌握发动机的总体结构与工作原理； 2. 能以性能指标为主线，深入到与性能指 标密切相关的工作过程（循环、进气、 排气、燃烧工程），分析影响性能指标 的主要因素，找出提高汽车发动机性能 的基本规律和技术措施。
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点火系
7.燃烧室容积（Vc）：活塞在上止 点时，活塞顶上面的空间容积。 8.气缸总容积（Va）：活塞在下止 点时，活塞顶上面的空间容积。 9.压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧 室容积的比值。
Vh Va Vh+Vc ε= = =1+ Vc Vc Vc
五、四冲程汽油机工作原理 、
活塞往复四个冲程完成一个循环的 发动机称四冲程发动机。每个循环由进 气、压缩、作功、排气四个冲程组成
续一(6)
（四） 工质的内能 内能就是工质内部分子和原子运动的动 能和分子之间的位能的总和，记作u，它包 括以下几个方面： a) 分子移动动能 b)分子转动动能 c)分子振动动能 d)分子间的位能
续一(7)
而动能与温度有关，位能与比容有关，因 此，一般气体的u只与温度与比容有关，即 u＝f（T,V） 理想气体分子之间无吸引力，因此位能为 0，故 u＝f（T） 即只要工质的初、终态温度T1,T2确定，不 论经过什么过程，其内能的变化都相等 ∆u＝u2-u1=f(T2)-f(T1)
p R = = 常数 T v
续三(1)
2.等压过程：工质的压 力保持不变的热力过程。
p = 常数
v R = = 常数 T p
续三(2)
3.等温过程：工质的温度保持 不变的热力过程。
T = 常数
pv = RT = 常数
4.绝热过程：工质和外界始终没有 热量交换的热力过程。 dq = 0 而 dq = du + dw = 0 dw = pdv du = CvdT 即 CvdT + pdv = 0 k pv = 常数 整理后得 Cv + R 为绝热指数 k=
2.等压过程：工质的 压力保持不变的热力过程。
p = 常数
v R = = 常数 T p
循环热效率：循环所得到的功与加入的 w 热量之比。 ηt =
续四(2)

w：1kg气体在循环中所输出的功，kJ q1：1kg气体在循环中所吸收的热量，kJ。 由于一个循环后∆u＝0，故q1-q2=w q2：循环放热。 所以
一、工质的热力状态
（一）工质的基本状态参数 工质所处的宏观状态称为工质的热力状 态。说明工质所处的状态的物理量叫做工质 的状态参数。其中压力、比容、温度是可测 量的参数，称为工质的基本状态参数。
续一(1)
1.压力p：工质在单位面积容器壁上作 用的垂 直力，单位Pa。 绝对压力p：气体的真实压力； 表压力pB：用气压表测出的压力， pB=p-p0 p0：大气压。 真空度pC：表示气体压力低于大气压的 值，用真空表测出，pC=p0－p。
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图表
作用
曲轴
活 塞
进气 门
排 气 门
上
压 力
温度
进气 冲程
吸入新鲜 混合气
转 半圈
开
关
0.0750.09Mpa
370400K
压缩 冲程
提高燃烧 速度
转半圈
关
关
0.6-1.2Mpa
600700K Max18 002200K 9001200K
作功 冲程
燃烧作功
转半圈
关
关
Max 35Mpa
排气 冲程
续一(2)
2.比容v：单位质量的工 质所占的容积。 （m3/kg） V
v= m
续一(3)
3.温度：温度是物体冷热程度的标志。它 反映了分子无规则运动的程度，是大量分子 运动动能的平均值的标志。 热力学温标（国际单位制）：规定水的三 相点的温度为273.16K的温度标尺。 摄氏温标： t℃＝T－273.16
续三(3)
Cv
四、热力学第二定律及卡诺循环
1.循环及热效率 工质经过一系列状态的变化，重新恢复到原来状 态所完成的一个封闭过程，叫一个热力循环。 正循环：循环安顺时针方向进行（1－2－3－ 4 正循环 －1），输出功。 反循环：循环安逆时针方向进行（1－4－3－2－ 反循环 1），消耗功。
续四(1)
三、发动机的总体结构
• 发动机由“两大机构五大系统”组成 1.两大机构：曲柄连杆机构、配气机构。 2.五大系统：冷却系、润滑系、燃料供给 系、点火系、起动系。 3.一个装置：尾气净化装置。
1.曲柄连杆机构
• 作用：将燃料燃烧时产生的热量转变为 活塞往复运动的机械能，再通过连杆将 活塞往复运动变为曲轴的旋转运动而对 外输出动力。 • 组成：由气缸体和曲轴箱组、活塞连杆 组、曲轴飞轮组组成
二、热力学第一定律
1. 热力过程及其所作的功 工质状态参数的一系列变化过程，叫做热力 过程，可用p－v图表示，其所做的功为（1kg气体）
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ω=∫
v2
v1
pdv
曲线下的面积就是过程所做的功。
续二(1)
2.热力学第一定律（能量转换与守恒 定律） 热可以转换为功，功可以转换为热， 转变前后的能量保持不变。 Q=W
续一(4)
（二）理想气体的状态方程 理想气体：分子本身不占体积，分子之间 没有吸引力的气体。 理想气体的状态方程： pv＝RT R为气体常数 任意给定两个参数，第三个参数就确定。
续一(5)
（三）工质的比热 单位量的物质温度升高（或降低）1℃所吸 收（或放出）的热量，用c（kg/kg.k）表示。 a)定容比热cV：气体在加热过程中容积保 持不变的比热。 b)定压比热cP：气体在加热过程中压力保 持不变的比热。
ηt =
q 1 − q2 q1 q2 = 1− q1
续四(3)
2.热力学第二定律 关于发动机的热力学第二定律表达： 不可能建造一种循环的机器，其作用只 从单一取热并全部转变成故。即发动机的热 效率不可能100%。 关于热转递的热力学第二定律表达： 不可能将热量由低温物体传向高温物体 而不引起其它变化。
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七、 汽油机与柴油机的相同点与不同点 相同点: 1 .每个工作循环曲轴转两周，每一冲程曲轴 转半周，进气冲程进气门开，排气冲程排气门开， 其余两个冲程进、排气门均光。 2.四个冲程中，只有作功冲程产生动力，其 余三个冲程消耗能量。 3.必须用外力起动。 4.工作循环基本内容相似，主要机件的运动 相同，结构基本相同。
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十、内燃机产品名称和型号编制规则
第二节 工程热力学基础
工程热力学主要是研究热能与机械能之间相互转换的一门 科学。从汽车发动机来说，就是通过分析气缸内气体的状态变 化的规律，得到提高发动机热效率的途径。 整个发动机的效率可分三部分，如下图所示 燃烧热效率 循环效率 机械效率 燃料 热能 活塞功 输出功 燃烧过程 循环过程 机械性能 在工程热力学中，把实现热能与机械能相互转换的工作物质 （气缸内的气体）简称为工质。
4.润滑系
• 作用： 润滑、冷却、清洗、密封等。 • 组成：由机油泵、滤清器、限压阀、油 道等组成。
5.燃料供给系
汽油机 作用：按需要向气缸内供应已配制好的 可燃混合气，燃烧后排出废气。 组成：化油器式由燃油箱、汽油泵、化 油器、进、排气管、滤清器等组成。 直喷式由燃油箱、电动汽油泵、油压调 节器、喷油器、进、排气管、滤清器等组成 。
不同点： 不同点： 1. 混合气的形成方式不同： 汽油机是缸外混合； 柴油机是缸内混合； 2.着火方式不同： 汽油机点燃式； 柴油机是压燃式。
八、二冲程汽油机工作原理
二冲程发动机工作循环也包括进气、压缩、作功、排 气四个过程，但它是在活塞往复两个冲程内完成的。 第一冲程－活塞上方进行换气、压缩，活塞下方进气 当关闭换气孔和排气孔时，混合气开始压缩，直至上 止点。活塞继续上行，进气孔打开，混合气被吸入曲轴箱 内。 第二冲程－活塞上方进行作功、换气，下方预压缩 点燃混合气后，活塞下行，至开闭进气孔，压缩曲轴 箱内的混合气。继续下行，排气空打开，废气排出。换气 孔打开，混合气进入并扫气，直至换气孔和排气孔关闭。
3.卡诺循环 由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环叫卡 诺循环。 ab:等温膨胀 bc：绝热膨胀 cd：等温压缩 da：绝热压缩
续四(4)
其效率是所有循 环中最高的，是最理 想的循环方案。
续四(5)
经推导。循环的热效率为：
q2 T2 ηtc = 1 − = 1 − q1 T1
续四(6)
从上式可知： 1.卡诺循环的热效率总是小于1。若等于1， 则T1=∞或T2=0，这是不可能的。 2.提高热效率的途径有两条：一条是提高T1 ；另一条是降低T2。 意义：卡诺循环至今难以实现，但是它对如 何提高发动机的循环热效率从理论上指明了正确 的方向： 使发动机的循环接近于卡诺循环， 使发动机的循环接近于卡诺循环，以卡诺循 环效率来评价发动机热功转换的程度。 环效率来评价发动机热功转换的程度
第三节 发动机的热力循环 与性能 指标
本节主要介绍四冲程发动机的理论 循环，实际循环，指示指标，有效指标 及机械效率等知识。
一、发动机的理论循环
对实际循环作以下假设可得理论循环； a. 质是理想气体，比热视为定值； b.工质与外界无热量交换，不计进、排气过 程及其流动损失； c. 工质的压缩过程和膨胀过程均为绝热过程； d.燃烧过程为外界等容、等压加热过程，而 排气过程为等容放热过程代替。
第一节 发动机总体结构及 基本原理
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一、发动机的定义
发动机是将其它形式的能量转 变为机械能的机器
二、发动机的分类
1. 按使用燃料分：汽油机、柴油机等。 2. 按工作循环分：四冲程发动机、二冲程发 动机。 3. 按气门位置分：顶置气门式发动机、侧 置气门式发动机。 4. 按气缸排列分：直列式发动机、v型发动 机、对置式发动机。 5. 按气缸数分：单缸发动机、多缸发动机。