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发动机的工作原理

2018-11-11 10:21:56

  当压缩冲程接近终了时,在高压油泵作用下,将柴油以10MPa左右的高压通过喷油器喷入汽缸燃烧室中,在很短的时间内与空气混合后立即自行发火燃烧。汽缸内气体的压力急速上升,最高达5 000~9 000kPa,最高温度达1 800~2 000K。由于柴油机是靠压缩自行着火燃烧,故称柴油机为压燃式发动机。

  柴油机的排气与汽油机基本相同,只是排气温度比汽油机低。一般Tr=700~900K。对于单缸发动机来说,其转速不均匀,发动机工作不平稳,振动大。这是因为四个冲程中只有一个冲程是做功的,其他三个冲程是消耗动力为做功做准备的冲程。为了解决这个问题,飞轮必须具有足够大的转动惯量,这样又会导致整个发动机质量和尺寸增加。采用多缸发动机可以弥补上述不足。现代汽车用多采用四缸、六缸和八缸发动机。

  外燃机,就是说它的燃料在发动机的外部燃烧,1816年由苏格兰的R.斯特林所发明,故又称斯特林发动机。发动机将这种燃烧产生的热能转化成动能,瓦特改良的蒸汽机就是一种典型的外燃机,当大量的煤燃烧产生热能把水加热成大量的水蒸汽时,高压便产生了,然后这种高压又推动机械做功,从而完成了热能向动能的转变。

  明白了什么是外燃机,也就知道了什么是内燃机。这一类型的发动机与外燃机的最大不同在于它的燃料在其内部燃烧。内燃机的种类十分繁多,常见的汽油机、柴油机是典型的内燃机。不常见的火箭发动机和飞机上装配的喷气式发动机也属于内燃机。不过,由于动力输出方式不同,前两者和后两者又存在着巨大的差异。一般地,在地面上使用的多是前者,在空中使用的多是后者。当然有些汽车制造者出于创造世界汽车车速新纪录的目的,也在汽车上装用过喷气式发动机,但这总是很特殊的例子,并不存在批量生产的适用性。

  展开全部发动机是一种能量转换机构,它将燃料燃烧产生的热能转变成机械能。那么,它是怎样完成这个能量转换过程呢?也就是说它是怎样把热能转换成机械能的呢?要完成这个能量转换必须经过进气,把可燃混合气(或新鲜空气)引入气缸;然后将进入气缸的可燃混合气(或新鲜空气)压缩,压缩接近终点时点燃可燃混合气(或将柴油高压喷入气缸内形成可燃混合气并引燃);可燃混合气着火燃烧,膨胀推动活塞下行实现对外作功;最后排出燃烧后的废气。即进气、压缩、作功、排气四个过程。把这四个过程叫做发动机的一个工作循环,工作循环不断地重复,就实现了能量转换,使发动机能够连续运转。把完成一个工作循环,曲轴转两圈(720°),活塞上下往复运动四次,称为四行程发动机。而把完成一个工作循环,曲轴转一圈(360°),活塞上下往复运动两次,称为二行程发动机。下面介绍一下四行程发动机的工作原理和工作过程。一.四行程汽油机的工作原理

  四行程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程的顺序不断循环反复的。

  由于曲轴的旋转,活塞从上止点向下止点运动,这时排气门关闭,进气门打开。进气过程开始时,活塞位于上止点,气缸内残存有上一循环未排净的废气,因此,气缸内的压力稍高于大气压力。随着活塞下移,气缸内容积增大,压力减小,当压力低于大气压时,在气缸内产生真空吸力,空气经空气滤清器并与化油器供给的汽油混合成可燃混合气,通过进气门被吸入气缸,直至活塞向下运动到下止点。

  在进气过程中,受空气滤清器、化油器、进气管道、进气门等阻力影响,进气终了时,气缸内气体压力略低于大气压,约为0.075~0.09MPa,同时受到残余废气和高温机件加热的影响,温度达到370~400K。实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开,并且延迟到下止点之后关闭,以便吸入更多的可燃混合气。

  曲轴继续旋转,活塞从下止点向上止点运动,这时进气门和排气门都关闭,气缸内成为封闭容积,可燃混合气受到压缩,压力和温度不断升高,当活塞到达上止点时压缩行程结束。此时气体的压力和温度主要随压缩比的大小而定,可燃混合气压力可达0.6~1.2MPa,温度可达600~700K。 压缩比越大,压缩终了时气缸内的压力和温度越高,则燃烧速度越快,发动机功率也越大。

  但压缩比太高,容易引起爆燃。所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高,可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧,且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播,造成尖锐的敲缸声。会使发动机过热,功率下降,汽油消耗量增加以及机件损坏。轻微爆燃是允许的,但强烈爆燃对发动机是很有害的,汽油机的压缩比一般为ε=6~10。

  作功行程包括燃烧过程和膨胀过程,在这一行程中,进气门和排气门仍然保持关闭。当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时,火花塞产生电火花点燃可燃混合气,可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度和压力急剧升高,最高压力可达3~5MPa,最高温度可达2200~2800K,高温高压气体膨胀,推动活塞从上止点向下止点运动,通过连杆使曲轴旋转并输出机械功,除了用于维持发动机本身继续运转外,其余用于对外作功。随着活塞向下运动,气缸内容积增加,气体压力和温度降低,当活塞运动到下止点时,作功行程结束,气体压力降低到0.3~0.5MPa,气体温度降低到1300~1600K。

  可燃混合气在气缸内燃烧后生成的废气必须从气缸中排出去以便进行下一个进气行程。当作功接近终了时,排气门开启,进气门仍然关闭,靠废气的压力先进行自由排气,活塞到达下止点再向上止点运动时,继续把废气强制排出到大气中去,活塞越过上止点后,排气门关闭,排气行程结束。实际汽油机的排气行程也是排气门提前打开,延迟关闭,以便排出更多的废气。由于燃烧室容积的存在,不可能将废气全部排出气缸。受排气阻力的影响,排气终止时,气体压力仍高于大气压力,约为0.105~0.115MPa,温度约为900~1200K。

  曲轴继续旋转,活塞从上止点向下止点运动,又开始了下一个新的循环过程。可见四行程汽油机经过进气、压缩、作功、排气四个行程完成一个工作循环,这期间活塞在上、下止点往复运动了四个行程,相应地曲轴旋转了两圈。

  四行程柴油机和四行程汽油机的工作过程相同,每一个工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气四个行程,但由于柴油机使用的燃料是柴油,柴油与汽油有较大的差别,柴油粘度大,不易蒸发,自燃温度低,故可燃混合气的形成,着火方式,燃烧过程以及气体温度压力的变化都和汽油机不同,下面主要分析一下柴油机和汽油机在工作过程中的不同点。

  四行程柴油机在进气行程中所不同的是柴油机吸入气缸的是纯空气而不是可燃混合气,在进气通道中没有化油器,进气阻力小,进气终了时气体压力略高于汽油机而气体温度略低于汽油机。进气终了时气体压力约为0.0785~0.0932MPa,气体温度约为300~370K。

  压缩行程压缩的也是纯空气,在压缩行程接近上止点时,喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室,柴油和空气在气缸内形成可燃混合气并着火燃烧。柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多(一般为16~22),压缩终了时气体温度和压力都比汽油机高,大大超过了柴油机的自燃温度。压缩终了时,气体压力约为3.5~4.5MPa,气体温度约为750~1000K,柴油机是压缩后自燃着火的,不需要点火,故柴油机又称为压燃机。

  柴油喷入气缸后,在很短的时间内与空气混合后便立即着火燃烧,柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的,而不象汽油机那样,混合气主要是在气缸外部的化油器中形成的。柴油机燃烧过程中气缸内出现的最高压力要比汽油机高得多,可高达6~9MPa,最高温度也可高达2000~2500K。作功终了时,气体压力约为0.2~0.4MPa,气体温度约为1200~1500K。

  柴油机的排气行程和汽油机一样,废气同样经排气管排入到大气中去,排气终了时,气缸内气体压力约为0.105~0.125MPa,气体温度约为800~1000K。

  柴油机与汽油机比较,柴油机的压缩比高,热效率高,燃油消耗率低,同时柴油价格较低,因此,柴油机的燃料经济性能好,而且柴油机的排气污染少,排放性能较好。但它的主要缺点是转速低,质量大,噪声大,振动大,制造和维修费用高。在其发展过程中,柴油机不断发扬其优点,克服缺点,提高速度,有望得到更广泛地应用。

  二行程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、燃烧膨胀、排气过程组成,但它是在曲轴旋转一圈(360°),活塞上下往复运动的两个行程内完成的。因此,二行程发动机与四行程发动机工作原理不同,结构也不一样。

  例如曲轴箱换气式二行程汽油机,气缸上有三排孔,利用这三排孔分别在一定时刻被活塞打开或关闭进行进气、换气和排气的。工作原理如下: 图1-27a 表示活塞向上运动,将三排孔都关闭,活塞上部开始压缩,当活塞继续上行时,活塞下方打开了进气孔,可燃混合气进入曲轴箱(图1-27 b),活塞接近上止点时(图1-27c),火花塞点燃混合气,气体燃烧膨胀,推动活塞向下运动,进气孔关闭,曲轴箱内的混合气受到压缩,当活塞接近下止点时,排气孔打开,排出废气,活塞再向下运动,换气孔打开,受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内,并扫除废气(图1-27d)。

  第一行程:活塞从下止点向上止点运动,事先已充满活塞上方气缸内的混合气被压缩,新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。

  第二行程:活塞从上止点向下止点运动,活塞上方进行作功过程和换气过程,而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。

  二行程柴油机和二行程汽油机工作类似,所不同的是,柴油机进入气缸的不是可燃混合气,而是纯空气。例如带有扫气泵的二行程柴油机工作过程如下(图1-28):

  第一行程:活塞从下止点向上止点运动,行程开始前不久,进气孔和排气门均以开启,利用从扫气泵流出的空气使气缸换气。当活塞继续向上运动进气孔被关闭,排气门也关闭,空气受到压缩,当活塞接近上止点时,喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室,燃油和空气混合后燃烧,使气缸内压力增大。

  第二行程:活塞从上止点向下止点运动,开始时气体膨胀,推动活塞向下运动,对外作功,当活塞下行到大约2/3行程时,排气门开启,排出废气,气缸内压力降低,进气孔开启,进行换气,换气一直延续到活塞向上运动1/3行程进气孔关闭结束。

  前面介绍的是单缸发动机的工作过程,而现代汽车发动机都是多缸四行程发动机,那么,多缸四行程发动机与单缸四行程发动机的工作过程有什么区别呢?就能量转换过程,发动机的每一个气缸和单缸机的工作过程是完全一样的,都要经过进气、压缩、作功和排气四个行程。

  但是单缸发动机的四个行程中只有一个行程作功,其余三个行程不作功,即曲轴转两圈,只有半圈作功,所以运转平稳性较差,功率越大,平稳性就越差。为了使运转平稳,单缸机一般都装有一个大飞轮。而多缸发动机的作功行程是差开的,按照工作顺序作功,即曲轴转两圈交替作功,因此,运转平稳,振动小。缸数越多,作功间隔角越小,同时参与作功的气缸越多,发动机运转越平稳。多缸机使用最多的有四缸发动机,六缸发动机和八缸发动机。

  展开全部一、基本理论汽油发动机将汽油的能量转化为动能来驱动汽车,最简单的办法是通过在发动机内部燃烧汽油来获得动能。因此,汽车发动机是内燃机----燃烧在发动机内部发生。有两点需注意:1. 内燃机也有其他种类,比如柴油机,燃气轮机,各有各的优点和缺点。2. 同样也有外燃机。在早期的火车和轮船上用的蒸汽机就是典型的外燃机。燃料(煤、木头、油)在发动机外部燃烧产生蒸气,然后蒸气进入发动机内部来产生动力。内燃机的效率比外燃机高不少,也比相同动力的外燃机小很多。所以,现代汽车不用蒸汽机。相比之下,内燃机比外燃机的效率高,比燃气轮机的价格便宜,比电动汽车容易添加燃料。这些优点使得大部分现代汽车都使用往复式的内燃机。

  汽车的发动机一般都采用4冲程。(马自达的转子发动机在此不讨论,汽车画报曾做过介绍)

  4冲程分别是:进气、压缩、燃烧、排气。完成这4个过程,发动机完成一个周期(2圈)。

  3.当活塞到达顶部时,火花塞放出火花来点燃油气混合气,爆炸使得活塞再次向下运动。

  注意:内燃机最终产生的运动是转动的,活塞的直线往复运动最终由曲轴转化为转动,这样才能驱动汽车轮胎。

  发动机的核心部件是汽缸,活塞在汽缸内进行往复运动,上面所描述的是单汽缸的运动过程,而实际应用中的发动机都是有多个汽缸的(4缸、6缸、8缸比较常见)。我们通常通过汽缸的排列方式对发动机分类:直列、V或水平对置(当然现在还有大众集团的W型,实际上是两个V组成)。

  不同的排列方式使得发动机在顺滑性、制造费用和外型上有着各自的优点和缺点,配备在相应的汽车上。

  混合气的压缩和燃烧在燃烧室里进行,活塞往复运动,你可以看到燃烧室容积的变化,最大值和最小值的差值就是排量,用升(L)或毫升(CC)来度量。汽车的排量一般在1.5L~4.0L之间。每缸排量0.5L,4缸的排量为2.0L,如果V型排列的6汽缸,那就是V6 3.0升。一般来说,排量表示发动机动力的大小。

  汽车各零部件的设计制造和装配情况直接影响发动机的性能。这些因素主要来自于汽车生产厂家,与用户无多大关系。各汽车生产厂家的特约维修站应当把发动机在使用中出现的一些典型问题反馈到制造厂,以利于改进。

  发动机载荷直接影响其零部件的强度及寿命,增加载荷时,各总成的工作负荷也随之增加,磨损量增大;如果是初驶车辆,磨损会更大。新车或大修后的车辆,为了限制其初驶期的最高速度,减少负荷,延长发动机使用寿命,一般都在化油器上安装限速片。如果过早地拆除限速片,将导致发动机过早出现异响、漏油、漏气及动力下降,使发动机的使用周期缩短。

  燃油的选用必须符合本车规定的牌号,禁止使用低牌号的燃油,否则发动机工作时会产生爆震,使机件受到强烈的冲击和使零部件的附加载荷增加,从而加速机件的磨损。因爆震产生的高温、高压及冲击波还会破坏气缸壁上的润滑油膜,恶化机件的润滑。试验表明,某发动机在有爆震和无爆震下各工作200 h,经测定有爆震时气缸上部平均磨损量是无爆震的2倍多。另外,含杂质超标的燃油,同样会加速机件的磨损和腐蚀。

  润滑油的选择,亦应符合发动机的工作需要,若发动机润滑油粘度较低,则润滑油压力就低,不能形成油膜,造成边界摩擦或干摩擦;若润滑油粘度过大,则流动性差,不利于冷车起动,同时润滑油通过机油滤清器到达润滑部位的时间长,使起动磨损增大。

  润滑油的加注应适量,油面过高时,不但会增加运动阻力,降低功率,而且会使润滑油窜入气缸内燃烧,造成积碳过多;而润滑油过少时,油压低,难以形成油膜,又会造成干摩擦或边界摩擦,使磨损增加,轴承产生异响,甚至发生拉缸及烧瓦等严重事故。

  当冷车起动时,特别是冬季起动车辆,应尽量采用预热措施或冷摇慢转低速升温的办法,禁止猛轰油门。因为发动机冷起动时,润滑油粘度较高,其到达润滑部位的时间较长。有资料证明,在气温为-15 ℃时,起动2 min后,润滑油才能流到连杆轴承及缸盖上的运动副等部位,在这一段时间内如猛踩油门,发动机转速就会迅速上升,润滑油未到达的部位形成干摩擦,加剧磨损。

  当发动机温度过高时,润滑油变稀,不能很好的形成润滑油膜,同样会增大机件的磨损,还极易产生爆震。但也不可因水温高而盲目拆除节温器使发动机长期在低温下工作,这也会造成发动机过量磨损。

  路面质量对车速的发挥、燃料的消耗及磨损有极大的影响,若路面是砂石或泥泞路时,行驶阻力是不断变化的;在阻力大时,发动机就工作在大负荷工况下,此时缸内的压力增大,磨损加剧。

  在冬季,由于润滑油的粘度低,进入润滑部位慢,从而使发动机干摩擦的时间长;在酷热的夏天,汽车各零件处于热状态,在环境温度为40 ℃时,就会严重影响电气元件的性能,使点火系不能正常工作;另外,由于高温,润滑油变稀,油膜难以形成,使发动机干摩擦的倾向性增大。

  在行驶中应掌握“高速挡不硬撑”,否则发动机长时间高速运转,使发动机没有余力,稳定性差,产生扭振和冲击,造成机件损伤;“低速挡不硬冲”,否则发动机温度增高,造成早燃及爆燃等现象,导致发动机早期磨损。

  车速对各运动副的磨损量影响较大,磨损量取决于相对运动速度、正压力和摩擦系数。在高速时,活塞平均线速度较大,故相对缸体的磨损就大,尤其是燃烧不好时,碳粒形成的磨粒使磨损增大。车速低时,由于润滑油压力低,油膜刚度小,润滑条件差,也会使磨损量加大。

  加强对发动机的维护保养是延长发动机寿命的重要举措。除日常检查保养的项目外,要重点把好发动机的“入口”关,保持“三滤”(机油滤清器、汽车滤清器、空气滤清器)的清洁。如果“三滤”出现故障,空气中的灰尘及润滑油和燃油中的杂质大量进入气缸,从而加剧了磨料磨损。实践表明,如果空气滤清器失效,若在我国的西北或华北地区行车一天进入气缸的灰尘可高达30 g,气缸的磨损量将比正常的大100倍。

  适时换挡;切忌超载;尽可能减少发动机的冷起动次数;保持一定的冷却水温度;合理选择车速。

  火花塞 火花塞放出火花点燃油气混合气,使得爆炸发生。火花必须在适当的时候放出。

  阀门 进气、出气阀分别在适当的时候打开来吸入油气混合气和排出尾气。在压缩和

  大多“烧机油”的汽车就是因为发动机太旧:活塞环不再密封引起的(尾气管冒青烟)

  1 杨俊岭.发动机的寿命与操作使用的关系.汽车技术,1995(9):53~55

作者:缅甸小勐拉 分类:www.3992019.com资讯 浏览:153 评论:0