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紅興隆北雁現(xiàn)代化農(nóng)機

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第1章 發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)與工作原理收藏

1  發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)與工作原理

內(nèi)容提要
1.四沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)與工作原理
2.四沖程柴油機基本結(jié)構(gòu)與工作原理
3.二沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)與工作原理
4.發(fā)動機的分類
5.發(fā)動機的主要性能指標

發(fā)動機:將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為機械能的機器。
內(nèi)燃機:將燃料在氣缸內(nèi)部燃燒產(chǎn)生的熱能直接轉(zhuǎn)化為機械能的動力機械。有活塞式和旋轉(zhuǎn)式兩大類。本書所提汽車發(fā)動機,如無特殊說明,都是指往復(fù)活塞式內(nèi)燃機。
內(nèi)燃機特點:單機功率范圍大(0.6-16860kW)、熱效率高(汽油機略高于0.3,柴油機達0.4左右)、體積小、質(zhì)量輕、操作簡單,便于移動和起動性能好等優(yōu)點。被廣泛應(yīng)用于汽車、火車、工程機械、拖拉機、發(fā)電機、船舶、坦克、排灌機械和眾多其它機械的動力。

圖1-2  四沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)簡圖
1-氣缸  2-活塞  3-連桿  4-曲軸  5-氣缸蓋  6-進氣門  7-進氣道  8-電控噴油器  9-火花塞  10-排氣門  11-排氣道
1.1  四沖程發(fā)動機基本結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1.1  四沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)及工作原理
1.四沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)(圖1-2)
2.四沖程汽油機基本工作原理(圖1-2)
 
 
 
 
 
1-1  四沖程汽油機工作過程
行程名稱
曲軸轉(zhuǎn)角
活塞行向
進氣門
排氣門
進氣
0o~180o
關(guān)
壓縮
180o~360o
關(guān)
關(guān)
作功
360o~540o
關(guān)
關(guān)
排氣
540o~720o
關(guān)
3.工作過程分析
(1)四沖程發(fā)動機:活塞在上、下止點間往復(fù)移動四個行程(相當于曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周),完成進氣、壓縮、作功、排氣一個工作循環(huán)的發(fā)動機就稱為四沖程發(fā)動機。
四個行程中,只有一個行程作功,造成曲軸轉(zhuǎn)速不均勻,工作振動大。所以在曲軸后端安裝了一個質(zhì)量較大的飛輪,作功時飛輪吸收儲存能量,其余三個行程則依靠飛輪慣性維持轉(zhuǎn)動。
(2)沖程與活塞行程:
沖程:指發(fā)動機的類型;
行程S:指活塞在上、下兩個止點之間距離;
氣缸工作容積Vs:一個活塞在一個行程中所掃過的容積。
式中  Vs——工作容積(m3);
D——氣缸直徑(mm);
S——活塞行程(mm)。
發(fā)動機的排量Vst:一臺發(fā)動機所有氣缸工作容積之和。
式中  Vst——發(fā)動機的排量(L);
i——氣缸數(shù)。
(3)壓縮行程的作用
一是提高進入氣缸內(nèi)混合氣的壓力和溫度(壓縮終了的氣缸內(nèi)氣體壓力可達0.6~1.2MPa,溫度達600K~700K),為混合氣迅速著火燃燒創(chuàng)造條件;
二是可以有效提高發(fā)動機的燃燒熱效率η。由熱力學(xué)第一定律
當混合氣被壓縮程度提高時,發(fā)動機混合氣燃燒所達到的**高溫度(T1)升高,而排氣的溫度(T2)降低,導(dǎo)致熱效率提高。
1860年,法國人Lenoir(勒努瓦)研制成功的世界第**臺內(nèi)燃機,沒有壓縮行程,熱效率僅4.5%;1876年,德國人奧托(Otto)制造出第**臺四沖程內(nèi)燃機,采用壓縮行程,雖然壓縮比只有2.5,但熱效率卻提高到12%,有力地證明了科學(xué)是第一生產(chǎn)力這個真理。
壓縮比ε:氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。
式中  Va——氣缸總?cè)莘e(活塞處于下止點時,活塞頂部以上的氣缸容積);
Vc——氣缸燃燒室容積(活塞處于上止點時,活塞頂部以上的容積)。
現(xiàn)代汽油機壓縮比一般為7~11,如廣州本田雅閣2.4 i-VTEC發(fā)動機壓縮比為9.7,而3.0V6-VTEC發(fā)動機壓縮比則為10。
發(fā)動機壓縮比也不能過高,否則會導(dǎo)致壓縮終了溫度和壓力升高,汽油機產(chǎn)生爆震燃燒(參見4.4),熱負荷、機械負荷、噪音和振動加大,起動困難。
可變壓縮比(SVC)發(fā)動機:能根據(jù)發(fā)動機工作負荷變化,自動調(diào)節(jié)壓縮比。負荷減少時,使壓縮比提高;全負荷時,使壓縮比降低??捎行н_到防止爆震燃燒,增加功率、降低油耗、減少排放的目的。
當氣缸、活塞等磨損,氣門不密封時,將導(dǎo)致發(fā)動機壓縮氣體外泄,熱效率和功率下降。
4.多缸發(fā)動機結(jié)構(gòu)特點
單缸發(fā)動機問題:功率小,轉(zhuǎn)速不均勻,工作振動大,現(xiàn)代汽車發(fā)動機都是多缸發(fā)動機,用得**多的是4缸、6缸、8缸發(fā)動機。

圖1-3  4缸發(fā)動機曲軸
多缸發(fā)動機結(jié)構(gòu)特點:由多個結(jié)構(gòu)相同的氣缸組成,它們共用一個機體,一根曲軸。曲軸的曲柄布置應(yīng)該使各缸作功行程均勻分布在7200曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)。如4缸發(fā)動機曲軸(圖1-3)相鄰工作缸的曲柄夾角為1800,曲軸每轉(zhuǎn)1800便有一個氣缸作功。

 
 
 
 
 

圖1-4  四沖程發(fā)動機示功圖
5.示功圖

將四沖程發(fā)動機在一個工作循環(huán)里氣缸內(nèi)氣體壓力隨氣缸工作容積或曲軸轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系以座標圖表示,得到圖1-4所示的發(fā)動機示功圖。
由示功圖可以看到發(fā)動機一個工作循環(huán)里工作狀態(tài)的變化,檢查判斷發(fā)動機性能優(yōu)劣。發(fā)動機特征點參數(shù)隨機型、結(jié)構(gòu)等有所不同,一般范圍如表1-2所示。
 
 
 
表1-2  發(fā)動機特征點參數(shù)
 
a
c
z
b
r
汽油機
P
0.075~0.09
0.6~1.2
3~5
0.3~0.5
0.105~0.115
T
370~400
600~700
2200~2800
1300~1600
900~1200
柴油機
P
0.08~0.09
3.5~4.5
6~9
0.2~0.4
0.105~0.125
T
300~370
750~1000
2000~2500
1200~1500
800~1000
注:P-氣缸內(nèi)氣體壓強(MPa);T-氣缸內(nèi)氣體溫度(K)

圖1-5  四沖程柴油機基本結(jié)構(gòu)簡圖

1.1.2  四沖程柴油機結(jié)構(gòu)特點與工作原理
結(jié)構(gòu)特點:沒有火花塞,噴油器直接安裝在氣缸頂向氣缸內(nèi)噴油(圖1-5)。
工作原理:進氣行程進入氣缸的是純空氣,而不是可燃混合氣;在壓縮行程末,噴油器向氣缸噴入高壓柴油,由于氣缸的高溫高壓作用,柴油迅速著火燃燒,使氣體急劇膨脹,推動活塞作功。其著火方式屬于壓燃式,而不是汽油機的點燃式。
燃料:柴油,粘度高,不易揮發(fā),自燃點低,不會產(chǎn)生爆燃。為了使柴油可靠著火,提高發(fā)動機燃燒熱效率,柴油機的壓縮比汽油機高得多,一般為16~22,所以其**高燃燒壓力也比汽油機高,工作也比汽油機粗暴。
柴油機與汽油機比較(表1-3
表1-3  柴油機與汽油機比較
性   能
汽 油 機
柴 油 機
著火方式
點燃
壓燃
燃油消耗
熱效率
30%左右
40%左右
工作平穩(wěn)性
柔和
粗暴
發(fā)動機轉(zhuǎn)速
高(4000~6000 r/min)
低(2500~3000r/min)
升功率
起動性
制造維修成本
比質(zhì)量
使用壽命
排放
CO 、HC大,NOX、黑煙少
CO 、HC小,NOX、黑煙多
柴油機的轉(zhuǎn)速也在不斷提高,奔馳V230轎車柴油機,**高轉(zhuǎn)速可達6000r/min。
1.2  二沖程發(fā)動機結(jié)構(gòu)特點及工作原理
沖程發(fā)動機:指活塞在上、下止點間往復(fù)移動兩個行程(相當于曲軸旋轉(zhuǎn)3600),完成進氣、壓縮、作功、排氣一個工作循環(huán)的發(fā)動機。

圖1-6  二沖程汽油機基本結(jié)構(gòu)
1-氣缸  2-掃氣孔  3-活塞  4-連桿  5-曲軸箱  6-曲軸  7-進氣孔  8-排氣孔  9-火花塞
1.2.1  二沖程汽油機結(jié)構(gòu)特點與工作原理

1.結(jié)構(gòu)特點(圖1-6)
沒有進、排氣門,代之以進、排氣孔7和8,由活塞圓柱面控制其開閉。另外還有掃氣孔2,掃氣時曲軸箱和氣缸連通。
2.二沖程汽油機工作原理
(1)第一行程(換氣-壓縮行程):活塞自下止點向上止點移動,到活塞圓柱面將排氣孔8和掃氣孔2都關(guān)閉時,開始壓縮上一循環(huán)吸入氣缸內(nèi)的汽油與空氣混合氣,同時在活塞下面的曲軸箱內(nèi)形成真空度(曲軸箱是密封的)。當活塞繼續(xù)上行時,進氣孔7打開,新的汽油與空氣可燃混合氣經(jīng)進氣孔7被吸入活塞下方的曲軸箱內(nèi)。
(2)第二行程(作功-換氣行程):活塞接近上止點時,火花塞點火,點燃被壓縮的混合氣,高溫、高壓氣體急劇膨脹,推動活塞向下運動,對外作功。當活塞下行關(guān)閉進氣孔7到露出排氣孔8時,氣缸開始排氣,同時壓縮活塞下方的可燃混合氣;活塞繼續(xù)下行到露出掃氣孔2時,受到預(yù)壓的新鮮混合氣自掃氣孔流入缸內(nèi),并掃除廢氣。
為了防止新鮮混合氣大量與廢氣混合并排出氣缸而造成浪費,活塞頂做成特殊形狀,使新鮮混合氣的氣流被引向上部,還可以利用新鮮混合氣來掃除廢氣,使排氣更干凈。
二沖程與四沖程汽油機比較(見表1-4):
表1-4  沖程與沖程汽油機比較
性     能
二沖程汽油機
四沖程汽油機
結(jié)構(gòu)
簡單
復(fù)雜
比質(zhì)量
燃油消耗
升功率
制造維修成本
比質(zhì)量
起動性
使用壽命
排放

圖1-7  二沖程柴油機結(jié)構(gòu)
1-活塞  2-進氣孔  3-排氣門  4-泵-噴嘴  5-傳動輪(由柴油機驅(qū)動)  6-單向離合器  7-廢氣排出口  8-排氣渦輪葉輪  9-離心式風(fēng)機  10-排水口  11-增壓空氣冷卻器  12-進水口  13-集流箱
理論上二沖程比四沖程汽油機升功率大一倍,但實際上由于排氣、換氣占去了1/3行程,使作功行程縮短,導(dǎo)致實際單位氣缸工作容積的功率只比四沖程汽油機大50%~60%。由于排氣行程短,廢氣排不盡,部分新鮮可燃混合氣在掃氣時隨廢氣外流,造成燃油消耗率高,經(jīng)濟性差,HC排放增加。同時,由于作功頻繁,機械負荷和熱負荷大,潤滑困難,導(dǎo)致發(fā)動機壽命短。因此,二沖程汽油機在現(xiàn)代汽車上較少采用,而被廣泛應(yīng)用于摩托車和微型汽車。

1.2.3  二沖程柴油機結(jié)構(gòu)特點與工作原理
1.結(jié)構(gòu)特點
圖1-7所示為美國GM公司生產(chǎn)的710G3B型二沖程柴油機。在氣缸蓋上安裝有排氣門3和泵-噴嘴4,當排氣門打開時,排出的廢氣沖擊排氣渦輪葉輪8使其旋轉(zhuǎn),并帶動離心式風(fēng)機9旋轉(zhuǎn),將空氣加壓,增壓空氣經(jīng)冷卻器11,進入集流箱13,再從缸套上的空氣進氣孔2進入氣缸。
2.二沖程柴油機工作原理(圖1-7)
(1)第一行程:活塞自下止點向上止點運動,行程開始時,進氣孔2和排氣門3均開啟,利用從離心式風(fēng)機9壓來的空氣使氣缸換氣?;钊^續(xù)向上移動,進氣孔被遮蓋,排氣門也關(guān)閉,氣缸內(nèi)的空氣受到壓縮,壓力和溫度上升。當活塞接近上止點時,高壓燃油從泵-噴嘴4噴入氣缸并著火燃燒,使氣缸內(nèi)壓力急劇升高。
(2)第二沖程:高溫高壓氣體急劇膨脹,推動活塞從上止點向下止點運動,對外作功?;钊咏轮裹c時,排氣門開啟,排出的廢氣沖擊渦輪葉輪8使其旋轉(zhuǎn),并帶動離心式風(fēng)機9旋轉(zhuǎn),將空氣加壓,增壓空氣經(jīng)冷卻器11冷卻后,再從缸套上的空氣進氣孔2進入氣缸,進行換氣。
二沖程柴油機的工作過程與二沖程汽油機工作過程不同的是:進入柴油機氣缸的是純空氣,而不是可燃混合氣,而且空氣進入氣缸前先經(jīng)過增壓,所以二沖程柴油機比二沖程汽油機的經(jīng)濟性好。日本雅馬哈發(fā)動機公司于1999年3月開發(fā)出100km只燃用3升柴油的車用二沖程SD型柴油機。美國GM公司生產(chǎn)的710G3B型二沖程柴油機功率達3060kW,燃油消耗率僅196.4g/kW?h。二沖程柴油機主要應(yīng)用于內(nèi)燃機車、低速船用柴油機上。
1.3  內(nèi)燃機分類及型號
1.3.1  內(nèi)燃機的分類
內(nèi)燃機種類繁多,根據(jù)不同特點有不同分類(表1-5)。
表1-5  內(nèi)燃機的分類
分類方法
類  別
含             義
按沖程數(shù)分
二沖程內(nèi)燃機
活塞經(jīng)過兩個行程完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機
四沖程內(nèi)燃機
活塞經(jīng)過四個行程完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機
按著火方式分
點燃式內(nèi)燃機
壓縮氣缸內(nèi)的可燃混合氣,并用外源點火燃燒的內(nèi)燃機
壓燃式內(nèi)燃機
壓縮氣缸內(nèi)的空氣或可燃混合氣,產(chǎn)生高溫,引起燃料著火的內(nèi)燃機
按使用燃料種類分
液體燃料內(nèi)燃機
燃燒液體燃料(汽油、柴油、醇類等)的內(nèi)燃機
氣體燃料內(nèi)燃機
燃燒氣體燃料(液化石油氣、天然氣等)的內(nèi)燃機
多種燃料內(nèi)燃機
能夠使用著火性能差異較大的兩種或兩種以上燃料的內(nèi)燃機
按進氣狀態(tài)分
非增壓內(nèi)燃機
進入氣缸前的空氣或可燃混合氣未經(jīng)壓縮的內(nèi)燃機。對于四沖程內(nèi)燃機亦稱自吸式內(nèi)燃機
增壓內(nèi)燃機
進入氣缸前的空氣或可燃混合氣先經(jīng)過壓氣機壓縮.藉以增大充量密度的內(nèi)燃機
按冷卻方式分
水冷式內(nèi)燃機
用水冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的內(nèi)燃機
風(fēng)冷式內(nèi)燃機
用空氣冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的內(nèi)燃機
按氣缸數(shù)及布置分
單缸內(nèi)燃機
只有一個氣缸的內(nèi)燃機
多缸內(nèi)燃機
具有兩個或兩個以上氣缸的內(nèi)燃機。
立式內(nèi)燃機
氣缸布置于曲軸上方且氣缸中心線垂直于水平面的內(nèi)燃機。
臥式內(nèi)燃機
氣缸中心線平行于水平面的內(nèi)燃機。
直列式內(nèi)燃機
具有兩個或兩個以上直立氣缸,并呈一列布置的內(nèi)燃機。
V形內(nèi)燃機
具有兩個或兩列氣缸,其中心線夾角呈V形,并共用一根曲軸輸出功率的內(nèi)燃機(圖1-8a)
對置氣缸式內(nèi)燃機
兩個或兩列氣缸分別排列在同一曲軸的兩邊呈1800夾角的內(nèi)燃機(見圖1-8b)
斜置式內(nèi)燃機
氣缸中心線與水平面呈一定角度(不是直角)的內(nèi)燃機
按用途分類
有汽車用、機車用、拖拉機用、船用、坦克用、摩托車用、發(fā)電用、農(nóng)用、工程機械用等內(nèi)燃機。
 
1.3.2  內(nèi)燃機型號
根據(jù)國家標準GB725-91規(guī)定,我國內(nèi)燃機型號由以下四個部分組成:

地方、企業(yè)代號
系列符號
換代標志
首  部
結(jié)構(gòu)特征符號
用途特征符號
區(qū)分符號
后 部
尾部
沖程符號(E表示二沖程,四沖程不標)
缸徑(以直徑mm整數(shù)表示)
氣缸布置形式
缸數(shù)符號
中  部
符號
含義
無符號
多缸直列
及單缸
V
V型
P
平臥形
 
符號
含義
無符號
水冷
F
風(fēng)冷
N
凝氣冷卻
S
十字頭式
Z
增壓
ZL
增壓中冷
DZ
可倒轉(zhuǎn)
 
符號
含義
無符號
通用型
T
拖拉機用
M
摩托車用
G
工程機械
Q
車用
J
鐵路機車
D
發(fā)電機組
C
船用主機,
右機基本型
CZ
船用主機,
左機基本型
Y
農(nóng)用運輸車
L
林業(yè)機械
 

型號示例
4100Q——四缸、直列、四沖程、缸徑100mm、水冷、汽車用。
1E65F——單缸、二沖程、缸徑65mm、風(fēng)冷、通用型。
12V135ZG——12缸、V型、四沖程、缸徑135mm、水冷、增壓、工程機械用。
1.4  發(fā)動機性能指標
評價一臺發(fā)動機好壞,需要有一批性能指標來衡量。常見的性能指標有動力性能指標、經(jīng)濟性能指標、運轉(zhuǎn)性能指標和可靠性、耐久性能指標等。
1.4.1  動力性能指標
1.有效轉(zhuǎn)矩
發(fā)動機曲軸輸出的平均轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩,以Te表示,單位為N?m。有效轉(zhuǎn)矩與外界施加于發(fā)動機曲軸上的阻力矩相平衡,可以用發(fā)動機臺架試驗方法測得。
2. 平均有效壓力
指單位氣缸工作容積所輸出的有效功,以Pme表示,單位為kPa。平均有效壓力越大,動力性能越好。
3.有效功率
發(fā)動機曲軸輸出的功率稱為有效功率,用Pe表示。它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度的乘積。
      (kW)
式中  Te——有效轉(zhuǎn)距(N?m);
n——曲軸轉(zhuǎn)速(r/min)。
有效功率也可以由下式計算:
      (kW)
式中  Pme——平均有效壓力(kPa);
Vs——氣缸工作容積(m3);
n——曲軸轉(zhuǎn)速(r/min);
i—氣缸數(shù);
τ——沖程系數(shù),二沖程τ=1,四沖程τ=2。
發(fā)動機制造廠按國家規(guī)定標定的有效功率,稱為標定功率。標定功率時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速稱標定轉(zhuǎn)速,發(fā)動機名稱牌上標明的功率就是標定功率。
標定功率是根據(jù)發(fā)動機用途、使用特點以及連續(xù)運轉(zhuǎn)時間來確定的,各個國家有所不同,我國內(nèi)燃機功率標定分以下四級(表1-6):
表1-6  我國內(nèi)燃機功率標定
分  級
含              義
應(yīng)    用
15min功率
在標準環(huán)境條件下,內(nèi)燃機能連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)15min時的**大有效功率
汽車等
1h功率
在標準環(huán)境條件下,內(nèi)燃機能連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)1h時的**大有效功率
工程機械、拖拉機等
12h功率
在標準環(huán)境條件下,內(nèi)燃機能連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)12h時的**大有效功率
部分拖拉機和電站等
持續(xù)功率
在標準環(huán)境條件下,內(nèi)燃機能長期連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的**大有效功率
鐵路機車、船舶和發(fā)電機組等
 
發(fā)動機還常用升功率Pc比較不同發(fā)動機動力性能,它是指發(fā)動機在標定工況下每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。升功率越大,發(fā)動機動力性能越好。
     
1.4.2  經(jīng)濟性能指標
1.燃油消耗率
發(fā)動機每發(fā)出1kW有效功率,在1h內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量(以g為單位),稱為燃油消耗率,用be表示??砂聪率接嬎?/div>
      g/(kW?h)
式中  B——發(fā)動機每小時消耗的燃油質(zhì)量(kg/h);
Pe——發(fā)動機的有效功率(kW)。
2.有效熱效率
燃料中所含的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ谋壤Q為有效熱效率,用 ηe表示。
式中  We——發(fā)動機有效功(kJ);
Q1——燃料中所含的熱量(kJ)。
 
當測得發(fā)動機有效功率Pe和每小時消耗的燃油質(zhì)量B時,則
或                  
式中  Hu——燃料低熱值(kJ/kg)。
現(xiàn)代汽車汽油機ηe值一般0.30左右,柴油機0.40左右。
1.4.3  運轉(zhuǎn)性能指標
發(fā)動機的運轉(zhuǎn)性能指標主要指排放指標、噪聲、起動性能等。
1.排放指標
發(fā)動機的排氣中含有多種對人體有害的物質(zhì),主要有一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)、醛類和微粒(含碳煙)等。其主要危害見表1-7。
 
表1-7  發(fā)動機主要有害排放及危害
有害排放
有害物特征
危         害
CO
無色、無臭、有毒氣體
使人出現(xiàn)惡心、頭暈、疲勞等缺氧癥狀,嚴重時窒息死亡
NO2
赤褐色帶刺激性的氣體
傷害心、肝、腎。與光化學(xué)反應(yīng)形成臭氧和醛等
HC
刺激性的氣體
破壞造血機能,造成貧血、神經(jīng)衰弱,降低肺對傳染病的抵抗力。與光化學(xué)反應(yīng)形成臭氧和醛等
光化學(xué)煙霧
HC 與NOx在陽光作用下所形成的煙霧,有刺激性
降低大氣可見度,傷害眼睛、咽喉,影響植物生長
醛類
較強的刺激性臭味
傷害眼睛、上呼吸道、中樞神經(jīng)
微粒
碳煙等
傷害肺組織
SO2
無色、刺激性氣體
刺激鼻喉,引起咳嗽、胸悶,支氣管炎等
1955年9月中的幾天里,美國洛杉磯的光化學(xué)煙霧非常濃烈,兩天之內(nèi)就有400多名65歲以上的老年人死亡,比平時高出幾倍。此外,還有幾千人受到不同程度的傷害,地里的蔬菜變質(zhì),四分之一的森林干枯而死,那一幕幕慘狀至今令人難忘。
 
目前世界汽車保有量6.6億輛,每年排向大氣中的有害物質(zhì)高達7億多噸,嚴重污染了大氣,已形成公害。為此,各國都制定了相應(yīng)的汽車排放標準,如美國加州汽車排放法規(guī),它是目前世界上**嚴的標準,規(guī)定2004年后生產(chǎn)的汽油轎車排放必須滿足表1-8的低排放要求:
表1-8  美國加州汽車排放法規(guī)(2004年實施的標準)
排放物
NMOG
CO
NOx
甲醛
要求
g/mile
(g/km)
0.075
(0.047)
3.4
(2.11)
0.05
(0.03)
0.0145
(0.009)
注:①用“非甲烷有機氣體”NMOG替代了傳統(tǒng)的碳氫化合物HC,因為排氣中的組合物會隨燃料的改變而改變,而NMOG的不同組成物對環(huán)境的影響不同,給予不同的加權(quán)后再疊加。
②表中指標測試耐久性要求為50000mile。
我國排放標準參照歐洲法規(guī)體系,2000年開始執(zhí)行EUⅠ標準,2003年開始執(zhí)行EUⅡ標準。
2.噪聲
噪聲是發(fā)動機工作時發(fā)出的一種聲強和頻率無一定規(guī)律的聲音,主要有燃燒噪聲和機械噪聲。它不僅損害人的聽覺器官,還傷害神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng),容易使人性情煩躁,反應(yīng)遲鈍,甚至耳聾,誘發(fā)高血壓和神經(jīng)系統(tǒng)的疾病。汽車是城市主要噪聲源之一,發(fā)動機又是汽車的主要噪聲源,應(yīng)該給予控制。我國的噪聲標準中規(guī)定,小型水冷汽油機噪聲不大于110dB(A),轎車的噪聲不大于82dB(A)。
3.起動性能
起動性能是表征發(fā)動機起動難易的指標。發(fā)動機起動性能好,便于汽車起步行駛,同時減少了起動時的功率消耗和發(fā)動機的磨損。
起動性能一般以一定條件下的起動時間長短來衡量。我國標準規(guī)定,不采用特殊的低溫起動措施,汽油機在-10℃、柴油機在-5℃以下的氣溫條件下起動,能在15s以內(nèi)達到自行運轉(zhuǎn)。
1.4.4  可靠性與耐久性能指標
可靠性與耐久性也是汽車發(fā)動機使用中的兩個重要指標。
1.可靠性
可靠性是指發(fā)動機在規(guī)定的運轉(zhuǎn)條件下,具有持續(xù)工作,不至因為故障而影響正常運轉(zhuǎn)的能力。一般以保證期內(nèi)的不停車故障數(shù)、停車故障數(shù)、更換主要零件和重要零件數(shù)等具體指標來衡量。按照汽車發(fā)動機可靠性試驗方法的規(guī)定,我國汽車發(fā)動機應(yīng)能在標定工況下連續(xù)運行300~1000h。
2.耐久性
耐久性是指發(fā)動機在規(guī)定的運轉(zhuǎn)條件下,長期工作而不大修的性能。一般以發(fā)動機從開始使用到第一次大修前累計運轉(zhuǎn)的時間表示。
上述發(fā)動機的動力性能指標、經(jīng)濟性能指標、運轉(zhuǎn)性能指標和可靠性、耐久性等指標,對不同用途的發(fā)動機要求是不同的。各項指標之間既相互聯(lián)系又相互制約,往往為了降低排氣污染,而不得不犧牲發(fā)動機的動力和經(jīng)濟性能指標。
1.5  汽車發(fā)動機總體組成
在一個機體上安裝一個機構(gòu)(曲柄連桿機構(gòu))和六大系統(tǒng)(換氣系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點火系統(tǒng)和起動系統(tǒng)),如表1-9和圖1-9所示。柴油機則為五大系統(tǒng),沒有點火系統(tǒng)。
表1-9  發(fā)動機總體組成
名      稱
功     用
主 要 部 件
機體組件
發(fā)動機的骨架,支承著發(fā)動機的所有零部件
機體、氣缸、氣缸蓋、氣缸墊等
曲柄連桿機構(gòu)
將活塞頂?shù)娜細鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩,輸出機械能
活塞、連桿、曲軸、飛輪等
換氣系統(tǒng)
按照發(fā)動機要求,定時開閉進、排氣門, 吸入干凈空氣,排除廢氣
空氣濾清器、進排氣管系、配氣機構(gòu)(氣門組件、凸輪軸、驅(qū)動機構(gòu))、排氣消音器等
燃料供給系統(tǒng)
按照發(fā)動機要求,定時、定量供給所需要的燃料
汽油機:汽油箱、輸油泵、濾清器、壓力調(diào)節(jié)器、各種傳感器、電控噴油器、電控單元等;(舊汽油機采用化油器)
柴油機:柴油箱、輸油泵、濾清器、高壓油泵、調(diào)速器、噴油器等
點火系統(tǒng)
按規(guī)定的時刻,準時點燃汽油機氣缸內(nèi)的可燃混合氣
蓄電池、點火開關(guān)、點火線圈組件、傳感器、電控裝置、火花塞等
潤滑系統(tǒng)
潤滑、減摩、延長壽命、密封、清潔、冷卻、防銹蝕
油底殼、機油泵、機油濾清器、機油壓力表、機油道等
冷卻系統(tǒng)
保持發(fā)動機在適宜的溫度下工作
冷卻水泵、風(fēng)扇、節(jié)溫器、散熱器、冷卻水道等
起動系統(tǒng)
起動發(fā)動機
蓄電池、起動開關(guān)、起動馬達等

1-凸輪軸  2-搖臂  3 -排氣門  4-火花塞  5-電控噴油器  6-燃油濾清器  7-電動燃油泵  8-燃油箱  9-點火線圈組件  10-燃油壓力調(diào)節(jié)閥  11-進氣門  12-水溫傳感器  13-爆振傳感器  14-進氣管  15-進氣溫度傳感器  16-節(jié)氣門  17-節(jié)氣門傳感器  18-空氣濾清器  19-空氣質(zhì)量計  20-控制單元(ECU)  21-冷卻水套  22-發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器  23-點火開關(guān)  24-蓄電池  25-起動馬達  26-飛輪  27-油底殼  28-機油  29-曲軸  30-連桿  31-曲軸皮帶輪  32-傳動皮帶  33-氣缸  34-排氣三元催化轉(zhuǎn)化器  35-氧傳感器  36-活塞  37-凸輪軸皮帶輪  
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

本章小結(jié)
1.現(xiàn)代汽車發(fā)動機基本都采用內(nèi)燃機。內(nèi)燃機是將燃料在氣缸內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的機器,它具有熱效率高、體積小、質(zhì)量輕、便于移動和起動性好等優(yōu)點。
2.四沖程發(fā)動機是活塞在氣缸內(nèi)上、下止點間往復(fù)移動四個行程,完成進氣、壓縮、作功、排氣一個工作循環(huán)的發(fā)動機。按著火方式分為點燃式和壓燃式。汽油機采用點燃式,柴油機采用壓燃式。
3.衡量汽車發(fā)動機性能的主要指標有動力性能指標(有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、平均有效壓力)、經(jīng)濟性能指標(燃油消耗率、有效熱效率)、運轉(zhuǎn)性能指標(排放指標、噪聲、起動性能)和可靠性、耐久性能等。發(fā)動機銘牌上標明的功率及相應(yīng)的轉(zhuǎn)速,即為標定功率和標定轉(zhuǎn)速。我國分四級進行功率標定。
4.汽車發(fā)動機總體結(jié)構(gòu)由機體組件、曲柄連桿機構(gòu)、換氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點火系統(tǒng)(汽油機)和起動系統(tǒng)所組成。

 
【復(fù)習(xí)思考題】
1.名詞解釋:發(fā)動機、內(nèi)燃機、汽油機、柴油機、二沖程內(nèi)燃機、四沖程內(nèi)燃機、點燃式內(nèi)燃機、壓燃式內(nèi)燃機、非增壓內(nèi)燃機、增壓內(nèi)燃機、直列式內(nèi)燃機、V形內(nèi)燃機、斜置式內(nèi)燃機、上止點、下止點、活塞行程、工作容積、燃燒室容積、氣缸總?cè)莘e、發(fā)動機排量、壓縮比、示功圖、發(fā)動機有效轉(zhuǎn)矩、發(fā)動機平均有效壓力、有效功率、發(fā)動機標定功率、發(fā)動機標定轉(zhuǎn)速、升功率、15min功率、1h功率、12 h功率、持續(xù)功率、燃油消耗率、有效熱效率。
2.畫出四沖程汽油機的結(jié)構(gòu)簡圖,并說明其工作原理。
3.畫出四沖程柴油機的結(jié)構(gòu)簡圖,并比較其結(jié)構(gòu)和工作原理與四沖程汽油機的異同點。
4.四沖程內(nèi)燃機的壓縮行程有什么作用?柴油機與汽油機壓縮比為什么有較大不同?
5.內(nèi)燃機功率根據(jù)什么原則標定?我國內(nèi)燃機功率標定分哪四級?
6.發(fā)動機排氣中的CO、HC、NOx、SO2、醛類和微粒(含碳煙)對人體各會產(chǎn)生什么危害?
7.汽車發(fā)動機總體結(jié)構(gòu)由哪幾大部分組成?
8.某汽油機有4個氣缸,氣缸直徑87.5mm,活塞行程92mm,壓縮比為8,試計算其氣缸工作容積及發(fā)動機總排量。
9.已知某四缸四沖程汽油機氣缸直徑81.0mm,活塞行程86.4mm,以標定轉(zhuǎn)速n=5200r/min運轉(zhuǎn),功率為72kW,現(xiàn)測得運轉(zhuǎn)34S共消耗200g燃油,求此時的有效轉(zhuǎn)矩、升功率、燃油消耗率、有效熱效率?(汽油低熱值Hu=44000kJ/kg)
 



發(fā)表于 @ 2008年06月05日 10:38:00 |點擊數(shù)(

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