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【專家解說(shuō)】：關(guān)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的探討 學(xué)生姓名： X X 學(xué)號(hào)：xxxxxxxxxxx 入學(xué)時(shí)間： 2004 年 9 月 指導(dǎo)老師： x x 職稱： 講師 學(xué) 校： xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 目 錄 第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的分類……………………………………………3 第二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造………………………………………4 第三節(jié) 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理………………………………6 第四節(jié) 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理………………………………10 第五節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)與特性…………………………13 致謝…………………………………………………………………16 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………17 1 關(guān)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的探討 內(nèi)容提要：目前汽車普遍采用的是往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，它以其熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)維護(hù)簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)著稱于世。本文針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)作出詳細(xì)的講解，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的分類、發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，并據(jù)此分析汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的性能及主要指標(biāo)。 關(guān)鍵詞：汽油機(jī) 柴油機(jī) 二沖程 四沖程 性能指標(biāo) 特性 2 第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的分類 發(fā)動(dòng)機(jī)是將自然界某種能量直接轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并拖動(dòng)某些機(jī)械進(jìn)行工作的機(jī)器。將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的發(fā)動(dòng)機(jī)，稱為熱力發(fā)動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱熱機(jī))，其中的熱能是由燃料燃燒所產(chǎn)生的。內(nèi)燃機(jī)是熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的一種，其特點(diǎn)是液體或氣體燃料和空氣混合后直接輸入機(jī)器內(nèi)部燃燒而產(chǎn)生熱能，然后再轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。另一種熱機(jī)是外燃機(jī)，如蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)等，其特點(diǎn)是燃料在機(jī)器外部燃燒以加熱水，產(chǎn)生高溫、高壓的水蒸氣，輸送至機(jī)器內(nèi)部，使所含的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。 內(nèi)燃機(jī)與外燃機(jī)相比，具有熱效率高、體積小、質(zhì)量小、便于移動(dòng)、起動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、船舶以及汽車、拖拉機(jī)、坦克等各種車輛上。但是內(nèi)燃機(jī)一般要求使用石油燃料，且排出的廢氣中所含有害氣體成分較高。為解決能源與大氣污染的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外正致力于排氣凈化以及其他新能源發(fā)動(dòng)機(jī)的研究開(kāi)發(fā)工作。 根據(jù)車用內(nèi)燃機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的主要構(gòu)件形式的不同，可分為活塞式內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)兩大類。前者又可按活塞運(yùn)動(dòng)方式不同分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)在汽車上應(yīng)用最廣泛，是本文的主要討論對(duì)象。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)(指汽車用活塞式內(nèi)燃機(jī))可以根據(jù)不同的特征分類： (1)按著火方式分類 可分為壓燃式與點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)為壓縮氣缸內(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(jī)；點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)是將壓縮氣缸內(nèi)的可燃混合氣，用點(diǎn)火器點(diǎn)火燃燒的內(nèi)燃機(jī)。 (2)按使用燃料種類分類可分為汽油機(jī)、柴油機(jī)、氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、煤氣機(jī)、液化石油氣發(fā)動(dòng)機(jī)及多種燃料發(fā)動(dòng)機(jī)等。 (3)按冷卻方式分類可分為水冷式、風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)。以水或冷卻液為冷卻介質(zhì)的稱作水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)；以空氣為冷卻介質(zhì)的稱作風(fēng)冷式發(fā)動(dòng)機(jī)。 (4)按進(jìn)氣狀態(tài)分類可分為非增壓(或自然吸氣)和增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)為進(jìn)入氣缸前的空氣或可燃混合氣未經(jīng)壓氣機(jī)壓縮的發(fā)動(dòng)機(jī)，僅帶掃氣泵而不帶增壓器的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)亦屬此類；增壓發(fā)動(dòng)機(jī)為進(jìn)入氣缸前的空氣或可燃混合氣已經(jīng)在壓氣機(jī)內(nèi)壓縮，藉以增大充量密度的發(fā)動(dòng)機(jī)。 3 (5)按沖程數(shù)分類 可分為二沖程和四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，每一次將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，都必須經(jīng)過(guò)吸人新鮮充量(空氣或可燃混合氣)、壓縮(當(dāng)新鮮充量為空氣時(shí)還要輸入燃料)，使之發(fā)火燃燒而膨脹作功，然后將生成的廢氣排出氣缸這樣一系列連續(xù)過(guò)程，稱為一個(gè)工作循環(huán)。對(duì)于往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，可以根據(jù)每一工作循環(huán)所需活塞行程數(shù)來(lái)分類。凡活塞往復(fù)四個(gè)單程(或曲軸旋轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn))完成一個(gè)工作循環(huán)的稱為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)；活塞往復(fù)兩個(gè)單程(或曲軸旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn))完成一個(gè)工作循環(huán)的稱為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。 (6)按氣缸數(shù)及布置分類僅有一個(gè)氣缸的稱為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，有兩個(gè)以上氣缸的稱為多缸發(fā)動(dòng)機(jī)；根據(jù)氣缸中心線與水平面垂直、呈一定角度和平行的發(fā)動(dòng)機(jī)，分別稱為立式、斜置式與臥式發(fā)動(dòng)機(jī)；多缸發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)氣缸間的排列方式可分為直列式(氣缸呈一列布置)、對(duì)置式(氣缸呈兩列布置，且兩列氣缸之間的中心線呈180。)和V形(氣缸呈曲列布首，且兩列氣缸之問(wèn)夾角為V形)等發(fā)動(dòng)機(jī)。 第二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造 發(fā)動(dòng)機(jī)是一部由許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機(jī)器?，F(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式很多，即使是同一類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，其具體構(gòu)造也是各種各樣的。我們可以通過(guò)一些典型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)實(shí)例來(lái)分析發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造。 下面以CA1014系列輕型貨車用的CA488Q型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)為例，介紹四沖程剮機(jī)的一般構(gòu)造(圖1-1)。 (1) 機(jī)體組 CA488Q型發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體組包括氣缸蓋14、氣缸體7及油底殼37。有的發(fā)動(dòng)機(jī)將氣缸體分鑄成上下兩部分，上部稱為氣缸體，下部稱為曲軸箱。機(jī)體組的作用足作為發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)構(gòu)、各系統(tǒng)的裝配基體，而且其本身的許多部分又分別是曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)的組成部分。氣缸蓋和氣缸體的內(nèi)壁共同組成燃燒室的一部分，是承受高溫、高壓的機(jī)件。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，常把機(jī)體組列入曲柄連桿機(jī)構(gòu)。 (2) 曲柄連桿機(jī)構(gòu) 曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括活塞13、連桿10、帶有飛輪28的曲軸5等。它是將活塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并輸出動(dòng)力的機(jī)構(gòu)。 (3) 配氣機(jī)構(gòu) 配氣機(jī)構(gòu)包括進(jìn)氣門19、排氣門15、搖臂45、氣門間隙調(diào)節(jié)器46、凸輪軸25以及凸輪軸定時(shí)帶輪20(由曲軸定時(shí)帶輪6驅(qū)動(dòng))等。其作用是使可燃混合氣及時(shí)充入氣缸并及時(shí)從氣缸排除廢氣。 4 圖2-1 解放CA488Q型汽油機(jī)的構(gòu)造 5 (4) 供給系統(tǒng) 供給系統(tǒng)包括汽油箱、汽油泵、汽油濾清器、化油器38、空氣濾清器、進(jìn)氣管39、排氣管53、排氣消聲器等。其作用是把汽油和空氣混合為成分合適的可燃混合氣供入氣缸，以供燃燒，并將燃燒生成的廢氣排出發(fā)動(dòng)機(jī)。 (5) 點(diǎn)火系統(tǒng) 點(diǎn)火系統(tǒng)的功用是保證按規(guī)定時(shí)刻及時(shí)點(diǎn)燃?xì)飧字斜粔嚎s的混合氣。其中包括供給低壓電流的蓄電池和發(fā)電機(jī)以及分電器、點(diǎn)火線圈與火花塞等。 （6） 冷卻系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)主要包括水泵、散熱器、風(fēng)扇22、分水管以及氣缸體和氣缸蓋里鑄出的空腔——水套等。其功用是把受熱機(jī)件的熱量散到大氣中去，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。 (7) 潤(rùn)滑系統(tǒng) 潤(rùn)滑系統(tǒng)包括機(jī)油泵50、機(jī)油集濾器51、限壓閥、潤(rùn)滑油道、機(jī)油濾清器等，其功用是將潤(rùn)滑油供給作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件，以減少它們之間的摩擦阻力，減輕機(jī)件的磨損，并部分地冷卻摩擦零件，清洗摩擦表面。 (8) 起動(dòng)系統(tǒng) 包括起動(dòng)機(jī)及其附屬裝置，用以使靜止的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)并轉(zhuǎn)入自行運(yùn)轉(zhuǎn)。 車用汽油機(jī)一般都由上述兩個(gè)機(jī)構(gòu)和五個(gè)系統(tǒng)組成。 第三節(jié) 四程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 一、四沖程汽油機(jī)工作原理 現(xiàn)代汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造如圖3-1所示。氣缸內(nèi)裝有活塞10，活塞通過(guò)活塞銷、連桿11與曲軸12相連接?；钊鏆飧變?nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿推動(dòng) 曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。為了吸入新鮮充量和排除廢氣，設(shè)有進(jìn)、排氣系統(tǒng)等。 圖3-2所示為發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖?；钊鶑?fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其頂面從一個(gè)方向轉(zhuǎn)為相反方向的轉(zhuǎn)變點(diǎn)的位置稱為止點(diǎn)?；钊斆骐x曲軸中心線最遠(yuǎn)時(shí)的止點(diǎn)，稱為上止點(diǎn)(TDC——Top Dead Center)；活塞頂面離曲軸中心線最近時(shí)的止點(diǎn)稱為下止點(diǎn)(BDC——Bottom Dead Centel)，活塞運(yùn)行的上、下兩個(gè)止點(diǎn)之間的距離s稱為活塞行程。曲軸與連桿下端的連接中心至曲軸中心的垂直距離月稱為曲柄半徑。對(duì)于氣缸中心線與曲軸中心線相交的發(fā)動(dòng)機(jī)，活塞行程5等于曲柄半徑R的兩倍。 6 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)包括四個(gè)活塞行程：進(jìn)氣行程、壓縮沖程、作功行程、和排氣行程。 （1） 進(jìn)氣行程 汽油機(jī)將空氣與燃料先在氣缸的外部的化油器中、節(jié)氣門體處或進(jìn)氣道內(nèi)進(jìn)行混合，形成可燃混合氣后被吸入氣缸。 進(jìn)氣過(guò)程中進(jìn)氣門開(kāi)啟，節(jié)氣門關(guān)閉。隨著活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方的氣缸容積變大，從氣缸內(nèi)的壓力將到大氣壓以下，即在氣缸內(nèi)形成真空度。這樣可眼燃混合氣便經(jīng)進(jìn)氣門被吸入氣缸。由于進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力，進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的氣體壓力約為0.075～0.09Mpa。 (2) 壓縮行程 為使吸入氣缸的可燃混合氣能迅速燃燒，以產(chǎn)生較大的壓力，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出較大功率，必須在燃燒前將可燃混合氣壓縮，使其容積縮小，密度加大，溫度升高，故需要有壓縮過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，進(jìn)、排氣門全部關(guān)閉，曲軸推動(dòng)活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)一個(gè)行程，稱為壓縮行程?；钊竭_(dá)上止點(diǎn)時(shí)壓縮終了，此時(shí)，混合氣被壓縮到活塞上方很小的空間，即燃燒室中?？扇蓟旌蠚鈮毫ι叩?.6～1.2MPa，溫度可達(dá)600～700K。 壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積之比稱為壓縮比。 7 現(xiàn)代汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比一般為6～9(轎車有的達(dá)到9～11)。如一汽一大眾捷達(dá)轎車EA827型1.6L發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比為8.5，而EA113型1.6L發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比為9.3。 壓縮比越大，在壓縮終了時(shí)混合氣壓力和溫度越高，燃燒速度增快，因而發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率增大，熱效率提高，經(jīng)濟(jì)性越好。但壓縮比過(guò)大時(shí)，不僅不能進(jìn)一步改善燃燒情況，反而會(huì)出現(xiàn)爆燃和表面點(diǎn)火等不正常的燃燒現(xiàn)象。爆燃是由于氣體壓力和溫度過(guò)高，在燃燒室內(nèi)離點(diǎn)燃中心較遠(yuǎn)處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正常燃燒。爆燃時(shí)，火焰以極高的速率傳播，溫度和壓力急劇升高，形成壓力波，以聲速向前推進(jìn)。當(dāng)這種壓力波撞擊燃燒室壁而時(shí)就發(fā)出尖銳的敲缸聲。同時(shí)，還會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。嚴(yán)重爆燃時(shí)，甚至造成氣門燒毀、軸瓦破裂、活塞燒頂、火花塞絕緣體擊穿等機(jī)件損壞現(xiàn)象。表面點(diǎn)火是由于燃燒室內(nèi)熾熱表面(如排氣門頭，火花塞電極，積炭)點(diǎn)燃混合氣產(chǎn)生的另一種不正常燃燒現(xiàn)象。表面點(diǎn)火發(fā)生時(shí)，也伴有強(qiáng)烈的敲擊聲(較沉悶)，產(chǎn)生的高壓會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)件承受的機(jī)械負(fù)荷增加，壽命降低。因此，在提高發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比的同時(shí)，必須注意防止爆燃和表面點(diǎn)火的發(fā)生。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比的提高還受到排氣污染法規(guī)的限制。 (3) 作功行程 在這個(gè)行程中，進(jìn)、排氣門仍舊關(guān)閉。當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，裝在氣缸體(或氣缸蓋)上的火化塞即發(fā)出電火花，點(diǎn)燃被壓縮的可燃混合氣?？扇蓟旌蠚馊紵?，放出大量的熱能，其壓力和溫度迅速增加，所能達(dá)到的最高壓力p，約為3～5MPa，相應(yīng)溫度則為2200～2800K。高溫、高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞從上止點(diǎn)向F止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械能。它除了用于維持發(fā)動(dòng)機(jī)本身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而外，其余即用于對(duì)外作功。 (4) 排氣行程 可燃混合氣燃燒后生成的廢氣，必須從氣缸中排除，以便進(jìn)行下一個(gè)工作循環(huán)。 當(dāng)膨脹接近終了時(shí)，排氣門丌啟，靠廢氣的壓力進(jìn)行自由排氣，活塞到達(dá)下止點(diǎn)后再向上止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，繼續(xù)將廢氣強(qiáng)制排到大氣中。活塞到上止點(diǎn)附近時(shí)，排氣行程結(jié)束。 由于燃燒室占有一定的容積，因此在排氣終了時(shí)，不可能將廢氣排盡，這一 8 部分留下的廢氣稱為殘余廢氣。 綜上所述，四沖程汽油機(jī)經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、燃燒作功、排氣四個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)。這期問(wèn)活塞在上、下止點(diǎn)問(wèn)往復(fù)移動(dòng)了四個(gè)行程，曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周。 二、四沖程柴油機(jī)工作原理 現(xiàn)代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造如圖3-3所示。 四沖程柴油機(jī)(壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī))的每個(gè)工作循環(huán)也經(jīng)歷進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)行程。但由于柴油機(jī)的燃料是柴油，其粘度比汽油大，而其自燃溫度卻較汽油低，故可燃混合氣的形成及著火方式都與汽油機(jī)不同。 柴油機(jī)在進(jìn)氣行程吸人的是純空氣。存壓縮行程接近終了時(shí)，柴油機(jī)噴油泵將油壓提高到10MPa以上，通過(guò)噴油器噴人氣缸，在很短時(shí)間內(nèi)與壓縮后的高溫空氣混合，形成可燃混合氣。因此，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的可燃混合氣是在氣缸內(nèi)部形成的。 由于柴油機(jī)的壓縮比高(一般為16～22)，所以壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)的空氣壓力可達(dá)3.5～4.5MPa，同時(shí)溫度高達(dá)750～1000K，大大超過(guò)柴油的自燃溫度。因此，柴油噴入氣缸后，在很短時(shí)間內(nèi)與空氣混合便立即自行發(fā)火燃燒。氣缸內(nèi)氣壓急劇上升到6～9MPa，溫度也升到2000～2500K。在高壓氣體推動(dòng)下，活塞向下運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)帥軸旋轉(zhuǎn)而作功。廢氣同樣經(jīng)排氣管排人大氣中。 柴油機(jī)與汽油機(jī)比較，各有特點(diǎn)。汽油機(jī)具有轉(zhuǎn)速高(目前轎車汽油機(jī)最高 9 轉(zhuǎn)速達(dá)5000～6000r／min，貨車汽油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)4000r／min左右)、質(zhì)量小、工作噪聲小、起動(dòng)容易、制造和維修費(fèi)用低等特點(diǎn)，故存轎車和輕型貨車及越野車上得到廣泛的應(yīng)用；其不足之處是燃油消耗率高，燃油經(jīng)濟(jì)性差。柴油機(jī)因壓縮比高，燃油消耗率平均比汽油機(jī)低20％～30％左右，且柴油價(jià)格較低，所以燃油經(jīng)濟(jì)性好。一般裝載質(zhì)量為5t以上的貨車大都采用柴油機(jī)；其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)速較汽油機(jī)低(一般最高轉(zhuǎn)速在2500～3000r／min左右)、質(zhì)量大、制造和維修費(fèi)用高(因?yàn)閲娪捅煤蛧娪推骷庸ぞ纫蟾?。但目前柴油機(jī)的這些缺點(diǎn)正在逐漸得到克服，其應(yīng)用范圍正在向中、輕型貨車擴(kuò)展。國(guó)外有的轎車也采用柴油機(jī)，其最高轉(zhuǎn)速可達(dá)5000r／min。 由此可見(jiàn)，四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)的四個(gè)活塞行程中，只有一個(gè)行程是作功的，其余三個(gè)行程則是作功的輔助行程。因此，在單缸發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，曲軸每轉(zhuǎn)兩周中只有半周是由于膨脹氣體的作用使曲軸旋轉(zhuǎn)，其余一周半則依靠飛輪慣性維持轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然，作功行程時(shí)．曲軸的轉(zhuǎn)速比其他三個(gè)行程內(nèi)的曲軸轉(zhuǎn)速要高，所以曲軸轉(zhuǎn)速是不均勻的，因而發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)就不平穩(wěn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，飛輪必須做成具有很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，而這樣做將使整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和尺寸增加。顯然，單缸發(fā)動(dòng)機(jī)工作振動(dòng)大。采用多缸發(fā)動(dòng)機(jī)可以彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)。因此，現(xiàn)在汽車上基本不用單缸發(fā)動(dòng)機(jī)。用得最多的是4缸、6缸、8缸發(fā)動(dòng)機(jī)。 在多缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的每一個(gè)氣缸內(nèi)，所有的工作過(guò)程是相同的，并按上述次序進(jìn)行，但所有氣缸的作功行程并不同時(shí)發(fā)生。例如，在4氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，曲軸每轉(zhuǎn)半周便有一個(gè)氣缸在作功；在8缸發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，曲軸每轉(zhuǎn)1／4周便有一個(gè)作功行程。氣缸數(shù)越多，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作越平穩(wěn)。但發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)增多，一般將使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸及質(zhì)量增加。 第四節(jié) 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 一、二沖程汽油機(jī)工作原理 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)是在兩個(gè)活塞行程內(nèi)，即曲軸旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間完成的。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸上有三個(gè)孔，這三個(gè)孔可分別在一定的時(shí)刻為活塞所關(guān)閉。進(jìn)氣孔與化油器相連通，可燃混合氣經(jīng)進(jìn)氣孔流入曲軸箱，繼而可經(jīng)掃氣孔進(jìn)入氣缸內(nèi)，而廢氣則可經(jīng)過(guò)與排氣管連通的排氣孔被排出。 10 活塞向上移動(dòng)，到活塞將三孔都關(guān)閉時(shí)，開(kāi)始?jí)嚎s在上一循環(huán)即已吸入缸 內(nèi)的可燃混合氣，同時(shí)在活塞下面的曲軸箱內(nèi)形成真空度(這種發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱必須足密封的)。當(dāng)活塞繼續(xù)上行時(shí)，進(jìn)氣孔開(kāi)啟，在大氣壓力作用下，可燃混合氣便自化油器流入曲軸箱。活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，火花塞發(fā)出電火花，點(diǎn)燃被壓縮的混合氣。高溫、高壓氣體膨脹迫使活塞向下移動(dòng)。進(jìn)氣孔逐漸被關(guān)閉，流人曲軸箱的混合氣則因活塞的下移而被預(yù)先壓縮。當(dāng)活塞接近下止點(diǎn)時(shí)，排氣孔開(kāi)啟，廢氣經(jīng)過(guò)排氣孔、排氣管、消聲器流到大氣中。受到預(yù)壓的新鮮混合氣便自曲軸箱經(jīng)掃氣孔流入缸內(nèi)，并掃除廢氣。廢氣從氣缸內(nèi)被新鮮混合氣掃除并取代的過(guò)程，稱為氣缸的換氣過(guò)程。 由上述可知，在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，一個(gè)工作循環(huán)所包含的兩個(gè)行程是： (1) 第一行程 活塞自下止點(diǎn)向上移動(dòng)，事先已充入活塞上方氣缸內(nèi)的混合氣被壓縮，新的可燃混合氣又自化油器被吸入活塞下方的曲軸箱內(nèi)。 (2) 第二行程 活塞自上止點(diǎn)向下移動(dòng)，活塞上方進(jìn)行著作功過(guò)程和換氣過(guò)程，而活塞下方則進(jìn)行可燃混合氣的預(yù)壓縮。 為了防止新鮮混合氣大量與廢氣混合并隨廢氣一起排出氣缸而造成浪費(fèi)，活塞頂做成特殊的形狀，使新鮮混合氣的氣流被引向上部。這樣還可以利用新鮮混合氣來(lái)掃除廢氣，使排氣更為徹底。但是在二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，要完全避免可燃混合氣的損失是很困難的。 圖4-1為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖。它的工作循環(huán)如下： 活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)將排氣孔(a點(diǎn))關(guān)閉時(shí)，壓縮過(guò)程開(kāi)始。到上止點(diǎn)前開(kāi)始點(diǎn)火燃燒，缸內(nèi)壓力迅速增高，叮段即燃燒過(guò)程。接著活塞下行膨脹作功，一直到6點(diǎn)，排氣孔被打開(kāi)，開(kāi)始排氣。此時(shí)，缸內(nèi)壓力較高，一般為0．3～0．6MPa， 11 故廢氣以聲速?gòu)母變?nèi)排出，壓力迅速下降。當(dāng)活塞繼續(xù)下移將換氣孔打開(kāi)，曲軸箱內(nèi)的新鮮可燃混合氣進(jìn)入氣缸。這段時(shí)問(wèn)里的排氣稱為自由排氣。排氣一直延續(xù)到活塞下行到下止點(diǎn)后再向上將排氣孔關(guān)閉為止。示功圖bda曲線為二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程，大約占130度～150度曲軸轉(zhuǎn)角。接著活塞繼續(xù)向上，便重復(fù)壓縮過(guò)程，進(jìn)行新的循環(huán)。 二沖程化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)與四沖程化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)相比較，其主要優(yōu)點(diǎn)如下： 1)曲軸每轉(zhuǎn)—周就有一個(gè)作功行程，因此，當(dāng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作容積和轉(zhuǎn)速與四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)相同時(shí)，在理論上它的功率應(yīng)等于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的2倍。 2)由于發(fā)生作功過(guò)程的頻率較高，故二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)比較均勻平穩(wěn)。 3)由于沒(méi)有專門的換氣機(jī)構(gòu)，所以其構(gòu)造較簡(jiǎn)單，質(zhì)量也比較小。 4)使用方便。因?yàn)楦綄贆C(jī)構(gòu)少，所以易受磨損和經(jīng)常需要修里理的運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量也比較少。 由于構(gòu)造上的原因，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的最大缺點(diǎn)是不易將廢氣自氣缸內(nèi)排除得較干凈，并且在換氣時(shí)減少了有效工作行程。因此，在同樣的工作容積和曲軸轉(zhuǎn)速下，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的功率并不等于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的2倍，只等于1.5～1.6倍；而且在換氣時(shí)有一部分新鮮可燃混合氣隨同廢氣排出，因此二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)不如四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)。 由于上述缺點(diǎn)，二沖程化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)存汽車上較少被采用。但這種發(fā)動(dòng)機(jī)的制造費(fèi)用低廉，構(gòu)造簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，所以在摩托車上廣泛應(yīng)用。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過(guò)減少掃氣損失來(lái)改善燃油經(jīng)濟(jì)性差的缺點(diǎn)，因此電控噴射的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車上得到了發(fā)展。 二、二沖程柴油機(jī)工作原理 二沖程柴油機(jī)的工作過(guò)程和二沖程化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程相似。所不同的是進(jìn)入柴油機(jī)氣缸的不是可燃混合氣，而是純空氣。 空氣由掃氣泵提高壓力以后，經(jīng)過(guò)裝在氣缸外部的空氣室和氣缸壁(或氣缸套)上的許多小孔進(jìn)入氣缸內(nèi)，廢氣經(jīng)由氣缸蓋上的排氣門排出。 在第一行程中，活塞自下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)。行程開(kāi)始前不久，進(jìn)氣孔和排 12 氣門均已開(kāi)啟，利用自掃氣泵流出的空氣(壓力約為0.12～0.14MPa)使氣缸換氣。當(dāng)活塞繼續(xù)向上移動(dòng)，進(jìn)氣孔被遮蓋，排氣門也被關(guān)閉，空氣受到壓縮。當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力增到3MPa，溫度約升至850～1000K，燃油在高壓(約17～20Mpa)下噴入氣缸內(nèi)，致使燃油自行著火燃燒，使氣缸內(nèi)壓力增高。 在第二行程中，活塞受燃燒氣體膨脹作用自上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)而作功?；詈沸?／3行程時(shí)排氣門開(kāi)啟，排出廢氣，此后氣缸內(nèi)壓力降低，進(jìn)氣孔開(kāi)啟，進(jìn)行換氣。換氣一直繼續(xù)到活塞向上移動(dòng)1／3行程的距離，直到進(jìn)氣孔完全被遮蓋為止。 這種形式的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為氣門—窗孔直流掃氣柴油機(jī)。與四沖程柴油機(jī)比較，二沖程柴油機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)與上面討論二沖程汽油機(jī)時(shí)所指出的優(yōu)缺點(diǎn)基本相同，但由于二沖程柴油機(jī)用純空氣掃除廢氣，沒(méi)有燃料損失，故經(jīng)濟(jì)件較高。 第五節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)與特性 發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)有動(dòng)力性能指標(biāo)（有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、轉(zhuǎn)速等）、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)(燃油消耗率)和運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)(排氣品質(zhì)、噪聲和起動(dòng)性能等)。 一、動(dòng)力性能指標(biāo) （1）有效轉(zhuǎn)矩 發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)飛輪對(duì)外輸出的平均轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩。有效轉(zhuǎn)矩與外界施加于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的阻力矩相平衡。 （2）有效功率 發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)飛輪對(duì)外輸出的功率稱為有效功率。它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度的乘積。 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速的高低，關(guān)系到單位時(shí)間內(nèi)作功次數(shù)的多少或發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的大小，即發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率隨曲軸轉(zhuǎn)速的不同而改變。因此，在說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的大小時(shí)，必須同時(shí)指明其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。在發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品標(biāo)牌上規(guī)定的功率及其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速分別稱作標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速下的工作狀況，稱為標(biāo)定工況。標(biāo)定功率是發(fā)動(dòng)機(jī)所能發(fā)出的最大功率，它是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)用途而制定的有效功率最大使用限度。同一種型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)其用途不同時(shí)，其標(biāo)定功率值并不相同。按照汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性試驗(yàn)方法的規(guī)定，汽車 13 發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)能在標(biāo)定工況下連續(xù)運(yùn)行300～1000h。 二、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo) 發(fā)動(dòng)機(jī)每發(fā)出1 kw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。 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能是隨著許多因素而變化的，其變化規(guī)律稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性。 三、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo) 發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)主要指排氣品質(zhì)、噪聲、起動(dòng)性能等。由于這些性能不僅與使用者利益相關(guān)，更關(guān)系到人類的健康，因此必須指定共同遵守的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，并給予嚴(yán)格控制。 （1）排氣品質(zhì) 發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中含有對(duì)人體有害的物質(zhì)，它對(duì)大氣的污染已形成公害。為此，各國(guó)采取了許多對(duì)策，并制定相應(yīng)的控制法規(guī)。發(fā)動(dòng)機(jī)排出的有害排放物，主要有氮氧化合物，碳?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)等以及排氣顆粒。 （2）噪聲 噪聲會(huì)刺激神經(jīng)，使人心情煩躁，反應(yīng)遲鈍，甚至造成耳聾，誘發(fā)高血壓和神經(jīng)系統(tǒng)的疾病，因此，也必須用法規(guī)形式進(jìn)行限制。汽車是城市中主要的噪聲源之一，發(fā)動(dòng)機(jī)又是汽車的主要噪聲源，故必須給予控制。在我國(guó)制定的汽車加速行駛車外噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)(GBl495--2002)中，對(duì)不同分類的汽車以及同一分類中不同總質(zhì)量及發(fā)動(dòng)機(jī)不同額定功率的汽車，詳細(xì)制定了噪聲限值。 （3）起動(dòng)性能 起動(dòng)性能好的發(fā)動(dòng)機(jī)在一定溫度下能可靠地發(fā)動(dòng)，起動(dòng)迅速，起動(dòng)消耗的功率小，起動(dòng)期磨損少。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的好壞除與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程相聯(lián)系，它直接影響汽車機(jī)動(dòng)性、操作者的安全和勞動(dòng)強(qiáng)度。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不采用特殊的低溫起動(dòng)措施，汽油機(jī)在-10℃、柴油機(jī)在-5℃以下的氣溫條件下起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，15s以內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)要能自行運(yùn)轉(zhuǎn)。 四、發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性 當(dāng)燃料供給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置固定不變時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)(有效轉(zhuǎn)矩、功率、燃油消耗率等)隨轉(zhuǎn)速改變而變化的曲線，稱為速度特性曲線。 14 如果改變?nèi)剂瞎┙o調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位置又可得到另外一組特性曲線，則當(dāng)燃料供給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置達(dá)到最大時(shí)，所得到的是總功率特性，也稱發(fā)動(dòng)機(jī)外特性；而把燃料供給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)其他位置下得到的特性稱為部分速度特性。 外特性曲線下標(biāo)出的發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率和最大有效轉(zhuǎn)矩及其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，是表示發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要指標(biāo)。要聯(lián)系汽車使用條件，諸如道路情況所要求克服的阻力數(shù)值、最高車速等，來(lái)分析發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線是否符合要求。 五、發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)或工作狀態(tài)(簡(jiǎn)稱發(fā)動(dòng)機(jī)工況)常以功率和轉(zhuǎn)速來(lái)表征，有時(shí)也用負(fù)荷與轉(zhuǎn)速來(lái)表征。 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷是指發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)從動(dòng)機(jī)械所耗費(fèi)的功率或有效轉(zhuǎn)矩的大?。灰部杀硎鰹榘l(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷，就是當(dāng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率與同一轉(zhuǎn)速下所可能發(fā)出的最大功率之比，以百分?jǐn)?shù)表示。 15 致 謝 本論文的設(shè)計(jì)歷時(shí)三個(gè)多月的時(shí)間。在此我要向我的講師x老師表示最誠(chéng)摯的感謝。從課題的設(shè)計(jì)方案、課題的編輯到論文的撰寫和修改的各個(gè)階段，都得到了錢老師的認(rèn)真指導(dǎo)、嚴(yán)格要求。錢老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神以及平易近人的態(tài)度，使我在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，如浴春風(fēng)。 在整個(gè)課題的研究和設(shè)計(jì)過(guò)程中，也得到了同組的其它同學(xué)的支持和幫助，大家一起克服了一個(gè)又一個(gè)難題，在此表示感謝。 在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)過(guò)程中，我的學(xué)識(shí)有了長(zhǎng)進(jìn)，能力有了提高。為此我要感謝我的家人,以及所有教導(dǎo)過(guò)我的老師和長(zhǎng)輩們，是他們鼓勵(lì)著我前進(jìn)。另外我要感謝我的朋友和同學(xué)，使我每天都輕松、愉快。 16 【參考文獻(xiàn)】 1、陳家瑞 《汽車構(gòu)造 上 》 機(jī)械工業(yè)出版社 2、陳家瑞 《汽車構(gòu)造 下 》 機(jī)械工業(yè)出版社 3、扶愛(ài)民 《汽車運(yùn)用基礎(chǔ)》 電子工業(yè)出版社 4、扶愛(ài)民 《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維護(hù)》 電子工業(yè)出版社 5、巫安達(dá) 喬國(guó)榮 《汽車維護(hù)技術(shù)》 高等教育出版社 6、凌凱汽車資料編寫組 《汽車原理》 北京郵電大學(xué)出版社 17