发动机(Engine)是一种能够把其它形式的能转化为另一种能的机器,通常是把化学能转化为机械能。发动机既适用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器(如:汽油发动机、航空发动机)。发动机最早诞生在英国,所以,发动机的概念也源于英语,它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。
1 发动机分类

汽油发动机

汽油发动机(Gasoline Engine ),是以汽油作为燃料的发动机。由于汽油粘性小,蒸发快,可以用汽油喷射系统将汽油喷入气缸,经过压缩达到一定的温度和压力后,用火花塞点燃,使气体膨胀做功。汽油机的特点是转速高,结构简单,质量轻,造价低廉,运转平稳,使用维修方便。汽油机在汽车上,特别是小型汽车上大量使用,至今不衰。

按燃料供给方式的不同,汽油发动机又可分为化油器式及喷射式(或称电喷式)两大类。化油器常见于老车型的发动机上,现在大部分发动机使用喷射式燃料供给方式。在喷射式汽油机中,汽油可在进气口喷射,也可在进气冲程期间直接向气缸内喷射;喷油过程可由计算机程序控制,燃料可更均匀地分配给各个气缸;同时,由于不需要喉管而减少厂进气的阻力等,可提高气缸内的平均有效压力和热效率;此外,还可以减弱或避免爆震燃烧。

相对于柴油机,汽油机热效率低于柴油机,且油耗较高,点火系统比柴油机复杂,可靠性和维修的方便性也不如柴油机。


汽车发动机(指往复式内燃机)根据不同的特征分为以下几类

● 按活塞运动方式分类:活塞式内燃机可分为往复活塞式和旋转活塞式两种。前者活塞在汽缸内作往复直线运动,后者活塞在汽缸内作旋转运动。(后者应用于转子发动机)

● 按照进气系统分类:内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。若进气是在接近大气状态下进行的,则为非增压内燃机或自然吸气式内燃机;若利用增压器将进气压力增高,进气密度增大,则为增压内燃机。增压可以提高内燃机功率。

● 按照气缸排列方式分类:内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式、双列式和三列式。单列式发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置的,但为了降低高度,有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的。双列式发动机把气缸排成两列,两列之间的夹角<180°(一般为90°)称为V型发动机,若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。三列式把气缸排成三列,成为W型发动机。

● 按照气缸数目分类:内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机;有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸、十六缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用三缸,四缸、六缸、八缸发动机。

● 按照冷却方式分类:内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的;而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀,工作可靠,冷却效果好,被广泛地应用于现代车用发动机。

● 按照行程分类:内燃机按照完成一个工作循环所需的冲程数可分为四冲程内燃机和二冲程内燃机。把曲轴转两圈(720°),活塞在气缸内上下往复运动四个冲程,完成一个工作循环的内燃机称为四冲程内燃机;而把曲轴转一圈(360°),活塞在气缸内上下往复运动两个冲程,完成一个工作循环的内燃机称为二冲程内燃机。汽车发动机广泛使用四冲程内燃机。

● 按气门机构种分类:侧置气门(SV)发动机、侧置凸轮轴(OHV)发动机、顶置凸轮轴(OHC)发动机、可变气(VTEC)发动机 和Desmo气门机构发动机。

● 按燃油供应方式分类:化油器发动机、电喷发动机、直喷发动机。

 按照所用燃料分类:内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机;使用柴油为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比较各有特点;汽油机转速高,质量小,噪音小,起动容易,制造成本低;柴油机压缩比大,热效率高,经济性能和排放性能都比汽油机?  目前,应用最广,数量最多的发动机为水冷、四冲程往复式活塞内燃机,其中汽油机用于轿车和轻型客车、货车上,而大客车和中、重型货车发动机多为柴油机。少数轿车和轻型客、货车发动机也有用柴油机的。

柴油发动机

柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。它是由德国发明家鲁道夫·狄塞尔(RudolfDiesel)于1892年发明的,为了纪念这位发明家,柴油就是用他的姓Diesel来表示,而柴油发动机也称为狄塞尔发动机。

柴油发动机的优点是功率大、经济性能好。柴油发动机的工作过程与汽油发动机有许多相同的地方,每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个行程。但由于柴油机用的燃料是柴油,其粘度比汽油大,不易蒸发,而其自燃温度却较汽油低,因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。不同之处主要是,柴油发动机气缸中的混合气是压燃的,而不是点燃的。柴油发动机工作时进入气缸的是空气,气缸中的空气压缩到终点时,温度可达500-700℃,压力可达40—50个大气压。活塞接近上止点时,发动机上的高压泵以高压向气缸中喷射柴油,柴油形成细微的油粒,与高压高温的空气混合,柴油混合气自行燃烧,猛烈膨胀,产生爆发力,推动活塞下行做功,此时的温度可达1900-2000℃,压力可达60-100个大气压,产生的功率很大,所以柴油发动机广泛的应用于大型柴油汽车上。

而柴油机在节能与二氧化碳排放方面的优势,则是包括汽油机在内的所有热力发动机都无法取代的,因此,先进的小型高速柴油发动机,其排放已经达到欧洲III号的标准,成为“绿色发动机”,目前已经成为欧美许多新轿车的动力装置。

柴油机

2 发动机构造

发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机,还是柴油机;无论是四行程发动机,还是二行程发动机;无论是单缸发动机,还是多缸发动机。要完成能量转换,实现工作循环,保证长时间连续正常工作,都必须具备以下一些机构和系统。汽油机由两大机构和五大系统组成,即由曲柄连杆机构配气机构、燃料供给系统、润滑系统冷却系统点火系统起动系统组成;柴油机由以上两大机构和四大系统组成,即由曲柄连杆机构配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成,柴油机是压燃的,不需要点火系。 

发动机是将某一种型式的能量转换为机械能的机器,其作用是将液体或气体燃烧的化学能通过燃烧后转化为热能,再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。发动机是一部由许多结构和系统组成的复杂机器,其结构型式多种多样,但由于基本工作原理相同,所以其基本结构也就大同小异,发动机的总体结构图如下所示。

● 曲柄连杆机构

曲柄连杆机构是由气缸体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴和飞轮等组成。这是发动机产生动力,并将活塞的直线往复运动转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。

● 配气机构

配气机构是由进气门、排气门、气门弹簧、挺杆、凸轮轴和正时齿轮等组成。其作用是将新鲜气体及时充入气缸,并将燃烧产生的废气及时排出气缸。

● 燃油供给系统

由于使用的燃料不同,可分为汽油机燃料供给系和柴油机燃料供给系。

汽油燃料供给系又分化油器式和燃油直接喷射式两种,通常所用的化油器式燃料供给系由燃油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气滤清器、进排气歧管和排气消声器等组成,其作用是向气缸内供给已配好的可燃混合气,并控制进入气缸内可燃混合气数量,以调节发动机输出的功率和转速,最后,将燃烧后废气排出气缸。

柴油机燃料供给系由燃油箱、输油泵、喷油泵、柴油滤清器、进排气管和排气消声器等组成,其作用是向气缸内供给纯空气并在规定时刻向缸内喷入定量柴油,以调节发动机输出功率和转速,最后,将燃烧后废气排出气缸。

● 冷却系统

机动车一般采用水冷却式。水冷式由水泵、散热器、风扇、节温器和水套(在机体内)等组成,其作用是利用冷却水的循环将高温零件的热量通过散热器散发到大气中,从而维持发动机电动正常工作温度。

● 润滑系统

润滑系由机油泵、滤清器、油道、油底壳等组成。其作用是将润滑油分送至各个相对运动零件的摩擦面,以减小摩擦力,减缓机件磨损,并清洗、冷却摩擦表面。 ??    

● 点火系统

在汽油机中,气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的,为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞,火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系,点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。

 

● 起动系统

起动系由起动机和起动继电器等组成,用以使静止的发动机起动并转入自行运转状态。

3 发动机原理

发动机分为活塞发动机,冲压发动机,火箭发动机,涡轮发动机。工作过程:进气-压缩-喷油-燃烧-膨胀做功-排气。

3缸发动机工作原理

● 进气冲程

进入汽缸的工质是纯空气。由于柴油机进气系统阻力较小,进气终点压力pa= (0.85~0.95)p0,比汽油机高。进气终点温度Ta=300~340K,比汽油机低。

● 压缩冲程

由于压缩的工质是纯空气,因此柴油机的压缩比比汽油机高(一般为ε=16~22)。压缩终点的压力为3000~5000kPa,压缩终点的温度为750~1 000K,大大超过柴油的自燃温度(约520K)。

● 做功冲程

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。

● 排气冲程

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。

四冲程

内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机;使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比较各有特点;汽油机转速高,质量小,噪音小,起动容易,制造成本低;柴油机压缩比大,热效率高,经济性能和排放性能都比汽油机好。


责任编辑:余伟楚
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