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汽车内燃机的分类及工作原理

时间:2017/9/25 14:52:08    

   汽车内燃机的分类及工作原理

    分类

    按进气系统的工作方式可分为自然吸气、涡轮增压、机械增压和双增压四个类型。

    按活塞运动方式可分为往复活塞式内燃机和旋转活塞式发动机两种。

    按气缸排列型式分直列发动机,V型发动机、W型发动机和水平对置发动机等。

    按气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。现代汽车多采用三缸,四缸、六缸、八缸发动机。

    按冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机冷却均匀,工作可靠,冷却效果好,被广泛应用于现代车用发动机。

    按冲程数可分为四冲程内燃机和二冲程内燃机。汽车发动机广泛使用四冲程内燃机。

    按燃油供应方式分类:化油器发动机和电喷发动机以及缸内直喷发动机。

    发动机排列类型

 

    原理

    由于汽油和柴油的不同特性,汽油机和柴油机在工作原理和结构上有差异。

    汽油发动机(汽油机)的工作原理

    四冲程汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混

    汽车发动机

    合气,在吸气冲程被吸入汽缸,混合气经压缩点火燃烧而产生热能,高温高压的气体作用于活塞顶部,推动活塞作往复直线运动,通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内完成一个工作循环。[3]

    ⑴进气冲程(intake stroke)

    活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启,排气门关闭,曲轴转动180°。在活塞移动过程中,汽缸容积逐渐增大,汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa,气缸内形成一定的真空度,空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸,并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力,进气终点时,汽缸内气体压力小于大气压力p0 ,即pa= (0.80~0.90)p0。进入汽缸内的可燃混合气的温度,由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340~400K。

    ⑵ 压缩冲程(compression stroke)

    压缩冲程时,进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180°。活塞上移时,工作容积逐渐缩小,缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高,到达压缩终点时,其压力pc可达800~2 000kPa,温度达600~750K。

    ⑶ 做功冲程(power stroke)

    当活塞接近上止点时,由火花塞点燃可燃混合气,混合气燃烧释放出大量的热能,使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力pZ达3 000~6 000kPa,温度TZ达2 200~2 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动,并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移,汽缸容积增加,气体压力和温度逐渐下降,到达 b 点时,其压力降至300~500kPa,温度降至1 200~1 500K。在做功冲程,进气门、排气门均关闭,曲轴转动180°。

    ⑷ 排气冲程(exhaust stroke)

    排气冲程时,排气门开启,进气门仍然关闭,活塞从下止点向上止点运动,曲轴转动180°。排气门开启时,燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出,另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用,排气终点r 点的压力稍高于大气压力,即pr=(1.05~1.20)p0。排气终点温度Tr=900~1100K。活塞运动到上止点时,燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出,这部分废气叫残余废气。[4



    四冲程柴油机的工作原理

    四冲程柴油机工作原理汽油机一样,每个工作循环也是由进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程组成。由于柴油与汽油相比,自燃温度低、黏度大不易蒸发,因而柴油机采用压缩终点压燃着火(压燃式点火),而汽油机是火花塞点燃。[3]

    ⑴进气冲程

    汽车发动机

    汽车发动机

    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。

    ⑵ 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3 000~5 000kPa,压缩终点的温度为750~1 000K,大大超过柴油的自燃温度(约520K)。

    ⑶ 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100MPa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。

    ⑷ 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。现代汽车多采用四缸、六缸和八缸发动机。

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