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发动机-气缸排列形式


  把内能转化为动能。汽车发动机的形式主要是以气缸和活塞作为转换机构的内燃机,可产生动力,对外输出。

  汽油发动机的特点是有效转速范围大,噪音低,发动机-气缸排列形式质量轻,运转平稳。

  不管哪种发动机,它的基本前提是以某种燃料燃烧产生动力。以电为能源的电动机不属于发动机范畴。

  发动机汽缸的排列形式有多种,有直列、V型、W型、水平对置、转子等。

  汽车发动机主要有气缸、活塞、活塞连杆、曲轴、配气机构(气门、凸轮轴等)、火花塞(汽油机)、缸内喷油嘴(柴油机,以及带有缸内直喷技术的汽油机)、机油泵及机油循环、水泵及水循环,另有一系列传感器以及ECU等众多部件组成。

  汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气,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。

  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。

  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。

  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3000~6000kPa,温度TZ达2200~2800K。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1200~1500K。在做功冲程,进气门、排气门均关闭,曲轴转动180。

  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。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。

  曲柄两杆机构在做功行程时,将燃料燃烧以后产生的气体压力,经过活塞、连杆转变为曲轴旋转的转矩;然后,利用飞轮的惯性完成进气、压缩、排气3个辅助行程。曲柄连杆机构气缸曲轴箱组、活塞连杆组和曲轴飞轮组3部分组成。

  配气机构的作用是根据发动机的工作顺序和各缸工作循环的要求,及时地开启和关闭进、排气门,使可燃混合气(汽油发动机)或新鲜空气(柴油发动机)进入气缸,并将废气排入大气。

  根据发动机不同工作情况的需要,将纯净的空气和汽油配制成适当比例的可燃混合气,送入各个气缸进行燃烧后所产生的废气排入大气中。

  冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去,保证发动机在最适宜的温度状态下工作。

  润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油,以实现液体摩擦,减小摩擦阻力,减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。

  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。(柴油发动机无点火系)

  起动系统的主要作用是使发动机由静止状态过渡到工作状态。先用外力转动发动机的曲轴,使活塞作往复运动,气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功,推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机自行运转完成工作循环。

  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。

  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。


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