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發(fā)動機(jī)工作原理

* 來源 : * 作者 : admin * 發(fā)表時間 : 2019-11-14
 
  • 按燃油供應(yīng)方式分類:化油器發(fā)動機(jī)和電噴發(fā)動機(jī)以及缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)。

發(fā)動機(jī)排列類型發(fā)動機(jī)排列類型(3)

原理

由于汽油和柴油的不同特性,汽油機(jī)和柴油機(jī)在工作原理和結(jié)構(gòu)上有差異。

汽油發(fā)動機(jī)(汽油機(jī))的工作原理

四沖程汽油機(jī)是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混汽車發(fā)動機(jī)汽車發(fā)動機(jī)合氣,在吸氣沖程被吸入汽缸,混合氣經(jīng)壓縮點(diǎn)火燃燒而產(chǎn)生熱能,高溫高壓的氣體作用于活塞頂部,推動活塞作往復(fù)直線運(yùn)動,通過連桿、曲軸飛輪機(jī)構(gòu)對外輸出機(jī)械能。四沖程汽油機(jī)在進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程內(nèi)完成一個工作循環(huán)。

⑴進(jìn)氣沖程(intake stroke)

活塞在曲軸的帶動下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。此時進(jìn)氣門開啟,排氣門關(guān)閉,曲軸轉(zhuǎn)動180°。在活塞移動過程中,汽缸容積逐漸增大,汽缸內(nèi)氣體壓力從pr逐漸降低到pa,氣缸內(nèi)形成一定的真空度,空氣和汽油的混合氣通過進(jìn)氣門被吸入汽缸,并在汽缸內(nèi)進(jìn)一步混合形成可燃混合氣。由于進(jìn)氣系統(tǒng)存在阻力,進(jìn)氣終點(diǎn)時,汽缸內(nèi)氣體壓力小于大氣壓力p0,即pa= (0.80~0.90)p0。進(jìn)入汽缸內(nèi)的可燃混合氣的溫度,由于進(jìn)氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340~400K。

⑵ 壓縮沖程(compression stroke)

壓縮沖程時,進(jìn)、排氣門同時關(guān)閉?;钊麖南轮裹c(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動,曲軸轉(zhuǎn)動180°。活塞上移時,工作容積逐漸縮小,缸內(nèi)混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高,到達(dá)壓縮終點(diǎn)時,其壓力pc可達(dá)800~2 000kPa,溫度達(dá)600~750K。

⑶ 做功沖程(power stroke)

當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時,由火花塞點(diǎn)燃可燃混合氣,混合氣燃燒釋放出大量的熱能,使汽缸內(nèi)氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力pZ達(dá)3 000~6 000kPa,溫度TZ達(dá)2 200~2 800K。高溫高壓的燃?xì)馔苿踊钊麖纳现裹c(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動,并通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)對外輸出機(jī)械能。隨著活塞下移,汽缸容積增加,氣體壓力和溫度逐漸下降,到達(dá) b 點(diǎn)時,其壓力降至300~500kPa,溫度降至1 200~1 500K。在做功沖程,進(jìn)氣門、排氣門均關(guān)閉,曲軸轉(zhuǎn)動180°。

⑷ 排氣沖程(exhaust stroke)

排氣沖程時,排氣門開啟,進(jìn)氣門仍然關(guān)閉,活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動,曲軸轉(zhuǎn)動180°。排氣門開啟時,燃燒后的廢氣一方面在汽缸內(nèi)外壓差作用下向缸外排出,另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統(tǒng)的阻力作用,排氣終點(diǎn)r 點(diǎn)的壓力稍高于大氣壓力,即pr=(1.05~1.20)p0。排氣終點(diǎn)溫度Tr=900~1100K。活塞運(yùn)動到上止點(diǎn)時,燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出,這部分廢氣叫殘余廢氣。

四沖程柴油機(jī)的工作原理

四沖程柴油機(jī)工作原理汽油機(jī)一樣,每個工作循環(huán)也是由進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程組成。由于柴油與汽油相比,自燃溫度低、黏度大不易蒸發(fā),因而柴油機(jī)采用壓縮終點(diǎn)壓燃著火(壓燃式點(diǎn)火),而汽油機(jī)是火花塞點(diǎn)燃。

⑴進(jìn)氣沖程

汽車發(fā)動機(jī)汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)入汽缸的工質(zhì)是純空氣。由于柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)阻力較小,進(jìn)氣終點(diǎn)壓力pa= (0.85~0.95)p0,比汽油機(jī)高。進(jìn)氣終點(diǎn)溫度Ta=300~340K,比汽油機(jī)低。

⑵ 壓縮沖程

由于壓縮的工質(zhì)是純空氣,因此柴油機(jī)的壓縮比比汽油機(jī)高(一般為ε=16~22)。壓縮終點(diǎn)的壓力為3 000~5 000kPa,壓縮終點(diǎn)的溫度為750~1 000K,大大超過柴油的自燃溫度(約520K)。

⑶ 做功沖程

當(dāng)壓縮沖程接近終了時,在高壓油泵作用下,將柴油以100MPa左右的高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中,在很短的時間內(nèi)與空氣混合后立即自行發(fā)火燃燒。汽缸內(nèi)氣體的壓力急速上升,最高達(dá)5 000~9 000kPa,最高溫度達(dá)1 800~2 000K。由于柴油機(jī)是靠壓縮自行著火燃燒,故稱柴油機(jī)為壓燃式發(fā)動機(jī)。

⑷ 排氣沖程

柴油機(jī)的排氣與汽油機(jī)基本相同,只是排氣溫度比汽油機(jī)低。一般Tr=700~900K。對于單缸發(fā)動機(jī)來說,其轉(zhuǎn)速不均勻,發(fā)動機(jī)工作不平穩(wěn),振動大。這是因?yàn)樗膫€沖程中只有一個沖程是做功的,其他三個沖程是消耗動力為做功做準(zhǔn)備的沖程。為了解決這個問題,飛輪必須具有足夠大的轉(zhuǎn)動慣量,這樣又會導(dǎo)致整個發(fā)動機(jī)質(zhì)量和尺寸增加。采用多缸發(fā)動機(jī)可以彌補(bǔ)上述不足?,F(xiàn)代汽車多采用四缸、六缸和八缸發(fā)動機(jī)。

結(jié)構(gòu)

配氣機(jī)構(gòu)和曲柄連桿機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)和曲柄連桿機(jī)構(gòu)

發(fā)動機(jī)是由曲柄連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)兩大機(jī)構(gòu),以及冷卻、潤滑、點(diǎn)火、燃料供給、啟動系統(tǒng)等五大系統(tǒng)組成。主要部件有氣缸體、氣缸蓋、活塞、活塞銷、連桿、曲軸、飛輪等。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的工作腔稱作汽缸,汽缸內(nèi)表面為圓柱形。在汽缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接,連桿的另一端則與曲軸相連,曲軸由氣缸體上的軸承支承,可在軸承內(nèi)轉(zhuǎn)動,構(gòu)成曲柄連桿機(jī)構(gòu)?;钊谄變?nèi)作往復(fù)運(yùn)動時,連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)。反之,曲軸轉(zhuǎn)動時,連桿軸頸在曲軸箱內(nèi)作圓周運(yùn)動,并通過連桿帶動活塞在氣缸內(nèi)上下移動。曲軸每轉(zhuǎn)一周,活塞上、下各運(yùn)行一次,汽缸的容積在不斷的由小變大,再由大變小,如此循環(huán)不已。汽缸的頂端用汽缸蓋封閉。汽缸蓋上裝有進(jìn)氣門和排氣門。通過進(jìn)、排氣門的開閉實(shí)現(xiàn)向汽缸內(nèi)充氣和向汽缸外排氣。進(jìn)、排氣門的開閉由凸輪軸驅(qū)動。凸輪軸由曲軸通過齒形帶或齒輪驅(qū)動。

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