紅興隆北雁現(xiàn)代化農(nóng)機(jī)
紅興隆農(nóng)墾農(nóng)業(yè)機(jī)械化、北大荒雁窩島集團(tuán)農(nóng)業(yè)機(jī)械化，向全國(guó)農(nóng)機(jī)行業(yè)的各位領(lǐng)導(dǎo)同仁致敬。
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第1章 發(fā)動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理收藏
第1章 發(fā)動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理
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內(nèi)容提要
1.四沖程汽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理
2.四沖程柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理
3.二沖程汽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理
4.發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)
5.發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo) |
發(fā)動(dòng)機(jī)：將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。
內(nèi)燃機(jī)：將燃料在氣缸內(nèi)部燃燒產(chǎn)生的熱能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械。有活塞式和旋轉(zhuǎn)式兩大類(lèi)。本書(shū)所提汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，如無(wú)特殊說(shuō)明，都是指往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。
內(nèi)燃機(jī)特點(diǎn)：單機(jī)功率范圍大（0.6-16860kW）、熱效率高（汽油機(jī)略高于0.3，柴油機(jī)達(dá)0.4左右）、體積小、質(zhì)量輕、操作簡(jiǎn)單，便于移動(dòng)和起動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、火車(chē)、工程機(jī)械、拖拉機(jī)、發(fā)電機(jī)、船舶、坦克、排灌機(jī)械和眾多其它機(jī)械的動(dòng)力。
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圖1-2 四沖程汽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1-氣缸 2-活塞 3-連桿 4-曲軸 5-氣缸蓋 6-進(jìn)氣門(mén) 7-進(jìn)氣道 8-電控噴油器 9-火花塞 10-排氣門(mén) 11-排氣道 |
1.1.1 四沖程汽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)及工作原理
1.四沖程汽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)（圖1-2）
2.四沖程汽油機(jī)基本工作原理（圖1-2）
表1-1 四沖程汽油機(jī)工作過(guò)程
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行程名稱(chēng) |
曲軸轉(zhuǎn)角 |
活塞行向 |
進(jìn)氣門(mén) |
排氣門(mén) |
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進(jìn)氣 |
0o～180o |
↓ |
開(kāi) |
關(guān) |
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壓縮 |
180o～360o |
↑ |
關(guān) |
關(guān) |
|
作功 |
360o～540o |
↓ |
關(guān) |
關(guān) |
|
排氣 |
540o～720o |
↑ |
關(guān) |
開(kāi) |
3.工作過(guò)程分析
（1）四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)：活塞在上、下止點(diǎn)間往復(fù)移動(dòng)四個(gè)行程（相當(dāng)于曲軸旋轉(zhuǎn)了兩周），完成進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)就稱(chēng)為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。
四個(gè)行程中，只有一個(gè)行程作功，造成曲軸轉(zhuǎn)速不均勻，工作振動(dòng)大。所以在曲軸后端安裝了一個(gè)質(zhì)量較大的飛輪，作功時(shí)飛輪吸收儲(chǔ)存能量，其余三個(gè)行程則依靠飛輪慣性維持轉(zhuǎn)動(dòng)。
（2）沖程與活塞行程：
沖程：指發(fā)動(dòng)機(jī)的類(lèi)型；
行程S：指活塞在上、下兩個(gè)止點(diǎn)之間距離；
氣缸工作容積Vs：一個(gè)活塞在一個(gè)行程中所掃過(guò)的容積。
式中 Vs——工作容積（m3）；
D——?dú)飧字睆剑╩m）；
S——活塞行程（mm）。
發(fā)動(dòng)機(jī)的排量Vst：一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)所有氣缸工作容積之和。
式中 Vst——發(fā)動(dòng)機(jī)的排量（L）；
i——?dú)飧讛?shù)。
（3）壓縮行程的作用
一是提高進(jìn)入氣缸內(nèi)混合氣的壓力和溫度（壓縮終了的氣缸內(nèi)氣體壓力可達(dá)0.6~1.2MPa，溫度達(dá)600K~700K），為混合氣迅速著火燃燒創(chuàng)造條件；
二是可以有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒熱效率η。由熱力學(xué)第一定律
當(dāng)混合氣被壓縮程度提高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣燃燒所達(dá)到的**高溫度（T1）升高，而排氣的溫度（T2）降低，導(dǎo)致熱效率提高。
1860年，法國(guó)人Lenoir（勒努瓦）研制成功的世界第**臺(tái)內(nèi)燃機(jī)，沒(méi)有壓縮行程，熱效率僅4.5%；1876年，德國(guó)人奧托（Otto）制造出第**臺(tái)四沖程內(nèi)燃機(jī)，采用壓縮行程，雖然壓縮比只有2.5，但熱效率卻提高到12%，有力地證明了科學(xué)是第一生產(chǎn)力這個(gè)真理。
壓縮比ε：氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。
式中 Va——?dú)飧卓側(cè)莘e（活塞處于下止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部以上的氣缸容積）；
Vc——?dú)飧兹紵胰莘e（活塞處于上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部以上的容積）。
現(xiàn)代汽油機(jī)壓縮比一般為7～11，如廣州本田雅閣2.4 i-VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比為9.7，而3.0V6-VTEC發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比則為10。
發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比也不能過(guò)高，否則會(huì)導(dǎo)致壓縮終了溫度和壓力升高，汽油機(jī)產(chǎn)生爆震燃燒（參見(jiàn)4.4），熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷、噪音和振動(dòng)加大，起動(dòng)困難。
可變壓縮比(SVC)發(fā)動(dòng)機(jī)：能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作負(fù)荷變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)壓縮比。負(fù)荷減少時(shí)，使壓縮比提高；全負(fù)荷時(shí)，使壓縮比降低?？捎行н_(dá)到防止爆震燃燒，增加功率、降低油耗、減少排放的目的。
當(dāng)氣缸、活塞等磨損，氣門(mén)不密封時(shí)，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮氣體外泄，熱效率和功率下降。
4.多缸發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
單缸發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)題：功率小，轉(zhuǎn)速不均勻，工作振動(dòng)大，現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)都是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，用得**多的是4缸、6缸、8缸發(fā)動(dòng)機(jī)。
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圖1-3 4缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸 |
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圖1-4 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖 |
將四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)里氣缸內(nèi)氣體壓力隨氣缸工作容積或曲軸轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系以座標(biāo)圖表示，得到圖1-4所示的發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖。
由示功圖可以看到發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)里工作狀態(tài)的變化，檢查判斷發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)劣。發(fā)動(dòng)機(jī)特征點(diǎn)參數(shù)隨機(jī)型、結(jié)構(gòu)等有所不同，一般范圍如表1-2所示。
表1-2 發(fā)動(dòng)機(jī)特征點(diǎn)參數(shù)
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a |
c |
z |
b |
r | |
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汽油機(jī) |
P |
0.075～0.09 |
0.6～1.2 |
3～5 |
0.3～0.5 |
0.105～0.115 |
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T |
370～400 |
600～700 |
2200～2800 |
1300～1600 |
900～1200 | |
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柴油機(jī) |
P |
0.08～0.09 |
3.5～4.5 |
6～9 |
0.2～0.4 |
0.105～0.125 |
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T |
300～370 |
750～1000 |
2000～2500 |
1200～1500 |
800～1000 |
注：P-氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)（MPa）；T-氣缸內(nèi)氣體溫度（K）
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圖1-5 四沖程柴油機(jī)基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 |
1.1.2 四沖程柴油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：沒(méi)有火花塞，噴油器直接安裝在氣缸頂向氣缸內(nèi)噴油（圖1-5）。
工作原理：進(jìn)氣行程進(jìn)入氣缸的是純空氣，而不是可燃混合氣；在壓縮行程末，噴油器向氣缸噴入高壓柴油，由于氣缸的高溫高壓作用，柴油迅速著火燃燒，使氣體急劇膨脹，推動(dòng)活塞作功。其著火方式屬于壓燃式，而不是汽油機(jī)的點(diǎn)燃式。
燃料：柴油，粘度高，不易揮發(fā)，自燃點(diǎn)低，不會(huì)產(chǎn)生爆燃。為了使柴油可靠著火，提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒熱效率，柴油機(jī)的壓縮比汽油機(jī)高得多，一般為16～22，所以其**高燃燒壓力也比汽油機(jī)高，工作也比汽油機(jī)粗暴。
柴油機(jī)與汽油機(jī)比較（表1-3）：
表1-3 柴油機(jī)與汽油機(jī)比較
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性 能 |
汽 油 機(jī) |
柴 油 機(jī) |
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著火方式 |
點(diǎn)燃 |
壓燃 |
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燃油消耗 |
高 |
低 |
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熱效率 |
30%左右 |
40%左右 |
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工作平穩(wěn)性 |
柔和 |
粗暴 |
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發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 |
高（4000～6000 r/min） |
低（2500～3000r/min） |
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升功率 |
大 |
小 |
|
起動(dòng)性 |
易 |
難 |
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制造維修成本 |
低 |
高 |
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比質(zhì)量 |
小 |
大 |
|
使用壽命 |
短 |
長(zhǎng) |
|
排放 |
CO 、HC大，NOX、黑煙少 |
CO 、HC小，NOX、黑煙多 |
柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速也在不斷提高，奔馳V230轎車(chē)柴油機(jī)，**高轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r/min。
1.2 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理
二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)：指活塞在上、下止點(diǎn)間往復(fù)移動(dòng)兩個(gè)行程（相當(dāng)于曲軸旋轉(zhuǎn)3600），完成進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)。
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圖1-6 二沖程汽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)
1-氣缸 2-掃氣孔 3-活塞 4-連桿 5-曲軸箱 6-曲軸 7-進(jìn)氣孔 8-排氣孔 9-火花塞 |
1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(圖1-6)
沒(méi)有進(jìn)、排氣門(mén)，代之以進(jìn)、排氣孔7和8，由活塞圓柱面控制其開(kāi)閉。另外還有掃氣孔2，掃氣時(shí)曲軸箱和氣缸連通。
2.二沖程汽油機(jī)工作原理
（1）第一行程（換氣-壓縮行程）：活塞自下止點(diǎn)向上止點(diǎn)移動(dòng)，到活塞圓柱面將排氣孔8和掃氣孔2都關(guān)閉時(shí)，開(kāi)始?jí)嚎s上一循環(huán)吸入氣缸內(nèi)的汽油與空氣混合氣，同時(shí)在活塞下面的曲軸箱內(nèi)形成真空度（曲軸箱是密封的）。當(dāng)活塞繼續(xù)上行時(shí)，進(jìn)氣孔7打開(kāi)，新的汽油與空氣可燃混合氣經(jīng)進(jìn)氣孔7被吸入活塞下方的曲軸箱內(nèi)。
（2）第二行程（作功-換氣行程）：活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，火花塞點(diǎn)火，點(diǎn)燃被壓縮的混合氣，高溫、高壓氣體急劇膨脹，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)外作功。當(dāng)活塞下行關(guān)閉進(jìn)氣孔7到露出排氣孔8時(shí)，氣缸開(kāi)始排氣，同時(shí)壓縮活塞下方的可燃混合氣；活塞繼續(xù)下行到露出掃氣孔2時(shí)，受到預(yù)壓的新鮮混合氣自掃氣孔流入缸內(nèi)，并掃除廢氣。
為了防止新鮮混合氣大量與廢氣混合并排出氣缸而造成浪費(fèi)，活塞頂做成特殊形狀，使新鮮混合氣的氣流被引向上部，還可以利用新鮮混合氣來(lái)掃除廢氣，使排氣更干凈。
二沖程與四沖程汽油機(jī)比較(見(jiàn)表1-4)：
表1-4 二沖程與四沖程汽油機(jī)比較
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性 能 |
二沖程汽油機(jī) |
四沖程汽油機(jī) |
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結(jié)構(gòu) |
簡(jiǎn)單 |
復(fù)雜 |
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比質(zhì)量 |
小 |
大 |
|
燃油消耗 |
高 |
低 |
|
升功率 |
大 |
小 |
|
制造維修成本 |
低 |
高 |
|
比質(zhì)量 |
小 |
大 |
|
起動(dòng)性 |
好 |
差 |
|
使用壽命 |
短 |
長(zhǎng) |
|
排放 |
大 |
小 |
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圖1-7 二沖程柴油機(jī)結(jié)構(gòu)
1-活塞 2-進(jìn)氣孔 3-排氣門(mén) 4-泵-噴嘴 5-傳動(dòng)輪（由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)） 6-單向離合器 7-廢氣排出口 8-排氣渦輪葉輪 9-離心式風(fēng)機(jī) 10-排水口 11-增壓空氣冷卻器 12-進(jìn)水口 13-集流箱 |
1.2.3 二沖程柴油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理
1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
圖1-7所示為美國(guó)GM公司生產(chǎn)的710G3B型二沖程柴油機(jī)。在氣缸蓋上安裝有排氣門(mén)3和泵-噴嘴4，當(dāng)排氣門(mén)打開(kāi)時(shí)，排出的廢氣沖擊排氣渦輪葉輪8使其旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)離心式風(fēng)機(jī)9旋轉(zhuǎn)，將空氣加壓，增壓空氣經(jīng)冷卻器11，進(jìn)入集流箱13，再?gòu)母滋咨系目諝膺M(jìn)氣孔2進(jìn)入氣缸。
2.二沖程柴油機(jī)工作原理（圖1-7）
（1）第一行程：活塞自下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，行程開(kāi)始時(shí)，進(jìn)氣孔2和排氣門(mén)3均開(kāi)啟，利用從離心式風(fēng)機(jī)9壓來(lái)的空氣使氣缸換氣?；钊^續(xù)向上移動(dòng)，進(jìn)氣孔被遮蓋，排氣門(mén)也關(guān)閉，氣缸內(nèi)的空氣受到壓縮，壓力和溫度上升。當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，高壓燃油從泵-噴嘴4噴入氣缸并著火燃燒，使氣缸內(nèi)壓力急劇升高。
（2）第二沖程：高溫高壓氣體急劇膨脹，推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)外作功?；钊咏轮裹c(diǎn)時(shí)，排氣門(mén)開(kāi)啟，排出的廢氣沖擊渦輪葉輪8使其旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)離心式風(fēng)機(jī)9旋轉(zhuǎn)，將空氣加壓，增壓空氣經(jīng)冷卻器11冷卻后，再?gòu)母滋咨系目諝膺M(jìn)氣孔2進(jìn)入氣缸，進(jìn)行換氣。
二沖程柴油機(jī)的工作過(guò)程與二沖程汽油機(jī)工作過(guò)程不同的是：進(jìn)入柴油機(jī)氣缸的是純空氣，而不是可燃混合氣，而且空氣進(jìn)入氣缸前先經(jīng)過(guò)增壓，所以二沖程柴油機(jī)比二沖程汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性好。日本雅馬哈發(fā)動(dòng)機(jī)公司于1999年3月開(kāi)發(fā)出100km只燃用3升柴油的車(chē)用二沖程SD型柴油機(jī)。美國(guó)GM公司生產(chǎn)的710G3B型二沖程柴油機(jī)功率達(dá)3060kW，燃油消耗率僅196.4g/kW?h。二沖程柴油機(jī)主要應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)車(chē)、低速船用柴油機(jī)上。
1.3 內(nèi)燃機(jī)分類(lèi)及型號(hào)
1.3.1 內(nèi)燃機(jī)的分類(lèi)
內(nèi)燃機(jī)種類(lèi)繁多，根據(jù)不同特點(diǎn)有不同分類(lèi)（表1-5）。
表1-5 內(nèi)燃機(jī)的分類(lèi)
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分類(lèi)方法 |
類(lèi) 別 |
含 義 |
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按沖程數(shù)分 |
二沖程內(nèi)燃機(jī) |
活塞經(jīng)過(guò)兩個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī) |
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四沖程內(nèi)燃機(jī) |
活塞經(jīng)過(guò)四個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī) | |
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按著火方式分 |
點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī) |
壓縮氣缸內(nèi)的可燃混合氣，并用外源點(diǎn)火燃燒的內(nèi)燃機(jī) |
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壓燃式內(nèi)燃機(jī) |
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) | |
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按使用燃料種類(lèi)分 |
液體燃料內(nèi)燃機(jī) |
燃燒液體燃料（汽油、柴油、醇類(lèi)等）的內(nèi)燃機(jī) |
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氣體燃料內(nèi)燃機(jī) |
燃燒氣體燃料（液化石油氣、天然氣等）的內(nèi)燃機(jī) | |
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多種燃料內(nèi)燃機(jī) |
能夠使用著火性能差異較大的兩種或兩種以上燃料的內(nèi)燃機(jī) | |
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按進(jìn)氣狀態(tài)分 |
非增壓內(nèi)燃機(jī) |
進(jìn)入氣缸前的空氣或可燃混合氣未經(jīng)壓縮的內(nèi)燃機(jī)。對(duì)于四沖程內(nèi)燃機(jī)亦稱(chēng)自吸式內(nèi)燃機(jī) |
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增壓內(nèi)燃機(jī) |
進(jìn)入氣缸前的空氣或可燃混合氣先經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)壓縮．藉以增大充量密度的內(nèi)燃機(jī) | |
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按冷卻方式分 |
水冷式內(nèi)燃機(jī) |
用水冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的內(nèi)燃機(jī) |
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風(fēng)冷式內(nèi)燃機(jī) |
用空氣冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的內(nèi)燃機(jī) | |
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按氣缸數(shù)及布置分 |
單缸內(nèi)燃機(jī) |
只有一個(gè)氣缸的內(nèi)燃機(jī) |
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多缸內(nèi)燃機(jī) |
具有兩個(gè)或兩個(gè)以上氣缸的內(nèi)燃機(jī)。 | |
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立式內(nèi)燃機(jī) |
氣缸布置于曲軸上方且氣缸中心線垂直于水平面的內(nèi)燃機(jī)。 | |
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臥式內(nèi)燃機(jī) |
氣缸中心線平行于水平面的內(nèi)燃機(jī)。 | |
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直列式內(nèi)燃機(jī) |
具有兩個(gè)或兩個(gè)以上直立氣缸，并呈一列布置的內(nèi)燃機(jī)。 | |
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V形內(nèi)燃機(jī) |
具有兩個(gè)或兩列氣缸，其中心線夾角呈V形，并共用一根曲軸輸出功率的內(nèi)燃機(jī)（圖1-8a） | |
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對(duì)置氣缸式內(nèi)燃機(jī) |
兩個(gè)或兩列氣缸分別排列在同一曲軸的兩邊呈1800夾角的內(nèi)燃機(jī)（見(jiàn)圖1-8b） | |
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斜置式內(nèi)燃機(jī) |
氣缸中心線與水平面呈一定角度(不是直角)的內(nèi)燃機(jī) | |
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按用途分類(lèi) |
有汽車(chē)用、機(jī)車(chē)用、拖拉機(jī)用、船用、坦克用、摩托車(chē)用、發(fā)電用、農(nóng)用、工程機(jī)械用等內(nèi)燃機(jī)。 |
1.3.2 內(nèi)燃機(jī)型號(hào)
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB725-91規(guī)定，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)型號(hào)由以下四個(gè)部分組成：
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地方、企業(yè)代號(hào) |
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系列符號(hào) |
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換代標(biāo)志 |
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首 部 |
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結(jié)構(gòu)特征符號(hào) |
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用途特征符號(hào) |
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區(qū)分符號(hào) |
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后 部 |
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尾部 |
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沖程符號(hào)（E表示二沖程，四沖程不標(biāo)） |
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缸徑（以直徑mm整數(shù)表示） |
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氣缸布置形式 |
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缸數(shù)符號(hào) |
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中 部 |
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型號(hào)示例
4100Q——四缸、直列、四沖程、缸徑100mm、水冷、汽車(chē)用。
1E65F——單缸、二沖程、缸徑65mm、風(fēng)冷、通用型。
12V135ZG——12缸、V型、四沖程、缸徑135mm、水冷、增壓、工程機(jī)械用。
1.4 發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)
評(píng)價(jià)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)好壞，需要有一批性能指標(biāo)來(lái)衡量。常見(jiàn)的性能指標(biāo)有動(dòng)力性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)和可靠性、耐久性能指標(biāo)等。
1.4.1 動(dòng)力性能指標(biāo)
1.有效轉(zhuǎn)矩
發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出的平均轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為有效轉(zhuǎn)矩，以Te表示，單位為N?m。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，可以用發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)方法測(cè)得。
2. 平均有效壓力
指單位氣缸工作容積所輸出的有效功，以Pme表示，單位為kPa。平均有效壓力越大，動(dòng)力性能越好。
3.有效功率
發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出的功率稱(chēng)為有效功率，用Pe表示。它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度的乘積。
（kW）
式中 Te——有效轉(zhuǎn)距（N?m）；
n——曲軸轉(zhuǎn)速（r/min）。
有效功率也可以由下式計(jì)算：
（kW）
式中 Pme——平均有效壓力（kPa）；
Vs——?dú)飧坠ぷ魅莘e（m3）；
n——曲軸轉(zhuǎn)速（r/min）；
i——?dú)飧讛?shù)；
τ——沖程系數(shù)，二沖程τ＝1，四沖程τ＝2。
發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠按國(guó)家規(guī)定標(biāo)定的有效功率，稱(chēng)為標(biāo)定功率。標(biāo)定功率時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速稱(chēng)標(biāo)定轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)名稱(chēng)牌上標(biāo)明的功率就是標(biāo)定功率。
標(biāo)定功率是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)用途、使用特點(diǎn)以及連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間來(lái)確定的，各個(gè)國(guó)家有所不同，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)功率標(biāo)定分以下四級(jí)（表1-6）：
表1-6 我國(guó)內(nèi)燃機(jī)功率標(biāo)定
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分 級(jí) |
含 義 |
應(yīng) 用 |
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15min功率 |
在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，內(nèi)燃機(jī)能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)15min時(shí)的**大有效功率 |
汽車(chē)等 |
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1h功率 |
在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，內(nèi)燃機(jī)能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)1h時(shí)的**大有效功率 |
工程機(jī)械、拖拉機(jī)等 |
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12h功率 |
在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，內(nèi)燃機(jī)能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)12h時(shí)的**大有效功率 |
部分拖拉機(jī)和電站等 |
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持續(xù)功率 |
在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，內(nèi)燃機(jī)能長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的**大有效功率 |
鐵路機(jī)車(chē)、船舶和發(fā)電機(jī)組等 |
發(fā)動(dòng)機(jī)還常用升功率Pc比較不同發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能，它是指發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況下每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率。升功率越大，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能越好。
1.4.2 經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)
1.燃油消耗率
發(fā)動(dòng)機(jī)每發(fā)出1kW有效功率，在1h內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量（以g為單位），稱(chēng)為燃油消耗率，用be表示?？砂聪率接?jì)算
g/（kW?h）
式中 B——發(fā)動(dòng)機(jī)每小時(shí)消耗的燃油質(zhì)量（kg/h）；
Pe——發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率（kW）。
2.有效熱效率
燃料中所含的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ谋壤Q(chēng)為有效熱效率，用 ηe表示。
式中 We——發(fā)動(dòng)機(jī)有效功（kJ）；
Q1——燃料中所含的熱量（kJ）。
當(dāng)測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率Pe和每小時(shí)消耗的燃油質(zhì)量B時(shí)，則
或
式中 Hu——燃料低熱值（kJ/kg）。
現(xiàn)代汽車(chē)汽油機(jī)ηe值一般0.30左右，柴油機(jī)0.40左右。
1.4.3 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)主要指排放指標(biāo)、噪聲、起動(dòng)性能等。
1.排放指標(biāo)
發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中含有多種對(duì)人體有害的物質(zhì)，主要有一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、醛類(lèi)和微粒（含碳煙）等。其主要危害見(jiàn)表1-7。
表1-7 發(fā)動(dòng)機(jī)主要有害排放及危害
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有害排放 |
有害物特征 |
危 害 |
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CO |
無(wú)色、無(wú)臭、有毒氣體 |
使人出現(xiàn)惡心、頭暈、疲勞等缺氧癥狀，嚴(yán)重時(shí)窒息死亡 |
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NO2 |
赤褐色帶刺激性的氣體 |
傷害心、肝、腎。與光化學(xué)反應(yīng)形成臭氧和醛等 |
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HC |
刺激性的氣體 |
破壞造血機(jī)能，造成貧血、神經(jīng)衰弱，降低肺對(duì)傳染病的抵抗力。與光化學(xué)反應(yīng)形成臭氧和醛等 |
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光化學(xué)煙霧 |
HC 與NOx在陽(yáng)光作用下所形成的煙霧，有刺激性 |
降低大氣可見(jiàn)度，傷害眼睛、咽喉，影響植物生長(zhǎng) |
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醛類(lèi) |
較強(qiáng)的刺激性臭味 |
傷害眼睛、上呼吸道、中樞神經(jīng) |
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微粒 |
碳煙等 |
傷害肺組織 |
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SO2 |
無(wú)色、刺激性氣體 |
刺激鼻喉，引起咳嗽、胸悶，支氣管炎等 |
1955年9月中的幾天里，美國(guó)洛杉磯的光化學(xué)煙霧非常濃烈，兩天之內(nèi)就有400多名65歲以上的老年人死亡，比平時(shí)高出幾倍。此外，還有幾千人受到不同程度的傷害，地里的蔬菜變質(zhì)，四分之一的森林干枯而死，那一幕幕慘狀至今令人難忘。
目前世界汽車(chē)保有量6.6億輛,每年排向大氣中的有害物質(zhì)高達(dá)7億多噸，嚴(yán)重污染了大氣，已形成公害。為此，各國(guó)都制定了相應(yīng)的汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)加州汽車(chē)排放法規(guī)，它是目前世界上**嚴(yán)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定2004年后生產(chǎn)的汽油轎車(chē)排放必須滿(mǎn)足表1-8的低排放要求：
表1-8 美國(guó)加州汽車(chē)排放法規(guī)（2004年實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)）
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排放物 |
NMOG |
CO |
NOx |
甲醛 | |
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要求 |
g/mile
（g/km） |
0.075
（0.047） |
3.4
（2.11） |
0.05
（0.03） |
0.0145
（0.009） |
注：①用“非甲烷有機(jī)氣體”NMOG替代了傳統(tǒng)的碳?xì)浠衔颒C，因?yàn)榕艢庵械慕M合物會(huì)隨燃料的改變而改變，而NMOG的不同組成物對(duì)環(huán)境的影響不同，給予不同的加權(quán)后再疊加。
②表中指標(biāo)測(cè)試耐久性要求為50000mile。
我國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)參照歐洲法規(guī)體系，2000年開(kāi)始執(zhí)行EUⅠ標(biāo)準(zhǔn)，2003年開(kāi)始執(zhí)行EUⅡ標(biāo)準(zhǔn)。
2.噪聲
噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)發(fā)出的一種聲強(qiáng)和頻率無(wú)一定規(guī)律的聲音，主要有燃燒噪聲和機(jī)械噪聲。它不僅損害人的聽(tīng)覺(jué)器官，還傷害神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)，容易使人性情煩躁，反應(yīng)遲鈍，甚至耳聾，誘發(fā)高血壓和神經(jīng)系統(tǒng)的疾病。汽車(chē)是城市主要噪聲源之一，發(fā)動(dòng)機(jī)又是汽車(chē)的主要噪聲源，應(yīng)該給予控制。我國(guó)的噪聲標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，小型水冷汽油機(jī)噪聲不大于110dB（A），轎車(chē)的噪聲不大于82dB（A）。
3.起動(dòng)性能
起動(dòng)性能是表征發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)難易的指標(biāo)。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能好，便于汽車(chē)起步行駛，同時(shí)減少了起動(dòng)時(shí)的功率消耗和發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損。
起動(dòng)性能一般以一定條件下的起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)衡量。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)，能在15s以?xún)?nèi)達(dá)到自行運(yùn)轉(zhuǎn)。
1.4.4 可靠性與耐久性能指標(biāo)
可靠性與耐久性也是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)使用中的兩個(gè)重要指標(biāo)。
1.可靠性
可靠性是指發(fā)動(dòng)機(jī)在規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，具有持續(xù)工作，不至因?yàn)楣收隙绊懻＿\(yùn)轉(zhuǎn)的能力。一般以保證期內(nèi)的不停車(chē)故障數(shù)、停車(chē)故障數(shù)、更換主要零件和重要零件數(shù)等具體指標(biāo)來(lái)衡量。按照汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性試驗(yàn)方法的規(guī)定，我國(guó)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)能在標(biāo)定工況下連續(xù)運(yùn)行300~1000h。
2.耐久性
耐久性是指發(fā)動(dòng)機(jī)在規(guī)定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，長(zhǎng)期工作而不大修的性能。一般以發(fā)動(dòng)機(jī)從開(kāi)始使用到第一次大修前累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間表示。
上述發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)和可靠性、耐久性等指標(biāo)，對(duì)不同用途的發(fā)動(dòng)機(jī)要求是不同的。各項(xiàng)指標(biāo)之間既相互聯(lián)系又相互制約，往往為了降低排氣污染，而不得不犧牲發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)。
1.5 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)總體組成
在一個(gè)機(jī)體上安裝一個(gè)機(jī)構(gòu)（曲柄連桿機(jī)構(gòu)）和六大系統(tǒng)（換氣系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)和起動(dòng)系統(tǒng)），如表1-9和圖1-9所示。柴油機(jī)則為五大系統(tǒng)，沒(méi)有點(diǎn)火系統(tǒng)。
表1-9 發(fā)動(dòng)機(jī)總體組成
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名 稱(chēng) |
功 用 |
主 要 部 件 |
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機(jī)體組件 |
發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架，支承著發(fā)動(dòng)機(jī)的所有零部件 |
機(jī)體、氣缸、氣缸蓋、氣缸墊等 |
|
曲柄連桿機(jī)構(gòu) |
將活塞頂?shù)娜細(xì)鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩，輸出機(jī)械能 |
活塞、連桿、曲軸、飛輪等 |
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換氣系統(tǒng) |
按照發(fā)動(dòng)機(jī)要求，定時(shí)開(kāi)閉進(jìn)、排氣門(mén)， 吸入干凈空氣，排除廢氣 |
空氣濾清器、進(jìn)排氣管系、配氣機(jī)構(gòu)（氣門(mén)組件、凸輪軸、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）、排氣消音器等 |
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燃料供給系統(tǒng) |
按照發(fā)動(dòng)機(jī)要求，定時(shí)、定量供給所需要的燃料 |
汽油機(jī)：汽油箱、輸油泵、濾清器、壓力調(diào)節(jié)器、各種傳感器、電控噴油器、電控單元等；（舊汽油機(jī)采用化油器）
柴油機(jī)：柴油箱、輸油泵、濾清器、高壓油泵、調(diào)速器、噴油器等 |
|
點(diǎn)火系統(tǒng) |
按規(guī)定的時(shí)刻，準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)燃汽油機(jī)氣缸內(nèi)的可燃混合氣 |
蓄電池、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、點(diǎn)火線圈組件、傳感器、電控裝置、火花塞等 |
|
潤(rùn)滑系統(tǒng) |
潤(rùn)滑、減摩、延長(zhǎng)壽命、密封、清潔、冷卻、防銹蝕 |
油底殼、機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油壓力表、機(jī)油道等 |
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冷卻系統(tǒng) |
保持發(fā)動(dòng)機(jī)在適宜的溫度下工作 |
冷卻水泵、風(fēng)扇、節(jié)溫器、散熱器、冷卻水道等 |
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起動(dòng)系統(tǒng) |
起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī) |
蓄電池、起動(dòng)開(kāi)關(guān)、起動(dòng)馬達(dá)等 |
|
1-凸輪軸 2-搖臂 3 -排氣門(mén) 4-火花塞 5-電控噴油器 6-燃油濾清器 7-電動(dòng)燃油泵 8-燃油箱 9-點(diǎn)火線圈組件 10-燃油壓力調(diào)節(jié)閥 11-進(jìn)氣門(mén) 12-水溫傳感器 13-爆振傳感器 14-進(jìn)氣管 15-進(jìn)氣溫度傳感器 16-節(jié)氣門(mén) 17-節(jié)氣門(mén)傳感器 18-空氣濾清器 19-空氣質(zhì)量計(jì) 20-控制單元（ECU） 21-冷卻水套 22-發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器 23-點(diǎn)火開(kāi)關(guān) 24-蓄電池 25-起動(dòng)馬達(dá) 26-飛輪 27-油底殼 28-機(jī)油 29-曲軸 30-連桿 31-曲軸皮帶輪 32-傳動(dòng)皮帶 33-氣缸 34-排氣三元催化轉(zhuǎn)化器 35-氧傳感器 36-活塞 37-凸輪軸皮帶輪 |
|
本章小結(jié)
1.現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)基本都采用內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)是將燃料在氣缸內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器，它具有熱效率高、體積小、質(zhì)量輕、便于移動(dòng)和起動(dòng)性好等優(yōu)點(diǎn)。
2.四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)是活塞在氣缸內(nèi)上、下止點(diǎn)間往復(fù)移動(dòng)四個(gè)行程，完成進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)。按著火方式分為點(diǎn)燃式和壓燃式。汽油機(jī)采用點(diǎn)燃式，柴油機(jī)采用壓燃式。
3.衡量汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的主要指標(biāo)有動(dòng)力性能指標(biāo)（有效轉(zhuǎn)矩、有效功率、平均有效壓力）、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)（燃油消耗率、有效熱效率）、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)（排放指標(biāo)、噪聲、起動(dòng)性能）和可靠性、耐久性能等。發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)明的功率及相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，即為標(biāo)定功率和標(biāo)定轉(zhuǎn)速。我國(guó)分四級(jí)進(jìn)行功率標(biāo)定。
4.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)由機(jī)體組件、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、換氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)（汽油機(jī)）和起動(dòng)系統(tǒng)所組成。 |
【復(fù)習(xí)思考題】
1.名詞解釋?zhuān)喊l(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽油機(jī)、柴油機(jī)、二沖程內(nèi)燃機(jī)、四沖程內(nèi)燃機(jī)、點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)、壓燃式內(nèi)燃機(jī)、非增壓內(nèi)燃機(jī)、增壓內(nèi)燃機(jī)、直列式內(nèi)燃機(jī)、V形內(nèi)燃機(jī)、斜置式內(nèi)燃機(jī)、上止點(diǎn)、下止點(diǎn)、活塞行程、工作容積、燃燒室容積、氣缸總?cè)莘e、發(fā)動(dòng)機(jī)排量、壓縮比、示功圖、發(fā)動(dòng)機(jī)有效轉(zhuǎn)矩、發(fā)動(dòng)機(jī)平均有效壓力、有效功率、發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率、發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速、升功率、15min功率、1h功率、12 h功率、持續(xù)功率、燃油消耗率、有效熱效率。
2.畫(huà)出四沖程汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，并說(shuō)明其工作原理。
3.畫(huà)出四沖程柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，并比較其結(jié)構(gòu)和工作原理與四沖程汽油機(jī)的異同點(diǎn)。
4.四沖程內(nèi)燃機(jī)的壓縮行程有什么作用？柴油機(jī)與汽油機(jī)壓縮比為什么有較大不同？
5.內(nèi)燃機(jī)功率根據(jù)什么原則標(biāo)定？我國(guó)內(nèi)燃機(jī)功率標(biāo)定分哪四級(jí)？
6.發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的CO、HC、NOx、SO2、醛類(lèi)和微粒（含碳煙）對(duì)人體各會(huì)產(chǎn)生什么危害？
7.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)由哪幾大部分組成？
8.某汽油機(jī)有4個(gè)氣缸，氣缸直徑87.5mm，活塞行程92mm，壓縮比為8，試計(jì)算其氣缸工作容積及發(fā)動(dòng)機(jī)總排量。
9.已知某四缸四沖程汽油機(jī)氣缸直徑81.0mm，活塞行程86.4mm，以標(biāo)定轉(zhuǎn)速n=5200r/min運(yùn)轉(zhuǎn)，功率為72kW，現(xiàn)測(cè)得運(yùn)轉(zhuǎn)34S共消耗200g燃油，求此時(shí)的有效轉(zhuǎn)矩、升功率、燃油消耗率、有效熱效率？（汽油低熱值Hu=44000kJ/kg）
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創(chuàng)建時(shí)間2008年04月07日今天點(diǎn)擊：3566本周點(diǎn)擊：935本月點(diǎn)擊：5215點(diǎn)擊總數(shù)：940615[發(fā)私信][加為好友] - 博客公告
- 紅興隆農(nóng)墾農(nóng)業(yè)機(jī)械化、北大荒雁窩島集團(tuán)農(nóng)業(yè)機(jī)械化，向全國(guó)農(nóng)機(jī)行業(yè)的各位領(lǐng)導(dǎo)同仁致敬。 小熒屏，大舞臺(tái)，為傳播媒體，增進(jìn)友誼交流，提升全民知識(shí)素質(zhì)，推進(jìn)農(nóng)機(jī)化科學(xué)發(fā)展，提供了強(qiáng)有力的保障平臺(tái)。
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