第一章内燃机基本原理与构造介绍.ppt

第一章内燃机基本原理与构造介绍18:42/2教学目的与要求：掌握内燃机的总体结构与工作原理；重点、难点：能以性能指标为主线，了解到与性能指标密切相关的工作过程（循环、进气、排气、燃烧工程），分析影响性能指标的主要因素，找出提高内燃机性能的基本规律和技术措施。18:42/3二、内燃机基本概念内燃机是一种将热能转变为机械能的热力发动机。它是将燃料和空气混合成可燃混合气，在气缸内燃烧变成热能，再通过一定的机构使之变成机械能。由于燃料的燃烧是在产生动力的空间（通常为气缸）中进行的，因此它被称为内燃机。18:42/4外燃机与内燃机外燃机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器内部并转变成机械能输出的热力发动机。如蒸汽机。内燃机：液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再将热能转变成机械能输出的热力发动机。如活塞式内燃机。二、内燃机基本概念18:42/5外燃机与内燃机比较外燃机体积大，重量重，热效率低；内燃机热效率高，体积小，重量轻，便于移动，起动性能好;二、内燃机基本概念18:42/6二、内燃机的分类（1）液体燃料发动机：汽油机（gasolineengine）；柴油机（dieselengine）。（2）气体燃料发动机：压缩天然气发动机（CNG）；液化石油气发动机（LPG）。18:42/7二、内燃机的分类（3）按冷却方式分类：水冷，风冷18:42/8二、内燃机的分类（4）按点火方式分：（1）点燃式（如汽油机、气体燃料发动机）；（2）压燃式（如柴油机）。（5）按进气方式分：（1）自然吸气式发动机（非增压式发动机）；（2）强制吸气式（增压式发动机）。18:42/9二、内燃机的分类18:42/10二、内燃机的分类（6）按气缸排列方式分：直立式发动机（1）单列发动机平卧式发动机V型发动机（2）双列发动机水平对置式发动机。18:42/11直列四缸发动机（1）直列式：多用于六缸以下的发动机。（2）V型式：它缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以上的发动机。（3）对置式：是V型的特殊形式。二、内燃机的分类18:42/1218:42/13二、内燃机的分类（7）按完成一个工作循环所需的冲程数：四冲程，二冲程四行程内燃机：把曲轴转两圈(720°)，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机；18:42/14二、内燃机的分类（7）按完成一个工作循环所需的冲程数：四冲程，二冲程二行程内燃机：把曲轴转一圈(360°)，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机。目前发动机广泛使用四行程内燃机。18:42/15二、内燃机的分类方法（8）按汽缸数目：单缸机，多缸机。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、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。18:42/161)上止点：活塞顶离曲轴回转中心最远处，通常指活塞最高位置。2)下止点：活塞顶离曲轴回转中心最近处，通常指活塞的最低位置。3)活塞冲程（Ｓ）：上下两止点之间的距离。4)曲柄半径（Ｒ）：与连杆下端相连的曲柄销中心到曲柄回转中心的距离。显然：Ｓ＝2Ｒ三、基本术语18:42/175)气缸工作容积（Vh）：活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积。6)燃烧室容积（VC）：活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，其容积叫燃烧室容积7)气缸总容积（Va）：活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积。三、基本术语18:42/188)压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积的比。一般汽油机压缩比约为6-10，柴油机的压缩比约为16-21.9)内燃机排量（VL）：内燃机所有气缸工作容积之和。三、基本术语18:42/19汽油发动机组成示意图气缸盖气缸体活塞连杆曲轴油底壳进气门火花塞排气门曲轴箱气缸盖气缸体活塞连杆曲轴油底壳进气门喷油器排气门曲轴箱柴油发动机组成示意图四、往复活塞式内燃机的基本结构和工作原理18:42/20（一）四冲程汽油机基本工作原理1、化油器式汽油机：汽油和空气在化油器内混合成可燃混合气，再输入发动机气缸并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功——传统式。1-空气滤清器；2-针阀；3-浮子；4-喷嘴；5-喉管；6-节气门；7-进气歧管；8-量孔；9-浮子室；10-进气预热套管；11-进气门18:42/21（一）四冲程汽油机基本工作原理2、汽油喷射式汽油机：（1）进气管内喷射：将汽油喷射入进气管内，同空气混合成可燃混合气，再输入发动机气缸并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功——（现代轿车电控汽油喷射式汽油机）。18:42/22（一）四冲程汽油机基本工作原理2、汽油喷射式汽油机：（2）气缸内直接喷射：将汽油直接喷射入气缸内同空气混合成可燃混合气并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功——（未来发展）。18:42/23在发动机内，每一次将热能转变成机械能都必须经过吸入空气、压缩和输入燃料，使之点火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排除这样一系列连续过程，称为一个工作循环。...（一）四冲程汽油机基本工作原理18:42/24吸气冲程（0~180CA）汽油和空气活塞由上止点向下止点运动，活塞上方气缸容积增大，形成一定真空，此时排气门关闭，进气门打开，可燃混合气由化油器经进气管、进气门吸入气缸，历时一个活塞冲程，曲轴旋转180°转角。（一）四冲程汽油机基本工作原理18:42/25压缩冲程（180~360CA）为了使可燃混合气能迅速燃烧，使发动机发出更大功率，燃烧前必须将可燃混合气压缩，使其容积缩小，密度加大，温度升高。此时，进、排气门均关闭，活塞从下止点向上止点移动，曲轴旋转180CA。（一）四冲程汽油机基本工作原理18:42/26做功冲程（0~180CA）进、排气门仍关闭。当压缩冲程接近终了时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气，放出大量的热能，使气缸内的压力和温度迅速增加，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。（一）四冲程汽油机基本工作原理18:42/27排气冲程（180~360CA）燃烧后的废气当膨胀接近终了时，排气门打开，靠废气的压力进行自由排气（排气门开启时废气压力与大气压力之比大于临界压力比），大部分废气自行排出。活塞到达下止点后再向上止点移动，继续将废气强制排到大气中。（一）四冲程汽油机基本工作原理18:42/28（二）四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机每个工作循环也经历吸气、压缩、作功、排气四个冲程，相应地曲轴旋转了两周。柴油的粘度比汽油大，不易蒸发，不可能用气缸外部的化油器进行雾化，因此不可能采用气缸外部形成可燃混合气的方法，唯有在高温、高压的气缸内采用高压喷射才能将柴油在很短的时间内完全雾化。柴油的自燃温度比汽油低，因此，可燃混合气的着火方式可采用自燃（压燃）方式，与汽油机的点燃方式不同（否则会产生爆炸性燃烧，使柴油机工作粗暴）。18:42/29吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程空气燃烧后的废气（二）四冲程柴油机工作原理18:42/30想想议议：汽油机和柴油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？相同点不同点18:42/311．基本构造和主要部件的作用相似。2．每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。3．四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。4．一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。相同点18:42/32不同点•1．构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。•2.着火方式不同：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式；•3.可燃混合气形成方式不同：汽油机是气缸外部化油器内均匀混合（传统化油器式和现代轿车进气管内电控汽油喷射式），柴油机是气缸内部燃烧室内不均匀混合；（均匀性体现在燃料的蒸发性、混合气形成时间的长短）4.发动机功率调节方式不同：汽油机是通过调节节气门开度的大小改变可燃混合气的数量而改变发动机功率的大小，属“量”的调节；柴油机是通过改变喷油泵每循环的供油量即改变每循环喷入气缸内的燃油量，从而改变可燃混合气的浓度而改变发动机功率的大小，属“质”的调节。18:42/3318:42/34柴油机与汽油机性能比较：汽油机具有转速高（轿车高达5000~6000r/min）、质量小、工作柔和、起动容易、制造成本低和维修方便等优点，不足之处是燃油消耗率较高，燃油经济性较差，适用于汽车、飞机和小型农业机械上面；柴油机燃油消耗率较汽油机低30%左右，且柴油价格低，所以燃油经济性好，而且输出扭矩较大，但冷起动困难、工作粗暴、工作转速较低（一般4000r/min以下）、制造成本高、维修困难，适用于载重汽车、工程机械、坦克上面。18:42/35（三）二冲程发动机工作原理1、二冲程发动机的工作循环:是在两个活塞冲程内，即曲轴旋转一周的时间内完成的。2、二冲程汽油机的结构特点：二冲程汽油机采用曲轴箱扫气，曲轴箱是密封的，对多缸机而言，各曲柄轴室相互之间是密封的，气缸壁上开有矩形扫气口、排气口和进气口（右图所示最早的活塞阀进气方式）。18:42/363、二冲程汽油机的工作循环：（1）第一冲程：活塞自下止点开始向上止点移动，曲轴箱内在上一冲程中被预压缩的新鲜可燃混合气自气缸壁上的扫气口继续向气缸内扫气，活塞顶将扫气口关闭后，由于排气口仍未关闭，气缸内的新鲜可燃混合气被活塞强行从排气口挤出，此谓燃料的过后排气损失，不可避免；由于扫气过程中或多或少有新气与废气的混合，存在燃料的扫气损失，因此，二冲程汽油机的燃油消耗率远较四冲程汽油机的高，HC排放严重。（1）第一冲程（扫气口关闭）（三）二冲程发动机工作原理18:42/37（2）第一冲程：排气口关闭后，气缸内才开始真正的压缩，活塞上移到接近上止点时，火花塞点火，点燃被压缩的可燃混合气。扫气口关闭后，随着活塞的上移，曲轴箱内形成一定真空，当活塞底端打开气缸壁上的进气口，曲轴箱内开始进气，直至活塞运动到上止点，此时，进气口全开，曲轴箱容积最大。（2）第一冲程（进气口开启）（三）二冲程发动机工作原理18:42/38（3）第二冲程（燃烧膨胀做功）（3）第二冲程：着火后，高温、高压燃气膨胀迫使活塞从上止点向下止点移动，进气口逐渐关闭，曲轴箱内的可燃混合气开始被预压缩。（三）二冲程发动机工作原理18:42/39（4）第二冲程：当活塞顶打开排气口时，缸内压力仍有0.3~0.6MPa，故大部分废气以音速从缸内排出，当活塞顶打开扫气口时，缸内压力已降低到低于曲轴箱内压力，曲轴箱内的可燃混合气开始扫入气缸，并向排气口驱除剩余废气。活塞到达下止点时，排气口和扫气口全开，曲轴箱容积最小。（4）第二冲程（排气口，扫气口开启）（三）二冲程发动机工作原理18:42/40自然吸气增压18:42/41二冲程汽油机与四冲程汽油机比较1、理论上同样发动机排量、同样工作转速的发动机其功率应等于四冲程汽油机的二倍，实际上由于实际压缩比小于名义压缩比，气缸内进气不足（进气时间短，存在过后排气和扫气损失），只等于1.5~1.6倍。2、二冲程汽油机没有配气机构，结构简单，体积小，重量轻，容易维修。3、二冲程汽油机作功间隔短，发动机运转平稳，飞轮转动惯量小，容易上高速。4、二冲程汽油机燃油消耗率远较四冲程汽油机的燃油消耗率高，HC等排放严重。18:42/42二冲程汽油机与四冲程汽油机比较5、二冲程汽油机由于燃油消耗率高、HC等排放严重，经济性差而逐渐淘汰出摩托车用市场，但军用小型无人航空飞行器却因其体积小、重量轻、单位气缸工作容积输出功率大而仍被看好，但要解决电控汽油喷射技术甚至废气涡轮增压技术。18:42/43五、内燃机构造柴油机由“两大机构”和“五大系统”组成：★两大机构：1、曲轴连杆机构和机体组件；2、配气机构。★五大系统：1、冷却系；2、润滑系；3、燃料供给系；4、点火系；5、起动系。18:42/44机体组机体组主要由机体、气缸盖、气缸盖罩、气缸衬垫、主轴承盖以及油底壳等组成。18:42/45机体组是气缸体与曲轴箱的连铸体。机体是发动机的支架，是