内燃机原理ppt课件.ppt

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1、内燃机的原理与特点,一、概述与发展历史二、内燃机的分类三、内燃机产品名称和型号编制规则四、发动机的结构五、发动机的主要性能指标和特性六、往复活塞式内燃机的工作原理,一、概述与发展历史,概述,内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为机械能的热力发动机。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆

2、机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。,发展历史,1957年研制出旋转活塞式发动机，被称为汪克尔发动机。它具有近似三角形的旋转活塞，在特定型面的气缸内作旋转运动，按奥托循环工作。这种发动机功率高、体积小、振动小、运转平稳、结构简单、维修方便，但由于它燃料经济性较差、低速扭矩低、排气性能不理想，所以还只是在个别型号的轿车上得到采用。1876年，德国发明家奥托（Otto）运用罗沙的原理，创制成功第一台往复活塞式、单缸、卧式、3.2千瓦(4.4马力)的四冲程内燃机，以煤气为燃料，采用火焰点火，转速为156.7转/分，压缩比为2.66，热效率达到14，运转平稳。在当时，无论是功率还是热效率，它

3、都是最高的 。,发展历史,1883年，德国的戴姆勒创制成功第一台立式汽油机。转速达到800r/min，特别适应交通动输机械的要求。18851886年，汽油机作为汽车动力运行成功，大大推动了汽车的发展。同时，汽车的发展又促进了汽油机改进和提高。 1892年，德国工程师狄塞尔（Diesel）受面粉厂粉尘爆炸的启发，设想将吸入气缸的空气高度压缩，使其温度超过燃料的自燃温度，再用高压空气将燃料吹入气缸，使之着火燃烧。他首创的压缩点火式内燃机(柴油机)于1897年研制成功，为内燃机的发展开拓了新途径。,二、内燃机的分类,1、活塞运动方式,往复活塞式,旋转活塞式,2、燃料种类,汽油机,柴油机,气体燃料发动

4、机,双燃料发动机,3、行程数,二冲程（由活塞两个行程完成一个工作循环）,四冲程（由活塞四个行程完成一个工作循环）,4、着火方式,火花点火（利用电火花点燃可燃混合气）,压缩着火（被压缩的空气温度高于 燃油自燃温度，自行燃烧）,5、气缸冷却方式,水冷（用水冷却）,风冷（用空气冷却）,发动机的活塞从一个极限位置到另一个极限位置的距离称为一个冲程。也称之为行程。,6、气缸数目,单缸机（每台内燃机具有一个气缸）,多缸机（具有两个或两个以上气缸）,7、转速,低速机（低于300r/min）,中速机（3001000r/min）,高速机（高于1000r/min）,8、进气方式,自然吸气（非增压）,增压,9、气缸

5、排列,立式、卧式、直列式、 V型,对置活塞式,10、进排气门、凸 轮轴设计和布置,顶置或侧置气门,二气门、四气门,顶置或侧置凸轮轴,三、内燃机产品名称和型号编制规则,内燃机型号由以下四部分组成： 首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。 中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。 后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。 尾部：区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。,内燃机产品名称和型号编制规则,四、发动机的结构,发动机由一个机体、两大机构和五大系统组成：,曲柄连杆机构配气机构供给系统润滑系

6、统冷却系统点火系统启动系统,发动机的结构,一个机体两大机构五大系统,1 一个机体,发动机机体：由机体、气缸盖、和油底壳等固定件构成一整体构架。,. 机体（气缸体） . 气缸盖 .油底壳,1 一个机体,（1）机体（气缸体）,（1）发动机的支架；（2）两大机构和发动机各系统的装配基体；（3）形成燃烧室；（4）冷却系统和润滑系统的组成部分。,功用,（2）气缸和气缸套,功用,气缸是指在气缸套内来引导活塞作往复运动的圆筒形空间。气缸套是指在机体内用作活塞往运动导向所单独制成的零件。,组成燃烧室；引导活塞往复运动；保证工作中的密封、散热并承受侧压力。,1 一个机体,（3）气缸盖,功用：封闭气缸，组成燃烧室

7、,（4）油底壳,功用：密封曲轴箱和曲柄连杆机构，防止灰尘、污物进入。 同时，还收集并贮存由发动机各摩擦面流回的机油。注意：油底壳为钢板制成的薄壳结构。在搬运和安装发动机时 应注意保护，不得碰撞、挤压，更不得用油底壳作支承， 以免损坏。,、曲柄连杆机构,2 两大机构,功用：把燃气作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩， 向工作机械输出机械能。,配气机构：是实现发动机进气过程和排气过程的控制机构。功用：按照每个气缸内所进行的工作过程适时地开启和 关闭进气门和排气门,、配气机构,2 两大机构,、供给系统,3 五大系统,燃烧技术和进气控制技术是燃气发动机的关键技术，而最关键的是如何控制燃气与空气的混合比，

8、充分发挥燃气的优势。国内外具有代表性的燃气发动机供气系统有下列四种：机械控制混合系统 燃气和空气按固定的比例，通过机械控制进入气缸。闭环电控混合器 采用先进的电子控制系统、能够提供精确控制信号，通过步进电机控制燃气流量，实现对空燃比精确控制，使发动机在不同工况下，甚至气体成分变化的情况下，均能在理论混合比范围内工作。电控多点顺序喷射系统 目前多采用各缸进气歧管多点喷射技术。机械喷射系统 在每个缸上安装一个机械喷射阀，采用机械驱动方式，定时开启和关闭燃气喷射阀门，对进气进行定时和定量控制，从而控制空燃比。,、润滑系统,3 五大系统,在各摩擦表面覆盖一层润滑油（机油），使金属各表面之间隔一层很薄的

9、油膜，形成液体摩擦，这就叫做润滑。,润滑系统的组成：由油底壳、机油泵、机油滤清器、机油冷却器、离心滤清器、 预供油泵及润滑管等部件组成。润滑系统的作用： 减摩作用：减轻零件表面之间摩擦，减少零件的磨损和摩擦功率损失；冷却作用：通过润滑油的循环过程，带走零件所吸收的部分热量；清洗作用：润滑油循环过程中不断带走因零件损失所产生的金属细屑和其他杂质；密封作用：利用润滑油的粘性，附着零件表面，从而提高零件的密封效果；防锈作用：润滑油附着零件表面，防止运动零件表面与水分、空气接触而氧化。,、冷却系统,3 五大系统,开式强制循环冷却系统内循环一般是由水泵、热交换器、中冷器、油冷器和由气缸体、气缸套等零件内

10、部水腔等所组成。有两套完全独立的循环回路高温循环和低温循环。 高温循环主要是对受热零件（包括气缸套、气缸盖）的冷却循环。由高温冷却热交换器进入机体右侧的高温循环水泵将冷却水经机体进水管直接压送到机体右侧水道内，然后通过飞轮输出端中间水管送到机体左侧水道内。进入机体两侧水道的冷却水沿机体内部水路进入各气缸水套内。在水套内吸收热量，从串水孔进入气缸盖水腔，又冷却气缸盖上的零件后，从缸盖顶部的出水口流入回水管进入高温热交换器。 低温循环由低温热交换器进入机体左侧的水泵内，把低温冷却水压送到中冷器内来冷却有被增压器压缩的空气，然后进入机油冷却器给机油冷却，从机油冷却器出来进入低温热交换器。 高低温冷却

11、循环通过热交换器与外循环进行热量交换。,、点火系统,3 五大系统,组成：由磁电机、低压电缆、点火线圈、高压电缆、火花塞等组成。,、启动系统,3 五大系统,组成：由电动马达、蓄电池、起动继电器、起动开关和起动按钮组成；,五、发动机的主要性能指标和特性,(1)动力性能指标,有效转矩 Te,指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的转矩，通常用Te表示，单位为Nm。有效转矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的转矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净转矩。,1 发动机性能指标,曲轴转速 n,有效功率 Pe,指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用Pe表示，单位为kW。有效功率同

12、样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效转矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用下面公式计算出有效功率。式中： Te 有效转矩，单位为Nm； n 曲轴转速，单位为r/min。,(2)经济性指标,1 发动机性能指标,通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能。燃油消耗率是指单位有效功的燃油消耗量，也就是发动机每发出1kW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量(以g为单位)，燃油消耗率通常用ge表示，其单位为g/Kwh，计算公式如下 :式中：GT 每小时的燃油消耗量，kg/h； Pe 有效功率，kW。 很明显，有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出

13、净功率所消耗的燃油越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率ge是最小值。,(3)运转性能指标,1 发动机性能指标,排气品质,气体：CO，HC，NOx，CO2颗粒物（PM）,噪声,起动性能,启动成功率,(1)发动机的速度特性,2 发动机特性,发动机的速度特性指发动机的性能指标（有效转矩 Te，有效功率Pe，燃油消耗率ge）随发动机转速n变化的规律，用曲线表示，称为速度特性曲线。,(2)发动机的负荷特性,2 发动机特性,发动机的负荷特性是指当发动机转速一定时，燃油消耗率ge随发动机负荷的变化关系。利用这一变化曲线，可最全面地确定发动机在各种负荷和转速时的经济性。,柴油机负荷特性曲线

14、的走向特征与汽油机基本一样。但两者对比，柴油机的负荷特性曲线比较平坦，这也就是为什么柴油机比汽油机省油的重要原因,六、 往复活塞式内燃机的 工作原理,由进气、压缩、作功和排气四个工作过程组成的封闭循环。只有周而复始地进行这些过程，内燃机才能持续地作功。,（1） 工作循环,1、常用术语,上止点活塞顶离曲轴回转中心最远处，即活塞能运动到的最高位置；下止点活塞顶离曲轴回转中心最近处，即活塞能运动到的最低点。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。,1、常用术语,（2） 上、下止点,1、常用术语,（3）活塞行程,上、下止点间的距离S称为活塞行程。曲轴的回转半径R称为曲柄半径。S=2R,1、常用术语,（4）

15、 气缸工作容积,活塞从上止点到下止点所扫过的容积称为气缸工作容积 。,式中：D气缸直径 mm； S活塞行程 mm。,1、常用术语,（5） 内燃机排量,内燃机排量VL 所有气缸工作容积的总和。,式中： Vh气缸工作容积； i 气缸数目。,（6） 燃烧室容积,燃烧室容积Vc 活塞位于上止点时，活塞顶面以上与气缸盖底面以下之间形成的容积。,1、常用术语,（7） 气缸总容积,气缸总容积Va 活塞位于下止点时，活塞顶部与气缸盖之间的容积。显而易见，气缸总容积就是气缸工作容积和燃烧室容积之和，即： VaVcVh,1、常用术语,（8） 压缩比,压缩比 气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积与

16、燃烧室容积之比。它表示了气体的压缩程度，是发动机中一个非常重要的概念。式中：Va 气缸总容积； Vh 气缸工作容积； Vc 燃烧室容积。,（9） 工况,内燃机在某一时刻的运行状态。以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为内燃机转速。,（8） 压缩比,压缩比 气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积与燃烧室容积之比。它表示了气体的压缩程度，是发动机中一个非常重要的概念。式中：Va 气缸总容积； Vh 气缸工作容积； Vc 燃烧室容积。,2、四冲程非增压燃气机的工作过程, 进气行程进气门打开、排气门关闭；活塞从上止点向下止点运动，活塞上方的气缸容积增大，从而气缸内的压

17、力降低到大气压力以下，在气缸内造成吸力，使可燃混合气被吸入气缸。进入气缸内的可燃混合气，因为与高温的气缸壁、活塞顶表面接触并与前一循环留下的高温残余废气混合，所以温度较高。,2、四冲程非增压燃气机的工作过程, 压缩行程进气门和排气门都关闭；活塞从下止点向上止点运动；压缩比越大，压缩结束时气缸内的压力和温度越高，则燃烧速度越快，发动机效率越高，但太大容易引起“爆燃” 。爆燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。爆燃时火焰以极高的速率传播，形成压力波，发出尖锐的敲缸声，发生一系列不良后果。,2、四冲程非增压燃气机的工作过程, 做功行程进气门和排气门都关闭；压缩行程结束后，火花塞点火，混合气燃烧放出大量的热量，高温、高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能。,2、四冲程非增压燃气机的工作过程, 排气行程进气门关闭； 排气门开启。活塞从下止点向上止点运动。废气随着活塞上移，从气缸内排出。由于燃烧室占有一定容积，因此在排气结束时，不可能将废气排尽，留下的一部分废气称为残余废气。,压力变化 图,2、四冲程非增压燃气机的工作过程,谢谢大家！,汽油机-柴油机,返回,水冷-风冷,返回,