基本组成与原理.ppt

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1、2-1 概述,一、内燃机的类型1、按所用的燃料分：（1）液体燃料发动机；汽油机（gasoline engine）；柴油机（diesel engine）。（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）。2、按发火方式分：（1）点燃式发动机（如汽油机、气体燃料发动机）；（2）压燃式发动机（如柴油机）。3、按工作循环的冲程数分：（1）四冲程发动机；（2）二冲程发动机。,4、按冷却方式分：（1）水冷发动机；（2）风冷发动机。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）。6、按气缸数分：（1）单缸发动机；（2）多缸发动机。7、

2、按气缸排列方式分：（1）单列发动机：直立式发动机、平卧式发动机（2）双列发动机：V型发动机、水平对置式发动机（3）W型 X型 星型,8按结构特点分（1）筒形活塞柴油机缺点；活塞裙部起向导作用，在侧推力的作用下，活塞与缸套磨损较大。优点：结构简单，紧凑，轻便用于中，高速柴油机（2）十字头活塞柴油机 优点：活塞与缸套间无侧推力，因为由十字头导向，故磨损较小，不易擦伤和老死。可在汽缸下部设横隔板，以免汽缸内的脏油，烟灰，燃气等漏入曲轴箱。污损曲轴箱底部的滑油。缺点：使柴油机高度和重量增大，结构复杂。用途：船用大型低速柴油机9、按用途：固定式内燃机和移动式内燃机,10、按标定转速：（1）高速机n 30

3、00r/min；（旧标准1000）（2）中速机800-3000r/min；（300-1000）（3）低速机：n800r/min；（300）11、按曲轴转向：左转，右转，可逆转和不可逆转。（从飞轮端看）。12、按混合气形成方式分：化油器式，直接喷射式，进气管喷射式13、按燃烧室结构分：开式，半开式，分隔式,二、内燃机的型号1、型号编注的国标规则（1）型号书写由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成（2）型号书写分为四个组成部分，中间两部分是主题 部分，必须符合国家标准（3）所有内燃机均以燃料命名，但在型号中可以不显示2、型号的含义（见下表）,3、举例说明（1）、汽油机 1E65F：表示单缸，二行程，缸径6

4、5mm，风冷通用型 4100Q：表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用 4100Q-4：表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四 种变型产品 CA6102：表示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通用型，CA 表示系列符号 8V100：表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷通用型 TJ376Q：表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示 系列符号 CA488：表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表 示系列符号（2）、柴油机 195：表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型 165F：表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型 495Q：表示四缸，四行程，缸

5、径95mm，水冷车用 6135Q：表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用 X4105：表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表 示系列代号,思考下列型号 4100Q,1E40F,12V135ZG(增压型工程机械用)YC6120T（玉柴）12VE230ZCZ（增压船用左机型）EQ-6110-3 BJ492QA,三、内燃机的特点1、优点（1）、热效率高（2）、结构紧凑（3）、功率变化范围大（4）、操作方便（5）、使用安全2、缺点（1）、对燃料要求较高（2）、有惯性力存在，有振动（3）、功率、转矩受转速影响大（4）、有排放与噪声污染,四、工程机械用发动机与汽车用发动机的区别1、工机用内

6、燃机的特点（1）、在颠簸路面上抗冲击、振动刚度、强度的大（2）、与底盘的连接特殊（3）、工地倾斜35-50仍能可靠工作（4）、抗恶劣空气质量（5）、防水、防引燃特点（6）、适应剧烈的负荷变化（7）、大扭矩储备系数（8）、抗宽范围的温度变化（9）、大转速适应性系数（10）、前、中、左、右辅助动力的输出,2、汽车用内燃机的特点（1）、机动性好（2）、加速快（3）、省油（4）、高环保性（5）、良好的启动性,2-2 内燃机的基本组成和工作原理,一、基本组成,AUDI-V10-52,宝马V-12,单缸机立体解剖图,1、一装置,起动装置,2、二机构：（1）、曲柄连杆机构气缸7内装有活塞8，活塞通过活塞销1

7、0、连杆11与曲轴14相连接。活塞在气缸内作往复直线运动，通过连杆推动曲轴转动，通过飞轮13对外输出作功。,曲柄连杆机构拆分图,（2）、配气机构为了吸入新鲜气体和排出废气，设有进气门2和排气门3，曲轴14通过正时齿轮副推动配气凸轮轴转动，凸轮通过挺杆克服气门弹簧力顶开气门，气门在气门弹簧预紧力的作用下关闭。,配气流程图,配气机构立体彩图,3、三系统（1）、供给系汽油和空气在化油器4内混合成新鲜可燃混合气，经过进气管1、进气门2吸入气缸内，燃烧后的废气经过排气门3、排气管排入大气中。,（2）、润滑系机油泵17由配气凸轮轴上的偏心凸轮驱动，将油底壳16内的机油吸入并经过机油管15、润滑油道泵入到各

8、运动件的摩擦部位进行润滑。,（3）、冷却系水泵9由曲轴14上的皮带轮带动，将来自散热器冷却后的冷却水泵入气缸7燃烧室周围的冷却水套，经过气缸盖6中的冷却水套，热水由气缸盖上部的出水口流往散热器,4、四辅助：点火系统气缸内的新鲜可燃混合气经过 压缩后由气缸盖上伸入燃烧室 内的火花塞5产生的点火花点燃。机体组件骨架、载体电控单元大脑、神经中枢传感设备感觉器官 小 结 一 装 置、两 机 构、三 系 统、四 辅 助。,二、基本概念和术语,活塞处于最上方,活塞处于最下方,皇冠V6活塞行程截取图,1、上止点（T.D.C.）（TDP）活塞顶离曲轴中心最远处。2、下止点（B.D.C.）(BDP)：活塞顶离曲

9、轴中心最近处。3、活塞行程 S：上、下止点 之间的距离。4、曲柄半径 R：曲轴与连杆 下端的连接中心至曲轴中 心的距离。5、气缸工作容积Vs：活塞从 上止点到下止点所扫过 的容积（气缸排量）。6、发动机工作容积Vst：多缸 发动机各气缸工作容积 的总和（发动机排量）。,式中：D气缸直径（cm）diameter S活塞行程（cm）stroke i 气缸数 involve R radius T top D dead C center P point a all,7、燃烧室容积VC：活塞在上止点时，塞顶上方 的气缸容积（或气缸最小容积）。8、气缸总容积Va：活塞在下止点时，活塞顶上 方的气缸容积（或

10、气缸最大容积）9、工作循环：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，使之发火燃烧而膨胀作功，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。.10、压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比。（=Va/VC=1+V s/VC）,三、内燃机的工作过程（冲程不同、缸数不同、过程不同1、单缸四冲程汽油机的工作循环 四冲程发动机的工作循环需要经过进气、压缩、膨胀（作功）、排气四个过程，对应活塞上下四个行程，相应的曲轴转角旋转720（两周）。(1)、进气行程（0180 CA）：活塞自上止点向下止点移动，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

11、混合气由化油器经进气歧管、进气门吸入气缸，历时一个活塞行程，曲轴旋转180转角。由于有进气阻力，进气终了时缸内压力低于大气压力，约为0.0750.09MPa；由于气缸内的可燃混合气受上一循环残余废气和高温零件的加热，进气终了时缸内气体温度上升到370400K。,（2）压缩行程（180360CA）：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。压缩终了时，可燃混合气的压力、温度取决于压缩比的大小。愈大，压缩终了时的可燃混合气的压力、温度愈高，燃烧速度愈快，发动

12、机发出功率愈大，经济性愈好，但汽油机的压缩比过高会引起爆燃和表面点火等不正常的燃烧现象，一般在69之间，现代轿车汽油机的在911之间。,（3）作功（膨胀）行程：（360540CA）进、排气门仍关闭。当压缩行程接近终了时，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，所能达到的最大压力PZ约为35MPa，相应温度为22002800K。.高温、高压燃气推动活塞从上止点向下止点移动，通过连杆使曲轴旋转并通过飞轮输出机械能，除了一部分用于维持发动机继续运转外，其余大部分机械能用于对外作功，期间曲轴旋转180CA，膨胀终了时，压力降至0.30.5MPa，相应温度

13、则降为13001600K。,（4）排气行程（540720 CA）：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，排气终了时缸内压力稍大于大气压力（排气阻力存在），约为0.1050.115MPa，废气温度约为9001200K。由于燃烧室占有一定容积，因此在排气终了时（上止点），不可能将废气排尽，留下的这一部分废气称为残余废气。,2、单缸四形成柴油机的工作过程 四冲程柴油机每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程，相应地曲轴旋转了两周。但是：（1）、与

14、汽油机原理上的区别：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。柴油可在高压下自然，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）。柴油机压缩比较高（一般为1622），所以压缩终了时的压力可达3.54.5MPa，温度高达7501000K，大大超过柴油的 自燃温度，故柴油高压（10MPa以上）喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便自行着火燃烧，最大爆发压力可达69MPa，最高燃气温度可达20002

15、500K。,（3）、工作过程 1）、进气行程 2）、压缩行程 3）、做功行程 4）、排气行程,（2）、与汽油机结构上的区别,（4）、单缸四冲程柴油机工作情况表,3、单缸四冲程发动机的示功图（1）、定义：将发动机在一个工作循环里的汽缸内的压力P与汽缸工作容积Vs之间的变化关系，用线图在直角坐标系里表示出来（2）、含义：1）、反映出P与Vs之间在各个行程里的变化关系 2）、反映出该汽缸在一个工作循环里所做的功（3）、解释：Ppressure;Vvolume;rrecycle;aacme;ccombustion;zzennic;bbottom;,示功图,4、多缸发动机的工作过程 导入、单缸发动机的优

16、点、单缸发动机的缺点、什么是多缸发动机、多缸发动机的缸序、多缸发动机的工作顺序,缸数；缸序；作功分配；工作顺序1342；1243,（1）、四缸四行程发动机的工作,（2）、六缸四冲程发动机的工作,直列六缸机工作循环表1-5-3-6-2-4-1,按1536241的工作顺序用另一种方式列表表示6缸机的工作过程,（3）、V8发动机的工作,5、二冲程发动机的工作 导入、何谓二冲程？、二冲程发动机的结 构特点,（1）、单缸二行程汽油机的工作,第一：压缩、预进气（换气、压缩）行程,第二：做功、排气、进气（换气、做功）行程,（2）、单缸二行程柴油机的工作、二冲程柴油机与二冲程汽油机的区别：A、结构区别，,B、

17、原理区别，、工作过程,（3）、单缸二冲程发动机的示功图,排气孔比换气孔（扫气孔）稍大，即排气孔比换气孔早开一些、晚关一些。第一行程达到将排气门关闭时，压缩作用开始。所以a为开始压点，c为开始燃烧点，ac为压缩曲线，czb为作功段，b点为排气门开点，bf为预排段，f点为换气孔开点，fdh为换气（扫气）兼排气中段，h点为换气口关闭点，ha为后排气段。,注意：此图为不带有排气门时的示功图,四、二冲程发动机与四冲程发动机的比较（一）优点：1、从工作原理上来讲，在发动机排量和转速相同的前提下，二冲程发动机的功率理论上是四冲程发动机的2倍。2、由于二冲程发动机的做功频率比较高，所以发 动机运转比较平稳。3

18、、无专门的配气机构，所以结构简单，质量小。4、由于附属机构少，所以使用、维护很方便。所以摩托车、小型便携式机具上多用。,（二）缺点：1、废气不易排除干净。2、换气时减少了有效工作行程。3、部分新鲜可燃混合气随废气排出，使 能源浪费，经济性下降。4、同时造成环境污染。,二冲程发动机与四冲程的比较,复习思考题,思考1、四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么不同？2、四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么相同之处？作业1.解释词语：发动机排量、压缩比、四冲程发动机2.配图叙述单缸四冲程柴油发动机工作原理3.柴油机和汽油机在可燃混合气形成方式和点火方式上有何不同？它们所用的压缩比为何不同？4四冲程汽油机和

19、四冲程柴油机在总体结构上有何不同？5、按照下列表格方式和工作顺序列表表示工作过程,四缸四形成发动机1-2-4-3,直列六缸发动机工作情况表,小 结,基本概念和术语：发动机，内燃机，压缩比，排量，工作循环，示功图内燃机基本组成：一装置，两机构，三系统，四辅助单缸四冲程发动机的工作循环：单缸四冲柴油机，单缸四冲程汽油机多缸四行程发动机的工作过程：四缸，六缸二冲程发动机的工作循环：汽油机，柴油机二冲程和四冲程的比较,2-3 内燃机的基本性能指标,导入、这一节的内容有其特殊性，一方面其内容在内燃机结构课中占有比较重要的地位，另一方面是这一节知识的主要形式就是概念加定义。在教师讲课和学生学习过程中最怕的

20、就是遇到这种情况，授课老师觉得没有意思，学生听的就觉得老师只会对着课本念。、内燃机的基本性能指标包括的内容较多，含盖的面也很广，我们只介绍其中几个最主要指标。、按各指标所表征的容分为：动力性指标，经济性指标，运转性指标，可靠性指标，环境性指标等、按理论与实际上的区别分为：指示性指标（理论性指标），常用下角标i或t表示；有效性指标（实际性指标）等，常用e表示,一、动力性能指标1、有效转矩Te：发动机通过飞轮对外输出的转矩（某一工作循环内飞轮输出的平均转矩），单位为m。2、平均有效压力Pme：一工作循环内作用于活塞顶上的平均压力（假想的大小不变的压力）。它是使活塞移动一个行程所作的功，等于每循环所

21、作的有效功。二形成汽油机,Pme=0.40.5MPa二形成柴油机,Pme=0.40.8MPa四行程汽油机,Pme=0.61.5MPa四行程柴油机非增压型:Pme=0.61.0MPa四行程柴油机增压型:Pme=0.63.2MPa,3、有效功率Pe（1）功率P：内燃机单位时间内所作的功称功率。（2）指示功率Pt：内燃机在汽缸中单位时间内在理想状态下所作的理论功,也就是示功图上所测的功率。（3）有效功率Pe.：指示功率减去消耗于内部零件的摩擦损失、泵气损失和驱动附件等机械损失后，从发动机曲轴输出的功率称为有效功率Pe.,Pe=iVsP men/(30)（Kw）其中为冲程系数：2Stroke:=2;2

22、Stroke=4,有效功率可以利用测功器测定，水力测功器可先测出有效扭矩Te,再用上式计算出有效功率。（4）、标定功率（额定功率）Pr内燃机出厂时铭牌上写明厂方标定的有效功率，与其所对应的负荷称为额定负荷，同理，额定转速。15分钟功率：内燃机允许连续运转15分钟的最大有效功率。汽车爬坡功率和军用车辆及快艇的追击功率。1小时功率：内燃机允许连续运转一小时的最大有效功率。船用主机，工程机械和机动车的最大使用功率。12小时功率：内燃机允许连续运转12小时的最大有效功率。可作为工程机械，机车和拖拉机正常使用功率。持续功率：内燃机允许长期运转的最大有效功率。可作为长期连续运转的远洋船舶，发电站，和农林排

23、灌内燃机的持续使用功率,（5）其它有效功率、升功率PL：每升汽缸工作容积发出的有效功率。一般有：二行程：=1075 Kw/L；四行程汽油机：=4070 Kw/L；四行程柴油机：940 Kw/L（思考：为什么？）PL=Pe/i Vs=P men/(30)10-3Kw/L、单位活塞面积功率Pua(unit area)：衡量燃烧室组件热负荷的尺度，表征发动机的热负荷特性。、经济功率Pc(cost)：在燃油消耗率较少的功率区运转时的有效功率。、极限功率Pl(limit)：冒黑烟时的功率。,4、发动机转速和活塞平均速度（1）、转速n：内燃机曲轴每分钟的转速，用r/min表示。转速对内燃机性能和结构影响很

24、大，而且其范围十分广泛（8611000r/min）。最高转速nmax：受调速控制时，柴油机所能达到的最高转速，汽油机不能点火时的高转速。最低稳定转速nmin：发动机能稳定工作的最低转速。标定转速nr：对应额定负荷和额定功率的转速在最低稳定转速和最高转速之间是柴油机的转速工作范围。,（2）、活塞平均速度Vm活塞在气缸中运动速度是不断变化的，在行程中间较大，在止点附近速度较小，止点处为零。若已知内燃机转速N时，则活塞平均速度可由下公式计算：Vm=2Sn/60=Sn/30 m/s式中S行程（m）活塞平均速度是表征内燃机高速性的一项主要指标。根据活塞平均速度，可将发动机分为高速、中速和低速三种类型，其

25、具体数值大致如下：低速机：Vm小于等于6.5 m/s;中速机：6.6 Vm 10 m/s;高速机：Vm 大于等于10 m/s。,5、发动机的机械效率 m=Pe/Pt（同学们自己思考该定义）一般来讲，m g=0.70.9;md=0.70.85 思考：为什么？机械效率与热效率的区别？,二、经济性能指标 1、有效燃油消耗率be 燃油消耗率简称比油消耗，它是内燃机工作时单位有效功率（每千瓦小时）所消耗燃油量的克数，单位（g/kw.h）。2、指示燃油消耗率bi：以指示功率计时的耗油率；注：内燃机产品说明书中所指的燃油消耗率为有效燃油消耗率；若测出每小时燃油消耗量B和有效功率Pe,则：be=B10/Pe(

26、g/Kwh)现代内燃机的值be（g/kw.h）范围 汽油机：be=265340 g/kw.h 高速柴油机：be=212251 g/kw.h 中速柴油机：be=197281 g/kw.h 低速柴油机：be=160190 g/kw.h 思考：以你所熟悉的一款车型为例，计算其有效燃油消耗率,3、有效热效率et（1）、定义：燃料完全燃烧所释放的能量转化成有效功的比例（2）、计算公式：et=Wet/Qc=3.6106/beHu=3.6103/Hu B(Wet为有效功，Qc为燃料完全燃烧所释放的能量)。一般：etg=2530;etd=35404、指示热效率it（思考：自己定义并导出公式）5、汽车的百公里油

27、耗bdbd=Bd/D;单位:L/100KM6、机油更换率Mo(1)、机油消耗率内燃机在标定工况时，每千瓦时所消耗滑油量的克数，称为滑油消耗率。单位为g/kwh方式有：,滑油经活塞环窜入燃烧室或由气阀导管流入缸内烧掉，未烧掉的则随废气排出。有一部分燃油在曲轴箱内雾化或蒸发，而由曲轴箱通风口排出。一般为0.54g/kwh（2）、润滑油更换率：汽车：以公里数计；工机以小时数计三、环保性能指标导入：、发动机的主要排放物有：Pt、CO2、CO、Nox、HC、SO2、重金属和光化学烟雾等 一氧化碳（CO）：一氧化碳是无色无味的气体，空气中含量超过0.1%就会中毒。碳氢化合物（HC）：成分复杂，对人体有麻痹

28、、致癌作用，是造成烟雾的因素之一。氮氧化和物（NOx）:有强烈的刺激味，对心脏和肺造成损坏，是大气形成臭氧的主要因素。,二氧化硫（SO2）:有强烈的刺激味，与灰尘一起危害更大。微粒（PT）:微粒的主要成分是碳，大多小于0.3微米，微粒碳核子吸附其他有毒物质被吸入肺叶对人体造成损害。CO:过量空气系数1 时，汽油机达容积的6%1一氧化碳 0.20.3%HC：与燃烧的缓慢甚至停止有关，惰转和减速时生成。NOx：取决于火焰温度、火焰前锋中是否富氧以及高温持续时间，以Ppm:百万分之一、各国所遵照的标准不同，美国和欧洲最严格，欧洲标准应用最广，我国采用，但有所调整、环保性主要包括三项内容：排放，噪声，

29、震动、逐渐用NMOG代替了HC：non-methane organic gas,1、排放指标附表一:内燃机排放欧洲指标,附表二：,NO的质量分数（10,HO的质量分数（10,CO的体积分数（10,2、噪声指标（1）、噪声来源：燃烧、排气、进气、风扇、机械摩擦与振动等（2）、噪声的衡量指标：声压级、声功率级、计权声级（3）、噪声的测量：位置、环境背景噪声矫正、噪级计（4）、噪声指标：国标2007：卡车，140db；小轿车，80db；越野车，114db；工机，200-335db欧洲最严格：平均低于我国23-30四、起动性能指标 小轿车3-5s；卡车、越野车5-15s;工机，五、可靠性指标 1、定义

30、：“四规”能力 2、指标：可靠度R(t)，“四规”概率,六、耐久性指标1、定义：在第一次大修前完成规定功能的能力2、指标：耐久度D(t)，第一次大修前完成规定功能的时间七、重量和外形尺寸指标重量指标和外形尺寸指标用于评价内燃机结构的紧凑性和金属材料的利用率。1、重量指标比重量，单位功率重量，内燃机净重与标定功率的比值Gw=G/Pe（/kw）净重量不包括滑油，燃油，冷却水及其它未直接装在内燃机本体上的附属设备与辅助系统的重量。汽油机：13船用高速机：1.43.7船用中速机：1019船用低速机：2035,2、外形尺寸指标（紧凑性指标）,(图片说明：上图应用autocad画图画出，该图表达比较抽象，

31、只是让同学们了解这也是我们画图常用的)外形尺寸指标又称紧凑性指标。单位体积功率Pv=Pe/V(kw/)V=LBH,八、动力性与经济性之间的关系1、关系表达式及其含义 Pme=etcsHu/aL0=Hucsmit/aL0其中c为充量系数：普通状态下实际进气的容积与普通状态下理论进气容积之比a为过量空气系数：燃烧1kg燃料实际进气量与燃烧1kg燃料理论进气量的质量之比s 为进气管状态空气密度Hu为低热值L0为理论上燃烧1kg燃油所需要的空气量而，et=mit,2、提高内燃机动力性、经济性能的主要措施（1）、采用增压技术（2）、合理组织燃烧过程，以提高热效率et和it（3）、提高c（4）、提高m（5）、适当采用二冲程机（6）、提高转速：n提高，活塞平均速度Vpm提高，时间t减小，Pe提高 小 结：内燃机的三项主要性能指标动力性、经济性、环保性比较二、四冲程在经济性、动力性、环保性方面的优劣思考还有哪些提高内燃机动力性、经济性、环保性的措施,