内燃机原理(全).ppt

铁道装备专业铁道装备专业内内 燃燃 机机 中南大学机电工程学院中南大学机电工程学院 第一章第一章 内燃机的总体构造内燃机的总体构造 与工作原理与工作原理l第一节第一节 内燃机概述内燃机概述 l第二节第二节 内燃机的总体构造内燃机的总体构造l第三节第三节 内燃机的基本工作原理内燃机的基本工作原理 重点：结构、工作原理重点：结构、工作原理 难点：工作原理难点：工作原理 一、内燃机的定义及其分类一、内燃机的定义及其分类 （一）内燃机的定义（一）内燃机的定义 内燃机是内燃机是通过在热功转换空间内部的燃烧过程通过在热功转换空间内部的燃烧过程将将燃料中的化学能转变为热能，并燃料中的化学能转变为热能，并通过一定的机构通过一定的机构使之使之再转化为再转化为机械功机械功的一种热力发动机的一种热力发动机(简称热机简称热机)。（二）内燃机的分类（二）内燃机的分类 1 1、按按燃燃料料分分：有有汽汽油油机机，柴柴油油机机，煤煤气气机机，乙乙醇醇（酒酒精精）机机，天天然然气气体体、氢氢气气燃燃料料及及多多种种燃燃料料内内燃机等。燃机等。第一节第一节 内燃机概述内燃机概述2 2、按按着着火火方方式式分分：有有压压缩缩着着火火(压压燃燃式式)和和强强制制点点火火(点燃式点燃式)内燃机。内燃机。3 3、按按热热功功转转换换机机构构分分：往往复复活活塞塞式式（汽汽车车和和工工程程机机械械用用内内燃燃机机最最多多），旋旋转转活活塞塞式式、旋旋转转叶叶片片式式和和喷气式内燃机。喷气式内燃机。5 5、按按往往复复活活塞塞式式内内燃燃机机工工作作循循环环所所需需行行程程数数：按按照照完完成成一一个个工工作作循循环环(工工作作循循环环指指把把热热能能转转变变为为机机械械功功的的一一系系列列连连续续过过程程)所所需需的的行行程程数数来来分分，有有四四冲冲程程内内燃燃机机和和二二冲冲程程内内燃燃机机，汽汽车车和和工工程程机机械械用用内内燃燃机机多多为四冲程内燃机；为四冲程内燃机；4 4、按按冷冷却却方方式式分分：有有水水冷冷式式、风风冷冷式式和和水水冷冷风风冷冷复复合合式式内内燃燃机机。汽汽车车和和工工程程机机械械用用内内燃燃机机多多数数是是水水冷冷风冷复合式。风冷复合式。6 6、按照、按照进气状态进气状态分：有分：有非增压式非增压式（进气压力小于（进气压力小于一个大气压）和一个大气压）和增压式增压式（进气压力大于一个大气压）（进气压力大于一个大气压）内燃机。内燃机。7 7、按气缸布置形式分：、按气缸布置形式分：有卧式、直列式、有卧式、直列式、V V形、形、对置式及星形（航空）内燃机等，如图对置式及星形（航空）内燃机等，如图1-11-1所示所示。8 8、按汽缸数分、按汽缸数分：单缸、双缸和多缸内燃机。：单缸、双缸和多缸内燃机。9 9、按按用用途途分分：可可分分为为汽汽车车用用、特特种种车车辆辆用用、工工程程机机械械用用、农农用用、拖拖拉拉机机用用、发发电电用用、铁铁路路机机车车用用、内内河河（淡淡水水）和和海海洋洋（咸咸水水）船船舶舶用用、飞飞机机用用、摩摩托托用、军用等内燃机等。用、军用等内燃机等。1010、按转速分、按转速分：有高速、中速和低速内燃机。目前：有高速、中速和低速内燃机。目前汽汽油机均为高速油机均为高速内燃机，最高转速一般在内燃机，最高转速一般在60006000转转/分分以以上，比柴油机的转速高；汽车用上，比柴油机的转速高；汽车用柴油机最高转速柴油机最高转速40004000转转/分左右分左右；而工程机械柴油机最高转速一般为；而工程机械柴油机最高转速一般为15001500转转/分分20002000转转/分。船舶用柴油机转速一般为中、分。船舶用柴油机转速一般为中、低速，低速，100100转转/分分500500转转/分左右。分左右。二、内燃机的优缺点二、内燃机的优缺点（一）内燃机的（一）内燃机的优点优点：1 1、热热效效率率高高；热热效效率率高高，即即燃燃油油消消耗耗率率低低，经经济济性性好好,尤尤其其是是柴柴油油机机，它它是是热热效效率率最最高高的热机，最高有效热效率巳达的热机，最高有效热效率巳达4646。4 4、起动迅速、操作简便起动迅速、操作简便，并能在起动后，并能在起动后很快达到全负荷运行。很快达到全负荷运行。3 3、结构紧凑、质量轻结构紧凑、质量轻、比质量较小、比质量较小、便于移动。便于移动。2 2、功功率率范范围围广广；单单机机功功率率可可从从零零点点几几千千瓦瓦到上万千瓦，故适用范围大。到上万千瓦，故适用范围大。（二）内燃机的缺点：（二）内燃机的缺点：1 1、对对燃燃料料要要求求较较高高；高速内燃机一般使用汽汽油油或轻轻柴柴油油作燃料，并且对对燃燃料料的的清清洁洁度度要要求求严严格格；在气缸内部难以使用固体燃料或劣质燃料。2 2、废废气气污污染染和和噪噪声声引引起起公公害害：由于内燃机已广泛地应用在国民经济的各个领域中其产量和保有量极大，对环境的污染也越来越严重。3 3、结构较复杂，零部件加工精度要求较高。结构较复杂，零部件加工精度要求较高。三、内燃机的发展趋势三、内燃机的发展趋势(一一)内燃机性能指标的发展动向内燃机性能指标的发展动向1 1强化程度不断提高强化程度不断提高：提高内燃机的强化程度，使之在有限的气缸提高内燃机的强化程度，使之在有限的气缸工作容积条件下提高内燃机的功率。工作容积条件下提高内燃机的功率。2 2降低燃油消耗率、提高经济性降低燃油消耗率、提高经济性 3 3提高内燃机的可靠性和耐久性提高内燃机的可靠性和耐久性 无故障期为无故障期为50005000h h，表征耐久性的指标是大修表征耐久性的指标是大修期。常以压缩压力下降到一定值期。常以压缩压力下降到一定值(2.22.7(2.22.7MPaMPa)或各或各缸压力差增大到一定值缸压力差增大到一定值(0.3(0.3MPaMPa)即认为应当大修。即认为应当大修。4 4降低废气中有害排放和噪声降低废气中有害排放和噪声(二二)内燃机技术的发展动向内燃机技术的发展动向 柴油机采用电子技术优化控制柴油机采用电子技术优化控制喷油规律及喷喷油规律及喷油量油量，控制预混合燃烧和扩散燃烧部分的燃油量，控制预混合燃烧和扩散燃烧部分的燃油量，提高柴油机的功率提高柴油机的功率。废气再循环废气再循环(EGR)EGR)是汽油机和柴油机降低是汽油机和柴油机降低NOxNOx排放的有效措施。排放的有效措施。电控电控EGREGR可保证在各种工况下实可保证在各种工况下实现现最佳的最佳的EGREGR率。率。1 1电子技术的应用：电子技术的应用：以微型计算机为中心的电子技术，在内燃机产以微型计算机为中心的电子技术，在内燃机产品设计研究、测试、制造方面均巳普遍应用，品设计研究、测试、制造方面均巳普遍应用，计算计算机辅助设计机辅助设计(CAD)CAD)、计算机辅助制造计算机辅助制造(CAM)CAM)、计算机计算机辅助测试辅助测试(CAT)CAT)、计算机辅助工艺设计计算机辅助工艺设计(CAPP)CAPP)技术技术发展迅速发展迅速。2 2、采用增压技术、采用增压技术 3 3、汽油机稀燃、汽油机稀燃速燃技术：速燃技术：稀燃可提高汽油机经济性和降低排放，稀燃可提高汽油机经济性和降低排放，提高提高压缩比压缩比。4 4汽油机缸内喷射分层燃烧技术汽油机缸内喷射分层燃烧技术 内内燃燃机机的的功功率率和和扭扭矩矩都都有有所所提提高高，燃油消耗率下降。燃油消耗率下降。5 5柴油机采用直喷式燃烧系统柴油机采用直喷式燃烧系统 直直喷喷式式燃燃烧烧系系统统比比间间喷喷式式燃燃烧烧系系统统的的热热效效率率可可提提高高1010-15-15，是是提提高高柴柴油油机经济性的有效措施。机经济性的有效措施。6 6提高柴油机燃油喷射压力：提高柴油机燃油喷射压力：喷油压力目喷油压力目前已达前已达120150120150MPaMPa 7 7排气后处理技术：排气后处理技术：可使柴油机实现可使柴油机实现COCO、HCHC及及NOxNOx的同时净化的同时净化 8 8采用代用燃料：采用代用燃料：以压缩天然气以压缩天然气(CNG)CNG)和和液化石油气液化石油气(LPG)LPG)为主为主 第二节内燃机的总体构造第二节内燃机的总体构造 图图 1212示示出出内内燃燃机机的的基基本本机机构构，它它包包括括气气缸缸、气气缸缸盖盖、活活塞塞、活活塞塞销销、连连杆杆、曲曲轴轴、飞飞轮轮、曲曲轴轴箱箱和和进进、排排气门等。气门等。活活塞塞可可在在气气缸缸内内上上下下往往复复运运动动。活活塞塞销销穿穿过过活活塞塞和和连连杆杆的的上上端端，使使活活塞塞和和连连杆杆成成为为铰铰链链似似的的连连接接。连连杆杆下下端端套套在在曲曲轴轴弯弯曲曲部部分分（俗俗称称曲曲拐拐）的的曲曲柄柄销销(连连杆杆轴轴颈颈)上，也是上，也是铰链似的连接铰链似的连接。曲曲轴轴两两端端由由曲曲轴轴箱箱上上的的轴轴承承来来支支承承，曲轴可在轴承中转动。曲轴可在轴承中转动。活活塞塞在在气气缸缸中中往往复复运运动动时时，曲曲轴轴则则绕绕其其轴轴心心线线作作旋旋转转运运动动。很很明明显显，曲曲轴轴每每转转一一周周，活活塞塞向向上上向向下下各各行行一一次次（两两个个行行程程）。一基本名词术语一基本名词术语 1 1、上止点（、上止点（TDCTDC）：）：活活塞塞离离曲曲轴轴中中心心最最大大距距离离的的位位置置称称为为上上止止点点，(图图13)13)；2 2、下止点（、下止点（BDCBDC）：）：活活塞塞离离曲曲轴轴中中心心最最小小距离的位置称为下止点。距离的位置称为下止点。注注意意：在在上上、下下止止点点时时，活活塞塞的的运运动动方方向向改改变变，同时它的同时它的速度等于零速度等于零。4 4、气缸工作容积、气缸工作容积V V h h ：在一个气缸中，活在一个气缸中，活塞从塞从上止点到下止点上止点到下止点所扫过的容积称为所扫过的容积称为气缸工作容积气缸工作容积V V h h 。如气缸直径如气缸直径D D和活塞和活塞行程行程s s都以都以mmmm为单位，则以为单位，则以L L（升）为单升）为单位的气缸工作容积可用下式计算：位的气缸工作容积可用下式计算：3 3、行程、行程s(stroke)s(stroke)：上止点与下止点间的距离称为活塞上止点与下止点间的距离称为活塞行程行程s s。由图由图1313可见，活塞行程可见，活塞行程s s等于曲等于曲柄半径柄半径r r的两倍，即的两倍，即:S=2rS=2r5、内内燃燃机机的的总总排排量量V VH H：如内燃机有i个气缸，i个气缸的工作容积的总和称为内燃机的总排量，用VH表示，则V H=V h i=i(L)8、压压缩缩比比：气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，以表示：压缩比表示气缸中的气体被压缩后体积缩小的倍数，它对内燃机的性能有重要影响。6、燃燃烧烧室室容容积积VcVc：当活塞在上止点时，活塞上方的气缸容积称为燃烧室容积并以Vc表示。7、气气缸缸总总容容积积VaVa：当活塞在下止点时，活塞上方的气缸容积称为气缸总容积井以Va表示。很明显：Va=Vh+Vc二、总体构造二、总体构造 四冲程汽油机四冲程汽油机:主要由下列机构和系统组成：曲柄连杆机构、配气机构、供给系、点火系、润滑系、冷却系和起动装置。1 1、曲柄连杆机构、曲柄连杆机构 曲柄连杆机构的主要机件是：气缸体、气缸盖、活塞、连杆、带有飞轮的曲轴和曲轴箱。曲曲柄柄连连杆杆机机构构是是内内燃燃机机的的基基本本机机构构。在燃油燃烧时，活塞承受气体膨胀的压力，并通过连杆使曲轴旋转，将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动而输出动力。2 2、配气机构、配气机构 配配气气机机构构的的功功用用是是使使燃燃油油与与空空气气所所组组成成的的可可燃燃混混合合气气可可以以在在一一定定的的时时刻刻被被吸吸进进气气缸缸，并并使使燃燃烧烧后后的的废废气气可可以以在在一一定定的的时时刻刻被被排排出出。配配气气机机构构包包括括进进气气门门、排排气气门门、挺挺柱柱、推推杆杆、摇摇臂臂、摇摇臂臂轴轴以以及及凸凸轮轮轴轴等等。二二行行程程内内燃燃机机的的配配气机构有所不同。气机构有所不同。气气门门的的开开闭闭是是由由凸凸轮轮轴轴上上的的凸凸轮轮控控制制的的，凸轮轴通常由曲轴通过齿轮来驱动凸轮轴通常由曲轴通过齿轮来驱动。根根据据气气门门安安装装位位置置的的不不同同，配配气气机机构构的的布布置置形形式式主主要要有有侧侧置置式式(顺顺装装气气门门)和和顶顶置置式式(倒倒装气门装气门)两种。两种。3 3、供给系、供给系 供供给给系系的的功功用用是是供供给给气气缸缸空空气气和和燃燃油油(可可燃燃混混合合气气)，并排出燃烧后的废气。，并排出燃烧后的废气。化化油油器器式式汽汽油油机机工工作作时时，汽汽油油泵泵将将汽汽油油箱箱中中的的汽汽油油吸吸出出，经经汽汽油油滤滤清清器器滤滤清清后后压压送送到到化化油油器器；同同时时空空气气经经空空气气滤滤清清器器滤滤清清后后也也进进入入化化油油器器。在在化化油油器器中中汽汽油油被被喷喷散散，并并在在很很大大的的程程度度上上被被蒸蒸发发，汽汽油油与与空空气气混混合合后后形形成成可可燃燃混混合合气气经经进进气气管管被被吸吸入入气气缸缸。燃烧形成的废气经排气管和排气消声器排人大气。燃烧形成的废气经排气管和排气消声器排人大气。4 4、点火系、点火系 混混合合气气在在气气缸缸内内被被压压缩缩后后要要用用电电火火花花来来点点火火。供供给给低低压压电电流流的的电电源源(蓄蓄电电池池和和发发电电机机)，将将低低压压电电流流变变为为高高压压电电流流的的设设备备(点点火火线线圈圈和和断断电电器器)，以以及及将将高高压压电电流流分分配配给给火火花花塞塞(装装在在气气缸缸盖盖上上)的的设设备备(分分电电器器)组组成汽油机的点火系。成汽油机的点火系。5 5、润滑系、润滑系 润润滑滑系系的的功功用用是是向向内内燃燃机机的的摩摩擦擦零零件件供供给给润润滑滑油油，以以减减少少零零件件磨磨损损和和零零件件间间的的摩摩擦擦阻阻力力。润润滑滑系系包包括括油油底底壳壳、机机油油泵、机油滤清器、机油管路和通道以及机油标尺等。泵、机油滤清器、机油管路和通道以及机油标尺等。由由于于机机油油在在润润滑滑系系中中的的环环流流和和飞飞溅溅内内燃燃机机的的运运动动件件就就得到了润滑。得到了润滑。6 6、冷却系、冷却系 冷冷却却系系的的功功用用是是将将内内燃燃机机受受热热零零件件的的热热量量传传出出，以以保保持持内燃机正常的工作温度内燃机正常的工作温度(水温约水温约80-90)80-90)。多多数数内内燃燃机机采采用用水水、风风复复合合冷冷却却系系，它它包包括括气气缸缸周周围围和和气气缸缸盖盖中中的的水水套套、散散热热器器(水水箱箱)、水水泵泵和和风风扇扇。由由于于水水泵泵的的作作用用，冷冷却却水水就就在在水水套套和和散散热热器器间间循循环环流流动动，而而内内燃燃机机需需要要散出的热量则通过风扇和散热器散入大气中。散出的热量则通过风扇和散热器散入大气中。也有的内燃机采用纯水冷却方式（小型农用单缸卧式蒸也有的内燃机采用纯水冷却方式（小型农用单缸卧式蒸发式水冷柴油机）或纯风冷却方式发式水冷柴油机）或纯风冷却方式(小型汽油机小型汽油机)。7 7、起动装置、起动装置 起动装置的功用是借助外力(人力或其他动力)将静止的内燃机转为自行运转静止的内燃机转为自行运转。不同的起动方法，有不同的起动装置。它主要包括起动机、传动机起动机、传动机构和操纵机构构和操纵机构等。为便于起动，有的内燃机上还设有起动辅助装置。四冲程柴油机四冲程柴油机的构造除的构造除点火系点火系和和供给系供给系外，外，与汽油机的大体相同。与汽油机的大体相同。柴柴油油机机是是用用气气缸缸内内空空气气被被压压缩缩后后的的高高温温来来发发火火的的(压压缩缩着着火火)，所所以以没没有有点点火火系系。柴柴油油机机的的燃燃油油供供给给部部分分也也和和汽汽油油机机的的不不同同。在在柴柴油油机机中中是是用用输输油油泵泵将将柴柴油油箱箱中中的的柴柴油油吸吸出出，经经柴柴油油滤滤清清器器滤滤清清后后送送到到喷喷油油泵泵，喷喷油油泵泵再再将将柴柴油油以以很很高高的的压压力力压出经高压油管由喷油器喷人气缸压出经高压油管由喷油器喷人气缸。第三节内燃机的基本工作原理第三节内燃机的基本工作原理 一、内燃机的工作循环和示功图一、内燃机的工作循环和示功图 1 1、内燃机的工作循环、内燃机的工作循环：内燃机气缸中进行的每一次将热能转变为机械功的一系列连续过程称为内燃机的一次工作循环(作一次功)。每每一一次次工工作作循循环环都都包包括括进进气气、压压缩缩、燃燃烧烧膨膨胀胀和和排排气气等等4 4个个过过程程。四冲程内燃机的工作循环是在曲轴旋转两周，即4个行程中完成的；而二冲程内燃机的工作循环则是在曲轴旋转一周，即两个行程中完成的。2 2、内燃机工作循环示功图、内燃机工作循环示功图：研究内燃机的工作循环时，可以利用一种表示气缸气缸内气体内气体压力压力和相当于活塞不同位置时的和相当于活塞不同位置时的气缸容积气缸容积V V之间的之间的变化关系变化关系图图(P-VP-V图图)。此图能表示一个工作循环中气体在气缸内所作的功，所以称为示功图示功图。二、四冲程汽油机的工作原理二、四冲程汽油机的工作原理四冲程化油器式汽油机的结构简图和P-V示功图。进进气气排排气气压压缩缩1 1进气过程进气过程 在进气过程中，活塞从上止点向下止活塞从上止点向下止点移动，进气门开启，排气门关闭点移动，进气门开启，排气门关闭。在示在示功图上以功图上以曲线曲线rara表示。表示。可燃混合气充满气缸的程度可用可燃混合气充满气缸的程度可用充量系数充量系数v v来表示。来表示。充量系数是每工作循环实际进入充量系数是每工作循环实际进入气缸的新气质量与理论上可充入气缸的新气气缸的新气质量与理论上可充入气缸的新气质量之比。质量之比。汽油机的充量系数约为0.700.85。充量系数较大，表明进入气缸的可燃混合气的量较多，因而发动机的功率也可以较大。2 2压缩过程压缩过程 在进气过程终了后在进气过程终了后，进、排气门都关闭，进、排气门都关闭，曲轴继续旋转曲轴继续旋转，活塞自下止点向上止点移动，活塞自下止点向上止点移动，将气缸中的混合气压缩，进行将气缸中的混合气压缩，进行压缩过程。压压缩过程。压缩过程在示功图上以缩过程在示功图上以曲线曲线acac表示。表示。压缩终了压缩终了时气体的压力和温度主要视压缩比的大小而时气体的压力和温度主要视压缩比的大小而定，压力约为定，压力约为0.85-20.85-2MPaMPa，温度可达温度可达600-600-700700K K。压缩比愈大，压缩终了时混合气的压力压缩比愈大，压缩终了时混合气的压力和温度也愈高，混合气的燃烧速度以及燃和温度也愈高，混合气的燃烧速度以及燃烧过程的最高温度和压力就愈高；烧过程的最高温度和压力就愈高；3.3.燃烧燃烧膨胀过程膨胀过程 燃烧膨胀过程是混合气燃烧、膨胀而作功的过程。当压缩过程活塞到达上止点前上止点前，火花塞发出电火花，将混合气点燃点燃。混合气燃烧时放出大量的热，气缸内气体的温度和压力骤增温度和压力骤增(这时进、进、排气门都是关闭的排气门都是关闭的)。在气体压力的作用下，活塞在气体压力的作用下，活塞向下止点移动，井通过连杆使曲轴旋转而作功。向下止点移动，井通过连杆使曲轴旋转而作功。4.4.排气过程排气过程 排气过程中，活塞由下止点向上止点移动，活塞由下止点向上止点移动，排气门开启排气门开启，进气门进气门保持保持关闭关闭。示功图上的示功图上的曲曲线线brbr表示排气过程表示排气过程。残余废气约占进入气缸的新鲜混合气的5-15(以质量计)三、四冲程柴油机的工作原理三、四冲程柴油机的工作原理 四冲程柴油机和汽油机样，每个工作循环也经历进气、压缩、燃烧进气、压缩、燃烧膨胀和排气膨胀和排气4 4个过程个过程。其工其工作过程与汽油机的不同，在于可燃混合气的形成和作过程与汽油机的不同，在于可燃混合气的形成和着火的方法着火的方法。在在柴油机中吸进和压缩的是空气柴油机中吸进和压缩的是空气，燃燃油以很高的压力被喷入压缩后的油以很高的压力被喷入压缩后的高温空气高温空气中形成混中形成混合气而自行着火燃烧。合气而自行着火燃烧。柴油机充量系数较汽油机的为大充量系数较汽油机的为大，高速柴油机的v=0.750.90。柴油机是柴油机是压缩着火压缩着火的，为使喷入为使喷入气缸的柴油可以迅速着火燃烧，空气被压缩后的温度气缸的柴油可以迅速着火燃烧，空气被压缩后的温度必须必须大大高于柴油的自燃温度大大高于柴油的自燃温度。因此柴油机需采用柴油机需采用较较大的压缩比大的压缩比(12-22)四冲程内燃机在四个行程中只有一个行程四冲程内燃机在四个行程中只有一个行程是作功的，其他是作功的，其他3 3个则是准备的行程。个则是准备的行程。作功行程中作功行程中内燃机的转速将大于其他内燃机的转速将大于其他3 3个行程中内燃机的转速，个行程中内燃机的转速，所以单缸内燃机的工作是所以单缸内燃机的工作是不平稳不平稳的。的。五、二冲程内燃机工作循环和结构特点五、二冲程内燃机工作循环和结构特点 1 1、工作循环特点：、工作循环特点：二冲程内燃机的工作二冲程内燃机的工作循环是在两个行程内，即曲轴旋转一周中循环是在两个行程内，即曲轴旋转一周中完成的。它和四冲程内燃机不同之处在于完成的。它和四冲程内燃机不同之处在于它它只有只有压缩和作功压缩和作功两个主行程两个主行程，而其，而其进气进气和排气是在活塞处于下止点附近、以和排气是在活塞处于下止点附近、以减小减小部分压缩行程和损失部分作功行程为代价部分压缩行程和损失部分作功行程为代价来完成的来完成的，完成时间短，一般要通过提前，完成时间短，一般要通过提前排气和随后的强制扫气、排气来实现。排气和随后的强制扫气、排气来实现。2 2、结构特点：、结构特点：二冲程内燃机的工作循环特点决定了其在进、排气即配气机构的结构上不同于四冲程内燃机。其其配气机构有以下两种配气机构有以下两种：气口气口-气口式气口式：气缸上有3个气口，分别为进气口、排气口和扫气口（及其提高扫气压力的装置）；它们分别在一定的时刻被活塞所开闭，从而在短时间内完成换气过程。气口气口-气门式：气门式：气缸上只有扫气（进气）口（及其提高扫气压力的装置），它在一定的时刻被活塞所开闭；气缸盖上保留和四冲程内燃机一样的由配气凸轮控制的排气门；1 1、二冲程汽油机的工作原理、二冲程汽油机的工作原理 六、二冲程内燃机的工作原理六、二冲程内燃机的工作原理特点：每转都作功，运转平稳，构造简单，质特点：每转都作功，运转平稳，构造简单，质量轻，制造维护方便。但有作功损失及混合气量轻，制造维护方便。但有作功损失及混合气流失，经济性较差；作功频率大，热负荷较高。流失，经济性较差；作功频率大，热负荷较高。2 2、二冲程柴油机的工作原理、二冲程柴油机的工作原理特点：每转都作功，运转平稳，构造简单，质量特点：每转都作功，运转平稳，构造简单，质量轻，制造维护方便。没有燃料损失，经济性较好；轻，制造维护方便。没有燃料损失，经济性较好；第二章第二章 内燃机的性能指标内燃机的性能指标概述：概述：1 1、表表征征内内燃燃机机性性能能的的指指标标很很多多，主要有动动力力性性能能指指标标(指功率、扭矩、转速等)、经经济济性性能能指指标标(指燃料油和润滑油消耗率)、运运转转性性能能指指标标(指冷起动性能、噪声和排气品质等)、可可靠靠性性与耐久性指标与耐久性指标等。2 2、内内燃燃机机的的动动力力性性能能和和经经济济性性能能指指标标有有两两种种：一一种种是是以以气气缸缸内内工工质质对对活活塞塞作作功功为为基基础础的的指指标标，称称为为指指示示指指标标，并以下下标标i i来表示。它只能评定工工作作循循环环进行的好坏；另另一一种种是是以以内内燃燃机机功功率率输输出出轴轴上上得得到到的的净净功功率率为为基基础础的的指指标标，称称为为有有效效指指标标，并以下下标标e e来表示。它能够评定整台内燃机性能整台内燃机性能的优劣。一、指示功和平均指示压力1 1指示功指示功W Wi i 指示功是指在气缸内完成一个工作循环所得到的有用功。其值的大小可用P-V图中闭合曲线所占有的面积求得。2.2.平均指示压力平均指示压力P Pi i 平平均均指指示示压压力力是是指指单单位位气气缸缸工工作作容容积积一一个个工工作作循循环环所所作作的的指指示示功功。平平均均指指示示压压力力p pi i是是从从实实际际循循环环的的角角度度来来评评价价内内燃燃机机气气缸缸工工作作容容积积利利用用率率高高低低数数。p pi i值值愈愈高高，表表明明同同样样大大小小的的气气缸缸工工作作容容积积所所发发出出的的指指示示功功愈愈大大、气气缸缸工工作作容容积积度度愈愈高高。因因此此，它它是是衡衡量量内燃机实际循环内燃机实际循环动力性能动力性能方面的一个方面的一个重要指标重要指标。第一节 指示指标二、指示功率二、指示功率N Ni i内燃机单位时间内所作的指示功内燃机单位时间内所作的指示功 三、指示热效率和指示燃油消耗率三、指示热效率和指示燃油消耗率 是是用用以以评评价价内内燃燃机机实实际际工工作作循循环环经经济济性性能能的的重重要要指指标标，它它们们表表示示了了实实际际循循环环所所消消耗耗燃燃料料热量的利用品质。热量的利用品质。1 1指示热效率指示热效率 指指示示热热效效率率是是内内燃燃机机实实际际循循环环的的指指示示功功与与所消耗的所消耗的燃料热量燃料热量之比值之比值。2 2指示燃油消耗率指示燃油消耗率 指指示示燃燃油油消消耗耗率率是是指指单单位位指指示示功功的的耗耗油油量量，通常以单位指示千瓦小时的耗油量来表示通常以单位指示千瓦小时的耗油量来表示 第二节第二节 有效指标有效指标 一、有效功率和机械效率一、有效功率和机械效率 1 1、机械损失功率和有效功率、机械损失功率和有效功率 指指示示功功率率中中消消耗耗于于内内燃燃机机内内部部零零件件的的摩摩擦擦损损失失、泵泵气气损损失失和和驱驱动动附附件件的的损损失失等等称称机机械械损损失失功功率率。内内燃燃机机的的指指示示功功率率减减去去机机械械损损失失功功率率所所得得到到的的是是功功率率输出轴上所能输出的净功率输出轴上所能输出的净功率，即即有效功率有效功率。2 2机械效率机械效率 有效功率与指示功率之比称为机械效率有效功率与指示功率之比称为机械效率m m。二、平均有效压力和升功率二、平均有效压力和升功率 1 1平均有效压力平均有效压力 平均有效压力是内燃机每工作循环中平均有效压力是内燃机每工作循环中单位单位气气缸缸工作容积工作容积所发出的所发出的有效功有效功。它是从内燃机实际。它是从内燃机实际输出功的角度来评定气缸工作客积的利用程度。输出功的角度来评定气缸工作客积的利用程度。平均有效压力和平均指示压力之间相差一个平均有效压力和平均指示压力之间相差一个平均机械损失压力平均机械损失压力，平均机械损失压力是内燃机，平均机械损失压力是内燃机每工作循环中单位气缸工作容积所损耗的功。它每工作循环中单位气缸工作容积所损耗的功。它可以用来衡量内燃机机械损失的大小。可以用来衡量内燃机机械损失的大小。2 2升功率升功率 升功率升功率N Ni i是指在标定工况下，内燃机是指在标定工况下，内燃机每升气每升气缸工作客积所发出的有效功率缸工作客积所发出的有效功率。值愈大，则内燃。值愈大，则内燃机强化程度愈高，且发出一定有效功率的内燃机机强化程度愈高，且发出一定有效功率的内燃机尺寸愈小、结构愈紧凑。尺寸愈小、结构愈紧凑。三、有效热效率和有效燃油消耗率三、有效热效率和有效燃油消耗率1 1有效热效率有效热效率 有效热效率是内燃机实际循环发出的有效功与所消耗的燃料热量之比值。2 2有效燃油消耗率有效燃油消耗率g ge e 有效燃油消耗率是指单位有效功的耗油量。通常用有效1 1kWhkWh所消耗的燃油量来表示。第三节第三节 内燃机其他技术指标及提高方法内燃机其他技术指标及提高方法 一、一、技术指标技术指标 1 1、紧凑性指标、紧凑性指标 紧紧凑凑性性指指标标是是用用来来表表征征内内燃燃机机总总体体设设计计紧紧凑凑程程度的指标度的指标，通常用比质量比质量和单位体积功率单位体积功率来表示。1 1）比质量）比质量 比质量比质量(g gN N)是指内燃机的是指内燃机的净质量净质量与与标定功率标定功率的比值。的比值。所所谓谓净净质质量量是是指指不不包包括括燃燃油油、润润滑滑油油、冷冷却却液液、底底架架、传动装置以及其他不直接装在内燃机本体上的附件的质量。传动装置以及其他不直接装在内燃机本体上的附件的质量。比比质质量量的的大大小小，除除了了和和内内燃燃机机类类型型、主主要要机机构构的的结结构构、附附件件的的大大小小等等有有关关外外，还还和和所所用用材材料料及及制制造造技技术术有有关关。不不同同用用途途的的内内燃燃机机对对于于比比质质量量的的要要求求也也不不同同。比比质质量量值值小小，表表明明内内燃燃机机的的质质量量轻轻、而而功功率率大大。通通常常比比质质量量小小的的内内燃燃机机也也都都是是强强化化程度高、升功率较大的内燃机。程度高、升功率较大的内燃机。2 2）单位体积功率）单位体积功率 单位体积功率（单位体积功率（NvNv）是指内燃机的标定功率是指内燃机的标定功率与内燃机的外廓体积的比值。与内燃机的外廓体积的比值。2强化指标强化指标 强化指标是指内燃机强化指标是指内燃机承受承受热负荷热负荷和和机械负荷机械负荷水水平的指标。平的指标。通常用平均有效压力平均有效压力p pe e，活塞平均速度活塞平均速度CmCm（或强化系数）和升功率或强化系数）和升功率来衡量。1 1）活塞平均速度）活塞平均速度：活塞平均速度（活塞平均速度（Cm）是在标定转速下，曲）是在标定转速下，曲轴每一转的两个行程中活塞运动速度的平均值。轴每一转的两个行程中活塞运动速度的平均值。Cm值愈高值愈高，表明，表明内燃机的功率和升功率愈高内燃机的功率和升功率愈高，但，但内燃机所受的机械负荷和热负荷也愈大。内燃机所受的机械负荷和热负荷也愈大。2 2）强化系数）强化系数 平均有效压力和活塞平均速度的乘积平均有效压力和活塞平均速度的乘积(Cm)通常称为强化系数(或强化程度)，它一方面代表了它一方面代表了内燃机功率和转速的强化内燃机功率和转速的强化，表征了性能，表征了性能指标的先进性；另一方面又代表了内燃机所受的热负荷和机指标的先进性；另一方面又代表了内燃机所受的热负荷和机械负荷的大小，将械负荷的大小，将影响到内燃机的使用寿命和工作可靠性影响到内燃机的使用寿命和工作可靠性。3、运转性指标、运转性指标 运转性指标是指内燃机起起动动性性、加加速速性性的好坏、操纵维护是否方便、运转是否平稳以及噪声和废气排放等指标。4 4、可靠性指标、可靠性指标 可靠性指标是指内燃机在规定使用条件下，正常持续工作能力的指标。一般以保证期内不停车故障不停车故障次数、停车故障次数次数、停车故障次数及更换更换主要零件和非主要零件零件数数来表示。5 5、耐久性指标、耐久性指标耐久性指标是指内燃机主要零件在工作过程中磨损到不能继续正常工作的极限时间。通常以内燃机使用寿命的长短来衡量。二、提高内燃机动力性能指标和经济性能指标的基二、提高内燃机动力性能指标和经济性能指标的基本途径本途径1 1采用采用增压技术增压技术特别是特别是废气涡轮增压废气涡轮增压技术技术 2 2合理组织合理组织燃烧过程燃烧过程，提高，提高循环指示效率循环指示效率 3 3改善换气过程，提高改善换气过程，提高充量系数充量系数 4 4提高提高内燃机的内燃机的转速转速n n5 5提高内燃机的提高内燃机的机械效率机械效率 6 6采用二冲程来采用二冲程来提高升功率提高升功率 第三章第三章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 曲柄连杆机构的功功用用：热热功功转转换换（热热-活活塞塞）；运运动动形形式式转转换换（活活塞塞-曲轴）。曲轴）。曲柄连杆机构的组组成成：固固定定件件（机体零件组）和运运动动件件（活塞连杆组和曲轴飞轮组）。第一节第一节 固定件固定件 固定件包括气缸盖、气缸垫、气缸体、气缸套和油底壳等。图图3131所示为种汽油机的固定件。一、气缸体组件一、气缸体组件一、气缸体组件一、气缸体组件 1 1气缸体气缸体 单缸或多缸水冷内燃机的气缸通常和安装曲轴的曲轴箱铸成单缸或多缸水冷内燃机的气缸通常和安装曲轴的曲轴箱铸成一体，称为气缸体。一体，称为气缸体。机体的常见结构：机体的常见结构：机体的常见结构：机体的常见结构：龙门式机体龙门式机体龙门式机体龙门式机体(图图图图3-33-33-33-3a)a)a)a)，其主要特点是曲轴箱剖分平面大大低于其主要特点是曲轴箱剖分平面大大低于其主要特点是曲轴箱剖分平面大大低于其主要特点是曲轴箱剖分平面大大低于曲轴中心线。这种结构的机体刚度较大，在柴油机中广泛应用。曲轴中心线。这种结构的机体刚度较大，在柴油机中广泛应用。曲轴中心线。这种结构的机体刚度较大，在柴油机中广泛应用。曲轴中心线。这种结构的机体刚度较大，在柴油机中广泛应用。隧道式机体隧道式机体隧道式机体隧道式机体(图图图图33333333b)b)b)b)，其主要特点是主轴承孔不分开。这种结其主要特点是主轴承孔不分开。这种结其主要特点是主轴承孔不分开。这种结其主要特点是主轴承孔不分开。这种结构的机体刚度高。国产构的机体刚度高。国产构的机体刚度高。国产构的机体刚度高。国产135135135135系列。系列。系列。系列。一般式机体一般式机体一般式机体一般式机体(图图图图3-33-33-33-3c)c)c)c)，其特点是曲轴箱剖分平面与主轴承剖分其特点是曲轴箱剖分平面与主轴承剖分其特点是曲轴箱剖分平面与主轴承剖分其特点是曲轴箱剖分平面与主轴承剖分面基本上重合。面基本上重合。面基本上重合。面基本上重合。风冷式内燃机风冷式内燃机通常采用单体气缸结构，其气缸体与曲轴通常采用单体气缸结构，其气缸体与曲轴箱分开制造。箱分开制造。为了提高曲轴箱的刚度，大多采用龙门式或隧道式曲轴箱，为使发动机得到充分冷却，在气缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片(图图34)34)，以增加散热面积。2 2、气缸与气缸套、气缸与气缸套气缸套有干式和湿式两种，如图气缸套有干式和湿式两种，如图3535所示所示 干式缸套干式缸套(图图3535a a)是壁厚为13mm的薄壁圆筒，其特点是缸套的外表面不与冷却水直接接触。湿式缸套湿式缸套(图图3535b b)是壁厚为59mm的圆筒，具特点是缸套外表面直接与冷却水接触。二、气缸盖 1气缸盖的功用 封闭气缸上部，与气缸上部及活塞顶构成燃烧室构成燃烧室；2 2气缸盖的特点气缸盖的特点 结构复杂结构复杂，特别是四行程水冷内燃机；机机械械负负荷荷和和热热负负荷荷严严重重（热温差大，特别是四行程内燃机的热三角区，一般要求定向冷却）；铸造及机械加加工工工工艺艺复复杂杂，要求高；特别是四行程内燃机；多缸发动机气缸盖的结构型式有一缸一盖的单体缸盖，两缸或三缸共一盖的块状缸盖和一列气缸共用的整体缸盖等。气缸盖螺栓的拧紧应由气缸盖螺栓的拧紧应由中央向四周中央向四周均匀均匀交替地逐次进行交替地逐次进行 四、油底壳四、油底壳图图3-8 3-8 油底壳功用功用：油底壳(下曲轴箱)的功用是储存润滑油储存润滑油，并密封密封曲轴箱。油底壳外面设有散热片散热片，用来加强对润滑油的冷却润滑油的冷却，防止油温过高。为防止润滑油激溅，油底壳中多设有稳油板稳油板。油底壳底部装有放油塞，有的放油塞还带有磁性，可吸附润滑油小的铁屑，以减轻运动件的磨损。活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销及连杆等组成。图图3939所示为国产135系列柴油机的活塞连杆组。第二节第二节 活塞连杆组活塞连杆组工作条件及要求：工作条件及要求：a a、活塞直接承受燃气的活塞直接承受燃气的高温和高压高温和高压。因此，活塞必须有。因此，活塞必须有足够足够的强度、刚度和足够的耐热性的强度、刚度和足够的耐热性；C C、活塞是在高温、高压、高速活塞是在高温、高压、高速(活塞平均速度可达活塞平均速度可达10-1510-15m ms)s)的条件下工作的，其润滑条件较差，活塞与气缸壁间摩擦的条件下工作的，其润滑条件较差，活塞与气缸壁