第三節(jié)內(nèi)燃機的基本工作原理

1、工程機械發(fā)動機構(gòu)造第三節(jié)第三節(jié) 內(nèi)燃機的基本工作原理內(nèi)燃機的基本工作原理 工作循環(huán)：內(nèi)燃機氣缸中進行的每一次將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功的一系列連續(xù)過程。每一次工作循環(huán)都包括進氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣等4個過程。 四沖程內(nèi)燃機的工作循環(huán)是在曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，即4個行程中完成的； 二沖程內(nèi)燃機的工作循環(huán)是在曲軸旋轉(zhuǎn)一周，即兩個行程中完成的。一、四沖程汽油機的工作原理一、四沖程汽油機的工作原理示功圖 示功圖：示功圖：一種表示氣缸內(nèi)氣體壓力p和相當(dāng)于活塞不同位置時的氣缸容積V或曲軸轉(zhuǎn)角之間的變化關(guān)系圖。 P-V圖：圖：表示一個工作循環(huán)中，氣體在氣缸內(nèi)所作的功； P- 圖圖：反映一個工作循環(huán)中，氣體壓力p隨曲軸轉(zhuǎn)角

2、之間的變化關(guān)系。一、四沖程汽油機的工作原理一、四沖程汽油機的工作原理 1. 進氣過程進氣過程 作用：作用：可燃混合氣進入氣缸。 實現(xiàn)：實現(xiàn)：活塞從上止點向下止點移動，進氣門開啟，排氣門關(guān)閉。這時活塞上方的氣缸容積增大，于是壓力降低到小于大氣壓力，產(chǎn)生了真空度，使可燃混合氣經(jīng)進氣管和進氣門進入氣缸。 主要參數(shù)主要參數(shù)：pa=0.0750.09MPa；Ta=370 400K 充量系數(shù)：每工作循環(huán)實際進入氣缸的新氣質(zhì)量與理論上可充人氣缸的新氣質(zhì)量之比。 一般 =0. 700.852壓縮過程壓縮過程 作用：作用：在燃燒前將混合氣壓縮，使其容積縮小，密度增大，溫度升高，在燃燒過程迅速燃燒以產(chǎn)生較大的壓力

3、，使發(fā)動機發(fā)出較大的功率。 實現(xiàn)：實現(xiàn)：進、排氣門都關(guān)閉，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞自下止點向上止點移動，將氣缸中的混合氣壓縮。 主要參數(shù)主要參數(shù)：pc=0.852MPa； Tc=600 700K =6103. 燃燒膨脹過程 作用：作用：混合氣燃燒時放出大量的熱，氣缸內(nèi)氣體的溫度和壓力驟增，在氣體壓力的作用下，活塞向下止點移動，并通過連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)而作功。 實現(xiàn)：實現(xiàn)：當(dāng)壓縮過程接近上止點時，火花塞發(fā)出電火花，將混合氣點燃。可燃混合氣燃燒、膨脹，推動活塞向下移動作功。 主要參數(shù)主要參數(shù)：pz=35MPa；Tz=2200 2800K； pb=0.30.5MPa； Tb=1500 1700K4. 排氣過程

4、 作用：作用：排出氣缸中燃燒后的廢氣，以便充入可燃混合氣。 實現(xiàn)：實現(xiàn)：排氣門開啟，進氣門保持關(guān)閉，活塞由下止點向上止點移動排出廢氣。 主要參數(shù)主要參數(shù)：pr=0.1050.12MPa；Tr=900 1100K殘余廢氣占進入氣缸的新鮮混合氣質(zhì)量比例 515 二、四沖程柴油機的工作原理二、四沖程柴油機的工作原理 四沖程柴油機與汽油機工作過程的不同：四沖程柴油機與汽油機工作過程的不同： 1. 可燃混合氣的形成可燃混合氣的形成 柴油機的可燃混合氣是在氣缸內(nèi)部形成的，柴油經(jīng)噴油泵將油壓提高到10MPa以上，通過噴油器以霧狀噴人氣缸，在很短的時間內(nèi)與高溫空氣混合，形成混合氣。 2. 著火的方法著火的方法

5、 柴油機是壓縮著火的，壓縮終了時，柴油機氣缸內(nèi)氣體溫度約750950K，大大高于柴油的自燃溫度。 二沖程內(nèi)燃機工作原理二沖程內(nèi)燃機工作原理一、二沖程汽油機工作原理一、二沖程汽油機工作原理（一）二沖程發(fā)動機的工作循環(huán)（一）二沖程發(fā)動機的工作循環(huán): 是在兩個活塞行程內(nèi)，即曲軸旋轉(zhuǎn)一是在兩個活塞行程內(nèi)，即曲軸旋轉(zhuǎn)一周的時間內(nèi)完成的。周的時間內(nèi)完成的。（二）（二）二沖程汽油機的結(jié)構(gòu)特點二沖程汽油機的結(jié)構(gòu)特點： 二沖程汽油機采用二沖程汽油機采用曲軸箱掃氣曲軸箱掃氣，曲軸曲軸箱是密封的箱是密封的，對多缸機而言，對多缸機而言，各曲柄軸室各曲柄軸室相互之間是密封的相互之間是密封的，氣缸壁上開有矩形掃氣缸壁上開

6、有矩形掃氣口和排氣口氣口和排氣口，氣缸壁上開有進氣口氣缸壁上開有進氣口（右（右圖所示最早的活塞閥進氣方式）。圖所示最早的活塞閥進氣方式）。（三）二沖程汽油機的工作循環(huán)（三）二沖程汽油機的工作循環(huán)：1、第一行程、第一行程： 活塞自下止點開始向上止點移動活塞自下止點開始向上止點移動，曲，曲軸箱內(nèi)在上一行程中被預(yù)壓縮的新鮮可燃軸箱內(nèi)在上一行程中被預(yù)壓縮的新鮮可燃混合氣自氣缸壁上的掃氣口繼續(xù)向氣缸內(nèi)混合氣自氣缸壁上的掃氣口繼續(xù)向氣缸內(nèi)掃氣，活塞頂將掃氣口關(guān)閉后，由于排氣掃氣，活塞頂將掃氣口關(guān)閉后，由于排氣口仍未關(guān)閉，氣缸內(nèi)的新鮮可燃混合氣被口仍未關(guān)閉，氣缸內(nèi)的新鮮可燃混合氣被活塞強行從排氣口擠出，此謂

7、燃料的活塞強行從排氣口擠出，此謂燃料的過后過后排氣損失排氣損失，不可避免；由于掃氣過程中或，不可避免；由于掃氣過程中或多或少有新氣與廢氣的混合，存在燃料的多或少有新氣與廢氣的混合，存在燃料的掃氣損失掃氣損失，因此，二沖程汽油機的燃油消，因此，二沖程汽油機的燃油消耗率遠較四沖程汽油機的高，耗率遠較四沖程汽油機的高，HC排放嚴(yán)排放嚴(yán)重。重。（1）第一行程）第一行程（掃氣口關(guān)閉）（掃氣口關(guān)閉） 排氣口關(guān)閉后，氣缸內(nèi)才開排氣口關(guān)閉后，氣缸內(nèi)才開始真正的壓縮，活塞上移到接近始真正的壓縮，活塞上移到接近上止點時，火花塞點火，點燃被上止點時，火花塞點火，點燃被壓縮的可燃混合氣。壓縮的可燃混合氣。 掃氣口關(guān)閉

8、后，隨著活塞的掃氣口關(guān)閉后，隨著活塞的上移，曲軸箱內(nèi)形成一定真空，上移，曲軸箱內(nèi)形成一定真空，當(dāng)活塞底端打開氣缸壁上的進氣當(dāng)活塞底端打開氣缸壁上的進氣口，曲軸箱內(nèi)開始進氣，直至活口，曲軸箱內(nèi)開始進氣，直至活塞運動到上止點，此時，進氣口塞運動到上止點，此時，進氣口應(yīng)全開，曲軸箱容積最大。應(yīng)全開，曲軸箱容積最大。（2）第一行程（進氣）第一行程（進氣口開啟）口開啟）（3）第二行程（燃燒膨脹作功）第二行程（燃燒膨脹作功）（4）第二行程）第二行程（排氣口、掃氣口開啟）（排氣口、掃氣口開啟） 著火后，高溫、高壓燃氣膨脹迫使活塞著火后，高溫、高壓燃氣膨脹迫使活塞從上止點向下止點移動從上止點向下止點移動，進氣

9、口，進氣口逐漸關(guān)閉，逐漸關(guān)閉，曲軸箱內(nèi)的可燃混合氣開始被預(yù)壓縮曲軸箱內(nèi)的可燃混合氣開始被預(yù)壓縮。2、第二行程、第二行程： 當(dāng)活塞頂打開排氣口時，缸內(nèi)壓力仍有當(dāng)活塞頂打開排氣口時，缸內(nèi)壓力仍有0.30.6MPa，故大部分廢氣以音，故大部分廢氣以音速從缸內(nèi)排出，當(dāng)活塞頂打開掃氣口時，缸內(nèi)壓力已降低到低于曲軸箱內(nèi)壓速從缸內(nèi)排出，當(dāng)活塞頂打開掃氣口時，缸內(nèi)壓力已降低到低于曲軸箱內(nèi)壓力，曲軸箱內(nèi)的可燃混合氣開始掃入氣缸，并向排氣口驅(qū)除剩余廢氣?；钊ΓS箱內(nèi)的可燃混合氣開始掃入氣缸，并向排氣口驅(qū)除剩余廢氣。活塞到達下止點時，排氣口和掃氣口應(yīng)全開，曲軸箱容積最小。到達下止點時，排氣口和掃氣口應(yīng)全開，曲軸

10、箱容積最小。 排氣口關(guān)閉時氣缸內(nèi)氣體的容積與壓縮終了時氣體的最小容積之比排氣口關(guān)閉時氣缸內(nèi)氣體的容積與壓縮終了時氣體的最小容積之比。顯然，。顯然，實際壓縮比要小于實際壓縮比要小于名義壓縮比名義壓縮比（氣缸內(nèi)氣體的最大容積與壓縮終了時氣體的最（氣缸內(nèi)氣體的最大容積與壓縮終了時氣體的最小容積之比）。小容積之比）。（四）總結(jié)（四）總結(jié)1、第一行程、第一行程： 活塞自下止點上移到上止點，活塞自下止點上移到上止點，包括氣缸內(nèi)掃氣、排氣、壓縮包括氣缸內(nèi)掃氣、排氣、壓縮過程和曲軸箱內(nèi)的進氣過程過程和曲軸箱內(nèi)的進氣過程；2、第二行程、第二行程： 活塞自上止點下移到下止點，活塞自上止點下移到下止點，包括氣缸內(nèi)燃

11、氣膨脹作功包括氣缸內(nèi)燃氣膨脹作功、排氣排氣、掃氣過程掃氣過程和和曲軸箱內(nèi)新鮮可燃混合氣的預(yù)壓縮過程曲軸箱內(nèi)新鮮可燃混合氣的預(yù)壓縮過程；3、氣缸內(nèi)的換氣過程、氣缸內(nèi)的換氣過程： 氣缸內(nèi)的氣缸內(nèi)的掃氣掃氣和和排氣排氣過程。過程。4、曲軸箱壓縮比、曲軸箱壓縮比：曲軸箱內(nèi)的最大容積與最小容積之比。一般在曲軸箱內(nèi)的最大容積與最小容積之比。一般在1.251.40之之間，過小影響曲軸箱進氣效率（間，過小影響曲軸箱進氣效率（給氣比給氣比），過大導(dǎo)致掃氣），過大導(dǎo)致掃氣時新鮮可燃混合氣與氣缸內(nèi)廢氣摻混，造成燃料從排氣口時新鮮可燃混合氣與氣缸內(nèi)廢氣摻混，造成燃料從排氣口逸失。逸失。5、換氣口布置、換氣口布置： 排

12、氣口上沿位置比掃氣口上沿位置高排氣口上沿位置比掃氣口上沿位置高，尺寸差很重要，否則若掃氣口開，尺寸差很重要，否則若掃氣口開啟時氣缸內(nèi)廢氣壓力高于曲軸箱內(nèi)壓力，會導(dǎo)致廢氣向曲軸箱內(nèi)倒流。啟時氣缸內(nèi)廢氣壓力高于曲軸箱內(nèi)壓力，會導(dǎo)致廢氣向曲軸箱內(nèi)倒流。排氣排氣口與掃氣口圓周方向上呈口與掃氣口圓周方向上呈90布置布置 ，即，即回流掃氣方式回流掃氣方式。6、實際壓縮比、實際壓縮比：二沖程汽油機由于二沖程汽油機由于燃油消耗率高、燃油消耗率高、HC等排放嚴(yán)重等排放嚴(yán)重而逐漸淘汰而逐漸淘汰出摩托車用市場，但軍用小型無人航空飛行器卻因其出摩托車用市場，但軍用小型無人航空飛行器卻因其體積小體積小、重量輕重量輕、單

13、位氣缸工作容積輸出功率大單位氣缸工作容積輸出功率大而仍被看好，但要解而仍被看好，但要解決決電控汽油噴射技術(shù)電控汽油噴射技術(shù)甚至甚至廢氣渦輪增壓技術(shù)廢氣渦輪增壓技術(shù) 。二、二沖程汽油機與四沖程汽油機比較二、二沖程汽油機與四沖程汽油機比較理論上同樣發(fā)動機排量、同樣工作轉(zhuǎn)速的發(fā)動機其功率應(yīng)等于理論上同樣發(fā)動機排量、同樣工作轉(zhuǎn)速的發(fā)動機其功率應(yīng)等于四沖程汽油機的二倍四沖程汽油機的二倍，實際上由于實際壓縮比小于名義壓縮比，實際上由于實際壓縮比小于名義壓縮比，氣缸內(nèi)進氣不足（進氣時間短，存在給氣和掃氣損失），只等氣缸內(nèi)進氣不足（進氣時間短，存在給氣和掃氣損失），只等于于1.51.6倍。倍。1、二沖程汽油機

14、二沖程汽油機沒有配氣機構(gòu)沒有配氣機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，容易維修。容易維修。2、二沖程汽油機作功間隔短，二沖程汽油機作功間隔短，發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，飛輪轉(zhuǎn)動慣量小，發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，飛輪轉(zhuǎn)動慣量小，容易上高速容易上高速。3、二沖程汽油機二沖程汽油機燃油消耗率遠較四沖程汽油機的燃油消耗率高燃油消耗率遠較四沖程汽油機的燃油消耗率高，HC等排放嚴(yán)重等排放嚴(yán)重。4、5、二沖程柴油機的工作原理：二沖程柴油機的工作原理： 四沖程柴油機的活塞相當(dāng)于一個空氣泵，而對于二沖程柴油機而言，活塞沒有空氣泵的作用，為了完成進排氣過程，即排除燃燒后的廢氣，并把新鮮空氣充滿氣缸，必須安裝專用的

15、掃氣泵（增壓器） 例：二沖程柴油機的工作原理二沖程柴油機與四沖程柴油機的比較1.在相同的氣缸尺寸和轉(zhuǎn)速下，二沖程發(fā)動機的功率理應(yīng)比四沖程發(fā)動機增加一倍，但由于：1掃氣容積的損失；2充氣時間短程廢氣消除困難驅(qū)動掃氣泵要消耗一部分功率，所以只增加了50%-70%左右2.均勻性好其他形式：按氣流在氣缸中流動的路線不同，分為(1)氣孔式直流換氣的柴油機(2)橫流掃氣的二沖程柴油機(3)回流換氣的二沖程柴油機第四節(jié)第四節(jié) 內(nèi)燃機的產(chǎn)品名稱與型號內(nèi)燃機的產(chǎn)品名稱與型號 內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則(GB72591) 1名稱名稱按所采用的燃料燃料命名，如柴油機、汽油機、煤氣機、沼

16、氣機、雙燃料發(fā)動機。 2內(nèi)燃機型號型號由阿拉伯?dāng)?shù)字、漢語拼音字母和象形字符組成。型號包括首部、中部、后部和尾部四部分組成。 內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和編號規(guī)則首部首部中部中部系列代號系列代號換代換代標(biāo)志標(biāo)志符號符號缸數(shù)符號缸數(shù)符號氣缸排列形式符號氣缸排列形式符號符號符號無符號無符號V VP P含含 義義直列及單缸臥式直列及單缸臥式V V型型 平臥型平臥型缸徑符號缸徑符號（以氣缸直（以氣缸直徑的毫米徑的毫米數(shù)數(shù)表示）表示）結(jié)構(gòu)特征符號結(jié)構(gòu)特征符號 符號符號無符號無符號 F FZ Z結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征水水 冷冷風(fēng)風(fēng) 冷冷增增 壓壓用途特征符號用途特征符號符號符號無符號無符號Q QM M用途用途通用型通用型汽車用汽車用摩托車用摩托車用后部后部尾部尾部同一系列產(chǎn)同一系列產(chǎn)品區(qū)分符號品區(qū)分符號6 6135135Q Q行程符行程符號，號，E E表示二表示二沖程，沖程，無符號無符號表示四表示四沖程沖程 首部 中部 后部 尾部3 型號示例 DL16V240ZJC 61