內(nèi)燃機(jī)原理 1緒論

發(fā)動(dòng)機(jī)原理2010年9月內(nèi)燃機(jī)原理1緒論教材及參考書《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》第二版周龍保主編機(jī)械工業(yè)出版社《內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造與原理》陸耀祖中國(guó)建材工業(yè)出版社《汽車構(gòu)造》第三版（上）陳家瑞主編機(jī)械工業(yè)出版社考核辦法：考試——平時(shí)成績(jī)20%（考勤、作業(yè)）+卷面成績(jī)80%內(nèi)燃機(jī)原理1緒論內(nèi)燃機(jī)原理1緒論內(nèi)燃機(jī)原理1緒論一、內(nèi)燃機(jī)的定義發(fā)動(dòng)機(jī)：將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。如風(fēng)力、水力、電力、熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。熱機(jī)：外燃機(jī)—蒸汽機(jī)、蒸汽輪機(jī)等。

內(nèi)燃機(jī)—往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式等。熱機(jī)工作原理的實(shí)質(zhì)是將燃料化學(xué)能→熱能→機(jī)械能（即所謂熱功轉(zhuǎn)換）注意：本課程所提汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，如無(wú)特殊說(shuō)明，都是指往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)原理1緒論內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展簡(jiǎn)史1860年，Lenoir發(fā)明了大氣壓力式內(nèi)燃機(jī),效率5%1867年，Otto和Langen發(fā)明的大氣壓力式內(nèi)燃機(jī)，效率提高到11%1876年，Otto提出了四沖程循環(huán)，內(nèi)燃機(jī)熱效率達(dá)到14%，重量減少70%1890年，Clerk、Benz等人發(fā)明了二沖程內(nèi)燃機(jī)1892年，Diesel發(fā)明了柴油機(jī)1957年，Wankel發(fā)明了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)

內(nèi)燃機(jī)原理1緒論二、內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：1、熱效率高、經(jīng)濟(jì)性好。2、功率和轉(zhuǎn)速范圍寬廣、配套方便。（0.59kw—35000kw）3、結(jié)構(gòu)緊湊、外型尺寸小、重量輕。4、起動(dòng)迅速、操作簡(jiǎn)單。5、水消耗量少。6、維護(hù)方便、技術(shù)成熟。7、易于實(shí)現(xiàn)“三化”大批量生產(chǎn)。內(nèi)燃機(jī)原理1緒論缺點(diǎn)：1、對(duì)燃料品質(zhì)要求高。2、低速時(shí)轉(zhuǎn)矩不夠大。3、振動(dòng)較大，超負(fù)荷能力小。4、噪聲及廢氣污染大。5、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、整機(jī)和零部件加工要求高。內(nèi)燃機(jī)原理1緒論應(yīng)用航空農(nóng)業(yè)車輛、機(jī)車礦山、建筑及工程機(jī)械船舶固定電站軍事三、內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用與分類內(nèi)燃機(jī)原理1緒論分類方法類

別含

義按沖程數(shù)分二沖程內(nèi)燃機(jī)活塞經(jīng)過(guò)兩個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)四沖程內(nèi)燃機(jī)活塞經(jīng)過(guò)四個(gè)行程完成一個(gè)工作循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)按著火方式分點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)壓縮氣缸內(nèi)的可燃混合氣，并用外源點(diǎn)火燃燒的內(nèi)燃機(jī)壓燃式內(nèi)燃機(jī)壓縮氣缸內(nèi)的空氣或可燃混合氣，產(chǎn)生高溫，引起燃料著火的內(nèi)燃機(jī)按使用燃料種類分液體燃料內(nèi)燃機(jī)燃燒液體燃料（汽油、柴油、醇類等）的內(nèi)燃機(jī)氣體燃料內(nèi)燃機(jī)燃燒氣體燃料（液化石油氣、天然氣等）的內(nèi)燃機(jī)多種燃料內(nèi)燃機(jī)能夠使用著火性能差異較大的兩種或兩種以上燃料的內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)原理1緒論按進(jìn)氣狀態(tài)分非增壓內(nèi)燃機(jī)進(jìn)入氣缸前的空氣或可燃混合氣未經(jīng)壓縮的內(nèi)燃機(jī)。對(duì)于四沖程內(nèi)燃機(jī)亦稱自吸式內(nèi)燃機(jī)增壓內(nèi)燃機(jī)進(jìn)入氣缸前的空氣或可燃混合氣先經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)壓縮．藉以增大充量密度的內(nèi)燃機(jī)按冷卻方式分水冷式內(nèi)燃機(jī)用水冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的內(nèi)燃機(jī)風(fēng)冷式內(nèi)燃機(jī)用空氣冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的內(nèi)燃機(jī)按氣缸數(shù)及布置分單缸內(nèi)燃機(jī)只有一個(gè)氣缸的內(nèi)燃機(jī)多缸內(nèi)燃機(jī)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上氣缸的內(nèi)燃機(jī)。立式內(nèi)燃機(jī)氣缸布置于曲軸上方且氣缸中心線垂直于水平面的內(nèi)燃機(jī)。臥式內(nèi)燃機(jī)氣缸中心線平行于水平面的內(nèi)燃機(jī)。直列式內(nèi)燃機(jī)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上直立氣缸，并呈一列布置的內(nèi)燃機(jī)。V形內(nèi)燃機(jī)具有兩個(gè)或兩列氣缸，其中心線夾角呈V形，并共用一根曲軸輸出功率的內(nèi)燃機(jī)（圖1-8a）對(duì)置氣缸式內(nèi)燃機(jī)兩個(gè)或兩列氣缸分別排列在同一曲軸的兩邊呈1800夾角的內(nèi)燃機(jī)（見(jiàn)圖1-8b）斜置式內(nèi)燃機(jī)氣缸中心線與水平面呈一定角度(不是直角)的內(nèi)燃機(jī)按用途分類有汽車用、機(jī)車用、拖拉機(jī)用、船用、坦克用、摩托車用、發(fā)電用、農(nóng)用、工程機(jī)械用等內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)原理1緒論換代符號(hào)系列代號(hào)地方、企業(yè)代號(hào)缸數(shù)氣缸布置形式?jīng)_程符號(hào)（E二沖程，四沖程不標(biāo)）缸徑符號(hào)（mm）結(jié)構(gòu)特征符號(hào)用途特征符號(hào)區(qū)分符號(hào)首部中部后部尾部四、內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品名稱和型號(hào)編制規(guī)則內(nèi)燃機(jī)原理1緒論林業(yè)機(jī)械LV形V平臥形P多缸直列及單缸臥式無(wú)符號(hào)含義符號(hào)氣缸布置形式符號(hào)含義符號(hào)增壓中冷ZL增壓Z可倒轉(zhuǎn)DZ十字頭式S凝氣冷卻N風(fēng)冷F水冷無(wú)符號(hào)結(jié)構(gòu)特征符號(hào)含義符號(hào)農(nóng)用運(yùn)輸車Y船用主機(jī)，左機(jī)基本型CZ船用主機(jī)，右機(jī)基本型C發(fā)電機(jī)組D鐵路機(jī)車J汽車Q工程機(jī)械G摩托車M拖拉機(jī)T通用型及固定動(dòng)力無(wú)符號(hào)用途特征符號(hào)內(nèi)燃機(jī)原理1緒論4100Q——四缸直列、四沖程、缸徑100mm、水冷、汽車用。1E65F——單缸、二沖程、缸徑65mm、風(fēng)冷、通用型。12V135ZG——12缸V型、四沖程、缸徑135mm、水冷、增壓、工程機(jī)械用。內(nèi)燃機(jī)原理1緒論兩大機(jī)構(gòu)：曲柄連桿機(jī)構(gòu)

(Crankshaftconnecting-rodmechanism)

配氣機(jī)構(gòu)

(Valvemechanism)五大系統(tǒng)：燃料供給系統(tǒng)

(Systemoffuelfeeding)

潤(rùn)滑系統(tǒng)

(Lubricationsystem)

冷卻系統(tǒng)

(Coolingsystem)

起動(dòng)系統(tǒng)

(Startingsystem)

點(diǎn)火系統(tǒng)（汽油機(jī)）(Ignitionsystem)

五、內(nèi)燃機(jī)總體組成內(nèi)燃機(jī)原理1緒論名

稱功

用主要部件機(jī)體組發(fā)動(dòng)機(jī)的骨架，支承著發(fā)動(dòng)機(jī)的所有零部件氣缸體、氣缸蓋、氣缸墊等曲柄連桿機(jī)構(gòu)將活塞頂?shù)娜細(xì)鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩，輸出機(jī)械能活塞、連桿、曲軸、飛輪等配氣機(jī)構(gòu)按照發(fā)動(dòng)機(jī)要求，定時(shí)開閉進(jìn)、排氣門，吸入干凈空氣，排除廢氣氣門組件、凸輪軸、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（搖臂、挺柱、推桿）等燃料供給系統(tǒng)按照發(fā)動(dòng)機(jī)要求，定時(shí)、定量供給所需要的燃料空氣：空氣濾清器、進(jìn)排氣管系、排氣消音器汽油機(jī)：汽油箱、輸油泵、濾清器、壓力調(diào)節(jié)器、各種傳感器、電控噴油器、電控單元等；（舊汽油機(jī)采用化油器）柴油機(jī)：柴油箱、輸油泵、濾清器、高壓油泵、調(diào)速器、噴油器等點(diǎn)火系統(tǒng)按規(guī)定的時(shí)刻，準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)燃汽油機(jī)氣缸內(nèi)的可燃混合氣蓄電池、點(diǎn)火開關(guān)、點(diǎn)火線圈組件、傳感器、電控裝置、火花塞等潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑、減摩、延長(zhǎng)壽命、密封、清潔、冷卻、防銹蝕油底殼、機(jī)油泵、機(jī)油濾清器、機(jī)油壓力表、機(jī)油道等冷卻系統(tǒng)保持發(fā)動(dòng)機(jī)在適宜的溫度下工作冷卻水泵、風(fēng)扇、節(jié)溫器、散熱器、冷卻水道等起動(dòng)系統(tǒng)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)蓄電池、起動(dòng)開關(guān)、起動(dòng)馬達(dá)等內(nèi)燃機(jī)原理1緒論缸體頂置氣門內(nèi)燃機(jī)原理1緒論機(jī)體組曲軸箱氣缸體氣缸墊氣缸蓋氣缸油道和水道油底殼內(nèi)燃機(jī)原理1緒論曲柄連桿機(jī)構(gòu)1氣環(huán)油環(huán)活塞銷活塞連桿連桿螺栓連桿軸瓦連桿蓋活塞連桿組內(nèi)燃機(jī)原理1緒論起動(dòng)爪正時(shí)齒輪主軸瓦皮帶輪扭轉(zhuǎn)減振器飛輪飛輪螺栓曲軸曲柄連桿機(jī)構(gòu)2內(nèi)燃機(jī)原理1緒論配氣機(jī)構(gòu)

氣門組氣門傳動(dòng)組內(nèi)燃機(jī)原理1緒論燃油供給系統(tǒng)油箱燃油濾清器油泵空氣濾清器進(jìn)氣管道排氣管道油管排氣消聲器內(nèi)燃機(jī)原理1緒論潤(rùn)滑系機(jī)油泵機(jī)油泵主動(dòng)齒輪軸機(jī)油濾清器潤(rùn)滑油道內(nèi)燃機(jī)原理1緒論冷卻系水箱風(fēng)扇水泵水壓傳感器皮帶皮帶輪節(jié)溫器內(nèi)燃機(jī)原理1緒論蓄電池點(diǎn)火開關(guān)點(diǎn)火線圈火花塞分電盤真空點(diǎn)火提前裝置點(diǎn)火系內(nèi)燃機(jī)原理1緒論起動(dòng)系鐵芯驅(qū)動(dòng)杠桿短路開關(guān)起動(dòng)機(jī)彈簧離合器飛輪啟動(dòng)齒輪內(nèi)燃機(jī)原理1緒論六、基本名詞術(shù)語(yǔ)1、上止點(diǎn)（TDC）和下止點(diǎn)（BDC）上、下止點(diǎn)是活塞在氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)極限位置，活塞頂距曲軸旋轉(zhuǎn)中心距離最遠(yuǎn)處稱上止點(diǎn)，而最近處稱下止點(diǎn)。在上、下止點(diǎn)活塞運(yùn)動(dòng)方向改變，速度為零。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，活塞始終在上、下止點(diǎn)之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)。2、活塞行程（沖程）S(Stroke)

即上、下止點(diǎn)之間的距離。活塞運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程曲軸旋轉(zhuǎn)180°曲軸轉(zhuǎn)角（°CA）。

內(nèi)燃機(jī)原理1緒論活塞氣缸進(jìn)氣門排氣門連桿曲柄火花塞或噴油器進(jìn)氣道排氣道氣缸蓋內(nèi)燃機(jī)原理1緒論3、缸徑D(Cylinderbore)

氣缸直徑是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，缸徑的大小基本確定了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞排量、輸出功率及發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸、重量的大致范圍。車用汽油機(jī)受爆燃的限制，缸徑一般不能太大，通常在60～100mm；而柴油機(jī)受燃料噴射和燃燒的限制缸徑很難做得很小，一般在70～160mm以上。內(nèi)燃機(jī)原理1緒論4．燃燒室容積Vc(Compressionvolume)（L）

活塞位于上止點(diǎn)時(shí)的氣缸容積稱為燃燒室容積，也稱壓縮容積。5、氣缸工作容積Vs(Pistonsweptvolume)

（L）

式中：D—

氣缸直徑（mm）S—

活塞行程（mm）內(nèi)燃機(jī)原理1緒論6、氣缸總?cè)莘eVa(Overallvolume)

（L）

7、發(fā)動(dòng)機(jī)排量VL

（L）

式中：i—

氣缸數(shù)（排量是決定發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)功率的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)）內(nèi)燃機(jī)原理1緒論8、工作循環(huán)(Workingcycle)

發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)由進(jìn)氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣組成，各過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，循環(huán)往復(fù)、周而復(fù)始。9、四沖程和二沖程內(nèi)燃機(jī)

(Four-strokeandTwo-stroke)

四沖程—

活塞運(yùn)動(dòng)4個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)。二沖程—

活塞運(yùn)動(dòng)2個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)。內(nèi)燃機(jī)原理1緒論10．壓縮比ε(Compressionratio)內(nèi)燃機(jī)原理1緒論11、示功圖(Indicatordiagram)

為獲得正確反映氣缸內(nèi)部實(shí)際情況的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通常利用不同形式的示功器或內(nèi)燃機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)觀察或記錄相對(duì)不同活塞位置時(shí)氣缸內(nèi)工質(zhì)壓力的變化，所得到的結(jié)果即為p-V示功圖示功圖。記錄相對(duì)不同曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)氣缸內(nèi)工質(zhì)壓力的變化，所得到的結(jié)果為p-Φ示功圖12、工況內(nèi)燃機(jī)在某一時(shí)刻的運(yùn)行狀況。（Pe、n）內(nèi)燃機(jī)原理1緒論進(jìn)氣行程進(jìn)氣行程（r—a線）(Suctionstroke)活塞：TDC—BDC；曲軸：0～180°CA（旋轉(zhuǎn)半圈）；進(jìn)氣門打開，關(guān)閉各一次；排氣門關(guān)。進(jìn)氣開始：進(jìn)氣溫度即環(huán)境溫度T0；進(jìn)氣壓力為大氣壓力P0

。進(jìn)氣終了：進(jìn)氣結(jié)束氣體溫度Ta約370～400K；壓力Pa約0.078—0.091MPa進(jìn)氣沖程的目的：引入新鮮工質(zhì)（可燃混合氣）七、四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作原理

A、柴油機(jī)內(nèi)燃機(jī)原理1緒論壓縮行程

壓縮行程（a—c線）(Compressionstroke)活塞：BDC—TDC；曲軸：180—360°CA（轉(zhuǎn)一圈）；進(jìn)排氣門關(guān)。壓縮開始：Pa

、Ta

；壓縮終了：Pc=3～

5MPa；Tc=750～1000K壓縮沖程的目的：提高工質(zhì)的溫度和壓力，為混合氣的點(diǎn)燃和燃燒創(chuàng)造條件，以得到較高的燃燒最高壓力和提高燃?xì)馀蛎洷?，即可大大提高熱功轉(zhuǎn)換效率。內(nèi)燃機(jī)原理1緒論做功行程作功沖程（c—z—b線）(Expansionstroke)活塞：TDC～

BDC；曲軸；360～

540°CA（轉(zhuǎn)一圈半）；進(jìn)排氣門關(guān)。燃燒開始：壓縮沖程接近TDC時(shí)，噴油器向缸內(nèi)噴油，燃燒氣體的壓力和溫度急劇升高，燃?xì)忾_始膨脹,推動(dòng)活塞下行對(duì)外作功。

Pc

～

Pz

（Pz—燃燒最高壓力可達(dá)6～9MPa）

Tc

～

Tz（Tz—燃燒最高溫度可達(dá)1800～2000K）膨脹終了：排氣門打開，膨脹結(jié)束，燃?xì)鈮毫抵罰b為0.2～

0.5MPa；溫度降為Tb約1300～

1600K。作功沖程的目的：利用高溫高壓燃?xì)獾呐蛎泴?duì)外作功。內(nèi)燃機(jī)原理1緒論排氣行程

排氣沖程（b—r線）(Exhauststroke)活塞：BDC～

TDC；曲軸；540～

720°CA（總共轉(zhuǎn)兩圈）排氣門打開、關(guān)閉各一次。排氣開始：廢氣首先利用自身壓力自由排氣，大部分廢氣自動(dòng)沖出氣缸，隨后活塞上行將其余廢氣強(qiáng)制推出氣缸。排氣終了：P=0.105～

0.115MPa；

T=700～

900K排氣沖程的作用：排除廢氣，為下一循環(huán)引入新鮮工質(zhì)創(chuàng)造條件。內(nèi)燃機(jī)原理1緒論進(jìn)氣形成進(jìn)入氣缸的是純空氣，壓縮終了高壓噴射燃料,缸內(nèi)形成混合氣，壓縮自燃。進(jìn)氣行程（r—a線）壓縮行程（a—c線）作功沖程（c—z—b線）

排氣沖程（b—r線）內(nèi)燃機(jī)原理1緒論B、四沖程汽油機(jī)工作原理內(nèi)燃