第1章 发动机总体构造及工作原理

1、四川农业大学农机系四川农业大学农机系2009年8月张 黎 骅四川农业大学农机系四川农业大学农机系主要内容主要内容1.1 内燃机的总体构造1.2 内燃机的基本工作原理1.3 内燃机的主要性能指标1.4 影响内燃机工作性能的主要因素1.5 小 结四川农业大学农机系四川农业大学农机系发动机是将燃料燃烧释放的热能转变成机械能的机械；凡是将燃料燃发动机是将燃料燃烧释放的热能转变成机械能的机械；凡是将燃料燃烧所产生的热能转变成机械能的机器统称为热力发动机，简称发动机。烧所产生的热能转变成机械能的机器统称为热力发动机，简称发动机。热力发动机分类：根据燃料燃烧部位不同分为热力发动机分类：根据燃料燃烧部位不同分

2、为 （1）外燃机外燃机：燃料在发动机：燃料在发动机外部外部燃烧的称为外燃机，如蒸汽机、燃烧的称为外燃机，如蒸汽机、汽轮机等等；汽轮机等等； （2）内燃机内燃机：燃料直接在发动机：燃料直接在发动机内部内部燃烧的称为内燃机，如柴油燃烧的称为内燃机，如柴油机、汽油机等等；机、汽油机等等；四川农业大学农机系四川农业大学农机系目前，汽车拖拉机主要采用往复活塞式内燃机。目前，汽车拖拉机主要采用往复活塞式内燃机。四川农业大学农机系四川农业大学农机系1 1、按所用燃料分：汽油机、柴油机、石油液化气机、沼气机等；、按所用燃料分：汽油机、柴油机、石油液化气机、沼气机等； 2 2、按循环行程数分：二行程发动机、四行

3、程发动机；、按循环行程数分：二行程发动机、四行程发动机；3 3、按气缸数分：单缸发动机、多缸发动机、按气缸数分：单缸发动机、多缸发动机4 4、按冷却方式分：水冷式发动机、风冷式发动机；、按冷却方式分：水冷式发动机、风冷式发动机；5 5、按着火方式分：点燃式发动机、压燃式发动机；、按着火方式分：点燃式发动机、压燃式发动机；6 6、按气缸排列方式分：立式发动机、卧式发动机、按气缸排列方式分：立式发动机、卧式发动机、V V型发动机、对置型发动机、对置式发动机；式发动机； 四川农业大学农机系四川农业大学农机系发动机是汽车最主要发动机是汽车最主要的总成之一，动力的的总成之一，动力的来源。被称为汽车的来源

4、。被称为汽车的“心脏心脏”。内燃机的总体构造内燃机的总体构造四川农业大学农机系四川农业大学农机系 两大机构两大机构曲柄连杆机构曲柄连杆机构配气机构配气机构五大系统五大系统供给系供给系点火系点火系(汽油机专用汽油机专用)冷却系冷却系润滑系润滑系起动系起动系发动机的总体构造发动机的总体构造四川农业大学农机系四川农业大学农机系连杆连杆飞轮飞轮曲轴曲轴活塞活塞进气门进气门排气门排气门推杆推杆挺柱挺柱正时齿轮正时齿轮四川农业大学农机系四川农业大学农机系1 1、组成：气缸盖、气缸体及油、组成：气缸盖、气缸体及油底壳。底壳。一、机体组一、机体组2 2、作用：作为发动机各机构、各系统、作用：作为发动机各机构、

5、各系统的装配基体，而且其本身的许多部件的装配基体，而且其本身的许多部件有分别是曲柄连杆机构、配气机构、有分别是曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系和润滑系的组成部分；供给系、冷却系和润滑系的组成部分；四川农业大学农机系四川农业大学农机系二、曲柄连杆机构二、曲柄连杆机构1 1、组成：主要包括活塞连杆组、曲轴飞轮组等。、组成：主要包括活塞连杆组、曲轴飞轮组等。2 2、作用：是发动机借以产生动力，并将活塞的直线往复运动转变为曲、作用：是发动机借以产生动力，并将活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。轴的旋转运动而输出动力。四川农业大学农机系四川农业大学农机系三、配气机构三、配气机构1 1

6、、组成：主要包括进气门、排气门、挺柱、推杆、摇臂、凸轮轴、组成：主要包括进气门、排气门、挺柱、推杆、摇臂、凸轮轴、以及凸轮轴正时齿轮（由曲轴正时齿轮驱动）。以及凸轮轴正时齿轮（由曲轴正时齿轮驱动）。2 2、作用：使可燃、作用：使可燃混和气及时充入气混和气及时充入气缸并及时从气缸排缸并及时从气缸排出废气。出废气。四川农业大学农机系四川农业大学农机系1 1、组成：主要包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、喷油器、空气滤清、组成：主要包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、喷油器、空气滤清器，进气管、排气管，排气消声器等。器，进气管、排气管，排气消声器等。四、燃油供给系四、燃油供给系2 2、作用：把汽油和空气混合

7、成、作用：把汽油和空气混合成合适的可燃混合气供入气缸，合适的可燃混合气供入气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出发动机。气排出发动机。四川农业大学农机系四川农业大学农机系1、组成：主要包括供给低压电流的蓄电池和发电机；将低压电流变成高、组成：主要包括供给低压电流的蓄电池和发电机；将低压电流变成高压电流的断电器（与分电装置等组合成为分电器）和点火线圈，把高压电压电流的断电器（与分电装置等组合成为分电器）和点火线圈，把高压电流按规定时刻通过分电装置通到各气缸的火花塞等。流按规定时刻通过分电装置通到各气缸的火花塞等。五、点火系五、点火系2、作用：保证按规定时刻及时、作用：保

8、证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。点燃气缸中被压缩的混合气。四川农业大学农机系四川农业大学农机系1 1、组成：主要包括水泵、散热器、风扇、分水管、气缸体放水阀以、组成：主要包括水泵、散热器、风扇、分水管、气缸体放水阀以及气缸体和气缸盖里铸出得空腔及气缸体和气缸盖里铸出得空腔水套等。水套等。六、冷却系六、冷却系2 2、作用、作用: :把受热机件的热把受热机件的热量散到空气中去，以保证量散到空气中去，以保证发动机正常工作。发动机正常工作。四川农业大学农机系四川农业大学农机系七、润滑系七、润滑系1 1、组成：主要包括机油泵、集滤、组成：主要包括机油泵、集滤器、限压阀、润滑油道、机油粗器、限压

9、阀、润滑油道、机油粗滤器、机油细滤器和机油冷却器滤器、机油细滤器和机油冷却器等。等。2 2、作用：是将润滑油供给作相对、作用：是将润滑油供给作相对运动的零件以减少它们之间的摩运动的零件以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的磨损，并部擦阻力，减轻机件的磨损，并部分的冷却摩擦零件，清洗摩擦表分的冷却摩擦零件，清洗摩擦表面。面。四川农业大学农机系四川农业大学农机系八、起动系八、起动系1.1.组成：主要包括蓄电池、起组成：主要包括蓄电池、起动机及其控制电路组成。动机及其控制电路组成。2.2.作用：用以使静止的发动作用：用以使静止的发动机起动并转入自行转动。机起动并转入自行转动。四川农业大学农机系四川农业

10、大学农机系上止点上止点 下止点下止点 活塞行程活塞行程(S) 曲柄半径曲柄半径(R) 燃烧室容积燃烧室容积(Vc ) 气缸总容积气缸总容积(Va ) VL= V h iVh= D2S 10-6/4 （L） D气缸直径，mm S活塞行程，mm 1.1.基本术语基本术语发动机排量发动机排量(VL)气缸工作容积气缸工作容积(V h )四川农业大学农机系四川农业大学农机系定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比。用缩比。用表示。表示。 现代汽油机压缩比一般为现代汽油机压缩比一般为911。柴油机压缩比一般为柴油机压缩比一

11、般为1622。压缩比压缩比= Va/Vc压缩比是内燃机重要压缩比是内燃机重要的技术指标。压缩比的技术指标。压缩比的大小反映了气体在的大小反映了气体在汽缸内被压缩的程度。汽缸内被压缩的程度。压缩比越大其动力性压缩比越大其动力性和经济性越好。和经济性越好。四川农业大学农机系四川农业大学农机系名名 称称成成 因因 现现 象象后后 果果爆燃爆燃由于气体压力和温由于气体压力和温度过高，在燃烧室度过高，在燃烧室内离点燃中心较远内离点燃中心较远处的末端可燃混合处的末端可燃混合气自燃而造成的一气自燃而造成的一种不正常燃烧。种不正常燃烧。火焰以极高的速率火焰以极高的速率向外传播，形成压向外传播，形成压力波，以声

12、速向前力波，以声速向前推进。当压力波撞推进。当压力波撞击燃烧室壁时就发击燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。出尖锐的敲缸声。还会引起发动机过热，功还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重等一系列不良后果。严重爆燃时甚至造成气门烧毁、爆燃时甚至造成气门烧毁、轴瓦破裂，火花塞绝缘体轴瓦破裂，火花塞绝缘体击穿等。击穿等。表面点火表面点火由于燃烧室内炽热由于燃烧室内炽热表面与炽热处表面与炽热处(如排如排气门头，火花塞电气门头，火花塞电极，积炭处极，积炭处)点燃混点燃混合气产生的另一种合气产生的另一种不正常燃烧。不正常燃烧。 伴有强烈的较沉闷伴有强烈的较沉闷敲击

13、声。敲击声。 产生的高压会使发动机机产生的高压会使发动机机件负荷增加，寿命降低。件负荷增加，寿命降低。压缩比过大的不良后果压缩比过大的不良后果四川农业大学农机系四川农业大学农机系工作循环工作循环 工作循环：工作循环：发动机完成一次能量交换的过程。称为完成一个工发动机完成一次能量交换的过程。称为完成一个工作循环。即发动机历经了进气、压缩、燃烧、作功、排气五个作循环。即发动机历经了进气、压缩、燃烧、作功、排气五个顺序一定的连续工作过程。顺序一定的连续工作过程。 四行程内燃机：四行程内燃机：活塞在汽缸内往复四次活塞在汽缸内往复四次(四个行程四个行程)，完成一个，完成一个工作循环。工作循环。 二行程内

14、燃机：二行程内燃机：活塞在汽缸内往复二次活塞在汽缸内往复二次(二个行程二个行程)，完成一个，完成一个工作循环。工作循环。四川农业大学农机系四川农业大学农机系a a、进气行程、进气行程b b、压缩行程、压缩行程 c c、作功行程、作功行程 d d、排气行程、排气行程四川农业大学农机系四川农业大学农机系进气行程进气行程示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。排气门关闭进气门开启活塞温度370440 K， 压力7590 kPa 大气压力线大气压力线PVra示功图示功图上止点下止点a a、进气行程、进气行程四川农业大学农机系四川农业大学农机系进气门关闭排气门关闭活塞压缩比： =Va/Vc

15、PVra示功图示功图大气压力线大气压力线c上止点下止点温度600800K， 压力6001500 kPa b b、压缩行程、压缩行程四川农业大学农机系四川农业大学农机系作功行程作功行程进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图示功图大气压力线大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度22002800 K， 压力35MPa 作功终了：温度15001700 K， 压力300500 kPa c c、作功行程、作功行程 四川农业大学农机系四川农业大学农机系排气行程排气行程进气门关闭进气门关闭排气门打开排气门打开活塞活塞PVr示功图大气压力线大气压力线cZb上止点下止点温度温度9001200 K 压力压力10

16、5125 kPa残余废气残余废气d d、排气行程、排气行程 四川农业大学农机系四川农业大学农机系四冲程发动机工作状态四冲程发动机工作状态 状态状态 行程行程温温 度度(K) 压压 力力进气行程进气行程3704407590 kPa压缩行程压缩行程6008006001500 kPa作功行程作功行程22002800(瞬时最高瞬时最高) 15001700(作功终了作功终了)35MPa (瞬时最高瞬时最高) 300500 kPa (作功终了作功终了)排气行程排气行程9001200105125 kPa四川农业大学农机系四川农业大学农机系3.四冲程柴油机的工作原理四冲程柴油机的工作原理喷油器进气门排气门纯空

17、气温度300370K压力800900 kPa 温度8001000K压力35 MPa 温度8001000K压力105400 kPa 终了：温8001000K压力105400 kPa 瞬时：温度18002200K压力510 MPa 四川农业大学农机系四川农业大学农机系柴油机工作时各行程状态参数柴油机工作时各行程状态参数 状态状态 行程行程温度温度(K)柴油机工作时各柴油机工作时各行程状态参数行程状态参数压力压力进气行程进气行程320350800900 kPa压缩行程压缩行程800100035MPa作功行程作功行程22002800(瞬时最高瞬时最高) 15001700(作功终了作功终了)510MPa

18、 (瞬时最高瞬时最高) 300500 kPa (作功终了作功终了)排气行程排气行程8001000105125 kPa四川农业大学农机系四川农业大学农机系思考思考四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么异同之处呢？四川农业大学农机系四川农业大学农机系柴油机与汽油机工作原理比较柴油机与汽油机工作原理比较1. 都有四个行程：进气、压缩、做功、排气。都有四个行程：进气、压缩、做功、排气。2.四个过程中，只有做功行程对外输出功，其余三个均消耗功。四个过程中，只有做功行程对外输出功，其余三个均消耗功。3.发动机完成一个工作循环，曲轴旋转两圈（发动机完成一个工作循环，曲轴旋转两圈（720）。）。4.第一个循环均

19、需外力带动。第一个循环均需外力带动。与柴油机相同与柴油机相同1.进气过程：进气过程进入汽缸的是汽油与空气的可燃混合气。进气过程：进气过程进入汽缸的是汽油与空气的可燃混合气。 2.压缩过程：汽油机在压缩过程压缩的是混合气。压缩过程：汽油机在压缩过程压缩的是混合气。3.着火方式不同：当压缩接近终了时着火方式不同：当压缩接近终了时,火花塞（火花塞（1525kV）产生电弧点燃）产生电弧点燃混合气。混合气。与柴油机不同与柴油机不同四川农业大学农机系四川农业大学农机系1. 柴油机的经济性比汽油机好。柴油机的经济性比汽油机好。2.柴油机和汽油机工作过程中各点的压力和温度都不同。柴油机和汽油机工作过程中各点的

20、压力和温度都不同。3.柴油机的燃烧过程既有等容加热柴油机的燃烧过程既有等容加热(燃烧燃烧)阶段又有等压加热阶段又有等压加热(燃烧燃烧)阶段阶段,属混合加热循环。而汽油机只有等容加热阶段属混合加热循环。而汽油机只有等容加热阶段,属等容加热循环。属等容加热循环。4.柴油机体积和重量大。柴油机体积和重量大。5.柴油机制造成本较高。柴油机制造成本较高。6.柴油机的工作噪音较大柴油机的工作噪音较大,启动困难。启动困难。柴油机与汽油机性能的比较柴油机与汽油机性能的比较四川农业大学农机系四川农业大学农机系重重 要要 概概 念念燃烧过程当压缩接近终了时燃烧过程当压缩接近终了时, ,火花塞跳火点燃混合气。从火花

21、塞跳火火花塞跳火点燃混合气。从火花塞跳火时到上止点时的曲轴转角时到上止点时的曲轴转角, ,称为点火提前角。称为点火提前角。 柴油是在压缩过程活塞接近上止点前将柴油喷入汽缸，从喷油开始到活柴油是在压缩过程活塞接近上止点前将柴油喷入汽缸，从喷油开始到活塞到达上止点时的曲轴转角塞到达上止点时的曲轴转角, ,称为喷油提前角。称为喷油提前角。点火提前角：（点火提前角：（汽油机）汽油机）喷油提前角：（喷油提前角：（柴油机）柴油机）一般点火（喷油）提前角为一般点火（喷油）提前角为(1035)四川农业大学农机系四川农业大学农机系4.二冲程汽油机工作原理二冲程汽油机工作原理压缩混合气压缩混合气进气进气点火燃烧点

22、火燃烧排气排气扫气孔扫气孔进气孔气孔排气孔排气孔火花塞火花塞四川农业大学农机系四川农业大学农机系5.二冲程柴油机工作原理二冲程柴油机工作原理换换 气气燃烧燃烧压压 缩缩喷油器喷油器空空气气扫气泵扫气泵排气门排气门四川农业大学农机系四川农业大学农机系思思 考考1.理论上它的功率应等于四理论上它的功率应等于四冲程发动机的二倍。冲程发动机的二倍。 2.由于作功频率较大，二冲由于作功频率较大，二冲程发动机的运转比较均匀程发动机的运转比较均匀平稳。平稳。 3.构造简单，质量较小。构造简单，质量较小。 4.易受磨损和经常需要修理易受磨损和经常需要修理的运动部件数量较少。的运动部件数量较少。二冲程发动机与四

23、二冲程发动机与四冲程发动机相比，冲程发动机相比，有何优点？有何优点？四川农业大学农机系四川农业大学农机系6.内燃机产品名称和型号编制规则（内燃机产品名称和型号编制规则（GB7252008）1 1、内燃机产品名称均按所采用的燃料命名，例如柴油机、汽油机、内燃机产品名称均按所采用的燃料命名，例如柴油机、汽油机、煤气机、沼气机，双燃料发动机等。煤气机、沼气机，双燃料发动机等。2 2、内燃机型号由阿拉伯数码和汉语拼音字母组成。、内燃机型号由阿拉伯数码和汉语拼音字母组成。四川农业大学农机系四川农业大学农机系型号编制示例型号编制示例（1）165F汽油机汽油机表示单缸，四冲程，缸径表示单缸，四冲程，缸径65

24、mm，风冷汽油机。，风冷汽油机。（2）R175柴油机柴油机表示单缸，四冲程，缸径表示单缸，四冲程，缸径75mm水冷，通用型水冷，通用型柴油机（这里柴油机（这里R表示表示175的换代标志符号）。的换代标志符号）。（3）X4105柴油机柴油机表示四缸，四冲程，缸径表示四缸，四冲程，缸径105mm，水冷柴油，水冷柴油机（这里取机（这里取X表示系列代号）。表示系列代号）。（5）495T柴油机柴油机表示四缸，四冲程，缸径表示四缸，四冲程，缸径95mm，水冷，拖拉机，水冷，拖拉机用柴油机。用柴油机。 （6）12V135ZG柴油机柴油机表示表示12缸，缸，V型，二冲程，缸径型，二冲程，缸径135mm，水冷，

25、增压，工程机械用柴油机。水冷，增压，工程机械用柴油机。四川农业大学农机系四川农业大学农机系)(9550106023kWnTenTePe1.3 发动机的主要性能指标发动机的主要性能指标动力性指标动力性指标1、有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，以、有效转矩：发动机通过飞轮对外输出的转矩称为有效转矩，以Te表示，表示，单位为单位为Nm。2、有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率称为发动机的有效功率。、有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率称为发动机的有效功率。用用Pe表示，单位为表示，单位为kW。式中：式中：Te有效转矩，有效转矩， Nm； n曲轴转速，曲轴转速，r/min。发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。四川农业大学农机系四川农业大学农机系)/(103hkWgPeGgfe经济性指标经济性指标3、燃油消耗率：发动机每发出、燃油消耗率：发动机每发出1kW的功率，在的功率，在1h内所消耗的燃油质量内所消耗的燃油质量（以（以g 单位），用单位），用ge 表示。燃油消耗率可由下式计算：表示。