内燃机的构造和工作原理

1、中石油煤层气有限责任公司中石油煤层气有限责任公司PETROCHINACOALBEDMETHANECOMPANYLIMITED排采一队：马鑫排采一队：马鑫二一三年三月三十日二一三年三月三十日一一 内燃机的总体构造内燃机的总体构造一、内燃机的类型一、内燃机的类型1、按活塞运动方式：往复活塞式和旋转活塞式、按活塞运动方式：往复活塞式和旋转活塞式 2、根据所用燃料种类：汽油机、柴油机和气体燃料发动机、根据所用燃料种类：汽油机、柴油机和气体燃料发动机 3、按冷却方式：水冷和风冷、按冷却方式：水冷和风冷 4、按行程数：四冲程和二冲程、按行程数：四冲程和二冲程 5、按进气状态：增压和非增压、按进气状态：增压

2、和非增压 按冷却方式分按冷却方式分：水冷发动机：水冷发动机 风冷发动机风冷发动机 按进气方式分按进气方式分：自然吸气式发动机（非增压式：自然吸气式发动机（非增压式发动机）发动机） 强制吸气式（增压式发动机）强制吸气式（增压式发动机） 按按 气气 缸缸 数数 分分：单缸发动机：单缸发动机 多缸发动机多缸发动机 按气缸排列方式分：按气缸排列方式分：单列发动机：直立式发动单列发动机：直立式发动机、平卧式发动机机、平卧式发动机 双列发动机：双列发动机：V型发动机、型发动机、 水平对置式发动机水平对置式发动机气缸的排列分单列、双列，双列分气缸的排列分单列、双列，双列分V型、对置式型、对置式单列式单列式对

3、置式对置式V型排列型排列内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分：自然吸气内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分：自然吸气(非增压非增压)式发动机、式发动机、强制进气强制进气(增压式增压式)发动机发动机。二、二、 往复活塞式内燃机的基本原理往复活塞式内燃机的基本原理1.1.上止点上止点：活塞离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上行到最高位置。 2.2.下止点下止点：活塞离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行到最低位置。 3.3.活塞行程活塞行程(S)(S)：上、下两止点间的距离(mm)。 4.4.曲柄半径曲柄半径(R)(R)：与连杆下端(即连杆大头)相连的曲柄销中心到曲轴回转中心的距离(mm)。

4、5.5.气缸工作容积气缸工作容积(h)(h)：活塞从上止点到下止点所让出的空间容积(L)。 h =D2S/(4106) (L) 式中：D气缸直径(mm)。6.6.燃烧室容积燃烧室容积(C C) )：活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积(L)。7.7.气缸总容积气缸总容积(a)(a)：活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积(L)。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之和，即 a =h8.发动机的工作循环发动机的工作循环：在气缸内进行的每一次将燃料燃烧的热能转化为机械能的一系列连续过程(进气、压缩、作功和排气)称发动机的工作循环。 （1）二冲程发动机）二冲程发动机：活塞往复

5、两个行程完成一个工作循环的称为二冲程发动机。 （2）四冲程发动机）四冲程发动机：活塞往复四个行程完成一个工作循环的称为四冲程发动机。 9 .压缩比压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用表示。V Va a 气缸总容积；气缸总容积； V Vh h 气缸工作容积；气缸工作容积； V Vc c 燃烧室容积；燃烧室容积；10.发动机排量发动机排量：多缸发动机各气缸工作容积的总多缸发动机各气缸工作容积的总和称为发动机排量和称为发动机排量 ，用，用表示表示VL 。VL=Vhi V Vh h气缸工作容积气缸工作容积 （气缸排量）（气缸排量） i 气缸数目气缸数目 与汽油机工作与汽油机工作原理相比，只

6、有一原理相比，只有一个行程即作功行程个行程即作功行程中，柴油机由于用中，柴油机由于用的柴油粘度比汽油的柴油粘度比汽油大、不易蒸发，且大、不易蒸发，且自然温度又较汽油自然温度又较汽油低，所以采用的是低，所以采用的是压缩自燃式点火。压缩自燃式点火。 汽油机汽油机柴油机柴油机汽油与空气缸外混合，进汽油与空气缸外混合，进入可燃混合气入可燃混合气进入气缸的是纯空气进入气缸的是纯空气电火花点燃混合气电火花点燃混合气高温气体加热柴油燃烧高温气体加热柴油燃烧有点火系有点火系无点火系无点火系无喷油器无喷油器有喷油器有喷油器燃料的理化性能决定了汽油机是点燃，柴油机是压燃料的理化性能决定了汽油机是点燃，柴油机是压燃

7、。燃。二、二、 四行程发动机工作原理四行程发动机工作原理1 1、进气行程、进气行程 2、压缩行程、压缩行程3、作功行程、作功行程4、排气行程、排气行程 进气行程 起动机通电带动曲轴旋转，曲轴的转动使活塞自上而下运动，这时，排气门关闭，进气门打开，新鲜空气进入气缸和燃烧室。压缩行程 活塞从下止点向上运动，这时，进气门和排气门均关闭，吸入气缸内的空气受到活塞的压缩，压力提高，温度也随之升高。做功行程 当活塞压缩到上止点，喷油器向燃烧室喷入雾状柴油，油雾与压缩空气充分混合，形成高温高压的燃气，并开始自行着火燃烧，混合汽膨胀做功，推动活塞向下运动，从而推动曲轴转动，对外输出功。排气行程 活塞从下止点往

8、上运动，这时，进气门关闭，排气门打开，燃烧废气在活塞的推动下排出燃烧室外，完成一个工作行程，这时曲轴转动两周。 当柴油机完成排气行程后，在曲轴飞轮总成的惯性力作用下，又重复上述工作循环过程，使柴油机连续运转对外输出功率。三、柴油机的构造三、柴油机的构造骨架骨架l 机体机体l 气缸套气缸套l 曲轴箱曲轴箱l 气缸盖气缸盖l 油底壳油底壳 两大机构l 曲柄连杆机构曲柄连杆机构l 配气机构配气机构 五大系统五大系统l进排气系统进排气系统l燃料供给系统燃料供给系统l润滑系统润滑系统l冷却系统冷却系统l起动系统起动系统内燃机的基本构成内燃机的基本构成张紧轮张紧轮油标尺油标尺水泵水泵加机油口加机油口节温器

9、节温器外部结构：外部结构：进气管进气管柴油滤清器柴油滤清器起动机起动机飞轮壳飞轮壳 油底壳油底壳喷油泵总成喷油泵总成风扇风扇充电发充电发电机电机起吊环起吊环空压机空压机厂牌厂牌机油冷却器机油冷却器机油滤清器机油滤清器放水阀放水阀涡轮增涡轮增压器压器曲轴箱曲轴箱气缸体气缸体气缸垫气缸垫气缸盖气缸盖气缸气缸油底壳油底壳机体是发动机的骨架，用于安装和支撑发动机各总成零部件，由气机体是发动机的骨架，用于安装和支撑发动机各总成零部件，由气缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。水道和油道水道和油道气缸体气缸体 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成

10、一体，一般用灰铸铁铸成，水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，挺柱腔其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，挺柱腔、冷却水套和润滑油道、水道等。、冷却水套和润滑油道、水道等。油底壳油底壳功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。构造：构造：（1 1）用薄钢板冲压而成。）用薄钢板冲压而成。(2)(2)储油、内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的储油、内部设有

11、稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的波动。波动。(3)(3)最低处有放油塞最低处有放油塞( (磁性磁性) )(4) (4) 曲轴箱与油底壳之间有密封曲轴箱与油底壳之间有密封衬垫。衬垫。 曲柄连杆机构曲柄连杆机构 柴油机大部分机型的曲轴均采用整体式全支承柴油机大部分机型的曲轴均采用整体式全支承结构（即相邻两个曲拐之间都设有主轴颈）。结构（即相邻两个曲拐之间都设有主轴颈）。 小头端与正时齿轮有多种定位安装形式：键槽小头端与正时齿轮有多种定位安装形式：键槽、销钉、过盈配合、销钉、过盈配合曲轴飞轮总成曲轴飞轮总成气环气环油环油环活塞销活塞销活塞活塞连杆连杆连杆螺栓连杆螺栓连杆轴瓦连杆轴瓦连杆

12、盖连杆盖功用：功用： (1)活塞顶部与气缸盖、气缸活塞顶部与气缸盖、气缸壁等共同组成燃烧室；壁等共同组成燃烧室； (2) 活塞承受气体压力，并将活塞承受气体压力，并将此力传给连杆，以推动曲轴旋此力传给连杆，以推动曲轴旋转。转。工作环境：工作环境：高温、散热条件差；顶部工作高温、散热条件差；顶部工作温度高且分布不均匀；高速，温度高且分布不均匀；高速，活塞线速度，承受很大的惯性活塞线速度，承受很大的惯性力。力。活塞连杆总成活塞连杆总成根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排排气

13、门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。摇臂轴摇臂轴凸轮轴凸轮轴凸轮轴正凸轮轴正时齿轮时齿轮推杆推杆摇臂摇臂挺柱挺柱配气机构配气机构排气制动阀排气制动阀消声器消声器中冷器中冷器增压器增压器空滤器空滤器进气管进气管排气排气管管 进排气系统进排气系统是柴油机第是柴油机第一重要度的一重要度的系统，因为系统，因为充足、清洁充足、清洁的空气对柴的空气对柴油机的性能油机的性能影响很大。影响很大。 功能：向柴

14、功能：向柴油机各工作油机各工作气缸提供新气缸提供新鲜、清洁、鲜、清洁、密度足够大密度足够大的空气。的空气。进排气系统进排气系统1 功用功用 完成燃料的储存、滤清和输送工作，按柴油机各种不同工况的要求，定完成燃料的储存、滤清和输送工作，按柴油机各种不同工况的要求，定时、定量、定压并以一定的喷油质量喷入燃烧室，使其与空气迅速而良时、定量、定压并以一定的喷油质量喷入燃烧室，使其与空气迅速而良好地混合和燃烧，最后使废气排入大气。好地混合和燃烧，最后使废气排入大气。(1)在适当的时刻，将一定数量的洁净燃油增压后以适当的规律喷入燃烧在适当的时刻，将一定数量的洁净燃油增压后以适当的规律喷入燃烧室。室。(2)

15、在每一个工作循环内，各气缸均喷油一次，喷油次序与气缸工作顺序在每一个工作循环内，各气缸均喷油一次，喷油次序与气缸工作顺序一致一致(3)根据柴油机负荷的变化自动调节循环供油量，以保证柴油机稳定运转根据柴油机负荷的变化自动调节循环供油量，以保证柴油机稳定运转，尤其是稳定怠速，限制超速，尤其是稳定怠速，限制超速(4)储存一定数量的燃油，保证汽车的最大里程。储存一定数量的燃油，保证汽车的最大里程。燃油供给系统必须满足柴油的燃烧理论。燃油供给系统必须满足柴油的燃烧理论。燃油供给系统燃油供给系统 要使燃烧过程进行得好，混合气形成的好环是关键，所以要使燃烧过程进行得好，混合气形成的好环是关键，所以对混合气形

16、成的要求如下：对混合气形成的要求如下： 必须要有足够的空气量和适当的柴油量必须要有足够的空气量和适当的柴油量 因为柴油燃烧放出热量是由于柴油和空气中的氧气在一定因为柴油燃烧放出热量是由于柴油和空气中的氧气在一定温度和压力条件下产生化学作用的结果，所以空气与柴油温度和压力条件下产生化学作用的结果，所以空气与柴油是放热的两个重要因素。是放热的两个重要因素。 空气量与柴油量比例不同，所空气量与柴油量比例不同，所形成的可燃混合气的成分也就不同，一般要求：形成的可燃混合气的成分也就不同，一般要求： =1.31.5 过大，混合气过稀，燃烧速度慢，散发热量多，功率下过大，混合气过稀，燃烧速度慢，散发热量多，

17、功率下降。降。 过小，混合气过浓，燃烧不完全，油耗增加，冒黑烟，过小，混合气过浓，燃烧不完全，油耗增加，冒黑烟，经济性变坏。经济性变坏。 2 组成组成 燃油供给装置：柴油箱、输油泵、柴油滤清器燃油供给装置：柴油箱、输油泵、柴油滤清器(柴油滤清器有粗细两种，一柴油滤清器有粗细两种，一般粗滤器设在输油泵之前，细滤器设在输油泵之后般粗滤器设在输油泵之前，细滤器设在输油泵之后 )、喷油泵、喷油器等。、喷油泵、喷油器等。吸油管路、低压管路、高压管路的分类吸油管路、低压管路、高压管路的分类带水分离器带水分离器的预滤器的预滤器主滤清器主滤清器带过滤器的带过滤器的油箱油箱高压高压传感器传感器执行器执行器喷油器

18、喷油器轨压传感器轨压传感器EDC7ECU轨轨CP3.3低压低压高压共轨系统高压共轨系统一、冷却系统的作用：一、冷却系统的作用：保持发动机在最适宜的温度范围内工作。保持发动机在最适宜的温度范围内工作。 发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度高达发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度高达2200K2800K，大约大约1/3做功转变为机械能，其余大部分随做功转变为机械能，其余大部分随 废气排出，其余则被发动废气排出，其余则被发动机零件吸收，使发动机零部件温度升高，特别是直接与高温气体接触机零件吸收，使发动机零部件温度升高，特别是直接与高温气体接触的零件，若不及时冷却，则难以保证发动机正常

19、工作。的零件，若不及时冷却，则难以保证发动机正常工作。二、发动机过热或过冷的危害二、发动机过热或过冷的危害 1.发动机过热的危害发动机过热的危害 1)降低充气效率，使发动机功率下降；降低充气效率，使发动机功率下降；2)早燃和爆燃的倾向加大，使零件因承受额外冲击性负荷而造成早期损早燃和爆燃的倾向加大，使零件因承受额外冲击性负荷而造成早期损坏；坏； 3)运动件的正常间隙（热胀冷缩）被破坏，运动阻滞，磨损加剧，甚至运动件的正常间隙（热胀冷缩）被破坏，运动阻滞，磨损加剧，甚至损坏；损坏； 冷却系统冷却系统1 、压力润滑：、压力润滑：利用机油泵，将具有一定压力的润滑油源源不利用机油泵，将具有一定压力的润

20、滑油源源不断地送往摩擦表面。例如，曲轴主轴承、连杆轴承及凸轮轴轴断地送往摩擦表面。例如，曲轴主轴承、连杆轴承及凸轮轴轴承等处承受的载荷及相对运动速度较大，需要以一定压力将机承等处承受的载荷及相对运动速度较大，需要以一定压力将机油输送到摩擦面的间隙中，方能形成油膜以保证润滑。这种润油输送到摩擦面的间隙中，方能形成油膜以保证润滑。这种润滑方式称为压力润滑。滑方式称为压力润滑。 2 、飞溅润滑：、飞溅润滑：利用发动机工作时运动零件飞溅起来的油滴或利用发动机工作时运动零件飞溅起来的油滴或油雾来润滑摩擦表面的润滑方式称为飞溅润滑。这种润滑方式油雾来润滑摩擦表面的润滑方式称为飞溅润滑。这种润滑方式可使裸露

21、在外面承受载荷较轻的气缸壁，相对滑动速度较小的可使裸露在外面承受载荷较轻的气缸壁，相对滑动速度较小的活塞销，以及配气机构的凸轮表面、挺柱等得到润滑。活塞销，以及配气机构的凸轮表面、挺柱等得到润滑。 3、定期润滑：、定期润滑：发动机辅助系统中有些零件则只需定期加注润发动机辅助系统中有些零件则只需定期加注润滑脂（黄油）进行润滑，例如水泵及发电机轴承就是采用这种滑脂（黄油）进行润滑，例如水泵及发电机轴承就是采用这种方式定期润滑。近年来在发动机上采用含有耐磨润滑材料（如方式定期润滑。近年来在发动机上采用含有耐磨润滑材料（如尼龙、二硫化钼等）的轴承来代替加注润滑脂的轴承。尼龙、二硫化钼等）的轴承来代替加

22、注润滑脂的轴承。 润滑系统润滑系统 发动机工作时，传力零件相对运动表发动机工作时，传力零件相对运动表面之间不能直接接触。因为，任何零件面之间不能直接接触。因为，任何零件的工作表面，即使经过极为精密的加工的工作表面，即使经过极为精密的加工，也难免存在一定程度的表面粗糙度。，也难免存在一定程度的表面粗糙度。在它们接触且相对运动时，必然产生摩在它们接触且相对运动时，必然产生摩擦和磨损。而摩擦产生的阻力，既要消擦和磨损。而摩擦产生的阻力，既要消耗动力，阻碍零件的运动，又使零件发耗动力，阻碍零件的运动，又使零件发热，甚至导致工作表面烧损。因此，必热，甚至导致工作表面烧损。因此，必须进行润滑。即在两零件的工作表面之须进行润滑。即在两零件的工作表面之间加入一层润滑油使其形成油膜，将零间加入一层润滑油使其形成油膜，将零件完全隔开，处于完全的液体摩擦状态件完全隔开，处于完全的液体摩擦状态，这样，功率消耗和磨损就会大为减少，这样，功率消耗和磨损就会大为减少。润滑系统的作用润滑系统的作用1、润滑：、润滑：将润滑油不断地供给各零件的摩擦表面，形成润滑油膜，减小零件的摩擦、磨将润滑油不断地供给各零件的摩擦表面，形成润滑油膜，减小零件的摩擦、磨损和功率消耗。损和功率消耗。2、清洁、清洁 ：发动