工程机械概论课件第1章内燃机基本原理与构造

1、工程机械概论工程机械概论第一章第一章内燃机基本原理与构造内燃机基本原理与构造 15:52 / 2教学目的与要求：教学目的与要求： 掌握内燃机的总体结构与工作原理；掌握内燃机的总体结构与工作原理； 重点、难点：重点、难点： 能以性能指标为主线，了解到与性能指标密能以性能指标为主线，了解到与性能指标密切相关的工作过程（循环、进气、排气、燃切相关的工作过程（循环、进气、排气、燃烧工程），分析影响性能指标的主要因素，烧工程），分析影响性能指标的主要因素，找出提高内燃机性能的基本规律和技术措施。找出提高内燃机性能的基本规律和技术措施。 15:52 / 3二、内燃机基本概念二、内燃机基本概念l内燃机是一种

2、将热能转内燃机是一种将热能转变为机械能的热力发动变为机械能的热力发动机。它是将燃料和空气机。它是将燃料和空气混合成可燃混合气，在混合成可燃混合气，在气缸内燃烧变成热能，气缸内燃烧变成热能，再通过一定的机构使之再通过一定的机构使之变成机械能。由于燃料变成机械能。由于燃料的燃烧是在产生动力的的燃烧是在产生动力的空间（通常为气缸）中空间（通常为气缸）中进行的，因此它被称为进行的，因此它被称为内燃机。内燃机。15:52 / 4外燃机与内燃机外燃机与内燃机l外燃外燃机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器内部并转变成机械能输出的热力发动入到机器内部并转变成机械能输

3、出的热力发动机。机。如蒸汽机。如蒸汽机。l内燃内燃机：液体或气体燃料和空气混合后直接输机：液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再将热能转入机器内部燃烧而产生热能，然后再将热能转变成机械能输出的热力发动机。变成机械能输出的热力发动机。如活塞式内燃如活塞式内燃机。机。二、内燃机基本概念二、内燃机基本概念15:52 / 5外燃机与内燃机比较外燃机与内燃机比较l外燃外燃机体积大，重量重，热效率低；机体积大，重量重，热效率低；l内燃机热效率高，体积小，重量轻，便于移动，内燃机热效率高，体积小，重量轻，便于移动，起动性能好起动性能好; ;二、内燃机基本概念二、内燃机基本概念15:

4、52 / 6二、内燃机的分类二、内燃机的分类（1 1）液体燃料发动机：）液体燃料发动机：汽油机（汽油机（gasoline enginegasoline engine）；）； 柴油机（柴油机（diesel enginediesel engine）。）。 （2 2）气体燃料发动机：）气体燃料发动机：压缩天然气发动机（压缩天然气发动机（CNGCNG）；）； 液化石油气发动机（液化石油气发动机（LPGLPG）。）。 15:52 / 7二、内燃机二、内燃机的分类的分类（3 3）按冷却方式分类：）按冷却方式分类：水冷，风冷水冷，风冷15:52 / 8二、内燃机二、内燃机的分类的分类（4 4）按点火方式分：

5、）按点火方式分： （1 1）点燃式（如汽油机、气体燃料发动机）；）点燃式（如汽油机、气体燃料发动机）； （2 2）压燃式（如柴油机）。）压燃式（如柴油机）。（5 5）按进气方式分：）按进气方式分： （1 1）自然吸气式发动机（非增压式发动机）；）自然吸气式发动机（非增压式发动机）； （2 2）强制吸气式（增压式发动机）。）强制吸气式（增压式发动机）。15:52 / 9二、内燃机二、内燃机的分类的分类15:52 / 10二、内燃机二、内燃机的分类的分类（6 6）按气缸排列方式分：）按气缸排列方式分： 直立式发动机直立式发动机 （1 1）单列发动机）单列发动机 平卧式发动机平卧式发动机 V V型发

6、动机型发动机 （2 2）双列发动机）双列发动机 水平对置式发动机。水平对置式发动机。15:52 / 11直列四缸发动机直列四缸发动机（1 1） 直列式直列式：多用于六缸以下的发动机。：多用于六缸以下的发动机。（2 2） V V型式：型式：它缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以它缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以上的发动机。上的发动机。（3 3） 对置式：对置式：是是V V型的特殊形式。型的特殊形式。 二、内燃机的分类二、内燃机的分类15:52 / 1215:52 / 13二、内燃机二、内燃机的分类的分类（7 7）按完成一个工作循环所需的冲程数：）按完成一个工作循环所需的冲程数：四冲程，四

7、冲程，二冲程二冲程 四行程内燃机：四行程内燃机：把曲轴转两圈把曲轴转两圈(720(720) )，活塞在气缸内上，活塞在气缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机；下往复运动四个行程，完成一个工作循环的内燃机；15:52 / 14二、内燃机二、内燃机的分类的分类（7 7）按完成一个工作循环所需的冲程数：）按完成一个工作循环所需的冲程数：四冲程，四冲程，二冲程二冲程二行程内燃机：二行程内燃机：把曲轴转一圈把曲轴转一圈(360(360) )，活塞在气缸内上下，活塞在气缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机。往复运动两个行程，完成一个工作循环的内燃机。目前发动机广泛使用目前发动机

8、广泛使用四行程内燃机。四行程内燃机。15:52 / 15二、内燃机二、内燃机的分类方法的分类方法（8 8）按汽缸数目：）按汽缸数目：单缸机，多缸机。仅有一个气缸单缸机，多缸机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。动机称为多缸发动机。 如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。用四缸、六缸、八缸发动机。15:52 / 161)1)上止点：上止点：活塞顶离曲轴回转中活塞顶离曲轴

9、回转中心最远处，通常指活塞最高位置。心最远处，通常指活塞最高位置。2)2)下止点：下止点：活塞顶离曲轴回转中活塞顶离曲轴回转中心最近处，通常指活塞的最低位心最近处，通常指活塞的最低位置。置。3)3)活塞冲程（）：活塞冲程（）：上下两止点上下两止点之间的距离。之间的距离。4)4)曲柄半径（）：曲柄半径（）：与连杆下端与连杆下端相连的曲柄销中心到曲柄回转中相连的曲柄销中心到曲柄回转中心的距离。显然：心的距离。显然：2 2三、基本术语三、基本术语15:52 / 175)5)气缸工作容积（气缸工作容积（V Vh h）：）：活塞从上止点到下止点所活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积。扫过的气缸容积。6)

10、 6) 燃烧室容积（燃烧室容积（V VC C）：）：活塞在上止点时，活塞上活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，其容积叫燃烧室容积方的空间叫燃烧室，其容积叫燃烧室容积7)7)气缸总容积（气缸总容积（VaVa）：）：活塞在下止点时，活塞上方活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积。的容积称为气缸总容积。三、基本术语三、基本术语15:52 / 188)8)压缩比（压缩比（）：）：气缸总容积与燃烧室容积的比。气缸总容积与燃烧室容积的比。一般汽油机压缩比约为一般汽油机压缩比约为6-106-10，柴油机的压缩比约为，柴油机的压缩比约为15-22.15-22.9)9)内燃机排量（内燃机排量（V VL

11、 L）：）：内燃机所有气缸工作容积之和。内燃机所有气缸工作容积之和。三、基本术语三、基本术语15:52 / 19汽油发动机组成示意图汽油发动机组成示意图气缸盖气缸盖气缸体气缸体活塞活塞连杆连杆曲轴曲轴油底壳油底壳进气门进气门火花塞火花塞排气门排气门曲轴箱曲轴箱气缸盖气缸盖气缸体气缸体活塞活塞连杆连杆曲轴曲轴油底壳油底壳进气门进气门喷油器喷油器排气门排气门曲轴箱曲轴箱柴油发动机组成示意图柴油发动机组成示意图四、往复活塞式内燃机的基本结构和工作原理四、往复活塞式内燃机的基本结构和工作原理15:52 / 20（一）四冲程汽油机基本工作原理（一）四冲程汽油机基本工作原理1 1、化油器式汽油机：、化油器

12、式汽油机： 汽油和空气在化油器内汽油和空气在化油器内混合成可燃混合气，再输入混合成可燃混合气，再输入发动机气缸并加以压缩，然发动机气缸并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发后用电火花使之点火燃烧发热而作功热而作功传统式。传统式。1-1-空气滤清器；空气滤清器；2-2-针阀；针阀；3-3-浮子；浮子；4-4-喷嘴；喷嘴；5-5-喉管；喉管；6-6-节气门；节气门；7-7-进气歧管；进气歧管；8-8-量孔；量孔；9-9-浮子室；浮子室；10-10-进气预热套管；进气预热套管；11-11-进气门进气门15:52 / 21（一）四冲程汽油机基本工作原理（一）四冲程汽油机基本工作原理2 2、汽油喷射式汽

13、油机：、汽油喷射式汽油机： （1 1）进气管内喷射：）进气管内喷射： 将汽油喷射入进气管内，同空气混合将汽油喷射入进气管内，同空气混合成可燃混合气，再输入发动机气缸并加以压缩，然后用电火成可燃混合气，再输入发动机气缸并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功花使之点火燃烧发热而作功（现代轿车电控汽油喷射式（现代轿车电控汽油喷射式汽油机）。汽油机）。15:52 / 22（一）四冲程汽油机基本工作原理（一）四冲程汽油机基本工作原理2 2、汽油喷射式汽油机：、汽油喷射式汽油机： （2 2）气缸内直接喷射：）气缸内直接喷射：将汽油直接喷射入气缸内同空气混将汽油直接喷射入气缸内同空气混合成可燃混合气

14、并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发合成可燃混合气并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功热而作功（未来发展）。（未来发展）。15:52 / 23 在发动机内，每一次将热能转变成机械能都必须经过在发动机内，每一次将热能转变成机械能都必须经过吸入空气、压缩和输入燃料，使之点火燃烧而膨胀作功，然吸入空气、压缩和输入燃料，使之点火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排除这样一系列连续过程，称为一个工作循后将生成的废气排除这样一系列连续过程，称为一个工作循环。环。.（一）四冲程汽油机基本工作原理（一）四冲程汽油机基本工作原理15:52 / 24吸气冲程（吸气冲程（0 0180 180 CACA）汽

15、油和空气 活塞由上止点向下止点运活塞由上止点向下止点运动，活塞上方气缸容积增大，动，活塞上方气缸容积增大，形成一定真空，此时排气门关形成一定真空，此时排气门关闭，进气门打开，可燃混合气闭，进气门打开，可燃混合气由化油器经进气管、进气门吸由化油器经进气管、进气门吸入气缸，历时一个活塞冲程，入气缸，历时一个活塞冲程，曲轴旋转曲轴旋转180180转角转角。（一）四冲程汽油机基本工作原理（一）四冲程汽油机基本工作原理15:52 / 25压缩冲程（压缩冲程（180360 CA） 为了使可燃混合气能迅速燃为了使可燃混合气能迅速燃烧，使发动机发出更大功率，燃烧，使发动机发出更大功率，燃烧前必须将可燃混合气压

16、缩，使烧前必须将可燃混合气压缩，使其容积缩小，密度加大，温度升其容积缩小，密度加大，温度升高。此时，进、排气门均关闭，高。此时，进、排气门均关闭，活塞从下止点向上止点移动，曲活塞从下止点向上止点移动，曲轴旋转轴旋转180 180 CACA。（一）四冲程汽油机基本工作原理（一）四冲程汽油机基本工作原理15:52 / 26做功冲程做功冲程（0 0180 180 CACA） 进、排气门仍关闭。当压缩进、排气门仍关闭。当压缩冲程接近终了时，火花塞发出电冲程接近终了时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气火花，点燃被压缩的可燃混合气，放出大量的热能，使气缸内的，放出大量的热能，使气缸内的压力和温度迅

17、速增加，推动活塞压力和温度迅速增加，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。转动。（一）四冲程汽油机基本工作原理（一）四冲程汽油机基本工作原理15:52 / 27排气冲程（排气冲程（180360 CA）燃烧后的废气 当膨胀接近终了时，排气门当膨胀接近终了时，排气门打开，靠废气的压力进行自由排打开，靠废气的压力进行自由排气（排气门开启时废气压力与大气（排气门开启时废气压力与大气压力之比大于临界压力比），气压力之比大于临界压力比），大部分废气自行排出。活塞到达大部分废气自行排出。活塞到达下止点后再向上止点移动，继续下止点后再向上止点移动，继续将废气强制排到大气中将废气

18、强制排到大气中。（一）四冲程汽油机基本工作原理（一）四冲程汽油机基本工作原理15:52 / 28（二）四冲程柴油机工作原理（二）四冲程柴油机工作原理 四冲程柴油机每个工作循环也经历四冲程柴油机每个工作循环也经历吸气、压缩、作功、吸气、压缩、作功、排气排气四个冲程，相应地曲轴旋转了两周。四个冲程，相应地曲轴旋转了两周。 柴油的粘度比汽油大，不易蒸发，不可能用气缸外部的柴油的粘度比汽油大，不易蒸发，不可能用气缸外部的化油器进行雾化，因此不可能采用气缸外部形成可燃混合气化油器进行雾化，因此不可能采用气缸外部形成可燃混合气的方法，唯有在高温、高压的气缸内采用高压喷射才能将柴的方法，唯有在高温、高压的气

19、缸内采用高压喷射才能将柴油在很短的时间内完全雾化。油在很短的时间内完全雾化。 柴油的自燃温度比汽油低，因此，可燃混合气的着火方柴油的自燃温度比汽油低，因此，可燃混合气的着火方式可采用自燃（压燃）方式，与汽油机的点燃方式不同（否式可采用自燃（压燃）方式，与汽油机的点燃方式不同（否则会产生爆炸性燃烧，使柴油机工作粗暴）。则会产生爆炸性燃烧，使柴油机工作粗暴）。15:52 / 29吸气冲程吸气冲程 压缩冲程压缩冲程 做功冲程做功冲程 排气冲程排气冲程空气空气燃烧后的废气燃烧后的废气（二）四冲程柴油机工作原理（二）四冲程柴油机工作原理15:52 / 30想想议议： 汽油机和柴油机的工作过程有什么相同汽

20、油机和柴油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？点，有什么不同点？相同点相同点不同点不同点15:52 / 311 1基本构造和主要部件的作用相似。基本构造和主要部件的作用相似。2 2 每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。缩冲程、做功冲程、排气冲程。3 3 四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。个冲程靠飞轮惯性完成。4 4 一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。周，做功一次。相同相同点点15:52 / 3

21、2不同点不同点1 1构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。部有喷油嘴。2.2.着火方式不同：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式；着火方式不同：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式；3.3.可燃混合气形成方式不同：汽油机是气缸外部化油器可燃混合气形成方式不同：汽油机是气缸外部化油器内均匀混合内均匀混合（传统化油器式和现代轿车进气管内电控汽油（传统化油器式和现代轿车进气管内电控汽油喷射式），喷射式），柴油机是气缸内部燃烧室内不均匀混合；柴油机是气缸内部燃烧室内不均匀混合；（均（均匀性体现在燃料的蒸发性、混合气形成时间的长短）匀性体现在燃料的蒸

22、发性、混合气形成时间的长短）4.4.发动机功率调节方式不同：发动机功率调节方式不同： 汽油机是通过调节节气门汽油机是通过调节节气门开度的大小改变可燃混合气的数量而改变发动机功率的大开度的大小改变可燃混合气的数量而改变发动机功率的大小，属小，属“量量”的调节；柴油机是通过改变喷油泵每循环的的调节；柴油机是通过改变喷油泵每循环的供油量即改变每循环喷入气缸内的燃油量，从而改变可燃供油量即改变每循环喷入气缸内的燃油量，从而改变可燃混合气的浓度而改变发动机功率的大小，属混合气的浓度而改变发动机功率的大小，属“质质”的调节的调节。15:52 / 3315:52 / 34柴油机与汽油机性能比较柴油机与汽油机

23、性能比较： 汽油机具有转速高（轿车高达汽油机具有转速高（轿车高达50006000r/minr/min）、）、质量小、工作柔和、起动容易、制造成本低和维修方便质量小、工作柔和、起动容易、制造成本低和维修方便等优点，不足之处是燃油消耗率较高，燃油经济性较差，等优点，不足之处是燃油消耗率较高，燃油经济性较差，适用于汽车、飞机和小型农业机械上面；适用于汽车、飞机和小型农业机械上面； 柴油机燃油消耗率较汽油机低柴油机燃油消耗率较汽油机低30%30%左右，且柴油价左右，且柴油价格低，所以燃油经济性好，而且输出扭矩较大，但冷起格低，所以燃油经济性好，而且输出扭矩较大，但冷起动困难、工作粗暴、工作转速较低（一

24、般动困难、工作粗暴、工作转速较低（一般4000r/min4000r/min以以下）、制造成本高、维修困难，适用于载重汽车、工程下）、制造成本高、维修困难，适用于载重汽车、工程机械、坦克上面。机械、坦克上面。15:52 / 35（三）二冲程发动机工作原理（三）二冲程发动机工作原理1 1、二冲程发动机的工作循环、二冲程发动机的工作循环: : 是在两个活塞冲程内，即曲轴是在两个活塞冲程内，即曲轴旋转一周的时间内完成的。旋转一周的时间内完成的。2 2、二冲程汽油机的结构特点：二冲程汽油机的结构特点： 二冲程二冲程汽油机采用曲轴箱扫气，曲轴箱汽油机采用曲轴箱扫气，曲轴箱是密封的，对多缸机而言，各曲柄轴是

25、密封的，对多缸机而言，各曲柄轴室相互之间是密封的，气缸壁上开有室相互之间是密封的，气缸壁上开有矩形扫气口、排气口和进气口矩形扫气口、排气口和进气口（右图所示最早的活塞阀进气方式）。15:52 / 363 3、二冲程汽油机的工作循环：、二冲程汽油机的工作循环：（1 1）第一冲程）第一冲程： 活塞自下止点开始向上止点移动活塞自下止点开始向上止点移动，曲，曲轴箱内在上一冲程中被预压缩的新鲜可燃轴箱内在上一冲程中被预压缩的新鲜可燃混合气自气缸壁上的扫气口继续向气缸内混合气自气缸壁上的扫气口继续向气缸内扫气，活塞顶将扫气口关闭后，由于排气扫气，活塞顶将扫气口关闭后，由于排气口仍未关闭，气缸内的新鲜可燃混

26、合气被口仍未关闭，气缸内的新鲜可燃混合气被活塞强行从排气口挤出，此谓燃料的活塞强行从排气口挤出，此谓燃料的过后过后排气损失排气损失，不可避免；由于扫气过程中或，不可避免；由于扫气过程中或多或少有新气与废气的混合，存在燃料的多或少有新气与废气的混合，存在燃料的扫气损失扫气损失，因此，二冲程汽油机的燃油消，因此，二冲程汽油机的燃油消耗率远较四冲程汽油机的高，耗率远较四冲程汽油机的高，HCHC排放严重。排放严重。（1 1）第一冲程）第一冲程（扫气口关闭）（扫气口关闭）（三）二冲程发动机工作原理（三）二冲程发动机工作原理15:52 / 37 （2 2）第一冲程）第一冲程： 排气口关闭后，气缸内才开始真

27、正排气口关闭后，气缸内才开始真正的压缩，活塞上移到接近上止点时，火的压缩，活塞上移到接近上止点时，火花塞点火，点燃被压缩的可燃混合气。花塞点火，点燃被压缩的可燃混合气。 扫气口关闭后，随着活塞的上移，扫气口关闭后，随着活塞的上移，曲轴箱内形成一定真空，当活塞底端打曲轴箱内形成一定真空，当活塞底端打开气缸壁上的进气口，曲轴箱内开始进开气缸壁上的进气口，曲轴箱内开始进气，直至活塞运动到上止点，此时，进气，直至活塞运动到上止点，此时，进气口全开，曲轴箱容积最大。气口全开，曲轴箱容积最大。（2 2）第一冲程）第一冲程（进气口开启）（进气口开启）（三）二冲程发动机工作原理（三）二冲程发动机工作原理15:

28、52 / 38（3 3）第二冲程）第二冲程（燃烧膨胀做功）（燃烧膨胀做功） （3 3）第二冲程）第二冲程： 着火后，高温、高压燃气膨胀迫着火后，高温、高压燃气膨胀迫使活塞使活塞从上止点向下止点移动从上止点向下止点移动，进，进气口逐渐关闭，气口逐渐关闭，曲轴箱内的可燃混曲轴箱内的可燃混合气开始被预压缩。合气开始被预压缩。 （三）二冲程发动机工作原理（三）二冲程发动机工作原理15:52 / 39 （4 4）第二冲程）第二冲程： 当活塞顶打开排气口时，缸内当活塞顶打开排气口时，缸内压力仍压力仍有有0.30.6MPa，故大部分废，故大部分废气以音速从缸内排出，当活塞顶打气以音速从缸内排出，当活塞顶打开

29、扫气口时，缸内压力已降低到低开扫气口时，缸内压力已降低到低于曲轴箱内压力，曲轴箱内的可燃于曲轴箱内压力，曲轴箱内的可燃混合气开始扫入气缸，并向排气口混合气开始扫入气缸，并向排气口驱除剩余废气。活塞到达下止点时，驱除剩余废气。活塞到达下止点时，排气口和扫气口全开，曲轴箱容积排气口和扫气口全开，曲轴箱容积最小。最小。（4 4）第二冲程（排气）第二冲程（排气口，扫气口开启）口，扫气口开启）（三）二冲程发动机工作原理（三）二冲程发动机工作原理15:52 / 40自然自然吸气吸气增压增压15:52 / 41二冲程汽油机与四冲程汽油机比较二冲程汽油机与四冲程汽油机比较1 1、理论上同样发动机排量、同样工作

30、转速的发动机其功率理论上同样发动机排量、同样工作转速的发动机其功率应等于四冲程汽油机的二倍，应等于四冲程汽油机的二倍，实际上由于实际压缩比小实际上由于实际压缩比小于名义压缩比，气缸内进气不足（进气时间短，存在过于名义压缩比，气缸内进气不足（进气时间短，存在过后排气和扫气损失），只等于后排气和扫气损失），只等于1.51.6倍。倍。2 2、二冲程汽油机、二冲程汽油机没有配气机构没有配气机构，结构简单，体积小，重量，结构简单，体积小，重量轻，容易维修。轻，容易维修。3 3、二冲程汽油机作功间隔短，、二冲程汽油机作功间隔短，发动机运转平稳，飞轮转动发动机运转平稳，飞轮转动惯量小，容易上高速。惯量小，容

31、易上高速。4 4、二冲程汽油机、二冲程汽油机燃油消耗率远较四冲程汽油机的燃油消耗燃油消耗率远较四冲程汽油机的燃油消耗率高，率高，HCHC等排放严重。等排放严重。15:52 / 42二冲程汽油机与四冲程汽油机比较二冲程汽油机与四冲程汽油机比较5 5、二冲程汽油机由于、二冲程汽油机由于燃油消耗率高、燃油消耗率高、HCHC等排放严重，经济等排放严重，经济性差性差而逐渐淘汰出摩托车用市场，但军用小型无人航空而逐渐淘汰出摩托车用市场，但军用小型无人航空飞行器却因其飞行器却因其体积小、重量轻、单位气缸工作容积输出体积小、重量轻、单位气缸工作容积输出功率大功率大而仍被看好，但要解决而仍被看好，但要解决电控汽

32、油喷射技术甚至废电控汽油喷射技术甚至废气涡轮增压技术气涡轮增压技术 。15:52 / 43五、内燃机构造五、内燃机构造内燃机由内燃机由“两大机构两大机构”和和“五大系统五大系统” ” 组成：组成：两大机构：两大机构：1 1、曲轴连杆机构和机体组件；、曲轴连杆机构和机体组件；2 2、配气机构。、配气机构。五大系统：五大系统：1 1、冷却系；、冷却系；2 2、润滑系；、润滑系；3 3、燃料供给系；、燃料供给系；4 4、点火系；、点火系；5 5、起动系。、起动系。15:52 / 44机体组机体组机体组主要由机体组主要由机体、气缸盖、气缸盖罩、气缸衬垫、主轴承盖以及以及油底壳等组成。等组成。15:52

33、 / 45 机体组是机体组是气缸体气缸体与曲轴箱的连铸体。机体是发动机的支与曲轴箱的连铸体。机体是发动机的支架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零部件架，是曲柄连杆机构、配气机构和发动机各系统主要零部件的装配基体。气缸盖用来封闭气缸顶部，并与活塞顶和气缸的装配基体。气缸盖用来封闭气缸顶部，并与活塞顶和气缸壁一起形成燃烧室。另外，气缸盖和机体内的水道和油道以壁一起形成燃烧室。另外，气缸盖和机体内的水道和油道以及油底壳又分别是冷却系统和润滑系统的组成部分。及油底壳又分别是冷却系统和润滑系统的组成部分。机体组机体组15:52 / 46 机体应具有足够的强度和刚度，且耐磨损和耐腐蚀，机体应具

34、有足够的强度和刚度，且耐磨损和耐腐蚀，并应对气缸进行适当的冷却，以免机体损坏和变形。机并应对气缸进行适当的冷却，以免机体损坏和变形。机体一般用高强度灰铸铁或铝合金铸造。最近，在轿车发体一般用高强度灰铸铁或铝合金铸造。最近，在轿车发动机上采用铝合金机体的越来越普遍。动机上采用铝合金机体的越来越普遍。 机体的构造与气缸排列形式、气缸结构形式和曲轴机体的构造与气缸排列形式、气缸结构形式和曲轴箱结构形式有关。箱结构形式有关。机体组机体组15:52 / 47 曲轴连杆机构曲轴连杆机构由活塞、活塞环、连杆组、曲轴、由活塞、活塞环、连杆组、曲轴、飞轮等组成。飞轮等组成。1、曲轴连杆机构、曲轴连杆机构15:5

35、2 / 48活塞连杆组活塞连杆组第第1道气环道气环第第2道气环道气环组合油环组合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盖连杆盖 活塞：活塞的主要功用是承受燃烧气活塞：活塞的主要功用是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。此外活塞顶部与气缸盖、推动曲轴旋转。此外活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。气缸壁共同组成燃烧室。15:52 / 49 活塞环：气环的主要功用是密封和传热。保证活塞与气活塞环：气环的主要功用是密封和传热。保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸内的可燃混合气和高温燃气漏入曲缸壁间的密封，防止气

36、缸内的可燃混合气和高温燃气漏入曲轴箱，并将活塞顶部接受的热传给气缸壁，避免活塞过热。轴箱，并将活塞顶部接受的热传给气缸壁，避免活塞过热。油环的主要功用是刮除飞溅到气缸壁上的多余的机油，并在油环的主要功用是刮除飞溅到气缸壁上的多余的机油，并在气缸壁上涂布一层均匀的油膜。气缸壁上涂布一层均匀的油膜。15:52 / 50 连杆组：包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等连杆组：包括连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴承等零件。连杆组的功用是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞零件。连杆组的功用是将活塞承受的力传给曲轴，并将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。的往复运动转变为曲轴的旋转运动。15:52 / 5

37、1 曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。用以驱动传动系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。15:52 / 52飞轮：对于四冲程内燃机来说，每四个活塞冲程作功一次，飞轮：对于四冲程内燃机来说，每四个活塞冲程作功一次，即只有作功冲程作功，而排气、进气和压缩三个冲程都要消即只有作功冲程作功，而排气、进气和压缩三个冲程都要消耗功。因此，曲轴对外输出的转矩呈周期性变化，曲轴转速耗功。因此，曲轴对外输出的转矩呈周期性变化，曲轴转速也不稳定。为了改善这种状况，在曲轴后端装置飞轮。除此也不稳定。为

38、了改善这种状况，在曲轴后端装置飞轮。除此之外，飞轮还是摩擦式离合器的主动件之外，飞轮还是摩擦式离合器的主动件. . 飞轮的作用就是飞轮的作用就是 储存作功冲程时的动储存作功冲程时的动能，克服活塞上行时的压缩负能，克服活塞上行时的压缩负功，维持工作循环周而复始，功，维持工作循环周而复始，并使曲轴转速均匀。并使曲轴转速均匀。 飞轮的另一作用就是飞轮的另一作用就是通过飞轮上的齿圈起起动和输通过飞轮上的齿圈起起动和输出机械能的作用。出机械能的作用。15:52 / 53 曲轴连杆机构功用：曲轴连杆机构是内燃机实现工作曲轴连杆机构功用：曲轴连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和

39、改变运动循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲轴连杆机构在作功冲程中把活塞的往复方式。工作中，曲轴连杆机构在作功冲程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三对外输出动力，而在其他三个冲程中，即进气、压缩、个冲程中，即进气、压缩、排气冲程中又把曲轴的旋转排气冲程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲轴连杆机运动。总的来说曲轴连杆机构是发动机借以产生并传递构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机燃烧后发出的热能转变为机械能。

40、械能。15:52 / 54两大机构两大机构 2、配气机构、配气机构l配气机构：其作用是按照配气机构：其作用是按照内燃机工作循环的次序，内燃机工作循环的次序，定时向气缸供给新鲜空气定时向气缸供给新鲜空气（或混合气体），并将燃（或混合气体），并将燃烧后的废气定时排出气缸，烧后的废气定时排出气缸，以保证内燃机的正常运转。以保证内燃机的正常运转。排气门摇臂液力挺柱凸轮轴15:52 / 55l组成组成：进气门、排气门、进排气门驱动机构（凸轮轴进气门、排气门、进排气门驱动机构（凸轮轴正时齿轮、凸轮轴、挺杆、推杆、摇臂等）正时齿轮、凸轮轴、挺杆、推杆、摇臂等）15:52 / 561 1）配气机构的型式）配气

41、机构的型式(1)(1)气门布置方式气门布置方式 气门侧置式气门侧置式 气门位于气缸体侧面称为气气门位于气缸体侧面称为气门侧置式配气机构，由凸轮、挺门侧置式配气机构，由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。省柱、气门和气门弹簧等组成。省去了推杆、摇臂等零件，简化了去了推杆、摇臂等零件，简化了结构。因为它的进、排气门在气结构。因为它的进、排气门在气缸的一侧，压缩比受到限制，进缸的一侧，压缩比受到限制，进排气门阻力较大，发动机的动力排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘汰。性和高速性均较差，逐渐被淘汰。 15:52 / 571 1）配气机构的型式）配气机构的型式(1)(1)气门布置方式气

42、门布置方式 气门顶置式气门顶置式 气门位于气缸盖上称为气门顶气门位于气缸盖上称为气门顶置式配气机构，由凸轮、挺柱、置式配气机构，由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门和气门弹簧等推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成。其特点，进气阻力小，燃组成。其特点，进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能烧室结构紧凑，气流搅动大，能达到较高的压缩比，目前国产的达到较高的压缩比，目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。气机构。 15:52 / 58(2) (2) 凸轮轴布置方式凸轮轴布置方式凸轮轴下置式，主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，凸轮轴下置式，主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而

43、气门传动另件较多，结构较复杂，发动机高度也有所因而气门传动另件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。增加。 15:52 / 59(2) (2) 凸轮轴布置方式凸轮轴布置方式凸轮轴中置，凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过凸轮轴中置，凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，这种结构称为凸轮轴中置挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，这种结构称为凸轮轴中置配气机构。配气机构。15:52 / 60(2) (2) 凸轮轴布置方式凸轮轴布置方式凸轮轴上置凸轮轴上置, ,凸轮轴布置在气缸盖上。凸轮轴上置有两凸轮轴布置在气缸盖上。凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无种

44、结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高速发动机。另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的速发动机。另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特别适应于高气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特别适应于高速强化发动机。速强化发动机。 15:52 / 61(3) (3) 凸轮轴传动方式凸轮轴传动方式凸轮轴下置，中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿凸轮轴下置，中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动，一般从曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若轮传动，一般从曲

45、轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮。为了啮合平稳，减齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。小噪声，正时齿轮多用斜齿。 链条与链轮的传动适用于凸轮轴上置的配气机构，但链条与链轮的传动适用于凸轮轴上置的配气机构，但其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动。近年来高速汽车发其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动。近年来高速汽车发动机上广泛采用齿形皮带来代替传动链传动，噪声小、工动机上广泛采用齿形皮带来代替传动链传动，噪声小、工作可靠、成本低。作可靠、成本低。 15:52 / 62（4 4）气门数目及气道布置）气门数目及气道布置一般发动机都采用每

46、缸两个气门，即一个进气门和一一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了改善换气，在可能的条件下，应尽个排气门的结构。为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。但是由于燃烧量加大气门的直径，特别是进气门的直径。但是由于燃烧室尺寸的限制，气门直径最大一般不能超过气缸直径的一室尺寸的限制，气门直径最大一般不能超过气缸直径的一半。当气缸直径较大，活塞平均速半。当气缸直径较大，活塞平均速 度较高时，每缸一进一排的气门结度较高时，每缸一进一排的气门结 构就不能保证良好的换气质量。因构就不能保证良好的换气质量。因 此，在很多新型汽车发动机上多采此，在很多

47、新型汽车发动机上多采 用每缸四个气门结构。即两个进气用每缸四个气门结构。即两个进气 门和两个排气门。门和两个排气门。 15:52 / 63 2 2）配气相位）配气相位(valve timing) (valve timing) （1 1）定义：配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开）定义：配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示- -配气相位图。配气相位图。 （2 2）理论上的配气相位分析）理论上的配气相位分析 理论上讲进、压、功、排各占理论上讲进、压、功、排各占180180，也就是说进、，也就是说进、排气门都是在上、

48、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180180。但实际表明，简单配气相位对实际工作是很不适。但实际表明，简单配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求。应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求。 原因：原因： 气门的开、闭有个过程气门的开、闭有个过程 开启开启 总是总是 由小由小大大 关闭关闭 总是总是 由大由大小小 随着活塞的运动随着活塞的运动, ,会造成进气不足、排气不净。会造成进气不足、排气不净。15:52 / 64 发动机速度的要求发动机速度的要求 实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短。实际发动机曲轴转速很

49、高，活塞每一行程历时都很短。当转速为当转速为56005600转分时，一个行程只有转分时，一个行程只有60/60/（560056002 2）=0.0054s=0.0054s，就是转速为，就是转速为1500r/min1500r/min，一个行程也只有，一个行程也只有0.02s0.02s，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。 可见，理论上的配气相位不能满足发动机进饱排净的要求，可见，理论上的配气相位不能满足发动机进饱排净的要求，那么，实际的配气相位又是怎样满足这个要求的呢？那么，实际的配气相位又是怎样满足这个要求的呢？15:52 /

50、 65（3 3）实际的配气相位分析）实际的配气相位分析 为了便进气充足，排气干净：为了便进气充足，排气干净：l a.a.从结构上进行改进外从结构上进行改进外 （如增大进、排气管道）；（如增大进、排气管道）；l b.b.从配气相位上想点办法：从配气相位上想点办法： 气门能否早开晚闭，延长气门能否早开晚闭，延长 进、排气时间。进、排气时间。15:52 / 66 气门早开晚闭的可能气门早开晚闭的可能 从示功图中可以看出，活塞到从示功图中可以看出，活塞到达进气下止点时，由于进气吸力的存在，气缸内气体压力达进气下止点时，由于进气吸力的存在，气缸内气体压力仍然低于大气压，在大气压的作用下仍能进气；另外，此

51、仍然低于大气压，在大气压的作用下仍能进气；另外，此时进气流还有较大的惯性。由此可见，进气门晚关可以增时进气流还有较大的惯性。由此可见，进气门晚关可以增加进气量。加进气量。 进气门早开，可使进气一开始就有一个较大的通道面进气门早开，可使进气一开始就有一个较大的通道面积，可增加进气量。积，可增加进气量。 在作功行程快要结束时，排气门打开，可以利用作功在作功行程快要结束时，排气门打开，可以利用作功的余压使废气高速冲出气缸，排气量约占的余压使废气高速冲出气缸，排气量约占50%50%。排气门早。排气门早开，势必造成功率损失，但因气压低，损失并不大，而早开，势必造成功率损失，但因气压低，损失并不大，而早开

52、可以减少排气所消耗的功开可以减少排气所消耗的功, ,又有利于废气的排出，所以又有利于废气的排出，所以总功率仍是提高的。总功率仍是提高的。 从示功图上还可以看出，活塞到达从示功图上还可以看出，活塞到达上止点时，气缸内废气压力仍然高于外界大气压，加之排上止点时，气缸内废气压力仍然高于外界大气压，加之排气气流的惯性，排气门晚关可使废气排得更净一些。气气流的惯性，排气门晚关可使废气排得更净一些。 15:52 / 67 气门可以实现早开晚关那么气门早开晚关对发动机实气门可以实现早开晚关那么气门早开晚关对发动机实际工作的影响：际工作的影响： 进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，进气门早开：增大

53、了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。减小进气阻力，增加进气量。 进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。力的作用下，增加进气量。 排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。了排气阻力，使排气干净。 排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。性力的作用下，使排气干净。15:52 / 68 气门重叠气门重叠 由于进气门早开，排气门晚关，势必造成在同一时间

54、由于进气门早开，排气门晚关，势必造成在同一时间内两个气门同时开启。把两个气门同时开启时间相当的曲内两个气门同时开启。把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角。在这段时间内，可燃混合气和废轴转角叫作气门重叠角。在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？气是否会乱串呢？第三节 配气相位和气门间隙 不会的，这是因为：不会的，这是因为：进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能同废气排出，废气

55、也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出；从排气门排出；进气门附近有降压作用，有利于进气。进气门附近有降压作用，有利于进气。 15:52 / 69 进、排气门的实际开闭时刻和延续时间进、排气门的实际开闭时刻和延续时间 a a、实际进气时刻和延续时间：、实际进气时刻和延续时间：在排气行程接近终了时，在排气行程接近终了时，活塞到达上止点前，即曲轴转到离上止点还差一个角度活塞到达上止点前，即曲轴转到离上止点还差一个角度，进气门便开始开启，进气行程直到活塞越过下止点后进气门便开始开启，进气行程直到活塞越过下止点后时，时，进气门才关闭。整个进气过程延续时间相当于曲轴转角进气门才关闭。整个进气过程延

56、续时间相当于曲轴转角180180+。 进气提前角一般进气提前角一般=10=103030 进气延迟角一般进气延迟角一般=40=408080 所以进气过程曲轴转角为所以进气过程曲轴转角为230230290290 15:52 / 70a a、实际排气时刻和延续时间：、实际排气时刻和延续时间：同样，作功行程接近终了同样，作功行程接近终了时，活塞在下止点前排气门便开始开启，提前开启的角度时，活塞在下止点前排气门便开始开启，提前开启的角度一般为一般为40408080，活塞越过下止点后，活塞越过下止点后角排气门关闭，角排气门关闭，一般为一般为10103030，整个排气过程相当曲轴转角，整个排气过程相当曲轴转

57、角180180+。 - - 排气提前角一般排气提前角一般=40=408080 - - 进气延迟角一般进气延迟角一般=10=103030 所以排气过程曲轴转角为所以排气过程曲轴转角为230230290290 气门重叠角气门重叠角+=20=206060 从上面的分析，可以看出实际配气相位和理论配气相从上面的分析，可以看出实际配气相位和理论配气相位相差很大，实际配气相位，气门要早开晚关，主要是为位相差很大，实际配气相位，气门要早开晚关，主要是为了满足进气充足，排气干净的要求。但实际中，根据各种了满足进气充足，排气干净的要求。但实际中，根据各种车型，经过实验的方法确定，由凸轮轴的形状、位置及配车型，经

58、过实验的方法确定，由凸轮轴的形状、位置及配气机构来保证。气机构来保证。15:52 / 71l作用：作用：将汽油和空气混合成可燃混合气供入气缸，并将汽油和空气混合成可燃混合气供入气缸，并将燃烧生成的废气排出发动机。将燃烧生成的废气排出发动机。l组成：组成：汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、化油器、空气滤清器、进气管、排气管、排气消声器等。滤清器、进气管、排气管、排气消声器等。五大系统 15:52 / 7215:52 / 73l功用：功用：保证按规定保证按规定时刻及时点燃气缸中时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气。被压缩的混合气。l组成：组成：蓄电池、点蓄电池、点火线

59、圈、点火控制器、火线圈、点火控制器、分电器、火花塞等。分电器、火花塞等。五大系统 15:52 / 74 传统蓄电池点火系统以蓄电池和发电机为电源，借点火传统蓄电池点火系统以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈和分电器的作用，将电源提供的线圈和分电器的作用，将电源提供的6V6V、12V12V或或24V24V的低压直的低压直流电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火花塞，使火流电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。 传统蓄电池点火系统由于存在产生的高压电比较低、高传统蓄电池点火系统由于存在产生的高压电比较低

60、、高速时工作不可靠、使用过程中需经常检查和维护等缺点，目速时工作不可靠、使用过程中需经常检查和维护等缺点，目前正在逐渐被电子点火系统和微机控制点火系统所取代。前正在逐渐被电子点火系统和微机控制点火系统所取代。点火系统：蓄电池点火系统、电子点火系统点火系统：蓄电池点火系统、电子点火系统15:52 / 75 电子点火系统：以蓄电池和发电机为电源，借电子点火系统：以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈和由半导体器件点火线圈和由半导体器件( (晶体三极管晶体三极管) )组成的点火组成的点火控制器将电源提供的低压电转变为高压电，再通过控制器将电源提供的低压电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火花塞，使火花