云南万通内燃机原理

1、内燃机原理第一章 发动机的总体构造和工作原理 常见发动机热 力发动机电 力发动机内燃机外燃机活塞式内燃机燃气轮机旋转式四冲程 / 二冲程往复式柴油机 / 汽油机/CNG化油器式喷射式发 动 机 的 分 类一、发动机：将某一种形式的能量（热能、电能、化学能、太阳能等）转 变成机械能的机器。二、热力发动机：将热能转变成机械能的发动机。1、外燃机：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机。如蒸汽机。2、内燃机：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，然后再将热能转变成机械能输出的热力发动机。如活塞式 内燃机、燃气轮机(按热能转变成机械能的主要构

2、件分）。3、比较： 外燃机体积大，重量重，热效率低； 内燃机热效率高，体积小，重量轻，便于移动，起动性能好; 燃气轮机功率大，转速高， 质量小（没有往复运动件，单位功率质量小），转矩特性好（减少 变速器挡数），燃料适应性好，起动性好，但耗油量、噪声和制造成本均较高，适用于坦克发动机 下面是早期内燃机车，汽轮机转子，外燃机剖面及汽轮机发电系统 如： （a）蒸汽机车 (b)汽轮机转子三、活塞式内燃机： 按活塞运动方式分： 1、往复活塞式内燃机 2、转子活塞式内燃机 三角活塞旋转式发动机（简称转子发动机）于三角活塞旋转式发动机（简称转子发动机）于19581958年由德年由德国国F.F.汪克尔发明，关

3、键技术是汪克尔发明，关键技术是19541954年年F.F.汪克尔提出的气密封系汪克尔提出的气密封系统，统，19641964年德国年德国NSUNSU公司将转子发动机装在轿车上，公司将转子发动机装在轿车上，19671967年日本年日本东洋工业公司成批生产，至今。东洋工业公司成批生产，至今。 比较比较：转子发动机与往复活塞式发动机相比，：转子发动机与往复活塞式发动机相比，优点是体积小，优点是体积小，重量轻，转速高，升功率大，重量轻，转速高，升功率大，现代转子发动机燃油消耗率水平现代转子发动机燃油消耗率水平接近往复活塞式发动机，接近往复活塞式发动机，但耐久性、可靠性等较差，制造成本但耐久性、可靠性等较

4、差，制造成本较高。较高。1、按所用的燃料分： （1）液体燃料发动机；汽油机（gasoline engine）； 柴油机（diesel engine）。 （2）气体燃料发动机：压缩天然气发动机（CNG）； 液化石油气发动机（LPG）。 2、按发火方式分：（1）点燃式发动机（如汽油机、气体燃料发动机）； （2）压燃式发动机（如柴油机）。3、按工作循环的冲程数分： （1）四冲程发动机； （2）二冲程发动机。4、按冷却方式分： （1）水冷发动机； （2）风冷发动机。5、按进气方式分： （1）自然吸气式发动机（非增压式发动机）； （2）强制吸气式（增压式发动机）。6、按气缸数分： （1）单缸发动机 ；

5、（2）多缸发动机。7、按气缸排列方式分：（1）单列发动机：直立式发动机、平卧式发动机 （2）双列发动机： V型发动机、水平对置式发动机往复活塞式内燃机:工程机械用柴油机的要求1、在作业时冲击和振动大，要求有较高的刚度和强度。2、工作负荷大，且经常出现短暂超负荷工况。要求转矩储备系 数应达到1.251.40，最低不小于1.151.20。3、作业时速度和负荷剧变，要求有性能良好的全制式调速器。4、作业现场空气含尘量高，要求有高效的各种类型滤清器。5、常在倾斜地面作业，应能保证前后左右倾斜30-35的坡地 可靠的工作。6、常在野外偏僻地区工作，要求工作可靠、维护方便、寿命长。7、还要针对一些特殊环境

6、下的作业，分别满足特殊的工作要求：严寒、热带、高海拔、地下坑道等。 内燃机的常用术语上止点活塞顶部离曲轴中心最远处，即活塞最高位置。下止点-活塞顶部离曲轴中心最近处，即活塞最低位置。曲柄半径R曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离。 工作循环气缸的气体进气-压缩-燃烧-膨胀-排气等一系列的连续过程。1、机体组 包括气缸盖、气缸体和油底壳，其作用是作为发动机各机构、系统的装备基体，并且本身的许多部分是其他机构和系统的组成部分。 发动机气缸排列有两种型式：直列式（各气缸排成一列）和双列式（分V型和对置）。 2、曲柄连杆机构 包括活塞、连杆、曲轴、飞轮等结构，是发动机借以产生动力，并将活塞的直线运

7、动转化为曲轴的旋转运动而输出动力的机构。 3、配气机构 由气门组和气门传动组构成，作用是按发动机气缸的工作循环和发火次序，定时开启和关闭各气缸进气、排气门。 按气门布置型式分为气门顶置式和气门侧置式；按凸轮轴布置位置分为凸轮轴下置、中置和上置式。 4、燃油供给系 包括油箱、油泵、空气滤清器、汽油滤清器、化油器、进排气管等，作用是把汽油和空气混合成适当比例的可燃混合气供入气缸燃烧，并把废气排出发动机。 5、冷却系 冷却系的功能是吸收气缸内燃料燃烧和各运动件摩擦所产生的热量，使发动机保持在适当的温度范围内工作。 有水冷和风冷两种方式，其中最常使用的是强制循环式水冷却系统，由水套、水泵、风扇、节温器

8、、散热器和管道等组成。 6、润滑系 润滑系具有润滑、冷却、密封、清洗和防锈五大功能，主要采用复合式润滑，即压力润滑和飞溅润滑相结合，由机油泵、油底壳、循环油路、限压阀、机油滤清器、机油散热器等组成。 7、点火系 其功能是按照发动机的点火次序，在一定的时刻供给火花塞足够能量的高电压，使其两极间产生电火花，点燃可燃混合气。 主要由电源（蓄电池和发电机）、点火开关、点火线圈、断电器、配电器、电容器、火花塞、高压导线等组成。 8、起动系 可以使用电动机起动和手摇起动两种方式。 电动机起动系包括直流电动机、操纵机构和传动机构。 工程机械用柴油机的特点:1、柴油机型式：以水冷四冲程式为主。少量机械采用风冷

9、 或二冲程柴油机。 气缸排列方式：6缸以下者，多为直列式； 6缸以上则以V型居多。 V型夹角为60- 90。 气缸直径：对于45300KW的发动机，缸径一般为110 140mm。 行程缸径比：一般为1.11.22、柴油机的功率：45600KW，主要集中在45300KW。 转速：18002100 rpm 四冲程汽油机工作原理 单缸汽油发动机的基本结构如图所示。气缸2内装有活塞3，活塞通过活塞销4、连杆5与曲轴9相连接。活塞在气缸内作往复运动，通过连杆推动曲轴转动。为了吸入新鲜气体和排出废气，设有进气门15和排气门16。 四冲程汽油发动机的工作循环包括四个活塞行程，即进气行程、压缩行程、膨胀行程（

10、作功行程）和排气行程。 进气行程 进气行程中，进气门开启，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积增大，从而气缸内的压力降低到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸力。这样，可燃混合气便经进气管道和进气门被吸入气缸。由于进气系统有阻力，进气终了时气缸内气体压力约为0. 075-0. 09 MPa。 进入气缸内的可燃混合气，因为与气缸壁、活塞顶等高温机件表面接触并与前一循环留下的高温残余废气混合，所以温度升高到370-400K。 压缩行程 为使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高

11、，即需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程，称为压缩行程。 压缩终了时，活塞到达上止点，此时，混合气被压缩到活塞上方的很小空间，即燃烧室中。可燃混合气压力升高到0612MPa，温度可达600-700K。 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。 作功行程 活塞接近上止点时，装在气缸盖上的火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气燃烧后放出大量热能，压力可以达35MPa，温度为2200-2800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆推动曲轴旋转并输出机械能。 排气冲程 当膨胀接近终了时，排气门开启

12、，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，继续将废气强制排到大气中。活塞到上止点附近时，排气行程结束。 在排气行程中气缸内压力稍高于大气压力，约为0. 105-0. 115MPa。排气终了时，废气温度约为900-1200K，由于燃烧室占有一定容积，因此在排气终了时，不可能将废气排尽，留下的这一部分废气称为残余废气。 综上所述，四冲程汽油发动机经过进气、压缩、作功、排气四个行程，完成一个工作循环。这期间活塞在上、下止点间往复移动了四个行程，相应地曲轴旋转了两周。 和汽油机相同，四冲程柴油机工作也经历进气、压缩、作功、排气四个行程，完成一个工作循环，期间内活塞在上、下止点间往复

13、移动四个行程，相应地曲轴旋转两周。 柴油粘度比汽油大，不容易挥发，其自燃温度比汽油低，容易被点燃。 进气行程中，进入柴油机气缸内的是纯空气，而不是可燃混合气。压缩行程结束时，柴油由喷油器喷入发动机气缸，被压缩的空气温度超过柴油的燃点，柴油自行点燃向外作功。 柴油机与汽油机比较，各有优点和缺点。 汽油机转速高（5000-6000rpm）、尺寸、重量小、工作噪声低，工作柔和；起动容易、制造和维护的费用低。 但燃油消耗高，燃油经济性差 。可采用的最大缸径较小（105mm），单机功率小。 柴油机因压缩比大，燃油消耗率比汽油机低30%，且柴油的价格较低，故其燃油经济性比汽油机好。热效率高（30-40%，

14、最高可达46 %）。但转速低（2000-3000rpm），质量大，起动困难。 二冲程发动机的一个工作循环包含两个行程： 第一行程 活塞自下止点向上运动，气缸内的可燃混合气被压缩，新的可燃混合气被吸入到活塞下方的曲轴箱里。 第二行程 活塞自上止点向下运动，活塞上方进行作功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。 二冲程发动机的特点： 1、曲轴每转一周有一个作功行程，理论上效率是四冲 程发动机的两倍。 2、二冲程发动机运转比较均匀平稳。 3、结构较简单，重量较轻。 4、使用很方便，维护容易，故障率较低。 5、废气不容易完全排除，换气过程减少了有效工作行 程距离，故不如四冲程发动机经济。

15、 内燃机产品名称和编号规则一、国标一、国标GB725-82GB725-82规定如下规定如下： 1 1、按所用燃料命名，如柴油机、汽油机等。按所用燃料命名，如柴油机、汽油机等。 2 2、型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。、型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。 3 3、型号由四部分组成：、型号由四部分组成：首部首部中部中部系列代号系列代号换代换代标志标志符号符号缸数符号缸数符号气缸排列形式符号气缸排列形式符号符号符号无符号无符号V VP P含含 义义直列及单缸卧式直列及单缸卧式V V型型 平卧型平卧型缸径符号缸径符号（以气缸直（以气缸直径的径的mmmm数表数表示）取整数示）取整数结构特征符号结构

16、特征符号 符号符号无符号无符号 F FZ Z结构特征结构特征水水 冷冷风风 冷冷增增 压压用途特征符号用途特征符号符号符号 无符号无符号Q QG G用途用途通用型通用型汽车用汽车用工程机械工程机械后部后部尾部尾部同一系列产同一系列产品区分符号品区分符号6 6135135Q Q行程符号，行程符号，E E表示二表示二冲程，无冲程，无符号表示符号表示四冲程四冲程1 1、EQEQ61026102柴油机柴油机2 2、1E65F1E65F汽油机汽油机举例：举例：思考题：1、解释名词：活塞行程、燃烧室容积、发动机排量、压 缩比、工作循环、6135G、 1E65F、CAT33062、工程机械用柴油机有什么要求

17、？3、柴油机和汽油机在工作过程上有什么不同？4、四冲程柴油机由哪些机构和系统组成，各有什么功用？5、CAT3306发动机气缸直径为121mm，行程152mm，压缩比为15。求该发动机的工作容积、燃烧室容积和排量。第二章 内燃机的性能指标 指示指标：以气缸内工质对活塞做功为基础的指标。 有效指标：以内燃机功率输出轴上得到的净功率为基础的 指标。 第一节 指示指标一、指示功和平均指示压力 指示功是指在气缸内完成一个工作循环所得到的有用功Wi。其大小为P-V图闭合曲线的面积。610iiFabW =2、平均指示压力 平均指示压力是指单位气缸工作容积一个工作循环所作的指示功。 ( Pa ) 式中 Wi发

18、动机一个工作循环的指示功( J )； Vh发动机气缸工作容积 (m3)。 一般Vh用L为单位， Wi用kJ为单位，则 （MPa）iihWpV=iihWpV= 发动机单位时间内所作的指示功称为指示功率Ni。一般可用下列公式计算： （KW）式中 I 发动机气缸数； Pi平均指示压力(MPa)； Vh气缸工作容积(L)； 冲程系数，四冲程， n 发动机转速(rmin)。 30iihnNP Vi=鬃1指示热效率 指示热效率是发动机实际循环的指示功与所消耗的燃料热量之比值，即 式中 Wi指示功(kJ)； Q1为得到指示功Wi所消耗的热量(kJ)。 1iiWQ= 对于一台发动机，当测得其指示功率为Ni(k

19、W)和每小时耗油量为Gf (kg)时，根据定义，可得 1kWh的热当量kJ(kWh)； Gf 发动机每小时消耗的燃料量(kgh) Hu 所使用燃料的低热值(kJkg)。 33.6 10iifuNG H=33.6 102指示燃油消耗率gi 指示燃油消耗率是指单位指示功的耗油量，通常以单位指示千瓦小时的耗油量来表示，即 g(kWh) 通常发动机的 和i 大致在如下范围内 i gig(kWh) 四冲程汽油机 0.25-0.40 344218 四冲程柴油机 0.41-0.48 210175310fiiGN= g33.610iiug H=一、有效功率和机械效率 1、有效功率 (kw)式中 Me有效扭矩(

20、Nm)； n 发动机转速(rmin)。3210609550eeeM nnNMp-= 2、机械功率 有效功率与指示功率之比称为机械效率m，即 发动机的机械效率m ，可以利用示功器和测功器求出发动机的Ni和Ne后，按上式计算得到。m值的一般范围: 汽油机 0.80 0.90 非增压柴油机 0.78 0.85 增压柴油机 0.80 0.92 emiNN=ememNNN=+一、平均有效压力 发动机每工作循环中单位气缸工作容积所发出的有用功。30eehNpV int=318.3ehep V iMt=2升功率Nl 在标定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。 (kWL) 式中 Ne发动机的标定功率(kW)； i 气缸数； Vh每个气缸的工作容积(L)； pe 在标定工况下的平均有效压力(MPa) n 标定转速(rmin)。l 30eelhNp nNiVt= 升功率是从发动机有效功率的角度，对其气缸工作容积的利用率作总的评价。它是评定发动机整机动力性能和强化程度的重要指标之一。Nl值愈大，则发动机强化程度愈高，且发出一定有效功率的发动机尺寸愈小、结构愈紧凑。 目前发动机的pe和Nl值一般在下列范围内 pe(MPa) N1(kWL) 四冲程载货车用汽油机 0.60.7 22 25.8 汽车用柴油机 0.65 1.0 11 25.8