发动机的分类和总体构造

1、工工 程程 机机 械械 机械工程学院 丛佩超 课程介绍课程介绍v研究对象、内容：研究对象、内容： 工程机械工程机械是一门研究有关工程机械的结构、工作原是一门研究有关工程机械的结构、工作原理、规格性能、使用要点、安全操作规程等综合性的专业课。理、规格性能、使用要点、安全操作规程等综合性的专业课。该课程对于工程机械的通用部分，如该课程对于工程机械的通用部分，如发动机、离合器、变速发动机、离合器、变速器、减速器、驱动桥器、减速器、驱动桥等进行重点讲解。等进行重点讲解。v培养要求：培养要求： 本课程学习的是工程机械的通用部分，是一门实践性本课程学习的是工程机械的通用部分，是一门实践性很强的专业课。在学

2、习过程中应注意将学习知识、训很强的专业课。在学习过程中应注意将学习知识、训练技能、培养能力三个方面结合起来，以技能为中介练技能、培养能力三个方面结合起来，以技能为中介把知识转化为能力。把知识转化为能力。 学完本课程后应达到：掌握各类机械的功能、学完本课程后应达到：掌握各类机械的功能、构造、工作原理。能将掌握的知识运用到设计中构造、工作原理。能将掌握的知识运用到设计中。v考核办法：考核办法：考勤、作业、考勤、作业、 期末考试综合评定。期末考试综合评定。参考书目：参考书目：1. 1. 陆耀祖，陆耀祖，内燃机构造与原理内燃机构造与原理，北京：中国建材，北京：中国建材工业出版社，工业出版社，20042

3、0042. 2. 寇长青，寇长青，工程机械基础工程机械基础成都：西南交通大学出成都：西南交通大学出版社，版社，199119913.3.郑训郑训. . 工程机械通用总成工程机械通用总成. .北京：北京： 机械工业出版社机械工业出版社. . 200120014.4.杨成康杨成康. . 工程机械发动机与底盘构造工程机械发动机与底盘构造. . 北京北京: : 机械工机械工业出版社业出版社,1989,19895.5.陈新轩陈新轩, ,展朝勇展朝勇, ,郑忠敏主编现代工程机械发动机与郑忠敏主编现代工程机械发动机与底盘构造北京底盘构造北京: :人民交通出版社人民交通出版社,2002,20026.6.陈家瑞主

4、编陈家瑞主编. .汽车构造汽车构造. .汽车构造汽车构造. . 北京北京: :人民交通出人民交通出版社版社,2004,2004一、工程机械的作用一、工程机械的作用 城市建设、交通运输、农田水利、能源开发、城市建设、交通运输、农田水利、能源开发、国防建设。国防建设。二、工程机械的种类二、工程机械的种类挖掘机械。如单斗挖掘机挖掘机械。如单斗挖掘机( (又可分为履带式挖掘机和轮又可分为履带式挖掘机和轮胎式挖掘机胎式挖掘机) )、多斗挖掘机。、多斗挖掘机。铲土运输机械。如推土机、铲运机、装载机、平地机、铲土运输机械。如推土机、铲运机、装载机、平地机、运输车、平板车和自卸汽车等。运输车、平板车和自卸汽车

5、等。起重机械。起重机械。压实机械。如轮胎压路机、光面轮压路机、单足式压路压实机械。如轮胎压路机、光面轮压路机、单足式压路机、振动压路机、夯实机、捣固机等。机、振动压路机、夯实机、捣固机等。桩工机械。如钻孔机、柴油打桩机、振动打桩机、压桩桩工机械。如钻孔机、柴油打桩机、振动打桩机、压桩机等。机等。钢筋混凝土机械。钢筋混凝土机械。路面机械。如平整机、道碴清筛机等。路面机械。如平整机、道碴清筛机等。凿岩机械。如凿岩台车、风动凿岩机、电动凿岩机、凿岩机械。如凿岩台车、风动凿岩机、电动凿岩机、内燃凿岩机和潜孔凿岩机等。内燃凿岩机和潜孔凿岩机等。其他工程机械。如架桥机、气动工具其他工程机械。如架桥机、气动

6、工具( (风动工具风动工具) )等。等。三、工程机械的发展概况三、工程机械的发展概况w系列化、特大型化系列化、特大型化w多用途、微型化多用途、微型化w电子化与信息化互动电子化与信息化互动w不断创新的结构设计不断创新的结构设计w安全、舒适、可靠驾驶室安全、舒适、可靠驾驶室w节能与环保节能与环保（一）动力装置（柴油机）：（一）动力装置（柴油机）：将燃油燃烧，将热能转变将燃油燃烧，将热能转变为机械能；为机械能；（二）底盘：（二）底盘：将发动机的动力进行适当转化和传递，使将发动机的动力进行适当转化和传递，使之适合机械行驶和作业的需要。之适合机械行驶和作业的需要。1.传动系：传动系：将发动机的动力进行适

7、当改变后传给驱动轮；将发动机的动力进行适当改变后传给驱动轮；2.行驶系：行驶系：起支撑底盘各部件和保证机械行驶的作用；起支撑底盘各部件和保证机械行驶的作用；3.转向系：转向系：保证机械行驶时转向用的；保证机械行驶时转向用的；4.制动系制动系: 控制机械行驶速度，使之按需要减速或停车；控制机械行驶速度，使之按需要减速或停车；（三）工作装置（三）工作装置 工程机械进行各种作业的装置。工程机械进行各种作业的装置。图图1-5 桑塔纳发动机结构图桑塔纳发动机结构图1正时齿形带护罩；正时齿形带护罩；2化油器；化油器；3油气分离器；油气分离器；4火化塞；火化塞；5分电器分电器; 6机油滤清器；机油滤清器；7

8、油尺；油尺；8汽油泵；汽油泵；9水泵组件；水泵组件；10正时齿形带与带轮；正时齿形带与带轮；11凸轮轴；凸轮轴；12液压挺柱；液压挺柱；13气门；气门；14活塞；活塞；15连杆；连杆；16中间轴；中间轴；17齿轮传动；齿轮传动；18飞轮；飞轮；19曲轴；曲轴；20机油泵；机油泵；21机油集滤器；机油集滤器；22水水泵带轮；泵带轮；23曲轴带轮曲轴带轮图图1-6 485型柴油机外形图型柴油机外形图 (a)正面正面 (b)反面反面1喷油泵；喷油泵；2输油泵；输油泵；3飞轮；飞轮；4机油滤清器；机油滤清器；5风扇；风扇；6发电机；发电机；7起动电动机；起动电动机；8进气管；进气管；9排气管排气管 第

9、一章第一章 发动机基本知识发动机基本知识 1.1 发动机的分类和基本构造发动机的分类和基本构造一、作用与分类一、作用与分类发动机：发动机：将自然界能源转化为人们所需要的机械能将自然界能源转化为人们所需要的机械能的装置。的装置。热力发动机：热力发动机：燃料与空气混合，经过燃烧，将其中燃料与空气混合，经过燃烧，将其中包含的化学能包含的化学能 转化为热能，再经气体膨胀过程把转化为热能，再经气体膨胀过程把热能转化为机械能的动力装置。热能转化为机械能的动力装置。内燃机：内燃机：燃料在气缸内部进行燃烧，所产生的气体燃料在气缸内部进行燃烧，所产生的气体直接将所含热能转变为机械能。直接将所含热能转变为机械能。

10、外燃机外燃机 如：蒸汽机、汽轮机如：蒸汽机、汽轮机 内燃机的结构组成和工作原理内燃机的结构组成和工作原理组成：组成：65438712汽缸体汽缸体1 1、活塞活塞2 2、进气阀进气阀3 3、排气阀排气阀4 4、连杆连杆5 5、曲轴曲轴6 6、凸轮凸轮7 7、顶杆顶杆8 8、工作原理：工作原理：1.1.活塞下行，进气阀开启，混合气体活塞下行，进气阀开启，混合气体 进入汽缸；进入汽缸；2.2.活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部活塞上行，气阀关闭，混合气体被压缩，在顶部点火燃烧；点火燃烧；3.3.高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；高压燃烧气体推动活塞下行，两气阀关闭；4.4.活塞上行，排气

11、阀开启，废气体被排出汽缸。活塞上行，排气阀开启，废气体被排出汽缸。内燃机工作原理内燃机工作原理1根据所用燃料的不同根据所用燃料的不同内燃机的分类天然气发动机、煤气发电机。天然气发动机、煤气发电机。2按冲程数按冲程数二冲程：每两个活塞行程（曲轴每转一转）完成一个二冲程：每两个活塞行程（曲轴每转一转）完成一个工作循环。如摩托车工作循环。如摩托车四冲程：每四个活塞行程（曲轴每转两转）完成一个四冲程：每四个活塞行程（曲轴每转两转）完成一个工作循环。绝大多数发动机所采用。工作循环。绝大多数发动机所采用。 3按气缸数按气缸数单缸机：只有一个气缸单缸机：只有一个气缸多缸机：由多个气缸组成多缸机：由多个气缸组

12、成六缸机动画六缸机动画4按气缸排列方式按气缸排列方式单列式单列式v直列立式直列立式v直列卧式直列卧式双列式双列式v对置卧式对置卧式 vV V型型5 5按冷却方式按冷却方式v风冷：风冷：以空气为冷却介质，没有专门的冷却系统以空气为冷却介质，没有专门的冷却系统 如：坦克如：坦克v水冷：水冷：以液体为冷却介质，有专门的冷却系统以液体为冷却介质，有专门的冷却系统6按进气方式按进气方式 增压、增压、 非增压非增压v汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。率有采用增压式的。增压器增压器 7按着火方式按着火方式点燃：靠火花塞点火来产生燃烧，汽油机点燃

13、：靠火花塞点火来产生燃烧，汽油机 所采用所采用压燃：靠燃油的自燃来产生燃烧，柴油机所压燃：靠燃油的自燃来产生燃烧，柴油机所采用采用8按用途按用途固定式：工程机械采用固定式：工程机械采用移动式移动式9.按额定转速分按额定转速分高速、中速、低速。高速、中速、低速。二、发动机的基本术语二、发动机的基本术语 1上止点上止点TDC 2下止点下止点BDC3活塞行程活塞行程 S4曲柄半径曲柄半径R5气缸工作容积气缸工作容积Vh6燃烧室容积燃烧室容积VC 7气缸最大容积气缸最大容积Va 8内燃机排量内燃机排量 VL9压缩比压缩比 1上止点上止点TDC （Top Dead Center）活塞离曲轴旋转中心最远的

14、位置活塞离曲轴旋转中心最远的位置2下止点下止点BDC（Bottom Dead Center）活塞离曲轴旋转中心最近的位置活塞离曲轴旋转中心最近的位置3活塞行程活塞行程 S上下止点之间的距离上下止点之间的距离4曲柄半径曲柄半径R 曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离。通常曲轴旋转中心到曲柄销中心的距离。通常活塞行程为曲柄半径的两倍，即活塞行程为曲柄半径的两倍，即 S =2R S =2R 。5气缸工作容积气缸工作容积Vh（单位（单位 L) 活塞由上止点运动到下止点活塞由上止点运动到下止点, ,活塞顶部所扫活塞顶部所扫过的容积过的容积 Vh =(/4)D2S10-36燃烧室容积（余隙容积）燃烧室容积（余隙

15、容积）VC 活塞位于上止点时，活塞位于上止点时， 活塞顶部上方的容积活塞顶部上方的容积7气缸最大容积气缸最大容积Va 活塞位于下止点时活塞位于下止点时, ,活塞顶部上方的容积活塞顶部上方的容积V Va a= V= Vh h + V + VC C8内燃机排量内燃机排量 VL所有气缸的工作容积之和所有气缸的工作容积之和V VL L =iV=iVh h式中：式中： i i 气缸数目。气缸数目。9压缩比压缩比 气缸最大容积气缸最大容积V Va a与燃烧室容积与燃烧室容积V VC C之比之比 =1+ V =1+ Vh h / V / VC C 越大，循环热效率越高越大，循环热效率越高v汽油机汽油机 =6

16、 =61212v柴油机柴油机 =16 =1622 22 三、发动机的总体构造三、发动机的总体构造两大机构：两大机构： 1.曲柄连杆机构曲柄连杆机构 2.配气机构配气机构四大系统四大系统 3.燃料供给系燃料供给系 4.润滑系润滑系 5.冷却系冷却系 6.起动系统起动系统图图1-7 4851-7 485型柴油机纵横剖面图型柴油机纵横剖面图11气缸套；气缸套； 22活塞；活塞； 33连杆；连杆； 44飞轮；飞轮； 55曲轴；曲轴；6-6-机油泵；机油泵；77凸轮轴；凸轮轴； 88风扇；风扇；99进气门；进气门；1010排气门；排气门；1111喷油器；喷油器；1212推杆；推杆；1313挺柱；挺柱；1

17、414输油泵输油泵1曲柄连杆机构曲柄连杆机构 v组成：组成：活塞、连杆、曲轴三部分活塞、连杆、曲轴三部分v作用：作用：将活塞的往复直线运动将活塞的往复直线运动曲轴的旋转运曲轴的旋转运动对外输出动力动对外输出动力2配气机构配气机构 v功用：功用：根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开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启和关闭进气门和排气门.v主要部件：主要部件：气门组、气门传动组和气门驱动组组成气门组、气门传动组和气门驱动组组成3燃料供给系统燃料供给系统组成：组成：燃油供给系统和进、排气系统组成燃油供给系统和进、排气系统组成.作用：作用：柴油机燃料供给系的功用是把柴油和

18、柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。主要部件：主要部件：喷油泵和喷油器（柴）、空气滤喷油泵和喷油器（柴）、空气滤清器、进气管、排气管、消声器等清器、进气管、排气管、消声器等. .4润滑系润滑系 功用：功用：是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损；并对零件表面进行清洗和冷却。的磨损；并对零件表面进行清洗和冷却。润滑方式：润滑方式

19、：飞溅润滑、压力润滑、定期润滑飞溅润滑、压力润滑、定期润滑（1）飞溅润滑：）飞溅润滑：靠曲轴等旋转部件飞溅起的油滴润滑。靠曲轴等旋转部件飞溅起的油滴润滑。（2）压力润滑：）压力润滑：靠润滑系统建立起的油压经过各个油靠润滑系统建立起的油压经过各个油道润滑各零部件油雾。道润滑各零部件油雾。 主要部件：主要部件：由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。阀门等组成。5冷却系冷却系 v功用：功用：防止发动机过热，及时散发热量。防止发动机过热，及时散发热量。v分类：分类：风冷、水冷风冷、水冷v水冷发动机的冷却系组成：水冷发动机的冷却系组成：冷却水套、水泵、风扇、

20、冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等。水箱、节温器等。6起动系统起动系统 功用：功用：内燃机不能自行起动，借助外力使之运转。内燃机不能自行起动，借助外力使之运转。主要部件：主要部件：起动机、蓄电池、点火开关等。起动机、蓄电池、点火开关等。进气行程进气行程压缩行程压缩行程作功行程作功行程排气行程排气行程二、四冲程柴油机的工作原理二、四冲程柴油机的工作原理和工作过程和工作过程内内燃燃机机的的工工作作原原理理四行程柴油机示功图：四行程柴油机示功图：三、二冲程汽油机的工作原理二冲程汽油机的工作原理 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行程即曲轴旋是在两个活塞行程即曲轴旋转一

21、圈的时间内完成的。没转一圈的时间内完成的。没有专门的配气机构，换气是有专门的配气机构，换气是通过三个孔通过三个孔（进气孔、排气（进气孔、排气孔、扫气孔）孔、扫气孔）来实现来实现 。2.2.两冲程工作原理两冲程工作原理上行冲程：上行冲程：活塞上移，三个孔均关，开始压缩活塞上移，三个孔均关，开始压缩气体，同时，活塞上移使曲轴箱出现真空，上行气体，同时，活塞上移使曲轴箱出现真空，上行到进气孔打开时，新鲜混合气进入曲轴箱。到进气孔打开时，新鲜混合气进入曲轴箱。下行冲程：下行冲程：活塞接近上止点时，产生电火花点活塞接近上止点时，产生电火花点燃可燃混合气，使其温度、压力上升，推动活塞燃可燃混合气，使其温度

22、、压力上升，推动活塞下行作功，行致排气口打开，废气排出。另外，下行作功，行致排气口打开，废气排出。另外，进气口关闭，下行活塞使其压缩，受压气体经扫进气口关闭，下行活塞使其压缩，受压气体经扫气口进入气缸，完成换气过程。气口进入气缸，完成换气过程。3.3.二冲程与四冲程发动机的比较二冲程与四冲程发动机的比较（1 1）曲轴每转一周完成一个工作循环，做功一次。）曲轴每转一周完成一个工作循环，做功一次。由于曲轴每转一周做功一次，因此曲轴旋转角速由于曲轴每转一周做功一次，因此曲轴旋转角速度比较均匀。度比较均匀。（2 2）二冲程发动机换气过程时间短，仅为四冲程发）二冲程发动机换气过程时间短，仅为四冲程发动机

23、的动机的1/31/3左右。进排气过程几乎同时进行，利用左右。进排气过程几乎同时进行，利用新气扫除废气，新气可能流失，废气也不易清除新气扫除废气，新气可能流失，废气也不易清除干净。干净。（3 3）曲轴箱换气方式二冲程发动机因为没有进排气）曲轴箱换气方式二冲程发动机因为没有进排气门，结构大大简化。门，结构大大简化。1.4 柴油机的性能指标柴油机的性能指标发动机的性能指标是用来衡量发动机性能好坏的发动机的性能指标是用来衡量发动机性能好坏的标准。标准。指示指标：指示指标：以气体工作介质在气缸内对活塞做功以气体工作介质在气缸内对活塞做功为基础而建立的性能指标。为基础而建立的性能指标。有效指标：有效指标：

24、以曲轴输出功为基础而建立的性能指以曲轴输出功为基础而建立的性能指标。标。（1）有效扭矩）有效扭矩Te 发动机工作时，由功率输出轴输出的扭矩称为有效发动机工作时，由功率输出轴输出的扭矩称为有效扭矩扭矩, ,单位：单位：NmNm（2）有效功率）有效功率Pe 发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率（发动机对发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率（发动机对外实际做功的大小）。外实际做功的大小）。 Pe = Te（2n / 60） 10-3 （KW）标定功率：标定功率：并不是该内燃机所能发出的最大功率，而是内并不是该内燃机所能发出的最大功率，而是内燃机出厂时根据使用目的而调整的。由于使用目的的燃机出厂时根据使用

25、目的而调整的。由于使用目的的不同，同一种内燃机的标定功率可以不同。不同，同一种内燃机的标定功率可以不同。十五分钟功率：十五分钟功率：内燃机允许连续运转内燃机允许连续运转1515分钟的最大有效功分钟的最大有效功率。率。一小时功率：一小时功率： 内燃机允许连续运转内燃机允许连续运转1小时的最大有效功率。小时的最大有效功率。十二小时功率：十二小时功率： 内燃机允许连续运转内燃机允许连续运转12小时的最大有效功率。小时的最大有效功率。持续功率：持续功率： 内燃机允许长期连续工作的最大有效功率。内燃机允许长期连续工作的最大有效功率。（3）曲轴转速）曲轴转速 指曲轴每分钟的转数，通常用指曲轴每分钟的转数，

26、通常用n n表示，单位为表示，单位为r/minr/min。 在标定功率时的转速为标定转速。在标定功率时的转速为标定转速。（4）有效燃油消耗率）有效燃油消耗率be 发动机单位有效功的燃油消耗量。发动机单位有效功的燃油消耗量。 b be e = =（B/ PB/ Pe e） 10 103 3 （g/KWhg/KWh） 式中：式中：B B 每小时的燃油消耗量，每小时的燃油消耗量，kg/hkg/h Pe Pe有效功率，有效功率，kWkW 某柴油机燃油消耗率达到某柴油机燃油消耗率达到194g/kW.h194g/kW.h，机，机油消耗率在油消耗率在0.8 g/kW.h0.8 g/kW.h以下。以下。 v我

27、国发动机产品名称和型号编制规则我国发动机产品名称和型号编制规则: (1) 柴油机柴油机 v195： 表示单缸，四行程，缸径表示单缸，四行程，缸径95mm95mm，水冷通用型。，水冷通用型。 v165F： 表示单缸，四行程，缸径表示单缸，四行程，缸径65mm65mm，风冷通用型。，风冷通用型。v495Q： 表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径95mm95mm，水冷车用。，水冷车用。 v6135Q： 表示六缸，四行程，缸径表示六缸，四行程，缸径135mm135mm，水冷车用。，水冷车用。 vX4105： 表示四缸，四行程，缸径表示四缸，四行程，缸径105mm105mm，水冷通用型，水冷通用型，X X表示系列代号。表示系列代号。(2