第三节内燃机的基本工作原理

1、工程机械发动机构造第三节第三节 内燃机的基本工作原理内燃机的基本工作原理 工作循环：内燃机气缸中进行的每一次将热能转变为机械功的一系列连续过程。每一次工作循环都包括进气、压缩、燃烧膨胀和排气等4个过程。 四冲程内燃机的工作循环是在曲轴旋转两周，即4个行程中完成的； 二冲程内燃机的工作循环是在曲轴旋转一周，即两个行程中完成的。一、四冲程汽油机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原理示功图 示功图：示功图：一种表示气缸内气体压力p和相当于活塞不同位置时的气缸容积V或曲轴转角之间的变化关系图。 P-V图：图：表示一个工作循环中，气体在气缸内所作的功； P- 图图：反映一个工作循环中，气体压力p随曲轴转角

2、之间的变化关系。一、四冲程汽油机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原理 1. 进气过程进气过程 作用：作用：可燃混合气进入气缸。 实现：实现：活塞从上止点向下止点移动，进气门开启，排气门关闭。这时活塞上方的气缸容积增大，于是压力降低到小于大气压力，产生了真空度，使可燃混合气经进气管和进气门进入气缸。 主要参数主要参数：pa=0.0750.09MPa；Ta=370 400K 充量系数：每工作循环实际进入气缸的新气质量与理论上可充人气缸的新气质量之比。 一般 =0. 700.852压缩过程压缩过程 作用：作用：在燃烧前将混合气压缩，使其容积缩小，密度增大，温度升高，在燃烧过程迅速燃烧以产生较大的压力

3、，使发动机发出较大的功率。 实现：实现：进、排气门都关闭，曲轴继续旋转，活塞自下止点向上止点移动，将气缸中的混合气压缩。 主要参数主要参数：pc=0.852MPa； Tc=600 700K =6103. 燃烧膨胀过程 作用：作用：混合气燃烧时放出大量的热，气缸内气体的温度和压力骤增，在气体压力的作用下，活塞向下止点移动，并通过连杆使曲轴旋转而作功。 实现：实现：当压缩过程接近上止点时，火花塞发出电火花，将混合气点燃。可燃混合气燃烧、膨胀，推动活塞向下移动作功。 主要参数主要参数：pz=35MPa；Tz=2200 2800K； pb=0.30.5MPa； Tb=1500 1700K4. 排气过程

4、 作用：作用：排出气缸中燃烧后的废气，以便充入可燃混合气。 实现：实现：排气门开启，进气门保持关闭，活塞由下止点向上止点移动排出废气。 主要参数主要参数：pr=0.1050.12MPa；Tr=900 1100K残余废气占进入气缸的新鲜混合气质量比例 515 二、四冲程柴油机的工作原理二、四冲程柴油机的工作原理 四冲程柴油机与汽油机工作过程的不同：四冲程柴油机与汽油机工作过程的不同： 1. 可燃混合气的形成可燃混合气的形成 柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器以雾状喷人气缸，在很短的时间内与高温空气混合，形成混合气。 2. 着火的方法着火的方法

5、 柴油机是压缩着火的，压缩终了时，柴油机气缸内气体温度约750950K，大大高于柴油的自燃温度。 二冲程内燃机工作原理二冲程内燃机工作原理一、二冲程汽油机工作原理一、二冲程汽油机工作原理（一）二冲程发动机的工作循环（一）二冲程发动机的工作循环: 是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一周的时间内完成的。周的时间内完成的。（二）（二）二冲程汽油机的结构特点二冲程汽油机的结构特点： 二冲程汽油机采用二冲程汽油机采用曲轴箱扫气曲轴箱扫气，曲轴曲轴箱是密封的箱是密封的，对多缸机而言，对多缸机而言，各曲柄轴室各曲柄轴室相互之间是密封的相互之间是密封的，气缸壁上开有矩形扫气缸壁上开

6、有矩形扫气口和排气口气口和排气口，气缸壁上开有进气口气缸壁上开有进气口（右（右图所示最早的活塞阀进气方式）。图所示最早的活塞阀进气方式）。（三）二冲程汽油机的工作循环（三）二冲程汽油机的工作循环：1、第一行程、第一行程： 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，曲轴箱内在上一行程中被预压缩的新鲜可燃轴箱内在上一行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

7、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，HC排放严排放严重。重。（1）第一行程）第一行程（扫气口关闭）（扫气口关闭） 排气口关闭后，气缸内才开排气口关闭后，气缸内才开始真正的压缩，活塞上移到接近始真正的压缩，活塞上移到接近上止点时，火花塞点火，点燃被上止点时，火花塞点火，点燃被压缩的可燃混合气。压缩的可燃混合气。 扫气口关闭

8、后，随着活塞的扫气口关闭后，随着活塞的上移，曲轴箱内形成一定真空，上移，曲轴箱内形成一定真空，当活塞底端打开气缸壁上的进气当活塞底端打开气缸壁上的进气口，曲轴箱内开始进气，直至活口，曲轴箱内开始进气，直至活塞运动到上止点，此时，进气口塞运动到上止点，此时，进气口应全开，曲轴箱容积最大。应全开，曲轴箱容积最大。（2）第一行程（进气）第一行程（进气口开启）口开启）（3）第二行程（燃烧膨胀作功）第二行程（燃烧膨胀作功）（4）第二行程）第二行程（排气口、扫气口开启）（排气口、扫气口开启） 着火后，高温、高压燃气膨胀迫使活塞着火后，高温、高压燃气膨胀迫使活塞从上止点向下止点移动从上止点向下止点移动，进气

9、口，进气口逐渐关闭，逐渐关闭，曲轴箱内的可燃混合气开始被预压缩曲轴箱内的可燃混合气开始被预压缩。2、第二行程、第二行程： 当活塞顶打开排气口时，缸内压力仍有当活塞顶打开排气口时，缸内压力仍有0.30.6MPa，故大部分废气以音，故大部分废气以音速从缸内排出，当活塞顶打开扫气口时，缸内压力已降低到低于曲轴箱内压速从缸内排出，当活塞顶打开扫气口时，缸内压力已降低到低于曲轴箱内压力，曲轴箱内的可燃混合气开始扫入气缸，并向排气口驱除剩余废气。活塞力，曲轴箱内的可燃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，排气口和扫气口应全开，曲轴箱容积最小。到达下止点时，排气口和扫气口应全开，曲轴

10、箱容积最小。 排气口关闭时气缸内气体的容积与压缩终了时气体的最小容积之比排气口关闭时气缸内气体的容积与压缩终了时气体的最小容积之比。显然，。显然，实际压缩比要小于实际压缩比要小于名义压缩比名义压缩比（气缸内气体的最大容积与压缩终了时气体的最（气缸内气体的最大容积与压缩终了时气体的最小容积之比）。小容积之比）。（四）总结（四）总结1、第一行程、第一行程： 活塞自下止点上移到上止点，活塞自下止点上移到上止点，包括气缸内扫气、排气、压缩包括气缸内扫气、排气、压缩过程和曲轴箱内的进气过程过程和曲轴箱内的进气过程；2、第二行程、第二行程： 活塞自上止点下移到下止点，活塞自上止点下移到下止点，包括气缸内燃

11、气膨胀作功包括气缸内燃气膨胀作功、排气排气、扫气过程扫气过程和和曲轴箱内新鲜可燃混合气的预压缩过程曲轴箱内新鲜可燃混合气的预压缩过程；3、气缸内的换气过程、气缸内的换气过程： 气缸内的气缸内的扫气扫气和和排气排气过程。过程。4、曲轴箱压缩比、曲轴箱压缩比：曲轴箱内的最大容积与最小容积之比。一般在曲轴箱内的最大容积与最小容积之比。一般在1.251.40之之间，过小影响曲轴箱进气效率（间，过小影响曲轴箱进气效率（给气比给气比），过大导致扫气），过大导致扫气时新鲜可燃混合气与气缸内废气掺混，造成燃料从排气口时新鲜可燃混合气与气缸内废气掺混，造成燃料从排气口逸失。逸失。5、换气口布置、换气口布置： 排

12、气口上沿位置比扫气口上沿位置高排气口上沿位置比扫气口上沿位置高，尺寸差很重要，否则若扫气口开，尺寸差很重要，否则若扫气口开启时气缸内废气压力高于曲轴箱内压力，会导致废气向曲轴箱内倒流。启时气缸内废气压力高于曲轴箱内压力，会导致废气向曲轴箱内倒流。排气排气口与扫气口圆周方向上呈口与扫气口圆周方向上呈90布置布置 ，即，即回流扫气方式回流扫气方式。6、实际压缩比、实际压缩比：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、HC等排放严重等排放严重而逐渐淘汰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出摩托车用市场，但军用小型无人航空飞行器却因其体积小体积小、重量轻重量轻、单

13、位气缸工作容积输出功率大单位气缸工作容积输出功率大而仍被看好，但要解而仍被看好，但要解决决电控汽油喷射技术电控汽油喷射技术甚至甚至废气涡轮增压技术废气涡轮增压技术 。二、二冲程汽油机与四冲程汽油机比较二、二冲程汽油机与四冲程汽油机比较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四冲程汽油机的二倍，实际上由于实际压缩比小于名义压缩比，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，存在给气和扫气损失），只等气缸内进气不足（进气时间短，存在给气和扫气损失），只等于于1.51.6倍。倍。1、二冲程汽油机

14、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，重量轻，结构简单，体积小，重量轻，容易维修。容易维修。2、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，飞轮转动惯量小，发动机运转平稳，飞轮转动惯量小，容易上高速容易上高速。3、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率高燃油消耗率远较四冲程汽油机的燃油消耗率高，HC等排放严重等排放严重。4、5、二冲程柴油机的工作原理：二冲程柴油机的工作原理： 四冲程柴油机的活塞相当于一个空气泵，而对于二冲程柴油机而言，活塞没有空气泵的作用，为了完成进排气过程，即排除燃烧后的废气，并把新鲜空气充满气缸，必须安装专用的

15、扫气泵（增压器） 例：二冲程柴油机的工作原理二冲程柴油机与四冲程柴油机的比较1.在相同的气缸尺寸和转速下，二冲程发动机的功率理应比四冲程发动机增加一倍，但由于：1扫气容积的损失；2充气时间短程废气消除困难驱动扫气泵要消耗一部分功率，所以只增加了50%-70%左右2.均匀性好其他形式：按气流在气缸中流动的路线不同，分为(1)气孔式直流换气的柴油机(2)横流扫气的二冲程柴油机(3)回流换气的二冲程柴油机第四节第四节 内燃机的产品名称与型号内燃机的产品名称与型号 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(GB72591) 1名称名称按所采用的燃料燃料命名，如柴油机、汽油机、煤气机、沼

16、气机、双燃料发动机。 2内燃机型号型号由阿拉伯数字、汉语拼音字母和象形字符组成。型号包括首部、中部、后部和尾部四部分组成。 内燃机产品名称和编号规则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（以气缸直径的毫米径的毫米数数表示）表示）结构特征符号结构特征符号 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 QM M用途用途通用型通用型汽车用汽车用摩托车用摩托车用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行程符行程符号，号，E E表示二表示二冲程，冲程，无符号无符号表示四表示四冲程冲程 首部 中部 后部 尾部3 型号示例 DL16V240ZJC 61