1第一章内燃机

1、第一章 发动机第一节 概述发动机（internal-combustion engine or combustion engine）一种动力机械 通过燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机 是一种能够把一种形式的能量转化为另一种形式的、有用能量的机器 属一种把热能转化成机械能的机器 发动机（engine、motor） 发动机又称为引擎、马达 在机电行业：把化学能转化为机械能的称呼为：发动机 engine。把电能转化为机械能的称呼为：电动机 motor广义上的发动机不仅包括往复活塞式发动机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等。但通

2、常所说的发动机是指活塞式内燃式发动机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，使其在气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。 燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。 一、内燃机的基本概念1、基本名词燃料通过燃烧能释放出大量热能的物质 如：煤、煤气、汽油、柴油、天燃气等。热机把燃料燃烧时所放出的热能转化为机械能的机器。热机根据燃料燃烧时的方式可分为： 内燃机 外燃机（蒸汽机）2、内燃机： 燃料直接在机器内部燃烧的发动机 如：柴油机、汽油机等等；特点： 燃料在气缸内部进行燃烧，放出热能，并直接利用燃气的膨胀，推动活塞对

3、外作功。 把热能转变为机械能的一种机器。 1860年，法国发明家莱诺( EtienneL enoir)制成了历史上的第一台实用内燃机。 据记载，该机为： 单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机， 输出功率：0.741.47kW， 转速：100 r/min， 热效率：4 %。 3、内燃机发明史 1876年,德国人奥托(Nikolas Otto) 制成了第一台四冲程往复活塞式内燃机 该机为： 单缸、卧式、有压缩、以煤气为燃料， 输出功率： 2.2kw 转速：180 r/min 热机效率：15%20% 1883年,戴姆勒(Gottlieb Daimler)和迈巴赫 (Wilhelm Maybach)制

4、成了第一台电点火式四冲程往复式汽油机, 安装了迈巴赫设计的化油器, 用白炽灯管解决了点火问题。以前内燃机的转速都不超过200r/min , 而戴姆勒发明的汽油机转速一跃为： 8001000r/min。 1892年德国狄塞尔(Rudol Diesel) 博士获得了压缩点火式内燃机的技术专利； 1897 年制成了第一台压缩点火的“狄塞尔”内燃机，即：柴油机。 此后，越来越多的、各种类型的发动机相继发明制造出来，并用于各种机器上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）

5、； 液化石油气发动机（LPG）。 2）按点火方式分： （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）。4、内燃机的分类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 （3）混合冷却式5）按进气方式分： （1）自然吸气式（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 ； （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 （3）星形 8）按活塞运动方式： 往复

6、活塞式 旋转活塞式内燃机的分类：内燃机的分类：玉柴欧系列车用柴油机YC4G玉柴欧系列车用柴油机YC6J270-30四、内燃机的型号标记内燃机产品名称和型号标记编制规则（GB7252008）产品名称：按所采用的燃料命名如：柴油机、汽油机、煤气机、沼气机， 双燃料发动机或混合动力发动机等。内燃机型号由下列四部分组成：（1）首部： 为产品系列符号和（或）换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门或由部主管标准化机构核准。（2）中部： 由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号组成。（3）后部： 结构特征和用途特征符号，以字母表示。 （4）尾部： 区分符号。同一系列产品因改进等

7、原因需要区分时，由制造厂选用适当符号表示。型号：阿拉伯数码和汉语拼音字母组成。举例：柴油机（1）165F 表示单缸，四冲程，缸径65mm，风冷。（2）X4105 表示四缸，四冲程，缸径105mm，水冷（这里的X表示系列代号）。（3）495T 表示四缸，四冲程，缸径95mm，水冷，拖拉机用。（4）12V135ZG 表示12缸，V型，二冲程，缸径135mm,，水冷，增压，工程机械用。举例：汽油机（1）1E65F 表示单缸，二冲程，缸径65mm，风冷，通用型。（2）4100Q 表示四缸，四冲程，缸径100mm，水冷，车用。第二节 内燃机的工作过程（1）上止点： 活塞距曲轴中心最远的位置（最上） （2

8、）下止点： 活塞距曲轴中心最近的位置（最下） （3）活塞冲程（行程） S： 上下止点间的距离1、内燃机工作的基本概念4压缩室容积（VC）： 活塞位于上止点时，活塞顶部与缸盖间的容积，又称燃烧室容积。5汽缸工作容积（V）： 活塞上、下止点之间的容积称为一个汽缸的工作容积,也叫内燃机的排量，它可以用由下式表示： V=D2Si /4 （）式中: D 气缸直径（mm）,S活塞冲程（mm）,i气缸数。 6汽缸的最大容积（Va）： 活塞在下止点时，活塞顶上部的气缸的总容积，即气缸工作容积与压缩容积的之和： Va =VH + VC压缩比 ：汽缸最大容积Va与压缩室容积VC的比值称为压缩比。 Va VH +

9、VC VC VC 汽油发动机的压缩比：610；但如今普遍都提高为912。 现代柴油机的压缩比一般在1222之间，但超高增压柴油机的压缩比可低至8。2、四行程内燃机的工作过程 1）单缸四行程柴油机的工作过程 柴油机的工作是由进气、压缩、做功（燃烧膨胀）和排气这四个冲程来完成的，四个冲程构成一个工作循环。 活塞走过四个冲程才能完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。（1）进气行程 进气行程时曲轴转动第一个半圈（0180） 活塞从上止点运动到下止点。 此时进气门打开，排气门关闭。 气缸内吸入的是纯空气， 进气行程结束时,气缸内气体压力为0.0850.095MPa，温度为310340K（3767)。

10、 （2）压缩行程 压缩行程时曲轴转动第二个半圈（180360） 活塞从下止点运动到上止点。 此时进、排气门都关闭。 压缩行程结束时，气缸内气体压力达3.05.0MPa，温度上升到7501000K（577727）。 在活塞接近上止点之前1035，柴油以12100MPa的压力喷入气缸（3）作功行程 作功行程时曲轴转动第三个半圈（360540）。 压缩行程中活塞到达上止点前，喷油器开始向燃烧室喷入雾状柴油。 柴油在高温高压空气中吸热自燃，释放大量热能，气体膨胀，气压推动活塞从上止点运动到下止点。 迅速燃烧的混合气在上止点时，压力上升到6.09.0MPa，温度上升到18002200K（15271927

11、）。 活塞到达下止点时，缸内压力降到0.20.5MPa，温度下降到10001200K（727927）。 在此行程中进、排气门都是关闭的。 （4）排气行程 排气行程时曲轴转动第四个半圈（540720） 带动活塞从下止点运动到上止点。 活塞到达上止点时，排气门开启，进气门应关闭，燃烧后的废气在活塞的作用下经排气门排出气缸，至活塞到达上止点，排气行程结束。 未排净的废气压力仍有残余压力0.1050.12MPa，温度有700900K。 至此，柴油机完成了一个工作循环，并不断重复这样的循环。0.0850.095MPa，温度为310340K3.05.0MPa，温度上升到7501000K6.09.0MPa1

12、8002200K0.20.5MPa，温度下降到10001200K废气压力0.1050.12MPa，温度700900K喷油器喷油泵吸气行程压缩行程作功行程排气行程进气门排气门纯空气温度300370K压力800900 kPa温度8001000K压力35 MPa温度 18002200K压力 510 MPa温度8001000K压力105400 kPa终了：温度8001000K压力105400 kPa四冲程柴油机工作状态 状态行程温度(K)压力进气行程320350800900 kPa压缩行程8001000（600）35MPa作功行程22002800(瞬时最高)15001700(作功终了)510MPa (

13、瞬时最高)300500kPa(作功终了)排气行程8001000105125 kPa柴油机工作过程口决活塞下行气门开，新鲜空气吸进来。活塞上行气门闭，压缩升温做准备。喷油自燃气膨胀，推动活塞发动力。工作完了成废气，活塞上行排出去。活塞往复曲轴转，进、压、工、排成循环。2）单缸四行程汽油机的工作过程 四冲程汽油机的工作过程与四冲程柴油机相同。 活塞在一个工作循环中，从上止点到下止点，又从下止点到上止点，往复运动两次，同时完成进气、压缩、作功和排气四个工作过程。 所不同的是在作功行程，可燃混合气是由火花塞点燃的。 四行程汽油机的工作过程1、进气行程2、压缩行程（点火行程）3、作功行程4、排气行程1进

14、气行程 进气行程时曲轴转动使活塞从上止点运动到下止点。 进气行程时，汽油机吸入汽油和清洁空气的混合气。 进气行程结束时，气缸内混合气压力为0.080.09MPa，混合气温度为370400K。 进气行程排气门关闭进气门开启活塞温度370440 K， 压力7590 kPa大气压力线PVra示功图上止点下止点示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。2压缩行程 压缩行程时，曲轴转动使活塞从下止点运动到上止点。 压缩行程结束时，气缸内混合气压力可达0.81.5MPa，温度上升到600750K，但并未达到汽油空气混合气自燃的温度。 因此，在活塞接近上止点之前1015，通过火花塞点火（点火提前

15、）。压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：=Va/VcPVra示功图大气压力线c上止点下止点温度600800K， 压力6001500 kPa3作功行程 作功行程时，高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点运动到下止点。 可燃混合气在上止点被点燃后，压力上升到3.06.5MPa，温度上升到22002800K，因此推动活塞，通过连杆转动曲轴对外输出转矩。 活塞到达下止点时，缸内压力降到0.350.5MPa，温度下降到12001500K。作功行程进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度22002800 K， 压力35MPa作功终了：温度15001700 K， 压力

16、300500 kPa 4排气行程 排气行程时，曲轴带动活塞从下止点运动到上止点。 活塞到达上止点时，废气压力仍有0.1050.12MPa，温度为9001100K。 排气行程结束时，气缸内仍然残留的废气为残余废气。残余废气量与进气过程中吸入气体量的比值称为残余废气系数。 排气行程进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气压力线cZb上止点下止点温度9001200 K 压力105125 kPa残余废气四行程汽油机工作状态 状态行程温度(K)压力进气行程3704407590 kPa压缩行程6008006001500 kPa作功行程22002800(瞬时最高)15001700(作功终了)35MPa (瞬

17、时最高)300500 kPa (作功终了)排气行程9001200105125 kPa工作（三）多缸四冲程内燃机的工作过程 单缸四冲程内燃机工作时，曲轴每旋转两圈，只有半圈（作功冲程）作功，导致主轴运转不均匀，所以会产生较大的震动。 因此在单缸机上都装有尺寸较大的、重量较重的飞轮来储存能量，以保持主轴运转的平稳性和连续性。 具有两个或两个以上气缸的内燃机称为多缸内燃机。 多缸四冲程内燃机可视为由多个单缸机共用一根曲轴和一个大机体组合而成的。 每个气缸与单缸机一样各自完成本身的工作循环,只是各气缸的作功冲程相互错开，使各缸的同一冲程按一定的工作顺序排列组合。 由于多缸内燃机的作功冲程是相互交替均匀

18、分配的，所以多缸比单缸内燃机旋转均匀、工作稳定。 三、单缸二冲程内燃机的工作过程 四冲程内燃机的曲轴转两圈，活塞经过四个冲程才完成一个工作循环。且只有一个工作冲程。 而二冲程内燃机的曲轴只需转一圈，活塞经过两个冲程就可完成一个工作循环。 （一）单缸二冲程汽油机的工作过程 第一冲程： 当活塞从下止点向上止点运动时，活塞起着一个上挤下吸的作用。 在运动中活塞关闭了换气孔和排气孔，在活塞的上部使进入气缸内燃料混合气受到压缩。 当活塞继续上升，活塞的下部将进气孔打开时，开始吸气，由于曲轴箱的容积不断增加，产生吸力，化油器中的可燃混合气便被吸入曲轴箱。上挤下吸上推下压第二冲程： 当活塞接近上止点时，火花塞点燃被压缩的可燃混合气，活塞起着上推下压作用。在活塞上方燃气膨胀产生的压力使活塞向下移动而作功。 当活塞继续向下移动时，在活塞的下方首先关闭进气孔，使曲轴箱内的可燃混合气受到挤压，当继续向下移动时，排气孔被打开，气缸中的废气受到燃气压力的作用自行排出。 当活塞再向下移动时，换气孔被打开，曲轴箱内受挤压的可燃气体经换气孔进入气缸，并帮助驱扫废气。 活塞扫气过