第二章1基本组成、原理

第二章基本原理与组成

§2-1概述一、内燃机的类型（仅限于往复活塞式）1、按所用的燃料分：（1）液体燃料发动机；汽油机（gasolineengine）；柴油机（dieselengine）。（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）。天燃气机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）。非增压增压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）W型X型星型德国phaeton8．按结构特点分（1）筒形活塞柴油机缺点；活塞裙部起向导作用，在侧推力的作用下，活塞与缸套磨损较大。优点：结构简单，紧凑，轻便用于中，高速柴油机（2）十字头活塞柴油机（链接视频）优点：活塞与缸套间无侧推力，因为由十字头导向，故磨损较小，不易擦伤和咬死。可在汽缸下部设横隔板，以免汽缸内的脏油、烟灰、燃气等漏入曲轴箱。污损曲轴箱底部的滑油。缺点：使柴油机高度和重量增大，结构复杂。用途：船用大型低速柴油机十字头下连连杆，上连活塞圆筒形活塞9、按用途：固定式内燃机和移动式内燃机10、按标定转速：（1）高速机n＞3000r/min；（旧标准＞1000）（2）中速机800--3000r/min；（300-1000）（3）低速机：n<800r/min；（＜300）11、按曲轴转向：左转，右转，可逆转和不可逆转。（从飞轮端看）。12、按混合气形成方式分：化油器式，直接喷射式，进气管喷射式13、按燃烧室结构分：开式，半开式，分隔式二、内燃机的型号1、型号编注的国标规则（1）型号书写由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成（2）型号书写分为四个组成部分，中间两部分是主题部分，必须符合国家标准（3）所有内燃机均以燃料命名，但在型号中可以不显示2、型号的含义（见下表）1234567893、举例说明（现在的发动机型号编制自由度较大）（1）、汽油机

1E65F：表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型

4100Q：表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用

4100Q-4：表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品

CA6102：表示六缸，四行程，缸径102mm，水冷通用型，CA表示系列符号

8V100：表示八缸，四行程、缸径100mm，V型，水冷通用型

TJ376Q：表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号

CA488：表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号（2）、柴油机

195：表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型

165F：表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型

495Q：表示四缸，四行程，缸径95mm，水冷车用

6135Q：表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用

X4105：表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号

思考下列型号4100Q,1E40F,12V135ZG(增压型工程机械用)YC6120T（玉柴）12VE230ZCZ（增压船用左机型）EQ-6110-3BJ492QAGW4G-1.5长城高配1.5LLF479Q-2力帆三、内燃机的特点1、优点（1）、热效率高（2）、结构紧凑（3）、功率变化范围大（4）、操作方便（5）、使用安全2、缺点（1）、对燃料要求较高（2）、有惯性力存在，有振动（3）、功率、转矩受转速影响大（4）、有排放与噪声污染四、工程机械用发动机与汽车用发动机的区别1、工机用内燃机的特点（1）、在颠簸路面上抗冲击、振动刚度、强度的大（2）、与底盘的连接特殊（3）、工地倾斜35-50°仍能可靠工作（4）、抗恶劣空气质量（5）、防水、防引燃特点（6）、适应剧烈的负荷变化（7）、大扭矩储备系数（8）、抗宽范围的温度变化（9）、大转速适应性系数（10）、前、中、左、右辅助动力的输出2、汽车用内燃机的特点（1）、机动性好（2）、加速快（3）、省油（4）、较高的环保性（5）、良好的启动性§2-2内燃机的基本组成和工作原理

一、基本组成AUDI-V10—5.2宝马V-12-6.0单缸机立体解剖图1、一装置起动装置2、二机构：（1）、曲柄连杆机构—气缸7内装有活塞8，活塞通过活塞销10、连杆11与曲轴14相连接。活塞在气缸内作往复直线运动，通过连杆推动曲轴转动，通过飞轮13对外输出作功。曲柄连杆机构拆分图（2）、配气机构—为了吸入新鲜气体和排出废气，设有进气门2和排气门3，曲轴14通过正时齿轮副推动配气凸轮轴转动，凸轮通过挺杆克服气门弹簧力顶开气门，气门在气门弹簧预紧力的作用下关闭。配气流程图配气机构立体彩图3、三系统（1）、供给系—汽油和空气在化油器4内混合成新鲜可燃混合气，经过进气管1、进气门2吸入气缸内，燃烧后的废气经过排气门3、排气管排入大气中。（2）、润滑系—机油泵17由配气凸轮轴上的偏心凸轮驱动，将油底壳16内的机油吸入并经过机油管15、润滑油道泵入到各运动件的摩擦部位进行润滑。（3）、冷却系—水泵9由曲轴14上的皮带轮带动，将来自散热器冷却后的冷却水泵入气缸7燃烧室周围的冷却水套，经过气缸盖6中的冷却水套，热水由气缸盖上部的出水口流往散热器4、四辅助：（1）汽油机及燃气机点火系统——气缸内的新鲜可燃混合气经过压缩后由气缸盖上伸入燃烧室内的火花塞5产生的点火花点燃。

（2）机体组件——骨架、载体（3）电控单元（大脑、神经中枢）及执行元件（4）传感设备——感觉器官

小结一装置、两机构、三系统、四辅助。

二、基本概念和术语活塞处于最上方活塞处于最下方CROWN-V6活塞行程截取图

1、上止点（T.D.C.）（TDP）活塞顶离曲轴中心最远处。2、下止点（B.D.C.）(BDP)：活塞顶离曲轴中心最近处。3、活塞行程S：上、下止点之间的距离。4、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。5、气缸工作容积Vs：活塞从上止点到下止点所扫过的容积（气缸排量）。6、发动机工作容积Vst：多缸发动机各气缸工作容积的总和（发动机排量）。式中：D——气缸直径（cm）diameterS——活塞行程（cm）strokei——气缸数involveR——radiusT——topD——deadC——centerP——pointa——all7、燃烧室容积VC

：活塞在上止点时，塞顶上方的气缸容积（或气缸最小容积）。8、气缸总容积Va：活塞在下止点时，活塞顶上方的气缸容积（或气缸最大容积）9、工作循环：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，使之发火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排除这样一系列连续过程，称为一个工作循环。...10、压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比。（=Va/VC=1+Vs/VC）三、内燃机的工作过程（冲程不同、缸数不同、过程不同1、单缸四冲程汽油机的工作循环（链接动画）四冲程发动机的工作循环需要经过进气、压缩、膨胀（作功）、排气四个过程，对应活塞上下四个行程，相应的曲轴转角旋转720（两周）。(1)、进气行程（0~180CA）：活塞自上止点向下止点移动，活塞上方气缸容积增大，形成一定真空，此时排气门关闭，进气门打开，可燃混合气由化油器经进气歧管、进气门吸入气缸，历时一个活塞行程，曲轴旋转180°转角。由于有进气阻力，进气终了时缸内压力低于大气压力，约为0.075~0.09MPa；由于气缸内的可燃混合气受上一循环残余废气和高温零件的加热，进气终了时缸内气体温度上升到370~400K（正常工作温度状态下）。华氏度F＝32＋1.8×摄氏度CK温=℃+271.16（2）压缩行程（180~360CA）：为了使可燃混合气能迅速燃烧，使发动机发出更大功率，燃烧前必须将可燃混合气压缩，使其容积缩小，密度加大，温度升高。此时，进、排气门均关闭，活塞从下止点向上止点移动，曲轴旋转180CA。压缩终了时，可燃混合气的压力、温度取决于压缩比的大小。愈大，压缩终了时的可燃混合气的压力、温度愈高，燃烧速度愈快，发动机发出功率愈大，经济性愈好，但汽油机的压缩比过高会引起爆燃和表面点火等不正常的燃烧现象，一般在6~9之间，现代轿车汽油机的在9~11之间。（3）作功（膨胀）行程：（360~540CA）进、排气门仍关闭。当压缩行程接近终了时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气，放出大量的热能，使气缸内的压力和温度迅速增加，所能达到的最大压力PZ约为3~5MPa，相应温度为2200~2800K。...高温、高压燃气推动活塞从上止点向下止点移动，通过连杆使曲轴旋转并通过飞轮输出机械能，除了一部分用于维持发动机继续运转外，其余大部分机械能用于对外作功，期间曲轴旋转180CA，膨胀终了时，压力降至0.3~0.5MPa，相应温度则降为1300~1600K。现代增压汽油机的最大爆发压力可达（4）排气行程（540~720CA）：当膨胀接近终了时，排气门打开，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压力之比大于临界压力比），大部分废气自行排出。活塞到达下止点后再向上止点移动，继续将废气强制排到大气中，排气终了时缸内压力稍大于大气压力（排气阻力存在），约为0.105~0.115MPa，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（上止点），不可能将废气排尽，留下的这一部分废气称为残余废气。2、单缸四形成柴油机的工作过程（链接动画）四冲程柴油机每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程，相应地曲轴旋转了两周。但是：（1）、与汽油机原理上的区别：（吸入纯空气）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的方法，唯有在高温、高压的气缸内采用高压喷射才能将柴油在很短的时间内完全雾化。柴油可在高压下自然，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（否则会产生爆炸性燃烧，使柴油机工作粗暴）。柴油机压缩比较高（一般为16～22），所以压缩终了时的压力可达3.5～4.5MPa，温度高达750～1000K，大大超过柴油的自燃温度，故柴油高压（10MPa以上）喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便自行着火燃烧，最大爆发压力可达6～9MPa，最高燃气温度可达2000～2500K。（3）、工作过程1）、进气行程2）、压缩行程3）、做功行程4）、排气行程（2）、与汽油机结构上的区别状态冲程曲轴转角活塞位置进门排门始温始压末温末压吸气0-180°由上至下开关室温室压50-70℃78-91KPa压缩180-360°由下至上关关50-70℃78-91KPa500-700℃3-5MPa作功360-540°由上至下关关500-700℃3-5MPa800-900℃7-9MPa排气540-720°由下至上关开800-900℃0.2-0.5MPa400-600℃0.1-0.12MPa（4）、单缸四冲程柴油机工作情况表3、单缸四冲程发动机的示功图（1）、定义：将发动机在一个工作循环里的汽缸内的压力P与汽缸工作容积Vs之间的变化关系，用线图在直角坐标系里表示出来（2）、含义：1）、反映出P与Vs之间在各个行程里的变化关系2）、反映出该汽缸在一个工作循环里所做的功（3）、解释：P—pressure;V—volume;r—recycle;a—acme;c—combustion;z—zennic;b—bottom;示功图4、多缸发动机的工作过程导入——①、单缸发动机的优点②、单缸发动机的缺点③、什么是多缸发动机④、多缸发动机的缸序⑤、多缸发动机的工作顺序前后缸数——；缸序——；作功分配——；工作顺序——1→3→4→2；1→2→4→3（1）、四缸四行程发动机的工作（链接动画）4个人过排队4道门（2）、六缸四冲程发动机的工作直列六缸机工作循环表1-5-3-6-2-4-1

6个人排队过4道门按1→5→3→6→2→4→1的工作顺序用另一种方式列表表示6缸机的工作过程12345660°工作顺序曲轴转角各缸工作1→5→3→6→2→4……720°（3）、V8发动机的工作8个人排队过4道门5、二冲程发动机的工作导入——①、何谓二冲程？②、二冲程发动机的结构特点

（1）、单缸二行程汽油机的工作（链接动画）第一：压缩、预进气（换气、压缩）行程第二：做功、排气、进气（换气、做功）行程（2）、单缸二行程柴油机的工作（链接动画“带气门”）①、二冲程柴油机与二冲程汽油机的区别：A、结构区别，注意：二冲程发动机的扫气（换气）有3种情况一是横流扫气：换气口和排气孔布置在气缸两侧，扫气效果差；二是回流扫气：开于同侧，效果较好；三是直流扫气：排气门置于顶部，效果最好，但结构复杂非增压型柴油机与汽油机的区别

B、原理区别，②、工作过程储气室扫气泵进气口（3）、单缸二冲程汽油机的示功图

排气孔比换气孔（扫气孔）稍大，即排气孔比换气孔早开一些、晚关一些。第一行程达到将排气门关闭时，压缩作用开始。所以——a为开始压点，c为开始燃烧点，ac为压缩曲线，czb为作功段，b点为排气门开点，bf为预排段，f点为换气孔开点，fdh为换气（扫气）兼排气中段，h点为换气口关闭点，ha为后排气段。zfh注意：此图为不带有排气门时的示功图四、二冲程发动机与四冲程发动机的比较（一）优点：1、从工作原理上来讲，在发动机排量和转速相同的前提下，二冲程发动机的功率理论上是四冲程发动机的2倍。2、由于二