第二讲-发动机基本工作原理

康尔信电力系统有限公司发动机工作原理第二讲章齐贤发动机的发展18世纪中叶，瓦特发明了蒸气机1858年，里诺发明了煤气发动机，并申请了专利1867年，德国人奥托受里诺研制煤气发动机的启发，对煤气发动机进行了大量的研究，制作了一台卧式气压煤气发动机，后经过改进，于1878年在法国举办的国际展览会上展出了他制作的样品。在长期的研究过程中，奥托提出了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础1892年，德国工程师狄塞尔根据定压热功循环原理，研制出压燃式柴油机，并取得了制造这种发动机的专利权世界第一台柴油发动机

世界上第一台柴油机诞生于1893年的德国。世界第一台柴油机的发明者是鲁道夫·狄塞尔（RUDOLFDIESEL），他首创了压缩点火式内燃机，为内燃机的发展开拓了新途径。按冲程数分：四冲程、二冲程按气缸数目分：单缸、多缸按转速分：低速、中速（750～1350r/min）、高速按进气方式分：自然吸气、增压按气缸排列分：直列式、V型、卧式等按气缸冷却方式分：水冷、风冷按燃烧室类型分：直喷式燃烧室、分隔式燃烧室按燃料的分类：汽油机、柴油机、天然气发动机按用途分：农用、船用、车用、工程机械用、发电用发动机的分类做功方式（1）：二冲程：用两个行程，曲轴回转一周完成一个工作循环的发动机称二冲程发动机做功方式（2）：用四个行程，曲轴回转两周完成一个工作循环的柴油机称四冲程柴油机

四冲程：MTU发动机四冲程16缸V型排列废气涡轮增压水冷，水箱风扇冷却高压共轨、电喷汽缸内直喷压燃式高速型发动机柴油机的主要性能指标和技术参数

发动机的性能指标是用来衡量发动机性能好坏的标准。发动机的主要性能指标有：动力性能指标经济性能指标排放性能指标动力性能指标有效扭矩：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的扭矩，通常用Ne表示，单位为N·m。有效扭矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆传给曲轴产生的扭矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净扭矩。

转速：指发动机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。发动机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。有效功率：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用Pe表示，单位为kW。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。发动机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用公式计算出有效功率。经济性能指标通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能。燃油消耗率是指单位有效功的燃油消耗量，也就是发动机每发出1kW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量(以g为单位)，燃油消耗率通常用g。表示，其单位为g/kW·h，很明显，有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，其经济性越好。通常发动机铭牌上给出的有效燃油消耗率g。是最小值。排放性能指标排放性能指标包括排放烟度、有害气体(CO，HC，NOx)排放量、噪声等。基本概念上止点：活塞在气缸中运动的最上端位置也就是活塞离曲轴中心线最远的位置下止点：活塞在气缸中运动的最下端位置即活塞离曲轴中心线最近的位置活塞行程：上、下止点之间的距离气缸工作容积（气缸排量）：活塞从上止点到下止点所扫过的容积发动机排量（多缸）：各缸工作容积之和压缩比：气缸总容积与燃烧室容积的比值缸径：工作汽缸内径平均有效压力：是一个在膨胀燃烧冲程中使活塞移动一个冲程所作的有效功工作过程分解－进气冲程

四冲程柴油机的进气过程，从活塞在上止点时开始。当活塞从上止点向下止点运动时，由凸轮机构控制的进气门就被打开。由于活塞下行而使缸内造成部分真空，这时，外界的新鲜空气就经过气缸盖上的进气门进入气缸，直到活塞运动到下止点时，气缸内已充满了空气进气口才被关闭。至此，进气过程就告结束。这一冲程就称为进气冲程。工作过程分解－压缩冲程

进气过程结束时，活塞处于下止点位置。曲轴继续旋转，活塞便转向上行。这时，由于进气门已关闭而排气门尚未开启，因而气缸内的空气因活塞上移而逐渐被压缩。当活塞运动到上止点位置时气缸内空气的温度和压力都已达到相当高的水平，这时，压缩过程也就结束。这一冲程称为压缩冲程。工作过程分解－作功冲程（膨胀冲程）当压缩过程结束后，具有很高压力的燃油(柴油)从喷油器喷入气缸，与气缸内高温高压的空气相遇而立即燃烧。燃烧后气体的压力和温度急剧上升，气体膨胀推动活塞下行做功。这一过程直至活塞再回到下止点时结束。这个冲程称为作功冲程，也叫膨胀冲程或工作冲程。工作过程分解－作功冲程

在膨胀过程结束活塞到达下止点时，由凸轮机构控制的排气门即被打开，这样，活塞再由下止点向上止点运动时，气缸内的废气就被活塞推出气缸。活塞到达上止点时排气门关闭，排气过程也就结束。这个冲程称为排气冲程。MTU发电机的汽缸排列及定义KS–发电机端KGS–自由端A–从发电机端看左边B–从发电机端看右边16V4000G63型号定义MTU16V4000G63第三代产品转速1500转/分发电用途单缸排量毫升汽缸布置形式汽缸数目MTU发动机的基本构造活塞、连杆、曲轴机构配气机构燃料供给系冷却系统润滑系统起动系统电子管理系（ADEC）16V4000G63活塞、连杆、曲轴结构发动机主要的运动部件柴油机的运动件由活塞组、连杆组、曲轴飞轮组等组件构成。它的作用是将活塞承受的气体压力通过连杆传给曲轴，并将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动输出机械能。活塞与连杆总成1-连杆总成；2-活塞；3-连杆；4-连杆盖；5-活塞销轴衬；6-连杆螺钉；7-一道气环环；8-二、三道环；9-油环；10-活塞销；11-活塞销卡环；12-连杆轴瓦；13-定位套筒

活塞形式柴油机的活塞顶部ω凹坑。凹坑是为改变燃烧室的形状而设置的，使可燃混合气的形成更有利，燃烧过程更加完善。活塞环的作用气环的作用是密封气缸，并将活塞所吸收的热量传给气缸壁进入冷却系统。它是活塞散热的主要路径，特别是第一道环，传递全部热量的（40~50）%。油环的作用是将飞溅在缸壁上过多的机油刮下，防止机油窜入燃烧室。

曲轴总成1-飞轮；2-滑脂嘴；3、5、6、7、18-主轴承；4-连杆轴颈；8-半圆键；9-后止推垫圈；10-前止推垫圈；11-正时齿轮；12-挡油圈；13-曲轴油封；14-皮带盘；15-启动爪锁紧垫圈；16-启动爪；17-曲轴螺钉；19-飞轮齿圈；20-螺母；21-开口销；22-主轴颈曲轴是柴油机主要机件之一作用是将柴油机各缸所作的功汇集后以回转运动的方式输出。

返回配气机构配气机构是按照柴油机各缸的工作次序和配气相位完成进气过程和排气过程的控制机构。它要在规定的时刻开启和关闭进、排气门，以保证气缸排除废气，吸进新鲜空气，使工作循环持续地进行。进气与排气流向废气涡轮增压器动画演示采用废气增压的好处柴油机采用废气涡轮增压后，由于其热效率和机械效率的提高，燃油消耗率下降，柴油机的经济性得到改善；同时由于其重量增加比其功率增加小得多，柴油机的单位功率的重量降低，使得比质量减轻、升功率增加；其次，柴油机工作在较大的过量空气系数情况下，燃烧较完全，排气污染得到改善。返回燃料供给系统燃料供给系统MTU发动机采用的是高压共轨系统高压共轨系统共轨喷油器电磁阀喷油器回油管高压油管回油管燃油滤器燃油手动泵进油管燃油输送泵高压燃油控制块高压油泵燃油分配块压力限制阀燃油低压排气系统燃油管路进油管主油道回油管道回油管高压泵喷油器先进的低排放与低油耗设计燃油系统控制发火顺序A1–A7–B4–B6–A4-B8-A2-A8–B3–B5–A3–A5–B2–A6–B1-B7返回冷却系统发动机的冷却系包括水套、散热器、水泵、风扇、节温器等。在气缸和燃烧室周围设有水套，水在水套内流过并带走各零件的热量。水泵将水从散热器下端泵入发动机水套，水在水套内循环流动吸收热量，然后由气缸盖出水口经节温器流回散热器，温度升高的水从散热器上室经过许多小管向下端流动，同时风扇将空气从管旁散热片吹过，带走热量，经过冷却的水再从散热器下室由水泵送入水套，如此循环不止。冷却系统作用冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。冷却循环示意节温阀节温阀的作用常温下石蜡呈固态，水温低于349k（76℃）时，主阀门完全关闭，旁通阀完全开启，由气缸盖出来的水经旁通管直接进入水泵，故称为小循环。由于水只是在水泵和水套之间流动，不经过散热器，且流量小，所以冷却强度弱。当发动机水温达349k（76℃）以上时，石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对中心杆下部锥面产生向上的推力。由于杆的上端固定，故中心杆对橡胶管及感应体产生向下的反推力，克服弹簧张力使主阀门逐渐打开，旁通阀开度逐渐减小。当发动机水温升高到359k（86℃），主阀门完全开启，旁通阀完全关闭，冷却水全部流经散热器，称为大循环。由于此时冷却水流动线路长，流量大，冷却强度强。节温阀关闭与开启状态返回润滑系统润滑系的功用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，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系统组成润滑循环示意机油泵齿轮啮合式机油泵机