内燃机原理 1绪论

发动机原理2010年9月内燃机原理1绪论教材及参考书《内燃机学》第二版周龙保主编机械工业出版社《内燃机构造与原理》陆耀祖中国建材工业出版社《汽车构造》第三版（上）陈家瑞主编机械工业出版社考核办法：考试——平时成绩20%（考勤、作业）+卷面成绩80%内燃机原理1绪论内燃机原理1绪论内燃机原理1绪论一、内燃机的定义发动机：将其它形式的能量转化为机械能的机器。如风力、水力、电力、热力发动机。热机：外燃机—蒸汽机、蒸汽轮机等。

内燃机—往复活塞式和旋转活塞式等。热机工作原理的实质是将燃料化学能→热能→机械能（即所谓热功转换）注意：本课程所提汽车发动机，如无特殊说明，都是指往复活塞式内燃机。内燃机原理1绪论内燃机的发展简史1860年，Lenoir发明了大气压力式内燃机,效率5%1867年，Otto和Langen发明的大气压力式内燃机，效率提高到11%1876年，Otto提出了四冲程循环，内燃机热效率达到14%，重量减少70%1890年，Clerk、Benz等人发明了二冲程内燃机1892年，Diesel发明了柴油机1957年，Wankel发明了转子发动机

内燃机原理1绪论二、内燃机的特点

优点：1、热效率高、经济性好。2、功率和转速范围宽广、配套方便。（0.59kw—35000kw）3、结构紧凑、外型尺寸小、重量轻。4、起动迅速、操作简单。5、水消耗量少。6、维护方便、技术成熟。7、易于实现“三化”大批量生产。内燃机原理1绪论缺点：1、对燃料品质要求高。2、低速时转矩不够大。3、振动较大，超负荷能力小。4、噪声及废气污染大。5、结构复杂、整机和零部件加工要求高。内燃机原理1绪论应用航空农业车辆、机车矿山、建筑及工程机械船舶固定电站军事三、内燃机的应用与分类内燃机原理1绪论分类方法类

别含

义按冲程数分二冲程内燃机活塞经过两个行程完成一个工作循环的内燃机四冲程内燃机活塞经过四个行程完成一个工作循环的内燃机按着火方式分点燃式内燃机压缩气缸内的可燃混合气，并用外源点火燃烧的内燃机压燃式内燃机压缩气缸内的空气或可燃混合气，产生高温，引起燃料着火的内燃机按使用燃料种类分液体燃料内燃机燃烧液体燃料（汽油、柴油、醇类等）的内燃机气体燃料内燃机燃烧气体燃料（液化石油气、天然气等）的内燃机多种燃料内燃机能够使用着火性能差异较大的两种或两种以上燃料的内燃机内燃机原理1绪论按进气状态分非增压内燃机进入气缸前的空气或可燃混合气未经压缩的内燃机。对于四冲程内燃机亦称自吸式内燃机增压内燃机进入气缸前的空气或可燃混合气先经过压气机压缩．藉以增大充量密度的内燃机按冷却方式分水冷式内燃机用水冷却气缸和气缸盖等零件的内燃机风冷式内燃机用空气冷却气缸和气缸盖等零件的内燃机按气缸数及布置分单缸内燃机只有一个气缸的内燃机多缸内燃机具有两个或两个以上气缸的内燃机。立式内燃机气缸布置于曲轴上方且气缸中心线垂直于水平面的内燃机。卧式内燃机气缸中心线平行于水平面的内燃机。直列式内燃机具有两个或两个以上直立气缸，并呈一列布置的内燃机。V形内燃机具有两个或两列气缸，其中心线夹角呈V形，并共用一根曲轴输出功率的内燃机（图1-8a）对置气缸式内燃机两个或两列气缸分别排列在同一曲轴的两边呈1800夹角的内燃机（见图1-8b）斜置式内燃机气缸中心线与水平面呈一定角度(不是直角)的内燃机按用途分类有汽车用、机车用、拖拉机用、船用、坦克用、摩托车用、发电用、农用、工程机械用等内燃机。内燃机原理1绪论换代符号系列代号地方、企业代号缸数气缸布置形式冲程符号（E二冲程，四冲程不标）缸径符号（mm）结构特征符号用途特征符号区分符号首部中部后部尾部四、内燃机产品名称和型号编制规则内燃机原理1绪论林业机械LV形V平卧形P多缸直列及单缸卧式无符号含义符号气缸布置形式符号含义符号增压中冷ZL增压Z可倒转DZ十字头式S凝气冷却N风冷F水冷无符号结构特征符号含义符号农用运输车Y船用主机，左机基本型CZ船用主机，右机基本型C发电机组D铁路机车J汽车Q工程机械G摩托车M拖拉机T通用型及固定动力无符号用途特征符号内燃机原理1绪论4100Q——四缸直列、四冲程、缸径100mm、水冷、汽车用。1E65F——单缸、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型。12V135ZG——12缸V型、四冲程、缸径135mm、水冷、增压、工程机械用。内燃机原理1绪论两大机构：曲柄连杆机构

(Crankshaftconnecting-rodmechanism)

配气机构

(Valvemechanism)五大系统：燃料供给系统

(Systemoffuelfeeding)

润滑系统

(Lubricationsystem)

冷却系统

(Coolingsystem)

起动系统

(Startingsystem)

点火系统（汽油机）(Ignitionsystem)

五、内燃机总体组成内燃机原理1绪论名

称功

用主要部件机体组发动机的骨架，支承着发动机的所有零部件气缸体、气缸盖、气缸垫等曲柄连杆机构将活塞顶的燃气压力转变为曲轴的转矩，输出机械能活塞、连杆、曲轴、飞轮等配气机构按照发动机要求，定时开闭进、排气门，吸入干净空气，排除废气气门组件、凸轮轴、驱动机构（摇臂、挺柱、推杆）等燃料供给系统按照发动机要求，定时、定量供给所需要的燃料空气：空气滤清器、进排气管系、排气消音器汽油机：汽油箱、输油泵、滤清器、压力调节器、各种传感器、电控喷油器、电控单元等；（旧汽油机采用化油器）柴油机：柴油箱、输油泵、滤清器、高压油泵、调速器、喷油器等点火系统按规定的时刻，准时点燃汽油机气缸内的可燃混合气蓄电池、点火开关、点火线圈组件、传感器、电控装置、火花塞等润滑系统润滑、减摩、延长寿命、密封、清洁、冷却、防锈蚀油底壳、机油泵、机油滤清器、机油压力表、机油道等冷却系统保持发动机在适宜的温度下工作冷却水泵、风扇、节温器、散热器、冷却水道等起动系统起动发动机蓄电池、起动开关、起动马达等内燃机原理1绪论缸体顶置气门内燃机原理1绪论机体组曲轴箱气缸体气缸垫气缸盖气缸油道和水道油底壳内燃机原理1绪论曲柄连杆机构1气环油环活塞销活塞连杆连杆螺栓连杆轴瓦连杆盖活塞连杆组内燃机原理1绪论起动爪正时齿轮主轴瓦皮带轮扭转减振器飞轮飞轮螺栓曲轴曲柄连杆机构2内燃机原理1绪论配气机构

气门组气门传动组内燃机原理1绪论燃油供给系统油箱燃油滤清器油泵空气滤清器进气管道排气管道油管排气消声器内燃机原理1绪论润滑系机油泵机油泵主动齿轮轴机油滤清器润滑油道内燃机原理1绪论冷却系水箱风扇水泵水压传感器皮带皮带轮节温器内燃机原理1绪论蓄电池点火开关点火线圈火花塞分电盘真空点火提前装置点火系内燃机原理1绪论起动系铁芯驱动杠杆短路开关起动机弹簧离合器飞轮启动齿轮内燃机原理1绪论六、基本名词术语1、上止点（TDC）和下止点（BDC）上、下止点是活塞在气缸内运动的两个极限位置，活塞顶距曲轴旋转中心距离最远处称上止点，而最近处称下止点。在上、下止点活塞运动方向改变，速度为零。发动机运转时，活塞始终在上、下止点之间往复运动。2、活塞行程（冲程）S(Stroke)

即上、下止点之间的距离。活塞运动一个行程曲轴旋转180°曲轴转角（°CA）。

内燃机原理1绪论活塞气缸进气门排气门连杆曲柄火花塞或喷油器进气道排气道气缸盖内燃机原理1绪论3、缸径D(Cylinderbore)

气缸直径是发动机最重要的结构参数，缸径的大小基本确定了发动机活塞排量、输出功率及发动机尺寸、重量的大致范围。车用汽油机受爆燃的限制，缸径一般不能太大，通常在60～100mm；而柴油机受燃料喷射和燃烧的限制缸径很难做得很小，一般在70～160mm以上。内燃机原理1绪论4．燃烧室容积Vc(Compressionvolume)（L）

活塞位于上止点时的气缸容积称为燃烧室容积，也称压缩容积。5、气缸工作容积Vs(Pistonsweptvolume)

（L）

式中：D—

气缸直径（mm）S—

活塞行程（mm）内燃机原理1绪论6、气缸总容积Va(Overallvolume)

（L）

7、发动机排量VL

（L）

式中：i—

气缸数（排量是决定发动机整机功率的主要结构参数）内燃机原理1绪论8、工作循环(Workingcycle)

发动机的一个工作循环由进气、压缩、燃烧膨胀和排气组成，各过程连续进行，循环往复、周而复始。9、四冲程和二冲程内燃机

(Four-strokeandTwo-stroke)

四冲程—

活塞运动4个行程，完成一个工作循环。二冲程—

活塞运动2个行程，完成一个工作循环。内燃机原理1绪论10．压缩比ε(Compressionratio)内燃机原理1绪论11、示功图(Indicatordiagram)

为获得正确反映气缸内部实际情况的试验数据，通常利用不同形式的示功器或内燃机数据采集系统来观察或记录相对不同活塞位置时气缸内工质压力的变化，所得到的结果即为p-V示功图示功图。记录相对不同曲轴转角时气缸内工质压力的变化，所得到的结果为p-Φ示功图12、工况内燃机在某一时刻的运行状况。（Pe、n）内燃机原理1绪论进气行程进气行程（r—a线）(Suctionstroke)活塞：TDC—BDC；曲轴：0～180°CA（旋转半圈）；进气门打开，关闭各一次；排气门关。进气开始：进气温度即环境温度T0；进气压力为大气压力P0

。进气终了：进气结束气体温度Ta约370～400K；压力Pa约0.078—0.091MPa进气冲程的目的：引入新鲜工质（可燃混合气）七、四冲程内燃机的工作原理

A、柴油机内燃机原理1绪论压缩行程

压缩行程（a—c线）(Compressionstroke)活塞：BDC—TDC；曲轴：180—360°CA（转一圈）；进排气门关。压缩开始：Pa

、Ta

；压缩终了：Pc=3～

5MPa；Tc=750～1000K压缩冲程的目的：提高工质的温度和压力，为混合气的点燃和燃烧创造条件，以得到较高的燃烧最高压力和提高燃气膨胀比，即可大大提高热功转换效率。内燃机原理1绪论做功行程作功冲程（c—z—b线）(Expansionstroke)活塞：TDC～

BDC；曲轴；360～

540°CA（转一圈半）；进排气门关。燃烧开始：压缩冲程接近TDC时，喷油器向缸内喷油，燃烧气体的压力和温度急剧升高，燃气开始膨胀,推动活塞下行对外作功。

Pc

～

Pz

（Pz—燃烧最高压力可达6～9MPa）

Tc

～

Tz（Tz—燃烧最高温度可达1800～2000K）膨胀终了：排气门打开，膨胀结束，燃气压力降至Pb为0.2～

0.5MPa；温度降为Tb约1300～

1600K。作功冲程的目的：利用高温高压燃气的膨胀对外作功。内燃机原理1绪论排气行程

排气冲程（b—r线）(Exhauststroke)活塞：BDC～

TDC；曲轴；540～

720°CA（总共转两圈）排气门打开、关闭各一次。排气开始：废气首先利用自身压力自由排气，大部分废气自动冲出气缸，随后活塞上行将其余废气强制推出气缸。排气终了：P=0.105～

0.115MPa；

T=700～

900K排气冲程的作用：排除废气，为下一循环引入新鲜工质创造条件。内燃机原理1绪论进气形成进入气缸的是纯空气，压缩终了高压喷射燃料,缸内形成混合气，压缩自燃。进气行程（r—a线）压缩行程（a—c线）作功冲程（c—z—b线）

排气冲程（b—r线）内燃机原理1绪论B、四冲程汽油机工作原理内燃