發(fā)動機原理2010年9月內(nèi)燃機原理1緒論教材及參考書《內(nèi)燃機學》第二版周龍保主編機械工業(yè)出版社《內(nèi)燃機構(gòu)造與原理》陸耀祖中國建材工業(yè)出版社《汽車構(gòu)造》第三版（上）陳家瑞主編機械工業(yè)出版社考核辦法：考試——平時成績20%（考勤、作業(yè)）+卷面成績80%內(nèi)燃機原理1緒論內(nèi)燃機原理1緒論內(nèi)燃機原理1緒論一、內(nèi)燃機的定義發(fā)動機：將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為機械能的機器。如風力、水力、電力、熱力發(fā)動機。熱機：外燃機—蒸汽機、蒸汽輪機等。

內(nèi)燃機—往復活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式等。熱機工作原理的實質(zhì)是將燃料化學能→熱能→機械能（即所謂熱功轉(zhuǎn)換）注意：本課程所提汽車發(fā)動機，如無特殊說明，都是指往復活塞式內(nèi)燃機。內(nèi)燃機原理1緒論內(nèi)燃機的發(fā)展簡史1860年，Lenoir發(fā)明了大氣壓力式內(nèi)燃機,效率5%1867年，Otto和Langen發(fā)明的大氣壓力式內(nèi)燃機，效率提高到11%1876年，Otto提出了四沖程循環(huán)，內(nèi)燃機熱效率達到14%，重量減少70%1890年，Clerk、Benz等人發(fā)明了二沖程內(nèi)燃機1892年，Diesel發(fā)明了柴油機1957年，Wankel發(fā)明了轉(zhuǎn)子發(fā)動機

內(nèi)燃機原理1緒論二、內(nèi)燃機的特點

優(yōu)點：1、熱效率高、經(jīng)濟性好。2、功率和轉(zhuǎn)速范圍寬廣、配套方便。（0.59kw—35000kw）3、結(jié)構(gòu)緊湊、外型尺寸小、重量輕。4、起動迅速、操作簡單。5、水消耗量少。6、維護方便、技術成熟。7、易于實現(xiàn)“三化”大批量生產(chǎn)。內(nèi)燃機原理1緒論缺點：1、對燃料品質(zhì)要求高。2、低速時轉(zhuǎn)矩不夠大。3、振動較大，超負荷能力小。4、噪聲及廢氣污染大。5、結(jié)構(gòu)復雜、整機和零部件加工要求高。內(nèi)燃機原理1緒論應用航空農(nóng)業(yè)車輛、機車礦山、建筑及工程機械船舶固定電站軍事三、內(nèi)燃機的應用與分類內(nèi)燃機原理1緒論分類方法類

別含

義按沖程數(shù)分二沖程內(nèi)燃機活塞經(jīng)過兩個行程完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機四沖程內(nèi)燃機活塞經(jīng)過四個行程完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機按著火方式分點燃式內(nèi)燃機壓縮氣缸內(nèi)的可燃混合氣，并用外源點火燃燒的內(nèi)燃機壓燃式內(nèi)燃機壓縮氣缸內(nèi)的空氣或可燃混合氣，產(chǎn)生高溫，引起燃料著火的內(nèi)燃機按使用燃料種類分液體燃料內(nèi)燃機燃燒液體燃料（汽油、柴油、醇類等）的內(nèi)燃機氣體燃料內(nèi)燃機燃燒氣體燃料（液化石油氣、天然氣等）的內(nèi)燃機多種燃料內(nèi)燃機能夠使用著火性能差異較大的兩種或兩種以上燃料的內(nèi)燃機內(nèi)燃機原理1緒論按進氣狀態(tài)分非增壓內(nèi)燃機進入氣缸前的空氣或可燃混合氣未經(jīng)壓縮的內(nèi)燃機。對于四沖程內(nèi)燃機亦稱自吸式內(nèi)燃機增壓內(nèi)燃機進入氣缸前的空氣或可燃混合氣先經(jīng)過壓氣機壓縮．藉以增大充量密度的內(nèi)燃機按冷卻方式分水冷式內(nèi)燃機用水冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的內(nèi)燃機風冷式內(nèi)燃機用空氣冷卻氣缸和氣缸蓋等零件的內(nèi)燃機按氣缸數(shù)及布置分單缸內(nèi)燃機只有一個氣缸的內(nèi)燃機多缸內(nèi)燃機具有兩個或兩個以上氣缸的內(nèi)燃機。立式內(nèi)燃機氣缸布置于曲軸上方且氣缸中心線垂直于水平面的內(nèi)燃機。臥式內(nèi)燃機氣缸中心線平行于水平面的內(nèi)燃機。直列式內(nèi)燃機具有兩個或兩個以上直立氣缸，并呈一列布置的內(nèi)燃機。V形內(nèi)燃機具有兩個或兩列氣缸，其中心線夾角呈V形，并共用一根曲軸輸出功率的內(nèi)燃機（圖1-8a）對置氣缸式內(nèi)燃機兩個或兩列氣缸分別排列在同一曲軸的兩邊呈1800夾角的內(nèi)燃機（見圖1-8b）斜置式內(nèi)燃機氣缸中心線與水平面呈一定角度(不是直角)的內(nèi)燃機按用途分類有汽車用、機車用、拖拉機用、船用、坦克用、摩托車用、發(fā)電用、農(nóng)用、工程機械用等內(nèi)燃機。內(nèi)燃機原理1緒論換代符號系列代號地方、企業(yè)代號缸數(shù)氣缸布置形式?jīng)_程符號（E二沖程，四沖程不標）缸徑符號（mm）結(jié)構(gòu)特征符號用途特征符號區(qū)分符號首部中部后部尾部四、內(nèi)燃機產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則內(nèi)燃機原理1緒論林業(yè)機械LV形V平臥形P多缸直列及單缸臥式無符號含義符號氣缸布置形式符號含義符號增壓中冷ZL增壓Z可倒轉(zhuǎn)DZ十字頭式S凝氣冷卻N風冷F水冷無符號結(jié)構(gòu)特征符號含義符號農(nóng)用運輸車Y船用主機，左機基本型CZ船用主機，右機基本型C發(fā)電機組D鐵路機車J汽車Q工程機械G摩托車M拖拉機T通用型及固定動力無符號用途特征符號內(nèi)燃機原理1緒論4100Q——四缸直列、四沖程、缸徑100mm、水冷、汽車用。1E65F——單缸、二沖程、缸徑65mm、風冷、通用型。12V135ZG——12缸V型、四沖程、缸徑135mm、水冷、增壓、工程機械用。內(nèi)燃機原理1緒論兩大機構(gòu)：曲柄連桿機構(gòu)

(Crankshaftconnecting-rodmechanism)

配氣機構(gòu)

(Valvemechanism)五大系統(tǒng)：燃料供給系統(tǒng)

(Systemoffuelfeeding)

潤滑系統(tǒng)

(Lubricationsystem)

冷卻系統(tǒng)

(Coolingsystem)

起動系統(tǒng)

(Startingsystem)

點火系統(tǒng)（汽油機）(Ignitionsystem)

五、內(nèi)燃機總體組成內(nèi)燃機原理1緒論名

稱功

用主要部件機體組發(fā)動機的骨架，支承著發(fā)動機的所有零部件氣缸體、氣缸蓋、氣缸墊等曲柄連桿機構(gòu)將活塞頂?shù)娜細鈮毫D(zhuǎn)變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩，輸出機械能活塞、連桿、曲軸、飛輪等配氣機構(gòu)按照發(fā)動機要求，定時開閉進、排氣門，吸入干凈空氣，排除廢氣氣門組件、凸輪軸、驅(qū)動機構(gòu)（搖臂、挺柱、推桿）等燃料供給系統(tǒng)按照發(fā)動機要求，定時、定量供給所需要的燃料空氣：空氣濾清器、進排氣管系、排氣消音器汽油機：汽油箱、輸油泵、濾清器、壓力調(diào)節(jié)器、各種傳感器、電控噴油器、電控單元等；（舊汽油機采用化油器）柴油機：柴油箱、輸油泵、濾清器、高壓油泵、調(diào)速器、噴油器等點火系統(tǒng)按規(guī)定的時刻，準時點燃汽油機氣缸內(nèi)的可燃混合氣蓄電池、點火開關、點火線圈組件、傳感器、電控裝置、火花塞等潤滑系統(tǒng)潤滑、減摩、延長壽命、密封、清潔、冷卻、防銹蝕油底殼、機油泵、機油濾清器、機油壓力表、機油道等冷卻系統(tǒng)保持發(fā)動機在適宜的溫度下工作冷卻水泵、風扇、節(jié)溫器、散熱器、冷卻水道等起動系統(tǒng)起動發(fā)動機蓄電池、起動開關、起動馬達等內(nèi)燃機原理1緒論缸體頂置氣門內(nèi)燃機原理1緒論機體組曲軸箱氣缸體氣缸墊氣缸蓋氣缸油道和水道油底殼內(nèi)燃機原理1緒論曲柄連桿機構(gòu)1氣環(huán)油環(huán)活塞銷活塞連桿連桿螺栓連桿軸瓦連桿蓋活塞連桿組內(nèi)燃機原理1緒論起動爪正時齒輪主軸瓦皮帶輪扭轉(zhuǎn)減振器飛輪飛輪螺栓曲軸曲柄連桿機構(gòu)2內(nèi)燃機原理1緒論配氣機構(gòu)

氣門組氣門傳動組內(nèi)燃機原理1緒論燃油供給系統(tǒng)油箱燃油濾清器油泵空氣濾清器進氣管道排氣管道油管排氣消聲器內(nèi)燃機原理1緒論潤滑系機油泵機油泵主動齒輪軸機油濾清器潤滑油道內(nèi)燃機原理1緒論冷卻系水箱風扇水泵水壓傳感器皮帶皮帶輪節(jié)溫器內(nèi)燃機原理1緒論蓄電池點火開關點火線圈火花塞分電盤真空點火提前裝置點火系內(nèi)燃機原理1緒論起動系鐵芯驅(qū)動杠桿短路開關起動機彈簧離合器飛輪啟動齒輪內(nèi)燃機原理1緒論六、基本名詞術語1、上止點（TDC）和下止點（BDC）上、下止點是活塞在氣缸內(nèi)運動的兩個極限位置，活塞頂距曲軸旋轉(zhuǎn)中心距離最遠處稱上止點，而最近處稱下止點。在上、下止點活塞運動方向改變，速度為零。發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，活塞始終在上、下止點之間往復運動。2、活塞行程（沖程）S(Stroke)

即上、下止點之間的距離?；钊\動一個行程曲軸旋轉(zhuǎn)180°曲軸轉(zhuǎn)角（°CA）。

內(nèi)燃機原理1緒論活塞氣缸進氣門排氣門連桿曲柄火花塞或噴油器進氣道排氣道氣缸蓋內(nèi)燃機原理1緒論3、缸徑D(Cylinderbore)

氣缸直徑是發(fā)動機最重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，缸徑的大小基本確定了發(fā)動機活塞排量、輸出功率及發(fā)動機尺寸、重量的大致范圍。車用汽油機受爆燃的限制，缸徑一般不能太大，通常在60～100mm；而柴油機受燃料噴射和燃燒的限制缸徑很難做得很小，一般在70～160mm以上。內(nèi)燃機原理1緒論4．燃燒室容積Vc(Compressionvolume)（L）

活塞位于上止點時的氣缸容積稱為燃燒室容積，也稱壓縮容積。5、氣缸工作容積Vs(Pistonsweptvolume)

（L）

式中：D—

氣缸直徑（mm）S—

活塞行程（mm）內(nèi)燃機原理1緒論6、氣缸總?cè)莘eVa(Overallvolume)

（L）

7、發(fā)動機排量VL

（L）

式中：i—

氣缸數(shù)（排量是決定發(fā)動機整機功率的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)）內(nèi)燃機原理1緒論8、工作循環(huán)(Workingcycle)

發(fā)動機的一個工作循環(huán)由進氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣組成，各過程連續(xù)進行，循環(huán)往復、周而復始。9、四沖程和二沖程內(nèi)燃機

(Four-strokeandTwo-stroke)

四沖程—

活塞運動4個行程，完成一個工作循環(huán)。二沖程—

活塞運動2個行程，完成一個工作循環(huán)。內(nèi)燃機原理1緒論10．壓縮比ε(Compressionratio)內(nèi)燃機原理1緒論11、示功圖(Indicatordiagram)

為獲得正確反映氣缸內(nèi)部實際情況的試驗數(shù)據(jù)，通常利用不同形式的示功器或內(nèi)燃機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來觀察或記錄相對不同活塞位置時氣缸內(nèi)工質(zhì)壓力的變化，所得到的結(jié)果即為p-V示功圖示功圖。記錄相對不同曲軸轉(zhuǎn)角時氣缸內(nèi)工質(zhì)壓力的變化，所得到的結(jié)果為p-Φ示功圖12、工況內(nèi)燃機在某一時刻的運行狀況。（Pe、n）內(nèi)燃機原理1緒論進氣行程進氣行程（r—a線）(Suctionstroke)活塞：TDC—BDC；曲軸：0～180°CA（旋轉(zhuǎn)半圈）；進氣門打開，關閉各一次；排氣門關。進氣開始：進氣溫度即環(huán)境溫度T0；進氣壓力為大氣壓力P0

。進氣終了：進氣結(jié)束氣體溫度Ta約370～400K；壓力Pa約0.078—0.091MPa進氣沖程的目的：引入新鮮工質(zhì)（可燃混合氣）七、四沖程內(nèi)燃機的工作原理

A、柴油機內(nèi)燃機原理1緒論壓縮行程

壓縮行程（a—c線）(Compressionstroke)活塞：BDC—TDC；曲軸：180—360°CA（轉(zhuǎn)一圈）；進排氣門關。壓縮開始：Pa

、Ta

；壓縮終了：Pc=3～

5MPa；Tc=750～1000K壓縮沖程的目的：提高工質(zhì)的溫度和壓力，為混合氣的點燃和燃燒創(chuàng)造條件，以得到較高的燃燒最高壓力和提高燃氣膨脹比，即可大大提高熱功轉(zhuǎn)換效率。內(nèi)燃機原理1緒論做功行程作功沖程（c—z—b線）(Expansionstroke)活塞：TDC～

BDC；曲軸；360～

540°CA（轉(zhuǎn)一圈半）；進排氣門關。燃燒開始：壓縮沖程接近TDC時，噴油器向缸內(nèi)噴油，燃燒氣體的壓力和溫度急劇升高，燃氣開始膨脹,推動活塞下行對外作功。

Pc

～

Pz

（Pz—燃燒最高壓力可達6～9MPa）

Tc

～

Tz（Tz—燃燒最高溫度可達1800～2000K）膨脹終了：排氣門打開，膨脹結(jié)束，燃氣壓力降至Pb為0.2～

0.5MPa；溫度降為Tb約1300～

1600K。作功沖程的目的：利用高溫高壓燃氣的膨脹對外作功。內(nèi)燃機原理1緒論排氣行程

排氣沖程（b—r線）(Exhauststroke)活塞：BDC～

TDC；曲軸；540～

720°CA（總共轉(zhuǎn)兩圈）排氣門打開、關閉各一次。排氣開始：廢氣首先利用自身壓力自由排氣，大部分廢氣自動沖出氣缸，隨后活塞上行將其余廢氣強制推出氣缸。排氣終了：P=0.105～

0.115MPa；

T=700～

900K排氣沖程的作用：排除廢氣，為下一循環(huán)引入新鮮工質(zhì)創(chuàng)造條件。內(nèi)燃機原理1緒論進氣形成進入氣缸的是純空氣，壓縮終了高壓噴射燃料,缸內(nèi)形成混合氣，壓縮自燃。進氣行程（r—a線）壓縮行程（a—c線）作功沖程（c—z—b線）

排氣沖程（b—r線）內(nèi)燃機原理1緒論B、四沖程汽油機工作原理內(nèi)燃