内燃机构造与原理(1)

补充知识：
斯特林发动机 斯特林循环由两个等温过程和两 个等容回热过程组成，也被称为 定容回热循环 优点：任何热源均可（热腔需达 到 700℃）；无震爆做功问题， 低噪音 缺点：发动机在提供有效动力之 前需要时间暖机；发动机不能快 速改变其动力输出 应用：潜艇、太阳能发电系统等
第一章 内燃机概述


第二章 内燃机的工作原理
2、四冲程柴油机工作原理
④ 工程机械用内燃机与汽车用内燃机有何不同？ 施工场地路面差，内燃机与底盘间连接需可靠，且考虑减振 需考虑工程机械经常倾斜作业情况，对润滑、冷却和燃油供给提出要求 施工场地空气含尘量大，对空气、燃油和机油滤清器提出要求 使用地区广，环境温度的变化幅度大，对燃油、机油、冷却系统和起动 方法提出要求 隧道及矿井的工程机械，需有严格的废气净化和降低噪音的措施 负荷变化率很大，为使工程机械在任何转速下均能稳定运转，内燃机需 要使用性能良好的全程式调速器 全负荷作业时间长，并经常承受突加负荷，扭矩储备大，工作转速范围 宽 推土机及装载机需要内燃机飞轮前输出动力，用于提升及转向；液压传 动工程机械需要内燃机前端（自由端）输出部分功率以带动液压泵；液 力传动工程机械中，液力变矩器用油的冷却要由内燃机冷却系统完成
第三章 内燃机的热力循环
1、内燃机的理论循环ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
定义：内燃机的实际热力循环是燃料的热能转变为机械能的过程，它由进 气、压缩、燃烧、膨胀和排气等多个过程所组成。在这些过程中，由燃料 与空气组成的工质，无论在质或量上都时刻发生着变化，伴随着各种复杂 的物理、化学过程，同时，机械摩擦、散热、燃烧、节流等引起的一系列 不可逆损失也大量存在，要准确地从理论上描述内燃机的实际过程，在目 前条件下还是十分困难的。为了分析内燃机中燃料热能利用的完善程度及 其主要影响因素，进而为提高能量利用率指明方向，通常将实际循环进行 若干简化，从而得到便于进行定量分析的假想循环或简化循环，称之为内 燃机的理论循环。



第二章 内燃机的工作原理
2、四冲程柴油机工作原理
四冲程柴油机工作过程与四冲程汽油机基本相同，每个工作循环也都是通过四个冲程完成。 不同在于由于柴油与汽油的性质不同，使混合气的形成和着火方式有很大差异。混合气的形 成：汽油机采用外部混合方式，即汽油和空气在化油器或进气管内混合（我国2002年9月1日 起停止化油器车生产，采用电控喷射技术），形成可燃混合气（“量调节”，通过控制进入 气缸内混合气的多少来调节）；而柴油机采用内部混合方式，即燃油在压缩冲程终点前直接 喷入缸内的空气中，形成可燃混合气（“质调节”，通过喷油量来调节）。着火方式：汽油 机利用电火花在压缩冲程终点前点燃可燃混合气，属于点燃式；柴油机是通过将燃油在压缩 冲程终点前高压喷入缸内空气中，使之自行着火燃烧，属于压燃式。 由于柴油机的压缩比高，热效率比汽油机要高得多，一般柴油机燃油消耗率比汽油机约低２ ０％～３０％，所以在工程机械和载重货车上多以柴油机作为发动机。
第二章 内燃机的工作原理
2、四冲程柴油机工作原理
③ 柴油机的优点及存在的主要问题 由于柴油能含量高、柴油机高压缩比（汽油机一般为 10，柴油机一一般为 20左右）、压燃等，并且柴油机转矩曲线在很宽的转速范围内较平坦，即 较大的负荷和转速变化范围内经济性好，柴油机具有较高的燃油经济性 （比同类汽油机节油达1/3以上） 排放物与汽油机不同，CO、HC和CO2排放量低，但PM和NOx的排放量大。 PM产生机理并不明确，一般认为是由于燃料燃烧不均匀，部分燃料在高温 缺氧条件下氧化、裂解而成。NOX产生机理尚未达成共识，一般认为与燃 油燃烧无关，而是由于高温状态下氮气与氧气的反应，该过程理论上讲无 法避免。需要从燃油品质的改善、供给、喷射、燃烧室设计和涡轮增压及 后处理技术的应用入手，降低PM和NOX排放量 爆燃方式使噪声和震动难以消除 柴油机质量功率比与同类汽油机相比要大一些，成本和价格也要高一些 柴油机低温启动相对汽油机要困难一些（机油黏度增加，摩擦阻力加大； 柴油黏度和密度增大，流动性变差，雾化不良，应选用凝点低的柴油；蓄 电池输出功率减小）
p—V示功图：利用不同 型式的示功器或内燃机数 据采集系统来观察或记录 相对于不同活塞位置或曲 轴转角时气缸内工质压力 的变化，所得的结果即为 p—V示功图。示功图是 研究内燃机工作过程的重 要试验数据。


第二章 内燃机的工作原理
3、二冲程内燃机工作原理

菲亚特126P，我国 从八十年代开始， 二冲程内燃机与四冲程内燃机的主要区别是换气方式不同。二冲程内燃机 以易货贸易方式从 没有专门的排气过程和进气过程，它利用活塞的运动来控制开设在气缸下 波兰进口，售价万 部的进、排气口的开启或关闭，使具有一定压力的新鲜气体充入气缸，同 元左右，中国社会 时将废气驱赶出去，从而实现换气过程。 第一款平民化轿车， 二冲程汽油机工作原理：第一冲程活塞上方压缩，下方进气；第二冲程活 当今中国私家车的 塞上方做功、换气，下方预压缩。 雏形
内燃机构造与原理
张 志 强
Email:zhangzhiqiang78@
内燃机构 造与工作 原理
底盘的构 造与设计
课程结构
现代设计 方法基础 及应用
整机部分 的构造与 设计
课程安排
内燃机构造与原理以《内燃机构造与原理》（陆耀
祖）为教材，主要学习内燃机构造及工作原理、内 燃机特性等，便于了解行业的发展动态 考核方法：笔试成绩70%，平时成绩30%，缺课三 次以上取消考试资格
②
柴油机为何不采用点燃方式？汽油机为何采用点燃方式？ 汽油机一般使用于汽车（体积小、速度快），汽车的平顺性和振动性要求高， 采用点燃方式可保证运转平顺且高速转动，避免压燃（即爆燃） 柴油机压燃（即爆燃）可增大输出扭矩，但压缩比大，活塞行程大，转速不 会太高，另外压燃直接影响平顺性，大多用于工程机械，但欧洲汽车多半为 柴油机
第一章 内燃机概述
二、基本术语
基本术语
• 上止点：活塞顶端离曲轴旋转中心最远处；下止点：活塞顶端离曲轴中心 最近处；活塞行程：上、下止点间的距离S（mm）；曲柄半径：连杆轴 颈中心到曲轴轴颈中心的距离R（mm），S=2R。 D 2 气缸工作容积：上、下止点所包容的气缸容积（L），Vs 4 10 6 S D V Si，内燃机排量表示内燃机 排量：内燃机所有气缸工作容积的总和， 4 10 的做功能力，在内燃机其他参数相同的情况下，内燃机排量越大，内燃机 所发出的功率就越大。
内燃机构造与原理
第一章
第二章
第三章 第四章 第五章 第六章
第七章
第八章 第九章
内燃机概述 内燃机的工作原理 内燃机的热力循环 内燃机的性能指标 曲柄连杆机构 配气机构 柴油机燃油系统 汽油机燃油系统和点火系统 润滑系统/冷却系统/起动装置
第一章 内燃机概述
内燃机的定义 : 是热机的一种，是将燃料的化学 能经过燃烧释放的热能转变为机械功的机器 能量转化:化学能→热能→机械能 根据燃料的燃烧部位可分为外燃机（如蒸汽机、 斯特林发动机等）和内燃机两种类型 内燃机按活塞的运动规律分往复运动式和旋转活 塞式两类。其中，往复运动式内燃机，如汽油机、 柴油机和气体燃料发动机，其性能更为完善，使 用得最广泛，是本课程学习的内容
第二章 内燃机的工作原理
1、四冲程汽油机工作原理
进气冲程：作用是吸入新鲜混和气体；活塞由上止点向下 止点运动；进气门开启，排气门关闭；进气终了时气缸内 的气体压力低于大气压力，约 75-90kPa ；温度高于大气 温度，约370-440K。 压缩冲程：作用是为燃烧准备条件；活塞从下止点向上止 点运动；进气门关闭，排气门关闭；气体被压缩，压力与 温度同时升高。压缩终了时，压力约0.85-2MPa，温度约 600-800K 。压缩冲程有利于混和气的迅速燃烧，并可提 高内燃机的有效热效率，压缩行程的压缩比约 7 － 10 。 （绝热压缩过程） 做功冲程：包含燃烧和膨胀过程，内燃机化学能转换为机 械能；燃烧过程发生在在压缩冲程末期，活塞接近上止点 时，火花塞点燃可燃混和气体，进、排气门均关闭，压力 急剧增大，约3-5MPa，温度急剧上升，约2200-2800K； 随后工质膨胀，推动活塞由上止点下行，进、排气门均关 闭，压力与温度降低，膨胀末期，压力约 0.3-0.5MPa ， 温度约1500-1700K。（绝热膨胀过程） 排气冲程：排除缸内残余废气；活塞由下止点上行；进气 门 关 闭 ， 排 气 门 开 启 ； 压 力 105-125KPa ， 温 度 9001200K。

二冲程柴油机工作原理：第一冲程扫气和压缩；第二冲程做功和扫气。


优点：理论上功率是四冲 程内燃机的两倍（实际上 达到 1.5 ～ 1.6 倍）；运转 平稳；结构简单，维护、 保养方便。 缺点：换气质量差，热效 率低，且转速越高越明显， 经济性较差；热负荷较高。 应用不广泛。摩托、少量 微型汽车、船用内燃机
2 L 6
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第一章 内燃机概述
二、基本术语
基本术语
• • • 燃烧室容积：活塞位于上止点时的气缸容积，也称压缩容积，用Vc表示 气缸总容积：气缸工作容积与燃烧室容积之和，用Va表示 压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比，用ε表示 V V a 1 s Vc Vc 工况：内燃机在某一时刻的运行状况简称为工况。以该时刻内燃机输出的 有效功率或转矩及其相应的曲轴转速表示。
内燃机的主要缺点： 难以消除往复运动，运转时
噪音大；低速时转矩小，需配备变速装置；废气中有害 成份对大气污染较严重（城市大气环境的主要污染源）。
第一章 内燃机概述
二、基本术语
基本结构包括排气门、进气门、气缸盖、气缸、活塞、活塞 销、连杆、曲轴等。 气缸内装有活塞，活塞通过活塞 销、连杆与曲轴相连接。活塞在 气缸内上下往复运动，通过连杆 推动曲轴转动。为了吸入新鲜空 气和排出废气，在汽缸盖上设有 进气门和排气门。