发动机概述

发动机第一节概述•发动机是将某种形式的能量转变为机械能的机器。

•在发动机内每一次将热能转化为机械能，都必须经过空气吸入、压缩和输入燃料，使之着火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排出这样一系列连续过程，这称为发动机的一个工作循环。

对于往复活塞式发动机，可以根据每一工作循环所需活塞行程数来分类。

凡活塞往复四个单程完成一个工作循环的称为四冲程发动机；活塞往复两个单程即完成一个工作循环的则称为二冲程发动机。

•根据所用燃料种类区分，常见的有汽油发动机（简称汽油机）、柴油发动机（简称柴油机）和天然气发动机。

•根据冷却方式的不同，发动机可分为水冷式和风冷式两种。

•按气缸数分类，有单缸发动机，多缸发动机。

•按气缸的排列方式来分类，有直列式和V型排列式两种。

•有些发动机采用增压器以提高进入气缸的空气或可燃混合气容量，从而达到提高发动机动力性、经济性的目的，一般称这类发动机为增压式发动机；不采取增压措施而靠自然吸气的叫作非增压式发动机。

•我们今天要学习的，主要以油田上使用最广泛的四冲程系列机16SGT天然气发动机和二冲程系列机DPC为例进行介绍。

•16SGT发动机是带增压、水冷、V型排列的多缸发动机，其作用是带动W74型压缩机进行原料气增压。

吐哈油田仅丘陵有该机型。

DPC系列机组在丘陵、鄯善、温米等采油厂都有。

第二节四冲程发动机工作原理发动机基本术语1、上止点：活塞顶部距离曲轴中心最远处，即活塞在气缸内运行的最高位置。

2、下止点：活塞顶部距离曲轴中心最近处，即活塞在气缸内运行的最低位置。

3、曲柄半径：曲轴主轴颈中心到连杆轴颈（又称曲柄销）中心的距离R称为曲柄半径。

4、活塞行程：上下止点间的距离S。

一个活塞行程相当于曲轴转动半圈。

所以活塞行程的数值等于曲轴主轴颈中心到连杆轴颈（又称曲柄销）中心距离R的两倍，即S=2R。

5、气缸工作容积（也称气缸排量）：活塞从上止点到下止点所扫过的体积。

用符号表示。

6、发动机工作容积：多缸发动机各气缸工作容积的总和叫发动机工作容积，又叫发动机排量，用符号表示。

式中：D—气缸直径，cmS—活塞行程，cm.—气缸数7、点火提前角：从火花塞开始点火到活塞运行到压缩上止点时曲轴所转过的角度。

8、压缩比：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比，称为压缩比。

换言之，压缩比等于气缸总容积Va（活塞在下止点时，其顶部以上的全部容积）与燃烧室容积V o（活塞在上止点时，其顶部以上的全部容积）之比。

即压缩比ε＝Va/Vo.压缩比愈大，在压缩终了时混合气的压力和温度便愈高。

燃烧速度愈快。

因而发动机发出的功率越大，经济性越好。

但压缩比过大，不仅不能进一步改善燃烧情况，反而会出现爆燃和表面点火等不正常燃烧现象。

爆燃和表面点火可能使机组过热，振动加剧，功率下降，燃气消耗量增加等一系列现象。

因此，不能过高的提高压缩比。

一、基本工作原理四冲程发动机的工作循环包括四个过程，即进气冲程，压缩冲程，膨胀冲程（作功冲程），排气冲程。

为了分析工作循环中气体压力P和相应于活塞不同位置的气缸容积V之间的变化关系，我们利用发动机循环的示功图。

它表示活塞在不同位置时气缸内压力的变化情况，示功图中曲线所围成的面积表示发动机整个工作循环中气体在单个气缸内所作的功。

纵上所述，四冲程发动机经过进气、压缩、燃烧作功、排气四个行程，完成了一个工作循环。

在这期间活塞在上、下止点间往复移动了四个行程，相应的曲轴旋转了两周。

另外，为了将这部分残余的废气彻底排出干净，进气门在进气行程未开始前就提前打开进气，称为进气门提前开启，排气门在排气行程结束时并未关闭，而是在进气行程中持续一段时间才关闭，即排气门延迟关闭。

故出现了气门重叠角。

即进排气门同时开启时曲轴所转过的角度。

二、发动机的主要参数•发动机的主要参数是指其物理结构参数；工作性能则指动力性、经济性等指标。

•1、发动机的结构参数•发动机的气缸直径D、活塞行程S、曲柄半径R、气缸数i、曲轴每分钟转速n 等都是重要的结构参数。

由这些参数决定的发动机排量和压缩比ε等都是常用参数。

•此外，结构参数还有发动机的缸心距和V型发动机左右两侧气缸中心线夹角等。

•2、发动机的性能参数•为了表证发动机的性能特点和比较性能的好坏，并从中找出影响发动机工作性能的因素以及提高性能的措施，有必要确定一些发动机性能的评价指标，及发动机的性能参数。

•发动机的工作性能指标有动力性指标（有效转矩、有效功率，转速等）和经济性指标（燃气消耗率）。

•有效转矩：发动机通过联轴器对外输出的扭矩称为有效转矩，有效转矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。

•有效功率：发动机通过联轴器对外输出的功率称为有效功率。

它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。

•燃气消耗率：发动机每发出1KW有效功率，在1h内所消耗的燃气质量，称为燃气消耗率。

显然，燃气消耗率越小，发动机经济性越好。

第三节发动机的总体构造•发动机是一部由许多机构和系统组成的复杂机器，现在我们就以16SGT发动机为例，来介绍它的一般构造。

•为了便于研究，我们将发动机分为三大部分六个系统。

三大部分分别为：机体、曲柄连杆机构和配气机构。

六个系统分别为起动系统、点火系统、燃气供给系统、增压系统、润滑系统、冷却系统。

这些部分或系统虽然负担着不同的功能、起着不同的作用，但又是密切关联和互相结合的。

机体组：发动机的机体组由气缸体、气缸盖、底座、飞轮端壳体、水泵油泵端壳体等几部分组成，其作用是作为发动机各机构和各系统的装配载体，而且其本身的许多部分部分又分别是曲柄连杆机构、配气机构、润滑系统、冷却系统的组成部分。

曲柄连杆机构：曲柄连杆机构包括活塞、连杆、带有飞轮的曲轴等，这是发动机借以产生动力，并将活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力的机构。

配气机构：配气机构包括进气门、排气门、挺柱、推杆、摇臂、凸轮轴、以及凸轮轴正时齿轮。

其作用是使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排出废气。

起动系统：起动系统包括起动马达及其附属装置，用以使静止的发动机起动并转入自行运转。

点火系统：点火系统的功用是保证按规定时刻及时点燃气缸中被压缩的混合气，其中包括磁电机、点火控制开关、低压导线、点火线圈、高压导线、点火提前角控制器以及接线盒等。

燃料供给系统:主要包括燃气压力调节阀、起动燃气阀、运行燃气阀、计量阀、燃气注气阀等元件。

其作用是根据转速、负荷的高低适时适量的供给气缸燃气，以供燃烧。

（一）机体组• 发动机的气缸体（见图6-1）是发动机的基础件，上半部分是气缸，发动机的四个工作过程都是在气缸内进行的；由于气缸工作表面经常与高温、高压的燃气相接触，且有活塞在其中作高速往复运动，所以必须耐高温、耐磨损、耐腐蚀。

• 为了保证气缸表面能在高温下正常工作，必须对气缸和气缸盖随时加以冷却。

16SGT 发动机采用的是水冷却法，气缸周围和气缸盖中均有用以充水的空腔，称为水套。

气缸体和气缸盖上的水套是相互连通的。

• 为了提高气缸表面的耐磨性，可以从材料、加工精度和结构等方面来考虑。

但是，如果缸体全部采用优质耐磨材料来制造，将造成材料上的浪费，因为除了与活塞配合的气缸壁表面外，其余各部分的耐磨性要求并不高。

所以采用了镶入缸体内的气缸套，形成气缸工作表面。

这样，缸套可用耐磨性较好的合金钢制造，而缸体可以用价格较低的普通材料制造。

（二）曲柄连杆机构• 曲柄连杆机构的功用，是把燃气压力作用在活塞顶上的力矩变为曲轴的转矩，以向压缩机输出机械能。

曲柄连杆机构的主要零件可分为两组：活塞连杆组、曲轴飞轮组。

其工作条件的特点是：高温、高压、高速和化学腐蚀。

一、 活塞连杆组• 活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆等机件组成。

如图7-1所示。

• 1. 活塞• 1) 功能与工作条件• 活塞的主要作用是承受气缸中气体压力所造成的作用力，并将此力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。

活塞顶部还与气缸盖气缸壁共同组成燃烧室。

飞轮端气缸体前端气缸螺栓 前端 图6-1 气缸体 螺栓 密封条止推瓦 凸轮轴瓦定位销 密封条 压盖图7－1 活塞连杆组件2、活塞环• 1) 功能与工作条件• 活塞环包括气环和油环两种。

气环的作用是保证活塞与气缸壁间的密封，防止气缸中的高温、高压燃气大量漏入曲轴箱，同时还将活塞顶部的大部分热量传导到气缸壁，再由冷却水带走。

• 油环用来刮除气缸壁上多余的机油，并在气缸壁上铺涂一层均匀的机油膜，这样既可以防止机油窜入气缸燃烧，又可以减小活塞、活塞环与气缸的磨损和摩擦阻力。

此外，油环也起到封气的辅助作用。

• 气环所起的密封和导热二大作用中，密封作用是主要的，因为密封是导热的前提。

如果气缸密封性能不好，高温燃气将直接从气环外圆表面漏入曲轴箱，此时不但由于气环和气缸密封不严而不能很好地散热，相反地气环外圆表面还接受附加的热量，最后必将导致活塞和气环烧坏。

3. 活塞销• 活塞销的功用是连接活塞和连杆小头，将活塞承受的气体力传给连杆。

• 活塞销在高温下承受很大的周期性冲击载荷，润滑条件较差，因而要求有足够的钢度和强度，表面耐磨。

• 活塞销检修时，应检查它的外径尺寸，与连杆衬套的配合间隙、与活塞销孔的配合间隙都在规定范围内，不能超标。

4、连 杆• 1) 基本结构与功能• 连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴，并使得活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。

• 连杆承受活塞销传来的气体作用力以及其本身摆动和活塞组件往复运动时的惯性力。

这些力的大小和方向都是周期性变化的。

因此，连杆受到的是压缩、拉伸活塞环组件活塞销活塞总成卡簧 连杆总成螺连杆上瓦 垫定位销连杆下瓦连杆螺栓 连杆衬套 润滑油流向和弯曲等交变载荷。

•连杆由小头、杆身和大头（包括连杆盖）三部分组成。

连杆小头与活塞销相连。

工作时小头与销之间有相对转动，因此小头孔中要压入减磨的衬套。

为了润滑活塞销与衬套，在小头和衬套上有机油孔和集油槽。

（三）、曲轴飞轮组•曲轴飞轮组主要由曲轴和飞轮以及其他不同作用的零件和附件组成。

• 1. 曲轴•1) 功能与工作条件•曲轴是发动机中最重要的机件之一。

它承受从活塞经过连杆传来的力，并由此造成绕其本身轴线的力矩，在发动机工作中，曲轴受到旋转质量的离心力，周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷，为了保证工作可靠，因此要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面要耐磨而且润滑良好。

•1) 基本构造•曲轴的构造如图7-2所示，主要由三部分组成：曲轴的前端（或称自由端）；若干个曲柄销和它左右两边的曲柄，以及前后两个主轴颈组成的曲拐；曲轴后端（或称功率输出端）。

图7－2 曲轴组件曲轴的曲拐数取决于气缸的数目和排列方式。

直列式发动机曲轴的曲拐数等于气缸数；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。

因此，16SGT发动机的曲拐数就是8个。