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1、内燃机原理和构造,X X,1,2,内燃机,内燃机简介柴油机工作原理柴油机的几大机构和系统,3,内燃机简介,什么是内燃机? 内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。 广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。,4,内燃机的分类,按所用燃料分：汽油机，柴油机，天然气,
2、 酒精按缸内着火方式分：压燃式，点燃式按冲程数分：四冲程，两冲程按冷却方式分：液体，空气按缸数目分:单缸，多缸（2。3。4。5。）按转速分：低速（1000r/min）按增压程度分：非增压（自然吸气），增压（低。中，高，超高）按气缸排列分：立式。卧式。直列式。V型。,5,内燃机基本术语,上下支点.swf,6,内燃机基本术语,排量活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为气缸排量，如果发动机有若干个气缸，所有气缸工作容积之和称为发动机排量。 压缩比定义为气缸总容积和燃烧室之比冲程-活塞上行或下行一次,7,柴油机工作原理,柴油机的工作是由进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程来完成的，这四个过程构成
3、了一个工作循环。活塞走四个过程才能完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。现对照下面的动画了说明它的工作理原。四冲程循环.swf,8,二冲程柴油工作原理,如果在两个冲程里完成进气、压缩、做功、排气这些循环动作，就叫二冲程，相应的内燃机叫二冲程内燃机.,9,柴油机工作原理,第一冲程进气，它的任务是使气缸内充满新鲜空气。当进气冲程开始时，活塞位于上止点，气缸内的燃烧室中还留有一些废气。当曲轴旋转时，连杆使活塞由上止点向下止点移动，同时，利用与曲轴相联的传动机构使进气阀打开。随着活塞的向下运动，气缸内活塞上面的容积逐渐增大：造成气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外面空气就不断地充入气缸。当活
4、塞向下运动接近下止点时，冲进气缸的气流仍具有很高的速度，惯性很大，为了利用气流的惯性来提高充气量，进气阀在活塞过了下止点以后才关闭。虽然此时活塞上行，但由于气流的惯性，气体仍能充人气缸。,10,柴油机工作原理,二.压缩冲程第二冲程压缩。压缩时活塞从下止点到上止点运动，这个冲程的功用有二，一是提高空气的温度，为燃料自行发火作准备：二是为气体膨胀作功创造条件。当活塞上行，进气阀关闭以后，气缸内的空气受到压缩，随着容积的不断缩小，空气的压力和温度也就不断升高，压缩终点的压力和温度与空气的压缩程度有关，即与压缩比有关，一般压缩终点的压力和温度为：Pc48MPa,Tc475675C。柴油的自燃温度约为2
5、70290C，压缩终点的温度要比柴油自燃的温度高很多，足以保证喷入气缸的燃油自行发火燃烧。喷入气缸的柴油，并不是立即发火的，而且经过物理化学变化之后才发火，这段时间大约有0.0010.005秒，称为发火延迟期。因此，要在曲柄转至上止点前1035曲柄转角时开始将雾化的燃料喷入气缸，并使曲柄在上止点后510时，在燃烧室内达到最高燃烧压力，迫使活塞向下运动。,11,柴油机工作原理,三.燃烧膨胀冲程第三冲程燃烧膨胀。在这个冲程开始时，大部分喷入燃烧室内的燃料都燃烧了。燃烧时放出大量的热量，因此气体的压力和温度便急剧升高，最高压力和温度为:615MPa,15001900C，活塞在高温高压气体作用下向下运
6、动，并通过连杆使曲轴转动，对外作功。所以这一冲程又叫作功或工作冲程。随着活塞的下行，气缸的容积增大，气体的压力下降，工作冲程在活塞行至下止点，排气阀打开时结束。,12,柴油机工作原理,四.排气冲程第四冲程排气。排气冲程的功用是把膨胀后的废气排出去，以便充填新鲜空气，为下一个循环的进气作准备。当工作冲程活塞运动到下止点附近时，排气阀开起，活塞在曲轴和连杆的带动下，由下止点向上止点运动，并把废气排出气缸外。由于排气系统存在着阻力，所以在排气冲程开始时，气缸内的气体压力比大气压力高0.0250.035MPa，其温度Tb725925K。为了减少排气时活塞运动的阻力，排气阀在下止点前就打开了。排气阀一打
7、开，具有一定压力的气体就立即冲出缸外，缸内压力迅速下降，这样当活塞向上运动时，气缸内的废气依靠活塞上行排出去。为了利用排气时的气流惯性使废气排出得干净，排气阀在上止点以后才关闭。,13,柴油机工作原理,由于进、排气阀都是早开晚关的；所以在排气冲程之末和进气冲程之初，活塞处于上止点附近时，有一段时间进、排气阀同时开起，这段时间用曲轴转角来表示，称为气阀重迭角。,14,柴油机工作原理,进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。 进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。 排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净
8、。 排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。,15,柴油机的几大机构和系统,二大机构 1. 曲柄连杆机构、 2. 配气机构；四大系统 1. 燃料供给系、 2. 冷却系、 3. 润滑系 、 4. 起动系,16,1. 曲柄连杆机构,组成曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组：机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。 机体组:气缸体 ,曲轴箱,气缸盖 . 活塞连杆组:活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦 曲轴飞轮组: 曲轴、飞轮和一些附件组成 活塞连杆组拆装工艺.swf,17,1. 曲柄连杆机构,功用曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方
9、式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。,18,1. 曲柄连杆机构,工作条件发动机工作时，曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。,19,1. 曲柄连杆机构-活塞连杆
10、组,20,1. 曲柄连杆机构,曲轴飞轮组: 曲轴、飞轮和一些附件组成。,21,1. 曲柄连杆机构,22,2. 配气机构,、功用 配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门，向气缸供给可燃混合气或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时，保证气缸密封。进气充分、排气彻底，四冲程发动机都采用气门式配气机构。,23,2. 配气机构,配气机构的组成 气门组和气门传动组 气门组:气门、气门座、气门导管、气门弹簧、锁片、卡簧。 气门传动组:凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂气门间隙调整螺钉等 ,24,2. 配气机构,气门组,25,2. 配气机构,2
11、6,2.配气系统,27,2. 配气机构,28,2. 配气机构,29,2. 配气机构,30,2. 配气机构,气门间隙(valve clearance) （1）定义：气门间隙是指气门完全关闭（凸轮的凸起部分不顶挺柱）时，气门杆尾端与摇臂或挺柱之间的间隙。 （2） 作用：给热膨胀留有余地保证气门密封。不同机型，气门间隙的大小不同，根据实验确定，一般冷态时 ，排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约为0.250.3mm，排气门间隙约为0.30.35mm。 间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降，此外，还使配气机构
12、零件的撞击增加，磨损加快。 间隙过小：发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。,31,2. 配气机构,气门间隙,32,2. 配气机构,33,1.柴油机供给系统,组成 燃油供给装置：柴油箱(diesel tank)、输油泵(fuel supply pump)、柴油滤清器(diesel filter)、喷油泵(fuel injection pump)、喷油器(injector)等。 空气供给装置：空气滤清器(air cleaner)、进气管(intake pipe)。 混合气形成装置：燃烧室(combustio
13、n chamber)。 废气排出装置：排气管(exhaust pipe)、排气消声器(muffler),34,1.柴油机供给系统,35,1.柴油机供给系统,燃烧室 定义：当活塞到达上止点时，气缸盖和活塞顶组成的密闭空间称为燃烧室。,36,1.柴油机供给系统,37,1.柴油机供给系统,喷油提前角影响：喷油提前角的大小对柴油机影响极大，若其过大，将导致发动机工作粗暴；过小，最高压力和热效率下降，排气管冒白烟。最佳喷油提前角：即在转速和供油量一定的条件下，能获得最大功率及最小燃油消耗率的喷油提前角。供油量越大，转速越高，则最佳喷油提前角越大；最佳喷油提前角还与发动机的结构有关,38,1.柴油机供给系
14、统,39,1.柴油机供给系统,涡轮增压器 涡轮增压器是现代增压发动机的关键部件。它利用发动机排气能量的动力，吹动涡轮，带动共轴的压气机轮一起高速旋转，压气机将新鲜空气压缩后，供给发动机工作，从而使发动机功率大幅度提高，油耗率下降，噪声和排污减少，有效改善发动机的动力、经济和环保性能涡轮增压.swf,40,1.柴油机供给系统,41,1.柴油机供给系统,中冷器 发动机排出的废气的温度非常高，通过增压器的热传导会提高进气的温度。而且，空气在被压缩的过程中密度会升高，这必然也会导致空气温度的升高，从而影响发动机的充气效率。如果想要进一步提高充气效率，就要降低进气温度。有数据表明，在相同的空燃比条件下，
15、增压空气的温度每下降 ，发动机功率就能提高。,42,1.柴油机供给系统,43,1.柴油机供给系统,44,2. 冷却系统,、作用冷却系(cooling system)的主要功用是把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 、分类冷却系按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷，如果把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置称为风冷系。而把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系。由于水冷系冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前汽车发动机上广泛采用的是水冷系。,45,2. 冷却系统,、组成水冷却系是以水作为冷却介质，把发动机受热零件吸收的
16、热量散发到大气中去。发动机上采用的水冷系大都是强制循环式水冷系,利用水泵强制水在冷却系中进行循环流动。它由散热器(radiator)、水泵(water pump)、风扇(fan)、冷却水套(water jaket)和温度调节装置等组成。 、水路散热器内的冷却水经水泵加压后通过分水管压送到气缸体水套和气缸盖水套内，冷却水在吸收了机体的大量热量后经气缸盖出水孔流回散热器。由于有风扇的强力抽吸，空气流由前向后高速通过散热器。因此，受热后的冷却水在流过散热器芯的过程中，热量不断地散发到大气中去，冷却后的水流到散热器的底部，又被水泵抽出，再次压送到发动机的水套中，如此不断循环，把热量不断地送到大气中去，
17、使发动机不断地得到冷却。 冷却系统大小循环.swf,46,2. 冷却系统,47,2. 冷却系统,48,3. 润滑系统,发动机工作时，各运动零件均以一定的力作用在另一个零件上，并且发生高速的相对运动，有了相对运动，零件表面必然要产生摩擦，加速磨损。因此，为了减轻磨损，减小摩擦阻力，延长使用寿命，发动机上都必须有润滑系（lubrication system ）,49,3. 润滑系统作用,功用 润滑作用：润滑运动零件表面，减小摩擦阻力和磨损，减小发动机的功率消耗； 清洗作用：机油在润滑系内不断循环，清洗摩擦表面，带走磨屑和其它异物；冷却作用：机油在润滑系内循环还可带走摩擦产生的热量，起冷却作用； 密
18、封作用：在运动零件之间形成油膜，提高它们的密封性，有利于防止漏气或漏油； 防锈蚀作用：在零件表面形成油膜，对零件表面起保护作用，防止腐蚀生锈； 液压作用：润滑油还可用作液压油，如液压挺柱，起液压作用； 减震缓冲作用：在运动零件表面形成油膜，吸收冲击并减小振动，起减震缓冲作用。,50,3. 润滑系统,润滑方式 由于发动机各运动零件的工作条件不同，对润滑强度的要求也就不同，因而要相应地采取不同的润滑方式。常用的润滑方式有下列三种形式： 压力润滑 ，飞溅润滑 ，定期润滑,51,3. 润滑系统,组成润滑系一般由下列部件组成： 机油泵(oil pump)、机油盘(oil pan)、润滑油 管(oil p
19、ipe) 、润滑油道（oil gallery)、机油滤清 器(oil filter)、机油散热器(oil radiator) 、各种阀 (valve)、传感器(sensor）机油压力表（oil gauge) 、温度表(temperature gauge)。,52,3. 润滑系统,、发动机润滑部位及油路发动机的润滑部位主要有曲柄连杆机构、配气机构以及正时齿轮室。油路如图,53,3. 润滑系统,54,4. 启动系统,启动方式 转动曲轴使发动机起动的方式很多，常用的有三种： 电启动 ，液压启动，压缩空气启动。 这所有的启动都是以启动马达作为机械动力，当将启动马达机轴 上的齿轮与发动机飞轮周缘的齿圈啮合时，动力就传到飞轮和曲轴，使之旋转启动马达.swf,55,4. 启动系统,起动条件 起动转矩：能够使曲转旋转的最低转矩称为起动转矩，起动转矩必须克服压缩阻力和内磨擦阻力矩。起动阻力矩与发动机压缩比、温度、机油粘度等有关。 起动转速：能使发动机起动的曲轴最低转速称为起动转速，在020时，汽油机的起动转速为3040 r/min，柴油机的起动转速为150300r/min。,56,启动系统,57,启动系统,58,any questions?,
