内燃机原理与构造.ppt

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1、内燃机原理 第1章内燃机的总体构造与基本工作 原理 1 1 1内燃机发展简史 o1885年德国人戈特利布 戴姆勒 Gottlieb Daimler 仿照四冲程煤气机的工作原理制 成了第一台汽油机 并于1886年使第一台 用汽油机驱动的汽车问世 与此同时 德 国工程师卡尔 奔驰 Karl Benz 也于 1886年1月20日向德国帝国专利局申请了 他发明的汽车专利 同年11月2日专利局批 准了他的发明 并颁发了专利证书 因此 奔驰和戴姆勒两人是世界上公认的汽车 发明人 1890年英国的克拉克和罗伯逊 德国的卡尔 奔驰成功地发 明了二冲程内燃机 o为了研制使用廉价燃料的发动机 并进一 步提高发动机

2、的热效率 1892年德国工程 师鲁道夫 狄塞尔 Rudolf Diesel 首先 提出了柴油机的工作原理 他在发明专利 中写道 在气缸中的纯空气将被活塞强烈 的压缩 致使它所产生的温度远超过所使 用燃料的自然温度 而燃料的喷入气缸是 在活塞越过上止点之后进行的 一般 来说 现代的柴油机基本上是按照这一原 理工作的 关于增压技术 o柴油机增压的设想早在1892年鲁道夫 狄塞尔发 表柴油机理论时就提出来了 当时他指出 在单 缸机上安装增压泵和进气室 这样改变了进气室 中的空气压力 就能改变输出功率 1911 1914年瑞士工程师艾尔弗德 比希 Alfred Buchi 首先提出柴油机废气涡轮增压的

3、 理论 并于1915年进行了试验 1925年他又以 脉冲增压 获得瑞士专利 1926年废气涡轮增压 技术开始用于四冲程柴油机 1942年以后在低速 船用二冲程柴油机上陆续采用 增压技术可以 有效地提高柴油机的平均有效压力 从而大幅度 地提高柴油机的有效功率 关于排放标准 o1961年美国开始规定轿车的排气标准 1970年美国加利福尼亚州决定对载重卡车 用柴油机排放的一氧化碳 碳氢化合物和 氮氧化合物从1973年和1975年起分两个 阶段进行限制 接着在欧洲 日本和我国 都相应制定了汽车排放法规 并且这些法 规将越来越严格 此外 由于从1973年10 月开始 石油输出国大幅度地提高石油价 格 从

4、而引起各国对发动机燃油经济性的 重视 1 1 2内燃机的分类 o1 按工作循环所需行程数 按照完成一个工作循环所需的行程数来分 有 四冲程内燃机和二冲程内燃机 汽车和工程机械用内燃机多为四冲程内燃机 o2 按着火方式分 有压缩着火 压燃式 和强制点火 点燃式 两类 o3 按使用燃料种类分 有汽油机 柴油机 煤气机 气体燃料及多种燃料 发动机等 o4 按进气状态分 有非增压式内燃机和增压式内燃机之分 o5 按冷却方式分 有水冷式和风冷式两种 汽车和工程机械用内燃机多数 是水冷式的 o6 按气缸数及布置分 有单缸内燃机 多缸内燃机 立式内燃机 卧式内 燃机 直列式内燃机 V形内燃机 图1 1a 对

5、置气缸式内燃机 图1 1b 斜置式内燃机 o7 按用途分类 有汽车用 工程机械用 拖拉机用 船用 坦克用 摩托 车用 发电用 农用等内燃机 o8 其他 除以上方式分类外 还可按转速来分 有高速 中速和低速等几 种 图1 1 V形与对置气缸排列 o o a V形内燃机 b 对置气缸式内燃 机 第2节内燃机的总体构造 1 2 四冲程汽油机总体组成 o1 凸轮轴 2 摇臂 3 排气门 4 火花塞 5 电控喷 油器 6 燃油滤清器 7 电动燃油泵 8 燃油箱 9 点 火线圈组件 10 燃油压力调节阀 11 进气门 12 冷却液温度传感器 13 爆震传感器 14 进气管 15 进气温度传感器 16 节气

6、门 17 节气门传感器 18 空气滤清器 19 空气质量计 20 控制单元 ECU 21 冷却液套 22 曲轴位置传感器 23 点 火开关 24 蓄电池 25 起动电机 26 飞轮 27 油 底壳 28 机油 29 曲轴 30 连杆31 曲轴带轮 主动三角皮带轮 32 正时皮带 33 气缸 34 排 气三元催化转化器 35 氧传感器 36 活塞37 凸 轮轴正时皮带轮 凸轮轴带轮 四冲程汽油机主要由下列机构和系统组成 o1 曲柄连杆机构 o2 配气机构 o3 供给系统 o4 点火系统 o5 润滑系统 o6 冷却系统 o7 起动系统 起动装置 o四冲程柴油机的构造除点火系统和供给系统外 与汽油机

7、的大体相同 第3节内燃机的基本工作原理 o1 火花塞 2 气缸盖 3 凸轮轴 4 机体 5 进气道 o6 气缸 7 活塞 8 曲 轴 9 曲轴正时皮带轮 10 传动 o链轮 11 连杆 12 气 门 13 凸轮轴正时齿 轮 图1 4 四冲程汽油机基本结构简 图 o1 气缸 2 活塞 3 连 杆 4 曲轴 5 气缸盖 6 进气门 o7 进气道 8 火花塞 9 排气门 10 排气道 表1 1 四冲程汽油机工作过程 行程名 称 曲轴转 角活塞行 向 进气门排气门 进气0 180 开关 压缩180 360 关关 做功360 540 关关 排气540 720 关开 四冲程原理 o1 进气行程 o当活塞从

8、上止点 活塞顶面离曲轴中心最远处 向 下止点 活塞顶面离曲轴中心最近处 运动时 曲 轴转角为0 180 进气门开启 排气门关闭 电 控喷油器向进气道喷油 空气与汽油混合 而后被 吸入气缸 该过程称为进气行程 o2 压缩行程 o 当活塞继续从下止点向上止点运动时 相当于曲 轴转角180 360 进排气门均关闭 进入气 缸的混合气被压缩 该过程称为压缩行程 四冲程原理 o3 做功行程 燃烧 膨胀行程 o 在压缩行程末 火花塞开始点火 进 排气门都关闭 进 入气缸的可燃混合气被点燃 燃烧 放出大量的热能 导致气 缸内气体压力和温度迅速增加 最高压力达5Mpa 最高温度 达2800K 气体体积急剧膨胀

9、 推动活塞从上止点向下止 点运动 相当于曲轴转角360 540 通过连杆使曲轴旋 转并输出机械能 该过程称为做功行程 o4 排气行程 o 活塞继续从下止点往上止点运动 相当于曲轴转角 540 720 这时 进气门关闭 排气门开启 燃烧后产 生的废气被排出气缸 该过程称为排气行程 4 多缸发动机结构特点 o 4缸发动机曲轴 o单缸发动机功率小 转速不均匀 工作振动大 现代汽车发动机都是多缸发动机 用得最多的是4 缸 6缸 8缸发动机 o多缸发动机是由多个结构相同的气缸组成 它们 共用一个机体 一根曲轴 曲轴的曲柄布置应该 使各缸做功行程均匀分布在720 曲轴转角内 如 4缸发动机曲轴 图1 5

10、相邻工作缸的曲柄夹 角为180 曲轴每转180 便有一个气缸做功 又如 6缸发动机 曲轴每转120 便有一个气缸 在做功 气缸数越多 发动机工作越平稳 但结 构也越复杂 5 示功图 ora 进气行程 ac 压缩行程 czb 做功 行程 oz 最高燃烧压力 b 做功终点 r 排气 终点 o 0 大气压力 2 四冲程柴油机结构特点与工作原理 o柴油机所用的燃料是柴油 与四冲程汽油 机相比基本结构特点是没有火花塞 喷油 器直接安装在气缸顶部 向气缸内喷油 图1 7 其工作原理与四冲程汽油机也有所 不同 在进气行程 进入气缸的是纯空气 而不是可燃混合气 在压缩行程末 喷 油器向气缸喷入高压柴油 由于气

11、缸的高 温高压作用 柴油迅速着火燃烧 使气体 急剧膨胀 推动活塞做功 其着火方式属 于压燃式 而不是汽油机的点燃式 轿车柴油机 55KW 4200rpm o 全铝结构 气缸盖 气缸 体 曲轴箱 贯穿螺栓强化整机强度 刚度 四气门 双顶置凸轮 DOHC 直喷 增压中冷 可变截面增压器 VNT 共轨燃油喷射系统 CR 带中冷EGR和进气控制 的空气管理 可变进气涡流 选装 氧化催化器 柴油机与汽油机比较 各有优缺点 表1 3 性 能汽 油 机柴 油 机 着火方式点燃压燃 燃油消耗高低 热效率30 左右40 左右 工作平稳性柔和粗暴 发动 机转速高 4000 6000r min 低 2500 300

12、0r min 升功率大小 起动性易难 制造维修成本低高 质量功率比 小大 使用寿命短长 排放 CO HC大 NOx 黑烟 少 CO HC小 NOx 黑烟 多 1 3 2 二冲程发动机结构特点与工作原理 o图1 8 二冲程汽油机 基本结构 o1 气缸 2 扫气 孔 3 活塞 4 连杆 5 曲轴箱 6 曲轴 7 进气孔 8 排气孔 9 火花塞 二冲程汽油机与四冲程汽油机比较见表1 4 性 能二冲程汽油机四冲程汽油机 结构简单复杂 质量功率比小大 燃油消耗高低 升功率大小 制造维修成本低高 起动性好差 使用寿命短长 排放大小 2 二冲程柴油机的结构特点与工作原理 o图1 9 二冲程柴油机 结构 o1

13、 活塞 2 进气孔 3 排气门 4 泵 喷 嘴 5 传动轮 由柴 油机驱动 6 单向 离合器 7 废气排出 口 8 排气涡轮叶轮 9 离心式风机 10 排水口 11 增压空 气冷却器 12 进水 口 13 集流箱 第4节 内燃机产品名称和型号编制规则 o内燃机型号由四部分组成 o首部 包括产品系列代号 换代符号和地方 企 业代号 由制造厂根据需要自选相应字母表示 但需经行业标准化归口单位核准 备案 o中部 由缸数符号 气缸布置形式符号 冲程符 号和缸径符号组成 o后部 由结构特征符号和用途特征符号组成 o尾部 区分符号 同一系列产品因改进等原因需 要区分时 由制造厂选用适当符号表示 后部与 尾

14、部可用 分隔 型号表示方法 首部 中部 后部 尾部 系列代号 缸数符号 换代符号 气缸布置形式符 结构特征符号 地方 企业代号 冲程符号 E表示二冲程 四冲程不标符号 用途特征符号 区分符号 缸径符号 以气缸直径的毫米数 表示 气缸直径的毫米取整数 气缸布置形式符号 结结构特征符号 用途特征符号 符号 气缸布置 形式 无符 号 多缸布置 形式 VV型 P平卧型 符 号 结构特 征 无 符 号 水冷 F风冷 Z增压 ZL增压中 冷 DZ可倒转 N凝气冷 却 S十字头 式 符号用途 无符号通用型及固定 动力 T拖拉机 M摩托车 G工程机械 Q汽车 J铁路机车 D发电 机组 C船用主机 右 机基本型

15、 CZ船用主机 左 机基本型 Y农用运输车 L林业机械 型号示例 o柴油机 oYZ6102Q 六缸直列 四冲程 缸径102mm 水冷 汽车 用 YZ为扬州柴油机厂代号 o12V135ZG 12缸 V型 四冲程 缸径135mm 水冷 增压 工程机械用 o12VE230ZCZ 12缸 V型 二冲程 缸径230mm 水冷 增压 船用主机 左机基本型 o汽油机 o 1 1E65F 单缸 二冲程 缸径65mm 风冷 通用型 o 2 12V135ZG 12缸 V形 四冲程 缸径135mm 水 冷 增压 工程机械用 o 3 HH465QE 4缸 四冲程 缸径65mm 水冷 车用 汽车发动机产品型号编制规则

16、n范围 o本标准规定了发动机型号的编制规则 o本标准适用于重庆渝安淮海动力有限公司生产的发动机 n发动机型号 n结构表示方法 o首 部 中 部 尾 部 o o产品类别号 产品特征号 排量代号 结构代号 变型代号 o2 2 首部 o2 2 1 产品类别号 按产品基本形式分类 从大写英文字母A到X 除O I外 依次分类排列 产品类别号由设计部门确定 如现 量产机型465 466 464 462为A类 474为B类 o产品特征号 根据产品结构个性特点进行分类 用大写英文字母表示 以便于区分和记忆为主 产品特征号由设计部门确定 如现量产机型465 466 464代号为F 474机型代号为G o2 3 中部 o2 3 1排量代号 根据产品的排量 用阿拉伯数字表示 以排量的前两位自然数字为基数 遵循四舍五入的原则确定第3位数进行 圆整 排量在1升以上的用两位数字表示 排量在1升以下的用壹位数字表示 如现量产机型1 012升的均用10表示 1 05升用 11 0 798升的用8表示 o2 3 2 结构代号 按产品燃料形式分类表示 具体代号见下表 o燃料名称汽 油柴 油液化石油气压缩天燃气代号G 单一