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1、第二篇 内燃机基础知识第一节 内燃机基本构造l一、发动机的基本构造l两大机构：曲柄连杆机构l 配气机构l五大系统：燃油供给系润滑系冷却系点火系起动系2配气机构组、 功用：使新鲜气体进入气缸，使气缸内废气排出。 基本组成：气门和气门驱动装置、凸轮轴、正时齿轮 等。 3燃油供给系 作用：是按照内燃机工作循环所规定的时间，并根据内燃机负 荷情况向气缸提供适量的燃油。一般由低压油路和高压油路两 部分组成。低压油路由油箱、油管、输油泵、过滤器等组成； 高压油路由柱塞偶件、出油阀偶件、高压油管及喷油器等组成 。4润滑系 功用：向摩擦表面提供润滑，以减少摩擦和损。 基本组成：油底壳、机油泵、机油滤清器、润滑
2、道 。5冷却系 功用：帮助发动机散热，以保持正常工作温度。 水冷却系基本组成：水套、水泵、散热片和风扇等 。第二节 四冲程柴油机的基本工作原理柴油机是一种压燃式的内燃机，柴油燃料在 气缸中燃烧，从而产生高温高压的气体，推动活 塞运动，通过曲柄连杆机构由曲轴、飞轮对外输 出动能，从而完成燃料的化学能转化为热能、再 转化为机械能的能量转换。柴油机每作一次功，都必须经过进气、压缩、 膨胀作功排气等四个过程，这四个过程称为一个工 作循环。柴油机工作循环中的进气、压缩、膨胀作 功和排气等过程都是通过活塞、连杆、曲轴、配气 系统和燃油供给系统等部件相互配合来实现的。四冲程柴油机的工作循环1、第一行程进气行
3、程 这一行程的任务是使气缸充满新鲜空 气，行程开始时，活塞由上止点往下移动 ，进气门1打开，排气门2关闭。2、第二行程压缩行程这一行程的任务是将进气行程吸人气缸 中的新鲜空气进行压缩以使之达到足够的 温度和压力，为柴油的燃烧创造条件 吸气行程压缩行程3、第三行程工作行程(或称作功冲程)l 当活塞到达上止点稍前，即压缩过程后期， 柴油经喷油器3以雾状喷人气缸，并与气缸中高温 高压的空气混合形成可燃混合气，由于此时空气 温度超过了柴油的着火点，所以柴油在喷入的同 时就自行着火迅速燃烧。此时进、排气门是关闭 的，气缸内的压力和温度由于燃烧而急剧上升， 最高压力达到5880-8820kPa；最高温度达
4、到 1770-2770K。在上止点后某一时刻(点d)，燃烧 基本结束。作功行程排气行程4第四行程排气行程这一行程的任务是将作过功的废气排出气缸外。 因为留在气缸内的废气是影响下一个工作循环充气 质量的一个重要因素，所以废气排得越干净越好。 四冲程柴油机有如下特点：l 一个工作循环是在曲轴回转两圈内完成。l 在曲轴回转两圈过程中进气门、排气门和喷油 器均只开闭一次。l 每个循环中只有工作行程对外作功，其余三个 行程都是为工作行程作准备，都需要外界供给能量二、柴油机常用名词和术语一、基本术语 （1）工作循环：每完成一次热功转换的工作过程。 （2）上止点：活塞离曲轴最远处，活塞的最高位置 。 （3）
5、下止点：活塞离曲轴最近处，活塞的最低位置 。 （4）曲柄半径R ：连杆与曲轴连接中心至曲轴旋转 中心的距离。 （5）活塞行程S ：活塞上、下止点间的距离。 S=2R。 （6）四行程发动机：每工作循环，曲轴转两圈，活 塞运行四个行程。（7）二行程发动机：每工作循环，曲轴 转一圈，活塞运行两个行程。l（8）气缸工作容积Vh：活塞从上止点到下止 点所扫过的容积，又称气缸排量。l（9）发动机工作容积VL ：多缸发动机各缸工 作容积的总和，又称发动机排量。 VL= Vh气 缸数。l（10）燃烧室容积Vc： 活塞在上止点时，活 塞上方的容积。l（11）压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之 比，表示气缸内气体被
6、压缩的程度 。上止点：活塞离曲轴最远处，活塞的最高位置。 下止点：活塞离曲轴最近处，活塞的最低位置。活塞行程S ：活塞上、下止点间的距离。 S=2R。曲柄半径R ：连杆与曲轴连接中心至曲轴旋转中心 的距离。 活塞行程S ：活塞上、下止点间的距离。 S=2R 燃烧室容积Vc： 活塞在上止点时，活塞上方的容积 。气缸工作容积Vh：活塞从上止点到下止点所扫过的 容积，又称气缸排量。 发动机工作容积VL ：多缸发动机各缸工作容积的总 和，又称发动机排量。 VL= Vh气缸数。压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比，表示气 缸内气体被压缩的程度l压缩比是柴油机的一个重要的参数，它表明气缸内空 气被活塞压缩的
7、程度。压缩比越大，压缩终了时的压 力和温度就越高，燃油就越容易燃烧，燃烧产生的压 力就越高，零部件受力或曲轴输出的力就越大。反之 ，压缩比越小，压缩终了时的气体压力和温度就越低 ，零部件受力或曲轴输出力就越小，功率越低。压缩 比对柴油机的燃烧、效率、起动性能、工作平稳性及 机械负荷等都有很大影响。现代柴油机的压缩比一般 为1422或更高。增压柴油机压缩比相应有所减小。第三节 柴油机的主要性能指标l发动机的性能指标是表征各类发动机的性能 、特点，比较性能优劣的评价指标。对港口 内燃机械发动机来讲，主要有动力性指标和 经济性指标等。l 1、动力性指标l 发动机的动力性指标包括有效扭矩和有效 功率。
8、l 有效扭矩是指发动机通过飞轮对外输出的 转矩，用Me表示。单位为Nm。l有效功率是指发动机通过飞轮对外输出的功率，用 Ne表示，单位为kw。它等于有效转矩与曲轴角速 度的乘积。而曲轴角速度与转速n之间的关系为 =2n，发动机有效功率即可用以下公式算出：l NeMe n9550 (kw)l式中 Me有效转矩(Nm)； n曲轴转速(r min)。l发动机的标定功率分为15min功率、1h功率、12h 功率和持续功率四种。汽车发动机经常在部分负荷 、较小功率下工作，经常用15min功率作为标定功 率。而港口内燃机械发动机所标功率为12h功率。 2、经济性指标l一般用燃油消耗率表示发动机的经济性 指
9、标，即发动机每发出1kw有效功率，在 1h内所消耗的以克(g)为单位的燃油消耗 量。燃油消耗率用ge表示，单位为g (kwh)。燃油消耗率越低，经济性越好。l二、发动机的特性l发动机随着使用情况的不同，它所发出的功率 、扭矩和燃料消耗率等也是不断变化的。这些 性能指标随工况而变化的关系，称为发动机的 特性。l在各种发动机特性中，最常用的是表征有效扭 矩、有效功率和燃料消耗率随发动机工作状况 而变化的速度特性和负荷特性。二、发动机的特性1、速度特性 发动机的有效指标随转速变化而变化的关 系称为速度特性。2、负荷特性在转速保持一定的情况下，逐步改变负 荷，即改变喷油量或混合气量，燃油消 耗率和每小
10、时燃料消耗量随负荷或功率 等改变而变化的特性为负荷特性。第二章 曲柄连杆机构与机体l第一节 曲柄连杆机构的作用与组成曲柄连杆机构就是将活塞的往复直线运动通过连杆转 换为曲轴的回转运动,从而实现输出机械功。曲柄连杆 机构是内燃机的主要部分和基本机构。l曲柄连杆机构的作用： (1)运动形式的转换直线运动变为旋转运动； (2)能量的转化变热能为机械功。l曲柄连杆机构的组成：它包括汽缸体曲轴箱组、活塞 组、连杆组、和曲轴飞轮组。气缸体和曲轴箱l气缸体是气缸的 基体。曲轴箱分 上下两部分，上 曲轴箱用以支承 曲轴。水冷发动 机的气缸体和上 曲轴箱常铸成一 体，简称气缸体 。气缸体本身必须具有足够的刚度和
11、强度， 一般采用高强度灰铸铁或铝合金铸成，内 部铸有若干隔板和加强筋，用以增大附度 ，也便于支承主轴承和凸轮轴承。为了保证气缸表面在高温下正常工作 ，对气缸必须进行冷却。水冷式发动机 的气缸体内铸有冷却水腔，称为水套。多缸发动机的气缸体大多采用直列（ 六缸以下）和V型排列（六缸以下）。水冷、风冷式气缸体及汽缸排列形式机体组组成1曲柄连杆机构 功用：将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动，实现热能 向机械能转换的主要装置。 组成：活塞组、连杆组、曲轴飞轮组。活塞、 连杆组曲轴、 飞轮组图21曲柄连杆机构课题一： 发动机曲 柄连杆结 构的识别 指导：通 过图2-16 ，并结合 实物识别 发动机曲 柄
12、连杆组 成零、部 件。图2 - 16 发动机气缸体结构 1-主轴承盖螺栓；2-曲轴主轴承盖；3-连杆轴承螺栓；4-连杆轴瓦；5-活塞环； 6-活塞；7-曲轴；8-带油封的机油孔；9-前密封法兰；l0、16、l9、20-螺栓； 11-带肩螺栓；12-止推垫圈；l3-12角专用螺栓；14-飞轮或驱动盘；l5-曲轴轴瓦； 17-机油喷油器；l8-后密封法兰；21-气缸体；活塞组包括活塞、活塞环、活塞销及其固定件 。l一、活塞 l1、活塞的功用l活塞的主要作用承受气缸中的燃气力，并将此 力通过活塞销传给连杆，以推动曲轴旋转。活 塞顶部还与缸盖、气缸壁共同组成燃烧室。 第三节 活塞组活塞连杆组零、部件名
13、称图1 - 24 活塞连杆组零、部件名称 1-第一道气环；2-第二道气环； 3-组合油环； 4-活塞销；5-活塞；6-连杆；7-连杆螺栓；8-连 杆轴承；9-轴承盖2、对活塞的要求l 由于活塞顶部直接与高温燃气接触，活塞受周 期性变化的气体压力和惯性力的作用，且散热及润 滑条件差，因此要求活塞具有：l (1)足够的强度和刚度，特别是活塞环槽区域要 有较大的强度，以免活塞环被击碎。l (2)较小的质量，以保持较小的惯性力。l (3)耐热的活塞顶及弹性的活塞裙。l (4)良好的导热性和合理的热膨胀性，以便有合 理的安装间隙。l (5)活塞与气缸壁间有较小的摩擦系数。3活塞构造 活塞基本上可以分为三
14、部分：即顶部、头部（ 或称“环槽部”）和裙部 。l图2-2图22活塞构造活塞构造活塞的顶面形状二、活塞环l活塞环包括气环和油环两种。l1功用l气环是用来密封活塞与气缸之间的间隙，防止气缸中 的高温、高压燃气从该间隙中大量漏入曲轴箱，以及 将活塞顶部的大部分热量传给气缸壁。l油环是用来刮除气缸壁上的多余润滑油，并铺涂一层 均匀的油膜，既可以防止润滑油窜入气缸燃烧，导致 积碳和耗费价格较高的润滑油；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 气环和油环2气环断面形状l发动机气环的断面 形状很多，归纳起 来最常见的有如下 几种：l桶面环l梯形环l扭曲环（正、反）
15、l锥面环l矩形环三、活塞销l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，并且润滑条件又很差(一般靠飞溅润滑)。 因此它的强度和刚度要高，表面应耐磨，韧性要好， 以及重量要轻。l活塞销通常用优质低碳钢或低碳合金钢加工成空心短 圆管形状，外圆表面渗碳淬火，并进行精磨和抛光， 以提高其表面硬度和光洁度。活塞销也可以采用精选 45号钢制造，其外圆表面应进行高频淬火处理。活塞 销与活塞销座孔和连杆小头衬套孔的配合，一般多采 用“全浮式”，即活塞销与活塞销座孔为过渡配合，而 与连杆小头衬套孔为动配合。第四节 连杆组l连杆组：包括连杆、连杆螺栓(
16、或连杆螺钉)和连杆轴 承。一般采用中碳钢和合金钢锻制而成，也有采用球 墨铸铁和可锻铸铁铸造的。连杆由小头、杆身和大头 三部分组成。 l连杆小头用来安装活塞销，小头孔内一般压有减磨衬 套，在小头和衬套上铣槽或钻孔，以收集激溅机油润 滑活塞销和衬套。l连杆杆身多制成“工”字形断面，这种断面可以在重量 尽可能轻的情况下获得足够的刚度和强度。一些现代 发动机需要用机油来控制活塞温度，则连杆杆身中钻 有油道。一般均为实心。连杆大头与曲轴曲柄销相连 ，一般做成可分式，其大头的部分有平切口和斜切口 两种，（见图29） 连杆组：包括连杆、连杆螺栓(或连杆 螺钉)和连杆轴承图29 a）平切口连杆b）斜切口连杆连杆轴承第五节 曲轴飞轮组l曲轴
