绪论-发动机的工作原理和总体构造.ppt

第一章 发动机的工作原理和 总体构造一、发动机的分类和基本构造 二、发动机常用术语 三、发动机的工作原理 四、发动机的主要性能指标和特性 五、发动机编号规则第一节 发动机的分类一、发动机：将某一种形式的能量（热能、电能、化学能、太阳能等）转 变 成机械能的机器二、热力发动机：将热能转变成机械能的发动机 1、外燃机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器内部并转变成机 械能输出的热力发动机如:蒸汽机2、内燃机：液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再将热能转变成机械能输出的热力发动机如活塞式内燃机、燃气 轮机(按热能转变成机械能的主要构件分）3、比较：§外燃机体积大，重量重，热效率低； §内燃机热效率高，体积小，重量轻，便于移动，起动性能好;§燃气轮机功率大，转速高， 质量小（没有往复运动件，单位功率质量小），转矩特性好（减少 变速器挡数），燃料适应性好，起动性好，但耗油量、 噪声和制造成本均较高，适用于坦克发动机1、按所用的燃料分： （1）液体燃料发动机；汽油机（gasoline engine）；柴油机（diesel engine） （2）气体燃料发动机：压缩天然气发动机（CNG）；液化石油气发动机（LPG）。

往复活塞式内燃机:三、活塞式内燃机：按活塞运动方式分： 1、往复活塞式内燃机 2、转子活塞式内燃机比较：转子发动机与往复活塞式发动机相比，优点是体积小， 重量轻，转速高，升功率大，现代转子发动机燃油消耗率水平 接近往复活塞式发动机，但耐久性、可靠性等较差，制造成本 较高2、按发火方式分：（1）点燃式发动机（如汽油机、气体燃料发动机）；（2）压燃式发动机（如柴油机） 3、按工作循环的冲程数分： （1）四冲程发动机；（2）二冲程发动机曲轴转两圈(720°)，活 塞在气缸内上下往复运 动四个行程，完成一个 工作循环的发动机称为 四行程发动机； 曲轴转一圈(360°)，活 塞在气缸内上下往复运 动两个行程，完成一个 工作循环的内燃机称为 二行程发动机5、按进气方式分： （1）自然吸气式发动机（非增压式发动机）；（2）强制吸气式（增压式发动机） 6、按气缸数分： （1）单缸发动机 ；（2）多缸发动机仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发 动机如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。

现代工程机械用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机 4、按冷却方式分： （1）水冷发动机；（2）风冷发动机水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷 却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散 热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的水冷发动机冷却均匀，工作可 靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代发动机 7、按气缸排列方式分：（1）单列发动机：直立式发动机、平卧式发动机（2）双列发动机： V型发动机、水平对置式发动机单列式发动机的各个 气缸排成一列，一般 是垂直布置的，但为 了降低高度，有时也 把气缸布置成倾斜的 甚至水平的；双列式 发动机把气缸排成两 列，两列之间的夹角 <180°(一般为90°)称 为V型发动机，若两 列之间的夹角=180° 称为对置式发动机 8、 按照进气系统是否采用增压方式分类内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强 制进气(增压式)发动机汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用 增压式的 第二节 发动机总体构造发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器无论是汽油机，还是柴油 机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发 动机。

要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备 以下一些机构和系统：1、 曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机实现工作 循环，完成能量转换的主要运动 零件它由机体组、活塞连杆组 和曲轴飞轮组等组成在作功行 程中，活塞承受燃气压力在气缸 内作直线运动，通过连杆转换成 曲轴的旋转运动，并从曲轴对外 输出动力而在进气、压缩和排 气行程中，飞轮释放能量又把曲 轴的旋转运动转化成活塞的直线 运动 2、 配气机构 配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进 气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出， 实现换气过程配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、 气门传动组和气门驱动组组成 3、 燃料供给系统汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合 气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系 的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃 烧后的废气排出 4、 润滑系统润滑系的功用是向作相 对运动的零件表面输送 定量的清洁润滑油，以 实现液体摩擦，减小摩 擦阻力，减轻机件的磨 损。

并对零件表面进行 清洗和冷却润滑系通 常由润滑油道、机油泵 、机油滤清器和一些阀 门等组成 5、冷却系统 冷却系的功用是将 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 下工作水冷发动 机的冷却系通常由 冷却水套、水泵、 风扇、水箱、节温 器等组成6、起动系统 要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活 塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋 转发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行因此，曲轴在外力作用下开 始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动完成起动过 程所需的装置，称为发动机的起动系 7、点火系统 在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上 装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内能够按时在火花塞电极间产生电火花的 全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花 塞等组成 综上所述，汽油机由以上两大机构和五大系统组成 ，即由曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润 滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由以 上两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、 配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系 组成，柴油机是压燃的，不需要点火系。

一、四冲程汽油机工作原理第三节 四冲程发动机工作原理1、发动机基本术语上止（T.D.C.）： 下止（B.D.C.）： 活塞行程 S ： 曲柄半径 R ：气缸工作容积Vh：发动机工作容积VL ：式中：D——气缸直径（cm）S——活塞行程（cm）i ——气缸数 燃烧室容积VC ：气缸总容积Va ：压缩比 ：活塞顶离曲轴中心最远处 活塞顶离曲轴中心最近处 上、下止点之间的距离 曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴 中心的距离 活塞从上止点到下止点所扫过 的容积（气缸排量） 多缸发动机各气缸工作容积的总和 （发动机排量） 活塞在上止点时，活塞顶上方的 气缸容积（或气缸最小容积） 活塞在下止点时，活塞顶上方的气缸容积（或气缸最大容积）（ Va= VC+ Vh ） 气缸总容积与燃烧室容积之比  =Va / VC =1+ Vh/ VC ）VL=在发动机内，每一次将热能转变成机械能都必须经过吸入空气、压缩 和输入燃料，使之发火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排除这样一系 列连续过程，称为一个工作循环1）进气行程（0~180 CA）：活塞自上止点向下止点移动，活塞上方气 缸容积增大，形成一定真空，此时排气门 关闭，进气门打开，可燃混合气由化油器 经进气歧管、进气门吸入气缸，历时一个 活塞行程，曲轴旋转180°转角。

由于有进 气阻力，进气终了时缸内压力低于大气压 力，约为0.075~0.09MPa；由于气缸内的可 燃混合气受上一循环残余废气和高温零件 的加热，进气终了时缸内气体温度上升到 370~400Ka）进气行程1、四冲程汽油机的工作循环2、四冲程发动机的工作循环：四冲程发动机的工作循环需要经过进气、压缩、膨胀（作功）、排气 四个过程，对应活塞上下四个行程，相应的曲轴转角旋转720（两周）压缩终了时，可燃混合气的压力 、温度取决于压缩比的大小一般可 达0.6~1.2 MPa ，600~700 K 愈大， 压缩终了时的可燃混合气的压力、温 度愈高，燃烧速度愈快，发动机发出 功率愈大，经济性愈好，但汽油机的 压缩比过高会引起爆燃和表面点火等 不正常的燃烧现象，一般在6~9之间， 轿车汽油机的在9~11之间b）压缩行程（2）压缩行程（180~360 CA）：为了使可燃混合气能迅速燃烧， 使发动机发出更大功率，燃烧前必须 将可燃混合气压缩，使其容积缩小， 密度加大，温度升高此时，进、排 气门均关闭，活塞从下止点向上止点 移动，曲轴旋转180 CAa）爆燃：由于压缩比过高导致压缩终了时气体压力和温度过高，在火花塞点火之后燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气 自燃而造成的一种不正常燃烧现象，称为爆燃。

爆燃现象：爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高， 形成压力波，以声速推进，当这种压力波撞击燃烧室壁时就发 出尖锐的敲缸声同时还会引起发动机过热、功率下降、燃油 消耗率增加等一系列不良后果，严重爆燃时甚至造成排气门烧 废、轴瓦破裂、活塞顶熔穿、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏 现象b）表面点火：在火花塞点火之前，由于燃烧室内灼热表面（如排气门头部、火花塞电极处、积碳处）点燃可燃混合气而产生的另一种 不正常燃烧现象，称为表面点火 表面点火现象：表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会使发动机机件机械负荷增加，寿命降低c）汽油机压缩比的选择：应在避免引起爆燃和表面点火的前提下尽可能提高压缩比，以提高发动机功率，改善燃油经济性 进、排气门仍关闭当压缩行程接 近终了时，火花塞发出电火花，点燃被 压缩的可燃混合气，放出大量的热能， 使气缸内的压力和温度迅速增加，所能 达到的最大压力PZ约为3~5MPa，相应温 度为2200~2800K （（c c））作功（膨胀）行程作功（膨胀）行程（3）作功（膨胀）行程： （360~540CA）高温、高压燃气推动活塞从上止点向 下止点移动，通过连杆使曲轴旋转并通过 飞轮输出机械能，除了一部分用于维持发 动机继续运转外，其余大部分机械能用于 对外作功，期间曲轴旋转180CA，膨胀 终了时，压力降至0.3~0.5MPa，相应温度 则降为1300~1600K。

d）排气行程（4）排气行程（540~720 CA ）：当膨胀接近终了时，排气门打开 ，靠废气的压力进行自由排气（排 气门开启时废气压力与大气压力之 比大于临界压力比），大部分废气 自行排出活塞到达下止点后再向 上止点移动，继续将废气强制排到 大气中，排气终了时缸内压力稍大 于大气压力（排气阻力存在），约 为0.105~0.115MPa，废气温度约为 900~1200K由于燃烧室占有一定容积，因此在排 气终了时（上止点），不可能将废气排 尽，留下的这一部分废气称为残余废气 柴油的粘度比汽油大，不易蒸发，不可能用气缸外部的化油 器进行雾化，因此不可能采用气缸外部形成可燃混合气的方法， 唯有在高温、高压的气缸内采用高压喷射才能将柴油在很短的时 间内完全雾化二、四冲程柴油机工作原理二、四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气 四个行程，相应地曲轴旋转了两周柴油的自燃温度比汽油低，因此，可燃混合气的着火方式可采 用自燃（压燃）方式，与汽油机的点燃方式不同（否则会产生爆 炸性燃烧，使柴油机工作粗暴）四行程柴油机在进气行程中所不同的是柴油机吸入气缸的是 纯空气而不是可燃混合气，在进气通道中没有化油器，进气阻力 小，进气终了时气体压力。