内燃机原理 1绪论

按气缸数 及 布置分
卧式内燃机 直列式内燃机 V形内燃机 对置气缸式内燃机
斜置式内燃机
气缸中心线与水平面呈一定角度(不是直角)的内燃机
按用途分 类
有汽车用、机车用、拖拉机用、船用、坦克用、摩托车用、发电用、农用、工程机械用等内燃机。
四 、内燃机产品名称和型号编制规则
首部 中部 后部 尾部
系列代号 换代符号 地方、企业代号
润滑系
润 滑 油 道
机油滤清器
机油泵
机油泵主动齿轮轴
冷却系
风扇 节温器 水压传感器
水箱
皮带皮带轮
水泵
点火系
蓄电池 火 花 塞 点火开关 真 空 点 火 提 前 装 置
点火线圈
分电盘
起动系
铁芯 驱动杠杆 启 动 齿 轮
短路开关
离合器飞轮
弹簧
起动机
六、基本名词术语
1、上止点（TDC）和下止点（BDC）
塞下行对外作功。 Pc ～ Pz （Pz —燃烧最高压力可达6 ～9 MPa） Tc ～ Tz （Tz—燃烧最高温度可达1800～2000K） •膨胀终了： 排气门打开，膨胀结束，燃气压力降至Pb为 0.2 ～ 0.5 MPa；温度降为Tb约1300 ～ 1600K。
做功行程
•作功冲程的目的：利用高温高压燃气的膨胀对外作功。
发动机原理
李加强
2010年9月
• 教材及参考书
《内燃机学》第二版 周龙保主编 机械工业出版社
《内燃机构造与原理》陆耀祖 中国建材工业出版社
《汽车构造》第三版 （上） 陈家瑞主编 机械工业出
版社
• 考核办法：
考试——平时成绩20%（考勤、作业）+卷面成绩80%
一、内燃机的定义
• 发动机：将其它形式的能量转化为机械能的机器。 如风力、水力、电力、热力发动机。
缸数 气缸布置形式 冲程符号（E 二冲程，四冲 程不标）
缸径符号 （mm） 结构特征符号 用途特征符号
区分符号
气缸布置形式符号 符号 无符号 P V 含义 多缸直列及 单缸卧式 平卧形 V形 符号
结构特征符号 含义 水冷 风冷 凝气冷却 十字头式 可倒转 增压 增压中冷
符号 无符号 T M G Q J D C CZ Y
• 热 机 ：外燃机—蒸汽机、蒸汽轮机等 。 内燃机—往复活塞式和旋转活塞式等。 热机工作原理的实质是将燃料化学能→热能→机械能 （即所谓热功转换） 注意：本课程所提汽车发动机，如无特殊说明， 都是 指往复活塞式内燃机。
•内燃机的发展简史
• 1860年，Lenoir发明了大气压力式内燃机,效率5% • 1867年，Otto和Langen发明的大气压力式内燃机， 效率提高到11% • 1876年，Otto提出了四冲程循环，内燃机热效率达 到14%，重量减少70% • 1890年，Clerk、Benz等人发明了二冲程内燃机 • 1892年，Diesel发明了柴油机 • 1957年，Wankel发明了转子发动机
来自百度文库压缩行程
提高燃气膨胀比，即可大大提高热功转换效率。
作功冲程（c—z—b线）(Expansion stroke) 活塞：TDC ～ BDC ； 曲轴；360 ～ 540°CA（转一圈半）； •进排气门关。 •燃烧开始：压缩冲程接近TDC 时，喷油器向缸内喷油，
燃烧气体的压力和温度急剧升高，燃气开始膨胀,推动活
用途特征符号
含义 通用型及固定动力 拖拉机 摩托车 工程机械 汽车 铁路机车 发电机组 船用主机，右机基本型 船用主机，左机基本型 农用运输车
无符号 F N S DZ Z ZL
L
林业机械
4100Q——四缸直列、四冲程、缸径100mm、水冷、汽 车用。 1E65F——单缸、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型。
排气冲程（b—r线）(Exhaust stroke)
•活塞：BDC ～ TDC ；
•曲轴；540 ～ 720°CA（总共转两圈）
•排气门打开、关闭各一次。 •排气开始：废气首先利用自身压力自由排气， 大部分废气自动冲出气缸，随后 上行将其余废气强制推出气缸。 •排气 终了： P = 0.105 ～ 0.115 MPa ； T = 700 ～ 900K •排气冲程的作用：排除废气，为下一循环引 入新鲜工质创造条件。 活塞
进气行程
压缩行程（a—c 线）(Compression stroke)
•活塞：BDC — TDC ； •曲轴：180—360°CA （转一圈）； •进排气门关。 •压缩开始： Pa 、 Ta ； •压缩终了： Pc = 3～ 5MPa ； Tc = 750～1000K •压缩冲程的目的：提高工质的温度和压力，为混合气 的点燃和燃烧创造条件，以得到较高的燃烧最高压力和
12V135ZG——12缸V型、四冲程、缸径135mm、水冷、 增压、工程机械用。
五、内燃机总体组成
• 两大机构：
曲柄连杆机构 (Crankshaft connecting-rod mechanism) 配气机构 (Valve mechanism)
• 五大系统：
燃料供给系统 (System of fuel feeding) 润滑系统 (Lubrication system) 冷却系统 (Cooling system) 起动系统 (Starting system) 点火系统（汽油机）(Ignition system)
4．燃烧室容积 Vc (Compression volume)（L）
活塞位于上止点时的气缸容积称为燃烧室容积， 也称压缩容积。 5、气缸工作容积 Vs (Piston swept volume) （L）
1 2 6 Vs D S 10 4
式中： D — 气缸直径（mm） S — 活塞行程（mm）
排气行程
进气行程（r—a 线）
压缩行程（a—c 线） 作功冲程（c—z—b线） 排气冲程（b—r线）
进气形成进入气缸的是纯 空气，压缩终了高压喷射 燃料 ,缸内形成混合气，压 缩自燃。
B、四冲程汽油机工作原理
缸外形成混合气，
进气行程进入气缸的是
混和气，
电火花点燃。
C 柴油机与汽油机比较
性 能 着火方式 燃油消耗 热效率 工作平稳性 汽油机 点燃 高 30%左右 柔和 柴油机 压燃 低 40%左右 粗暴
只有一个气缸的内燃机
具有两个或两个以上气缸的内燃机。 气缸布置于曲轴上方且气缸中心线垂直于水平面的内燃机。 气缸中心线平行于水平面的内燃机。 具有两个或两个以上直立气缸，并呈一列布置的内燃机。 具有两个或两列气缸，其中心线夹角呈V形，并共用一根曲轴输出功率的 内燃机（图1-8a） 两个或两列气缸分别排列在同一曲轴的两边呈1800夹角的内燃机（见图18b）
11、示功图(Indicator diagram)
为获得正确反映气缸内部实际情况的试验 数据，通常利用不同形式的示功器或内燃机数 据采集系统来观察或记录相对不同活塞位置时 气缸内工质压力的变化，所得到的结果即为p-V 示功图示功图。记录相对不同曲轴转角时气缸 内工质压力的变化，所得到的结果为 p-Φ示功 图
上、下止点是活塞在气缸内运动的两个极限位置， 活塞顶距曲轴旋转中心距离最远处称上止点，而最近处称下止点。 在上、下止点活塞运动方向改变，速度为零。 发动机运转时，活塞始终在上、下止点之间往复运动。
2、活塞行程（冲程） S (Stroke)
即上、下止点之间的距离。 活塞运动一个行程曲轴旋转180°曲轴转角（°CA）。
非增压内燃机 增压内燃机 水冷式内燃机 风冷式内燃机
进入气缸前的空气或可燃混合气未经压缩的内燃机。对于四冲程内燃机亦 称自吸式内燃机 进入气缸前的空气或可燃混合气先经过压气机压缩．藉以增大充量密度的 内燃机 用水冷却气缸和气缸盖等零件的内燃机 用空气冷却气缸和气缸盖等零件的内燃机
单缸内燃机
多缸内燃机 立式内燃机
燃料供给系统
按照发动机要求，定时、定量供给 所需要的燃料
点火系统 润滑系统
按规定的时刻，准时点燃汽油机气 缸内的可燃混合气 润滑、减摩、延长寿命、密封、清 洁、冷却、防锈蚀
冷却系统
起动系统
保持发动机在适宜的温度下工作
起动发动机
冷却水泵、风扇、节温器、散热器、冷却水道等
蓄电池、起动开关、起动马达等
缸体
12、工况 内燃机在某一时刻的运行状况。（Pe、n）
七、四冲程内燃机的工作原理
A、柴油机
进气行程（r—a 线）(Suction stroke)
• • • • 活塞：TDC — BDC ； 曲轴：0～180°CA （旋转半圈）； 进气门打开，关闭各一次；排气门关。 进气开始：进气温度即环境温度T0； 进气压力为大气压力P0 。 • 进气终了：进气结束气体温度Ta 约370～400K； 压力Pa约0.078—0.091 MPa • 进气冲程的目的：引入新鲜工质（可燃混合气）
顶置气门
机体组
气缸垫 气缸盖 油道和水道
气缸体
曲轴箱
油底壳
气缸
曲柄连杆机构1
气环 油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓
活塞连杆组
连杆轴瓦 连杆盖
曲柄连杆机构2
皮带轮 扭转减振器 起动爪
正时齿轮
飞轮
曲轴
飞轮螺栓 主轴瓦
配气机构
气门组
气门传动组
燃油供给系统
进气管道 空气滤清器 油箱
油 管 油泵 排 气 管 道 排气消声器 燃油滤清器
9、四冲程和二冲程内燃机 (Four-stroke and Two-stroke)
四冲程 — 活塞运动4个行程，完成一个工作循环。 二冲程 — 活塞运动2个行程，完成一个工作循环。
10． 压缩比 ε(Compression ratio)
Va Vs VC Vs 1 VC VC VC
名
称
功
用
主要部件
气缸体、气缸盖、气缸垫等
机体组
发动机的骨架，支承着发动机的所 有零部件
曲柄连杆机构
配气机构
将活塞顶的燃气压力转变为曲轴的 转矩，输出机械能
按照发动机要求，定时开闭进、排 气门， 吸入干净空气，排除废气
活塞、连杆、曲轴、飞轮等
气门组件、凸轮轴、驱动机构（摇臂、挺柱、推杆） 等 空气：空气滤清器、进排气管系、排气消音器 汽油机：汽油箱、输油泵、滤清器、压力调节器、各 种传感器、电控喷油器、电控单元等；（旧汽油机采 用化油器） 柴油机：柴油箱、输油泵、滤清器、高压油泵、调速 器、喷油器等 蓄电池、点火开关、点火线圈组件、传感器、电控装 置、火花塞等 油底壳、机油泵、机油滤清器、机油压力表、机油道 等
二、内燃机的特点
优点：
1、热效率高、经济性好。 2、功率和转速范围宽广、配套方便。（0.59kw — 35000kw） 3、结构紧凑、外型尺寸小、重量轻。 4、起动迅速、操作简单。 5、水消耗量少。 6、维护方便、技术成熟。 7、易于实现“三化”大批量生产。
缺点： 1、对燃料品质要求高。 2、低速时转矩不够大。 3、振动较大，超负荷能力小。 4、噪声及废气污染大。 5、结构复杂、整机和零部件加工要求高。
三、内燃机的应用与分类
应用 • 航空 • 农业 • 车辆、机车 • 矿山、建筑及工程机械 • 船舶 • 固定电站 • 军事
分类方法
类
别
含
义
二冲程内燃机 按冲程数分 四冲程内燃机 点燃式内燃机
活塞经过两个行程完成一个工作循环的内燃机 活塞经过四个行程完成一个工作循环的内燃机 压缩气缸内的可燃混合气，并用外源点火燃烧的内燃机
6、气缸总容积 Va (Overall volume) （L）
Va Vs Vc
7、发动机排量 VL （L）
1 VL iVs D 2 S i 10 6 4
式中： i — 气缸数（排量是决定发动机整机功率的主 要结构参数）
8、工作循环 (Working cycle)
发动机的一个工作循环由进气、压缩、燃烧膨胀 和排气组成，各过程连续进行，循环往复、周而 复始。
按着火方式分
压燃式内燃机 压缩气缸内的空气或可燃混合气，产生高温，引起燃料着火 的内燃机
液体燃料内燃机 按使用燃料种类 分 气体燃料内燃机
燃烧液体燃料（汽油、柴油、醇类等）的内燃机 燃烧气体燃料（液化石油气、天然气等）的内燃机
多种燃料内燃机
能够使用着火性能差异较大的两种或两种以上燃料的内燃机
按进气状 态分 按冷却方 式分
火花塞或 喷油器 进气道 进气门 气缸盖
排气门 排气道
气缸
活塞 连杆 曲柄
3、缸径 D (Cylinder bore)
气缸直径是发动机最重要的结构参数，缸径的大小 基本确定了发动机活塞排量、输出功率及发动机尺 寸、重量的大致范围。 车用汽油机受爆燃的限制，缸径一般不能太大，通 常在60～100mm ；而柴油机受燃料喷射和燃烧的 限制缸径很难做得很小，一般在70～160mm以上。