内燃机基础知识

•柴油机的基本结构 基本构造
（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。
•柴油机的基本结构 基本构造
• 内燃机的分类
（2） 按照行程分类：内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可 分为四行程内燃机和二行程内燃机。把曲轴转两圈(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内燃机称 为四行程内燃机；而把曲轴转一圈(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内燃机。
• 内燃机的分类
（6）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。
• 内燃机的分类
低速、中速和高速柴油机 柴油机的速度可以用曲轴转速n(r/min)和活塞平均速度Vm(m/s)表 示。活塞的平均速度为：Vm=S*n/30（m/s） 按此指针分类一般为： 低速柴油机ｎ≤３００ r/min Ｖｍ＜６m/s 中速柴油机 ３００＜ｎ≤１０００ r/minＶｍ＝６ m/s ~９ m/s 高速柴油机n＞１０００ r/min Ｖｍ＞９ｍ／ｓ
•柴油机的基本结构 基本构造
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。
•柴油机的基本结构
内燃机基础知识交流
纪兆琳 2009-12-28
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发动机的分类 内燃机的分类 柴油机的基本结构 柴油机的工作原理
• 发动机的分类
发动机的定义：广义的发动机是指将任何形式的能量转化为机械 能的装置。但一般把能够将燃料能量转化为机械能量的装置称为 发动机，将电能、流体动能、压缩空气的内能转化为机械能的装 置称为马达。（维基百科） 发动机的分类： 外燃机：利用燃料燃烧产生的热加热做功介质，再利用介质膨胀 外燃机 做功的发动机，被称为外燃机。如蒸汽机。 内燃机：利用燃料燃烧后在有限空间内自身的膨胀直接做功的发 内燃机 动机，被称为內燃机。如汽、柴油机、燃气轮机等。 火箭发动机：火箭发动机可算一种特殊的内燃机，其最大的特点 火箭发动机 在于其使用的氧化剂来源于自身的携带而不是从空气中获得。
因此，概括来讲柴油机的主要包括以下机件 1．固定机件：机座、机体、主轴承、气缸盖、气缸套等。 2．运动机件：曲轴、连杆、活塞、活塞销、连杆螺栓等。 3．配气机构：凸轮轴、顶杆、摇臂、气阀机构（进气阀、排气 阀、器阀弹簧）等。 4．燃油系统：喷油泵、高压油管、喷油器等 5．辅助机件：进气管和排气管等 此外，对于整机而言，还有润滑、冷却、启动和控制等系统。
圖１-１ 氣缸容積
•柴油机的工作原理 柴油机的主要名词
5．气缸工作容积（Vh）：活塞上、下止点之间的容积称为一个汽缸 的工作容积，它可以用气缸直径D(cm)由下式表示： Vh=[(π*D*D)/4]*S*0.001 6．气缸的最大容积（Va）：活塞在下止点时，气缸的容积，即气缸 工作容积与压缩容积的之和： Va=Vh+Vc 7．气缸的总容积V，总排量：室内燃机所有汽缸工作容积的总和。 即： V=Vh*i (L) 式中 i--气缸数。 8．压缩比：气缸最大容积与压缩室容积的比直称为压缩比。
•柴油机的基本结构 基本构造
（7）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。
•柴油机的工作原理
一、进气冲程 进气过程中气缸内气体压力随着气缸的容积变化的情况如图所 示。图中纵坐标表示气体压力P，横坐标表示气缸容积Vh(或活塞的 冲S)Leabharlann Baidu这个图形称为示功图。图中的压力曲线表示柴油机工作时， 气缸内气体压力的变化规律。从图中我们可以看出进气开始，由于 存在残余废气，所以稍高于大气压力P0。在进气过程中由于空气通 过进气管和进气阀时产生流动阻力，所以进气冲程的气体压力低于 大气压力，其值为0.085～0.095MPa，在整个进气过程中，气缸内 气体压力大致保持不变。 当活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。
• 内燃机的分类
（1）按照所用燃料分类：内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽 油机、柴油机和气体燃料发动机。使用汽油为燃料的内燃机称为 汽油机；使用柴油机为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油 机比较各有特点；汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易， 制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能 都比汽油机好。
•柴油机的基本结构 基本构造
（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。
•柴油机的基本结构 基本构造
（6）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。
蒸汽轮机
• 内燃机的分类
活塞往复式内燃机：是最常见的内燃机，燃烧后的气体推动活塞 活塞往复式内燃机 进行往复运动，活塞再透过曲轴（crank）将原本直线往复的输出 转为旋转运动，是今天汽车与火车上最常见到的动力型式。如： 汽油机、柴油机。 喷气式发动机：与活塞式发动机不同，喷气式发动机的燃烧过程 喷气式发动机 是连续的。 转子发动机：转子发动机由德国汪克尔博士发明，采用不间断旋 转子发动机 转方式运动。它利用转子形腔的体积变化来完成压缩、燃烧、做 功、排气四个过程。
•柴油机的基本结构 基本构造
（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。
•柴油机的工作原理
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。
•柴油机的工作原理
一、进气冲程 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。 当曲轴旋转肘，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。
•柴油机的工作原理
二、压缩冲程 第二冲程：压缩。压缩时活塞从下止点间上止点运动，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，随着容积的不断细小，空气的压力和温度也就 不断升高，压缩终点的压力和湿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：Pc＝4～8MPa,Tc＝ 750～950K。 柴油的自燃温度约为543~563K，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0.001～0.005秒，称为发火延迟期。 因此，要在曲柄转至上止点前10～35°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5～10°时，在燃烧室内达到最高 燃烧压力，迫使活塞向下运动。
• 内燃机的分类
（4）按照气缸数目分类：内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发 动机和多缸发动机。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、十六缸等都是多缸发动机。
• 内燃机的分类
（5）按照气缸排列方式分类：内燃机按照气缸排列方式不同可以分 为单列式和双列式。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。
（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。
•柴油机的基本结构 基本构造
（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。
• 内燃机的分类
（3）按照冷却方式分类：内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发 动机和风冷发动机。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。
•柴油机的基本结构 基本构造
内燃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 （2）配气机构 （3）燃料供给系统 （4）润滑系统 （5）冷却系统 （6）点火系统 （7）起动系统
转子发动机
• 内燃机的分类
活塞往复式内燃机（下简称内燃机） 活塞往复式内燃机（下简称内燃机）： 内燃机的分类方法很多，按照不同的分类方法可以把内燃机分成 不同的类型： （1）按照所用燃料分类 （2） 按照行程分类 （3）按照冷却方式分类 （4）按照气缸数目分类 （5）按照气缸排列方式分类 （6）按照进气系统是否采用增压方式分类
•柴油机的工作原理
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，活塞在高温高压气体作用下向下运动，并通过连秆 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。 在图中，工作冲程的压力变化这条线上升部分表示燃料在气缸 内燃烧时压力的急剧升高，最高点表示最高燃烧压力Pz，此点的压 力和温度为：Pz＝6～15MPa， Tz＝1800～2200K 最高燃烧压力与压缩终点压力之比(Pz／Pc)，称为燃烧时的压 力升高比， 用λ表示。根据柴油机类型的不同，在最大功牢时λ值的 范围如下：λ＝Pz／Pc＝1.2～2.5。
•柴油机的工作原理 柴油机的主要名词
为了研究柴油机的工作原理，必须了解柴油机的几个主要名词 1．上止点：活塞距曲轴中心最远的位置。 2．下止点：活塞距曲轴中心最近的位置。 3．活塞冲程（S）：上、下止点间的距离。 4．压缩室容积（Vc）：活塞位于上止点时， 活塞顶部与缸盖间的容积，又称燃烧室容积。