内燃机工作原理

第一篇内燃机工作原理

一、概述

凡是把某种形式的能转变为机械能的机器都可以叫做发动机。各种发动机因能源不同又可分为:风力发动机、水力发动机和热力发动机等。

热力发动机就是把燃料燃烧所产生的热能转变为机械能。因燃料燃烧所处部位不同,热力发动机又可分为外燃机和内燃机两大类。

燃料在发动机外部燃烧的叫外燃机。如蒸汽机、汽轮机等。

燃料直接在发动机内部燃烧的叫内燃机。如柴油机、汽油机、煤汽机等。

内燃机与外燃机比较,具有以下优点:

1、热效率高。目前增压柴油机最高热效率可达46%,而蒸汽机只有11—16%。

2、功率范围广,适应性广。最小的发动机不到1马力,最大的可达50000马力。同一型号的发动机,经过少量改装,又可适应各种不同用途的需要。

3、结构紧凑、重量轻、尺寸小。

4、使用操作方便,起动快。正常情况下,一般的柴油机或汽油机能在3—5秒时间内起动,并能在短时间内达到全负荷运转,而且操作比较轻便。

5、运转安全。

二、内燃机的分类

内燃机的结构形式很多,现代汽车发动机按下列方法分类。

(一)按采用的燃料不同可分为:柴油机、汽油机、煤油机和煤气机等。

(二)按完成一个工作循环的冲程数可分为:

四冲程发动机活塞重复四个冲程完成一个工程循环。

二冲程发动机活塞重复二个冲程完成一个工程循环。

(三)按气缸冷却方式可分为:水冷发动机和风冷发动机。

(四)按发动机气缸数可分为:单缸发动机和多缸发动机。

(五)按燃料在气缸内的着火方式可分为:

压燃式发动机利用气缸内被压缩的空气所产生的高温高压使燃料着火燃烧。柴油机就属于这种着火方式。

点燃式发动机利用外界热源(如电火花)点燃燃料,使其着火燃烧。如汽油机、煤油机、煤气机都属于这种着火方式。

(六)按用途可分为:

固定式发动机发动机用作固定作业的动力,如发电、排灌、农产品加工等作业。

移动式发动机发动机用作移动机械的动力,如汽车的发动机。

(七)按发动机转速或活塞平均速度可分为:高速发动机、中速发动机和低速发动机。

(八)按进气方式可分为:

增压式发动机发动机上装有增压器,空气经过增压后进入气缸。

非增压式发动机发动机上不装有增压器,利用活塞的抽吸作用将空气吸入气缸。(九)按气缸排列形式可分为:直列式、卧式和V型发动机等。

第一节发动机主要构造

发动机型式很多,具体结构也不完全相同,但他们都有下列机构和系统。

1、曲柄连杆机构与机体零件主要由活塞、连杆、曲轴用飞轮等组成。它的功用是把活塞在气缸中的往复运动变为曲轴的旋转运动;又将曲轴的旋转变为活塞的往复运动,以实现工作循环并输出动力。

机体零件主要包括机体、气缸套(有些机型气缸套同机体铸在一起)、气缸盖和油底壳等。这些零件构成了发动机的骨架,所有运动零件和辅助系统都由它支承。

2、换气系统它包括空气滤清器,进、排气管道与消声灭火器以及配气节机构等组成。主要功用是定时地排除废气和吸进新鲜空气,同时还具有滤清空气和消声灭火等作用。

3、燃油供给系统柴油机燃油供给系主要包括喷油器、喷油泵调速器、输油泵、燃油滤清器及油箱,它的功用是定时、定量地向燃烧室喷射柴油,同时根据发动机的工况自动调节供油量。在汽油机中,则主要由化油器、输油泵和油箱组成。其功用是使汽油雾化并与空气均匀混合,并根据发动机的工况,供给一定数量的可燃混合气。在气体发动机中,则减少喷油泵或化油器,主要增加了蒸发调压器(LPG发动机)、减压器(CNG发动机)等供给LPG或CNG的相关零部件。

4、润滑系统主要由机油泵、机油滤清器、油压表及有关油道组成。功用是将机油送到各零件的摩擦表面,以减少运动件的磨损与摩擦阻力,并有冷却、密封、防锈等作用。

5、冷却系统包括水泵、风扇、水散热器、机油散热器、调温器等。其功用是将受热零件的热量散发到大气中去,以保持发动机在适宜的温度下工作。

6、起动系统它的功用是供助于外力(人力或其他动力)将静止的发动机转为正常运转。由于起动方式不同,所组成的部件也不同。利用电起动机起动时,包括电起动机、蓄电池、传动装置及起动按扭等;利用辅助发动机起动时,包括起动发动机、传动机构、操纵机构等。为了便于起动,多数柴油机上还设有减压机构与预热设备。

在汽油机、气体发动机上除了上述系统外,还设有点火系统(磁电机点火系或蓄电池点火系),

用以点燃混合气。

第二节发动机工作过程

发动机构造一般如图1—1所示,它由气缸盖1、排气门2、进气门3、喷油器4(汽油机为火花塞)、气缸5、活塞6、连杆8、曲轴10、飞轮12等组成。

气缸顶部由气缸盖密封,通过进、排气门实现气缸的换气过程。气缸内的活塞通过连杆与曲轴连接,曲轴上固定有飞轮。活塞在气缸内用直线往复运动,通过连杆的传递,变成曲轴的旋转运动。活塞往复一次,曲轴旋转一圈。下面介绍常用有名词术语及其定义:上止点:活塞在气缸中运动,当活塞离曲轴中心最远的时,活塞顶所处位置。

下止点:活塞在气缸中运动,当活塞离曲轴中心最近的时,活塞顶所处位置。

活塞行程(冲程):活塞从一个止点到另一个止点的位置,称为活塞行程。从目前使用的柴油机情况看,同一系列,如6108柴油机的活塞行程有125mm行程和

132mm行程两种,两者之间的有的配件相同,有的则不同,选购配件时应注意。

配气相位:柴油机的进气门和排气门开始开启和关闭的时刻,用曲轴转角表示时称为配气相位。

燃烧室容积:活塞运行到上止点以上的空间称为燃烧室容积。

工作容积:活塞由上止点到下止点位移的容积,称为工作容积。

压缩比:汽缸总容积(燃烧室容积与工作容积之和)除以燃烧室容积称为压缩比。

进气行程:指活塞往下运动时进气门打开,保证汽缸内充满足够的新鲜空气时的活塞行程。压缩行程指在活塞由下止点往上止点运动的过程中,进气门经下止点后延续了一定角度后关闭(主要是多吸入新鲜空气),此时,排气门仍然关闭,汽缸处于密封状态。由于活塞的向上运动空气被压缩,压力达到每平方厘米30公斤,温度达到500~700度,燃油喷入燃烧室燃烧时是在上止点前一定角度而不是正好在上止点。

做功行程:是指柴油机由热能转化为机械能的过程。排气行程指活塞在做功行程下止点前就打开了排气门,越过下止点后活塞上行。此时,排气门已完全打开,进气门仍然关闭着,这时汽缸内废气压力高于大气压力而冲出排气门使废气排干净,排气门在活塞过了上止点后关闭。这样经过四个行程,完成从进气,压缩,做功,排气的循环过程,通过往复的运动,是热能转变为机械能。这样以四个行程完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油。