第一章内燃机基本原理与构造介绍.ppt

二、内燃机基本概念
外燃机与内燃机比较
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;
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二、内燃机的分类
（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）；
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二、内燃机基本概念
外燃机与内燃机
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。
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。
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相同点
不同点
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相同点
1．基本构造和主要部件的作用相似。 2 ．每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压 缩冲程、做功冲程、排气冲程。 3 ．四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三 个冲程靠飞轮惯性完成。 4 ．一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两 周，做功一次。
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混合成可燃混合气，再输入 发动机气缸并加以压缩，然 后用电火花使之点火燃烧发 热而作功——传统式。
1-空气滤清器；2-针阀；3-浮子；4-喷嘴；5喉管；6-节气门；7-进气歧管；8-量孔；9浮子室；10-进气预热套管；11-进气门
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（一）四冲程汽油机基本工作原理
2、汽油喷射式汽油机： （1）进气管内喷射： 将汽油喷射入进气管内，同空气混合 成可燃混合气，再输入发动机气缸并加以压缩，然后用电火 花使之点火燃烧发热而作功——（现代轿车电控汽油喷射式 汽油机）。
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四、往复活塞式内燃机的基本结构和工作原理
火 花 塞 进气门
气缸体
喷 油 器 排气门 进气门 气缸盖 气缸体
排气门 气缸盖
连杆 曲轴 油底壳
活塞
连杆
曲轴箱 曲轴
油底壳
活塞 曲轴箱
汽油发动机组成示意图
柴油发动机组成示意图
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（一）四冲程汽油机基本工作原理
1、化油器式汽油机： 汽油和空气在化油器内
扫气口关闭后，随着活塞的上移，曲轴 箱内形成一定真空，当活塞底端打开气 缸壁上的进气口，曲轴箱内开始进气， 直至活塞运动到上止点，此时，进气口 全开，曲轴箱容积最大。
（2）第一冲程 （进气口开启）
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（三）二冲程发动机工作原理
（3）第二冲程： 着火后，高温、高压燃气膨胀迫使 活塞从上止点向下止点移动，进气 口逐渐关闭，曲轴箱内的可燃混合 气开始被预压缩。
进、排气门仍关闭。当压缩冲 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，推动活塞向 下运动，并通过连杆带动曲轴转 动。
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（一）四冲程汽油机基本工作原理
排气冲程（180~360 CA）
当膨胀接近终了时，排气门
燃
打开，靠废气的压力进行自由排
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（三）二冲程发动机工作原理
1、二冲程发动机的工作循环: 是在两个活塞冲程内，即曲轴旋转
一周的时间内完成的。 2、二冲程汽油机的结构特点： 二冲程汽油机采用曲轴箱扫气，曲轴箱
是密封的，对多缸机而言，各曲柄轴 室相互之间是密封的，气缸壁上开有 矩形扫气口、排气口和进气口（右图 所示最早的活塞阀进气方式）。
压缩冲程（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 CA。
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（一）四冲程汽油机基本工作原理
做功冲程（0~180 CA）
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（一）四冲程汽油机基本工作原理
2、汽油喷射式汽油机： （2）气缸内直接喷射：将汽油直接喷射入气缸内同空气混 合成可燃混合气并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发 热而作功——（未来发展）。
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（一）四冲程汽油机基本工作原理
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，使之点火燃烧而膨胀作功，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。...
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二、内燃机的分类
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二、内燃机的分类
（6）按气缸排列方式分： 直立式发动机
（1）单列发动机 平卧式发动机 V型发动机
（2）双列发动机 水平对置式发动机。
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二、内燃机的分类
直列四缸发动机 （1） 直列式：多用于六缸以下的发动机。 （2） V型式：它缩短了发动机的长度和高度，多用于八缸以 上的发动机。 （3） 对置式：是V型的特殊形式。
二行程内燃机：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。
目前发动机广泛使用 四行程内燃机。
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二、内燃机的分类方法
（8）按汽缸数目：单缸机，多缸机。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。现代车用发动机多采用四 缸、六缸、八缸发动机。
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三、基本术语
1)上止点：活塞顶离曲轴回转中 心最远处，通常指活塞最高位置。 2)下止点：活塞顶离曲轴回转中 心最近处，通常指活塞的最低位 置。 3)活塞冲程（Ｓ）：上下两止点 之间的距离。 4)曲柄半径（Ｒ）：与连杆下端 相连的曲柄销中心到曲柄回转中 心的距离。显然：Ｓ＝2Ｒ
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（三）二冲程发动机工作原理
3、二冲程汽油机的工作循环：
（1）第一冲程：
活塞自下止点开始向上止点移动，曲轴箱
内在上一冲程中被预压缩的新鲜可燃混合
气自气缸壁上的扫气口继续向气缸内扫气，
活塞顶将扫气口关闭后，由于排气口仍未
关闭，气缸内的新鲜可燃混合气被活塞强
行从排气口挤出，此谓燃料的过后排气损
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二、内燃机的分类
（7）按完成一个工作循环所需的冲程数：四冲程， 二冲程
四行程内燃机：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；
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二、内燃机的分类
（7）按完成一个工作循环所需的冲程数：四冲程， 二冲程
第一章内燃机基本原理与构造介绍
教学目的与要求：
掌握内燃机的总体结构与工作原理；
重点、难点：
能以性能指标为主线，了解到与性能指标密切 相关的工作过程（循环、进气、排气、燃烧 工程），分析影响性能指标的主要因素，找 出提高内燃机性能的基本规律和技术措施。
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二、内燃机基本概念
内燃机是一种将热能转 变为机械能的热力发动 机。它是将燃料和空气 混合成可燃混合气，在 气缸内燃烧变成热能， 再通过一定的机构使之 变成机械能。由于燃料 的燃烧是在产生动力的 空间（通常为气缸）中 进行的，因此它被称为 内燃机。
烧
气（排气门开启时废气压力与大
后
气压力之比大于临界压力比），
的 废
大部分废气自行排出。活塞到达
气
下止点后再向上止点移动，继续
将废气强制排到大气中。
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（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吸气、压缩、作功、 排气四个冲程，相应地曲轴旋转了两周。
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。
失，不可避免；由于扫气过程中或多或少
有新气与废气的混合，存在燃料的扫气损
失，因此，二冲程汽油机的燃油消耗率远 （1）第一冲程
较四冲程汽油机的高，HC排放严重。
（扫气口关闭）
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（三）二冲程发动机工作原理
（2）第一冲程： 排气口关闭后，气缸内才开始真正的压 缩，活塞上移到接近上止点时，火花塞 点火，点燃被压缩的可燃混合气。
（3）第二冲程 （燃烧膨胀做功）
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（三）二冲程发动机工作原理
（4）第二冲程： 当活塞顶打开排气口时，缸内压 力仍有0.3~0.6MPa，故大部分废气 以音速从缸内排出，当活塞顶打开 扫气口时，缸内压力已降低到低于 曲轴箱内压力，曲轴箱内的可燃混 合气开始扫入气缸，并向排气口驱 除剩余废气。活塞到达下止点时， 排气口和扫气口全开，曲轴箱容积 最小。
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）。
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（二）四冲程柴油机工作原理
燃
空
烧
气
后
的
废
气
吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
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想想议议：
汽油机和柴油机的工作过程有什么相同点 ，有什么不同点？
三、基本术语
5)气缸工作容积（Vh）：活塞从上止点到下止点所 扫过的气缸容积。 6) 燃烧室容积（VC）：活塞在上止点时，活塞上 方的空间叫燃烧室，其容积叫燃烧室容积 7)气缸总容积（Va）：活塞在下止点时，活塞上方 的容积称为气缸总容积。
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三、基本术语
8)压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积的比。一 般汽油机压缩比约为6-10，柴油机的压缩比约为1621. 9)内燃机排量（VL）：内燃机所有气缸工作容积之 和。
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柴油机与汽油机性能比较：
汽油机具有转速高（轿车高达5000~6000r/min）、质 量小、工作柔和、起动容易、制造成本低和维修方便等 优点，不足之处是燃油消耗率较高，燃油经济性较差， 适用于汽车、飞机和小型农业机械上面；
柴油机燃油消耗率较汽油机低30%左右，且柴油价格 低，所以燃油经济性好，而且输出扭矩较大，但冷起动 困难、工作粗暴、工作转速较低（一般4000r/min以 下）、制造成本高、维修困难，适用于载重汽车、工程 机械、坦克上面。
不同点
•1．构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶 部有喷油嘴。 •2.着火方式不同：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式； •3.可燃混合气形成方式不同：汽油机是气缸外部化油器内 均匀混合（传统化油器式和现代轿车进气管内电控汽油喷 射式），柴油机是气缸内部燃烧室内不均匀混合；（均匀 性体现在燃料的蒸发性、混合气形成时间的长短） 4.发动机功率调节方式不同： 汽油机是通过调节节气门开 度的大小改变可燃混合气的数量而改变发动机功率的大小 ，属“量”的调节；柴油机是通过改变喷油泵每循环的供 油量即改变每循环喷入气缸内的燃油量，从而改变可燃混 合气的浓度而改变发动机功率的大小，属“质”的调节。
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（一）四冲程汽油机基本工作原理
吸气冲程（0~180 CA）
活塞由上止点向下止点运动，
活塞上方气缸容积增大，形成 一定真空，此时排气门关闭，
汽 油 和
进气门打开，可燃混合气由化 空
油器经进气管、进气门吸入气 气
缸，历时一个活塞冲程，曲轴
旋转180°转角。
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（一）四冲程汽油机基本工作原理
液化石油气发动机（LPG）。
ห้องสมุดไป่ตู้01:00 / 6
二、内燃机的分类
（3）按冷却方式分类：水冷，风冷
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二、内燃机的分类
（4）按点火方式分： （1）点燃式（如汽油机、气体燃料发动机）； （2）压燃式（如柴油机）。
（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）。
2、二冲程汽油机没有配气机构，结构简单，体积小，重量 轻，容易维修。
3、二冲程汽油机作功间隔短，发动机运转平稳，飞轮转动 惯量小，容易上高速。
4、二冲程汽油机燃油消耗率远较四冲程汽油机的燃油消耗 率高，HC等排放严重。
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二冲程汽油机与四冲程汽油机比较
（4）第二冲程（排气 口，扫气口开启）
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自然 吸气
增压
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二冲程汽油机与四冲程汽油机比较
1、理论上同样发动机排量、同样工作转速的发动机其功率 应等于四冲程汽油机的二倍，实际上由于实际压缩比小 于名义压缩比，气缸内进气不足（进气时间短，存在过 后排气和扫气损失），只等于1.5~1.6倍。