第三节 内燃机的基本工作原理

一、四冲程汽油机的工作原理
示功图
• 示功图：一种表示气
缸内气体压力p和相当 于活塞不同位置时的气 缸容积V或曲轴转角 之间的变化关系图。
• P-V图：表示一个工
作循环中，气体在气缸 内所作的功；
• P-图：反映一个工
作循环中，气体压力p 随曲轴转角之间的变 化关系。
一、四冲程汽油机的工作原理 • 1. 进气过程
二、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，存在给气和扫气损失），只等 于1.5~1.6倍。 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。 5、 二冲程汽油机由于燃油消耗率高、HC等排放严重而逐渐淘汰 出摩托车用市场，但军用小型无人航空飞行器却因其体积小、 重量轻、单位气缸工作容积输出功率大而仍被看好，但要解 决电控汽油喷射技术甚至废气涡轮增压技术 。
3. 燃烧—膨胀过程
作用：混合气燃烧时放出大量的热， 气缸内气体的温度和压力骤增， 在气体压力的作用下，活塞向下 止点移动，并通过连杆使曲轴旋 转而作功。 • 实现：当压缩过程接近上止点时， 火花塞发出电火花，将混合气点 燃。可燃混合气燃烧、膨胀，推 动活塞向下移动作功。 • 主要参数： pz=3~5MPa；Tz=2200 ~ 2800K； pb=0.3~0.5MPa； Tb=1500 ~ 1700K
中部
135
后部
Q
尾部
缸径符号 （以气缸直 径的毫米数 表示）
同一系列产 品区分符号
用途特征符号 结构特征符号 用途 符号 结构特征 符号 无符号 通用型 无符号 水 冷 Q 风 冷 汽车用 F 摩托车用 增 压 M Z
首部
系 列 换 代 企 业 缸 数
中部
气缸 布置
( V P)
后部
缸 径
(mm)
尾部
二冲程柴油机的工作原理： 四冲程柴油机的活塞相当于一个空气泵，而对于二冲程 柴油机而言，活塞没有空气泵的作用，为了完成进排气过程， 即排除燃烧后的废气，并把新鲜空气充满气缸，必须安装专用 的扫气泵（增压器） 例：二冲程柴油机的工作原理 二冲程柴油机与四冲程柴油机的比较 1.在相同的气缸尺寸和转速下，二冲程发动机的功率理应比 四冲程发动机增加一倍，但由于：1扫气容积的损失；2充气时 间短 程废气消除困难驱动扫气泵要消耗一部分功率，所以只增加 了50%-70%左右 2.均匀性好 其他形式：按气流在气缸中流动的路线不同，分为 (1)气孔式直流换气的柴油机 (2)横流扫气的二冲程柴油机 (3)回流换气的二冲程柴油机
示功图上刚过z点以后的压力下降不像汽油 机那样急速。此时，虽然活塞已向下移动，气 缸容积增大，但因柴油还在继续喷人和燃烧， 所以压力在短时间内并不显著下降。
二冲程内燃机工作原理
一、二冲程汽油机工作原理 （一）二冲程发动机的工作循环:
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是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一 周的时间内完成的。
（二）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 气口和排气口，气缸壁上开有进气口（右 图所示最早的活塞阀进气方式）。
第四节 内燃机的产品名称与型号
内燃机产品名称和型号编制规则(GB725—91) • 1．名称按所采用的燃料命名，如柴油机、汽 油机、煤气机、沼气机、双燃料发动机。 2．内燃机型号由阿拉伯数字、汉语拼音字母 和象形字符组成。型号包括首部、中部、后部 和尾部四部分组成。
内燃机产品名称和编号规则
首部 6 系列代号 缸数符号 换代 标志 符号 气缸排列形式符号 符号 含 义 无符号直列及单缸卧式 V V型 P 平卧型 行程符 号，E 表示二 冲程， 无符号 表示四 冲程
（1）第一行程 （扫气口关闭）
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。 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 应全开，曲轴箱容积最大。
4. 排气过程
• 作用：排出气缸中燃烧后的 废气，以便充入可燃混合气。 • 实现：排气门开启，进气门 保持关闭，活塞由下止点向 上止点移动排出废气。 • 主要参数： pr=0.105~0.12MPa；Tr=900 ~ 1100K
• 残余废气占进入气缸的新鲜混合气质量比例 5％～15％
二、四冲程柴油机的工作原理
• 四冲程柴油机与汽油机工作过程的不同： • 1. 可燃混合气的形成
• 柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的，柴 油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器
以雾状喷人气缸，在很短的时间内与高温空气混合， 形成混合气。
2. 着火的方法
柴油机是压缩着火的，压缩终了时，柴油机 气缸内气体温度约750～950K，大大高于柴油 的自燃温度。 3. 示功图
结构或改进 区分符号
冲 程
(E)
结 构 特 征
(F Z ZL)
用 途 特 征
(G Q J )
3 ．型号示例 DL16V240ZJC 6135ZG 6100Q
思考题：
1、解释名词：活塞行程、燃烧室容积、发动机排量、压
缩比、工作循环、6135G、 1E65F、CAT3306 2、工程机械用柴油机有什么要求？ 3、柴油机和汽油机在工作过程上有什么不同？ 4、四冲程柴油机由哪些机构和系统组成，各有什么功用 ？ 5、CAT3306发动机气缸直径为121mm，行程152mm，压 缩比为15。求该发动机的工作容积、燃烧室容积和排 量。
2．压缩过程
• 作用：在燃烧前将混合气压 缩，使其容积缩小，密度增 大，温度升高，在燃烧过程 迅速燃烧以产生较大的压力， 使发动机发出较大的功率。 • 实现：进、排气门都关闭， 曲轴继续旋转，活塞自下止 点向上止点移动，将气缸中 的混合气压缩。 • 主要参数：pc=0.85~2MPa； • Tc=600 ~ 700K • =6—10
工程机械发动机构造
第三节 内燃机的基本工作原理
• 工作循环：内燃机气缸中进行的每一次将 热能转变为机械功的一系列连续过程。每 一次工作循环都包括进气、压缩、燃烧— 膨胀和排气等4个过程。 • 四冲程内燃机的工作循环是在曲轴旋转两 周，即4个行程中完成的； • 二冲程内燃机的工作循环是在曲轴旋转一 周，即两个行程中完成的。
（2）第一行程（进气 口开启）
（ ） 第 二 行 程 （ 燃 烧 膨 胀 作 功 ）
2、第二行程： 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。 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，排气口和扫气口应全开，曲轴箱容积最小。
• 作用：可燃混合气进入气缸。 • 实现：活塞从上止点向下止点移 动，进气门开启，排气门关闭。 这时活塞上方的气缸容积增大， 于是压力降低到小于大气压力， 产生了真空度，使可燃混合气经 进气管和进气门进入气缸。 • 主要参数：pa=0.075~0.09MPa； Ta=370 ~ 400K • 充量系数：每工作循环实际进 入气缸的新气质量与理论上可充 人气缸的新气质量之比。 • 一般 =0. 70~0.85
3
（（ 排 气） 口第 、二 扫行 气程 口 开 启 ）
4
（四）总结
1、第一行程： 活塞自下止点上移到上止点，包括气缸内扫气、排气、压缩 过程和曲轴箱内的进气过程； 2、第二行程： 活塞自上止点下移到下止点，包括气缸内燃气膨胀作功、排气 、扫气过程和曲轴箱内新鲜可燃混合气的预压缩过程； 3、气缸内的换气过程： 气缸内的扫气和排气过程。 4、曲轴箱压缩比： 曲轴箱内的最大容积与最小容积之比。一般在1.25~1.40之 间，过小影响曲轴箱进气效率（给气比），过大导致扫气 时新鲜可燃混合气与气缸内废气掺混，造成燃料从排气口 逸失。 5、换气口布置： 排气口上沿位置比扫气口上沿位置高，尺寸差很重要，否则若扫气口开 启时气缸内废气压力高于曲轴箱内压力，会导致废气向曲轴箱内倒流。排气 口与扫气口圆周方向上呈90º 布置 ，即回流扫气方式。 6、实际压缩比： 排气口关闭时气缸内气体的容积与压缩终了时气体的最小容积之比。显然， 实际压缩比要小于名义压缩比（气缸内气体的最大容积与压缩终了时气体的最 小容积之比）。
（三）二冲程汽油机的工作循环：
1、第一行程： 活塞自下止点开始向上止点移动，曲 轴箱内在上一行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 耗率远较四冲程汽油机的高，HC排放严 重。