内燃机的构造和工作原理

气环 油环
活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓
连杆轴瓦 连杆盖
配 气 机 构
摇臂轴
摇臂
凸轮轴 凸轮轴正 时齿轮
推杆
挺柱
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。
中石油煤层气有限责任公司
PETROCHINACOALBEDMETHANECOMPANYLIMITED
内燃机的构造与工作原理
排采一队：马鑫
二○一三年三月三十日
内容提纲
一、内燃机的总体分类
二、内燃机的基本工作原理
三、内燃机的构造
一 内燃机的总体构造
一、内燃机的类型 1、按活塞运动方式：往复活塞式和旋转活塞式 2、根据所用燃料种类：汽油机、柴油机和气体燃料发动机 3、按冷却方式：水冷和风冷 4、按行程数：四冲程和二冲程 5、按进气状态：增压和非增压
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(L)。它等于气缸工作容积与燃烧室容积之 和，即 Ⅴa =Ⅴh 8.发动机的工作循环：在气缸内进行的每一次将燃料燃烧的 热能转化为机械能的一系列连续过程(进气、压缩、作功 和排气)称发动机的工作循环。 （1）二冲程发动机：活塞往复两个行程完成一个工作循环 的称为二冲程发动机。 （2）四冲程发动机：活塞往复四个行程完成一个工作循环 的称为四冲程发动机。 9 .压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用ε 表示。
汽油机
汽油与空气缸外混合，进 入可燃混合气 电火花点燃混合气
柴油机
进入气缸的是纯空气
高温气体加热柴油燃烧
有点火系
无喷油器
无点火系
有喷油器
燃料的理化性能决定了汽油机是点燃，柴油机是压 燃。
二、 四行程发动机工作原理
1、进气行程
2、压缩行程
3、作功行程
4、排气行程
●进气行程
起动机通电带动 曲轴旋转，曲轴的转动 使活塞自上而下运动， 这时，排气门关闭，进 气门打开，新鲜空气进 入气缸和燃烧室。
曲轴飞轮总成
• 柴油机大部分机型的曲轴均采用整体式全支承 结构（即相邻两个曲拐之间都设有主轴颈）。 • 小头端与正时齿轮有多种定位安装形式：键槽 、销钉、过盈配合
活塞连杆总成
功用： (1)活塞顶部与气缸盖、气缸 壁等共同组成燃烧室； (2) 活塞承受气体压力，并将 此力传给连杆，以推动曲轴 旋转。 工作环境： 高温、散热条件差；顶部工 作温度高且分布不均匀；高 速，活塞线速度，承受很大 的惯性力。
三、内燃机的构造
三、柴油机的构造
内燃机的基本构成
骨架
机体 气缸套 曲轴箱 气缸盖 油底壳
两大机构
曲柄连杆机构 配气机构
五大系统
进排气系统 燃料供给系统 润滑系统 冷却系统 起动系统
外部结构：
张紧轮 节温器 油标尺 水泵
加机油口
进气管 柴油滤清器 充电发 电机
油底壳 功用：贮存和冷却机油并封闭曲轴箱。 构造： （1）用薄钢板冲压而成。 (2) 储油、内部设有稳油挡板，以防止汽车振动时油底壳油面产生较大的 波动。 (3)最低处有放油塞(磁性) (4) 曲轴箱与油底壳之间有密封 衬垫。
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。
• 按冷却方式分：水冷发动机 • 风冷发动机 • 按进气方式分：自然吸气式发动机（非增压式 发动机） • 强制吸气式（增压式发动机） • 按 气 缸 数 分：单缸发动机 • 多缸发动机 • 按气缸排列方式分：单列发动机：直立式发动 机、平卧式发动机 双列发动机：V型发动机、 水平对置式发动机
气缸的排列分单列、双列，双列分V型、对置式
汇报结束
进排气系统
• 进排气系统 是柴油机第 一重要度的 系统，因为 充足、清洁 的空气对柴 油机的性能 影响很大。 • 功能：向柴 油机各工作 气缸提供新 鲜、清洁、 密度足够大 的空气。
空滤器
增压器
进气管
排气 管
中冷器
排气制动阀
消声器
燃油供给系统 1． 功用 完成燃料的储存、滤清和输送工作，按柴油机各种不同工况的要求，定 时、定量、定压并以一定的喷油质量喷入燃烧室，使其与空气迅速而良 好地混合和燃烧，最后使废气排入大气。 (1)在适当的时刻，将一定数量的洁净燃油增压后以适当的规律喷入燃烧 室。 (2)在每一个工作循环内，各气缸均喷油一次，喷油次序与气缸工作顺序 一致 (3)根据柴油机负荷的变化自动调节循环供油量，以保证柴油机稳定运转 ，尤其是稳定怠速，限制超速 (4)储存一定数量的燃油，保证汽车的最大里程。 燃油供给系统必须满足柴油的燃烧理论。
• 要使燃烧过程进行得好，混合气形成的好环是关键，所以 对混合气形成的要求如下： • ① 必须要有足够的空气量和适当的柴油量 • 因为柴油燃烧放出热量是由于柴油和空气中的氧气在一定 温度和压力条件下产生化学作用的结果，所以空气与柴油 是放热的两个重要因素。 空气量与柴油量比例不同，所 形成的可燃混合气的成分也就不同，一般要求： • α=1.3～1.5 • α过大，混合气过稀，燃烧速度慢，散发热量多，功率下 降。 • α 过小，混合气过浓，燃烧不完全，油耗增加，冒黑烟， 经济性变坏。
二、发动机过热或过冷的危害
1.发动机过热的危害
1)降低充气效率，使发动机功率下降； 2)早燃和爆燃的倾向加大，使零件因承受额外冲击性负荷而造成早期损 坏； 3)运动件的正常间隙（热胀冷缩）被破坏，滑：利用机油泵，将具有一定压力的润滑油源源不 断地送往摩擦表面。例如，曲轴主轴承、连杆轴承及凸轮轴轴 承等处承受的载荷及相对运动速度较大，需要以一定压力将机 油输送到摩擦面的间隙中，方能形成油膜以保证润滑。这种润 滑方式称为压力润滑。 2 、飞溅润滑：利用发动机工作时运动零件飞溅起来的油滴或 油雾来润滑摩擦表面的润滑方式称为飞溅润滑。这种润滑方式 可使裸露在外面承受载荷较轻的气缸壁，相对滑动速度较小的 活塞销，以及配气机构的凸轮表面、挺柱等得到润滑。 3、定期润滑：发动机辅助系统中有些零件则只需定期加注润 滑脂（黄油）进行润滑，例如水泵及发电机轴承就是采用这种 方式定期润滑。近年来在发动机上采用含有耐磨润滑材料（如 尼龙、二硫化钼等）的轴承来代替加注润滑脂的轴承。
润滑系统的作用
• 发动机工作时，传力零件相对运动表 面之间不能直接接触。因为，任何零件 的工作表面，即使经过极为精密的加工 ，也难免存在一定程度的表面粗糙度。 在它们接触且相对运动时，必然产生摩 擦和磨损。而摩擦产生的阻力，既要消 耗动力，阻碍零件的运动，又使零件发 热，甚至导致工作表面烧损。因此，必 须进行润滑。即在两零件的工作表面之 间加入一层润滑油使其形成油膜，将零 件完全隔开，处于完全的液体摩擦状态 ，这样，功率消耗和磨损就会大为减少 。
●压缩行程
活塞从下止点向上 运动，这时，进气门和 排气门均关闭，吸入气 缸内的空气受到活塞的 压缩，压力提高，温度 也随之升高。
●做功行程
当活塞压缩到上止点， 喷油器向燃烧室喷入雾状柴 油，油雾与压缩空气充分混 合，形成高温高压的燃气， 并开始自行着火燃烧，混合 汽膨胀做功，推动活塞向下 运动，从而推动曲轴转动， 对外输出功。
单 列 式
对 置 式
V
型 排 列
内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分：自然吸气(非增压)式发动机、 强制进气(增压式)发动机。
内容提纲
一、内燃机的总体分类
二、内燃机的基本工作原理
三、内燃机的构造
二、 往复活塞式内燃机的基本原理
1.上止点：活塞离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上行到 最高位置。 2.下止点：活塞离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行到 最低位置。 3.活塞行程(S)：上、下两止点间的距离(mm)。 4.曲柄半径(R)：与连杆下端(即连杆大头)相连的曲柄销中 心到曲轴回转中心的距离(mm)。 5.气缸工作容积(Ⅴh)：活塞从上止点到下止点所让出的空 间容积(L)。 Ⅴh =π D2S/(4×106) (L) 式中：D——气缸直径(mm)。 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，它的容积叫燃烧室容积(L)。
2． 组成 燃油供给装置：柴油箱、输油泵、柴油滤清器(柴油滤清器有粗细两种，一 般粗滤器设在输油泵之前，细滤器设在输油泵之后 )、喷油泵、喷油器等。 吸油管路、低压管路、高压管路的分类
高压共轨系统
主滤清器
轨压传感器
轨
CP3.3
传感器 带水分离器 的预滤器
执行器 喷油器
带过滤器的 油箱 高压
低压
EDC7 ECU
起动机
喷油泵总成 飞轮壳 油底壳
风扇
起吊环 空压机 厂牌 放水阀 机油冷却器 机油滤清器 涡轮增 压器
• 机体是发动机的骨架，用于安装和支撑发动机各总成零部件，由气 缸体、曲轴箱、油底壳、气缸套、气缸盖、气缸垫组成。
气缸盖
气缸垫
水道和油道
气缸体 曲轴箱
油底壳 气缸
气缸体 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，一般用灰铸铁铸成， 气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱， 其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，挺柱腔 、冷却水套和润滑油道、水道等。
●排气行程
活塞从下止点往上运动， 这时，进气门关闭，排气门打 开，燃烧废气在活塞的推动下 排出燃烧室外，完成一个工作 行程，这时曲轴转动两周。 当柴油机完成排气行程后 ，在曲轴飞轮总成的惯性力作 用下，又重复上述工作循环过 程，使柴油机连续运转对外输 出功率。
内容提纲
一、内燃机的总体分类
二、内燃机的基本工作原理
1、润滑： 将润滑油不断地供给各零件的摩擦表面，形成润滑油膜，减小零件的摩擦、磨 损和功率消耗。 2、清洁 ： 发动机工作时，不可避免地要产生金属磨屑，空气所带入的尘埃及燃烧所产生 的固体杂质等。这些颗粒若进入零件的工作表面，就会形成磨料，大大加剧零件 的磨损。而润滑系通过润滑油的流动将这些磨料从零件表面冲洗下来，带回到曲 轴箱。在这里，大的颗粒沉到油底壳底部，小的颗粒被机油滤清器滤出，从而起 到清洁的作用。 3、冷却 ： 由于运动零件的摩擦和混合气的燃烧，使某些零件产生较高的温度。而润滑油 流经零件表面时可吸收其热量并将部分热量带回到油底壳散入大气中，起到冷却 作用。 4、密封 发动机气缸壁与活塞、活塞环与环槽之间间隙中的油膜，减少了气体的泄漏 ，保证气缸的应有压力，起到了密封作用。 5、防蚀 由于润滑油粘附在零件表面上，避免了零件与水、空气、燃气等的直接接触，起 到了防止或减轻零件锈蚀和化学腐蚀的作用。 6、减震缓冲作用：在运动零件表面形成油膜，吸收冲击并减小振动，起减震 缓冲作用。
冷却系统
一、冷却系统的作用：
保持发动机在最适宜的温度范围内工作。 发动机工作时，由于燃料的燃烧，气缸内气体温度高达2200K~2800K， 大约1/3做功转变为机械能，其余大部分随 废气排出，其余则被发动 机零件吸收，使发动机零部件温度升高，特别是直接与高温气体接触 的零件，若不及时冷却，则难以保证发动机正常工作。
Va － 气缸总容积； Vh － 气缸工作容积； Vc － 燃烧室容积；
10.发动机排量：多缸发动机各气缸工作容积的总 和称为发动机排量 ，用表示VL 。
VL= V h × i
Vh－气缸工作容积 （气缸排量）
i － 气缸数目
与汽油机工作 原理相比，只有一 个行程即作功行程 中，柴油机由于用 的柴油粘度比汽油 大、不易蒸发，且 自然温度又较汽油 低，所以采用的是 压缩自燃式点火。