《内燃机构造综述》PPT课件.ppt

* 1、柴油机的术语、柴油机的工作原理 2、机体组、曲柄连杆机构、配气机构 3、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 4、柴油机的润滑系统、冷却系统、起动系统 5、进排气系统、柴油机的增压、柴油机排放 6、柴油机参数指标、速度特性、负荷特性、万有特性、 与整车的匹配 内容 2、气缸工作容积：上、下止点所包容的气缸容积称为气缸工作容积，用Vs表示 （单位：L）。 一、柴油机的术语、四冲程柴油机的工作原理 1、上、下止点及活塞行程 活塞在气缸中上下移动一个行程，曲轴旋转一周，活塞顶端离曲轴旋转中心最 远处称为上止点，活塞顶端离曲轴中心最近处称为下止点。上下止点之间的距 离S称为活塞行程。连杆轴颈中心到曲轴轴颈中心的距离R称为曲柄半径。 3、内燃机排量：内燃机所有气缸工作容积的总和称为内燃机的排量，用VL表示（单 位：L）。 4、燃烧室容积 活塞位于上止点时的气缸容积称为燃烧室容积，也称压缩容积，用Vc表示。 5、气缸总容积 气缸工作容积与燃烧室容积之和称为气缸总容积，用Va表示。 6、压缩比 气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用表示。 一、柴油机的术语、四冲程柴油机的工作原理 7、四冲程柴油机的工作循环包括进气、压缩、做功和排气四个过程。 进气：活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点，此时排气门关闭，进气门打开。在活塞 移动过程中，气缸容积逐渐增大。 压缩：进气行程结束后，曲轴继续带动活塞由下止点移至上止点，进、排气门均关闭。随 着活塞的移动，气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压缩，其压力和温度同时升高。 做功：在压缩行程结束时，喷油泵将柴油泵入喷油器，并通过喷油器喷入燃烧室（喷油压 力高、喷孔直径小，喷出的柴油呈雾状），细微的油滴在炽热的空气中迅速蒸发汽化， 并借助于空气的运动迅速与空气混合形成可燃混合气。由于缸内的温度远高于柴油的燃 点，因此柴油随即自行燃烧。燃气的压力、温度迅速升高，体积急剧膨胀。在气体压力 的作用下，活塞推动连杆、连杆推动曲轴旋转做功。 排气：排气行程开始，排气门开启，进气门仍然关闭，曲轴通过连杆带动活塞由下止点移 至上止点，此时膨胀过后的燃烧废气在其自身剩余压力和活塞的推动下经排气门排出气 缸外。当活塞到达上止点时，排气形成结束，排气门关闭。 一、柴油机的术语、四冲程柴油机的工作原理 四冲程柴油机经过进气、压缩、 做功和排气四个行程而完成一个 工作循环。期间活塞在上、下止 点间往复运动四个行程，曲轴旋 转两周，每一个行程有180曲 轴转角。 二、机体组、曲柄连杆机构、配气机构 1、机体组 机体组包括机体、气缸盖、缸套、曲轴箱（主轴承盖）、油底壳等。 机体组是发动机的支架，是曲柄连杆机构 、配气机构和发动机各系统主要零部件 的装配基体。气缸盖用来封闭气缸顶部， 并与活塞顶和气缸壁一起形成燃烧室。 气缸盖和机体内的水套和油道以及油底壳 又分别是冷却系统和润滑系统的组成部 分。 1）机体的分类及功用 按曲轴箱结构形式的不同，气缸体可分 为一般式、龙门式、隧道式；按气缸的 排列形式可分为：直列式、V型 和水平对置式 二、机体组、曲柄连杆机构、配气机构 2）气缸盖 气缸盖是结构复杂的箱型零件，其上加工有进、排气门座孔，气门导管孔、喷油器 安装孔，在气缸盖内还铸有水套、进排气道等。 气缸盖有整体式（WP7，一般气缸直径小于105mm，缸数不超过6个时采用较多）、分 块式（两缸一盖或三缸一盖）和单体式3种结构形式。 3）气缸套 气缸套分为干式缸套（WP12、WP10等）和湿式缸套（WP7、WP6等）两种。 干式气缸套的优点为机体刚度大、气缸中心距小、质量轻、加工工艺简单；缺点为 传热较差，温度分布不均匀，容易发生局部变形。 湿式气缸套的优点为冷却效果好；缺点是缸心距大，会出现气缸套穴蚀的问题。 二、机体组、曲柄连杆机构、配气机构 二、机体组、曲柄连杆机构、配气机构 4）气缸盖垫片 气缸盖垫片用以保证燃烧室高压燃气的密封，保证气缸盖与气缸体之间的冷 却水孔 和机油通孔的密封，必须耐压、耐热、耐腐蚀。 5）油底壳 油底壳用来收集和贮存发动机各润滑处和冷却处流回的机油，散走部分热量 ，防止机油飞溅，封闭气缸体下部。 2、曲柄连杆机构 曲柄连杆机构包括活塞组、连杆组、曲轴飞轮组 二、机体组、曲柄连杆机构、配气机构 1）活塞组：活塞、活塞环（气环、油环）、活塞销、活塞销挡圈等 活塞头部导热作用； 活塞裙部起导向作用； 活塞裙部横截面为椭圆形 （长轴垂直于活塞销孔方向 的上小下大的圆柱体）； 活塞的冷却：自由喷射冷却 、震荡冷却、强制冷却 2）连杆组：连杆体、连杆盖、连杆瓦、连杆衬套、连杆螺栓等 连杆体与连杆盖的定位： 止口定位；锯齿定位；套筒定位； 胀断连杆。 二、机体组、曲柄连杆机构、配气机构 3）曲轴飞轮组：曲轴、主轴瓦、止推片、飞轮、飞轮齿圈等 a.曲轴的功用是把活塞、连杆传来的气体力转变为转矩，用以驱动汽车的传动 系统和发动机的配气机构以及其他辅助装置。 b.曲轴各部分名称：曲轴前端、主轴颈、曲柄臂、曲柄销、平衡重、曲轴后端 等 c.按主轴颈数的多少分为：全支承曲轴（主轴颈数比气缸数多一个，V型则比气 缸数的一半多一个）和非全支承曲轴（少于气缸数）。 d.曲拐排列与发火次序（四冲程发动机）：为了使发动机运转平稳，以曲轴转 角表示的各缸发火间隔时间应相等，同时要求依次做功的两缸间距应尽可能远 ，以减轻主轴承负荷，避免进气干涉，影响进气。 二、机体组、曲柄连杆机构、配气机构 e.曲轴前后端密封 前后油封、油封座等 f.曲轴扭振减振器（橡胶减振、硅油减振） 安装在曲轴振幅最大的曲轴自由端 二、机体组、曲柄连杆机构、配气机构 3 .配气机构 1）配气机构是根据发动机每一汽缸内进行的工作循环和发火次序的要求，定 时地开启和关闭各气缸的进、排气门，以保证新鲜空气得以及时进入气缸并把 燃烧生成的废气及时排出。 2）分类 按气门的布置形式，分为：气门顶置式、气门侧置式 按凸轮轴的布置形式，可分为：凸轮轴下置式和凸轮轴上置式 按凸轮轴的传动方式，可分为：齿轮传动式、链条传动式和齿形带传动式 3）组成部分 气门组和气门传动组 二、机体组、曲柄连杆机构、配气机构 4）配气相位 用曲轴转角表示的进、排气门实际开闭时刻和开启持续时间，称为配气相位。 5）气门重叠角 二、机体组、曲柄连杆机构、配气机构 6）正时传动 正时齿轮传动及 其正时标记 二、机体组、曲柄连杆机构、配气机构 二、机体组、曲柄连杆机构、配气机构 WD615、WD10、WD12、 WP10（两气门） WP7/5 170齿轮系 机油泵 喷油泵联结轴 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 1、传统柴油机燃料供给系统的组成 包括低压油路和高压油路 1-柴油箱 2-油水分离器 3-输油泵 4-供油提前角调节装置 5-柱塞式喷油泵 6-柴滤 7-回油管 8-高压油管 9- 喷油器 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 2、传统的机械喷油泵的结构 A、B型系列喷油泵的基本结构相同，均为直列柱塞式喷油泵 P型喷油泵则采用不开侧窗口的箱式封闭泵体，使喷油泵结构得到强化；吊挂式 柱塞套 A型喷油泵泵体P型泵 1-出油阀压紧座 2-连接凸缘 3-O形圈 4-定位销 5-O形圈 6-导流罩 7-O形圈 8-柱塞套 9-减容体 10-出油阀弹簧 11-出油阀 喷油泵体：喷油泵体是喷油泵的基础零件，泵 油机构、供油调节机构和驱动机构等都安装在 喷油泵体上，它在工作中承受较大的作用力， 泵体应有足够的强度、刚度和良好的密封性。 2.1.高压油泵的基本结构包括四部分： a.泵油机构：柱塞套、柱塞、柱塞弹簧、 上下柱塞弹簧座、出油阀、出油阀座、 出油阀弹簧和出油阀压紧座等 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 b.供油量调节机构：调节齿杆、调节齿圈和控制套筒 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 c.驱动机构：包括凸轮轴和挺柱组件（凸轮轴上的凸轮数目与柱塞偶件数相同， 各凸轮间的夹角与配套柴油机的气缸数有关，并与气缸工作顺序相适应）；挺 柱体部件安装在喷油泵提上的挺柱孔内，挺柱在挺柱孔内只能做上下往复运动 ，而不能绕其自身的轴线旋转，以避免滚轮与凸轮卡死。 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 2.2.喷油提前器 喷油提前器安装在喷油泵凸轮轴的输入端，作用是随柴油机转速的变化自动调节喷油泵的供 油起始角。 柴油机的喷油提前角是指从喷油器开始喷油到活塞行至上止点时所转过的曲轴转角。过早 喷油，导致过早着火燃烧，气缸压力过早提高，造成了压缩负功增加，功率下降，油耗上升，气 动困难，产生敲缸声音；过晚喷油，导致过晚着火燃烧，此时活塞已下行，空间容积增大，燃烧 条件变差，导致排气冒黑烟，油耗上升，功率下降，排气温度升高，发动机过热。 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 SA型喷油提前器 1-防护罩 2-提前器弹簧 3-传动销 4-主动盘 5-传动爪 6-主动盘凸缘 7-传动销 8-飞锤圆弧面 9-飞锤 10-喷油泵凸轮 11-飞锤销 12-从动盘 当发动机起动或低速时，飞锤的离心力很小，未 能向外张开，提前器弹簧处于完全伸张状态，传动销 3、7紧靠在飞锤圆弧面8的外侧 当发动机的转速升高到一定值时，飞锤克服了提 前器弹簧的压力，以飞锤销11为支点向外张开，迫使 飞锤圆弧面沿传动销向外滑动，压缩弹簧，从而带动 飞锤销11、从动盘12和喷油泵凸轮轴顺喷油泵旋转方 向转过一定角度，使供油提前。转速越高，提前器弹 簧被压缩的越厉害，提前角度越大。 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 1-驱动轴 2-滚轮座 3-滚轮 4-传动销 5-止动销 6-O型圈 7-侧盖板 8-泵体 9-提前器活塞 10-连接销 11-弹簧 12-O型圈 13-侧盖 A-油孔 VE型分配泵喷油提前器 滚轮座2通过传动销4和连接销10与提 前器活塞9相连接。活塞右端有一油孔A, 与泵体内腔燃油相通。活塞左端安装有弹 簧11，与滑片式输油泵进油腔相通。 当发动机稳定运转时，活塞左右两端 压力平衡，活塞和滚轮左不动。 当发动机转速增加时，滑片式输油泵 运转加快、泵腔油压升高，使提前器活塞 9的右端压力大于左端，压缩弹簧，使活 塞左移，通过传动销4带动滚轮座2顺时针 旋转（逆着驱动轴方向），导致滚轮3提 早顶起平面凸轮，提早供油和喷油。发动 机转速越高，泵腔燃油压力也越大，活塞 左移越多，喷油也越早。 2.3.喷油泵的工作原理 a.运动过程 当喷油泵工作时，随着凸轮轴的转动，挺柱和柱塞在柱塞 的上、下止点间分别在挺柱孔和柱塞套中做往复运动。 a.1.当喷油泵凸轮轴转动时，若挺柱滚轮在凸轮的基圆面 上上滚动，则柱塞停在柱塞下止点的位置。 a.2.若滚轮滚到凸轮的上升段时，则凸轮推动挺柱、挺柱 再推动柱塞上移，同时将柱塞弹簧压缩。 a.3.当滚轮滚到凸轮的顶弧上时，柱塞到达柱塞上止点。 a.4.随后滚轮在凸轮的下降段滚移，直到滚轮又滚到凸轮 的基圆上，柱塞又回到柱塞下止点为止。 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 b.泵油过程 当柱塞顶面下移至柱塞套油孔5以下或柱塞停驻在下止点位置时，柴油从喷油泵的低压油腔经油 孔5充入柱塞顶部的空腔。 当柱塞从其下止点上移的过程中，有部分柴油从柱塞腔经油孔5被挤回低压油腔，这一过程一直 延续到柱塞顶面将油孔的上边缘封闭为止。 柱塞继续上移，柱塞腔内的油压骤 然提高，克服出油阀弹簧8的预紧力， 将出油阀7顶起。当出油阀座密封锥面下的减压环带全 部离开出油阀座孔之后，高压柴油才 能经出油阀座上的切槽供入高压油管， 并经喷油器喷入燃烧室。 柱塞继续上移到d位置时，柱塞上 的螺旋槽和油孔5的下边缘接触，柱塞 腔内的高压油经柱塞上的直槽4和螺旋 槽3以及油孔5流回喷油泵的低压油腔， 供油中止。柱塞腔的油压急剧下降，出 油阀在出油阀弹簧和高压柴油的作用 下迅速回落。 当减压环带的下边缘进入出油阀座 孔时，高压油管与柱塞腔的通路被切断 燃油不能从高压油管流回柱塞腔。 a-供油过程 b-油压升高 c-供油过程 d-供油结束 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 c.供油量的调节 c.1.柱塞行程：柱塞由其下止点移动到上止点所经过的距离称作柱塞行程，也即喷油泵凸 轮的最大升程。 c.2.柱塞的有效行程：喷油泵只是在柱塞顶面封闭柱塞套油孔到柱塞螺旋槽打开柱塞套油 孔这段行程供油，这段行程叫柱塞的有效行程。 c.3.供油量的调节 当供油量调节机构的调节齿杆拉动柱塞运动时，柱塞上的螺旋槽与柱塞套油孔之间的相 对位置发生变化，从而改变了柱塞的有效行程。 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 d.供油定时的调节 供油定时是指喷油泵对柴油机有正确的供油时刻，而供油时刻用供油提前角表 示。多缸喷油泵各缸供油提前角或供油间隔角应该相同。各缸供油间隔角决定 于喷油泵凸轮轴上各凸轮的相对位置，但由于加工和装配误差，很难达到一致 ，因此必须进行调节。调节的方法是改变供油定时调整螺钉伸出挺柱体外的高 度。旋出调整螺钉，挺柱体的高度增加，柱塞位置升高，柱塞套油孔提前被封 闭，供油提前，即供油提前角增大。拧入调整螺钉，则使供油迟后，供油提前 角减小。对各缸的供油定时调整螺钉逐个调节后，可以使各缸供油提前角或供 油间隔角达到一致。但这种调节只是用来补偿加工和装配误差，调节的幅度很 小。想同时或大幅度改变各缸供油提前角，须借助于喷油提前器。 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 3、调速器 调速器是一种随柴油机负荷与转速的变化自动调节喷油泵供油量，以限制或 稳定转速的装置。 3.1 调速器的作用 a.防止柴油机“飞车” 柴油机“飞车”与柱塞式喷油泵的速度特性：喷油泵的速度特性是指喷油 泵的供油调节拉杆位置一定时，每循环的供油量随油泵凸轮轴转速而变化的关 系。随着柴油机转速的升高，柱塞运动速度加快，由于进、回油孔的节流作用 增强，导致出油阀提早打开，推迟关闭，使供油量加大。而供油量加大又反过 来促进发动机转速升高，如此循环，最终导致“飞车”（即柴油机转速急剧升 高无法控制的现象） b.防止怠速不稳或熄火 柴油机在怠速下运转时，由于其转速波动较大，会造成怠速不稳，容易 熄火。 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 3.2 调速器的结构 a.工作原理 b.结构 调速器主要由传动组件（调速器传动齿轮）、 感应组件（飞锤架16、飞锤17、调速套筒5）、 调速拉杆组件（张力杆8、调整杆11、起动杆15）、 弹簧组件（调速弹簧4、怠速弹簧6、起动弹簧10）、 调整机构（怠速调整螺钉1、高速限制螺钉3、油量调节螺钉7）等组成。 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 c.分类 c.1.全程式调速器： 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 1-怠速调整螺钉 2-调速手柄 3-高速限制螺钉 4-调速弹簧 5-调速套筒 6-怠速弹簧 7-油量调节螺钉 8-张力杆 9-张力杆挡销 10-起动弹簧 11-调整杆 12-回位弹簧 13油量调节套筒 14-柱塞 15-起动杆 16-飞锤架 17-飞锤 18-调速器传动齿轮 19-调速器轴 M-调整杆支撑销轴（固定） N-起动杆、张力杆及调整杆支撑销轴（可动） 起动工况 怠速工况 高速控制 c.2.两极式调速器 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 最高转速限制最低转速限制怠速加浓 RAD型调速器 1-拉力杆 2-速度调整螺栓 3-导动杆 4-浮动杠杆 5-高速限制螺钉 6-操纵手柄 7-怠速螺钉 8-拨叉杆 9-怠速弹簧 10-齿杆行程调整螺钉 11-调速滑套 12-飞锤 13-滚轮 14-凸轮轴 15-调速弹簧 16-供油调节齿杆 17-连接杆 18-起动弹簧 19-速度调定杆 20-稳速弹簧 A、B、C、D-销轴 4、喷油器 喷油器是一种向柴油机燃烧室喷射高压燃油的装置。 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 孔式喷油器结构 1-喷油器体 2-喷油嘴偶件 3-弹性垫圈 4-密封垫圈 5-紧固螺套 6-结合座 7-顶杆 8-调压弹簧 9-调压垫片 10-进油道 11-回油道 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 喷油器的精密偶件：喷油嘴偶件 孔式喷油器：喷油嘴偶件中的针阀不直接伸出喷孔，喷油嘴头部的喷孔小 且多。 轴针式喷油器：喷油嘴偶件中的针阀伸出喷孔，喷孔一般只有一个，直径 也较大。针阀头部制成各种形状，使柴油以不同油束锥角喷入气缸，适应不同 发动机的需要。 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 5、电控共轨系统 5.1 电控柴油喷射系统的优点 传统的柴油喷射系统的缺点：采用机械方式进行喷油量和喷油时间调节和 控制，由于机械运动的滞后性，因调节时间长，精度差，喷油速率、喷油压力 和喷油时间难于准确控制，导致柴油机动力性、经济性不能充分发挥，排气超 标。 电控柴油机的优点： 对喷油定时的控制精度高（0.5CA），反应速度快； 对喷油量的控制精确灵活、快速，喷油量可随意调节，可实现预喷射和后 喷射； 喷油压力高，不受发动机转速的影响； 长期工作稳定性好； 结构简单，可靠性好、适用性强。 5.2 电控喷射系统有位置控制式和时间控制式，电控共轨系统为时间控制式。 5.3 电控喷油器 电控喷油器是共轨系统的核心部件，其作用是准确控制向气缸喷油的时间 、喷油量和喷油规律。 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 电控系统循环供油量与扭矩的关系 电控系统供油提前角的调节 电控系统轨压的调节 三、柴油机的燃料供给、燃烧、电控共轨系统 1、润滑系统 建立油压的装置机油泵；机油储存、输送油底壳、油道、油管 机油滤清装置集滤器、机油滤清器；机油冷却装置机油散热器 安全及限压装置旁通阀和限压阀 四、柴油机的润滑系统、冷却系统、起动系统 2、冷却系统 3、起动系统 3.1电磁啮合式起动机 3.2辅助起动装置、 电加热器等。 1、 1）、进、排气系统的 基本装置是由空气滤清器、进气管、排气管和排气消声器等组成。 排放与噪声法规的要求，排气系统中增加了不少机外净化的附件与装置。 2）、发动机的有害排放物：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOX）和 微粒。 一氧化碳（CO）：燃油的不完全燃烧产物。 氮氧化物（NOX）：产生于燃烧室内高温富氧环境中。 碳氢化合物（HC）：未燃和未完全燃烧的燃油和机油蒸气，HC和NOX在阳光照射下形成 光化学烟雾，其中主要生成物是臭氧（O3）。 微粒主要是指柴油机排气中的碳烟，微粒表面吸附的可溶性有机物对人体呼吸道有害。 3）、催化转化器是利用催化剂的作用将排气中的CO、 HC和NOX转换为对人体无害的气 体的一种排气净化装置。 催化转换器有氧化转换器和三效催化转换器。 4）、柴油机微粒过滤器 五、进排气系统、柴油机的增压、柴油机排放 2、内燃机的增压 2.1机械增压系统 2.2废气涡轮增压系统 2.3气波增压系统 2.4复合增压系统 机械增压示意图 1-曲轴 2-齿轮增速器 3-增压器 4-进气管 5-排气管 6-齿形传动带 7-蓄电池 8-开关 9-电磁离合器 废气涡轮增压系统 1-排气管 2-喷油环 3-涡轮 4-涡轮壳 5-转子轴 6-浮动轴承 7-扩压器 8-压气机叶轮 9-压气机壳 10-