内燃机分类与工作原理.ppt

拖拉机构造,第一章 发动机的基本知识,发动机的分类,四行程发动机工作原理,二冲程发动机工作原理,多缸机的简介,内燃机名称及型号编制规则,第一节 发动机的分类,一、发动机：将某一种形式的能量（热能、电能、化学能、太阳能等）转 变成机械能的机器。 二、热力发动机：将热能转变成机械能的发动机。 1、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。 2、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、燃气轮机(按热能转变成机械能的主要构件分）。,3、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; 燃气轮机功率大，转速高， 质量小（没有往复运动件，单位功率质量小），转矩特性好（减少 变速器挡数），燃料适应性好，起动性好，但耗油量、噪声和制造成本均较高，适用于坦克发动机,三、活塞式内燃机：,按活塞运动方式分：1、往复活塞式内燃机 2、转子活塞式内燃机 三角活塞旋转式发动机（简称转子发动机）于1958年由德国F.汪克尔发明，关键技术是1954年F.汪克尔提出的气密封系统，1964年德国NSU公司将转子发动机装在轿车上，1967年日本东洋工业公司成批生产，至今。,比较：转子发动机与往复活塞式发动机相比，优点是体积小，重量轻，转速高，升功率大，现代转子发动机燃油消耗率水平接近往复活塞式发动机，但耐久性、可靠性等较差，制造成本较高。,1、按所用的燃料分： 液体燃料发动机：汽油机（gasoline engine） 柴油机（diesel engine） 气体燃料发动机：压缩天然气发动机（CNG） 液化石油气发动机（LPG） 2、按发火方式分： 点燃式发动机（如汽油机、气体燃料发动机） 压燃式发动机（如柴油机）。 3、按工作循环的冲程数分： 四冲程发动机 二冲程发动机。,四、往复活塞式内燃机:,4、按冷却方式分： 水冷发动机 风冷发动机 5、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） 6、按气缸数分： 单缸发动机 多缸发动机 7、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,1、按燃料使用不同分：汽油机、柴油机、多种燃料,2、按冷却方式不同分:水冷式、风冷式,3、内燃机按照完成一个工作循环所需的行程数可分：四行程内燃机、二行程内燃机。,四冲程内燃机,二冲程内燃机,4、按气缸数及排列方式,5、按气缸的排列分单列、双列，双列分V型、对置式,单列式,型,对置式,6、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。,7、按活塞的运动方式分为往复式、活塞式（三角活塞转子发动机）,进气过程,压缩过程,做功过程,排气过程,第二节 四行程发动机工作原理,上止点,下止点,活塞行程(S),曲柄半径(R),气缸工作容积(Vh ),燃烧室容积(Vc ),气缸总容积(Va ),一、发动机结构基本术语,压缩比,发动机排量,工作循环,单缸发动机结构示意图,单缸发动机工作原理动画,动态演示,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(h)：活塞从上止点到下止点所让出的空间容积(L)。 h =D2S/(4106) (L) 式中：D气缸直径(mm)。 6.燃烧室容积(C)：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)。,7.气缸总容积(a)：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 a =h 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，用表示。,现代化油器式发动机压缩比一般为811(轿车有的达10以上)。柴油机压缩比一般为为1622。,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,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,（一）四行程汽油机的工作原理,汽油发动机四个行程的图示,1.进气行程,.压缩行程,.作功行程,4.排气行程,每一行程工作的具体分析如下,1、进气行程(曲轴转角0-180),排气门关闭,进气门开启,大气压力线,P,V,r,a,示功图,上止点,下止点,示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。,活塞从上止点向下止点运动，容积变大，进气门开，排气门关，吸入新鲜气体,活 塞 下 行,2、压缩行程(曲轴转角180360),进气门关闭,排气门关闭,P,V,r,a,示功图,大气压力线,c,上止点,下止点,活塞从下止点向上止点运动，容积变小，进排气门关闭，气缸温度压力升高，在上止点附近，开始点火。,活 塞 上 行,3、作功行程(曲轴转角360540),进气门关闭,排气门关闭,P,V,r,a,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,活 塞 下 行,活塞在高温高压作用下，从上止点向下止点运动，对外做功，容积变大，压力降低。,4、排气行程(曲轴转角540720),进气门关闭,排气门打开,P,V,r,示功图,大气压力线,c,Z,b,上止点,下止点,残余废气,活塞在惯性作用下，从下止点向上止点运动，容积变小，排气门打开，将燃烧废气排出,a,活 塞 上 行,（二）四行程柴油机工作原理,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。,进气行程,压缩行程,作功行程,排气行程,新鲜空气,四行程柴油机各行程示意图,开始喷油,单缸四冲程汽油发动机 基本结构,（三）柴油机与汽油机不同 1、工作原理的不同： 着火方式不同：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式； 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） 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。 2、柴油机与汽油机工作性能比较： 汽油机特点：具有转速高（轿车高达50006000r/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，适用于轿车型乘做人员车辆； 柴油机特点：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）、制造复杂，维修成本高，适于运输汽车,分析和比较汽油机、柴油机的工作,异同,?,火花塞,喷油器,汽油机、柴油机的工作相同点：,每个工作循环曲轴转两周; 每一行程曲轴转半周; 只有作功行程产生动力。,汽油机、柴油机的工作不同点：,第三节 二冲程发动机工作原理,一、二冲程汽油机工作原理 （一）二冲程发动机的工作循环: 是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一周（360）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）。,（三）二冲程汽油机的工作循环： 1、第一行程：压缩预进气 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。,（1）第一行程 （扫气口关闭）,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。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。,（2）第一行程（进气口开启）,（3）第二行程（燃烧膨胀作功）,（4）第二行程（排气口、扫气口开启）,2、第二行程：作功、排气、进气 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0.30.6MPa，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。,（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1.251.40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90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）。,（五）二冲程汽油机与四冲程汽油机比较 、功率较大：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1.51.6倍。 、结构简单：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。 、工作平稳：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。,、经济性差，污染严重：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，一般功率小于10kw，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 。 二、二冲程柴油机工作原理 二冲程柴油机工作时，是喷入的柴油，靠压燃点火；汽油机工作时，靠火花塞点火。,压缩混合气,进气孔,排气孔,进气,点火燃烧,换气孔,排气,火花塞,二冲程汽油机工作原理,换气,燃烧,排气,压缩,喷油器,空气,扫气泵,废气,排气门,、多缸机较单缸机工作平稳 从各单缸发动机工作原理可知，只有作功行程产生动力，其它三个行程都要消耗动力。为了维持运动，单缸发动机必须有一个贮备能量较大的飞轮。即使如此，发动机运转仍然是不平稳的，作功行程快，其它行程慢。 拖拉机实际应用较多的是多缸发动机，它是由若干个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力所组成。现代汽车上用的较多是四缸、六缸、八缸发动机。 、多缸机的工作顺序与间隔角,第四节 多缸四冲程发动机简介,多缸发动机是在曲轴转角720内(四冲程)或曲轴转角360内(二冲程)，各缸都要象单缸发动机一样完成一个工作循环。为了使发动机运转平稳，各缸作功间隔角大都均等。如四冲程六缸发动机各缸作功间隔角为=720/6=120 即曲轴每转1200就有一个缸作功，各缸作功行程略有搭接，这样发动机运转较单缸发动机平稳得多。另外，由于各缸的作功行程为其它缸的准备行程提供动力，所以贮存能量的飞轮也较单缸发动机小得多。四缸发动机从理论上讲作功冲程就已连续，而六、八缸发动机都有作功重叠，且缸数越多、重叠得就越大，发动机运转得就越平稳。,各缸做功行程顺序（据机器平衡性及各缸机械负荷和热负荷的均匀性）： 直列二缸：1-2-0-0；1-0-0-2 直列四缸：1-3-4-2；1-2-4-3 直列六缸：1-5-3-6-2-4;1-4-2-6-3-5,、内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义,(1) 汽油机 1E65F：表示单缸，二行程，缸径65mm，风冷通用型 4100Q-4：表示四缸，四行程，缸径100mm，水冷车用，第四种变型产品 TJ376Q：表示三缸，四行程，缸径76mm，水冷车用，TJ表示系列符号 CA488：表示四缸，四行程，缸径88mm，水冷通用型，CA表示系列符号,、型号编制举例,(2)