工程机械发动机构造

1、工程机械发动机构造工程机械发动机构造工程机械发动机构造课程简介课程简介 工程机械发动机构造是工程机械专业学生的一门专业课，是培养造就从事工程机械设计、制造、应用等相关工作高层次专业人才的重要课程。通过本课程的学习，使学生获得有关内燃机结构和基本工作原理的知识。课程主要内容有：内燃机工作过程的基本原理、内燃机各机构和系统的结构与工作原内燃机各机构和系统的结构与工作原理理、内燃机的性能指标、内燃机的特性、增压技术等，其中包含了现代内燃机上日益广泛应用的电控柴油喷射系统和电子点电控柴油喷射系统和电子点火系统火系统等内容。 本课程采用课内讲授和实验相结合的方式。通过课内知识的传授，进一步培养学生运用所

2、学的力学、机械、电工电子和测试技术等基础及专业基础理论学习综合性专业知识的能力。通过实验增强学生的实际动手能力，培养独立工作能力、组织协调能力和分析解决工程实际问题的能力。第一章第一章 内燃机的总体构造与基本工作原理内燃机的总体构造与基本工作原理本章讲四部分内容：本章讲四部分内容： 1、概述 2、内燃机的总体构造、内燃机的总体构造 3、内燃机的基本工作原理 4、内燃机的产品名称与型号第一节第一节 概概 述述 简要介绍几方面的基本知识简要介绍几方面的基本知识： 一、内燃机的分类一、内燃机的分类 二、内燃机的优缺点二、内燃机的优缺点 三、内燃机的应用范围三、内燃机的应用范围 四、内燃机的发展趋势四

3、、内燃机的发展趋势 五、工程机械用柴油机的特点和要求五、工程机械用柴油机的特点和要求一、一、内燃内燃机的分类机的分类(一一)、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。变成机械能的机器。(二二)、热力发动机：将热能转变成机械能的发动机。热力发动机：将热能转变成机械能的发动机。1、外燃、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。如械能输出的热力发动机。如蒸汽机。蒸汽机。2、内燃、内燃机：液体或气体燃料

4、和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热机：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。能，然后再将热能转变成机械能输出的热力发动机。如活塞式内燃机如活塞式内燃机、燃气燃气轮机轮机(按热能转变成机械能的主要构件分）。按热能转变成机械能的主要构件分）。3、比较、比较：外燃外燃机体积大，重量重，热效率低；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，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），质量小（没有往复

5、运动件，单位功率质量小），转矩特性好（减少转矩特性好（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。声和制造成本均较高，适用于坦克发动机。(a)柴油机 (b)喷气式发动机(c)燃气轮机 (d)汽油机 下面是早期内燃机车，汽轮机转子，外燃机剖面及汽轮机发电系统 如： （a）蒸汽机车 (b)汽轮机转子(c)外燃机结构剖面图 (d)汽轮机发电系统图(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）于三角活塞旋转式发动机（简称转子

6、发动机）于19581958年由德年由德国国F.F.汪克尔发明，关键技术是汪克尔发明，关键技术是19541954年年F.F.汪克尔提出的气密封系汪克尔提出的气密封系统，统，19641964年德国年德国NSUNSU公司将转子发动机装在轿车上，公司将转子发动机装在轿车上，19671967年日本年日本东洋工业公司成批生产至今。东洋工业公司成批生产至今。 比较比较：转子发动机与往复活塞式发动机相比，：转子发动机与往复活塞式发动机相比，优点是体积小，优点是体积小，重量轻，转速高，升功率大，重量轻，转速高，升功率大，现代转子发动机燃油消耗率水平现代转子发动机燃油消耗率水平接近往复活塞式发动机，接近往复活塞式

7、发动机，但耐久性、可靠性等较差，制造成本但耐久性、可靠性等较差，制造成本较高。较高。内燃机在机械设备中的地位内燃机在机械设备中的地位：往复活塞式内燃机内燃机热力发动机 发动机（动力机械）机械 内燃机的基本特点内燃机的基本特点:(P.1) 1、将燃料中的化学能经过燃烧过程转变为热能，并通过一定的机构使之再转化为机械功； 2、燃料的燃烧是在产生动力的空间(通常就是气缸)中进行的； 3、活塞的运动方式为往复运动。1、按所用的燃料分：按所用的燃料分： （1）液体燃料发动机；汽油机（）液体燃料发动机；汽油机（gasoline engine）；）； 柴油机（柴油机（diesel engine）。）。 （2

8、）气体燃料发动机：压缩天然气发动机（）气体燃料发动机：压缩天然气发动机（CNG）；）； 液化石油气发动机（液化石油气发动机（LPG）。）。 2、按发火方式分：（、按发火方式分：（1）点燃式发动机（如汽油机、气体燃料发动机）；）点燃式发动机（如汽油机、气体燃料发动机）； （2）压燃式发动机（如柴油机）。）压燃式发动机（如柴油机）。3、按工作循环的冲程数分：、按工作循环的冲程数分： （1）四冲程发动机；）四冲程发动机； （2）二冲程发动机。）二冲程发动机。4、按冷却方式分：、按冷却方式分： （1）水冷发动机；）水冷发动机； （2）风冷发动机。）风冷发动机。5、按进气方式分：、按进气方式分： （1）

9、自然吸气式发动机（非增压式发动机）；）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）。）强制吸气式（增压式发动机）。6 、按气缸排列方式分：（、按气缸排列方式分：（1）单列发动机：直立式发动机、平卧式发动机）单列发动机：直立式发动机、平卧式发动机 （2）双列发动机：）双列发动机： V型发动机、水平对置式发动机型发动机、水平对置式发动机往复活塞式内燃机分类: 7用途：用途：汽车用、工程机械用、农用、拖拉机用、发电用、机车用、船舶用、坦克用等。 8转速：转速：高速、中速和低速； 9 气缸数：气缸数：有单缸、双缸、多缸内燃机。往复活塞式内燃机分类:二、内燃机的优缺点二、内燃机

10、的优缺点 优点：优点： 1热效率高，即燃油消耗率低，经济性好，最高有效热效率已达46，甚至50 。 2功率范围广，单机功率可从零点几千瓦到上万千瓦。 3结构紧凑、质量轻、比质量较小 （比质量是内燃机整机质量与其标定功率的比值）。 4起动迅速、操作简便。 缺点：缺点： 1对燃料要求较高。 2排气污染和噪声引起公害。 3结构较复杂，零部件加工精度要求较高。三、内燃机的应用范围三、内燃机的应用范围 运输运输 地面运输：地面运输：汽车、摩托机、内燃机车；内燃机的应用范围内燃机的应用范围 运输运输 水上运 输：内河及海上船舶； 航空运输：一些小型民用飞机。内燃机的应用范围内燃机的应用范围民用民用 矿山、

11、石油、工程机械、农业机械、林业机械和发电站等。内燃机的应用范围内燃机的应用范围军用军用 坦克、装甲车、步兵战车、重武器牵引车、水面舰艇及潜水艇等方面都大量使用内燃机。四、内燃机的发展过程和趋势四、内燃机的发展过程和趋势 内燃机的发展过程简述内燃机的发展过程简述 1824年，卡诺发表热力发动机的经典理论年，卡诺发表热力发动机的经典理论-卡诺原理卡诺原理 1860（ Lenoiv）发明大气压力式内燃机）发明大气压力式内燃机 有效热效率有效热效率5，功率，功率4.5kw，5000台；台； 1867（Otto & Langen) 改进后改进后 有效热效率有效热效率11，5000台；台； 187

12、6（Otto)发明四冲程内燃机发明四冲程内燃机 有效热效率有效热效率14，质量下降，质量下降70， 500000台，台， 标志内燃机工业形成标志内燃机工业形成 1897（Diesel）发明柴油机）发明柴油机 1957（Wankel）发明转子发动机。）发明转子发动机。 （内燃机发展简史见附录）（内燃机发展简史见附录）附录：附录：内燃机发展简史内燃机发展简史 内燃机的发展，已有一百多年的历史。通过长期的不断改进和提高，已经发展的比较完善。由于它的热效率高，适应性好，功率范围宽广，已广泛用于工业.农业.交通运输业和国防建设事业。因此，内燃机工业的发展，对于国民工业的发展，对于国民经济和国防建设都具有

13、十分重要的意义。 1824年，卡诺（法国工程师）发表了热力发动机的经典理论-卡诺原理。萨迪卡诺（Nicolas Leonard Sadi Carnot,1796-1823）,法国物理学家、军事工程师，热力学的创始人之一，是第一个把热和动力联系起来的人。他出色地、创造性地用“理想实验”的思维方法，提出了最简单，但有重要理论意义的热机循环-卡诺循环，并假定该循环在准静态条件下是可逆的，与工质无关，创造了一部理想热机（卡诺热机）。卡诺的目标是揭示热产生动力的真正的、独立的过程和普遍的规律。1824年卡诺提出了对热机设计具有普遍指导意义的卡诺定理，指出提高热机效率的有效途径，被后人认为是热力学第二定律

14、的先驱。 1866年，奥托（德国工程师）提出了四冲程内燃机的“奥托循环”理论。 1879年，奔驰（德国工程师）首次研制成功火花塞点火内燃机。 奔驰（Benz,Carl Friedrich），德国工程师，出生于一个火车司机家庭，年青时受过技术方面的教育。1878年开始研究新型内燃机，1879年首次研制成功火花塞点火内燃机。1882年开始尝试把发动机安装在三轮车上，1885年他的三轮车试制成功，并于1886年1月29日获得专利，被公认为汽车的诞生日；1887年开始把汽车作为商品出售；1894年生产出著名的“维洛”小客车，后置发动机、双人座、并且首先采用了橡胶充气轮胎。 1883年，戴姆勒（德国工程

15、师）发明热管点火的立式汽油机。戴姆勒（Daimler,Gottlieb）,（1834-1900），德国工程师，1886年和他的助手威廉迈巴赫制造出第一辆1.1匹马力的汽油机发动机四轮车，1897年戴姆勒的公司生产出“凤凰”牌小客车，尤其是以戴姆勒公司驻法国的总进口商埃米尔耶利内克的女儿“梅塞得斯Mercedes”命名的小客车投产后，其前置发动机，有前车灯、挡风板、双门5座位敞蓬车造型更加接近现代轿车的特征，大大提高了戴姆勒公司的商业地位。1926年6月29日和奔驰公司合并，成立了在汽车驶上举足轻重的戴姆勒奔驰公司。小资料：戴姆勒一号车 本茨制造的三轮车 世界上第一辆汽车由德国工程师卡本茨和戈特

16、利布戴姆勒同时于1886年宣告制成本茨制成的是三轮汽车，而戴姆勒制成的四轮汽车，其发动机功率为1。1匹马力。 1897年，狄赛尔（德国著名热机工程师）最早制成了柴油机。附：鲁道夫.狄塞尔（Rudolf Diesel，1858-1913)，德国著名热机工程师,柴油机的发明者，也是艺术鉴赏家，语言学家和社会理论家。狄塞尔出生在巴黎,他是个来自德国奥古斯堡的精细皮革制造商的儿子.在慕尼黑技术大学学习期间,他对被称为蒸汽机新机器很感兴趣.法国人约瑟夫.莫勒特(Joseph Mollet)发明的气动打火机激发了他的发明自燃式发动机的欲望.空气被压进一个含有易然物的玻璃圆筒中直到易燃物燃烧起来,这就是狄塞

17、尔发动机的原理.1892年,狄塞尔取得了用压缩空气点燃煤粉提供动力的机械装置的专利.一年后,奥古斯堡的MAN公司依据他的原理制造了第一台发动机.狄塞尔卒于1913年,其他人继承了他的工作.1924年,在柏林汽车展上展出了MAN公司制造的第一台狄塞尔卡车发动机(柴油机).与此同时在曼海姆,一台带预燃烧室的狄塞尔发动机被装载了奔驰车上 1903年，首先装在船上，1907年，用于潜艇的正反转的柴油机试验成功，1912年，远洋货轮上的柴油机首次远航试验成功 小资料：第一艘潜艇的雏形 1620年，荷兰物理学家德雷布尔在英国建成一艘潜艇，用羊皮压载水舱，船身为油脂皮革，能下潜三米，这是人类历史上首次出现的

18、潜水船只，只是潜艇的雏形。1906年英国D级潜艇建成服役，采用双层壳体，用柴油机取代汽油机。 1926年，有人设计出用排气能量将进气压缩的废气涡轮增压器。涡轮增压器是利用发动机排出的废气能量，经过涡轮变为转子的回转机械能，从而带动压气机高速旋转，将新鲜空气压缩进气缸，从而提高发动机的功率。 内燃机增压的发展起源可追溯到1885年。戈-戴姆勒在发明、制造煤气机和汽油机时，已开始考虑利用增压。鲁-狄塞尔在柴油机发明专利中也提出了要安装增压泵以提高功率和热效率的想法。 20世纪初，艾-比希申请专利，开创了涡轮增压的历史。最初是采用涡轮机、柴油机和压气机同轴连接，后改为涡轮单独驱动压气机的方法。 19

19、23年，德国客船上安装的涡轮增压四冲程柴油机把柴油机的功率从1288 kW提高到1840 kW。 1925年，比希获得了脉冲增压专利并在试验中获得了成功，功率可提高50%-100%。 从50年代起，随着涡轮增压器效率的改进，柴油机采用涡轮增压技术后的功率和效率都得到了很大提高，从而被广泛地推广应用。 1936年,梅塞德斯-奔驰公司制造了第一台装有柴油机的轿车. 1950年起，开始在柴油机上采用增压方式。 如今，已经几乎无机不增压，增压后，柴油机的功率能提高1-3倍。废弃涡轮增压对提高柴油机性能作出了重大的贡献。增压器是用来提高发动机的进气充气密度，以提高平均有效压力来提高功率和改善经济性的器件

20、，主要用于柴油发动机。在汽车发动机中采用比较普遍的就是废气涡轮增压系统。 在采用废气涡轮增压器后，不仅可以大大提高发动机功率，缩小外形尺寸，节约原材料，降低燃油消耗，而且可以使排烟浓度降低，减少废气中的CO、HC以及NOx的含量，从而降低汽车排放。另外，由于燃烧压力升高率降低，发动机工作柔和，噪声也比较少。内燃机的发展趋势内燃机的发展趋势 (一)内燃机性能指标性能指标的发展 1强化程度不断提高。提高强化程度系指提高平均有效压力和活塞平均速度 2降低燃油消耗率、提高经济性。用提高热效率和降低内燃机的摩擦损失等措施来降低燃油消耗率。 3提高内燃机的可靠性和耐久性。 4降低废气中有害排放和噪声。(二

21、)内燃机技术技术的发展动向 1电子技术的应用。 2 采用增压技术。 3汽油机稀燃速燃技术。 4汽油机缸内喷射分层燃烧技术。 5 柴油机采用直喷式燃烧系统。 6 提高柴油机燃油喷射压力。 7排气后处理技术。 8采用代用燃料。五、工程机械用柴油机的特点和要求五、工程机械用柴油机的特点和要求特点:1、柴油机型式：以水冷四冲程式为主。少量机械采用风冷 或二冲程柴油机。 气缸排列方式：6缸以下者，多为直列式； 6缸以上则以V型居多。 V型夹角为60- 90。 气缸直径：对于45300KW的发动机，缸径一般为110 140mm。 行程缸径比：一般为1.11.22、柴油机的功率：45600KW，主要集中在4

22、5300KW。 转速：18002100 rpm要求：1、在作业时冲击和振动大，要求有较高的刚度和强度。2、工作负荷大，且经常出现短暂超负荷工况。要求转矩储备系数应达到1.251.40，最低不小于1.151.20。3、作业时速度和负荷剧变，要求有性能良好的全制式调速器。4、作业现场空气含尘量高，要求有高效的各种类型滤清器。5、常在倾斜地面作业，应能保证前后左右倾斜30-35的坡地可靠的工作。6、常在野外偏僻地区工作，要求工作可靠、维护方便、寿命长。7、还要针对一些特殊环境下的作业，分别满足特殊的工作要求：严寒、热带、高海拔、地下坑道等。第二节第二节 内燃机的总体构造内燃机的总体构造一、基本名词术

23、语一、基本名词术语 内燃机的基本机构内燃机的基本机构 固定件：固定件：气缸、气缸盖、曲轴箱和进排气门等 运动件：运动件：活塞、活塞销、连杆、曲轴和飞轮等 活塞、连杆、曲轴的运动特点活塞、连杆、曲轴的运动特点 1 活塞在气缸内作往复运动。 2 曲轴则绕主轴颈轴心线作旋转运动。曲轴每转一周，活塞向上向下各行一次(两个行程)。 3 连杆上端（小头）随活塞作往复运动，连杆下端（大头）随曲轴作旋转运动，故连杆作复杂的平面运动。基本名词术语基本名词术语 曲柄半径曲柄半径r：主轴颈轴心与曲柄销轴心间的距离。 连杆长度连杆长度l：连杆小头中心与连杆大头中心间的距离。 上止点上止点：活塞离曲轴中心距离最大的位置

24、。 此时活塞销中心离曲轴中心的距离为 l+r 下止点下止点：活塞离曲轴中心最小距离的位置。此时活塞销中心离曲轴中心的距离为 l-r 活塞行程活塞行程S ：上止点与下止点间的距离。 故 s=(l+r)-(l-r)=2r 气缸工作容积气缸工作容积Vh：在一个气缸中，活塞从上止点到下止点所扫过的容积 Vh =D2/(4106) S 内燃机总排量内燃机总排量VH ：i个气缸工作容积的总和 VH = i Vh 气缸总容积气缸总容积Va ：当活塞在下止点时，活塞上方的气缸容积。 燃烧室容积燃烧室容积Vc ：当活塞在上止点时，活塞上方的气缸容积。 Va =Vh + Vc 压缩比压缩比 ：气缸总容积与燃烧室容

25、积之比 = Va / Vc二、总体构造 四冲程汽油机主要由下列机构和系统组成： 1 曲柄连杆机构 2 配气机构 3 供给系 4 点火系 5 润滑系 6 冷却系 7 起动装置1曲柄连杆机构 功用功用：曲柄连杆机构是内燃机的基本机构。在燃油燃烧时，活塞承受气体膨胀的压力，并通过连杆使曲轴旋转，将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动而输出动力。 组成组成：气缸体、气缸盖、曲轴箱、活塞、连杆和带有飞轮的曲轴。2配气机构 功用：功用：使燃油与空气所组成的可燃混合气可以在一一定的时刻定的时刻被吸进气缸，并使燃烧后的废气可以在一一定的时刻定的时刻被排出。 组成：组成：进气门、排气门、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴

26、以及凸轮轴等。 布置形式：布置形式：根据气门安装位置的不同，主要有侧置式和顶置式两种。3供给系 功用：功用：供给气缸空气和燃油(可燃混合气)，并排出燃烧后的废气。 组成：组成： 汽油箱、汽油滤清器、汽油泵、化（喷） 油器； 空气滤清器、进气总管、进气支管； 排气支管、排气总管、排气消声器。4点火系 功用：功用：在一定的时刻产生电火花，点燃在气缸内被压缩后的混合气。 组成：组成： 电源(蓄电池和发电机）； 点火线圈、断电器； 分电器、火花塞。 5润滑系润滑系 功用：功用：向内燃机的摩擦零件供给润滑油，以减少零件磨损和零件间的摩擦阻力。 组成：组成：油底壳、机油泵、机油滤清器、机油管路和通道以及机

27、油标尺等。 润滑方式：润滑方式：环流和飞溅。6冷却系冷却系 功用：功用：将内燃机受热零件的热量传出，以保持内燃机正常的工作温度。 冷却方式：冷却方式：风冷和水冷。 组成（组成（水冷系）：散热器(水箱)、水泵、进水管、气缸周围和气缸盖中的水套、排水支管、排水总管和风扇。 7起动装置起动装置 功用：功用：借助外力(人力或其他动力)将静止的内燃机转为自行运转。 组成：组成：起动机、传动机构和操纵机构等。柴油机结构特点柴油机结构特点（结合（结合16V240ZJ设计图详细介绍） 1、柴油机是用气缸内空气被压缩后的高温来发火的(压缩着火)，所以没有点火系。 2、柴油机的燃油供给部分也和汽油机的不同。 其组

28、成为：柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、高压油管和喷油器。第三节第三节 内燃机的基本工作原理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。一、四冲程汽油机的工作原理一、四冲程汽油机的工作原理示功图 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：图：表示一个工作循环中，气体在气缸内所作的功； P- 图图

29、：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一、四冲程汽油机的工作原理 1. 进气过程进气过程 作用：作用：可燃混合气进入气缸。 实现：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。 主要参数主要参数：pa=0.0750.09MPa；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. 700.852压缩过程压缩过程 作用：作用：在燃烧前将混合气压缩，使其容积缩小，密度增大，温

30、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：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。 主要参数主要参数：pc=0.852MPa； Tc=600 700K =6103. 燃烧膨胀过程 作用：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：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。 主要参数主要参数：pz=35MPa；Tz=2200 2800K； pb=0.30.5MPa；

31、 Tb=1500 1700K4. 排气过程 作用：作用：排出气缸中燃烧后的废气，以便充入可燃混合气。 实现：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。 主要参数主要参数：pr=0.1050.12MPa；Tr=900 1100K残余废气占进入气缸的新鲜混合气质量比例 515 二、四冲程柴油机的工作原理二、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：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

32、，形成混合气。 2. 着火的方法着火的方法 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750950K，大大高于柴油的自燃温度。 二冲程内燃机工作原理二冲程内燃机工作原理一、二冲程汽油机工作原理一、二冲程汽油机工作原理（一）二冲程发动机的工作循环（一）二冲程发动机的工作循环: 是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一周的时间内完成的。周的时间内完成的。（二）（二）二冲程汽油机的结构特点二冲程汽油机的结构特点： 二冲程汽油机采用二冲程汽油机采用曲轴箱扫气曲轴箱扫气，曲轴曲轴箱是密封的箱是密封的，对多缸机而言，对多缸机而言，各曲柄轴室各曲柄轴室相互之间是密封的相互

33、之间是密封的，气缸壁上开有矩形扫气缸壁上开有矩形扫气口和排气口气口和排气口，气缸壁上开有进气口气缸壁上开有进气口（右（右图所示最早的活塞阀进气方式）。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（三）二冲程汽油机的工作循环：1、第一行程、第一行程： 活塞自下止点开始向上止点移动活塞自下止点开始向上止点移动，曲，曲轴箱内在上一行程中被预压缩的新鲜可燃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口仍未关闭，气缸内的

34、新鲜可燃混合气被活塞强行从排气口挤出，此谓燃料的活塞强行从排气口挤出，此谓燃料的过后过后排气损失排气损失，不可避免；由于扫气过程中或，不可避免；由于扫气过程中或多或少有新气与废气的混合，存在燃料的多或少有新气与废气的混合，存在燃料的扫气损失扫气损失，因此，二冲程汽油机的燃油消，因此，二冲程汽油机的燃油消耗率远较四冲程汽油机的高，耗率远较四冲程汽油机的高，HC排放严排放严重。重。（1）第一行程）第一行程（扫气口关闭）（扫气口关闭） 排气口关闭后，气缸内才开排气口关闭后，气缸内才开始真正的压缩，活塞上移到接近始真正的压缩，活塞上移到接近上止点时，火花塞点火，点燃被上止点时，火花塞点火，点燃被压缩的

35、可燃混合气。压缩的可燃混合气。 扫气口关闭后，随着活塞的扫气口关闭后，随着活塞的上移，曲轴箱内形成一定真空，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，直至活口，曲轴箱内开始进气，直至活塞运动到上止点，此时，进气口塞运动到上止点，此时，进气口应全开，曲轴箱容积最大。应全开，曲轴箱容积最大。（2）第一行程（进气）第一行程（进气口开启）口开启）（3）第二行程（燃烧膨胀作功）第二行程（燃烧膨胀作功）（4）第二行程）第二行程（排气口、扫气口开启）（排气口、扫气口开启） 着火后，高温、高压燃气膨胀迫使活塞着火后，高温、高压燃气膨胀迫使活塞从上

36、止点向下止点移动从上止点向下止点移动，进气口，进气口逐渐关闭，逐渐关闭，曲轴箱内的可燃混合气开始被预压缩曲轴箱内的可燃混合气开始被预压缩。2、第二行程、第二行程： 当活塞顶打开排气口时，缸内压力仍有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，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

37、。到达下止点时，排气口和扫气口应全开，曲轴箱容积最小。 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，。显然，实际压缩比要小于实际压缩比要小于名义压缩比名义压缩比（气缸内气体的最大容积与压缩终了时气体的最（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）。小容积之比）。（四）总结（四）总结1、第一行程、第一行程： 活塞自下止点上移到上止点，活塞自下止点上移到上止点，包括气缸内扫气、排气、压缩包括气缸内扫气、排气、压缩过程和曲轴箱内的进气过程过程和曲轴箱内的进气过程；2、第二行程、第二行程： 活塞自上止点下移到下止

38、点，活塞自上止点下移到下止点，包括气缸内燃气膨胀作功包括气缸内燃气膨胀作功、排气排气、扫气过程扫气过程和和曲轴箱内新鲜可燃混合气的预压缩过程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、气缸内的换气过程： 气缸内的气缸内的扫气扫气和和排气排气过程。过程。4、曲轴箱压缩比、曲轴箱压缩比：曲轴箱内的最大容积与最小容积之比。一般在曲轴箱内的最大容积与最小容积之比。一般在1.251.40之之间，过小影响曲轴箱进气效率（间，过小影响曲轴箱进气效率（给气比给气比），过大导致扫气），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

39、失。逸失。5、换气口布置、换气口布置： 排气口上沿位置比扫气口上沿位置高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，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。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。排气排气口与扫气口圆周方向上呈口与扫气口圆周方向上呈90布置布置 ，即，即回流扫气方式回流扫气方式。6、实际压缩比、实际压缩比：二冲程汽油机由于二冲程汽油机由于燃油消耗率高、燃油消耗率高、HC等排放严重等排放严重而逐渐淘汰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出摩托车用市场，但军用小型无人航空

40、飞行器却因其体积小体积小、重量轻重量轻、单位气缸工作容积输出功率大单位气缸工作容积输出功率大而仍被看好，但要解而仍被看好，但要解决决电控汽油喷射技术电控汽油喷射技术甚至甚至废气涡轮增压技术废气涡轮增压技术 。二、二冲程汽油机与四冲程汽油机比较二、二冲程汽油机与四冲程汽油机比较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，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），只等气缸内进气不足（进气时间短，存在给气和扫气损失），只

41、等于于1.51.6倍。倍。1、二冲程汽油机二冲程汽油机没有配气机构没有配气机构，结构简单，体积小，重量轻，结构简单，体积小，重量轻，容易维修。容易维修。2、二冲程汽油机作功间隔短，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，发动机运转平稳，飞轮转动惯量小，容易上高速容易上高速。3、二冲程汽油机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等排放严重等排放严重。4、5、二冲程柴油机的工作原理：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

42、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第四节第四节 内燃机的产品名称与型号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内燃机产品名称和型号编制规则(GB72591) 1名称名称按所采用的

43、燃料燃料命名，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首部中部中部系列代号系列代号换代换代标志标志符号符号缸数符号缸数符号气缸排列形式符号气缸排列形式符号符号符号无符号无符号V VP P含含 义义直列及单缸卧式直列及单缸卧式V V型型 平卧型平卧型缸径符号缸径符号（以气缸直（以气缸直径的毫米径的毫米数数表示）表示）结构特征符号结构特征符号 符号符号无符号无符号 F FZ Z结构特征结构特征水水 冷冷风风 冷冷增增 压压用途特征符号用途特征符号符号符号无符号

44、无符号Q QM M用途用途通用型通用型汽车用汽车用摩托车用摩托车用后部后部尾部尾部同一系列产同一系列产品区分符号品区分符号6 6135135Q Q行程符行程符号，号，E E表示二表示二冲程，冲程，无符号无符号表示四表示四冲程冲程 首部 中部 后部 尾部3 型号示例 DL16V240ZJC 6135ZG 6100Q 缸数气缸 布置 ( V P)冲程(E)缸径(mm)结 构特 征(F Z ZL)用 途特 征(G Q J )结构或改进区分符号系列换代企业 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、CAT33062、工程机械用柴油机有什么要求

45、？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。第三章 曲柄连杆机构第一节 固定件 包括：包括： 气缸盖、气缸垫、气缸体、气缸套、曲轴箱）。 一、气缸体 气缸体、曲轴箱、机体的关系 气缸体与上曲轴箱合称机体。 下曲轴箱又称油底壳。 干、湿式曲轴箱根据箱内是否贮存有机油来分类。大多数工程机械和汽车发动机用湿式。气缸体(机体) 功用：功用：是内燃机的主体，是其它零部件和附件的支承骨架。 结构：结构：有气缸或气缸套安装孔；有气缸盖、曲轴箱

46、、飞轮壳、正时齿轮箱安装孔；设有冷却水套、润滑油道和其他孔道。 工作条件：工作条件：受力复杂，受气体爆发压力、螺栓预紧力、往复惯性力、旋转惯性力、倾倒力矩作用。 要求：要求：强度、刚度大，结构紧凑。 材料：材料： （1）一般用优质灰铸铁；（2）整体气缸的机体，可在铸铁中加少量合金元素；（3）某些高速小型汽油机，用铝合金铸造；（4）铸钢。 工艺：工艺：铸造或铸焊结合。 分类（分类（主要按曲轴箱剖分面特点）：）：（1）龙门式：龙门式：刚度大，柴油机中广泛采用；（2）隧道式：隧道式：刚度大，适用小型单、双缸发动机中。用于多缸机则结构复杂，笨重。（3）一般式：一般式：质量轻，刚度差，适用于小型车用汽油

47、机。（4）单体气缸：单体气缸：气缸体与曲轴箱分开制造，适用于风冷式内燃机。 其他要点：其他要点： 与龙门式机体配套的主轴承盖也需刚度、强度大，其断面形状为“I”、“T”形，并有加强筋。（二）气缸与气缸套 功用：功用：气缸内壁与活塞顶、气缸盖底面共同形成燃烧室。 工作条件：工作条件：机械应力大，热应力大，摩擦严重。 要求：要求：强度大，耐磨性好。 材料：材料：广泛采用高磷铸铁，耐磨性好，成本低；另外还有用含硼铸铁、铌合金铸铁。 工艺：工艺：内表面用表面淬硬，镀铬、氮化、喷镀等。外表面用镀镉、镀锌、镀铬等。 分类：分类：1. 直接在机体上镗孔，适用于负荷轻缸径小的汽油机。 2. 独立气缸套：适用于

48、柴油机和强化程度高的汽油机。 a、干式：外表面不与冷却水直接接触。 优点：刚度好，冷却水密封好。 缺点：散热较差，加工面大，成本高，拆装困难。 适用：汽油机 b、湿式：外表面直接与冷却水接触。 优点：散热好，拆装方便，机体铸造容易。 缺点：刚度、密封差，结构复杂。 适用：柴油机结构（湿式）：结构（湿式）：（1）圆环带5，径向定位及密封。（2）凸缘6，轴向定位。（3）下凸出环带装有1-3个封水圈。（4）切口，避免与连杆相碰。二、气缸盖 功用：功用：封闭气缸上部，与气缸上部及活塞顶构成燃烧室。 结构：结构：柴油机布置有涡流室或预燃室，汽油机布置燃烧室；配气机构、点火系、供给系等另部件安装孔；进、排

49、气道，水冷水套。 工作条件：工作条件：热应力、机械应力大。 要求：要求：强度、刚度大，导热性好，耐热。 材料：材料：（1）优质灰铸铁，常用；（2）合金铸铁、球墨铸铁，大型或强化柴油机；（3）铝合金，部分汽油机和有特殊要求的柴油机，导热性好，质量小，刚度低。 工艺：工艺：铸造。 分类（结构型式）：分类（结构型式）： 1、整体缸盖：汽油机 优点：零件少，结构紧凑； 缺点：刚度差，易变形，维修不经济。 2、单体缸盖：大型或强化柴油机 优点： 刚度大，变形小，密封好， 经济性好 缺点：零件多，总质量及长度增加。 3、块状缸盖：载重汽车、工程机械柴油 机上。其他要点：其他要点： 气缸盖螺栓的拧紧 1、按

50、一定顺序以规定扭矩拧紧； 2、冷车拧紧后，热机后再拧紧一次； 3、螺栓一般用中碳钢、合金钢制造，调质处理。三、气缸垫 功用：功用：密封气、水、油。 要求：要求：足够的强度；耐热和耐腐蚀；一定的弹性；拆装方便，寿命长。 条件：条件：温度高，压力大。 材料：材料： 1、金属石棉缸垫，常用； 2、塑性金属，强化或增压柴油机。 结构：结构： 轮廓同缸盖，油、水孔处镶边增强。四、油底壳（下曲轴箱） 功用：功用：贮油、密封曲轴箱。 材料：材料：薄钢板、铸铁、铝合金。 结构：结构：散热片、放油塞、底面呈斜面。五、发动机的支承 1、固定支承：固定式发动机刚性固定在基座上。 2、弹性支承：通过气缸体、飞轮壳、变

51、速器壳弹性支承在车架上。有三点支承、四点支承两种形式。三点支承：前端两点通过曲轴箱支承在车架上，后 端一点通过变速器壳支承在车架上。四点支承：前端两点通过曲轴箱支承在车架上，后端二点通过飞轮壳支承在车架上。车用发动机的常用支承车用发动机的常用支承第二节 活塞连杆组 包括：包括： 活塞、活塞环、活塞销、连杆一、活塞 功用：功用：承受燃气压力，并将力经连杆传给曲轴。 工作条件：工作条件：高温，高压，热负荷大，高速运动，润滑条件差。 要求：要求：强度、刚度大，耐热性好，质量小，耐磨性好。 材料：材料： 1、铸铁：耐磨，强度高，热膨胀系数小，成本低；质量大，导热性差。 2、铝合金：质量小，导热性好，利

52、于采用较高转速和压缩比；但热膨胀系数大。 结构：结构： 分为顶部、头部、裙部、销座 1、顶部：顶部：是构成燃烧室的一部分，形状与发动机有关，活塞顶内壁可能有喷油机构和加强筋。 a、平顶，汽油机；制造简单，受热面积小。 b、凸顶，二冲程汽油机，排气好。 c、特殊形状，柴油机，部分汽油机。 2、头部：、头部：头部壁较厚，上切有环槽，上为气环槽，下为油环槽，油环槽底面钻有回油孔。另还可能有： 隔热槽：在第一道环槽上方，用于汽油机； 环槽护圈：耐热耐磨，高速柴油机。 积炭槽：吸附润滑油和杂质，防止咬合。 3、销座、销座 用以安装活塞销，销座部分较厚，有加强筋。 4、裙部、裙部 头部最低一道环槽以下的部

53、分，用以导向和传递侧向力。 工艺：工艺： 1、主体铸造； 2、提高铝合金活塞耐磨性的方法：热处理、镀锡、喷涂石墨、表面阳板氧化处理。 3、克服铝合金热膨胀系数大的措施： a. 上小下大； b. 裙部制成椭圆形； c. 裙部切槽（汽油机）； d. 镶铸膨胀系数小的钢片。 分类：分类： 整体铝合金、整体铸铁、钢顶铝裙。 其他要点：其他要点： 裙部变形的原因：受Pg、PN及热膨胀应力的作用。二、活塞环 功用：功用： 1、气环：密封、传热； 2、油环：刮除多余润滑油，使油膜均匀分布，避免或减弱泵油作用和积炭。 工作条件工作条件： 高温、高速、润滑差，磨损严重。 要求：要求： 有一定弹力，端面平滑，机械

54、强度、耐磨性、工艺性好，对气缸壁磨损小。 材料：材料：优质灰铸铁、合金铸铁、球墨铸铁、钢（第一道环）。 工艺：工艺： 气环的表面处理： 第一道气环，多孔性铬层，钼层； 第二、三道气环，有时多孔性铬层，镀锡、磷化处理。 结构结构：1、气环的断面形状、气环的断面形状 a、矩形环：易于制造，应用广泛，磨合性较差。、矩形环：易于制造，应用广泛，磨合性较差。 b、锥面环：磨合较快，有刮油作用；磨损快、寿命短。、锥面环：磨合较快，有刮油作用；磨损快、寿命短。 c、扭曲环：易于磨合，有刮油作用，增加密封性，防止环上下窜动、扭曲环：易于磨合，有刮油作用，增加密封性，防止环上下窜动 而造成泵油和磨损。而造成泵油

55、和磨损。 d、梯形环：能将环槽中的积炭挤碎，防止活塞环结焦卡住。用于热、梯形环：能将环槽中的积炭挤碎，防止活塞环结焦卡住。用于热 负荷较大的发动机。负荷较大的发动机。 e、桶形环：易于磨合，润滑性好，密封性好，用于强化发动机。、桶形环：易于磨合，润滑性好，密封性好，用于强化发动机。扭曲环的工作原理扭曲环的工作原理2、油环基本结构：、油环基本结构： 与矩形断面气环相似，但中间有凹槽，槽底部有排油小孔或狭缝。 结构型式： （1）普通油环：有倒角油环，鼻形油环，合装油环等，以提高刮油能力。 （2）钢片组合油环：由片簧、衬簧组成，能避免弹力减弱。 （3）涨圈油环：弹力好，制造安装方便。 端隙：0.20

56、.6mm（汽） 0.40.8mm（柴） 侧隙：0.040.08mm（汽） 0.080.16mm（柴） 背隙： 一般为：0.5-1 mm 各环开口处错开角度活塞环的间隙： 为了保证气缸的密封性，又防止环卡死或胀死在环槽中，安装时，活塞环应留有端隙、侧隙和背隙。 其他要点：其他要点：1、封气原理：、封气原理： a. 外圆表面靠本身弹力和活塞环背压贴合； b. 上、下端面靠往复运动贴合； c. 开口位置相错开，使气体压力迅速下降；2、泵油作用：、泵油作用： a. 活塞向下，环紧压上端面，润滑油进入环下面和背面间隙； b. 活塞向上，环又压向下端面，润滑油被挤压向上。三、活塞销 功用：功用：连接活塞与

57、连杆，承受并传递气体压力和活塞往复惯性力。 工作条件：工作条件：高温，周期性冲击负荷大，润滑条件差，轴承面比压大，高速运动。 要求：要求：强度高，外表面硬度高，耐摩，内部韧性强，质量小。 材料：材料：20号钢或合金钢。 工艺：工艺：冷挤压成型，外表面渗碳或氮化处理后，再精磨。 结构：结构：空心圆柱体。 装配：装配：采用浮式安装；轴向由挡圈限位。四、连杆 功用：功用：连接活塞与曲轴，传递力和运动。 工作条件：工作条件：复杂的交变应力和复杂运动。 要求：要求：强度、刚度足够，疲劳强度高，质量轻。 材料及工艺：材料及工艺： a. 中碳钢、合金钢，调质、高温形变、表面喷丸、光整加工； b. 球墨铸铁，

58、小功率柴油机； c. 硼钢，锻造，淬硬。 结构：结构： 连杆小头、杆身、连杆大头、连杆螺栓。 连杆小头：连杆小头： 用于安装活塞销，小头轴承材料有锡青铜（常用），铝青铜（强化发动机用）、钢背减摩合金，铁基粉末冶金衬套。 润滑方式：飞溅、压力。 形状：可能呈斜面形，承载能力强，重量轻。 连杆杆身：连杆杆身： 形状：形状：断面呈“工”字形。 特点：特点：质量小，强度、刚度大，杆身向大小头过渡处采用较大圆弧，避免应力集中。 连杆大头：连杆大头： 一般做成可分的，两个半部用连杆螺栓连接。少数做成整体。 剖分形式：剖分形式： （1）平切口：）平切口：剖分面垂直杆身中心线。 刚度大，加工容易，连杆螺栓不受

59、剪切作用，用于高速内燃机。曲柄销直径受限制（连杆螺栓安装尺寸较大）。 （2）斜切口：）斜切口：部分面与杆身中心线呈一定角度。 可以增大曲柄销直径，提高曲轴刚度，增大摩擦接触面积；V型发动机的曲轴箱外形可更紧凑。 常用定位措施：常用定位措施：止口，销套，锯齿。 装配注意事项：装配注意事项：连杆和连杆盖配对加工，正反面不能反。 连杆螺栓：连杆螺栓： 受交变惯性力作用，材料、工艺要求高。材料采用中碳合金钢；工艺上采用精加工、调质、磁力探伤等措施。需按规定扭矩拧紧，并有防松措施。 （三）连杆轴承 工作条件：工作条件：交变冲击力大，工作面滑动速度高，易发热和磨损。 要求：要求：机械强度高，耐腐蚀性，耐热

60、性，减摩性好。 分类：分类：（1）轴瓦；（2）滚动轴承；（3）不另装轴承。 轴瓦构造：轴瓦构造： 分开式薄壁圆环，由“钢背减摩合金（表层）”构成。内表面有周向浅槽（纵向油槽）、油孔，外表面有凸键。 材料：材料： 减摩合金材料：减摩合金材料： a. 锡基白合金：减摩性好，耐腐蚀，疲劳强度低。广泛用于汽油机。 b. 铜铅合金（或铅青铜合金）：疲劳强度高，承载能力大，耐磨性好，减摩性较差，不耐腐蚀，成本较高。常用于柴油机。 c. 铝基合金：疲劳强度高，减摩性较好，耐腐蚀性好，成本低。 表层材料：表层材料： 铅锡合金，可有效改善减摩合金表面性能（磨合性、顺应性、抗咬合性、耐腐蚀性）。 装配：装配： 轴瓦制造精