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内燃机培训内燃机的简史1878年德国人尼古拉奥托（Nikolaus August Otto）和尤金兰根依据四冲程工作原理，首创四冲程活塞循环，共同设计并制造出较为经济的四冲程往复式活塞内燃机，热效率达到13，它与现代内燃机的原理很接近，是第一台能代替蒸汽机的实用内燃机。1885年由德国人威尔霍姆迈巴赫(Wilhelm Maybach)获得第一个发动机专利。轻便和操作简单的内燃机的出现，完全改变了汽车的动力状况 1885年10月，41岁的德国工程师卡尔奔驰在曼海姆制造出一辆装有0.85马力汽油机的三轮车，比卡尔奔驰先生大十岁的另一名德国工程师戈特利布戴姆勒，也制造出了一辆用1.1马力汽油发动机作动力的四轮汽车1892年，德国工程师鲁道夫.狄塞尔研制成第一台柴油发动机，狄塞尔提出：“在空气中注入燃料，通过压缩，空气温度升高。可使喷射在空气中的燃料自燃点火因其比汽油机的经济性能好，装有柴油机的汽车流行开来，大大提高了运输效率。后人为纪念狄塞尔，就将柴油发动机称为“狄塞尔发动机”。因此，“柴油”的英文名为Diesel（狄塞尔）。1954年4月，菲利克斯汪克尔(Felix Wankel)通过三角活塞在适当造型的汽缸体中围绕不同轴旋转完成了发动机四冲程内燃机的分类按所用燃料分：汽油机，柴油机，天然气，液化石油，酒精按缸内着火方式分：压燃式，点燃式按冲程数分：四冲程，两冲程按冷却方式分：液体，空气按缸数目分:单缸，多缸（2。3。4。5。）按转速分：低速（1000r/min）按增压程度分：非增压（自然吸气），增压（低。中，高，超高）按气缸排列分：立式。卧式。直列式。V型。W型名词解释止点是指活塞移动的极端位置，当活塞运动到离曲轴旋转中心的最远位置，称为上止点活塞冲程指从上止点到下止点或反之所走过的距离气缸工作容积指活塞上顶面从上止点到下止点或反之所走过的距离排量指内燃机所有工作容积的总和压缩比定义为气缸总容积和燃烧室之比热机工作时，用来对外做有用功的那部分内能跟燃料燃烧所放出的内能之比叫热机效率。汽油机效率一般在20%30%，柴油机效率一般在28%40%。汽油发动机的特点：体积小、重量轻、起动性好 汽油发动机中，油气混合气进入气缸后，在压缩接近终了时由火花塞点燃。因此，汽油发动机需要一套控制何时让火花塞工作的点火系统，此系统必须精确控制火花塞放电的时刻和火花能量的大小，才能保证汽油机的工作正常，汽油机的燃料供给系和点火系是汽油机上发生故障比例较高的部位。此外，由于汽油的燃点较低，汽油机的压缩比就不能太高，以免油气自燃，因此其热效率和经济性较柴油机为差。 汽油机的优点在于其体积小、重量轻、价格便宜；起动性好，最大功率时的转速高；工作中振动及噪声小，因此，在载客汽车，特别是轿车中，汽油机得到了广泛的应用，特别是在我们国家目前生产的绝大多数轿车，都是采用汽油发动机作为自己的动力系统。 传统柴油发动机的特点：热效率和经济性较好 柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。因此，柴油发动机无需点火系。同时，柴油机的供油系统也相对简单，因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。 由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低，适合于载货汽车的使用。 但柴油机由于工作压力大，要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比较笨重，体积较大；柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；另外，柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。柴油发动机结构 柴油发动机与汽油发动机具有基本相同的结构，都有气缸体、气缸盖、活塞、气门、曲柄、曲轴、凸轮轴、飞轮等。但前者用压燃柴油作功，后者用点燃汽油作功，一个“压燃”一个“点燃”，就是两者的根本区别点。汽油机的燃料是在进气行程中与空气混合后进入气缸，然后被火花塞点燃作功；柴油机的燃料则是在压缩行程接近终了时直接喷注入气缸，在压缩空气中被压燃作功。这个区别造成了柴油机在燃料供给系统的结构有其自己的特点。柴油机的燃料喷射系统是由喷油泵、喷油器、高压油管及一些附属辅助件组成。柴油机燃料输送的简单过程是：输油泵将柴油送到滤清器，过滤后进入喷油泵（为了保证充足的燃料并保持一定的压力，要求输油泵的供油量比喷油泵的需要量要大得多，多余的柴油就经低压管回到油箱，其它部分柴油被喷油泵压缩至高压）经过高压油管进入喷油器直接喷入气缸燃烧室中压燃。（示意图是柴油机燃料供给系统，红色管路是高压输油管、褐色管路是低压输油管、紫色是回油管） 为了柴油机能在怠速稳定工作和限制柴油机超速，在喷油泵上还带有调速器。喷油泵是柴油机燃料供给系统中最精密的部件，它的作用就是根据柴油机工况的变化调节柴油量，并提高柴油压力，按规定的时间与规律将柴油供给喷油器。与汽油机比较，柴油机具有转速慢，扭矩大，油耗低、负荷高及重量大，多用在大中型汽车上。1976年德国大众汽车公司开发出第一台高速小型化柴油机，使轿车应用柴油机进入实用化，现在西欧约有30%的轿车和90%的商务车采用柴油机。目前轿车柴油机采用每缸4气门,电控喷射系统，使柴油机排放达到欧洲号标准。这里要提一下的是，在柴油机上应用电控技术比汽油机困难得多。因为柴油机是高压喷射，对于直喷式柴油机的高压油管，其喷射压力一般高达30100MPa，而汽油机上的喷射压力只需0.3MPa，起码相差100倍，因此汽油机喷射量的控制只需通过电磁阀就可以控制，而象柴油机这样的高压喷射状态用电磁阀控制是难以办到的，所以现有的柴油机电控燃油系统还要加装一个电子控制的执行器来达到控制的目的。(由于上述特点，以前柴油发动机一般用于大、中型载重货车上。 功率=扭矩转速，扭矩和转速程反比两冲程和四冲程比较2冲程发动机的工作过程与4冲程发动机有很大的区别，其关键在于换气方式不一样。2冲程发动机没有气门机构，当活塞上移就是吸气过程，混合气不是吸到气缸里面而是先吸进曲轴箱内；活塞继续上移到上止点，这时上一循环被吸进气缸内的混气被压缩，点火爆发作功又推动活塞下移；活塞差不多到下止点时，一直被活塞堵塞的气缸壁上排气孔打开，废气从这些孔喷出；当活塞再略微下移，气缸壁上进气孔也被打开，曲轴箱内混合气就从这里喷入气缸；混合气由于“冲劲十足”，气流碰到气缸壁会发生反转，将剩余废气驱逐出去。然后活塞上移，重复同一工作循环（见图）。2冲程发动机结构简单，重量轻，功率高。由于完成一个工作循环，2冲程发动机曲轴比4冲程发动机少转1周，因此当两者的发动机工作容积、压缩比和转速相等的话，从理论上讲2冲程发动机的功率是4冲程发动机的两倍，实际测算也有1.5-1.6倍之间。因此赛车多用2冲程发动机，道理也是如此。但是事物总是有利也有弊，2冲程发动机用气扫气的形式来“吐故纳新”，是难以将废气排净，而且可能会将燃烧不完全的混合气顺道排出去，不但耗油，而且对环境污染较大。单缸2冲程发动机有一个很重要的小东西，叫“弹簧阀”，又称“舌簧阀”，它安装在进气管入口处，是一个有弹性的金属片。当活塞上移负压增大，气流将阀门冲开使混合气进入，当活塞下移正压增大又将阀门自动关闭，气流就无法出去了，起到单向阀作用。它动作频率极高，材料及制造工艺十分讲究，否则当发动机转速增大，弹簧阀的动作就有可能跟不上二冲程发动机的优点和缺点 A、 优点： *每转一转爆发1次，因此旋转平稳。 *不需要气门，零部件少，所以保养方便价廉。 *往复运动产生的惯性力小。振动小、噪音低。 *与四冲程发动机相比，转速相同时功率大。 *与四冲程相比，有倍的爆发力。因此在相同的容积下，假如平均有效压力相同，则功率为2倍（实际为1.7）。 B、 缺点： *进气排气过程的时间短，所以燃油损失大。 *在气缸壁的一侧有气口，活塞环接触到这里易于磨损。 *由于排气口在气缸上，所以易于过热。 *慢速不稳定。 *润滑油消耗多。四冲程汽油机的工作过程是一个复杂的过程，它由进气、压缩、燃烧膨胀、排气四个行程组成。一.进气行程此时，活塞被曲轴带动由上止点向下上止点移动，同时，进气门开启，排气门关闭。当活塞由上止点向下止点移动时，活塞上方的容积增大，气缸内的气体压力下降，形成一定的真空度。由于进气门开启，气缸与进气管相通，混合气被吸入气缸。当活塞移动到下止点时，气缸内充满了新鲜混合气以及上一个工作循环未排出的废气。二.压缩行程活塞由下止点移动到上止点，进排气门关闭。曲轴在飞轮等惯性力的作用下带动旋转，通过连杆推动活塞向上移动，气缸内气体容积逐渐减小，气体被压缩，气缸内的混合气压力与温度随着升高。三.燃烧膨胀行程此时，进排气门同时关闭，火花塞点火，混合气剧烈燃烧，气缸内的温度、压力急剧上升，高温、高压气体推动活塞向下移动，通过连杆带动曲轴旋转。在发动机工作的四个行程中，只有这个在行程才实现热能转化为机械能，所以，这个行程又称为作功行程。四.排气行程此时，排气门打开，活塞从下止点移动到上止点，废气随着活塞的上行，被排出气缸。由于排气系统有阻力，且燃烧室也占有一定的容积，所以在排气终了地，不可能将废气排净，这部分留下来的废气称为残余废气。残余废气不仅影响充气，对燃烧也有不良影响。排气行程结束时，活塞又回到了上止点。也就完成了一个工作循环。随后，曲轴依靠飞轮转动的惯性作用仍继续旋转，开始下一个循环。如此周而复始，发动机就不断地运转起来。 四冲程发动机的优点和缺点 A、优点： *进气、压缩、膨胀（爆发）、排气各过程各自单独进行，因此工作可靠效率高，稳定性好。低速至高速的转速范围大（5001000rpm以上）。 *不存在二冲程发动机那样的窜气回流损失，燃油消耗率低。*低速运转平稳，依靠润滑系统润滑，不易过热。 *进气过程、压缩过程时间长，容积效率、平均有效压力高。 *热负荷比二冲程发动机小。不用担心变形、烧蚀问题。排量大，可设计成大功率发动机。 B、 缺点： *气门配气机构复杂，零部件多，保养困难 *机械噪音大 *由于曲轴2转爆发1次，所以旋转平衡不稳定。柴油机使用维护技巧一、柴油发动机的“飞车”现象及应急措施 “飞车”或超速是发动特有的一种现象。“飞车”时柴油机转速失去控制，而且越来越快，以至超过允许的最高转速并伴随有巨大声响，严重时导致机件损坏报废。引起“飞车”的主要原因有两方面，一是喷油泵调速器本身的故障，使其丧失了正常的调整特征，另一方面由于处在改变了柴油机调速特性。其特征是喷油泵调速器本身没有故障，而柴油机在运转过程中有额外柴油或机油进入燃烧室燃烧。发生“飞车”现象应采取紧急措施，否则发动要转速高到一定程度时会发生故障。制止超速的紧急措施有： 、迅速将加速踏板收回到停车位置； 、有减速装置的，迅速将减压手柄拉到停油位置（或减压位置）； 、及时挂入高速档，踏下制动踏板，缓抬离合器，使发动机熄火； 、迅速断开高压油管，停止供油； 、迅速用衣服包紧空气滤清器,使发动机断气熄火，简称“减速、减压、制动、断油、断气”五措施。发动机熄火后，必须找出造成“飞车”事故的原因，排除后方允许再次启动发动机。二、柴油机各缸工作情况检查方法 柴油机缸工作情况可怠速运转时用如下方法检查 、听音法：用听诊器或借助金属棍，靠近喷油器体的部位，倾听各缸爆发的声音。正常的声音类似金属敲击“当当”的声响。若只有“嗬嗬”连续不干脆的响声时，则该缸供油太少，或是没有及时着火。如敲击很大说明该缸供油量太大或喷油时间过早。 、观色法：柴油机工作正常，排出的废气颜色为淡灰色,负荷大略深。如排黑气，说明可燃气体燃烧不完全。排蓝烟，表明润滑油进入气缸内燃烧。 排白烟，则说明柴油中有水,可燃气体未燃烧也排白烟，排气管连续排出不正常的烟色，说明各别缸工作不正常。 、感温法：在柴油机启动以后的最出阶段（工作一段时间后排管温度很高，用手摸会被烫伤）用手摸各缸排气管歧管的温度，可鉴别各缸工作情况。如果某缸排气歧管的温度比其他缸高，说明该缸供油量偏高；若温度底则该缸供油量少，或不喷油或喷油后没完全燃烧，或不燃烧。 、脉动法：用手的捏紧高压油管感觉喷油泵喷油时脉动情况。脉动小：爆发声音弱、温度低的缸供油量偏少；爆发声音不正常和温度高的为喷油器喷油压下降，喷油雾化不良，或不能及时着火和完全燃烧。脉动大：爆发声音强和温度高的缸，为供油量偏大；爆发声音弱和温度低,旱喷油器吼或针阀卡死。 、断油法：为了准确判断哪缸有故障，可逐缸切断高压渥管至喷油器铁油路即停止工作，以观察,柴油机工作情况的变化。当切断某缸油路时，若柴油机转速和声音没有变化或变化不大，说明该缸工作正常。如间断敲缸、排黑烟时。当切断某缸的油路后，故障现象消失，则说明故障在该缸。 讨论一般来说一台活塞往复式发动机燃烧所产生的能量大约3分之1消耗在内部的摩擦上，3分之1转化为热能，（工质损失，换气，传热，燃烧）剩余3分1才是提供行驶的功能。如何在不增加油耗和排气量的情况下提高发动机的功率？涡轮增压器参加竞赛的跑车或方程式赛车一般在发动机上装有涡轮增压器，以使汽车迸发出更大的功率。发动机是靠燃料在气缸内燃烧作功来产生功率的，输入的燃料量受到吸入气缸内空气量的限制，所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入气缸来增加燃料量，提高燃烧作功能力。在目前的技术条件下，涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。构造 涡轮增压器是由涡轮室和增压器组成的机器，涡轮室进气口与排气歧管相连，排气口接在排气管上；增压器进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上。涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。原理 涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。技术 涡轮增压器安装在发动机的进排气歧管上，处在高温，高压和高速运转的工作状况下，其工作环境非常恶劣，工作要求又比较苛刻，因此对制造的材料和加工技术都要求很高。其中制造难度最高的是支承涡轮轴运转的“浮式轴承”，它工作转速可达10万转分以上，加上环境温度可达六、七百度以上，决非一般轴承所能承受，由于轴承与机体内壁间有油液做冷却，又称“全浮式轴承”。缺点 另外涡轮增压器虽然有协助发动机增力的作用，但也有它的缺点，其中最明显的是，“滞后响应”，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，即使经过改良后的反应时间也要1.7秒，使发动机延迟增加或减少输出功率。这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉。增压后有效功率比原机提高了55。2，燃油消耗率则降低了7。8增压中冷技术柴油机轿车在欧洲比较普遍。经过多年的研究和应用，现代汽车柴油机通过采用电控喷射、共轨、增压中冷等技术手段，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大成果，达到了汽油机的水平。“涡轮增压器”和“柴油机新技术”两文已经分别介绍了柴油机的涡轮增压器、电控喷射和共轨技术，这里再介绍柴油机的增压中冷的知识。增压可使柴油机在排量不变，重量增加不大的情况下达到增加输出功率的目的。与相同功率的非增压柴油机相比，增压柴油机不仅体积小，重量轻，功率大，而且还降低了单位功率的成本。因此，增压技术不仅广泛应用在柴油机上，而且还推广到汽油机，是改善内燃发动机的重要技术手段。但是事物总有矛盾性，空气压力的提高就是空气密度的提高，空气密度的提高必然会使空气温度也同时增高，这如同给轮胎打气时泵会发热一样。发动机涡轮增压器的出风口温度也会随着压力增大而升高，温度提高反过来会限制空气密度的提高，要进一步提高空气密度就要降低增压空气的温度。据实验显示，在相同的空燃比条件下，增压空气温度每下降10摄氏度，柴油机功率能提高3%5%，还能降低排放中的氮氧化合物（NOx），改善发动机的低速性能。因此，也就产生了中间冷却技术。柴油机中间冷却技