内燃机原理 1绪论ppt课件

发动机原理 李加强2010年9月 教材及参考书 内燃机学 第二版周龙保主编机械工业出版社 内燃机构造与原理 陆耀祖中国建材工业出版社 汽车构造 第三版 上 陈家瑞主编机械工业出版社考核办法 考试 平时成绩20 考勤 作业 卷面成绩80 一 内燃机的定义 发动机 将其它形式的能量转化为机械能的机器 如风力 水力 电力 热力发动机 热机 外燃机 蒸汽机 蒸汽轮机等 内燃机 往复活塞式和旋转活塞式等 热机工作原理的实质是将燃料化学能 热能 机械能 即所谓热功转换 注意 本课程所提汽车发动机 如无特殊说明 都是指往复活塞式内燃机 内燃机的发展简史 1860年 Lenoir发明了大气压力式内燃机 效率5 1867年 Otto和Langen发明的大气压力式内燃机 效率提高到11 1876年 Otto提出了四冲程循环 内燃机热效率达到14 重量减少70 1890年 Clerk Benz等人发明了二冲程内燃机1892年 Diesel发明了柴油机1957年 Wankel发明了转子发动机 二 内燃机的特点 优点 1 热效率高 经济性好 2 功率和转速范围宽广 配套方便 0 59kw 35000kw 3 结构紧凑 外型尺寸小 重量轻 4 起动迅速 操作简单 5 水消耗量少 6 维护方便 技术成熟 7 易于实现 三化 大批量生产 缺点 1 对燃料品质要求高 2 低速时转矩不够大 3 振动较大 超负荷能力小 4 噪声及废气污染大 5 结构复杂 整机和零部件加工要求高 应用航空农业车辆 机车矿山 建筑及工程机械船舶固定电站军事 三 内燃机的应用与分类 四 内燃机产品名称和型号编制规则 林业机械 L 4100Q 四缸直列 四冲程 缸径100mm 水冷 汽车用 1E65F 单缸 二冲程 缸径65mm 风冷 通用型 12V135ZG 12缸V型 四冲程 缸径135mm 水冷 增压 工程机械用 两大机构 曲柄连杆机构 Crankshaftconnecting rodmechanism 配气机构 Valvemechanism 五大系统 燃料供给系统 Systemoffuelfeeding 润滑系统 Lubricationsystem 冷却系统 Coolingsystem 起动系统 Startingsystem 点火系统 汽油机 Ignitionsystem 五 内燃机总体组成 缸体 顶置气门 机体组 曲轴箱 气缸体 气缸垫 气缸盖 气缸 油道和水道 油底壳 曲柄连杆机构1 气环 油环 活塞销 活塞 连杆 连杆螺栓 连杆轴瓦 连杆盖 活塞连杆组 起动爪 正时齿轮 主轴瓦 皮带轮 扭转减振器 飞轮 飞轮螺栓 曲轴 曲柄连杆机构2 配气机构 燃油供给系统 润滑系 冷却系 点火系 起动系 六 基本名词术语 1 上止点 TDC 和下止点 BDC 上 下止点是活塞在气缸内运动的两个极限位置 活塞顶距曲轴旋转中心距离最远处称上止点 而最近处称下止点 在上 下止点活塞运动方向改变 速度为零 发动机运转时 活塞始终在上 下止点之间往复运动 2 活塞行程 冲程 S Stroke 即上 下止点之间的距离 活塞运动一个行程曲轴旋转180 曲轴转角 CA 活塞 气缸 进气门 排气门 连杆 曲柄 火花塞或喷油器 进气道 排气道 气缸盖 3 缸径D Cylinderbore 气缸直径是发动机最重要的结构参数 缸径的大小基本确定了发动机活塞排量 输出功率及发动机尺寸 重量的大致范围 车用汽油机受爆燃的限制 缸径一般不能太大 通常在60 100mm 而柴油机受燃料喷射和燃烧的限制缸径很难做得很小 一般在70 160mm以上 4 燃烧室容积Vc Compressionvolume L 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 5 气缸工作容积Vs Pistonsweptvolume L 式中 D 气缸直径 mm S 活塞行程 mm 6 气缸总容积Va Overallvolume L 7 发动机排量VL L 式中 i 气缸数 排量是决定发动机整机功率的主要结构参数 8 工作循环 Workingcycle 发动机的一个工作循环由进气 压缩 燃烧膨胀和排气组成 各过程连续进行 循环往复 周而复始 9 四冲程和二冲程内燃机 Four strokeandTwo stroke 四冲程 活塞运动4个行程 完成一个工作循环 二冲程 活塞运动2个行程 完成一个工作循环 10 压缩比 Compressionratio 11 示功图 Indicatordiagram 为获得正确反映气缸内部实际情况的试验数据 通常利用不同形式的示功器或内燃机数据采集系统来观察或记录相对不同活塞位置时气缸内工质压力的变化 所得到的结果即为p V示功图示功图 记录相对不同曲轴转角时气缸内工质压力的变化 所得到的结果为p 示功图12 工况内燃机在某一时刻的运行状况 Pe n 进气行程 进气行程 r a线 Suctionstroke 活塞 TDC BDC 曲轴 0 180 CA 旋转半圈 进气门打开 关闭各一次 排气门关 进气开始 进气温度即环境温度T0 进气压力为大气压力P0 进气终了 进气结束气体温度Ta约370 400K 压力Pa约0 078 0 091MPa进气冲程的目的 引入新鲜工质 可燃混合气 七 四冲程内燃机的工作原理 A 柴油机 压缩行程 压缩行程 a c线 Compressionstroke 活塞 BDC TDC 曲轴 180 360 CA 转一圈 进排气门关 压缩开始 Pa Ta 压缩终了 Pc 3 5MPa Tc 750 1000K压缩冲程的目的 提高工质的温度和压力 为混合气的点燃和燃烧创造条件 以得到较高的燃烧最高压力和提高燃气膨胀比 即可大大提高热功转换效率 做功行程 作功冲程 c z b线 Expansionstroke 活塞 TDC BDC 曲轴 360 540 CA 转一圈半 进排气门关 燃烧开始 压缩冲程接近TDC时 喷油器向缸内喷油 燃烧气体的压力和温度急剧升高 燃气开始膨胀 推动活塞下行对外作功 Pc Pz Pz 燃烧最高压力可达6 9MPa Tc Tz Tz 燃烧最高温度可达1800 2000K 膨胀终了 排气门打开 膨胀结束 燃气压力降至Pb为0 2 0 5MPa 温度降为Tb约1300 1600K 作功冲程的目的 利用高温高压燃气的膨胀对外作功 排气行程 排气冲程 b r线 Exhauststroke 活塞 BDC TDC 曲轴 540 720 CA 总共转两圈 排气门打开 关闭各一次 排气开始 废气首先利用自身压力自由排气 大部分废气自动冲出气缸 随后活塞上行将其余废气强制推出气缸 排气终了 P 0 105 0 115MPa T 700 900K排气冲程的作用 排除废气 为下一循环引入新鲜工质创造条件 进气形成进入气缸的是纯空气 压缩终了高压喷射燃料 缸内形成混合气 压缩自燃 进气行程 r a线 压缩行程 a c线 作功冲程 c z b线 排气冲程 b r线 B 四冲程汽油机工作原理 缸外形成混合气 进气行程进入气缸的是混和气 电火花点燃 C柴油机与汽油机比较 1 单缸二冲程柴油机 换气 压缩 1 扫气泵 2 空气室 3 进气孔 4 喷油器 5 排气门 九 二冲程内燃机工作原理 作功 排气二冲程柴油机工作过程示意图 2 单