内燃机原理(全)ppt课件

中南大学机电工程学院铁路设备、内燃机专业，1。第一章内燃机的一般结构和工作原理，第一节内燃机的一般结构，第二节内燃机的一般结构，第三节内燃机的基本工作原理要点：结构，工作原理难点：工作原理，2。1.内燃机的定义和分类(1)内燃机的定义内燃机是一种热力发动机，其通过在热力转换空间内的燃烧过程将燃料中的化学能转换成热能，然后通过某种机制转换成机械功(以下称为热力发动机)。(2)内燃机的分类1。燃料：汽油发动机、柴油发动机、燃气发动机、乙醇(酒精)发动机、天然气、氢燃料和各种燃料的内燃机等。第一部分是内燃机概述。2.根据点火模式，有压缩点火(压缩点火)和强制点火(点火)内燃机。根据热能转换机构：往复活塞(汽车和工程机械用内燃机最多)、旋转活塞、旋转叶片和喷气内燃机。根据往复活塞式内燃机工作循环所需的冲程数；根据完成一个工作循环所需的冲程数分为四冲程内燃机和二冲程内燃机(工作循环是指将热能转化为机械功的一系列连续过程)；汽车和工程机械用内燃机大多为四冲程内燃机；根据冷却方式，有水冷、风冷和水冷组合内燃机。汽车和工程机械的内燃机大多是水冷空气冷却的复合材料。根据进气状态，有非增压内燃机(进气压力小于一个大气压)和增压内燃机(进气压力大于一个大气压)。4，7。根据气缸排列，有卧式、直列式、V形、对置式和星形(航空)内燃机，如图1-1所示。根据气缸数量：单缸、双缸和多缸内燃机。9.根据用途：可分为汽车内燃机、特种车辆内燃机、工程机械内燃机、农业内燃机、拖拉机内燃机、发电内燃机、铁路机车内燃机、内陆(淡水)和海洋(咸水)船舶内燃机、飞机内燃机、摩托车内燃机、军用内燃机等。按照速度，有高速、中速和低速内燃机。目前，汽油机都是高速内燃机，最高转速一般在6000转/分以上，高于柴油机。汽车柴油发动机的最高转速约为4000转/分。然而，工程机械用柴油机的最高转速一般为1500转/分-2000转/分。船用柴油机的转速一般为中低速，约100-500转/分。内燃机的优点和缺点(1)内燃机的优点：1)热效率高；热效率高，即燃油消耗率低，经济性好，特别是柴油机，它是热效率最高、有效热效率最高的热机，已达到46%。4、启动迅速，操作方便，启动后能迅速达到满负荷运行。3、结构紧凑，重量轻，比重小，便于移动。2.宽功率范围；单台机器的功率范围可以从十分之几千瓦到数万千瓦，因此应用范围很大。(2)内燃机的缺点：(1)燃料要求高；高速内燃机通常使用汽油或轻柴油作为燃料，并且对燃料的清洁度有严格的要求。气缸内很难使用固体燃料或劣质燃料。废气和噪声造成的污染：随着内燃机在国民经济各个领域的广泛应用，其产量和拥有量都非常大，对环境的污染也越来越严重。3、结构更复杂，零件加工精度要求更高。发展测试废气再循环(EGR)是减少汽油和柴油发动机氮氧化物排放的有效措施。电子控制的EGR可以确保各种工作条件下的最佳EGR率。电子技术的应用：以微机为中心的电子技术已广泛应用于内燃机产品的研究、测试和制造。计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助测试和计算机辅助工艺设计技术发展迅速。10，2。采用增压技术3。汽油机稀薄燃烧-快速燃烧技术：稀薄燃烧可以提高汽油机的经济性，减少排放，提高压缩比。4.汽油机缸内喷射分层燃烧技术内燃机的功率和扭矩增加了，而燃油消耗率却降低了。5.与间接喷射燃烧系统相比，采用直接喷射燃烧系统的柴油机热效率可提高10%-15%，是提高柴油机经济性的有效措施。提高柴油机燃油喷射压力：喷射压力已达到120-150 MPa 7。排气后处理技术：可同时净化一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物。使用替代燃料：主要是压缩天然气和液化石油气。12.内燃机第二部分的总体结构。图1-2显示了内燃机的基本机构，包括气缸、气缸盖、活塞、活塞销、连杆、曲轴、飞轮、曲轴箱、进气门和排气门等。活塞可以在气缸中上下往复运动。活塞销穿过活塞和连杆的上端，使活塞和连杆像铰链一样。连杆的下端套在曲轴(通常称为曲柄)弯曲部分的曲柄销(连杆轴颈)上，并像铰链一样连接。曲轴的两端由曲轴箱上的轴承支撑，曲轴可以在曲轴箱中旋转。当活塞在气缸中往复运动时，曲轴绕其轴线旋转。显然，曲轴每转一圈，活塞就上下运动一次(两个冲程)。上止点：活塞离曲轴中心距离最大的位置称为上止点(图1-3)。2.下止点：活塞离曲轴中心的最小距离的位置称为下止点。注意：在上止点和下止点，活塞的运动方向改变，其速度等于零。活塞在气缸中从上止点到下止点扫过的容积称为气缸工作容积Vh。如果气缸直径D和活塞行程S都以毫米为单位，气缸的工作容积(以升为单位)可通过以下公式计算：3。冲程：上止点和下止点之间的距离称为活塞冲程s。从图1-3可以看出，活塞冲程s等于曲柄半径r的两倍，即：S=2r，17，5，以及内燃机的总排量VH:如果内燃机有1个气缸，1个气缸的工作容积之和称为内燃机的总排量，用VH表示，VH=Vhi=i(L)，8， 压缩比:气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，用表示：压缩比表示压缩后气缸内气体体积减少的倍数，这对内燃机的性能有重要影响。 燃烧室容积Vc:当活塞位于上止点时，活塞上方的气缸容积称为燃烧室容积，用Vc表示。7.总气缸容积va:当活塞位于下止点时，活塞上方的气缸容积称为总气缸容积井，用Va表示。显然：Va=Vh Vc，18，2。四冲程汽油机：总体结构主要由以下机构和系统组成：曲柄连杆机构、配气机构、供给系统、点火系统、润滑系统、冷却系统和起动装置。曲柄连杆机构的主要部件有：气缸体、气缸盖、活塞、连杆、带飞轮的曲轴和曲轴箱。曲柄连杆机构是内燃机的基本机构。当燃料燃烧时，活塞承受气体膨胀的压力，并通过连杆转动曲轴，连杆发生变化气门的打开和关闭由凸轮轴上的凸轮控制，凸轮轴通常由曲轴通过齿轮驱动。根据阀门安装位置的不同，配气机构的布置形式主要有侧式(顺序阀)和顶式(逆止阀)。供应系统的功能是向气缸供应空气和燃料(可燃混合物)，并排出燃烧后的废气。化油器式汽油发动机工作时，汽油泵吸出油箱中的汽油，通过汽油滤清器过滤，然后压到化油器上。同时，空气经空气过滤器过滤后也进入化油器。汽油分散在化油器中，并在很大程度上蒸发掉了。汽油和空气的混合物通过进气管被吸入气缸。燃烧形成的废气通过排气管和排气消声器排放到大气中。点火系统中的混合物在气缸中压缩后，应通过电火花点燃。汽油发动机的点火系统由提供低压电流的电源(蓄电池和发电机)、将低压电流转换为高压电流的设备(点火线圈和断路器)以及将高压电流分配给火花塞(安装在气缸盖上)的设备(分配器)组成。润滑系统的功能是向内燃机的摩擦部件提供润滑油，以减少部件的磨损和部件之间的摩擦阻力。润滑系统包括油底壳、油泵、滤油器、油管路和油道、油量计等。由于发动机机油在润滑系统中的循环和飞溅，内燃机的运动部件得到润滑。冷却系统的功能是传递来自内燃机加热部件的热量，以保持内燃机的正常工作温度(水温约为80-90)。大多数内燃机使用水和空气混合冷却系统，包括水套、散热器(水箱)、水泵和气缸周围及气缸盖内的风扇。由于水泵的作用，冷却水在水套和散热器之间循环，而内燃机需要散发的热量通过风扇和散热器散发到大气中。其他内燃机使用纯水冷却(小型农用单缸卧式蒸发水冷柴油发动机)或纯空气冷却(小型汽油发动机)。起动装置起动装置的功能是通过外力(人力或其他动力)使静止的内燃机自动运转。不同的起动方法有不同的起动装置。它主要包括启动器、传动机构和控制机构。为了便于起动，一些内燃机也装有起动辅助装置。除了点火系统和供给系统之外，四冲程柴油机的结构与汽油机基本相同。柴油发动机利用气缸内压缩空气的高温来点火(压缩点火)，因此没有点火系统。柴油发动机的燃料供应也不同于汽油发动机。在柴油发动机中，柴油箱中的柴油由输油泵吸出，经柴油滤清器过滤后送至喷油泵，喷油泵通过高压油管将柴油高压压出，并通过喷油器将柴油喷入气缸。第三节内燃机的基本工作原理1。内燃机1的工作循环和示功图。内燃机工作循环：内燃机气缸内将热能转化为机械功的一系列连续过程称为内燃机的一个工作循环(做功)。每个工作循环包括四个过程：进气、压缩、燃烧膨胀和排气。四冲程内燃机的工作循环在曲轴的两次旋转中完成，即四冲程。二冲程内燃机的工作循环在曲轴的一次旋转中完成，即两个冲程。内燃机工作循环示功图：在研究内燃机工作循环时，可以用一个图(P-V图)来表示气缸内气体压力与气缸容积V在对应于活塞的不同位置之间的关系。这张图可以显示气缸中气体所做的功汽油机的充气系数约为0.70-0.85。较大的充气系数表明有大量可燃混合气进入气缸，因此发动机的功率也可能较大。进气过程结束后，进气门和排气门关闭，曲轴继续旋转，活塞从下止点移动到上止点，压缩气缸中的混合气进行压缩。压缩过程由指示器图上的曲线ac表示。在压缩结束时，气体的压力和温度主要取决于压缩比。压力约为0.85-2兆帕，温度可达600-700千卡。压缩比越高，压缩结束时混合物的压力和温度越高，混合物的燃烧速度越高，燃烧过程中的温度和压力最高。燃烧-膨胀过程燃烧-膨胀过程是混合气体燃烧和膨胀做功的过程。当活塞在压缩过程中到达上止点时，火花塞发出电火花点燃混合气。当混合气体燃烧时，它放出大量热量，气缸内气体的温度和压力突然升高(此时，进气阀和排气阀关闭)。在气体压力的作用下，活塞移动到下止点，井通过连杆转动曲轴做功。在排气过程中，活塞从下止点移动到上止点，排气阀打开，进气阀保持关闭。示功图上的曲线br表示排气过程。残留废气约占进入气缸的新鲜混合气体的5%-15%(质量)。28冲程、3冲程和4冲程柴油机、4冲程柴油机和汽油机的工作原理在每个工作循环中也经历进气、压缩、燃烧膨胀和排气四个过程。它的工作过程在可燃混合气的形成和点火方法上不同于汽油机。空气被吸入柴油发动机并在其中被压缩，燃油在高压下被注入压缩的高温空气中，形成混合气体，该混合气体自行点燃并燃烧。柴油机的充气系数大于汽油机。高速柴油机的 v为0.75-0.90。柴油发动机被压缩和点燃。为了使喷入气缸的柴油快速点燃和燃烧，压缩空气的温度必须远远高于柴油的自燃温度。因此，柴油机需要采用更大的压缩比(12-22)，29，并且四冲程内燃机中只有一个冲程工作，而其它三个冲程是预备冲程。内燃机在作功冲程中的速度将高于内燃机在其它三个冲程中的速度，因此单缸内燃机的运行是不稳定的。二冲程内燃机1的工作循环和结构特征。工作循环特性：二冲程内燃机的工作循环在两个冲程中完成，即曲轴旋转一周。它与四冲程内燃机的不同之处在于，它只有两个主要的压缩冲程和作功冲程，当活塞接近下止点时，它的进气和排气是以减少部分压缩冲程和损失部分作功冲程为代价完成的。完成时间很短，通常通过提前排气和随后的强制扫气和排气来实现。结构特征：二冲程内燃机的工作循环特征决定了进气门和排气门系的结构不同于四冲程内燃机的结构。配气机构有以下两种类型：(1)气口-气口式：气缸有三个气口，即进气口、出气口和扫气口(及其提高扫气压力的装置)；它们在一定时间内分别被活塞打开和关闭，从而在短时间内完成通风过程。(2)端口阀型：气缸只有一个扫气(进气)端口(及其增加扫气压力的装置)，该端口在特定时间由活塞打开和关闭。气缸盖保持与四冲程内燃机相同的由气门凸轮控制的排气门。二冲程汽油机的工作原理，六冲程内燃机和二冲程内燃机的工作原理无燃料损失，经济性好；第二章内燃机性能指标概述：1 .表征内燃机性能的指标很多，主要包括动态性能指标(指功率、扭矩、转速等)。)、经济性能指标(指燃油和润滑油消耗率)、运行性能指标(指冷启动性能、噪声和排气质量等。)，可靠性和耐久性指标等。内燃机的动态和经济性能指标有两种：一种是基于气缸中的工作介质对活塞所做