内燃机工作原理课件

内燃机工作原理课件 内燃机的工作原理 一、内燃机的构造和有关名词 为了说明内燃机的工作原理，首先介绍一下内燃机的构造和有关名词。柴油机的主体部分为圆柱的气缸体4个，在气缸体内有上下移动的圆柱形活塞，为了防止燃烧气体泄漏，在活塞上装有密封气体的活塞环。气缸体的上部为气缸盖，在气缸盖上有进气通道、排气通道以及进气门和排气门，进、排气门之间装有喷油器。活塞中部装有活塞销，通过它与连杆上部相接，连杆下部连接曲轴，通过曲轴末端的飞轮输出功率。 内燃机在工作时活塞处于上下两个极端位置的示意图（略）。 （1）上止点（又叫上死点）活塞顶面位移到距离曲轴中心线最远时的位置。 （2）下止点（又叫下死点）活塞顶面位移到距离曲轴中心线最近时的位置。 （3）活塞冲程（又叫活塞行程）活塞的上止点与下止点间的距离，单位为毫米。活塞移动一个行程时，曲轴旋转半圈（180度）。因此，活塞冲程等于曲柄半径的两倍。 （4）燃烧室容积（又叫压缩室容积）活塞在上止点时，活塞顶以上（包括活塞顶部的凹坑）和气缸盖底部（包括气缸盖内部的辅助燃烧室）之是所构成空间的容积，单位为升。 （5）气缸工作容积活塞在上下止点位置时其间的气缸容积，单位为升。 （6）发动机排量一台内燃机各个气缸工作容积之和（对单缸内燃机其排量就是气缸工作容积），单位为升。 （7）气缸总容积活塞在下止点位置时，活塞上部所有密封容积，单位为升。 气缸总容积=燃烧室容积+气缸工作容积 （8）压缩比气缸总容积与燃烧室容积的比值 压缩比=气缸总容积/燃烧室容积。BR压缩比，表示活塞由下止点移到上止点时，气体在气缸内被压缩的程度。压缩比越大，压缩时气体在气缸内被压缩得就越高。柴油机压缩比的范围一般为1620。汽油机压缩比的范围一般为68。 二、内燃机的工作原理 内燃机的工作原理是利用燃料在气缸内燃烧产生的热能，通过气体受热膨胀推动活塞移动，再经过连杆传递到曲轴使其旋转做功。 内燃机在实际工作时，由热能到机械能的转变是无数次的连续转变。而每次能量转变，都必须经历进气、压缩、作功和排气四个过程。每进行一次进气、压缩、作功和排气叫做一个工作循环。若曲轴每转两圈，活塞经过四个冲程完成一个工作循环的叫做四冲程内燃机；若曲轴每转一圈，活塞只经过两个冲程就完成一个工作循环的叫做二冲程内燃机。 （一）四冲程柴油机的工作过程四冲程柴油机的工作过程 1、进气冲程 进气冲程是实现吸进新鲜空气的过程。靠飞轮旋转惯性的作用车动曲轴，将活塞由上止点位置逐渐拉向下止点，这时通过配气机构开启进气门、关闭排气门，随着活塞向下移动，气缸内的容积逐渐增大，产生真空吸力，新鲜空气不断地被吸进气缸。活塞移动到下止点（即活塞移动一冲程），进气冲程结束，进气门关闭。 2、压缩冲程 在飞轮带动下，曲轴继续旋转推动活塞由下止点向上止点运动。这时进、排气门均关闭，在活塞移动中气缸内的容积逐渐减小，而气体的压力和温度逐渐升高。当活塞移动到上止点时，气缸内气体的压力可达到29404410千帕（3045千克力.平方厘米），温度可达500700摄试度（比柴油的自燃温度高150250摄试度）。至此活塞移动了第二个冲程，曲轴累计回转了一圈，压缩冲程终了。 3、作功冲程 当压缩冲程接近终了时，进、排气门继续关闭，喷油器开始向气缸内喷入雾状柴油，在 气缸内高温空气的作用下，油雾很快被蒸发，并与高温空气混合成可燃混合气体而迅速自行着火燃烧，放出大量热能，使气缸内气体受热发生猛烈膨胀，气体的压力迅速增到59008800千帕（6090千克力/平方厘米），温度可达15002000摄试度。从而产生很大的推力迫使活塞从上止点向下止点运动，并通过连杆使曲轴旋转，从而带动飞轮旋转，起储能作用，将柴油发出的热能转变为曲轴旋转的机械能。随着活塞向下止点运动，气缸内气体的压力和温度下降。至活塞移动到下止点，曲轴累计回转了一圈半，作功冲程终了。 4、排气冲程 由飞轮带动，曲轴继续旋转，活塞由下止点移向上止点，通过配气机构开启排气门，气缸中燃烧后的废气被向上运动的活塞挤压，经排气门排出气缸，排气的温度为300500摄试度，压力为103122千帕（1.051.25千克力/平方厘米），活塞到达上止点时，排气冲程结束，排气门关闭。至此，活塞移动了四个冲程，曲轴累计回转两圈。 上述四个冲程完成后，即完成了一个工作循环。当活塞再次从上止点移向下止点时，又开始了第二个工作循环。这样周而复始，柴油机连续运转，不断向外输出动力。在这个工和循环中曲轴回转了两圈，活塞经过了四个冲程，所以称这种柴油机为四冲程柴油机。 （二）四冲程汽油机的工作过程 四冲程汽油机的工作过程与四冲程柴油机的工作过程基本相同，每一个工作循环同样有进气、压缩、作功、排气四个冲程。其主要区别有以下几点： 1、在进气过程中，进入气缸的不是纯空气，而是空气与汽油相混合的可燃混合气。在进气通道上装有化油器，空气在进气冲程的吸力作用下，以较高的流速流经化油器，将被吸入化油器喉管的汽油吹散和雾化，形成可燃混合气进入气缸。 2、汽油机吸入的混合气是由电火花强制点火，而不是压缩自燃（压缩比较小，压力和温度都比较低，不足以引起自燃）。在气缸兽上装有火花塞，当活塞在压缩冲程运行到临近上止点时，炎花塞在高压电的作用下产生电火花将可燃混合气点燃。 从以上柴油机和汽油机的工作过程中可以见到在工作循环中只有一个作功冲程是活塞驱动曲轴旋转而作功的，其它三个冲程都是为作功冲程作准备，均需要由曲轴带动活塞运动，要消耗一部分能量。因此，在曲轴的一端均装有一转动惯量较大的飞轮。在作功冲程驱动曲轴及飞轮旋转，产生转动惯量带动在气缸中运动的。另外，单缸四冲程内燃机曲轴每旋转两圈只有半圈（作功冲程）作功，运转不均匀，所以会产生较大的震动，因此在单缸机上都有尺寸较大的、重量较重的飞轮来储存能量，保持运转的平稳性。 （三）多缸四冲程内燃机的工作过程 具有两个或两个以上气缸的内燃机称为多缸内燃机。若单机要求较大的功率时，采用单缸内燃机则需加大气缸的直径和冲程，相应的零部件都要加大尺寸，使机器相当笨重。运动部件的运动惯量增大，难以平衡，导致工作起来不稳定，震动较大。因此，较大功率的内燃机，一般都不采用单缸加大缸径方式，而是采用较小缸径、多缸的型式。由于多缸内燃机的作功冲程是相互交替均匀分配的，所以多缸比单缸内燃机旋转均匀、工作稳定。 多缸四冲程内燃机可视为由多个单缸机共用一根曲轴和一个大机体组合而成的,每个气缸与单缸机一样各自完成本身的工作循环,只是各气缸的作功冲程相互错开,使各缸的同一冲程按一定的工作顺序排列组合。 二缸四冲程内燃机曲轴的两个曲柄位于同一平面内，方位相反而相互错开180度。 三缸四冲程内燃机曲轴的曲柄夹角互为120度，其工作顺序为12-3缸或1-3-2缸两种方式。三缸四冲程内燃机作功间隔是均匀的，在每一缸的作功冲程后都有60度的间歇时间，下缸才开始作功，三缸机运转平稳，是小缸径多缸机的发展方向。 （四）二冲程内燃机的工作过程 四冲程内燃机的曲轴旋转两圈，活塞经过了四个冲程才完成一个工作循环；而二冲程内 燃机的曲轴转一圈，活塞经过两个冲程就可完成一个工作循环，这是四冲程与二冲程内燃机的基本区别。 第一冲程：当活塞从下止点向上止点运动时，活塞起着一个上挤下吸的作用。在运动中活塞关闭了换气孔和排气孔，在活塞的上部使进入气缸内燃机混合气受到压缩。当活塞继续上升，活塞的下部将进气孔打开时，开始吸气，由于曲轴箱的容积不断增加，产生吸力，化油器中的可燃混合气便被吸入曲轴箱。 第二冲程：当活塞接近上止点时，火花塞点燃被压缩的可燃混合气，活塞起着上推下压作用。在活塞上方燃气膨胀产生的压力使活塞向下移动而作功。当活塞继续向下移动时，在活塞的下方首先关闭气孔，使曲轴箱内的可燃混合气受到挤压，当继续向下移动时，排气孔被打开，气缸中的废气受到燃气压力的作用自行排出。当活塞再向下移动时，换气孔被打开，曲轴箱内受挤压的可燃气体经换气孔进入气缸，并帮助驱扫废气。该扫气过程实际上是排气和进气两个工作过程的结合，一直到活塞经过下止点后，再向上运动将换气孔和排气孔封闭后才结束。 由此可知，二冲程汽油机没有一个单独的进气和排气冲程，进气和排气过程分别是与压缩和作功的过程同时进行的。所以，二冲程汽油机曲轴转一圈，活塞走两个冲程即完成一个工作循环。 中华玉米网：内燃机的基本工作原理是什么？ 内燃机的基本工作原理是利用燃料在气缸内燃烧产生的热能，通过受气体膨胀推动活塞移动，再经过；连杆传递到曲轴使其旋转做功。 内燃机在实际工作时，有热能到机械能的转变是无数次的连续转变，而每次能量转变，都必须经历进气、压缩、做功和排气四个过程。每进行一次进气、压缩、做功，排气叫做一个工作循环。若曲轴旋转两周，活塞经四个冲程完成一个工作循环的叫做四冲程内燃机；若曲轴转一圈，活塞只经过两个冲程就完成一个工作循环叫做二冲程内燃机。 1)四冲程柴油机的工作过程 四冲程柴油机的工作过程 (1)进气行程 进气行程是实现吸进新鲜空气的过程。靠飞轮旋转惯性的作用转动曲轴，将活塞由上止点位置逐渐拉向下止点。这时通过配气机构开启进气门、关闭排气门，随着活塞向下移动，气缸内的容积逐渐增大，产生真空吸力，新鲜空气不断地被吸入气缸。为了进气充足，进气门在上止点前开启，越过下止点后关闭。 (2)压缩行程 在飞轮带动下，曲轴继续旋转推动活塞由下止点向上止点运动，这时进、排气门都关闭。在活塞移动中气缸内的容积之间减小，而气体的压力和温度逐渐升高。当活塞移动到上止点时，气体压力可达2.9-4.4MPa，温度可达500-700，至此活塞移动了第二个行程，曲轴累计回转了一周，压缩行程终了。 (3)做功行程 当压缩行程接近终了时，进、排气门都继续关闭，喷油器开始向气缸内喷油。雾状柴油与高温高压空气混合形成可燃混合气而迅速自行着火燃烧，放出大量热能，使气缸内的气体受热发生猛烈膨胀，气体压力迅速增到5.9-8.8MPa温度可达1500-2000，从而产生很大的推力，迫使活塞从上止点向下止点运动，并通过连杆使曲轴旋转，向外输出功率。随着活塞向下止点运动，气缸内气体的压力和温度下降。至活塞移动到下止点，曲轴累计回转了一圈半，做功行程结束。 (4)排气行程 由飞轮带动，曲轴继续旋转，活塞由下止点移向上止点，通过配气机构开启开启排气门，气缸中燃烧的废气被向上运动的活塞挤压，经排气门排出气缸，排气温度可达300-500，压力为0.10-0.12MPa。活塞到达上止点时，排气行程结束。为减少排气阻力，并使废气排得干净，排气门在下止点前来气，上止点后关闭。 上述四个行程完成后，即完成一个工作循环。当活塞再次从上止点移向下止点时，又开始了第二个工作循环，这样周而复始，柴油机连续运转，不断向外输出动力，在一个工作循环中曲轴回转了两圈，活塞经过了四个行程，所以称这种柴油机为四冲程柴油机。 2)二冲程汽油机工作过程 二冲程汽油机的工作循环，是活塞在气缸内上、下止点间运行两次，曲轴旋转一周的时间内完成的。二冲程汽油机的工作循环虽然包括：进气、压缩、做功、排气等过程，但不像四冲程柴油机那样界线分明地截然分开，而是在两个行程中交替出现这些过程的。 一般二冲程汽油机没有前面所介绍的那样进、排气门，而是在气缸壁上开有进气口、排气口和扫气口。它们随着活塞上下移动在一定时刻没被遮蔽或露出，以进行进气和排气，此外曲轴箱是封闭的。在了解它的工作过程时，不但注意气缸内的工作情况，同时要注意曲轴箱的工作情况。 第一行程。活塞由下止点移动，在关闭扫气口和排气口后，气缸内可燃混合气受到压缩。与此同时，曲轴箱内由于产生真空，当进气口被打开时，从进气口吸入混合气，活塞继续上 移至接近上止点时，火花塞点火，可燃混合气燃烧膨胀，推动活塞下行而做功。 第二行程。活塞由上止点向下止点移动，进气口被关闭，在前一行程吸入曲轴箱中的可燃混合气被压缩。当活塞继续下移到排气口被打开时，废气被排出，紧接着扫气口被打开，曲轴箱中已被压缩的可燃混合气就由扫气口进入气缸内，使废气进一步被排除出去。 发动机的工作原理及发展趋势 摘要： 发动机在汽车生产方面起着核心性作用，而我国发动机产业由于起步较晚，相对于国外的发动机产业来说在动力性、经济性、环保性方面都不理想。近20 年来, 面对世界石油资源日趋枯竭给社会发展带来的压力，世界汽车界不停地在寻找实现汽车工业可持续发展的解决方法。 一、引言 发动机是的工业的心脏，生活的助力器，它与我们的生活密不可分。 发动机在国外的发展已有上百年的历史了，但国内的发动机制造技术却还处于起步阶段，本文主要讨论汽车发动机的发展史、工作原理、种类、故障原因及国内发动机的未来发展趋势。掌握国内发动机的工作生产需求方向，了解国内现有的发动机生产工艺，是在今后的发动机制造生产中不可缺少的基础。 二、发动机的发展史 18世纪中叶，瓦特发明了蒸气机，此后人们开始设想把蒸汽机装到车子上载人。法国的居纽是第一个将蒸汽机装到车子上的人。1770年，居纽制作了一辆三轮蒸汽机车。这辆车全长7.23米，时速为3.5公里,是世界上第一辆蒸汽机车。 1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机，并于1860年申请了专利。发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽，使用电池和感应线圈产生电火花，用电火花将混合气点燃爆发。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等。煤气机是内燃机的初级产品，因为煤气发动机的压缩比为零。 1867年，德国人奥托受里诺研制煤气发动机的启发，对煤气发动机进行了大量的研究，制作了一台卧式气压煤气发动机，后经过改进，于1878年在法国举办的国际展览会上展出了他制作的样品。由于该发动机工作效率高，引起了参观者极大的兴趣。在长期的研究过程中，奥托提出了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础。德国人奥姆勒和卡尔本茨根据奥托发动机的原理，各自研制出具有现代意义的汽油发动机，为汽车的发展铺平了道路。 1892年，德国工程师狄塞尔根据定压热功循环原理，研制出压燃式柴油机，并取得了制造这种发动机的专利权。 1957年，德国人汪克尔发明了转子活塞发动机，这是汽油发动机发展的一个重要分支。转子发动机的特点是利用内转子圆外旋轮线和外转子圆内旋轮线相结合的机构，无曲轴连杆和配气机构，可将三角活塞运动直接转换为旋转运动。它的零件数比往复活塞式汽油少40%，质量轻、体积小、转速高、功率大。1958年汪克尔将外转子改为固定转子为行星运动，制成功率为22.79千瓦、转速为5500转/分的新型旋转活塞发动机。该机具有重要的开发价值，因而引起各国的重视。日本东洋公司（马自达公司）买下了转子发动机的样机，并把转子发动机装在汽车上，可以说，转子发动机生在德国，长在日 本。 三、发动机的工作原理及分类 一、发动机的工作原理 发动机的工作原理主要包括进气、压缩、作功、排气四个过程。要完成热能向机械能的转换必须经过进气，把可燃混合气(或新鲜空气)引入气缸;然后将进入气缸的可燃混合气(或新鲜空气)压缩，压缩接近终点时点燃可燃混合气(或将柴油高压喷入气缸内形成可燃混合气并引燃);可燃混合气着火燃烧，膨胀推动活塞下行实现对外作功;最后排出燃烧后的废气。 图1. 内燃式发动机总体构造 进气、压缩、作功、排气四个过程即为发动机的一个工作循环，工作循环不断地重复，就实现了能量转换，使发动机能够连续运转。 其中，完成一个工作循环，曲轴转1圈(360)，活塞上下往复运动2次，称为二 行程发动机。而把完成一个工作循环，曲轴转2圈(720)，活塞上下往复运动四次，称为四行程发动机（如图1所示）。 二、四行程汽油机的工作原理 四行程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程的顺序不断循环反复的（如图2所示）。 1）进气行程 由于曲轴的旋转，活塞从上止点向下止点运动，这时排气门关闭，进气门打开。进气过程开始时，活塞位于上止点，气缸内残存有上一循环未排净的废气，因此，气缸内的压力稍高于大气压力。随着活塞下移，气缸内容积增大，压力减小，当压力低于大气压时，在气缸内产生真空吸力，空气经空气滤清器并与化油器供给的汽油混合成可燃混合气，通过进气门被吸入气缸，直至活塞向下运动到下止点。 实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开，并且延迟到下止点之后关闭，以便吸入更多的可燃混合气。 图2 四行程发动机内部工作原理 2）压缩行程 曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，气缸内成为封闭容积，可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高，当活塞到达上止点时压缩行程结束。此时气体的压力和温度主要随压缩比的大小而定，可燃混合气压力可达0.6 1.2MPa，温度可达600700K。 压缩比越大，压缩终了时气缸内的压力和温度越高，则燃烧速度越快，发动机功率 也越大。但压缩比太高，容易引起爆燃。 所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高，可燃混合气在没有点燃的情况下自行燃烧，且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播，造成尖锐的敲缸声。会使发动机过热，功率下降，汽油消耗量增加以及机件损坏。轻微爆燃是允许的，但强烈爆燃对发动机是很有害的。 3）作功行程 作功行程包括燃烧过程和膨胀过程，在这一行程中，进气门和排气门