第2章+内燃机.ppt

第2章内燃机、2.1内燃机的基本工作原理2.2内燃机的结构2.3内燃机常见故障检查、2.1内燃机的基本工作原理、2.1.1内燃机的分类将由燃料和空气构成的可燃混合气在汽缸中燃烧产生的热能转换为机械能的机械称为内燃机。 根据所使用燃料，内燃机根据分为汽油发动机和柴油发动机的气缸的数量，在能够分为单气缸机、双气缸机和多气缸机的循环方式中， 根据能够分为四冲程内燃机和二冲程内燃机点火方式，能够分为点火式内燃机和压燃式内燃机的冷却方式，能够分为空冷式内燃机和水冷式内燃机的转速，能够实现高速内燃机(额定转速为1000r/min以上)、中速内燃机(额定转速为7501000r/min ) 内燃机将燃料燃烧产生的热能转化为机械能，必须经过进气、压缩、燃烧膨胀和排气四个过程。 活塞在气缸内往复四次才能完成这四个过程，称为四冲程内燃机。活塞在气缸内往复运转就能完成这四个过程，称为双冲程内燃机。 2.1.2内燃机常用术语内燃机常用术语有7个。 (1)上死点和下死点。 活塞在气缸内往复直线运动时，其顶部能够到达的最高位置和最低位置分别称为上止点和下止点，如图2-1(a )、(b )所示。 图2-1内燃机的常用术语图，(2)活塞行程(行程)。 活塞从上止点移动到下止点的距离称为活塞行程。 活塞每运行一个行程，曲轴就旋转半周(180 )。 (3)燃烧室容积。 活塞位于上止点时，其顶部与气缸、气缸盖之间的空间称为燃烧室容积。 (4)气缸工作容积。 活塞从上死点到下死点通过的空间称为气缸工作容积。 气缸的工作容积也称为活塞排出量。 (5)气缸的总容积。 活塞位于下止点时，其顶部与气缸、气缸盖之间的空间称为气缸总容积。 很明显，气缸总容积是燃烧室容积和气缸工作容积之和。 (6)压缩比。 气缸的总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。 压缩比用于测量气体在气缸内的压缩程度。 压缩比越大，气体压缩后的密度、温度、压力也越高。 汽油发动机压缩比一般为68的柴油机的压缩比一般为1721。 (七)工作周期。 每当内燃机产生动力时，必须经过进气、压缩、燃烧膨胀和排气过程。 这个过程被称为内燃机的工作周期。 2.1.3四冲程汽油发动机的工作原理四冲程汽油发动机的工作过程如图2-2所示。 图2-2四冲程汽油发动机的工作过程，1 .进气冲程进气冲程前，活塞位于上死点，此时，进气门和排气门都关闭。 曲轴通过外力(手抖或电动)旋转，通过连杆使活塞从上止点下降，气缸容积增大，压力减小，与外部形成压力差。 此时，凸轮轴的凸轮推开进气门(排气门保持关闭)，混合气体因压力差而进入气缸，如图2-2(a )所示。 曲轴转半圈后，活塞到达下死点，进气阀关闭，气缸内充满新鲜混合气体，进气冲程完成。 2 .压缩行程的进气行程结束后，曲轴继续旋转，活塞离开下止点上升。 由于进排气阀关闭，活塞上升，气缸内的混合气被压缩时，如图2-2(b )所示，温度和压力上升。 曲轴旋转半圈后，活塞到达上止点，混合气被压缩到燃烧室内，压缩行程结束。 3 .燃烧膨胀行程的压缩行程结束的瞬间，火花塞电极间产生的火花点火混合气。 混合气燃烧时产生较高的压力，该压力作用于活塞顶部使活塞下降，活塞通过连杆驱动曲轴和飞轮，顺时针旋转，使其他机械工作。 如图2-2(c )所示。 活塞运转到下死点时，曲轴又旋转半圈，工作结束。 4 .排气行程的工作结束后，气缸内充满燃烧的废气。 此时，进气门保持关闭状态，排气门被凸轮推开，如图2-2(d )所示。在飞轮的旋转惯性力的作用下，曲轴继续旋转，活塞远离下死点上升，废气通过排气阀排出到气缸中。 曲轴旋转半圈后，活塞到达上止点，排气阀关闭，排气行程结束。 2.1.4四冲程柴油机的工作原理由于柴油机结构的特殊性，其工作原理与汽油机有一定差异。 1 .进气行程开始进气之前，活塞位于上止点，进气、排气阀关闭。 在外力的作用下，曲轴向顺时针方向旋转，活塞离开上死点下降，活塞上方的气缸容积增大，气缸内的压力降低的同时，凸轮轴打开吸气阀，外部空气在压力差的作用下通过吸气阀流入气缸。 曲轴旋转半圈后，活塞到达下止点，进气门关闭，进气行程结束。 图2-3四冲程柴油机的动作过程，2 .压缩行程曲轴持续旋转，活塞离开下死点上升，进排气阀关闭，因此气缸内的空气被压缩，空气温度和压力上升，如图2-3(b )所示。 3 .燃烧及膨胀行程压缩行程结束时，气体温度达到500750，压力达到3050kg/cm2。 此时，高压油泵送来的柴油通过喷油嘴以雾状的微粒子喷射到燃烧室，雾状的柴油和高温气体迅速混合着火燃烧，放出的热能使气缸内的气体温度和压力急剧上升。 高温高压气体如图2-3(c )所示，在气缸内迅速膨胀，在较大的压力下使活塞向下移动来发挥作用。 4 .排气冲程的燃烧膨胀冲程结束后，曲轴因飞轮的惯性而继续旋转，活塞离开下死点上升。 此时，排气阀打开，燃烧后的排气通过排气阀排出气缸外，如图2-3(d )所示。 曲轴旋转半周，活塞到达上止点后，排气阀关闭，排气行程结束。 如上所述，汽油发动机和柴油机的主要区别在于：汽油发动机进气过程中，进入汽缸的是由汽油和空气构成的可燃混合气体。 汽油发动机的可燃混合气在火花塞的火花上着火。 2.1.5二冲程汽油发动机的工作原理曲轴箱换气式二冲程汽油发动机的工作过程如图2-4所示。 二冲程汽油发动机与四冲程汽油发动机的主要区别在于，没有单独的配气机构，在汽缸壁上开设了高度不同的3个孔、进气孔、排气孔、换气孔。 进气孔的位置最低，进入新鲜混合气体的通路即排气孔的位置最高，排出废气的通路即换气孔位于两者之间，曲轴箱内的混合气体从该孔进入气缸。 图2-4二冲程汽油发动机的工作过程，1 .在第一冲程的第一冲程开始前，活塞位于下死点，排气孔和换气孔打开，进气孔关闭，气缸充满进入前循环的混合气体。 曲轴在外力作用下向顺时针方向旋转时，活塞离开下死点上升，关闭换气孔和排气孔，如图2-4(a )所示，气缸内的混合气体逐渐被压缩。 另一方面，由于活塞上升，曲轴箱内的容积增大，气压下降。 活塞下部打开吸气孔时，如图2-4(b )所示，混合气通过吸气孔进入曲轴箱。 2 .第二行程的第一行程结束后，火花塞产生的火花点燃气缸内的混合气体，通过气体膨胀使活塞离开上死点，活塞通过连杆向曲轴传递动力，使曲轴顺时针旋转。 活塞下降后不久，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气随着活塞下降而压缩。 活塞打开排气孔后，气缸内的废气在自身的压力下通过排气孔排出。 活塞进一步下降，打开换气孔，预压的混合气体从曲轴箱通过换气孔进入气缸，将剩馀的大部分废气排出气缸。 2.2内燃机结构，2.2.1曲柄连杆机构曲柄连杆机构的作用是将燃料燃烧产生的热能转化为机械能，将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动，驱动其他机械。 曲柄连杆机构分为固定部件和可动部件两大部分。 固定部件包括气缸体、气缸盖、气缸垫和曲轴箱。运动部件有活塞组、连杆组、曲轴、飞轮等。 1、固定机械固定部件支撑内燃机各机构和系统。 在工作中，固定部件受到的力量大，必须具有足够的强度和刚性。 四缸汽油机的固定部件如图2-5所示。 图2-5四缸汽油发动机的固定部件，1 )缸体的缸体是复杂形状的铸件。 气缸体中的圆筒形气缸是燃料燃烧和气体膨胀发挥作用的地方。 其内表面称为气缸壁，引导活塞往复运动，与活塞环配合保证密封。 气缸的型号有一体式和嵌套式两种。 2 )气缸盖和气缸垫圈的气缸盖安装在气缸体的上部，也称为气缸盖，其主要作用是：密封气缸，构成气缸、活塞和燃烧室；吸排气阀、阀挡块组、喷油嘴和火花塞等、图2-6活塞连杆组、2 .活塞连杆组活塞连杆组如图2-6所示，由活塞、活塞环、活塞销和连杆等构成。 1 )活塞、气缸和气缸盖承受构成燃烧室的燃烧气体的压力，通过活塞销和连杆传递给曲轴。 安装在活塞上的活塞环发挥密封气缸的作用，同时将活塞的热量传递给气缸壁。 二冲程内燃机的活塞还具有控制进气、换气、排气孔开闭的作用。 2 )活塞环的活塞环有气环和油环两种。 空气环的作用是密封气缸，防止漏气，将活塞的热量传递给气缸。 油环的作用是进入燃烧室去掉多馀的油，以免排气管冒烟。 在自由状态下，活塞环稍大于气缸缸径。 与活塞一起组装到气缸中后，活塞环通过自己的弹力紧贴在气缸壁上。 安装在气缸上后，空气环和油环的开口部需要一定的间隙，该间隙称为活塞环开口间隙。 3 )活塞销连接活塞和连杆，将活塞承受的气压传递给连杆。 为了减轻重量，一般活塞销为中空圆柱体。 4 )连接连杆和连杆轴承的活塞和曲轴的零件称为连杆。 将活塞受到的气体压力传递给曲轴，起到将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动的作用。 3 .曲轴和飞轮的曲轴作用是将来自连杆的动力传递到其他设备，驱动配气机构和其他辅助装置。 工作中，曲轴受到活塞和连杆的气体压力和旋转惯性力，这些力的大小和方向不断变化，曲轴必须具有足够的强度和刚性。 曲轴的结构有整体式和组合式两种。 一体式曲轴的结构如图2-7所示。 由主轴颈、连杆轴颈、曲柄臂、平衡配重、曲轴的前端和后端等构成。 一体式曲轴一般由铜模锻造，制造困难，适用于中小型内燃机。 图2-7曲轴和飞轮的结构，2.2.2配气机构根据内燃机的工作行程，定期开闭吸排气阀，吸入充足的新鲜空气(柴油机)和可燃混合气(汽油发动机)，将燃烧的废气排出汽缸。 有两种担心的方式。 一种是阀式配气机构，凸轮轴驱动阀来控制吸排气过程的另一种是在缸壁开设吸排气孔，通过活塞在缸内的上下移动来控制吸排气孔的开闭的气孔式配气机构，是采用双冲程汽油发动机的配气形式。 配气机构由阀组、传动组、驱动组三大部分组成。 1 .阀组的阀组如图2-8所示，由阀、阀座、阀导轨、阀弹簧、弹簧座、锁定板等构成。图2-8阀组、图2-9阀组、2 .阀组的阀组主要由挺杆、推杆、摇臂、摇臂轴等构成。 如图2-9所示。 传动组的作用是将凸轮轴凸轮压在挺杆的上下运动上，摇臂围绕固定轴摆动，控制进排气阀的开闭。 挺杆的作用是将凸轮的推力传递给推杆。 推杆将挺杆承受凸轮的推力传递给摆臂。 其下端与挺杆接触，上端与固定在摇臂一端的调节螺钉接触。摇臂安装在摇臂轴上，是不等长的双臂杆，阀的一端是长臂，推杆的一端是短臂。 3 .如图2-10所示，驱动组的阀驱动组由凸轮轴和阀正时齿轮构成。 其作用是控制阀门的打开时机和打开高度。 图2-10阀驱动组、2.2.3汽油发动机供油系统根据汽油发动机的工作情况，供油系统及时向汽缸输送一定量和浓度的可燃混合气体，排出燃烧后的废气。 供油系统一般由汽油箱、汽油过滤器、油开关、管线、汽油泵、化油器、空气滤清器、吸气管、排气管、消音器、调速器等部件构成，如图2-11所示。 汽化器汽化器的作用是将汽油雾化，与空气按一定比例混合，形成可燃混合气体，进入汽缸，同时根据负荷和转速的变化调节混合气体的浓度，控制进入汽缸的混合气体量。 1 )化油器的基本工作原理化油器一般由浮子、浮子室、针阀、供油管、通气孔、主量孔、径向面罩、节流阀、吸气管、主喷嘴以及几个补偿装置构成。 图2-12化油器的基本结构；2 )化油器的怠速装置汽油发动机在怠速、怠速、低负荷时需要少量浓厚的混合气体，但在汽油发动机怠速运转时，由于单纯化油器的节气门开度小，因此，狭道部的气压与外部气体的气压大致相同，玫瑰因此，必须设法增加喷射量。 因此，如图2-13所示，能够在节气门后设置怠速油喷射孔。 另外，图2-13化油器的怠速装置、3 )在搭载于空气补偿装置汽油发动机中进行动作时，需要稍微稀薄的混合气体，混合气体应该随着负荷变大而逐渐稀薄。 因此，在实用汽化器中设置了空气补偿装置。 空气补偿装置的结构如图2-14所示。 另外，图2-14化油器的空气补偿装置，4 )起动装置汽油发动机起动时，要求供给适量的过浓的混合气体。 但是，此时转速低，空气进入气缸的流速也低，喷射量极少，混合气浓度不能满足起动要求，因此在简单化器中增设起动装置。 启动装置的结构简单，如图2-15所示，在径向面罩前面的气道上设置阻风门。 图2-15化油器的起动装置，2 .汽油发动机是压力式供油系统，油箱的位置一般比化油器低，必须用低压供油泵将油箱的汽油逐渐泵入化油器。 低压油泵的型号很多，但基本原理相同，以下重点介绍膜式油泵。 1 )膜式油泵的结构膜式汽油发动机的结构如图2-16所示。 它由以下五个部分组成： 加油的部分有加油口、过滤器、加油道、加油阀等。 压油部分：包括泵皮、泵室、复位弹簧等。 驱动部：包括偏心轮、推杆、推杆弹簧、钩、拉杆等。 机油部分：包括机油阀、气动室、机油口等。 其他部分：方向盘、泵壳、杯子等。 图2-16膜式汽油泵，2 )工作过程(1)供油：偏心轮的偏心部分向上推压推杆时，推杆的弹簧被压缩，拉伸钩向下拉拉杆，使泵皮下行走，压缩回位弹簧。 此时，泵室内的容积增大，压力降低，加油阀打开，汽油因压力差，从加油口通过供油路、过滤器、加油阀进入油泵室。 (2)压力油和油：偏心轮的偏心部分旋转时，推杆处于回位弹簧作用的下一个位置，不受推杆的控制，此时泵皮在回位弹簧的作用下上升，推杆和推杆也上升。 泵室的油在泵皮上被压缩，此时加油阀受压关闭，加油阀受压打开，泵室的油通过加油阀流出，一部分从加油口流向汽化器的其他部分进入气压室，压缩其中的空气。(3)供油量的自动调节：汽化器浮子室内的油面上升到一定高度时，三角针堵住汽化器的供油口，泵室的汽油不能排出，复位弹簧无法返回泵皮，拉杆和拉杆处于最低位置，偏心轮持续推压推杆直到泵房汽油再次流入汽化器，泵皮、回位弹簧、拉杆和钩子才能恢复工作。 (4)人工泵油：汽油泵有把手，可以利用把手驱动吊钩，完成人工泵油。 3 .调速器1 )调速器的作用汽油发动机向发电机供电时，发电机的输出电流根据电气设备的需要而增减，输出电