内燃机基本知识课件

内燃机基本知识主讲：赵叫回日期：2013年3月内燃机基本知识1

内燃机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。汽油机由两大机构和五大系统组成，即由曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成；柴油机由两大机构和四大系统组成，即由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系和起动系组成，柴油机是压燃的，不需要点火系。

内燃机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无2内燃机基本知识ppt课件3

1、曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由汽缸体、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。发动机做功的过程就是将热能转换成机械能的过程。1、曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量4

2、配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。

2、配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，5内燃机基本知识ppt课件6内燃机基本知识ppt课件7

3、汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。3、汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出8内燃机基本知识ppt课件9内燃机基本知识ppt课件10

4、润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。

4、润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清11内燃机基本知识ppt课件12内燃机基本知识ppt课件13内燃机基本知识ppt课件14内燃机基本知识ppt课件15

5、冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。

5、冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出16内燃机基本知识ppt课件176、在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。6、在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，18内燃机基本知识ppt课件197、要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。7、要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力20内燃机基本知识ppt课件21内燃机基本知识ppt课件22一、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，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，在气缸盖上进气通道和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。

一、内燃机的构造和有关名词

为了说明内燃机的23（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。

（1）上止点（又叫上死点）——活塞顶面位移到距离曲轴24（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16—20MPa。汽油机压缩比的范围一般为6—8MPa。（5）气缸工作容积——活塞在上下止点位置时其间的气缸25单缸汽油机构造简图单缸汽油机构造简图26内燃机基本知识ppt课件27二、内燃机的基本名词定义1）上止点（TDC,TopDeadCenter）2）下止点（BDC,BottomDeadCenter）3）曲柄半径（mm)：R4）活塞行程（mm)：S=2R5）气缸工作容积(L)：(D——气缸直径）6）燃烧室容积（余隙容积）(L)：Vc7）气缸最大容积（L）：Va8）内燃机排量(L)：VL=Vh•i9）压缩比：=Va/

Vc二、内燃机的基本名词定义1）上止点（TDC,TopDea28上止点下止点上止点下止点29上止点下止点上止点下止点30工作容积2R工作容积2R31内燃机基本知识ppt课件32内燃机基本知识ppt课件33内燃机基本知识ppt课件34内燃机基本知识ppt课件35压缩比定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比称为压缩比。用ε表示。ε=Va/Vc压缩比过大的不良后果

压缩比定义：压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比36压缩比过大的不良后果名称成因现象后果爆燃由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。火焰以极高的速率向外传播，形成压力波，以声速向前推进。当压力波撞击燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重爆燃时甚至造成气门烧毁、轴瓦破裂，火花塞绝缘体击穿等。表面点火由于燃烧室内炽热表面与炽热处(如排气门头，火花塞电极，积炭处)点燃混合气产生的另一种不正常燃烧。伴有强烈的较沉闷敲击声。产生的高压会使发动机机件负荷增加，寿命降低。返回压缩比过大的不良后果名称成因现象后果爆燃由于气体压力和温度过37

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，活塞经过四人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。

二、内燃机的工作原理

内燃机的工作原理是利38§1-2四冲程内燃机工作原理

一、四冲程内燃机工作循环

四冲程内燃机——活塞上、下共四个行程，曲轴旋转二周（720

），完成一个工作循环的内燃机。

四冲程内燃机由下述四个冲程组成一个工作循环 1.进气冲程 2.压缩冲程 3.作功冲程 4.排气冲程 (动画：四冲程内燃机工作原理)§1-2四冲程内燃机工作原理

一、四冲程内燃机工作循39四冲程内燃机工作循环示意图四冲程内燃机工作循环示意图40四冲程发动机的简单工作原理

四冲程汽油机的工作原理

1、进气行程2、压缩行程3、作功行程4、排气行程单缸四冲程汽油机的工作过程四冲程发动机的简单工作原理四冲程汽油机的工作原理单41内燃机基本知识ppt课件42四冲程柴油机的工作原理喷油器喷油泵吸气行程压缩行程作功行程排气行程进气门排气门纯空气温度300~370K压力800~900kPa温度800~1000K压力3~5MPa瞬时：温度1800~2200K压力5~10MPa温度800~1000K压力105~400kPa终了：温800~1000K压力105~400kPa四冲程柴油机的工作原理喷油器喷油泵吸气行程压缩行程作功行程43

（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。

（一）四冲程柴油机的工作过程四冲程柴油机的工作过程

44进气行程示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。排气门关闭进气门开启活塞温度370~440K，压力75~90kPa大气压力线PVra示功图上止点下止点进气行程示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况452、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2940～4410千帕（30～45千克力.平方厘米），温度可达500～700摄试度（比柴油的自燃温度高150～250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。

2、压缩冲程46压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：ε=Va/VcPVra示功图大气压力线c上止点下止点温度600~800K，压力600~1500kPa压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：PVra示功图大气473、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5900～8800千帕（60～90千克力/平方厘米），温度可达1500～2000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。

3、作功冲程

当压缩冲程接近终了时，进、排气48作功行程进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度2200~2800K，压力3~5MPa作功终了：温度1500~1700K，压力300~500kPa

作功行程进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图大气压力线cZ494、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300～500摄试度，压力为103～122千帕（1.05～1.25千克力/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。

4、排气冲程

由飞轮带动，曲轴继续旋转，活50排气行程进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气压力线cZb上止点下止点温度900~1200K压力105~125kPa残余废气排气行程进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图大气压力线cZb51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。上述四个冲程完成后，即完成了一个工作循环。当活塞再次52

（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。（二）四冲程汽油机的工作过程53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。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54（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。（三）多缸四冲程内燃机的工作过程55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1—2--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。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56（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。（四）二冲程内燃机的工作过程57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。第二冲程：当活塞接近上止点时，火花塞点燃被压缩的可燃58§1-3二冲程内燃机工作原理二冲程内燃机工作过程 二冲程内燃机——活塞上、下共二个行程，曲轴旋转一周（360

），完成一个工作循环的内燃机。仍由下述五个过程组成，即进气过程、压缩过程、燃烧过程、膨胀过程、排气过程。但进气、排气过程同时进行，俗称为换气过程扫气过程：大量扫气空气进入气缸，将废气从气缸驱出的过程。§1-3二冲程内燃机工作原理二冲程内燃机工作过程59二冲程工作过程动画二冲程工作过程动画60

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。由此可知，二冲程汽油机没有一个单独的进气和排气冲程61内燃机的种类内燃机的分类方法很多，按照不同的分类方法可以把内燃机分成不同的类型，下面让我们来看看内燃机是怎样分类的。内燃机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采用增压式的。比如移动电站和吊管机装配的康明斯6BTA5.9，NT855发动机，和东方红LR6105Z发动机。内燃机的种类62内燃机基本知识ppt课件63

内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。单列式发动机的各个气缸排成一列，一般是垂直布置的，但为了降低高度，有时也把气缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把气缸排成两列，两列之间的夹角<180°(一般为90°)称为V型发动机，若两列之间的夹角=180°称为对置式发动机。

内燃机按照气缸排列方式不同可以分为单列式和双列式。单64内燃机基本知识ppt课件65内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机。仅有一个气缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。

内燃机按照气缸数目不同可以分为单缸发动机和多缸发动机66内燃机基本知识ppt课件67

内燃机按照冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机是利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于气缸体与气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。内