《内燃机工作原理》课件

内燃机工作原理本课件将带您深入了解内燃机的运作机制，从基本原理到核心组件，为您揭示其高效动力背后的奥秘。内燃机的发展历程1791年罗伯特·斯特林发明了第一台热气机，为内燃机的出现奠定了基础。1860年法国工程师艾蒂安·勒诺瓦制造出第一台内燃机，但效率低下且难以控制。1876年奥托发明了四冲程汽油机，标志着内燃机进入实用阶段。1892年鲁道夫·狄塞尔发明了柴油机，高效低耗，成为现代内燃机的重要分支。20世纪内燃机技术不断发展，性能不断提高，广泛应用于汽车、船舶、航空等领域。现代电子控制技术、增压技术、燃料喷射技术等不断革新内燃机，提高燃油效率和降低排放。内燃机的分类汽油发动机汽油发动机是利用汽油作为燃料，通过点燃混合气体使其燃烧做功的发动机。汽油发动机的特点是功率重量比高，启动容易，运转平稳，但燃油经济性较差。柴油发动机柴油发动机是利用柴油作为燃料，通过压缩空气使其温度升高，达到燃点从而自燃的发动机。柴油发动机的特点是燃油经济性好，扭矩大，但启动较困难，运转噪音较大。燃气发动机燃气发动机是利用天然气、液化石油气等燃料，通过点燃或自燃的方式使其燃烧做功的发动机。燃气发动机的特点是排放污染物少，但功率较低，对燃料质量要求较高。汽油发动机工作原理1进气行程吸入新鲜空气2压缩行程压缩混合气3做功行程混合气燃烧，推动活塞4排气行程排出废气汽油发动机的工作原理是利用汽油与空气的混合气在气缸内燃烧产生的能量推动活塞做功，进而带动曲轴旋转，最终输出动力。整个过程可分为四个行程，分别是进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程，这四个行程依次循环进行。柴油发动机工作原理1压缩空气柴油发动机通过压缩空气来提高温度，达到燃点。2喷射燃料在压缩空气达到燃点时，喷射燃料并点燃。3燃烧膨胀燃料燃烧产生高温高压气体，推动活塞做功。4排气循环燃烧后的废气被排出气缸，完成一个工作循环。柴油发动机的工作原理不同于汽油发动机，它主要依靠压缩空气达到燃点，然后喷射燃料进行燃烧。这个过程分为四个阶段：压缩空气、喷射燃料、燃烧膨胀和排气循环。四行程发动机工作过程1进气行程活塞从上止点向下运动，进气门打开，新鲜混合气体被吸入气缸。2压缩行程活塞从下止点向上运动，进气门关闭，混合气体被压缩，温度和压力升高。3做功行程压缩后的混合气体被点燃爆炸，高温高压燃气推动活塞向下运动，产生动力输出。4排气行程活塞从下止点向上运动，排气门打开，燃烧后的废气被排出气缸。两行程发动机工作过程1进气与压缩活塞向下运动，新鲜混合气从进气口进入气缸，同时排出废气。2做功混合气被点燃爆炸，推动活塞向上运动，将热能转化为机械能。3排气与进气活塞向上运动，排出燃烧后的废气，同时新鲜混合气通过转子进入气缸。两行程发动机的工作过程比四行程发动机简单，在一个工作循环中完成进气、压缩、做功和排气四个过程，但由于没有单独的进排气行程，因此排气效率较低，燃油消耗量较大。气缸结构及类型气缸是内燃机的核心部件，负责燃烧燃料并产生动力。其结构主要包括缸体、缸盖、活塞、活塞环和气门等。气缸的类型主要有单缸、多缸和卧式、立式等，不同的类型会影响发动机的性能和结构。气缸体通常由铸铁或铝合金制成，具有良好的强度和耐热性，可以承受高温高压的燃烧气体。缸盖则密封在缸体顶部，用于固定气门、火花塞或喷油器等部件，并提供冷却水流通的通道。活塞是安装在缸体内并与连杆相连的部件，在燃烧气体的推动下上下运动，从而带动曲轴旋转输出动力。活塞环则密封在活塞上，用于防止燃烧气体泄漏到曲轴箱内，并有助于传递热量。气门是连接气缸和外部的通道，负责进气和排气，其形状和大小会影响发动机的进排气效率。气缸的结构和类型会影响发动机的性能，例如单缸发动机结构简单，但振动较大；多缸发动机结构复杂，但运转平稳，功率也更大。不同的气缸类型适用于不同的应用场景，例如单缸发动机适合小型机动车，多缸发动机适合大型机械设备。曲轴系统构造曲轴系统是内燃机的重要组成部分，它将活塞的往复运动转换为旋转运动，并将发动机的动力输出到传动系统。曲轴系统主要由曲轴、曲轴轴承、飞轮和扭振阻尼器等组成。曲轴是曲轴系统的核心，它是一个形状复杂的钢制零件，通常由锻造而成。曲轴的结构包括主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡重和轴颈等。主轴颈安装在发动机缸体上，连杆轴颈连接连杆，曲柄将活塞的直线运动转换为旋转运动，平衡重用来平衡曲轴的惯性力，轴颈是曲轴的支撑部位。连杆和曲柄机构连杆和曲柄机构是内燃机中将活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动的关键机构，也是内燃机的主要传动机构之一。它主要由连杆和曲柄组成，连杆的一端连接着活塞销，另一端连接着曲柄销，曲柄通过轴承固定在曲轴上。连杆和曲柄机构的作用是将活塞往复运动的能量传递给曲轴，从而驱动发动机运转。它还能够将曲轴的旋转运动传递给其他部件，如气门机构、冷却系统等。同时，连杆和曲柄机构还能够缓冲活塞的惯性力，并将其转化为旋转力，从而提高发动机效率。活塞和活塞环活塞是内燃机的核心部件之一，它在气缸内往复运动，将燃烧产生的气体压力转化为机械能。活塞环则安装在活塞上，起到密封气缸、控制油耗和散热的作用。活塞主要由头部、裙部和活塞销孔组成，头部承受高温高压燃气，裙部则在气缸内滑动，活塞销孔连接连杆。活塞环通常有压缩环和油环两种，压缩环主要用于密封气缸，防止燃气泄漏，油环则用于刮除气缸壁上的多余润滑油。气门机构的作用控制气体进出气门机构负责控制气缸内的进气和排气过程，确保在适当的时间将新鲜空气送入气缸，并将废气排出气缸，为燃烧提供必要的条件。精确控制气门开启和关闭时间气门机构确保气门在发动机工作循环的特定阶段精确地打开和关闭，以实现最佳的进气、压缩、燃烧和排气过程。提高发动机效率通过精确控制气门的动作，气门机构可以优化气缸内的气体交换过程，提高发动机的工作效率，降低燃油消耗，减少排放污染。气门机构的构造气门弹簧气门弹簧是气门机构的重要组成部分，它负责将气门推回关闭状态。气门弹簧需要承受高温和高压，因此通常由高强度钢制成。气门摇臂气门摇臂连接凸轮轴和气门，通过旋转运动将凸轮轴的运动传递给气门，从而控制气门的开闭。气门导管气门导管是气门在气门座中的滑動轨道，它可以减少气门与气门座之间的摩擦，提高气门密封性。气门座气门座是气门安装在气缸盖上的支撑结构，它通过密封环与气缸盖紧密结合，防止气体泄漏。进排气系统进气系统进气系统是将空气吸入气缸，并将其与燃料混合，为燃烧做准备。它包括空气滤清器、进气管、节气门、进气歧管等部件。空气滤清器过滤空气中的灰尘和杂质，防止发动机磨损。进气管将空气输送到节气门，节气门控制进入气缸的空气量。进气歧管将空气分配到各个气缸。排气系统排气系统将燃烧后的废气排出气缸，并将其排放到大气中。它包括排气歧管、排气管、消声器等部件。排气歧管收集各个气缸的废气，排气管将废气输送到消声器。消声器降低废气的噪声，并防止有害气体污染环境。点火系统的作用1提供点火能量点火系统通过产生高压电火花，将燃料与空气混合物点燃，从而引发燃烧过程。2控制点火时间点火系统可以精确控制点火时间，确保燃料在最佳时机燃烧，以提高发动机效率和性能。3保证点火可靠性点火系统的设计要确保在各种工况下都能可靠地点火，以保证发动机正常运转。点火系统的类型机械式点火系统机械式点火系统主要依靠发动机转速控制点火时刻。该系统结构简单，成本低廉，但受发动机转速的影响较大，点火时刻难以精确控制。电子式点火系统电子式点火系统采用电子控制单元（ECU）控制点火时刻，并能根据发动机负荷、转速等因素进行调整，点火时刻控制精确，性能稳定，可以提高燃油经济性和排放水平。供油系统的作用为发动机提供燃料供油系统的主要任务是将燃料从油箱输送到发动机气缸，并根据发动机的工作状态调节燃料供应量。控制燃料喷射时机和喷射量供油系统通过喷油器或喷油泵将燃料精确地喷入气缸，确保燃料在最佳时机点火燃烧，提高发动机效率和燃油经济性。保证燃料的清洁和安全供油系统包含滤油器等部件，过滤掉燃料中的杂质，防止堵塞喷油器和燃油管道，确保燃料的清洁和安全。汽油供油系统构造汽油供油系统负责将汽油从油箱输送到发动机气缸，并根据发动机工况控制燃油喷射量和喷射时间，保证发动机正常燃烧。主要包括以下部件：燃油箱：存储燃油燃油泵：将燃油从燃油箱输送到发动机燃油滤清器：过滤燃油中的杂质燃油管路：输送燃油燃油压力调节器：控制燃油压力喷油器：将燃油喷入气缸电子控制单元（ECU）：控制整个供油系统的运行柴油供油系统构造高压油泵高压油泵是柴油供油系统的核心部件，它负责将柴油加压到足够高的压力，以便将柴油喷入气缸。喷油器喷油器是柴油供油系统中将柴油喷入气缸的部件，它能够精确控制喷油量和喷油时间，确保燃料能够在最佳时机进入气缸。油轨油轨是柴油供油系统中连接高压油泵和喷油器的管道，它负责将高压油输送到每个喷油器，确保燃料能够均匀分布到每个气缸。油箱油箱是储存柴油的容器，它通常位于发动机下方，并通过管道连接到高压油泵。燃料喷射原理1控制精度燃料喷射系统能够精确控制燃油的喷射量、喷射时间和喷射压力，从而实现更精确的燃油控制，提高燃油经济性和发动机性能。2节能减排燃料喷射系统可以根据发动机工况需求精确控制喷射燃油量，减少燃油浪费，并有效控制排放，符合环保要求。3提升性能燃料喷射系统能够快速响应发动机工况变化，提高发动机启动性能、加速性能和动力输出。燃料喷射泵燃料喷射泵是柴油发动机供油系统中的核心部件，其作用是将柴油从油箱输送到喷油器，并根据发动机的工况调节喷油量和喷油时间。常见的燃料喷射泵类型包括：机械式喷射泵：通过凸轮轴驱动，结构简单，成本低廉，但精度较低。电子控制式喷射泵：通过电子控制单元（ECU）控制喷油量和喷油时间，精度高，可实现精确控制。燃料喷射泵的性能直接影响发动机的燃油经济性和排放水平，因此选择合适的燃料喷射泵至关重要。喷油嘴的结构喷油嘴是柴油发动机供油系统中的重要组成部分，它直接影响着柴油的雾化效果和燃烧效率。喷油嘴主要由喷油器体、喷油器针阀、针阀弹簧、喷油器导向套、喷油器喷孔等部件组成。喷油器体是整个喷油嘴的支撑结构，固定在燃油管线上。喷油器针阀是喷油嘴的核心部件，负责控制燃油的喷射。针阀弹簧则控制针阀的开闭。喷油器导向套确保针阀的垂直运动，并减少摩擦。喷油器喷孔是燃油喷射的出口，喷孔的大小和形状会影响喷油嘴的雾化效果。喷油嘴的喷孔形状可以分为单孔、多孔和直孔三种。增压系统的作用提升发动机功率增压系统通过提高进气压力，增加进入气缸的空气质量，从而提升发动机功率输出。这对于小型发动机，尤其是汽油发动机来说非常重要，可以有效提升动力性能。改善燃油经济性增压系统可以提高发动机效率，减少燃油消耗。通过增加进气量，发动机可以在更低的转速下获得更高的扭矩，从而降低油耗。提高低速扭矩增压系统可以提高发动机在低转速下的扭矩输出，让车辆在起步和爬坡时更轻松，提升驾驶体验。降低排放增压系统可以通过优化燃烧过程，减少有害气体的排放，提高发动机的环保性能。增压器的类型涡轮增压器通过排气能量驱动涡轮，压缩进气，提高进气密度，增加发动机的进气量，提升功率和扭矩。机械增压器由发动机曲轴带动增压器，直接压缩进气，提高进气密度，增大发动机的进气量，提高功率和扭矩。罗茨增压器利用两个旋转叶片来压缩空气，体积大，结构简单，适用于低转速、大流量的应用场景。增压系统的优势提高发动机功率增压器通过向进气歧管充入更多空气，提高了发动机进气密度，从而增加了燃烧室内的燃料燃烧量，最终提升了发动机的输出功率。改善燃油经济性增压系统可以使发动机在更低转速下获得更大的扭矩，这使得发动机能够在更低的转速下工作，从而降低油耗。降低排放增压系统可以提高发动机的燃烧效率，减少排放。增强动力响应增压系统可以让发动机在低转速下获得更高的扭矩，从而提供更快的加速响应，提升驾驶体验。冷却系统的作用1降低温度冷却系统的主要作用是将发动机运行过程中产生的热量及时带走，防止发动机过热，保证发动机正常工作。高温会对发动机零件造成损害，导致发动机功率下降，甚至发生故障。2提高效率冷却系统可以使发动机保持在最佳工作温度，从而提高发动机的工作效率，降低燃油消耗。3延长寿命冷却系统能够有效控制发动机温度，减少高温对发动机零件的磨损，延长发动机使用寿命。水冷和空冷冷却水冷水冷系统利用水的热容量大、热传导率高的特性，将发动机产生的热量带走。水冷系统通常包括水泵、水箱、散热器等部件。水冷系统可以有效地控制发动机温度，提高发动机效率，延长发动机寿命。空冷空冷系统利用空气的热传导率，将发动机产生的热量带走。空冷系统通常包括风扇、散热片等部件。空冷系统结构简单、成本低廉，但散热效果不如水冷系统。润滑系统的作用减少摩擦润滑系统的主要作用是减少发动机内部的摩擦，从而降低磨损和热量产生。冷却部件润滑油可以吸收发动机运行过程中产生的热量，并将其带到散热器进行冷却，从而降低发动机温度。清洁零件润滑油可以将发动机内部的灰尘、金属屑等杂质带走，从而保持发动机内部清洁。密封气缸润滑油可以形成一层油膜，阻止气体泄漏，提高发动机工作效率。润滑油的选择粘度润滑油的粘度是其流动性的指标，粘度越高，流动性越差。选择合适的粘度润滑油，应根据发动机的工作温度和负荷来决定。夏季温度较高，应选用粘度较高的润滑油，以保证良好的润滑效果；冬季温度较低，应选用粘度较低的润滑油，以保证发动机容易启动。质量等级润滑油的质量等级，通常由API（美国石油协会）和SAE（美国汽车工程师协会）制定。API质量等级主要反映润滑油的抗氧化、抗腐蚀、抗磨损性能等；SAE质量等级则主要反映润滑油的粘度等级，如SAE5W-30、SAE10W-40等。其他因素除了粘度和质量等级之外，选择润滑油时还应考虑其他因素，例如：发动机类型工作环境使用频率品牌和价格润滑方式介绍压力润滑压力润滑系统是最常见的润滑方式，它通过润滑油泵将润滑油加压，并通过油路输送到各个摩擦表面。压力润滑可以保证润滑油始终处于高压状态，从而确保润滑效果。飞溅润滑飞溅润滑利用曲柄连杆机构的运动来带动润滑油飞溅，润滑发动机内部的某些部位。飞溅润滑一般用于一些低速或轻载的发动机，例如小型汽油发动机。混合润滑混合润滑是指将压力润滑和飞溅润滑结合起来的一种润滑方式。这种方式通常用于大型发动机或高速发动机，以保证润滑油的充足供给。发动机排放标准欧洲排放标准(EuroStandards)欧洲排放标准，简称欧标，是全球最严格的排放标准之一。它涵盖了汽油车、柴油车和轻型商用车，并不断升级以降低排放。美国排放标准(EPAStandards)美国环境保护署制定了严格的排放标准，旨在减少汽车尾气中污染物的排放，包括氮氧化物、一氧化碳和颗粒物。中国排放标准(ChinaStandards)中国制定了国家排放标准，旨在提高车辆的环保性能，降低污染物排放，与国际标准逐步接轨。排放控制技术发动机技术改进通过改进发动机燃烧效率、优化点火正时和喷油策略等措施，减少有害气体排放。例如，采用**直喷技术**、**可变气门正时系统**、**废气再循环系统(EGR)**等技术来降低氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)的排放。尾气后处理系统在发动机排气系统中安装催化转化器、颗粒过滤器等装置，将有害气体转化为无害物质或将其捕获。例如，**三元催化转化器**可以将一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)转化为二氧化碳(CO2)、水(H2O)和氮气(N2)。尾气后处理系统1三元催化器三元催化器是汽车尾气后处理系统中最常用的装置之一，它主要用于将汽车尾气中的三种主要污染物，即一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)转换为无害的二氧化碳(CO2)、水(H2O)和氮气(N2)。2颗粒捕集器颗粒捕集器是用于减少柴油发动机排放的颗粒物(PM)的装置。它通常安装在排气系统中，并通过过滤排气气体来捕集颗粒物。颗粒捕集器可以通过定期再生来去除捕集的颗粒物。3选择性催化还原(SCR)SCR技术用于将排气气体中的NOx转换为氮气。该技术通常使用尿素溶液作为还原剂，并通过催化剂将NOx还原为氮气。发动机性能参数参数单位含义功率kW发动机输出的有效机械能扭矩N·m发动机曲轴输出的旋转力矩转速r/min发动机曲轴每分钟的旋转次数排量L发动机气缸工作容积的总和压缩比-气缸压缩终了时的压力与进气压力之比燃油消耗率g/kW·h发动机每输出1千瓦时功率所消耗的燃油质量排放指标g/km发动机排出的污染物质量发动机功率测试发动机功率测试是评估发动机性能的关键指标之一，通过专业设备进行测试，可以准确测量发动机的输出功率。测试过程通常在专门的测试台