内燃机原理12-12p.ppt

1、内燃机原理,授课教师 ：闫兵 教材：内燃机构造与原理 （第二版） 李飞鹏 主编,第一章 内燃机的总体构造与基本工作原理,第一节 概 述 内燃机在机械设备中的地位： 往复活塞式内燃机内燃机热力发动机 发动机（动力机械）机械 内燃机的基本特点:(P.1) 1、将燃料中的化学能经过燃烧过程转变为热能，并通过一定的机构使之再转化为机械功； 2、燃料的燃烧是在产生动力的空间(通常就是气缸)中进行的； 3、活塞的运动方式为往复运动。,简要介绍几个基本常识,一、内燃机的分类 二、内燃机的优缺点 三、内燃机的应用范围 四、内燃机的发展趋势 五、工程机械用柴油机的特点和要求,一、内燃机的分类,1燃料：有汽油机、

2、柴油机、煤气机、气体 燃料及多种燃料发动机等。 2着火方式：压燃式和点燃式。 3冷却方式：水冷式和风冷式。 4工作循环所需行程数：四冲程内燃机和二冲程内 燃机 5进气状态：非增压式和增压式。 6气缸布置形式：直列式、V形、卧式、对置式。 7用途：汽车用、工程机械用、农用、拖拉机用、发电用、机车用、船舶用、坦克用等。 8转速：高速、中速和低速； 9 气缸数：有单缸、双缸、多缸内燃机。,二、内燃机的优缺点,优点： 1热效率高，即燃油消耗率低，经济性好，最高有效热效率已达46，甚至50 。 2功率范围广，单机功率可从零点几千瓦到上万千瓦。 3结构紧凑、质量轻、比质量较小 （比质量是内燃机整机质量与其

3、标定功率的比值）。 4起动迅速、操作简便。 缺点： 1对燃料要求较高。 2排气污染和噪声引起公害。 3结构较复杂，零部件加工精度要求较高。,三、内燃机的应用范围,运输 地面运输：汽车、拖拉机、内燃机车； 水上运 输：内河及海上船舶； 航空运输：一些小型民用飞机。 民用 矿山、石油、工程机械、农业机械、林业机械和发电站等。 军用 坦克、装甲车、步兵战车、重武器牵引车、水面舰艇及潜水艇等方面都大量使用内燃机。,四、内燃机的发展过程和趋势,内燃机的发展过程 1860（ Lenoiv）发明大气压力式内燃机 有效热效率5，功率4.5kw，5000台； 1867（Otto & Langen) 改进后 有效

4、热效率11，5000台； 1876（Otto)发明四冲程内燃机 有效热效率14，质量下降70， 500000台， 标志内燃机工业形成 1897（Diesel）发明柴油机 1957（Wankel）发明转子发动机。,内燃机的发展趋势,(一)内燃机性能指标的发展 1强化程度不断提高。提高强化程度系指提高平均有效压力和活塞平均速度 2降低燃油消耗率、提高经济性。用提高热效率和降低内燃机的摩擦损失等措施来降低燃油消耗率。 3提高内燃机的可靠性和耐久性。 4降低废气中有害排放和噪声。,(二)内燃机技术的发展动向,1电子技术的应用。 2 采用增压技术。 3汽油机稀燃速燃技术。 4汽油机缸内喷射分层燃烧技术。

5、 5柴油机采用直喷式燃烧系统。 6 提高柴油机燃油喷射压力。 7排气后处理技术。 8采用代用燃料。,五、工程机械用柴油机的特点和要求,工程机械的种类繁多，大多数都采用柴油机作为动力。各种工程机械的负荷变化情况各异。而不同的地区、气候条件差异极大，故其使用环境可能十分恶劣，其性能参数和结构有许多特点和相应要求。,第二节 内燃机的总体构造,一、基本名词术语 内燃机的基本机构(P.5) 固定件：气缸、气缸盖、曲轴箱和进排气门等 运动件：活塞、活塞销、连杆、曲轴和飞轮等,活塞、连杆、曲轴的运动特点(P.5) 1 活塞在气缸内作往复运动。 2 曲轴则绕主轴颈轴心线作旋转运动。曲轴每转一周，活塞向上向下各

6、行一次(两个行程)。 3 连杆上端（小头）随活塞作往复运动，连杆下端（大头）随曲轴作旋转运动，故连杆作复杂的平面运动。,基本名词术语(P.5-6),曲柄半径r：主轴颈轴心与曲柄销轴心间的距离。 连杆长度l：连杆小头中心与连杆大头中心间的距离。 上止点：活塞离曲轴中心距离最大的位置。 此时活塞销中心离曲轴中心的距离为 l+r 下止点：活塞离曲轴中心最小距离的位置。此时活塞销中心离曲轴中心的距离为 l-r 活塞行程S ：上止点与下止点间的距离。 故 s=(l+r)-(l-r)=2r,气缸工作容积Vh：在一个气缸中，活塞从上止点到下止点所扫过的容积 Vh =D2/（4106) S 内燃机总排量VH

7、：i个气缸工作容积的总和 VH = i Vh 气缸总容积Va ：当活塞在下止点时，活塞上方的气缸容积。 燃烧室容积Vc ：当活塞在上止点时，活塞上方的气缸容积。 Va =Vh + Vc 压缩比 ：气缸总容积与燃烧室容积之比 = Va / Vc,二、总体构造,四冲程汽油机主要由下列机构和系统组成:(P.7) 1 曲柄连杆机构 2 配气机构 3 供给系 4 点火系 5 润滑系 6 冷却系 7 起动装置,1曲柄连杆机构(P.7),功用：曲柄连杆机构是内燃机的基本机构。在燃油燃烧时，活塞承受气体膨胀的压力，并通过连杆使曲轴旋转，将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动而输出动力。 组成：气缸体、气缸盖、

8、活塞、连杆、带有飞轮的曲轴和曲轴箱。,2配气机构(P.7),功用：使燃油与空气所组成的可燃混合气可以在一定的时刻被吸进气缸，并使燃烧后的废气可以在一定的时刻被排出。 组成：进气门、排气门、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴以及凸轮轴等。 布置形式：根据气门安装位置的不同，主要有侧置式和顶置式两种。,3供给系(P.8),功用：供给气缸空气和燃油(可燃混合气)，并排出燃烧后的废气。 组成： 汽油箱、汽油滤清器、汽油泵、化（喷） 油器； 空气滤清器、进气总管、进气支管； 排气支管、排气总管、排气消声器。,4点火系(P.8),功用：在一定的时刻产生电火花，点燃在气缸内被压缩后的混合气。 组成： 电源(蓄电池和发

9、电机）； 点火线圈、断电器； 分电器、火花塞。,5润滑系(P.8-9),功用：向内燃机的摩擦零件供给润滑油，以减少零件磨损和零件间的摩擦阻力。 组成：油底壳、机油泵、机油滤清器、机油管路和通道以及机油标尺等。 润滑方式：环流和飞溅。,6冷却系(P.9),功用：将内燃机受热零件的热量传出，以保持内燃机正常的工作温度。 冷却方式：风冷和水冷。 组成（水冷系）：散热器(水箱)、水泵、进水管、气缸周围和气缸盖中的水套、排水支管、排水总管和风扇。,7起动装置(P.9),功用：借助外力(人力或其他动力)将静止的内燃机转为自行运转。 组成：起动机、传动机构和操纵机构等。,柴油机结构特点(P.9),1、柴油机

10、是用气缸内空气被压缩后的高温来发火的(压缩着火)，所以没有点火系。 2、柴油机的燃油供给部分也和汽油机的不同。 其组成为：柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、高压油管和喷油器。,第三节 内燃机的基本工作原理(P.10-11),工作循环：内燃机气缸中进行的每一次将热能转变为机械功的一系列连续过程。每一次工作循环都包括进气、压缩、燃烧膨胀和排气等4个过程。 四冲程内燃机的工作循环是在曲轴旋转两周，即4个行程中完成的； 二冲程内燃机的工作循环是在曲轴旋转一周，即两个行程中完成的。,一、四冲程汽油机的工作原理,示功图,示功图：一种表示气缸内气体压力p和相当于活塞不同位置时的气缸容积V或曲轴转角之间的变

11、化关系图。 P-V图：表示一个工作循环中，气体在气缸内所作的功； P-图：反映一个工作循环中，气体压力p随曲轴转角之间的变化关系。,一、四冲程汽油机的工作原理(P.10-11),1. 进气过程 作用：可燃混合气进入气缸。 实现：活塞从上止点向下止点移动，进气门开启，排气门关闭。这时活塞上方的气缸容积增大，于是压力降低到小于大气压力，产生了真空度，使可燃混合气经进气管和进气门进入气缸。 主要参数：pa=0.0750.09MPa；Ta=370 400K 充量系数：每工作循环实际进入气缸的新气质量与理论上可充人气缸的新气质量之比。 一般 =0. 700.85,2压缩过程,作用：在燃烧前将混合气压缩，

12、使其容积缩小，密度增大，温度升高，在燃烧过程迅速燃烧以产生较大的压力，使发动机发出较大的功率。 实现：进、排气门都关闭，曲轴继续旋转，活塞自下止点向上止点移动，将气缸中的混合气压缩。 主要参数：pc=0.852MPa；Tc=600 700K =610,3. 燃烧膨胀过程,作用：混合气燃烧时放出大量的热，气缸内气体的温度和压力骤增，在气体压力的作用下，活塞向下止点移动，并通过连杆使曲轴旋转而作功。 实现：当压缩过程接近上止点时，火花塞发出电火花，将混合气点燃。可燃混合气燃烧、膨胀，推动活塞向下移动作功。 主要参数：pz=35MPa；Tz=2200 2800K pb=0.30.5MPa；Tb=15

13、00 1700K,4. 排气过程,作用：排出气缸中燃烧后的废气，以便充入可燃混合气。 实现：排气门开启，进气门保持关闭，活塞由下止点向上止点移动排出废气。 主要参数：pr=0.1050.12MPa；Tr=900 1100K 残余废气占进入气缸的新鲜混合气质量比例 515,二、四冲程柴油机的工作原理,四冲程柴油机与汽油机工作过程的不同： 1. 可燃混合气的形成(P.12) 柴油机的可燃混合气是在气缸内部形成的，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器以雾状喷人气缸，在很短的时间内与高温空气混合，形成混合气。,2. 着火的方法(P.12) 柴油机是压缩着火的，压缩终了时，柴油机气缸内气体

14、温度约750950K，大大高于柴油的自燃温度。 3. 示功图 示功图上刚过z点以后的压力下降不像汽油机那样急速。此时，虽然活塞已向下移动，气缸容积增大，但因柴油还在继续喷人和燃烧，所以压力在短时间内并不显著下降。,第四节 内燃机的产品名称与型号(P.15-16),内燃机产品名称和型号编制规则(GB72591) 1名称按所采用的燃料命名，如柴油机、汽油机、煤气机、沼气机、双燃料发动机。 2内燃机型号由阿拉伯数字、汉语拼音字母和象形字符组成。型号包括首部、中部、后部和尾部四部分组成。,首部 中部 后部 尾部 3 型号示例 DL16V240ZJC 6135ZG 6100Q,第三章 曲柄连杆机构第一节

15、 固定件,包括:(P.28) 气缸盖、气缸垫、气缸体、气缸套、曲轴箱。,一、气缸体,气缸体、曲轴箱、机体的关系 气缸体与上曲轴箱合称机体。(P.29) 下曲轴箱又称油底壳。 干、湿式曲轴箱根据箱内是否贮存有机油来分类。大多数工程机械和汽车发动机用湿式。,各主要零部件需掌握的要点,功用： 工作条件： 要求： 材料： 工艺： 分类： 结构： 其他要点：,气缸体(P.29-30),功用：是内燃机的主体，是其它分部件和附件的支承骨架；设有冷却水套、润滑油道和其他孔道。 工作条件：受力复杂，受气体爆发压力、螺栓预紧力、往复惯性力、旋转惯性力、倾倒力矩作用。 要求：强度、刚度大，结构紧凑。,气缸体,材料：

16、 （1）一般用优质灰铸铁； （2）整体气缸的机体，可在铸铁中加少量合金元素； （3）某些高速转型汽油机，用铝合金铸造； 工艺：铸造或铸焊结合。,分类： （1）龙门式：刚度大，柴油机中广泛采用； （2）隧道式：刚度大，结构复杂，笨重，适用小型单、双缸发动机中。 （3）一般式：质量轻，刚度差，适用于转型车用汽油机。 （4）单体气缸：气缸体与曲轴箱分开制造，适用于风冷式内燃机。,其他要点： 主轴承盖也需刚度、强度大，其断面形状为“I”、“T”形，并有加强筋。,（二）气缸与气缸套,功用：气缸内壁与活塞顶、气缸盖底面共同形成燃烧室。 工作条件：机械应力大，热应力大，摩擦严重。 要求：强度大，耐磨性好。

17、材料：广泛采用高磷铸铁，耐磨性好，成本低；另外还有用含硼铸铁、铌合金铸铁。 工艺：内表面用表面深硬，镀铬、氮化、喷镀等。外表面用镀镉、镀锌、镀铬等。,分类： 1. 直接在机体上镗孔，适用于负荷轻缸径小的汽油机。 用气缸套，适用于柴油机和强化程度高的汽油机。 2. a、干式：外表面不与冷却水直接接触。 优点：刚度好，冷却水密封好。 缺点：散热较差，加工面大，成本高，拆装困难。 适用：汽油机 b、湿式：外表面直接与冷却水接触。 优点：散热好，拆装方便，机体铸造容易。 缺点：刚底差，密封差。 适用：柴油机,结构（湿式）： （1）圆环带5，径向定位及密封。 （2）凸缘6，轴向定位。 （3）下凸出环带装

18、有1-3个封水圈。 （4）切口，避免与连杆相碰。,二、气缸盖(P.31-33),功用： 封闭气缸上部，与气缸上部及活塞顶构成燃烧室；安装配气机构、点火泵、供给泵另部件；布置进、排气道、水冷水套；柴油机，布置有涡流室或预燃室，汽油机布置燃烧室。 工作条件：热应力、机械应力大。 要求：强度、刚度大，导热性好，耐热。 材料： （1）优质灰铸铁，常用； （2）合金铸铁、球墨铸铁，大型或强化柴油机； （3）铝合金，部分汽油机和有特殊要求的柴油机，导热性好，刚度低。,工艺：铸造。 分类（结构型式）： 1、整体缸盖：汽油机 优点：零件少，结构紧凑； 缺点：刚度差，易变形，维修不经济。 2、单体缸盖：大型或强

19、化柴油机 优点：刚度大，变形小，密封好，经济性好 缺点：零件多，总质量及长度增加。 3、块状缸盖：载重汽车、工程机械柴油机上。 结构： 其他要点： 气缸盖螺栓的拧紧 1、按一定顺序以规定扭矩拧紧； 2、冷车拧紧后，热机后再拧紧一次。 3、螺栓一般用中碳钢、合金钢制造，调质处理。,三、气缸垫,功用：密封气、水、油。 要求：耐热、耐压、密封强性。 条件：温度高，压力大 材料： 1、金属石棉缸垫，常用； 2、塑性金属，强化或增压柴油机上 结构： 轮廓同缸盖，孔处镶边增强。,四、油底壳（下曲轴箱）,功用：贮油、密封曲轴箱。 材料：薄钢板、铸铁、铝合金。 结构：散热片、稳油板、放油塞、底面呈斜面。,五、

20、发动机的支承(P.33),1、固定支承：固定式发动机刚性固定在基座上。 2、弹性支承：通过气缸体、飞轮壳、变速器壳弹性支承在车架上。有三点支承、四点支承两种形式。,第二节 活塞连杆组,包括： (P.34) 活塞、活塞环、活塞销、连杆,一、活塞(P.34-38),功用：承受燃气压力，并将力传给曲轴。 工作条件：高湿，高压，热负荷大，高速运动，润滑条件差。 要求：强度，刚度，耐热性好，质量小，耐磨性好。 材料： 1、铸铁：耐磨，强度高，热膨胀系数小，成本低；质量大，导热性差。 2、铝合金：质量小，导热性好，利于采用较高转速和压缩比；但热膨胀系数大。,工艺： 1、主体铸造； 2、提高铝合金活塞耐磨性

21、的方法：热处理、镀锡、喷涂石墨、表面阳板氧化处理。 3、克服铝合金热膨胀系数大的措施： a. 上小下大； b. 裙部制成椭圆形； c. 裙部切槽（汽油机）； d. 镶铸膨胀系数小的钢片。 分类： 整体铝合金、整体铸铁、钢顶铝裙,结构： 分为顶部、头部、裙部、销座 1、顶部：是构成燃烧室的一部分，形状与发动机有关，活塞顶内壁可能有喷油机构和加强筋。 a、平顶，汽油；制造简单，受热面积小。 b、凸顶，二冲程汽油机，排气好。 c、特殊形状，柴油机，部分汽油机。 2、头部：头部壁较厚，上切有环槽，上为气环槽，下为油环槽，油环槽底面钻有回油孔。另还可能有： 隔热槽：在第一道环槽上方，用于汽油机； 环槽护

22、圈：耐热耐磨，高速柴油机。 积炭槽：吸附润滑油，防止咬合。,3、销座 用以安装活塞销，销座部分较厚，有加强筋。 4、裙部 头部最低一道环槽以下的部分，用以导向和传递侧向力。 其他要点： 裙部变形的原因：受Pg、PN及热膨胀应力的作用。,二、活塞环,功用： 1、气环：密封、传热； 2、油环：刮除多余润滑油，使油膜均匀分布，避免或减弱泵油作用和积炭。 工作条件： 高温、高速、润滑差，磨损严重。 要求： 有一定弹力，端面平滑，机械强度、耐磨性、工艺性好，对气缸壁磨损小。,材料：优质灰铸铁、合金铸铁、球墨铸铁、钢（第一道环） 工艺： 气环的表面处理： 第一道气环，多孔性铬层，钼层 第二、三道气环，有时

23、多孔性铬层，镀锡、磷化处理。,结构： 1、气环的断面形状 a、矩形：易于制造，应用广泛，磨合性较差。 b、锥面环：磨合较快，有刮油作用；磨损快、寿命短。 c、扭曲环：易于磨合，有刮油作用，增加密封性，防止环上下窜动而造成泵油和磨损。 d、梯形环：能将环槽中的积炭挤碎，防止活塞环结焦卡住。用于热负荷较大的发动机。 e、桶形环：易于磨合，润滑性好，密封性好，用于强化发动机。,2、油环基本结构： 与矩形断面气环相似，但中间有凹槽，槽底部有排油小孔或狭缝。 结构型式： （1）普通油环：有倒角油环，鼻形油环，合装油环等，以提高刮油能力。 （2）钢片组合油环：由片簧、衬簧组成，能避免弹力减弱。 （3）涨圈

24、油环：弹力好，制造安装方便。,装配： 端隙：0.20.6mm（汽） 0.40.8mm（柴） 侧隙：0.040.08mm（汽） 0.080.16mm（柴） 各环开口处错开角度,其他要点： 1、封气原理： a. 外圆表面靠本身弹力和活塞套背压贴合； b. 上、下端面靠往复运动贴合； c. 开口位置相错开，使气体压力迅速下降； 2、泵油作用： a. 活塞向下，环紧压上端面，润滑油进入环下面和背面间隙； b. 活塞向上，环又压向下端面，润滑油被挤压向上。,三、活塞销(P.41-42),功用：连接活塞与连杆，承受并传递气体压力和活塞往复惯性力。 工作条件：高温，周期性冲击负荷大，润滑条件差，轴承面比压大

25、，高速运动。 要求：强度高，外表面硬度高，耐摩，内部韧性强，质量小。 材料：20号钢或合金钢 工艺：冷挤压成型，外表面渗碳或氮化处理后，再精磨。 结构：空心圆柱体。 装配：采用浮式安装；轴向由挡圈限位。,四、连杆(P.42-43),功用：连接活塞与曲轴，传递力和运动。 工作条件：复杂的交变应力和复杂运动。 要求：强度、刚度足够，疲劳强度高，质量轻。 材料及工艺： a. 中碳钢、合金钢，调质、高温形变、表面喷丸、光整加工。 b. 球墨铸铁，小功率柴油机。 c. 硼钢，锻造，淬硬。,结构： 连杆小头、杆身、连杆大头、连杆螺栓。,连杆小头： 用于安装活塞销，小头轴承材料有锡青铜（常用），铝青铜（强化

26、发动机用）、钢背减摩合金，铁基粉末冶金衬套。 润滑方式：飞溅、压力。 形状：斜面形，承载能力强，重量轻。,连杆杆身： 形状：断面呈“I”字形 特点：质量小，强度、刚度大，杆身向大小头过渡处采用较大圆弧，避免应力集中。,连杆大头： 一般做成可分的，两个半部用连杆螺栓连接。少数做成整体。 剖分形式： （1）平切口：剖分面垂直杆身中心线。 刚度大，加工容易，连杆螺栓不受剪切作用，用于高速内燃机。曲柄销直径受限制。 （2）斜切口：部分面与杆身中心线呈一定角度。 可以增大曲柄销直径，提高曲轴刚度，增大摩擦接触面积；V型发动机的曲轴箱外形可更紧凑。 常用定位措施：止口，销套，锯齿。 装配注意事项：连杆和连

27、杆盖配对加工，正反面不能反。,连杆螺栓： 受交变惯性力作用，材料、工艺要求高。材料采用中碳合金钢；工艺上采用精加工、调质、磁力探伤等措施。需按规定扭矩拧紧，并有防松措施。,（三）连杆轴承,工作条件：交变冲击力大，工作面滑动速度高，易发热和磨损。 要求：机械强度高，耐腐蚀性，耐热性，减摩性好。 分类： （1）轴瓦； （2）滚动轴承； （3）不另装轴承。,轴瓦构造： (P.44) 分开式薄壁圆环，由“钢背减摩合金（表层）”构成。内表面有周向浅槽（纵向油槽）、（油孔），外表面有凸缝。,材料： 减摩合金材料： a. 锡基白合金：减摩性好，耐腐蚀，疲劳强度低。广泛用于汽油机。 b. 铜铅合金（或铅青铜合

28、金）：疲劳强度高，承载能力大，耐磨性好，减摩性较差，不耐腐蚀，成本较高。常用于柴油机。 c. 铝基合金：疲劳强度高，减摩性较好，耐腐蚀性好，成本低。 表层材料： 铅锡合金，可有效改善减摩合金表面性能（磨合性、顺应性、抗咬合性、耐腐蚀性）。,装配： 轴瓦制造精度高，具互换性，不需手工加工。装配时有适当油膜间隙，且保持干净。,第三节 曲轴飞轮组(P.45-48),功用：传递力矩和运动。 工作条件：承受弯曲，扭转，剪切，拉压等复杂交变应力；扭振、弯曲振动引起的附加应力；轴承副承受高比压。 要求：强度、刚度大，轴颈承压面大，耐磨性好，避免应力集中，扭振小，输出扭矩均匀。 材料：优质中碳钢、合金钢、硼钢

29、、球墨铸铁。 工艺：表面高频淬火，精磨，抛光，圆角滚压强化，圆角表面淬火。,结构组成：主轴颈、曲柄销、曲柄臂、自由端、功率输出端、平衡块。 分类： （1）按主轴承支承分：a、全支承 b、非全支承 （2）按结构型式分：a、整体 b、组合式,曲柄销： 功用：与连杆大头配合 个数：直列等于气缸数，V型等于气缸数的一半。 结构：中空。 主轴颈： 功用：支承主轴承，分为滑动轴承，滚动轴承。 主轴承结构材料与连杆轴承类似，一般轴出端轴颈与中间主轴颈较长。 曲柄臂： 功用：连接曲柄销和主轴颈，加工有油道。,平衡块： 功用：平衡不平衡惯性力和力矩，减小主轴承负荷。 曲轴自由端： 功用：安装正时齿轮、皮带轮、起

30、动爪，扭振减振器，轴向止推片等。 曲轴功率输出端： 功用：安装飞轮、挡油圈、回油螺纹等。 油封装置： 功用：防止润滑油漏出曲轴箱。 材料：毛毡、硅橡胶、聚脂橡胶、取胜四氟乙烯等。,（三）曲轴轴向定位 目的：保证曲柄连杆机构的正确位置，保证正时。 位置：输出端，中央立轴承，自由端。 轴向游隙：0.100.50mm。,飞轮： 功用：贮存功能，便于起动，运行平稳，改善扭振性能。 材料：铸铁。 结构：圆盘状，质量主要分面在轮缘上。 要点： （1）要进行动平衡； （2）有上止点标记。,内燃机动力学,内燃机动力学方面主要了解5个内容： 1、内燃机发火次序的确定； 2、曲柄连杆机构运动分析； 3、曲柄连杆机

31、构受力分析； 4、内燃机的平衡； 5、内燃机轴系的扭振,1. 曲轴的形状和内燃机发火次序的确定(P.48-50),发火次序：以第1缸为基准的各气缸作功行程发生的顺序。 为满足发动机工作平衡性和动力学性能的要求，曲轴的形状与冲程数，气缸数、气缸排列方式等许多因素有关，在设计时应考虑。 本节主要讨论已知曲轴形状推知可能的发火次序，确定最佳发火次序， 掌握常见发动机的发火次序。 曲柄图：从自由端观察的曲轴结构示意图。 确定发火次序的基本原则： (1) 发火间隔角均匀（确定所有可能的发火次序）； 发火间隔角 式中i 为缸数 (2) 避免相邻两缸连续发火（确定最佳发火次序）。,例：直列六缸机 可能发火次

32、序：1536241 1236541 1546231 1246531,最佳发火次序：1536241,2、曲柄连杆机构运动分析,内容：讨论活塞、连杆、曲轴随曲轴转角的运动规律。 总的结论：上述另件任一点的位移、速度、加速度都可以求出。,（1）活塞,x、v 、j也可用曲线表示；,（2）曲轴 一般设=C。 的精确值，可由扭振计算得出。 （3）连杆 连杆小头中心运动规律与活塞相同，又可求出杆身绕小头中心摆动的运动规律 故连杆上任一点的运动规律都可求出。,3、曲柄连杆机构受力分析,作用在曲柄连杆机构上的力 a. 气体力（已知） b. 惯性力（已知） c. 重力（忽略不计） d. 反作用力矩（待求） e.

33、支承反力（待求）,（1）气体力 可由测试、热计算、类比法得到。 （2）惯性力 往复惯性力 Pj=-(mp+mca)j=-mjj =-mjr2cos-mjr2cos2 =PjI+PjII 离心惯性力 Pr=(md+mcb) r2=mr r2,（3）连杆受力分析,总力P=Pg+Pj=Pg-mpj-mcaj 以连杆为分离体 小头：Pg，- mpj ，PN 大头：切向力T，法向力Z。 惯性力：mcaj、mcb r2 可列三个平衡方程： Fx=0，(Pg - mpj )- mcaj -(z+ mcb r2)cos -Tsin=0 Fy=0，PN +(z+ mcb r2)sin-Tcos=0 Mo=0，T

34、r- PN h=0,解方程，得：,PN 、 T、Z也可用曲线描述,（4）曲柄受力分析 通过建立平衡方程，同样可求出,（5）机体受力分析,同样可求出机体受的力（也即内燃机传给基础的力）为 (1) Pj (2) Pr (3) Mc=-Ttg (P.55),4、内燃机的平衡,一、基本概念 a、振动：三要素 b、产生振动的条件 内因：系统是弹性系统（单质量6自由度） 外因：有外力（矩）作用在系统上。 c、减小振动的方法 隔振设计： 0 外力（矩）平衡：F=0，M=0 d、作用在机体上的力（矩） Pj ，Pr ，Mc,e、单缸机需平衡的力（矩）： Pr，PjI，PjII f、多缸机需平衡的力（矩）： P

35、r，PjI ，PjII Mr，MjI，MjII g、平衡分析 确定各力（矩）是否平衡，不平衡则求出其大小、方向和变化规律。 h、平衡法 产生与未平衡力（矩）方向相反的力（矩），使未平衡力（矩）得到平衡的方法。,二、单缸机的平衡,单缸机需平衡的力为 Pr，PjI，PjII （一）离心力Pr(P.56) 平衡分析：大小为mr r2 ，方向沿曲柄销方向相外。 平衡法：在曲柄销反方向加装两个平衡块mb，并使 2mb2 = mr r2,（二）一级往复惯性力PjI(P.56-57) 平衡分析：大小按mjr2cos规律变化，方向沿气缸中心线。 平衡法： （1）双轴平衡法 安装一对与曲轴平行、转速与曲轴相等、

36、两轴转向相反的轴；每轴两端各装质量为mb的平衡块，共4块；并满足位置条件。双轴系统惯性力的合力为 Py= 2mb2sin- 2mb2sin=0 Px= 2mb2cos+ 2mb2cos = 4mb2cos 使 4mb2cos= mjr2cos,（三）二级往复惯性力PjII,平衡分析：大小按mjr2cos2 变化，方向沿气缸中心线。 平衡法：用平衡轴法，与平衡PjI的方法相似，但平衡轴转速为曲轴转速两倍。,三、直列多缸机的平衡,多缸机需平衡的力（矩）： Pr，PjI ，PjII Mr，MjI，MjII 多缸机平衡分析的几种方法 解析法：即理论力学中平行力系、空间力系的分析方法。 图解法： 查表法

37、： 常用方法：先用图解法确定平衡的力（矩），再对不平衡力（矩）进行计算。,图解法基本工具： 一级曲柄图：即从曲轴自由端看到的曲柄排列示意图。 二级曲柄图：是由一级曲柄图变换得到的假想曲柄图。 具体求法是一级曲柄图中第1曲柄位置不动，其余曲柄与第1曲柄的夹角按曲轴转动方向增加一倍。 图解法基本规律： （1）如果一级曲柄图中各曲柄均匀或对称分布， 则Pr =0，PjI =0 ； （2）如果曲柄的布置相对于曲轴中点成“镜像对称”， 则Mr =0，MjI =0； （3）如果二级曲柄图中各曲柄均匀或对称分布， 则PjII =0 ； （4）如果二级曲柄图对应的假想曲轴，其曲柄的布置相对于假想曲轴中点成“镜

38、像对称”，则MjII =0。,以直列6缸机为例进行平衡分析 （1）因一级曲柄图中各曲柄均匀或对称分布， 故Pr =0，PjI =0 ； （2）因曲柄的布置相对于曲轴中点成“镜像对称”， 故Mr =0，MjI =0； （3）因二级曲柄图中各曲柄均匀或对称分布， 故PjII =0 ； （4）因二级曲柄图对应的假想曲轴，其曲柄的布置相对于假想曲轴中点成“镜像对称”，故MjII =0。,多缸机的平衡法： （1）Pr，PjI ，PjII的平衡与单缸机类似。 （2）Mr，MjI，MjII一般设计时尽量自行平衡，不平衡则利用平衡重产生反向力矩。,四、保证实际平衡性能的技术要求 由 Pr= -mr r2 ，

39、Pj=- mjr2cos- mjr2cos2 可知，要保证mj、mr、r、 、l、等在 一定范围内。,5、内燃机轴系的扭振,（一）基本概念(P.67) 振动分为直线振动和角振动； 角振动分为滚振和扭振。 滚振：各部件作为刚体一起作角振动。 扭振：各部件角振动幅值和相位不同的角振动。 扭振分为无阻尼自由、有阻尼自由、有阻尼强迫。 共振：作用在曲轴上的激振力频率 =曲轴扭振的某一固有频率P。,（二）扭振控制方法 1. 调整曲轴轴系的刚度和惯量，曲轴扭振的固有频率P，避开激振力频率 ； 2. 增加阻尼； 3. 划定禁用转速范围，使激振力频率避开曲轴扭振的固有频率P； 4. 安装扭振减振器(P.68)

40、 扭振减振器分为橡胶减振器、硅油减振器、硅油-橡胶减振器。,第四章 配气机构,功用：定时充气、排废气、封闭气缸。(P.69) 地位： （1）主要运动件之一； （2）直接影响动力性、经济性、可靠性； （3）噪声和缸盖振动的来源之一。,第一节 气门式配气机构的组成及布置形式,一、侧置式（气门安装在气缸体侧面）(P.69-70) 传动路线： 曲轴正时齿轮凸轮轴挺柱气门 结构特点：燃烧室延伸至气缸直径以外。 缺点： （1）Vc大，小，功率，经济性； （2）气道拐弯多，进、排气阻力大，v小，功率。 用途：小型汽油机中,二、顶置式(P.70) 结构特点：气门安装在气缸上方。 优点：经济性、动力性较好。 （

41、1）燃烧室紧凑，较大。 （2）拐弯次数少，v大。,顶置式气门,1、凸轮轴下置式: (P.70) 传动路线： 曲轴正时齿轮凸轮轴挺柱推杆摇臂气门 特点： （1）曲轴凸轮轴间传动简单； （2）凸轮轴气门，传动件多，质量大，惯性力大，气门弹簧负荷大； （3）适用于转速不很高的汽油机和大多数柴油机。,顶置式气门,2、凸轮轴上置式： 曲轴传动机构凸轮轴摇臂气门 特点： （1）凸轮轴与气门间传动简单； （2）曲轴凸轮轴传动复杂； a、圆柱齿轮传动； b、链条传动。 （3）用于4000r/min以上的汽油机及少数高速柴油机。,第二节 配气机构的零件,组成： (P.70) a、以气门为主的气门组； b、以凸轮

42、轴为主的气门传动组。,一、气门组：,包括(P.71) 气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座、锁夹、挡圈。,（一）气门组的技术要求,技术要求: 气门和气门座严密密封。 漏气的不良后果： 1、功率下降； 2、烧损气门； 3、进、排气系统内燃烧。,1、密封锥面研磨。 2、保证气门座与气门导管的同心度，气门导管与气门杆的间隙适当。 3、气门弹簧有足够刚度与预紧力。,（二）保证密封的技术措施,（三）气门组零件构造,1、气门 (P.71-72) 功用：与气门座配合起密封作用。 工作条件：高温、冲击负荷大、冷却润滑条件差、废气有腐蚀性； 要求：足够的强度、耐高温、抗腐蚀、耐磨损。 材料：进气门用普通合金

43、结构钢； 排气门（头）用耐热钢；结构钢作气门杆； 杆端、密封锥面堆焊硬质合金。,气门构造要点：,气门头： (1) 配合密封面为30或45的锥面； (2) 进气门一般大于排气门； (3) 缸径大于140mm时，多采用4个气门。 气门杆： 灌钠空心排气门 钠熔点（370.5k）、沸点（1156k）、冷化热（4604KJ/kg） 杆端： (1) 端面硬度高、耐磨性好； (2) 有锁夹槽； (3) 有挡圈槽。,2、气门座 工作条件、要求、材料基本同气门头。,3、气门导管 功用：导向、传热。 材料：用铸铁或粉末冶金制造。 与气门杆的间隙：0.040.12mm 。,4、气门弹簧,功用：气门开启时，使气门及

44、其传动件与凸轮保持接触；气门关闭时，气门与气门座保持接触。 材料：65Mn，50CrVA 。 要求：足够的强度、刚度。 结构（反旋向双弹簧）： （1）刚度更大； （2）防止弹簧共振，刚度不同，固有频率不同； （3）可靠性高； （4）防止相互咬合。 5、气门旋转机构 功用：气门开启一次，气门就旋转一个角度，减轻不均匀磨损、局部过热、积炭，延长使用寿命。,二、气门传动组,功用： (P.73) 按规定时刻和次序开闭进、排气门，并保证一定的开度。 组成： (P.73) 凸轮轴及其驱动装置、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、支座。,1、凸轮轴(P.74-75),功用：控制气门开闭时刻和运动规律的主要零件。 材料

45、：碳钢模锻、球墨铸铁铸造。 工艺：轴颈和凸轮表面渗碳或高频淬火。 结构： 汽油机（图4-4） 正时齿轮，进、排气凸轮，轴颈，分电器齿轮，机油泵齿轮，汽油泵偏心轮,柴油机凸轮轴特点：无分电器齿轮、偏心轮； （可能有喷油泵凸轮）。 装配： (1) 凸轮轴和曲轴的正时齿轮的正时记号要对准。 (2) 对于四冲积内燃机，传动比为2:1； (3) 凸轮轴轴向要用止推片定位。 (4) 凸轮轮廓应符合时间、升程、升速、惯性力的 要求。 (5) 轴颈用滑动轴承，轴颈直径凸轮最高点，并依 次减小。,2、挺柱,功用：推力传给气门或推杆，侧向力传给机体。 工作条件：受推力、侧压力作用，有惯性力。 要求：承压面大、质量

46、轻。 材料：钢、铸铁。 结构：空心圆柱体，质量小，承压面大。 安装：挺柱中心线相对于凸轮侧面的对称线偏移1-3mm，使其工作表面磨损均匀。,3、推杆,功用：将挺柱的运动传给摇臂。 工作条件：高速往复运动。 要求：质量小。 材料：由钢（铝）管制成。 结构：上端头为凹球形，下端为球形。 工艺：上下端淬火。,4、摇臂,功用：杠杆作用，将推杆的力传给气门。 材料及工艺：钢，模锻、摩擦表面淬火。 结构： （1）靠气门一边的臂较长ab，以减小往复惯性力。 （2）短臂端装有调整螺钉、锁紧螺母。 （3）长臂末端为圆柱面。 （4）摇臂中心孔压有青铜衬套。 润滑： 摇臂轴摇臂衬套摇臂两端的摩擦面。,配气定时(P.

47、76-77),为进气充分排气干净，进、排气门都提前开启，迟后关闭。 进气过程： 进气提前角，进气迟后角。 排气过程： 排气提前角，排气迟后角。 气门重叠角： 进气提前角 + 排气迟后角,一、气门间隙： (P.77) 定义：气门与气门传动组摇臂（挺柱）间的间隙，分为热、冷间隙，0.20-0.35mm。 作用：补偿热膨胀。 要求：间隙适当。 （1）气门间隙过大，气门开启滞后，开启高度减少，延续时间减少；撞击、磨损、噪声增大。 （2）过小，气门关闭不严。,第三节 气门间隙的调整,调整方法：当挺柱与凸轮背接触时，转动调整螺钉调至适当间隙，再用锁紧螺母拧紧。(P.78),第六章 柴油机的供给系,功用：供

48、给空气和燃油，排出燃烧后的废气。 组成：燃油系统、进气系统、排气系统 燃油系统：柴油箱、输油泵、柴油滤清器、喷油泵、高压油管、喷油器、调速器。 进气系统：空气滤清器、（进气消声器）、进气管。 排气系统：排气管、排气消声器。,第一节 喷油器,功用：将燃油雾化、分布到燃烧室中，形成可燃混合气。 要求：喷射压力、射程、喷雾锥角准确，雾化良好，停油迅速。 分类：孔式、轴针式。,一、孔式喷油器 用途：直喷式柴油机。 主要结构：针阀、针阀体、挺杆、调压弹簧、调压螺钉、喷油器体。 喷油过程：,结构要点1：,针阀偶件： (1) 滑动配合面精度极高，间隙0.0010.0025mm； (2) 承压锥面承受轴向推力

49、； (3) 密封锥面实现密封； (4) 通过研磨保证滑动配合面及密封锥面的配合精度，不能互换； (5) 针阀升程受喷油器体的限制； (6) 喷孔数目与方向决定于燃烧室的特点，一般1-9个，孔径0.20-0.50mm。,结构要点2：,调压弹簧和调压螺钉： 调压螺钉通过改变调压弹簧的压缩量，控制喷射压力。(PSkx) 油道、油腔： 油腔中的高压柴油推动针阀向上 回油通道： 回油通道为滑动配合表间隙挺杆周围空隙调压螺钉孔回油管。 缝隙式滤芯： 对柴油进行精滤。 铜锥体： 实现与气缸盖的密封。,二、轴针式喷油器,用途：涡流室、预燃室柴油机。 特点： (1) 倒圆锥体轴针与喷孔形成圆环状狭缝，喷注为空心

50、的圆锥形成圆柱形。 (2) 喷孔直径大（1-3mm），不易积碳。 (3) 可采用节流式喷油器或分流式喷油器改善喷油效果。,高压油管：,功用： 连接喷油器和喷油泵 结构： （1）外径3倍内径； （2）管端为60锥面； （3）长度一致。,第二节 喷油泵,功用：定时、定量、定压向喷油器供给柴油。 要求：供油开始时间、供油延续时间、供油量、供油压力准确；停油迅速。 对于多缸机：各缸供油符合发火次序、各缸供油均匀、各缸供油提前角一致、供油延续时间一致。,喷油泵分类,1、柱塞式喷油泵 结构简单、可靠、供油量调节精确，用于中小功率高速柴油机。 2、泵一喷油器 结构紧凑，用于二冲程高速柴油机 3、转子式分配泵

51、 体积小、重量轻、成本低；工艺复杂、精度要求高，对柴油质量要求高，寿命短，用于小型高速柴油机。,柱塞式喷油泵分类,a、单体式： 用于单缸机及大缸径柴油机上。 b、整体式： 用于中小功率高速多缸柴油机中。,一、柱塞式喷油泵的工作原理,主要结构件：柱塞偶件、出油阀偶件、油量调节机构、柱塞弹簧、出油阀弹簧、挺柱、凸轮。,柱塞偶件结构： (1) 配合间隙严格，0.0015-0.0025mm； (2) 选配后经研磨保证配合精度； (3) 柱塞套两侧开有两个油孔与泵体的低压油腔相通； (4) 柱塞上部有中心孔、径向孔、圆柱表面有斜槽，并相互连通。,工作过程： 凸轮轴凸轮工作面挺柱柱塞压缩柱塞上端空腔柴油出

52、油阀开柴油经出油口到高压油管喷油器。 凸轮工作面转过，柱塞在弹簧作用下下移出油阀关闭低压油经柱塞套油孔进入柱塞上端空腔。,工作原理： (a)柱塞在弹簧作用下向下运动时，柴油经油孔进入柱塞上端空腔； (b)柱塞在凸轮作用下向上运动时，柱塞顶遮住油孔上边缘前，柴油被压回低压油腔； (c)柱塞顶遮住油孔至斜槽边缘与油孔下边缘接通前，压缩柴油，推开出油阀，送出高压柴油； (d)斜槽边缘与油孔下边缘接通接通后，柱塞上面柴油经中心孔、径向孔、斜槽、油孔回到低压油腔。,描述喷油泵工作原理的几个概念,柱塞行程：柱塞上下止点间的距离，由凸轮升程决定。 供油始点：柱塞顶遮住柱塞套油孔的位置。 供油终点：柱塞斜槽接

53、通柱塞套油孔的位置。 柱塞有效行程：供油始点到供油终点的距离，即柱塞上边缘遮住柱塞套油孔到柱塞斜槽接通柱塞套油孔的距离，其控制着供油延续时间和供油量。,描述喷油泵工作原理的几个概念,柱塞行程：柱塞上下止点间的距离，由凸轮升程决定。 供油始点：柱塞顶遮住柱塞套油孔的位置。 供油终点：柱塞斜槽接通柱塞套油孔的位置。 柱塞有效行程：供油始点到供油终点的距离，即柱塞上边缘遮住柱塞套油孔到柱塞斜槽接通柱塞套油孔的距离，其控制着供油延续时间和供油量。,供油量调节的原理：转动柱塞改变柱塞斜槽与柱塞套油孔的相对位置改变供油终点改变柱塞有效行程调节供油延续时间和供油量。,a、齿条式 拉动齿杆调节齿圈油量控制套筒

54、柱塞。 特点 工作可靠， 结构复杂。,油量调节机构1：,油量调节机构2：,b、拨叉式 调节拉杆调节叉调节臂柱塞。 特点 结构简单，维修调整方便。,二、出油阀的工作原理,功用：柴油到达一定压力时进入高压油管，防止高压柴油倒流；迅速降低高压油轴管中的压力。 出油阀结构要点： (1)密封带：与阀座严密配合，0.40.5mm，造配研磨。 (2)尾部：导向，通油。 (3)减压环带：迅速隔绝与高压油管的油路，使其压力迅速降低，停止供油。 (4)圆柱：弹簧定位。 (5)与阀座组成精密偶件，不能互换。,工作原理,出油时，柱塞向上压油油压升高出油阀上升减压环带离开阀座导向孔高压柴油进入高压油管； 停油时，减压环

55、带进入导向孔，高压油管与喷油泵由路断开。减压环带继续下降，增大高压油空间的容积，而油量不增加，喷油器迅速降压，迅速停止喷油。 否则，压力将逐步降低，产生滴漏现象。,第三节 调速器,定义：限制内燃机转速在一定范围内的自动调节装置。 影响循环供油量的因素： a、主要因素：油量调节杆的位置； b、次要因素：转速。,一、柱塞式喷油泵的速度特性喷油泵速度特性定义：油量调节杆位置不变时，循环供油量随转速变化的关系。规律：供油量随转速上升而略有增加；转速很高时，变化逐渐不明显。,原因：,a、泄漏影响：压力差大、密封长度有限、柱塞与柱塞套的偏心，都会导致一定的燃油泄漏。 b、节流作用：柱塞上方压油腔单位时间减

56、小的体积V大于燃油从柱塞套油孔流出的体积 Vf，使压油腔中燃油压力迅速增大； 转速，节流作用，泄漏，供油量 。 但节流作用和泄漏有一定极限量，到一定转速，影响不再明显。,二、柴油机装置调速器的必要性,1、保持柴油机工作稳定 保持柴油机工作稳定的条件： 当输出扭矩=阻力矩，工作稳定，供油量不变； 当输出扭矩阻力矩，转速升高，应减少供油量； 当输出扭矩阻力矩，转速降低，应增加供油量。 喷油泵速度特性与之相反。,由Me=f(n)曲线来分析，当阻力矩为Mc时，总会在一点达到 输出力矩=阻力矩的平衡状态，当为Mc时，会在另一点达到平衡状态。由于Me=f(n)曲线较平坦，斜率小，故阻力矩小的度化（M），会

57、引起转速大的变化（n），即柴油机工作很不稳定。,2、避免超速和“飞车”事故 在标定转速附近，如果负荷，输出力矩阻力矩，转速，循环供油量，输出力矩，转速，严重时会出现超速，甚至“飞车”事故。,3、避免“怠速”熄火或不稳定 怠速时，输出力矩与柴油机内部阻力矩相平衡， 如内部阻力矩，转速，循环供油量，转速 ， 柴油机将熄火； 如内部阻力矩，转速，循环供油量 ，转速， 柴油机转速不断升高。,三、调速器的工作原理,分类： 1、按工作原理： 机械离心式、气力式、液压式。 2、按功用： 单速式、两速式、全速式。,（一）单速式调速器,功用：控制发动机最高空转转速。工作原理： 飞球离心力引起的滑套轴向分力对支点

58、的力矩Mr与调速弹簧对支点的力矩Mk的平衡关系来控制调速杠杆。Mr的产生：曲轴调速器轴转动带动飞球转动对滑套产生推力形成力矩Mr 。,工作特点： 转速n，力矩Mr 当n标定转速， Mr Mk ，调速杆杠带动调节杆，减少供油量，控制转速。,功能：控制柴油机不超过最高转速；并在怠速时稳定运转。结构特点：有两根长度和刚度都不同的弹簧。工作原理：飞球旋转引起的对调速杠杆的作用力Fr与弹簧弹性力（ Flk和Fhk ）的平衡关系控制。,（二）两速式调速器,Flk Fhk,Fr,Fr的产生：喷油泵凸轮轴支承盘飞球摇臂滑动盘调速杠杆。 工作特点： 转速n，力Fr ，作用在调速杠杆上的力。 控制过程： 1. 怠速 操纵杆置于怠速位置，顶块推入一定程度，离心力Fr与低速弹簧弹性力 Flk相平衡。 当转速n， Fr ， Fr Flk ，弹簧伸张，调节杆左移，油量，转速n； 当转速n， Fr， Fr Flk ，弹簧压缩，调节杆右移，油量，转速n。 故可保证怠速转速的相对稳定。,2. n怠nn标 这时Flk Fr Flk +Fhk