第四章 内燃机原理与运用.ppt

1、第四章内燃机原理与运用,动力装置是驱动各类工程机械行驶和工作的动力源，可分为热力、电力、水力和风力等动力装置。 热力发动机是把燃料燃烧时所产生出的热能转变成机械能的装置。热力发动机可分为内燃发动机和外燃发动机两种，简称内燃机和外燃机。内燃机燃料的燃烧是在发动机气缸内部进行的，最常用的内燃机有汽油机和柴油机两种。 内燃机由于具有结构紧凑、轻便、热效率高及起动性好等优点，因此，在无电源供应的固定式或移动式的工程机械上被普遍采用。 电动机是将电能转变为机械能的装置。由于它结构简单、使用方便，故在有电源供应的地方，固定式或移动速度慢、移动距离短的工程机械上一般常用电动机作原动力。,4.1 内燃机的工作

2、原理 一、内燃机的常用术语 1、上止点： 2、下止点： 3、活塞冲程： 4、气缸工作容积： 5、燃烧室容积： 6、气缸总容积： 7、压缩比：,图4.1-1 单缸内燃机结构简图 （a）活塞位于上止点；（b）活塞位于下止点 1-排气门；2-进气门；3-喷油器（或火花塞）；4-气缸体；5-活塞；6-活塞销；7-连杆；8-曲轴,二、内燃机的工作原理 （一）单缸四冲程柴油机的工作原理 四冲程内燃机是由进气、压缩、做功和排气四个冲程完成一个工作循环。 图4.1-2 单缸四冲程柴油机的工作过程 a）进行冲程；b）压缩冲程；c）做功冲程；d）排气冲程,当排气冲程结束,活塞移到上止点时，曲轴共旋转多少度?。 参

3、见工作原理图 四冲程内燃机每完成一个工作循环，其中只有一个是做功冲程，其余三个都是做功冲程的辅助冲程，是消耗动力的。由于曲轴在做功冲程时的转速大于其他三个冲程的转速，因此，单缸内燃机的工作不平稳。多缸内燃机就可以克服这个弊病，例如，四缸四冲程内燃机的一个工作循环中，每一冲程均有一个气缸为做功冲程，因此，曲轴旋转较均匀，内燃机工作也就较平稳。 四冲程汽油机的工作过程与四冲程柴油机相似，主要不同之处是： （1）混合气形成方式不同：汽油机的汽油和空气在气缸外混合（喷油器根据电控单元的控制指令将适量的汽油喷入进气门前与空气形成可燃混合气，待进气冲程时，再将燃油混合气吸入气缸中），进气冲程进入气缸的是可

4、燃混合气。而柴油机进气冲程进入气缸的是纯空气，柴油是在做功冲程开始阶段喷入气缸，在气缸内与空气混合。 （2）着火方式不同：汽油机用电火花点燃混合气，而柴油机是用将高压柴油喷入气缸内，靠高温气体加热自行着火燃烧。所以汽油机有点火系统，而柴油机则无点火系统。,（二）单缸二冲程汽油机的工作原理 二冲程内燃机的工作过程和四冲程内燃机一样，也是由进气、压缩、做功、排气四个过程完成一个工作循环。但它的一个工作循环是在曲轴旋转一圈内完成的，也就是说在活塞的二个冲程内完成的，故称为二冲程内燃机 图4.1-3 二冲程汽油机工作循环 1-换气孔；2-排气孔；3-进气孔 a）压缩过程；b）进气过程；c）做功过程；d

5、）排气过程,4.2 内燃机的基本构造 内燃机的结构较复杂，一般按其作用的不同，可分为两个机构和若干个系统。 一、曲柄连杆机构 曲柄连杆机构是内燃机进行工作循环、完成能量转换的主要机构。它包括机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三大部分。 （一）机体组 机体组主要由气缸体、气缸盖以及油底壳等部分组成，如图4.2-1。 气缸体是内燃机的骨架，在它的外部和内部安装着内燃机的所有零件，因此，应有足够的刚度和强度。 气缸体的工作部分是气缸，为了延长其使用寿命，在气缸体内嵌入用耐磨材料制成的气缸套。为了增强散热效果，在气缸套的外面设有水套（水冷却）或散热片（风冷却）。 气缸体上面有气缸盖，借缸盖螺栓与气缸体连接

6、在一起。气缸盖的作用是封闭气缸上部，并与活塞顶部构成燃烧室。 气缸体下部为曲轴箱，曲轴安装在曲轴箱的座孔内。曲轴箱通过螺钉与油底壳相连接，油底壳的作用是储存润滑油。,返回 图4.2-1 机体组的组成（EQ6100-1） 1-曲轴箱通风管盖；2-螺母；3-垫片；4-螺柱；5-气缸盖罩；6-密封垫；7-气缸盖；8、23-水堵（碗形塞）；9-气缸衬垫；10-干式气缸套；11-机体；12、14-密封条；13、16、17-后、中间、前主轴承盖；15-主轴承螺栓；18-定时齿轮室盖；19-曲轴前油封；20、22-衬垫；21-垫板,（二）活塞连杆组 活塞连杆组的作用是将活塞在气缸中的往复运动变成曲轴的旋转运

7、动。它主要由活塞6、活塞环、活塞销7、连杆9等部分组成 . 活塞6直接承受燃烧气体的压力，并将此力通过活塞销7传给连杆9，以推动曲轴旋转。活塞上部车制有若干道环槽，槽中安装具有弹性的活塞环。活塞中部有活塞销座，活塞通过活塞销与连杆铰接。活塞环有气环（3、4）和油环（5）两种。前者保证活塞与气缸 的密封性能；后者 的用途是将气缸壁 上多余的润化油刮 回油底壳. 活塞连杆组如图 1-连杆衬套；2-锁簧；3-镀铬桶形环或多孔型镀铬平环；4-压缩环；5-油环；6-活塞；7-活塞销；8-连杆机械加工部件；9-连杆；10-连杆轴瓦；11-连杆盖；12-连杆螺钉；13-定位套筒,（三）曲轴飞轮组 曲轴飞轮组

8、主要由曲轴和飞轮组成，如图4.2-3。 图4.2-3 2135G型柴油机曲轴飞轮组 1-皮带轮；2-前轴；3-滚动轴承；4-连接螺栓；5-曲拐；6-输出法兰；7-甩油圈；8-六 角头螺钉；9-飞轮；10-起动齿圈；11-去重孔；12-曲拐平衡重；13-皮带盘平衡重,二、配气机构 配气机构的作用是按照内燃 机工作循环的顺序，定时向 气缸内供应新鲜空气（柴油 机）或可燃混合气（汽油机） ；并将燃烧后的废气定时排 出气缸，在压缩和做功冲程 中使气缸密闭，以保证内燃 机的正常运转。 配气机构按气门布置位置的 不同，可分为侧置式和顶置 式两种。侧置式又称顺装气 门，它布置在气缸的一侧； 顶置式又称倒装气

9、门，它布 置在气缸盖上。摇臂作用 顶置式如图（图4.2-5）,图4.2-5 顶置气门式配气机构 1-凸轮轴；2-挺柱；3-推杆；4-调整螺钉；5-锁紧螺钉；6-摇臂；7-摇臂轴；8-气门室罩；9-锁片；10-气门弹簧座；11、12-气门弹簧；13-气门；14-气门导管；15-气缸盖,三、内燃机燃料供给系 内燃机燃料供给系的作用是按内燃机工作需要，定时、定量地向气缸内供给燃油（柴油机）或可燃混合气（汽油机），使之燃烧产生热能而 做功。汽油机和柴油机供给系的结构和工作原 理不同，下面分别予以简介。 （一）汽油机的供油系 汽油机的供油系主要由油箱1、汽油滤清器3、汽油泵7、化油器6、空气滤清器5及油

10、管2等部件组成（图4.2-6）。,图4.2-6 汽油机的供油系示意图 1-油箱；2-油管；3-汽油滤清器；4-汽油表；5-空气滤清器；6-化油器；7-汽油泵；8-消声器,化油器的作用是将液态汽油与空气按一定比例进行混合，并汽化成可燃混合气。 图4.2-7 简单化油器工作原理图 由于进气冲程的吸气作用，空气经 过空气滤清器，被吸入汽化器。当 空气经过喉管8时，狭窄的过流面 积使空气流速增大，该处压力降 低（即该处形成负压）。浮子室 3内的汽油在大气压力作用下， 经量孔2从喷管4中自行喷入喉管 中，并被高速气流吹散而雾化成 混合气，通过节气门9和进气管 10进入气缸。浮子结构不清晰？ 节气门9是一

11、个可以启闭的片状门， 俗称“油门”。其作用是调节进入气 缸混合气的流量，以适应内燃机在 不同负荷下工作的需要。,图4.2-7 简单化油器工作原理图 1-进气预热套管；2-量孔；3-浮子室；4-喷管；5-浮子；6-针阀；7-空气滤清器；8-喉管；9-节气门；10-进气管；11-进气门,实际使用的化油器比较复杂，它在简单化油器的基础上增设了补偿、怠速、起动、加速及省油等装置，以适应汽油机各种工况的需要。汽油机需专门设置点火系，它的结构及工作原理，可参看有关书籍。 （二）柴油机的供油系 柴油机在进气冲程中吸 入空气，压缩冲程接近 终了时喷入雾化柴油， 燃油在压缩气体的高温 氧化作用下进行自燃。 因此

12、，柴油机的供油系 和汽油机有很大差别。 1、基本组成和工作过程,图4.2-8 4146A型柴油机供油系示意图 1-高压油管；2-放气螺钉；3-喷油器；4-细滤器；5-油道；6-调速器；7-输油泵；8-粗滤器；9-油管；10-喷油泵；11-空气滤清器；12-进气管；13-手油门；14-分泵；15-回油管,2、主要机件的构造及作用 1）喷油泵 喷油泵的作用是将低压柴油变为高压柴油，并按柴油机的工作需要，将高压柴油定时、定量地供给喷油器。国产柴油机多采用斜槽柱塞式喷油泵。图(d)有误 图4.2-11 喷油泵工作原理示意图 a)进油 b)压油 c)停止压油 d)回油 e)油量调节 1-柱塞；2-柱塞套

13、；3-柱塞斜槽；4，8-油孔；5-出油阀座；6-出油阀芯；7-出油阀弹簧,从上述情况看，柱塞往复运动一次，即二个冲程，供一次油，且只在柱塞上行的某一段冲程（即从柱塞顶端面盖住套筒油孔到其斜槽边缘与油孔沟通为止）内供油，此冲程称为“有效冲程”，若有效冲程长，供油时间长，供油量也就多，反之就少。旋转柱塞可以改变有效冲程，因此就可以改变喷油泵的供油量 . 油量控制机构（图4.2-12）就是一种通过供油拉杆4、调节叉7及调节臂1来操纵柱塞2旋转，改变柱塞有效冲程，从而达到控制喷油泵供油量目的的机构。 图4.2-12 油量控制机构 1-调节臂；2-柱塞；3-柱塞套；4-拉杆；5-油门拉板；6-停油销子；

14、7-调节叉,2）喷油器 喷油器又称喷油嘴，其作用是将喷油泵 压送来的高压柴油，以一定的压力和喷 射锥角呈雾状地喷入燃烧室，与高温高 压的空气混合燃烧而做功。 常用长型孔式喷油器的结构如图4.2-13 所示，它由喷油器体8、顶杆7、调节螺 钉2、调压弹簧4、针阀11、喷油嘴偶件 10等部分组成。 它的工作原理是：当喷油泵供油时，高 压柴油经进油管接头5内的滤油芯子6过 滤后，从喷油器体的油道进入喷油嘴偶 件10中部的环形压力室。当油压超过调 压弹簧4的张力时，便将针阀11向上顶 起，高压油就从针阀体的孔中喷入气缸 燃烧室，当喷油泵不供油时，调压弹簧 通过顶杆7使针阀11下行而关闭喷油孔， 于是喷

15、油终止。喷油压力的大小可以通 过调节螺钉2来调节。,3）调速器 调速器的作用是使柴油机在工作时，能够随着外界负荷的变化而自动调节供油量，使柴油机转速保持稳定。 目前柴油机上一般采用离心式调速器，按其用途的不同，可分为单程式、双程式和全程式三种调速器。 单程式调速器只能控制柴油机的最高转速，以防止产生“飞车”事故。 双程式调速器能控制柴油机的最高和最低转速，在最高和最低转速之间，调速器不起作用，仍需驾驶员来控制油门。一般汽车上的柴油机装有这种调速器。 全程式调速器不仅能控制柴油机的最高和最低转速，而且还能根据外界负荷的变化而自动调节柴油机的供油量，使柴油机转速保持稳定。工程机械的柴油机上使用的调

16、速器都是属于这种类型。,当柴油机运转时，喷油泵的凸轮轴带动传动斜盘1、飞球2与飞球架3以及推力斜盘4一起旋转，这时飞球架总成便产生离心力。此离心力迫使两斜盘左右分开。因传动斜盘固定在喷油泵的凸轮轴上，故不能轴向移动，于是此离心力迫使推力斜盘4左移。但调速弹簧5有一定的预紧力，它通过弹簧前座12使推力斜盘有右移趋势。当柴油机在一定的负荷下，以定的转速旋转时，推力斜盘左移和右移的推力平衡，这时油量调节拉杆10的位置保持不变，柴油供应量保持不变。 2-15 号泵调速器工作原理图 1-传动斜盘；2-飞球；3-飞球架；4-推力斜盘；5-调速弹簧；6-调节轴；7-低速限制螺钉；8-高速限制螺钉；9-调速叉

17、；10-调节拉杆；11-拉板；12-弹簧前座,当柴油机的负荷减小，转速便升高。这时飞球架总成的离心力所引起的轴向推力就大于调速弹簧的张力，于是推力斜盘就左移。通过拉板10和油量调节拉杆10使供油量减小，从而限制了柴油机转速的继续升高，直到两种推力再次取得平衡为止。 反之，当柴油机的负荷增大，转速便降低，飞球架总成的离心力所引起的轴向推力小于调速弹簧的张力，于是推力斜盘被推而向右移。通过拉板及油量调节拉杆使供油量增加，限制了转速的继续下降，直到两种推力再次取得平衡为止。 图4.2-15 号泵调速器工作原理图 1-传动斜盘；2-飞球；3-飞球架；4-推力斜盘；5-调速弹簧；6-调节轴；7-低速限制

18、螺钉；8-高速限制螺钉；9-调速叉；10-调节拉杆；11-拉板；12-弹簧前座,结论:当驾驶员将油门操纵杆(对应调速叉)置于一定的位置时，由于调速器的作用，供油量就可随柴油机负荷的变化而自动调节，使柴油机稳定在油门所规定的转速下工作 四、润滑系 内燃机工作时，有许多零件在做相对运动，从而产生摩擦阻力而消耗一定的功率，同时引起发热和磨损。若在两个零件的摩擦表面之间加入一层润滑油，将相对运动的表面隔开，则功率的消耗和零件的磨损就大为减少。润滑系就是为了满足这一要求而设置的。润滑系中的润滑油除了起润滑作用外，还能起到清洗、冷却和密封等作用。 压力润滑法 由于内燃机各零件的工作条件不同，对润滑的要求也

19、不同。对于承受较大负荷的摩擦面，如曲轴轴承、连杆轴承等处的润滑，就需要在机油泵的作用下，以一定的压力将机油注入摩擦表面进行强制润滑， 飞溅润滑法 对于承受负荷不大的摩擦面，如气缸壁、正时齿轮、凸轮表面等处，则可以利用运动零件对轴承间隙处泄漏出来的机油的飞溅使用，将机油送至摩擦表面进行润滑。 目前内燃机的润滑一般都采用压力润滑和飞溅润滑相结合的方法（俗称综合润滑法）。,6135型柴油机润滑系统 曲轴主轴承采用飞溅润滑 活塞采用飞溅润滑 其余采用压力润滑 图中 限压阀6 和安全阀8 有何作用? 图4.2-16 6135型柴油机润滑系统示意图 1-有油底壳；2-集滤器；3-油温表；4-加油口；5-机

20、油泵；6-限压阀；7-低速限制螺钉；8-安全阀；9-粗滤器；10-风冷机油散热器；11-水冷机油散热器；12-正时齿轮；13-装在盖板上底喷嘴；14摇臂；15-气缸盖；16-挺杆；17-油压表；18-增压器用的滤清器；19-增压器,五、冷却系 在内燃机工作过程中，气缸内的局部温度高达20002500。由于高温，使气缸充气量降低，造成内燃机功率降低，机油变稀，材料的机械性能下降，使零件得不到有效的润滑而致磨损加剧，更有甚者，还会出现运动零件的卡死现象。为此，内燃机工作时需要设置冷却系对其进行冷却。 但冷却过强也弊端甚多，如热量散失过多，也会造成内燃机功率下降；温度过低，燃油不易蒸发，造成起动困难

21、；还会使机油变稠，造成润滑不良等。 因此，冷却系的作用就是将内燃机工作中多余的热量散发出去，以保证它在8090的温度范围内正常工作。 内燃机的冷却方法有风冷和水冷两种。 风冷却就是通过高速空气吹过高温零件，将内燃机内多余的热量带走并散入大气中的一种冷却方法。这种内燃机在其气缸和气缸盖的外表铸有散热片，以增加散热面积。采用这种冷却方法的内燃机虽然结构简单、质量轻，但由于散热效果较差，通常只用于功率小、气缸数少的内燃机上。 水冷却是通过循环冷却水带走内燃机内部多余热量的一种冷却方法。由于冷却效果好，冷却均匀，且冷却强度可以调节，因此，多缸内燃机多采用这种冷却方法。,节温器7 的作用? 图4.2-1

22、7 强制循环式水冷系示意图 1-百叶窗；2-散热器；3-散热器盖；4-风扇；5-旁通道；6-水泵；7-节温器；8-出水管；9-水套；10-水温表；11-水套放水开关；12-散热器放水开关,4.3内燃机的性能指标及型号 一、内燃机的性能指标 内燃机的主要性能通常是指它的动力性和经济性。在内燃机产品的铭牌和使用说明中，都标有几种代表性的性能指标，便于使用人员了解内燃机的性能，达到合理使用内燃机的目的。下面介绍内燃机的几个主要性能指标。 1、有效扭矩Me 内燃机飞轮对外输出的扭矩，称为有效扭矩，用Me表示，单位为（Nm）。它是指发动机克服内部各运动件的摩擦阻力和驱动各辅助装置（水泵、油泵、风扇、发电

23、机等）后，在飞轮上可以供给外界使用的扭矩。 2、有效功率Pe 内燃机正常运转时从输出轴输出的功率，称为有效功率，用Pe表示，单位为（kW）。 有效功率是内燃机最主要的性能指标之一，它是内燃机的有效扭矩Me与转速n的乘积，可用下式来计算： 式中：Pe内燃机有效功率（kW）； Me曲轴扭矩（Nm）； n曲轴转速（r/min）,根据内燃机的不同用途，我国规定了15min功率、1h功率、12h功率、持久功率等四种标定功率的方法，其中12h功率又称额定功率，用Pe表示。工作中应严格按照规定的功率范围使用内燃机，否则，易使内燃机发生故障或缩短其使用寿命。 3、耗油率ge 耗油率表示发动机每发出1kW有效功

24、率，在1h内所消耗的燃油克数，用ge表示，它是衡量内燃机经济性的重要指标。耗油率越低，内燃机的经济性越好。耗油率ge可用下式来计算： 式中：ge内燃机耗油率（g/kWh）； G发动机每小时消耗的燃油量（kg/h）。 二、国产内燃机型号的编制规则 内燃机的型号是区别其类型的标志。为了便于内燃机的生产管理和使用，就应该懂得内燃机名称和型号的编制含义。,内燃机型号编制举例： 1、4135C1柴油机表示4缸、四冲程、缸径为135mm、水冷、船用，第一种变型产品。 2、12E230C柴油机表示12缸、二冲程、缸径为230mm、船用。 3、1E56F汽油机表示单缸、二冲程、缸径为56mm、风冷。 4、4100Q4汽油机表示4缸、四冲程、缸径为100mm、汽车用、第四种变型产品。,44 内燃机运用与维护保养 一内燃机的运行材料 内燃机的运行材料包括燃料、润滑油和冷却液三种。 1、燃料 目前内燃机使用的燃料主要有汽油和柴油两种，它们都是从石油中蒸馏出来的碳氢化合物。 （1）汽油 汽油是汽油机使用的燃料。汽油品质的好坏对汽油机的工作有很大影响。汽油的品质是用其蒸发性、抗爆性、酸碱含量、硫含量、胶质含量、防腐性、机械杂质和水分含量等指标来评定的。这些性能可参看有关书籍的介绍。 汽油的规格法辛烷值可分为90号、93号和97号车用汽油三个牌号。汽油牌号的大小表示其抗爆性的好坏。牌号越大，则抗爆性就越