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第一章内燃机第一节概述一、发动机及种类1.发动机：凡是把某种形式的能转变为机械能的机器都称为发动机。由能源不同分为：风力发动机、水力发动机、热力发动机等。2.热力发动机：把燃料燃烧的热能转变为机械能。分为内燃机和外燃机。外燃机：蒸汽机、汽轮机等。内燃机：柴油机、汽油机、煤气机等。二、内燃机分类1.按燃料分：煤油机、柴油机、汽油机、煤气机等；2.按完成一个工作循环的行程数分：四冲程式、二冲程式；3.按着火方式分：压燃式、点燃式4.按用途分：固定式（发电、排灌、农产品加工等）、移动式（拖拉机、汽车发动机）；5.按进气方式分：增压式、非增压式；6.按冷却方式分：水冷、风冷；7.按气缸数分：单缸、多缸；8.按气缸排列形式分：直列式、卧式、v型。三、内燃机系列和型号1.系列：按气缸直径不同将内燃机分成几个系列，在同一系列中包括缸数不同的多种机型。如：95系列柴油机，195295395495695等。例如：495柴油机，表示四缸、四行程、缸径95mm、水冷柴油机；1E40F汽油机，表示单缸、二行程、缸径40mm、风冷汽油机。2.型号：变型符号：用数字顺序表示机器特征符号：用字母表示Q——汽车用T——拖拉机用C——船用Z——增压F——风冷.无F为水冷缸径：用mm数表示气缸直径行程：E表示二行程.不用符号表示四行程气缸数：用数字表示第二节内燃机工作原理一、一般结构和基本术语1.一般结构（图1-1）气缸盖、进气门、排气门、喷油器或火花塞、气缸、活塞、连杆、曲轴、飞轮等。2.常用名词术语：（1）上止点：活塞在气缸中往复运动时，活塞顶离曲轴中心最远处。（2）下止点：活塞在气缸中往复运动时，活塞顶离曲轴中心最近处。（3）活塞行程：活塞在上、下止点之间移动的距离，用‘S’表示。（4）燃烧室容积（Vc）：活塞位于上止点时活塞顶与气缸盖之间的空间容积。（5）气缸工作容积（Vh）：上止点与下止点之间的气缸容积。Vh=πD²S×10¯³/4(L)式中：D—缸径S—活塞行程内燃机总排量(Vl)：多缸内燃机各气缸工作容积之和.Vl=Vh×i式中：i－气缸数（６）气缸总容积（Va）：活塞位于下止点时，活塞顶上方封闭容积。Va＝Vc＋Vh（７）.压缩比（ε）：气缸总容积与燃烧室容积之比。ε＝Va／Vc＝（Vc＋Vh）／Vc＝１＋Vh／Vcε表示气体在气缸内被压缩的程度。柴油机：ε＝１４～２０汽油机：ε＝６～１０二、单缸四冲程柴油机工作过程１.柴油机基本工作原理：先将新鲜空气吸入气缸并压缩，然后将柴油以高压喷射到燃烧室内，利用被压缩后的高温空气使柴油着火燃烧，高温高压的燃气推动活塞作功，使柴油机运转，将热能转变为机械能向外界输出。２.工作过程：（１）进气过程：曲轴转角从０°～１８０°，活塞由上止点→下止点，气缸容积↑，压力↓，进气门开，排气门闭，在压力差作用下，新鲜空气被吸入气缸，直至活塞下止点，进气终了，进气门闭。（２）压缩行程：曲轴转角从１８０°～３６０°，活塞由下止点→上止点，进、排气门关闭，气体被压缩，Ｔ、Ｐ均↑Ｔ＝７５０～１０００Ｋ，Ｐ＝２９４０～４９００KPa。（３）作功行程：曲轴转角从360°～540°，进、排气门关闭，.气缸内温度﹥柴油自燃温度（约６００Ｋ），高压柴油喷入燃烧室，迅速与空气混合，着火燃烧，放出大量热能，此时.气缸内Ｐ＝５９００～８８００KPa，Ｔ＝１８００～２２００Ｋ，高温高压燃气推动活塞由上止点→下止点，通过连杆转动曲轴，作功行程终了时，Ｐ＝２９０～５８０KPa，Ｔ＝１０００～１２００K；（４）排气行程：曲轴转角从540°～720,活塞由下止点→上止点，排气门打开，进气门关闭，废气压力﹥大气压，在活塞推送和压力差下废气排出。以上“进、压、爆、排“四个行程循环往复，柴油机不断工作，柴油机每完成进气压、压缩、作功、排气四个行程称为一个工作循环。一个工作循环中活塞往复四次，曲轴旋转两周。三、单缸四行程汽油机工作过程：１.汽油机基本工作原理：先将汽油和新鲜空气组成可燃混合气体吸入气缸并压缩，然后用电火花点火使混合气燃烧，高温高压的燃气推动活塞作功使汽油机运转将热能转变为机械能。２.工作过程：与四冲程柴油机类似，主要区别：（１）进气行程吸入气缸不是纯空气，而是空气与汽油相混合的可燃混合气。（２）汽油机压缩比较小（３）采用电火花点火。３.二冲程柴油机与二冲程汽油机工作过程的区别：①吸入新鲜空气而非混合气；②压缩终了时喷入柴油；③压燃而非点燃。４.二冲程内燃机与四冲程比较特点：①曲轴每转一周作功一次理论功率为四冲程的两倍；②因作功频率高，故运转平稳，可采用小尺寸飞轮；③省去了配气机构，结构简单，重量轻；④换气时间短，废气排除不干净；减少了有效作功行程，实际功率为四冲程１.５～１.６倍；⑤换气时有部分新鲜可燃混合气随废气排出，经济性较差。五、内燃机的组成一般由曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、润滑系、冷却系和起动装置等组成。在汽油机上还设有点火系。第三节曲柄连杆机构一、概述1.功用曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。第四节配气机构一、概述1．功用：配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时，保证气缸密封。进气充分、排气彻底，四行程发动机都采用气门式配气机构。三、配气相位和气门间隙1．配气相位(valvetiming)（图3-18）（1）定义：配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示-配气相位图。（2）理论上的配气相位分析理论上讲进、压、功、排各占180°，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180°。但实际表明，简单配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求。原因：①气门的开、闭有个过程开启总是由小→大关闭总是由大→小②气体惯性的影响随着活塞的运动同样造成进气不足、排气不净③发动机速度的要求实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，当转速为5600r/min时一个行程只有60/（5600×2）=0.0054s，就是转速为1500r/min，一个行程也只有0.02s，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。可见，理论上的配气相位不能满足发动机进饱排净的要求，那么，实际的配气相位又是怎样满足这个要求的呢？下面我们就进行分析。（3）实际的配气相位分析为了便进气充足，排气干净，除了从结构上进行改进外（如增大进、排气管道），还可以从配气相位上想点办法，气门能否早开晚闭，延长进、排气时间呢？①气门早开晚闭的可能从示功图中可以看出，活塞到达进气下止点时，由于进气吸力的存在，气缸内气体压力仍然低于大气压，在大气压的作用下仍能进气；另外，此时进气流还有较大的惯性。由此可见，进气门晚关可以增加进气量。进气门早开，可使进气一开始就有一个较大的通道面积，可增加进气量。在作功行程快要结束时，排气门打开，可以利用作功的余压使废气高速冲出气缸，排气量约占50%。排气门早开，势必造成功率损失，但因气压低，损失并不大，而早开可以减少排气所消耗的功，又有利于废气的排出，所以总功率仍是提高的。从示功图上还可以看出，活塞到达上止点时，气缸内废气压力仍然高于外界大气压，加之排气气流的惯性，排气门晚关可使废气排得更净一些。由此可见，气门具有早开晚关的可能，那么气门早开晚关对发动机实际工作又有什么好处呢？进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。2．气门间隙(valveclearance)（1）定义：气门间隙是指气门完全关闭（凸轮的凸起部分不顶挺柱）时，气门杆尾端与摇臂或挺柱之间的间隙。（2）作用：给热膨胀留有余地保证气门密封不同机型，气门间隙的大小不同，根据实验确定，一般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约为0.25～0.3mm，排气门间隙约为0.3～0.35mm。间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降，此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快。间隙过小：发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。概述柴油机所用的燃油是柴油。柴油的粘度大且不易蒸发柴油机是利用高压喷射的方法，在压缩行程接近终了时，将柴油喷入气缸，直接在气缸内与空气混合形成可燃混合气.借助气缸内工质的高温自行着火燃烧。1.柴油机的基本工作特征2．柴油的使用性能指标柴油是在533-623k的温度范围内，从石油中提炼出的碳氢化合物，含碳87%，氢12.6%和氧0.4%。发火性——指燃油的自燃能力，16烷值越高，发火性越好。蒸发性——由燃油的蒸馏实验。粘度——决定燃油的流动性，粘度越小，流动性越好。凝点——指柴油冷却到开始失去流动性的温度柴油按凝点分为10，0，-10，-20，-35五个牌号，其凝点分别不高于10℃，0℃，-10℃,-20℃,-35℃，牌号越高凝点越低。其代号分别为RCZ-10，RC-0，RC-10，RC-20，RC-35，R和C是燃和柴字的汉语拼音字头，凝点在0℃以上的则在-前加上Z字，选用时，号数应比实际气温低5～10℃。概述对柴油机燃油供给系统的要求:α1时为稀混合气；α1时为浓混合气；α=1时为标准混合气。柴油机的α通常都大于1，一般在1.15～2.2范围内。α过大，混合气过稀，燃烧速度慢，散发热量多，Ne↓。α过小，混合气过浓，燃烧不完全，油耗增加，冒黑烟，经济性变坏。可见α是影响发动机功率和油耗的重要因素。（2）喷射压力必须足够高,一般在10MPa以上，以利于柴油雾化。（3）柴油喷射系统的喷油规律应与燃烧过程相对应。控制前期喷射量；加快中期喷射量；尽快结束后期喷射。（4）在燃烧室内组织较强的空气涡流运动，促进空气与柴油的均匀混合。（1）可燃混合气浓度适中常用过量空气系数α表示，它是燃烧1㎏燃料实际供给的空气量与理论所需空气量之比。量燃料理论上需要的空气完全燃烧燃料实际供给的空气量燃烧kgkg11α=工作时，在喷油泵凸轮轴上的凸轮与柱塞弹簧的作用下，迫使柱塞作上、下往复运动，从而完成泵油任务泵油过程可分为以下三个阶段。进油过程供油过程回油过程（一）柱塞式喷油泵的泵油原理•回油过程柱塞向上供油，当上行到柱塞上的斜槽（停供边）与套筒上的回油孔相通时，泵油室低压油路便与柱塞头部的中孔和径向孔及斜槽沟通，油压骤然下降，出油阀在弹簧力的作用下迅速关闭，停止供油。此后柱塞还要上行，当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧的作用下，柱塞又下行。此时便开始了下一个循环。•结论：通过上述讨论，得出下列结论①柱塞往复运动总行程L是不变的，由凸轮的升程决定。②柱塞每循环的供油量大小取决于供油行程,供油行程不受凸轮轴控制是可变的。③供油开始时刻不随供油行程的变化而变化。④转动柱塞可改变供油终了时刻，从而改变供油量。第八节发动机润滑系一、概述发动机工作时，各运动零件均以一定的力作用在另一个零件上，并且发生高速的相对运动，有了相对运动，零件表面必然要产生摩擦，加速磨损。因此，为了减轻磨损，减小摩擦阻力，延长使用寿命，发动机上都必须有润滑系(lubricationsystem)。1.功用润滑作用：润滑运动零件表面，减小摩擦阻力