1、热力发动机 概 述,一、课程的性质和任务 1、了解热力发动机的工作过程和性能指标，主要包括动力性、经济性、排放性等。 2、分析热力发动机影响因素及发动机性能指标。 3、了解热力发动机的主要构造。二、课程的地位和作用 本课程是一门专业选修课，对今后的就业及实际工作起指导作用。,三、课程主要内容课程的主要内容分两大部分：内燃机部分和汽轮机、燃气轮机部分。 内燃机部分的是内燃机的循环、燃烧过程和特性以及内燃机的主要构造。,四、课程的特点、要求、学时分配、考核特点:本课程理论性较强，无多少实物供参照，课堂上的讲授以理论分析和推导为主。要求:要求课上集中精力听讲，做好笔记，课下及时复习。对重点章节要熟练
2、掌握。学时分配：总学时2428，其中实验24学时考核：本课程为考试课，平时10%；实验10%；考试80%。参考书：1.汽车内燃机原理（第二版）陈培陵主编 人民交通出版社 2003 2.内燃机学,五、热力发动机概述,发动机的分类 发动机：将某一种形式的能量（热能、电能、化学能、太阳能等）转 变成机械能的机器。 热力发动机：将热能转变成机械能的内燃机。 外燃机：燃料在机器外部燃烧，产生的热能输入到机器内部并转变成机械能输出的热力内燃机。如蒸汽机。 内燃机：液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能，然后再将热能转变成机械能输出的热力内燃机。如活塞式内燃机、燃气轮机(按热能转变成机械能
3、的主要构件分）。,2018/6/6,5,3、比较：外燃机体积大，重量重，热效率低；内燃机热效率高，体积小，重量轻，便于移动，起动性能好;燃气轮机功率大，转速高， 质量小（没有往复运动件，单位功率质量小），转矩特性好（减少 变速器挡数），燃料适应性好，起动性好，但耗油量、噪声和制造成本均较高，适用于坦克内燃机,2018/6/6,6,内 燃 机 原 理 与构 造,：,2018/6/6,7,第1章 内燃机概述1.1 按活塞运动方式分： 1、往复活塞式内燃机 2、转子活塞式内燃机,三角活塞旋转式内燃机（简称转子内燃机）于1958年由德国F.汪克尔发明，关键技术是1954年F.汪克尔提出的气密封系统，1
4、964年德国NSU公司将转子内燃机装在轿车上，1967年日本东洋工业公司成批生产，至今。 比较：转子内燃机与往复活塞式内燃机相比，优点是体积小，重量轻，转速高，升功率大，现代转子内燃机燃油消耗率水平接近往复活塞式内燃机，但耐久性、可靠性等较差，制造成本较高。,1、按所用的燃料分： （1）液体燃料内燃机；汽油机（gasoline engine）； 柴油机（diesel engine）。 （2）气体燃料内燃机：压缩天然气内燃机（CNG）； 液化石油气内燃机（LPG）。 2、按发火方式分：（1）点燃式内燃机（如汽油机、气体燃料 内燃机）； （2）压燃式内燃机（如柴油机）。3、按工作循环的冲程数分：
5、（1）四冲程内燃机； （2）二冲程内燃机。,1.1.1往复活塞式内燃机:,2018/6/6,9,4、按冷却方式分:（1）水冷内燃机； （2）风冷内燃机。5、按进气方式分:（1）自然吸气式内燃机（非增压 式内燃机）； （2）强制吸气式（增压式内燃机）。6、按气缸数分： （1）单缸内燃机 ； （2）多缸内燃机。7、按气缸排列方式分：（1）单列内燃机：直立式内燃 机、平卧式内燃机 （2）双列内燃机： V型内燃机、 水平对置式内燃机,2018/6/6,10,1.2内燃机的工作原理1.2.1理想循环,实际工作过程：,进气、,压缩、,燃烧、,膨胀、,排气,汽油机的理想循环： 等容加热循环低速柴油机的理想循
6、环： 等压加热循环高速柴油机的理想循环： 混合加热循环,2018/6/6,11,2、汽油机的理想循环,1-2的压缩过程绝热压缩；2-3的燃烧过程等容加热；3-4的膨胀过程绝热膨胀；4-1的排气过程等容放热。,等容加热循环的热效率： T=1-1/k-1,-压缩比；,k-绝热指数。,-等容加热循环,Q2,Q1,2018/6/6,12,3、车用柴油机的理想循环 -混合加热循环,混合加热循环的热效率:,1-2的压缩过程绝热压缩；2-3的燃烧过程等容加热；3-4的燃烧过程等压加热；4-5的膨胀过程绝热膨胀；5-1的排气过程等容放热。,=V1/V2-压缩比,=P3/P2 -压力升高比，=V4/V3 -预胀
7、比，k-绝热指数.,Q1,Q1,2018/6/6,13,4、低速柴油机的理想循环-等压加热循环,1-2的压缩过程 绝热压缩；2-3的燃烧过程 等压加热;3-4的膨胀过程 绝热膨胀；4-1的排气过程 等容放热。,等容加热循环的热效率：T=1-1/k-1(K-1 )/K( -1),2018/6/6,14,二、影响内燃机理想循环的主要因素 分析循环的主要目的是找出影响循环热效率的因素，找到提高热效率的途径。常用的方法有： 1、解析法： 从循环热效率的公式出发进行分析。2、图示法： 由PV图、TS图入手分析。,2018/6/6,15,1、压缩比的影响,压缩比对上述三种理想循环的影响是相同的。由热效率的
8、公式：,提高循环平均吸热温度，降低循环平均放热温度扩大了循环温差和膨胀比, T 。,当压缩比较小时，热效率随压缩比的增加显著增大；当压缩比较大时，热效率随压缩比的增加增大较少。,由试验曲线看出:,2018/6/6,16,2、K的影响 由公式看出， KT（混合气较稀,K较大）K取决于工质的性质，双原子气体为1.4；多原子为1.33.3、的影响 (1) 对定容加热循环，T不变 因为 则Q1和 W Q2/Q1不变。 (2) 对混合加热循环，TQ1不变，值增大（Q1v）则相对的减少了Q1p所占的比例，而Q2减少，使整个循环的热效率会增大。4、的影响 （1）对等压加热循环，T。( Q2) （2）对混合加
9、热循环，T,2018/6/6,17,比较图中各循环加热过程所对应的面积，得出： Q2p Q2mQ2v所以： tvtmtp,三、活塞式内燃机理想循环的比较1、在等压缩比 、等加热量Q1条件下,2018/6/6,18,2、在循环的最高温度、最高压力相同的条件下,在T-S图上比较三种循环的加热量和放热量，可以看出： 放热量q2都相同，而加热量为：,Q1pQ1mQ1v,所以：,tptmtv,实际内燃机中，由于压缩比选取的不同，有：tm tptv,第二章 内燃机工作循环及性能指标,本章要求：了解：内燃机的热平衡。,理解：内燃机的实际循环过程，机械损失。掌握：示功图分析法，主要性能指标。,第一节 内燃机的
10、实际循环,内燃机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程所组成。实际循环比理论循环复杂的多。通常用气缸内的工质压力随气缸工作容积或曲轴转角而变化的图形（示功图）来研究。即-示功图和-,四冲程柴油机图,四冲程汽油机图,五个工作过程：,1、进气过程2、压缩过程3、燃烧过程化学能热能4、膨胀过程5、排气过程排气温度是重要参数,第二节 内燃机的性能指标,内燃机的性能指标包括：指示指标：据示功图求得的动力性和经济性指标它是以工质在气缸内对活塞所做的功为基础的性能指标。意义：用来评价实际工作循环的好坏，研究内燃机的工作过程。有效指标：考虑到机械损失的指标。小于指示指标 它是以曲轴对外输出的功为基
11、础的性能指标。意义：用来评定内燃机性能的好坏。,内燃机的指示指标：,顺时针 正功-循环指示功；逆时针 负功-泵气功;机械 损失功,示功图上循环曲线所围成的面积的大小表示功的多少。,在气缸完成一个循环，工质对活塞所做的功，用WCi（J）表示。WCi=Pdv（WCi相当于代表的功）,一、指示功和平均指示压力1、指示功（或循环指示功）,1）定义：内燃机单位气缸工作容积每循环做的指示功。 Pi=Wci/Vh (kpa)2）单位：Wci（J），Vh（L），Pi（kpa）3）Pi，Wci =气缸工作容积的利用程度。4）作用：评价内燃机工作循环的动力性。 5）汽油机:Pi=700-1300kpa 柴油机:P
12、i=650-1100kpa增压柴油机:Pi=900-2500kpa,2、平均指示压力Pi,二、指示功率Ni,i 气缸数； Pi 平均指示压力（kpa)； n 转数，r/min； 行程数；Vh（L）汽缸工作容积。当时：,Pi，Ni，动力性指标。,定义：单位时间内所做的指示功，Ni, KW。 Ni=Wci/t(N.m/s),KW,KW,三、指示燃油消耗率gi,定义：单位指示功所消耗的燃油量，用gi表示。 gi（1000Gf/Ni）g/kwh Gf 每小时的燃油消耗量，kg/h； Ni 指示功率，kw。,gi，i，经济性指标。,四、指示热效率i,定义：实际循环指示功Wci与所用燃油的发热量Q1之比值
13、,用i表示。,Ni KW； Hu KJ/kg燃料热值； Gf kg/h； gi g/kwh,可以看出：i1gi,标定工况下，i，gi的大致范围：,gi i汽油机： 205320 0.250.40柴油机： 170205 0.400.50,内燃机的有效指标,一、机械损失功率Nm和有效功率Ne1.机械损失： 主要包括：摩擦损失： 活塞环与缸壁间，各轴承与轴颈间，气门传动机构的摩擦。占总损失的6075%。,驱动附属机构的能量损失 占1020%。泵气损失： 占1020%。2.机械损失功率Nm: 因机械损失所消耗的功率3有效功率Ne: NeNi-Nm: 曲轴对外输出的功率。,二、有效扭矩（转矩）Me,Ne
14、：功率；KW Me：扭矩；N.mn：转速；r/min,是内燃机工作时曲轴输出的平均扭矩。,Men,三、平均有效压力Pe,1.定义：单位气缸工作容积的循环有效功。 是评价内燃机动力性和强化程度的重要指标。2.与Ne的关系：,Pe平均有效压力kpa，Vh 汽缸工作容积L 对四冲程内燃机，4，,3.对于结构一定的内燃机，平均有效压力Pe与扭矩Me成正比。,汽油机:Pe=650-1200kpa ；柴油机:Pe=600-950kpa,四、升功率NL，比重量Ge,升功率NL： 内燃机每升工作容积发出的有效功率。 NLNe/(i Vh) kw/L 从有效功率的角度，衡量内燃机排量利用的程度，NL越大，内燃机
15、的强化程度越高，发出一定有效功率的内燃机尺寸越小。 比重量： 内燃机的净重量G与所发出功率Ne的比值。 GeG/Ne 表征重量利用程度和结构紧凑性。 升功率和比重量都是内燃机的强化程度指标。 越大，内燃机的热负荷和机械负荷越高。,五、有效燃油消耗率和有效热效率,.有效燃油消耗率: 单位有效功率的油耗量。 ge1000Gf/Ne g/kwh Gf:每小时的油耗量,kg/h Ne:有效功率kw有效热效率：内燃机的有效功We与所消耗的燃油发出的热量Q1的比值。 eWe/Q13.6/ (ge Hu)106Wim/Q1im ge:有效燃油消耗率; Hu:燃料的低热值kJ/kg ge、e是内燃机的经济性能
16、指标。,总结,1、按评价内燃机性能的不同使用方面常用的性能指标：Ne, Me, ge结构设计方面常用的性能指标（强化程度指标）：Pe,NL.Ge2、内燃机铭牌或产品说明上注明的指标，都是在标定工况下的指标。3、动力性指标：Ne，Me，Pe，NL； 经济性指标：ge，e,第三节 机械效率,一、机械效率1.机械损失功率:内燃机机械损失所消耗的功率，Nm2.平均机械损失压力:单位气缸工作容积的机械损失功，PmPi-Pe,.机械效率：指示功转变为有效功的程度。,i、e、m之间的关系,汽油机：m0.70.9；柴油机：m0.70.85；增压柴油机：m0.80.92,二、影响m的因素,1转速n负荷一定=Pi
17、、Ni基本不变n=摩擦损失 =机械损失=Pm,图2-3 m随转速的变化关系,得: n,m故用提高n来增加内燃机的动力性指标受到限制。,使用因素：转速、负荷、润滑油品质、水温等；结构设计因素：最高燃烧压力、气缸尺寸数目、大气状态等。,2.负荷,n不变，NeMe，NePe,故负荷可用Ne,Pe表示。负荷率：Me/Memax100%,负荷=Pi,Pm近似不变=mPm/Pi怠速工况: Ne0 NiNm, m=0,负荷定义：内燃机的转速变化时,作用在内燃机曲轴上的阻力矩。,一、四冲程汽油机工作原理（一）基本工作原理,第二节 四冲程内燃机工作原理(以后详讲）,1、化油器式汽油机：汽油和空气在化油器内混合成
18、可燃混合气，再输入内燃机气缸并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功传统式。,2、汽油喷射式汽油机： （1）进气管内喷射： 将汽油喷射入进气管内，同空气混合成可燃混合气，再输入内燃机气缸并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功（现代轿车电控汽油喷射式汽油机）。（2）气缸内直接喷射：将汽油直接喷射入气缸内同空气混合成可燃混合气并加以压缩，然后用电火花使之点火燃烧发热而作功（未来发展）。,曲柄连杆机构气缸7内装有活塞8，活塞通过活塞销10、连杆11与曲轴14相连接。活塞在气缸内作往复直线运动，通过连杆推动曲轴转动，通过飞轮13对外输出作功。,（二）单缸汽油机基本结构：,配气机构为了吸入
19、新鲜气体和排出废气，设有进气门2和排气门3，曲轴14通过正时齿轮副推动配气凸轮轴转动，凸轮通过挺杆克服气门弹簧力顶开气门，气门在气门弹簧预紧力的作用下关闭。,供给系汽油和空气在化油器4内混合成新鲜可燃混合气，经过进气管1、进气门2吸入气缸内，燃烧后的废气经过排气门3、排气管排入大气中。,冷却系水泵9由曲轴14上的皮带轮带动，将来自散热器冷却后的冷却水泵入气缸7燃烧室周围的冷却水套，经过气缸盖6中的冷却水套，热水由气缸盖上部的出水口流往散热器。,点火系气缸内的新鲜可燃混合气经过压缩后由气缸盖上伸入燃烧室内的火花塞5产生的点火花点燃。,润滑系机油泵17由配气凸轮轴上的偏心凸轮驱动，将油底壳16内的
20、机油吸入并经过机油管15、润滑油道泵入到各运动件的摩擦部位进行润滑。,上止点（T.D.C.）：下止点（B.D.C.）：活塞行程 S ：曲柄半径 R ：气缸工作容积Vh：内燃机工作容积VL：,VL=,式中：D气缸直径（cm） S活塞行程（cm） i 气缸数,燃烧室容积VC ：气缸总容积Va ： 压缩比 ：,（三）内燃机基本术语,活塞顶离曲轴中心最远处。,活塞顶离曲轴中心最近处。,上、下止点之间的距离。,曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离。,活塞从上止点到下止点所扫过的容积（气缸排量） 。,多缸内燃机各气缸工作容积 的总和 （内燃机排量） 。,活塞在上止点时，活塞顶上方的气缸容积（或气缸最小
21、容积）。,活塞在下止点时，活塞顶上方的 气缸容积（或气缸最大容积） （ Va= VC+ Vh ）,气缸总容积与燃烧室容积之比。 （ =Va / VC =1+ Vh/ VC ）,在内燃机内，每一次将热能转变成机械能都必须经过吸入空气、压缩和输入燃料，使之发火燃烧而膨胀作功，然后将生成的废气排除这样一系列连续过程，称为一个工作循环。.,（1）进气行程（0180 CA）： 活塞自上止点向下止点移动，活塞上方气缸容积增大，形成一定真空，此时排气门关闭，进气门打开，可燃混合气由化油器经进气歧管、进气门吸入气缸，历时一个活塞行程，曲轴旋转180转角。由于有进气阻力，进气终了时缸内压力低于大气压力，约为0.
22、0750.09MPa；由于气缸内的可燃混合气受上一循环残余废气和高温零件的加热，进气终了时缸内气体温度上升到370400K。,（a）进气行程,1、四冲程汽油机的工作循环,（四）四冲程内燃机的工作循环：,四冲程内燃机的工作循环需要经过进气、压缩、膨胀（作功）、排气四个过程，对应活塞上下四个行程，相应的曲轴转角旋转720（两周）。,压缩终了时，可燃混合气的压力、温度取决于压缩比的大小。 愈大，压缩终了时的可燃混合气的压力、温度愈高，燃烧速度愈快，内燃机发出功率愈大，经济性愈好，但汽油机的压缩比过高会引起爆燃和表面点火等不正常的燃烧现象，一般在69之间，现代轿车汽油机的在911之间。,（b）压缩行程
23、,（2）压缩行程（180360 CA）： 为了使可燃混合气能迅速燃烧，使内燃机发出更大功率，燃烧前必须将可燃混合气压缩，使其容积缩小，密度加大，温度升高。此时，进、排气门均关闭，活塞从下止点向上止点移动，曲轴旋转180 CA。,（a）爆燃： 由于压缩比过高导致压缩终了时气体压力和温度过高，在火花塞点火之后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现象，称为爆燃。 爆燃现象：,爆燃时，火焰以极高的速率传播，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速推进，当这种压力波撞击燃烧室壁时就发出尖锐的敲缸声。同时还会引起内燃机过热、功率下降、燃油消耗率增加等一系列不良后果，严重爆燃时甚
24、至造成排气门烧废、轴瓦破裂、活塞顶熔穿、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。,（b）表面点火： 在火花塞点火之前，由于燃烧室内灼热表面（如排气门头部、火花塞电极处、积碳处）点燃可燃混合气而产生的另一种不正常燃烧现象，称为表面点火。 表面点火现象： 表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会使内燃机机件机械负荷增加，寿命降低。,（c）汽油机压缩比的选择： 应在避免引起爆燃和表面点火的前提下尽可能提高压缩比，以提高内燃机功率，改善燃油经济性。,进、排气门仍关闭。当压缩行程接近终了时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气，放出大量的热能，使气缸内的压力和温度迅速增加，所能达到的最大
25、压力PZ约为35MPa，相应温度为22002800K。.,（c）作功（膨胀）行程,（3）作功（膨胀）行程： （360540CA）,高温、高压燃气推动活塞从上止点向下止点移动，通过连杆使曲轴旋转并通过飞轮输出机械能，除了一部分用于维持内燃机继续运转外，其余大部分机械能用于对外作功，期间曲轴旋转180CA，膨胀终了时，压力降至0.30.5MPa，相应温度则降为13001600K。,（d）排气行程,（4）排气行程（540720 CA ）：,当膨胀接近终了时，排气门打开，靠废气的压力进行自由排气（排气门开启时废气压力与大气压力之比大于临界压力比），大部分废气自行排出。活塞到达下止点后再向上止点移动，继
26、续将废气强制排到大气中，排气终了时缸内压力稍大于大气压力（排气阻力存在），约为0.1050.115MPa，废气温度约为9001200K。,由于燃烧室占有一定容积，因此在排气终了时（上止点），不可能将废气排尽，留下的这一部分废气称为残余废气。,柴油的粘度比汽油大，不易蒸发，不可能用气缸外部的化油器进行雾化，因此不可能采用气缸外部形成可燃混合气的方法，唯有在高温、高压的气缸内采用高压喷射才能将柴油在很短的时间内完全雾化。,柴油机压缩比较高（一般为1622），所以压缩终了时的压力可达3.54.5MPa，温度高达7501000K，大大超过柴油的 自燃温度，故柴油高压（10MPa以上）喷入气缸后，在很短
27、时间内与空气混合后便自行着火燃烧，最大爆发压力可达69MPa，最高燃气温度可达20002500K。,二、四冲程柴油机工作原理 四冲程柴油机每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程，相应地曲轴旋转了两周。,柴油的自燃温度比汽油低，因此，可燃混合气的着火方式可采用自燃（压燃）方式，与汽油机的点燃方式不同（否则会产生爆炸性燃烧，使柴油机工作粗暴）。,图中喷油泵2凸轮轴一端的传动齿轮由曲轴正时齿轮经过中间齿轮驱动旋转，泵油机构产生高压燃油，经过高压油管进入气缸盖上的喷油器1，在压缩终了附近，由伸入气缸内的喷油嘴头部喷孔喷入雾化良好的燃油，在燃烧室内与空气混合成可燃混合气后自燃。 喷油泵凸轮轴的
28、转速是曲轴转速的12。,（一）柴油机压缩比的选择依据 柴油机压缩比远较汽油机的压缩比高，这是因为柴油机采用压燃的着火方式，为了保证内燃机良好的冷起动性能，压缩比远较汽油机的高。 柴油机压缩比应在保证良好的冷起动性能前提下尽可能低，因为过高的压缩比会导致内燃机工作粗暴，而且，内燃机的循环热效率随着压缩比的增加已接近缓慢，增加不明显，对燃油经济性并没有带来多大改善,（二）柴油机与汽油机工作原理的不同： 1、着火方式不同：汽油机是点燃式，柴油机是压燃式；,2、可燃混合气形成方式不同： 汽油机是气缸外部化油器内均匀混合（传统化油器式和现代轿车进气管内电控汽油喷射式），柴油机是气缸内部燃烧室内不均匀混合
29、；（均匀性体现在燃料的蒸发性、混合气形成时间的长短）,3、内燃机功率调节方式不同： 汽油机是通过调节节气门开度的大小改变可燃混合气的数量而改变内燃机功率的大小，属“量”的调节；柴油机是通过改变喷油泵每循环的供油量即改变每循环喷入气缸内的燃油量，从而改变可燃混合气的浓度而改变内燃机功率的大小，属“质”的调节。,（三）柴油机与汽油机性能比较： 汽油机具有转速高（轿车高达50006000r/min）、质量小、工作柔和、起动容易、制造成本低和维修方便等优点，不足之处是燃油消耗率较高，燃油经济性较差，适用于轿车型乘做人员车辆； 柴油机燃油消耗率较汽油机低30%左右，且柴油价格低，所以燃油经济性好，而且输
30、出扭矩较大，但冷起动困难、工作粗暴、工作转速较低（一般4000r/min以下）、制造成本高、维修困难，适用于运输型汽车。,（四）飞轮的作用： 四冲程内燃机工作循环的四个活塞行程中，只有一个行程是作功的，其余三个行程是依靠飞轮的惯性作用完成的，飞轮的作用就是储存作功行程时的动能，克服活塞上行时的压缩负功，维持工作循环周而复始，并使曲轴转速均匀。 飞轮的另一作用就是通过飞轮上的齿圈起起动和输出机械能的作用。,多缸内燃机每循环作功的曲轴转角间隔小，工作较均匀，转速较平稳，飞轮的转动惯量较小。因此，汽车内燃机用的较多的是四缸、六缸和八缸内燃机。,第三节 二冲程内燃机工作原理,一、二冲程汽油机工作原理（
31、一）二冲程内燃机的工作循环: 是在两个活塞行程内，即曲轴旋转一周的时间内完成的。（二）二冲程汽油机的结构特点：,二冲程汽油机采用曲轴箱扫气，曲轴箱是密封的，对多缸机而言，各曲柄轴室相互之间是密封的，气缸壁上开有矩形扫气口和排气口，气缸壁上开有进气口（右图所示最早的活塞阀进气方式）。,（三）二冲程汽油机的工作循环：1、第一行程： 活塞自下止点开始向上止点移动，曲轴箱内在上一行程中被预压缩的新鲜可燃混合气自气缸壁上的扫气口继续向气缸内扫气，活塞顶将扫气口关闭后，由于排气口仍未关闭，气缸内的新鲜可燃混合气被活塞强行从排气口挤出，此谓燃料的过后排气损失，不可避免；由于扫气过程中或多或少有新气与废气的混
32、合，存在燃料的扫气损失，因此，二冲程汽油机的燃油消耗率远较四冲程汽油机的高，HC排放严重。,（1）第一行程（扫气口关闭）,排气口关闭后，气缸内才开始真正的压缩，活塞上移到接近上止点时，火花塞点火，点燃被压缩的可燃混合气。,扫气口关闭后，随着活塞的上移，曲轴箱内形成一定真空，当活塞底端打开气缸壁上的进气口，曲轴箱内开始进气，直至活塞运动到上止点，此时，进气口应全开，曲轴箱容积最大。,（2）第一行程（进气口开启）,（3）第二行程（燃烧膨胀作功）,（4）第二行程（排气口、扫气口开启）,着火后，高温、高压燃气膨胀迫使活塞从上止点向下止点移动，进气口逐渐关闭，曲轴箱内的可燃混合气开始被预压缩。,2、第二
33、行程：,当活塞顶打开排气口时，缸内压力仍有0.30.6MPa，故大部分废气以音速从缸内排出，当活塞顶打开扫气口时，缸内压力已降低到低于曲轴箱内压力，曲轴箱内的可燃混合气开始扫入气缸，并向排气口驱除剩余废气。活塞到达下止点时，排气口和扫气口应全开，曲轴箱容积最小。,排气口关闭时气缸内气体的容积与压缩终了时气体的最小容积之比。显然，实际压缩比要小于名义压缩比（气缸内气体的最大容积与压缩终了时气体的最小容积之比）。,（四）总结,1、第一行程：,活塞自下止点上移到上止点，包括气缸内扫气、排气、压缩过程和曲轴箱内的进气过程；,2、第二行程：,活塞自上止点下移到下止点，包括气缸内燃气膨胀作功、排气、扫气过
34、程和曲轴箱内新鲜可燃混合气的预压缩过程；,3、气缸内的换气过程：,气缸内的扫气和排气过程。,4、曲轴箱压缩比：,曲轴箱内的最大容积与最小容积之比。一般在1.251.40之间，过小影响曲轴箱进气效率（给气比），过大导致扫气时新鲜可燃混合气与气缸内废气掺混，造成燃料从排气口逸失。,5、换气口布置：,排气口上沿位置比扫气口上沿位置高，尺寸差很重要，否则若扫气口开启时气缸内废气压力高于曲轴箱内压力，会导致废气向曲轴箱内倒流。排气口与扫气口圆周方向上呈90布置 ，即回流扫气方式。,6、实际压缩比：,二冲程汽油机由于燃油消耗率高、HC等排放严重而逐渐淘汰出摩托车用市场，但军用小型无人航空飞行器却因其体积小
35、、重量轻、单位气缸工作容积输出功率大而仍被看好，但要解决电控汽油喷射技术甚至废气涡轮增压技术 。,二、二冲程汽油机与四冲程汽油机比较,理论上同样内燃机排量、同样工作转速的内燃机其功率应等于四冲程汽油机的二倍，实际上由于实际压缩比小于名义压缩比，气缸内进气不足（进气时间短，存在给气和扫气损失），只等于1.51.6倍。,1、,二冲程汽油机没有配气机构，结构简单，体积小，重量轻，容易维修。,2、,二冲程汽油机作功间隔短，内燃机运转平稳，飞轮转动惯量小，容易上高速。,3、,二冲程汽油机燃油消耗率远较四冲程汽油机的燃油消耗率高，HC等排放严重。,4、,5、,第四节 内燃机总体构造,一、四冲程汽油机的一般
36、构造（以东风EQ1090E型汽车为例）,（一）机体组：,包括气缸盖 3、气缸体 11、油底壳 26。有的内燃机 将气缸体分铸成上下两部分，上部称为气缸体，下部称为曲轴箱。.,机体的作用是作为内燃机各机构、各系统的装配基体，本身许多部分又分比别是各机构、各系统的组成部分。如气缸盖、气缸体上钻的润滑油道是润滑系统的组成部分，气缸盖、气缸体上铸的冷却水套是冷却系统的组成部分等。,此外，气缸盖和气缸体的内壁共同组成燃烧室的一部分。通常，将机体组列入曲柄连杆机构。,（二）曲柄连杆机构：,包括活塞、连杆总成25、曲轴22、飞轮15等运动机件。.,曲柄连杆机构的作用是内燃机借以产生动力，并将活塞的直线往复运
37、动转变为曲轴的旋转运动而输出动力的机构。,（三）配气机构：,包括进气门、排气门、挺柱、推杆、摇臂9、凸轮轴20、凸轮轴正时齿轮33（由曲轴正时齿轮32驱动）等。,配气机构的作用是使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸排出废气。,（四）供给系：,气缸盖、气缸体上铸的进、排气道显然是供给系的一部分。,供给系的作用是把汽油和空气混合成成分合适的可燃混合气供入气缸，以供燃烧，并将燃烧生成的废气排出内燃机。.,包括汽油箱、汽油泵45、汽油滤清器、化油器7、空气滤清器38、进气管、排气歧管总成51、排气消声器等。.,（五）点火系：,其功用是保证按规定时刻及时点燃被压缩的可燃混合气。包括供给低压电流的蓄电池和
38、发电机，将低压电流变成变成高压电流的断电器（与分电装置等组合成为分电器总成43）和点火线圈，把高压电流按规定时刻通过分电装置通到各气缸的火花塞等。,（六）冷却系：,包括水泵2、散热器、风扇1、分水管、气缸体放水阀50以及气缸体和气缸盖上铸出的冷却水套等。其功用是把受热机件的热量散到大气中，以保证内燃机在正常温度范围内工作。,（七）润滑系：,包括机油泵27、集滤器、限压阀、气缸体和气缸盖钻设的润滑油道、机油粗滤器46、机油细滤器49和机油冷却器等。其功用是将一定压力的润滑油供给作相对运动的零件工作表面之间以形成液体摩擦，减少摩擦阻力，减轻机件的磨损，并冷却摩擦零件，清洗摩擦表面，缓和冲击，分散应
39、力，辅助密封。,（八）起动系：,车用汽油机一般由曲柄连杆机构（包括机体组）、配气机构两大机构和供给系（包括燃料供给系统和进、排气系统）、点火系、冷却系、润滑系和起动系五大系统组成。,二、总结：,包括起动电机及其附属装置。其作用是使静止的内燃机起动并转入自行运转。,1、风扇,2、水泵,3、气缸盖,4、小循环水管,5、进、排气歧管总成,6、曲轴箱通风装置,7、化油器,8、气缸盖出水管,9、摇臂机构,10、曲轴箱通风管,11、气缸体,12、后挺杆室盖,13、曲轴箱通风挡油板,14、飞轮壳,15、飞轮,16、内燃机后悬 置螺栓、螺母,17、限位板,18、内燃机后悬 置软垫,19、油底壳衬垫,20、凸轮
40、轴,21、曲轴止推片,22、曲轴,23、主轴承盖,24、机油泵、分电器总成,25、活塞、连杆总成,26、油底壳,27、机油泵,28、内燃机前悬置软垫总成,29、内燃机前悬置支架总成,30、风扇皮带,31、正时齿轮室盖及曲轴前油封,32、曲轴正时齿轮,33、凸轮轴正时齿轮,34、空气压缩机皮带,图1-8 东风 EQ6100-1 型汽油机轴侧剖视图,51、排气管,27、机油泵,图1-8 东风 EQ6100-1 型汽油机横剖视图,7、化油器,35、曲轴箱通风单向阀,36、进气管,37、绝热垫及衬垫,38、空气滤清器, ：52、弯管接头53、弹簧54、单向阀55、阀体,11、气缸体,48、出水弯管,5
41、0、放水阀,49、机油细滤器,3、气缸盖,39、气缸套,40、定位销,41、挺杆室衬垫,42、挺杆室盖,43、分电器,44、加机油管和盖,45、汽油泵,46、机油滤清器,47、联轴套,19、油底壳衬垫,26、油底壳,15、气缸盖罩,二、现代四冲程汽油机的一般结构（以桑塔纳轿车电喷内燃机为例）,桑塔纳轿车（2000GSI）电喷内燃机 （AJR）外形图,1、正时齿形带护罩,2、空调压缩机,3、空调压缩机带轮,4、多楔皮带,5、曲轴带轮,6、张紧轮,7、发电机带轮,8、导向轮,9、动力转向油泵,10、动力转向泵带轮,11、发电机,12、进气歧管,13、机油标尺,14、燃油分配管,35、油底壳,桑塔纳
42、轿车（2000GSI）电喷内燃机 （AJR）轴侧剖视图,16、正时齿形皮带,17、凸轮轴正时齿形带轮,18、水泵齿形带轮,19、曲轴正时齿形带轮,20、机油泵传动链,21、机油泵,22、曲轴,23、水泵,24、活塞,25、排气门,26、进气门,27、气缸体,28、气缸盖,29、液压挺柱,30、凸轮轴,31、喷油器,32、机油滤清器,33、机油压力限压阀,34、连杆,喷油器,气缸盖罩,加机油口,气缸盖,排气歧管,进气歧管,发电机,空调压缩机,导向轮,动力转向泵带轮,水泵,气缸体,曲轴箱,油底壳,机油泵链轮,曲轴,连杆,活塞,进气门,凸轮轴,液压挺柱,气门弹簧,桑塔纳轿车（2000GSI）电喷内燃
43、机 （AJR）横剖面图,（3）化油器式汽油机上的进、排气歧管布置于内燃机一侧，便于加热进气管，促使燃油雾化，而柴油机上的进、排气歧管全都部置于内燃机异侧，以免进气受到加热，减少进气量，降低内燃机功率。,高压喷油泵,空气滤清器,进气歧管,排气歧管,喷油器总成,6110Q型柴油机横剖面图,三、四冲程柴油机的一般构造,四冲程柴油机的结构与四冲程汽油机的结构主要区别在于：,（1）柴油机没有点火系，气缸盖上火花塞的位置被喷油器代替，高压导线被高压油管代替。.,（2）柴油机燃料供给系统不同于汽油机：柴油机有高压喷油泵、喷油器，由喷油泵凸轮轴上的凸轮驱动产生高压燃油，喷油泵总成中的输油泵类似于化油器式汽油机
44、上的汽油泵，作用是克服燃油流动阻力，但化油器式汽油机上的汽油泵由配气凸轮轴上的偏心凸轮驱动，现代电喷汽油机上的汽油泵是电动汽油泵。.,第五节 内燃机主要性能指标与特性,一、内燃机主要性能指标：有动力性指标（有效转矩、有效功率、转速等）和经济性指标（燃油消耗率）。 1、有效转矩：内燃机通过飞轮对外输出的转矩，以Te表示，单位为m。 2、有效功率：内燃机通过飞轮对外输出的功率。以Pe表示，单位为kW。,式中：n曲轴转速，r/min,3、有效燃油消耗率：内燃机每发出1 kW有效功率，在1h内所消耗的燃油消耗质量，以be表示,单位为 g/（kWh）。（四冲程汽油机一般为270325 g/（kWh） ，四冲程柴油机一般为190238 g/（kWh）。）,（1-1）,（1-2）,内燃机主要性能指标可在内燃机测功器台架上试验测定： 试验时保持一定油门开度，同时用测功器对内燃机施加一定的阻力矩，用转速表测出内燃机转速，低于所需转速则减小阻力矩，反之则加大阻力矩，当内燃机转速稳定在所需转速时，即阻力矩与内燃机输出有效转矩相等时，测量内燃机转速和内燃机有效转矩，用油耗仪测出内燃机单位时间内的耗油质量B，根据式（1-1）换算出内燃机有效功率Pe ，根据式（1-2）换算出内燃机有效燃油消耗率be 。,
