第2章內(nèi)燃機(jī)的工作原理

1、第2章 內(nèi)燃機(jī)的工作原理2.1第二章說(shuō)明進(jìn)入第二章（內(nèi)燃機(jī)原理）之后專業(yè)性較強(qiáng)，都是一些原理性的東西，如四沖程、二沖程柴油機(jī)工作原理、四沖程、二沖程汽油機(jī)工作原理、增壓柴油機(jī)特點(diǎn)、多缸柴油機(jī)的工作順序等等。傳統(tǒng)教學(xué)方式由于受到媒體的限制而無(wú)法把這些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)表示出來(lái)讓學(xué)生直觀地看到運(yùn)動(dòng)，而只能通過(guò)多張示意圖來(lái)表示，而且也只能表示出幾個(gè)狀態(tài)來(lái)而根本無(wú)法將整個(gè)過(guò)程演示給學(xué)生看。本課件借助于現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)如，flash動(dòng)畫(huà)等形象生動(dòng)的表現(xiàn)出了多種內(nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中一目了然，把孤立的信息變成了信息流，課件所傳遞的信息量大大增加。可以說(shuō)第二章是flash在多媒體課件中應(yīng)用的成功范例。如圖

2、2-3此圖為flash制作點(diǎn)擊各沖程可以看到?jīng)_程，雖然本課件開(kāi)發(fā)才剛剛開(kāi)始，但已經(jīng)毫無(wú)疑問(wèn)的想我們說(shuō)明了多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)所在，但也正是由于課件的開(kāi)發(fā)剛剛起步，各種媒體和信息的運(yùn)用上還有不成熟的地方如在前兩章中有許多圖片信息運(yùn)用不當(dāng)造成有些版面較為混亂等等。這些將成為在夏季張開(kāi)發(fā)過(guò)程中要盡量避免的。隨著對(duì)軟件運(yùn)用的熟練、課件開(kāi)發(fā)小組成員審美觀點(diǎn)的提高這些將逐漸地被克服。2.2 基本結(jié)構(gòu)和主要名詞及演示圖片2.2.1柴油機(jī)的主要機(jī)件和系統(tǒng)四沖程柴油機(jī)的主要機(jī)件如圖2-1所示。 1固定機(jī)件：機(jī)座1，機(jī)體4，主軸承3，汽缸蓋7，汽缸套6等。 2運(yùn)動(dòng)機(jī)件：曲軸13，連桿10，活塞8，活塞銷9，連桿螺栓1

3、1等。 3配氣機(jī)構(gòu)：凸輪軸14，頂桿15，搖臂16，氣閥機(jī)構(gòu)（進(jìn)氣閥17、排氣閥18、氣閥彈簧19）等。圖2-1四沖程機(jī)的主要部件 4燃油系統(tǒng)：噴油泵20，高壓油管21，噴油器2等 5輔助機(jī)件：進(jìn)氣管5和排器管12等此外，對(duì)于整機(jī)而言，還有潤(rùn)滑，冷卻，啟動(dòng)和控制等系統(tǒng)。2.2.2內(nèi)燃機(jī)的主要名詞 (a)上止點(diǎn) （b）下止點(diǎn) 圖2-2活塞位置(圖片說(shuō)明：該圖使用flash制作，在課件里可以運(yùn)動(dòng)可以清晰的表現(xiàn)出個(gè)沖程活塞運(yùn)動(dòng)情況)小說(shuō)明：以后的圖片中圖前標(biāo)有“”為flash演示圖1上止點(diǎn)：活塞距曲軸中心最遠(yuǎn)的位置 如圖2-2(a)。 2下止點(diǎn)：活塞距曲軸中心最近的位置 如圖2-2(b)。3活塞沖程

4、（S）：上、下止點(diǎn)間的距離。4壓縮室容積（Vc）：活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，活塞頂部與缸蓋間的容積，又稱燃燒室容積。5汽缸工作容積（Vn）：活塞上、下止點(diǎn)之間的容積稱為一個(gè)汽缸的工作容積，它可以用氣缸直徑D(cm)由下式表示： Vn=(Pai*D*2)/4*S*(10*3)式中 S活塞沖程（cm）。 6汽缸的最大容積（Va）：活塞在下止點(diǎn)時(shí)，氣缸的容積，即氣缸工作容積與壓縮容積的之和： Va=Vh+Vc 7汽缸的總?cè)莘eV，總排量：室內(nèi)燃機(jī)所有汽缸工作容積的總和。即： V=Vh*I(L)式中 i氣缸數(shù)。8壓縮比：汽缸最大容積與壓縮室容積的比直稱為壓縮比。2.3 四沖程柴油機(jī)的工作原理及圖片柴油機(jī)的工作是

5、由進(jìn)氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣這四個(gè)過(guò)程來(lái)完成的，這四個(gè)過(guò)程構(gòu)成了一個(gè)工作循環(huán)?；钊哌^(guò)四個(gè)過(guò)程才能完成一個(gè)工作循環(huán)的柴油機(jī)稱為四沖成柴油機(jī)。2.3.1進(jìn)氣沖程見(jiàn)P-V圖，開(kāi)始時(shí),活塞位于上止點(diǎn)（Pr>P0）,有殘氣, ,活塞下行,進(jìn)氣閥開(kāi)，排氣閥關(guān)（ P<P0）。進(jìn)氣:0.085-0.095MPa進(jìn)氣壓力大致保持不變.為了利用氣流的慣性來(lái)提高充氣量,進(jìn)氣閥在活塞過(guò)了下止點(diǎn)以后才關(guān)閉.圖2-3 p-v圖2.3.2壓縮沖程進(jìn)、排氣閥關(guān)，活塞上行，缸內(nèi)氣體被迅速壓縮，氣壓上升，同時(shí)氣溫升高，達(dá)到柴油的自燃溫度時(shí)，柴油便自行燃燒膨脹。作用:1.提高空氣的溫度,為燃料的自行發(fā)火作準(zhǔn)備. 2.

6、為氣體膨脹作功創(chuàng)造條件.柴油自燃溫度為543563K2.3.3燃燒膨脹沖程作功或工作沖程.此時(shí)進(jìn)排氣閥鈞關(guān)閉，缸內(nèi)燃料迅速燃燒膨脹，氣體壓力急劇上升，推動(dòng)活塞自上止點(diǎn)往下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。最高燃燒壓力Pz,壓力升高比: 為燃燒壓力與壓縮終點(diǎn)壓力之比.四.排氣沖程.排氣閥早開(kāi)晚關(guān),排氣阻力的存在,比如有消聲器,使排氣閥必須提前打開(kāi),以減少活塞排氣的阻力,而活塞在完成排氣過(guò)程時(shí),主要靠慣性.小節(jié)：活塞走四個(gè)沖程才能完成一個(gè)工作循環(huán)的柴油機(jī)稱為四沖程柴油機(jī)。噴油提前角：由于柴油存在發(fā)火延遲期（0.0010.005秒），要在上止點(diǎn)前1035度曲柄轉(zhuǎn)角時(shí)開(kāi)始將霧化的的燃料噴入汽缸這個(gè)叫稱為噴油的提前角。四個(gè)沖程

7、中只有一個(gè)沖程作功,而其他三個(gè)沖程完全靠發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性來(lái)完成的，所須加裝飛輪,在發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出端. 作用,使曲軸在四個(gè)沖程中連續(xù)而均勻地運(yùn)轉(zhuǎn). 氣閥重疊角:發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中有一段時(shí)間,進(jìn)，排氣閥同時(shí)開(kāi)啟,這段時(shí)間用曲軸轉(zhuǎn)角來(lái)表示,稱為氣閥重疊角2.4 四沖程汽油機(jī)的工作原理與柴油機(jī)(四沖程)相比的主要區(qū)別:燃料本身:粘度小,易蒸發(fā),可燃混合氣形成容易.2.4.1進(jìn)氣沖程此時(shí)，活塞被曲軸帶動(dòng)由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，同時(shí)，進(jìn)氣門開(kāi)啟，排起門關(guān)閉。當(dāng)活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，活塞上方的容積增大，氣缸內(nèi)氣體壓力下降，形成一定的真空度。由于進(jìn)氣門開(kāi)啟，氣缸與進(jìn)氣管相通，混合氣被吸入汽缸。當(dāng)活塞移動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)

8、，汽缸內(nèi)充滿了新鮮混合氣以及上一個(gè)工作循環(huán)未排出的廢氣?？諝庥煽諝鉃V清器經(jīng)進(jìn)氣道上的化油器，將汽油吸入并霧化成細(xì)小的油粒與空氣混合，即形成可燃混合氣，而后進(jìn)入汽缸。汽油機(jī)無(wú)高壓泵和噴油器（0.0750.09MPa）2.4.2壓縮沖程活塞由下止點(diǎn)移動(dòng)到下止點(diǎn)，進(jìn)排氣門關(guān)閉。曲軸在飛輪慣性力的作用下帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連桿推動(dòng)活塞向上移動(dòng)，汽缸內(nèi)的氣體容積逐漸減小，氣體被壓縮，汽缸內(nèi)的混合壓力與溫度隨著升高。壓縮比不可太大,一般為5-8.5,個(gè)別可達(dá)9.5-10,太大可引起可燃混合氣過(guò)早爆燃,和產(chǎn)生爆震,2.4.3燃燒膨脹沖程此時(shí)，進(jìn)排氣門同時(shí)關(guān)閉，火花塞點(diǎn)火，混合氣劇烈燃燒，汽缸內(nèi)的溫度、壓力急劇上升

9、，高溫、高壓氣體推動(dòng)活塞向下移動(dòng)，通過(guò)連桿帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的四個(gè)過(guò)程中，只有這個(gè)在行程才實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以，這個(gè)行程又稱為作工行程。壓力升高快,P-V圖上比柴油機(jī)要陡.2.4.4排氣沖程此時(shí)，排氣門打開(kāi)，活塞從下止點(diǎn)移動(dòng)到上止點(diǎn)，廢氣隨著活塞的上行，被排出氣缸。由于排氣系統(tǒng)的阻力，且燃燒室也有一點(diǎn)定的容積，所以在排氣終了，不可能將廢氣排凈，這部分留下來(lái)的廢氣稱為殘余廢氣。殘余廢氣不僅影響充氣，對(duì)燃燒也有不良影響。2.5 二沖程柴油機(jī)的工作原理四沖程柴油機(jī)的活塞相當(dāng)于一個(gè)空氣泵，而對(duì)于二沖程柴油機(jī)而言，活塞沒(méi)有空氣泵的作用，為了完成進(jìn)排氣過(guò)程，即排除燃燒后的廢氣，并把新鮮空氣充

10、滿氣缸，必須安裝專用的掃氣泵（增壓器） 例：氣閥式直流換氣的二沖程柴油機(jī)的工作原理二沖程柴油機(jī)與四沖程柴油機(jī)的比較1.在相同的氣缸尺寸和轉(zhuǎn)速下，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的功率理應(yīng)比四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)增加一倍，但由于：1掃氣容積的損失；2充氣時(shí)間短程廢氣消除困難驅(qū)動(dòng)掃氣泵要消耗一部分功率，所以只增加了50%-70%左右2.均勻性好其他形式：按氣流在氣缸中流動(dòng)的路線不同，(1)氣孔式直流換氣的柴油機(jī)(2)橫流掃氣的二沖程柴油機(jī)(3)回流換氣的二沖程柴油機(jī)2.6 二沖程汽油機(jī)的工作原理第一沖程：活塞自下而上,壓縮，繼續(xù)前行，進(jìn)氣孔開(kāi)，曲軸箱形成真空度，可燃?xì)膺M(jìn)入曲軸箱。第二沖程：上止點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)火作功，活塞下行，排氣口開(kāi)

11、，Pz>Po，排氣，曲軸箱壓力大于汽缸內(nèi)壓力，進(jìn)氣掃氣過(guò)程，待活塞掃過(guò)下止點(diǎn)后，關(guān)閉掃氣孔為止。圖2-4二沖程汽油機(jī)工作原理圖(圖片說(shuō)明：此圖采用flash制作，是一個(gè)演示動(dòng)畫(huà)“壓縮”-“點(diǎn)火”-“膨脹”-“排氣”-“進(jìn)氣”)2.7 增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)1安裝增壓氣的目的：增加充入氣缸的空氣量，壓縮后空氣密度增大，所以充入汽缸內(nèi)的空氣量就增多。2.區(qū)別（1）增壓柴油機(jī)：裝有增壓器的柴油機(jī)。（2）非增壓柴油機(jī)：直接從大氣中吸入空氣的柴油機(jī)稱為增壓柴油機(jī)，現(xiàn)代艦船用的主機(jī)大多數(shù)為增壓柴油機(jī)3分類：機(jī)械傳動(dòng)的增壓柴油機(jī)、廢氣渦輪增壓的柴油機(jī)、氣波增壓、復(fù)合增壓。2.8 多缸柴油機(jī)的工作次序 從柴油

12、機(jī)工作過(guò)程本身看，只有做功沖程對(duì)外做功而進(jìn)氣排氣及壓縮沖程都排但不作功，反而消耗能量，實(shí)際上柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速是不均勻的。可見(jiàn)圖2-53圖2-5直列6缸機(jī)的曲軸活塞運(yùn)動(dòng)演示圖（圖片說(shuō)明：此圖為運(yùn)動(dòng)演示圖和flash不一樣，它是用CAD制作后用3dsmax渲染完成的）小說(shuō)明：在后面圖片中途前邊有“3”為三維制作圖片A.轉(zhuǎn)速不均勻的危害。 1.運(yùn)動(dòng)件受沖擊負(fù)荷，容易造成磨損 2.容易產(chǎn)生扭振 3.不平衡B.追求均勻性的方法。 1.單缸時(shí)需加裝飛輪、 2.多缸機(jī)除飛輪外，采取合理的發(fā)火順序。C發(fā)火順序?yàn)榱吮ＷC發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的均勻和平衡性的要求，對(duì)四沖程柴油機(jī)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩轉(zhuǎn)內(nèi)，每個(gè)汽缸完成一個(gè)工作循環(huán)。因此，各缸應(yīng)相隔一定的轉(zhuǎn)角而均勻的發(fā)火，若i=汽缸數(shù)。 發(fā)火間隔角：曲柄與之對(duì)應(yīng)四缸機(jī)為：1-3-4-2或1-2-4-3六缸機(jī)為：1-5-3-6-2-42.9 內(nèi)燃機(jī)分類1按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分（1）筒形活塞柴油機(jī)缺點(diǎn)；活塞裙部起向?qū)ё饔茫趥?cè)推力的作用下，活塞與缸套磨損較大。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，輕便用于中，高速柴油機(jī) （2）十字頭活塞柴油機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：活塞與缸套間無(wú)側(cè)推力，因?yàn)橛墒诸^導(dǎo)向，故磨損較小，不易擦傷和老死。 可在汽缸下部設(shè)橫隔板，以免汽缸內(nèi)的臟油，煙灰，燃?xì)獾嚷┤肭S箱。污損曲軸箱底部的滑油。 缺點(diǎn)：使柴油機(jī)高度和重量增大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 用途：船用大型低速柴油機(jī)2.按缸數(shù)分：?jiǎn)胃讬C(jī)和多缸機(jī) 多缸機(jī)分