《能源與動力裝置》06 內(nèi)燃機

第六章內(nèi)燃機第一節(jié)內(nèi)燃機的工作過程一、內(nèi)燃機工作過程（一）四沖程內(nèi)燃機的工作過程1.第一沖程——進氣沖程（圖6-1a）2.第二沖程——壓縮沖程（圖6-1b）3.第三沖程——工作沖程（燃燒與膨脹）（圖6-1c）4.第四沖程——排氣沖程（圖6-1d）圖6-1

四沖程內(nèi)燃機工作原理圖（二）二沖程內(nèi)燃機的工作過程第一沖程：掃氣及壓縮（圖6-2a，圖6-2b）第二沖程：燃燒、膨脹、排氣（圖6-2b，圖6-2c）圖6-2二沖程柴油機工作原理圖

二、內(nèi)燃機的熱力循環(huán)（一）理想循環(huán)和熱效率四個假設(shè)：1.工質(zhì)是理想氣體，在整個循環(huán)中保持物理及化學(xué)性質(zhì)不變，其狀態(tài)參量的變化完全遵守氣體狀態(tài)方程PV=MRT2.不考慮實際存在的工質(zhì)更換及漏氣損失，工質(zhì)數(shù)量保持不變，循環(huán)是在定量工質(zhì)下進行的3.在絕熱等熵條件下，工質(zhì)在缸內(nèi)進行壓縮和膨脹，工質(zhì)同外界無熱交換，工質(zhì)比熱為常數(shù)4.不考慮燃燒過程，用假想的定容放熱和定容或定壓加熱來代替實際的換氣和燃燒過程內(nèi)燃機的三種理想循環(huán)圖6-3理想循環(huán)示功圖三種理想循環(huán)熱效率等容加熱循環(huán)的熱效率為（6-1）

式中：ε為壓縮比，它表示壓縮過程中工質(zhì)容積的變化，即

（6-2）

由式（6-1）可以看出，等容加熱循環(huán)的熱效率只隨壓縮比ε與等熵絕熱指數(shù)k的變化而變化。由于k在實際循環(huán)中變化不大，因此，熱效率主要隨ε的增加而增加，但在實際發(fā)動機中，ε的增加受最高燃燒壓力Pz的限制。

圖6-3（b）為等壓加熱循環(huán)，它的熱效率為（6-3）

式中：為初膨脹比，即。由式（6-3）可以看出，是隨著ε、k和而變化的，ε與k對的影響與等容加熱循環(huán)中的情況相同。而的增大使下降。

圖6-3（c）為混合循環(huán)，它的熱效率為：（6-4）

式中：λ為壓力升高比，即。由式（6-4）可看出，隨、k、

和λ而變：混合加熱循環(huán)熱效率隨壓縮比ε、壓力升高比λ增大而增大，隨初膨脹比的增大而減小。在極端情況下，當(dāng)λ=1時，內(nèi)燃機即以等壓加熱循環(huán)方式工作；當(dāng)時，即以等容加熱循環(huán)方式工作。各種無氣噴射式柴油機的實際工作過程近似于混合加熱循環(huán)。（二）實際循環(huán)

圖6-4四沖程內(nèi)燃機實際循環(huán)的P—V示功圖實際循環(huán)的特點：實際循環(huán)與理想循環(huán)相比較，由于實際循環(huán)的工質(zhì)的不同、有氣體流動阻力、有傳熱損失、有不完全燃燒損失及漏氣損失，使其熱效率較低，循環(huán)做的功也較小。實際循環(huán)一般包括壓縮、燃燒、膨脹和換氣等過程1．壓縮過程壓縮過的作用：（1）擴大工作循環(huán)的溫度范圍，以提高工作循環(huán)的熱效率。（2）使工質(zhì)得到更大的膨脹比，以輸出更多的功。（3）使工質(zhì)的溫度和壓力提高，為冷機起動及著火創(chuàng)造條件。壓縮比的限制

壓縮過程中工質(zhì)與缸壁的熱交換圖6-5

壓縮過程曲線示意圖

2．燃燒過程

實際燃燒過程壓力線CZ不是一段直線，既不平行于縱坐標(biāo)也不平行于橫坐標(biāo)，而是以一段弧線與壓縮線和膨脹線圓滑相接，構(gòu)成如圖6-4所示的四沖程內(nèi)燃機實際循環(huán)的示功圖。由于在燃燒過程中還存在高溫?zé)岱纸狻⒈葻嶙兓?、后燃、燃燒不完全損失等，使燃燒過程的工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)Tz及Pz大大低于理想循環(huán)的狀態(tài)參數(shù)值，熱效率及循環(huán)中所做的功也降低。3．膨脹過程

膨脹過程中工質(zhì)的傳熱過程圖6-6膨脹過程曲線示意圖4．換氣過程

A．自由排氣階段I（）

B．強制排氣階段II（ed）

C．進、排氣重疊階段III（）

D．主要進氣階段IV（）E．過后充氣階段V（）

圖6-7四沖程柴油機換氣過程的P-θ圖與角面圖圖6-8四沖程柴油機配氣定時示意圖

第二節(jié)柴油機的燃燒和燃料供給系統(tǒng)一、柴油機混合氣的形成及燃燒室1、混合氣形成概述2、柴油機燃燒室1）統(tǒng)一式燃燒室（亦稱直接噴射式燃燒室）

（1）開式燃燒室

1、噴油器；2、燃燒室

圖6-13統(tǒng)一燃燒室

（2）半分開式燃燒室

1、噴油器；2、活塞頂部余隙；3、活塞頂部燃燒室圖6-14半分開式燃燒室（3）球型油膜燃燒室

1、噴油器；2、球型燃燒室

圖6-15球型油燃燒室

（4）復(fù)合式燃燒室

1、噴油器；2燃燒室

圖6-16復(fù)合式燃燒室2）分隔式燃燒室

（1）渦流室式燃燒室

a）4125A柴油機：1-通道，2-雙連渦流室，3-主燃燒室b）S195柴油機：1-起動噴孔，2-主燃燒室，3-主通道，4-渦流室，5-螺孔圖6-18主燃燒室形狀a、雙渦流；b、鏟擊形；c、雙楔形

（2）預(yù)燃室式燃燒室圖6-19預(yù)燃室1、預(yù)燃室，2、噴孔

二、燃料供給系統(tǒng)

495柴油機燃料供給系統(tǒng)1－前油箱2－后油箱3－沉淀杯4－柴油粗濾器5－柴油細濾器6－調(diào)速器7－輸油泵8－噴油泵9－高壓油管10－預(yù)熱塞11－噴油器1、噴油泵

1—齒桿，2—齒圈，3—管接，4—彈簧，5—輸油閥，6—輸油閥座，7—柱塞套筒，8—油道，9—螺釘，10—柱塞，11—螺釘，12—轉(zhuǎn)動套，13—上承盤，14—彈簧，15—下承盤，16—調(diào)整螺釘，17—從動筒，18—軸，19—滾輪，20—凸輪軸，21—凸輪油量調(diào)節(jié)原理

圖6-22油量調(diào)節(jié)原理

2、噴油器

（1）軸針式噴油器圖6-24閉式軸針式噴油器1—針閥，2—針閥體，3—噴油器螺帽，4—噴油器體，5—錐體，6—彈簧，7—墊圈，8—彈簧壓力調(diào)節(jié)螺釘，9—罩，10—彈簧罩，11—回油管接頭，12—高壓油管接頭，13—壓縮螺帽

（2）孔式噴油器

圖6-25孔式噴油器頭部結(jié)構(gòu)孔式噴油器與軸針式噴油器的主要區(qū)別在頭部噴嘴的結(jié)構(gòu)不同（圖6-25）。它的針閥前端細長，不伸進噴孔，沒有軸針；針閥只起噴孔的啟閉作用，燃油的噴射狀況主要取決于噴孔的大小、方向和數(shù)目。這種噴油器用在直噴式燃燒室的柴油機上?？资絿娪推鞲鶕?jù)噴孔數(shù)又可分為多孔式（圖-25a）和單孔式（圖6-25b）。噴孔直徑為0.25～0.50毫米

多孔式（圖6-25a）和單孔式（圖6-25b）噴油器

圖6-25孔式噴油器頭部結(jié)構(gòu)

a）多孔式b）單孔式三、調(diào)速器

1、單程式調(diào)速器

圖6-26單程式調(diào)速器簡圖1—改變供油量的調(diào)節(jié)臂，2—拉桿，3—曲軸4—調(diào)速器軸5—調(diào)速器齒輪，6—主動盤，7—鋼球，8—滑套，9—杠桿，10—定軸，11—調(diào)速彈簧

四、柴油機電控噴油系統(tǒng)

1-噴油器2-噴嘴3-活塞4-單閥孔5-電磁閥6-壓力傳感器7-共軌8-高壓供油泵圖6-29共軌式噴油系統(tǒng)第三節(jié)汽油機燃料供給系統(tǒng)一、汽油機燃料供給系統(tǒng)

1—油箱，2—油管，3—汽油濾清器，4—汽油泵，5—化油器，6—汽油表，7—空氣濾清器，8—消音器圖6—30汽油機燃料供給系統(tǒng)示意圖1—手搖臂，2—內(nèi)搖臂，3—泵膜拉桿，4—泵膜彈簧，5—下體，6—泵腔，7—出油閥，8—上體，9—出油閥彈簧，10—出油口，11—出油空氣室，12—出油閥，13—進油口，14—進油閥彈簧，15—泵膜，16—外搖臂回位彈簧，17—手搖臂半圓軸，18—外搖臂，19—偏心凸輪，20—搖臂軸圖6-31膜片汽油泵構(gòu)造示意圖二、簡單化油器和可燃

混合氣的形成1—空氣濾清器，2—針閥，3—浮子，4—噴管，5—喉管，6—節(jié)氣門，7—進氣管，8—量孔，9—浮子室，10—進氣預(yù)熱套管，11—進氣門圖6-32簡單化油器及可燃混合氣形成原理示意圖三、汽油機燃燒室

1、楔形燃燒室

圖6-33CA-72型汽車汽油機鍥形燃燒室2、半球形燃燒室

圖6-34半球形燃燒室

3、浴盆形燃燒室

圖6-3525Y-6100Q型汽油機浴盆形燃燒室四、汽油機燃油噴射系統(tǒng)

1、汽油噴射的方式

（1）向缸內(nèi)直接噴射

（2）向氣缸蓋進氣道噴射

（3）向進氣管中噴射

2、汽油噴射裝置的類型

（1）機械式汽油噴射裝置1-油箱2-電動機油泵3-汽油機4-穩(wěn)壓儲油箱5-濾清器6-暖機補償器7-壓力調(diào)節(jié)器8-怠速調(diào)節(jié)螺釘9-空氣計量器感器10-附加空氣補償器11-水溫傳感器12-主噴油器13-冷起動噴油器14-怠速空氣調(diào)節(jié)螺釘15-節(jié)氣門16-燃油分配器圖6-36GP型或310型汽油噴射系統(tǒng)（2）電子控制汽油噴射系統(tǒng)1-燃油箱2-電動汽油泵3-燃油濾油器4-壓力調(diào)節(jié)器5-控制單元6-點火線圈7-高壓分電器8-火花塞9-噴油器10-節(jié)氣門11-節(jié)氣門開關(guān)12-空氣流量計13-電位計和空氣溫度傳感器14-氧傳感器15-發(fā)動機溫度傳感器16-旋轉(zhuǎn)式怠慢傳感器17-轉(zhuǎn)速與參記號傳感器18-蓄電池19-點火啟動開關(guān)20-空氣調(diào)節(jié)開關(guān)圖6-39Motronic電子控制汽油噴射系統(tǒng)第四節(jié)

柴油機增壓系統(tǒng)

一、增壓是提高柴油機功率的主要手段

通過壓氣機預(yù)先壓縮進氣以提高進氣密度,從而可以增加噴油量，提高柴油機功率。二、增壓方式

1）機械增壓系統(tǒng)

消耗輸出功率為10%左右

增加功率30~50%進氣壓力達0.13~0.17Mpa

1、壓氣機葉輪；2、進氣管

圖6-40機械增壓

2）廢氣渦輪增壓系統(tǒng)

空氣壓力達0.13~0.5Mpa提高功率50%~300%

1、4--排氣管，2--渦輪導(dǎo)向器，3--廢氣渦輪葉片，5--增壓器葉輪，6、9--進氣管，7--擴散器，8--蝸形管

圖6-41廢氣渦輪增壓的柴油機簡圖

3）復(fù)合增壓系統(tǒng)

除了應(yīng)用渦輪增壓器外，還裝有機械驅(qū)動式增壓器。這種增壓系統(tǒng)稱為復(fù)合增壓系統(tǒng)，復(fù)合增壓系統(tǒng)多用于二沖程柴油機上。復(fù)合增壓系統(tǒng)又可分為串聯(lián)增壓系統(tǒng)和并聯(lián)增壓系統(tǒng)。在二沖程柴油機上采用復(fù)合增壓系統(tǒng)是為了保證起動和低轉(zhuǎn)速低負荷時仍有必要的掃氣壓力。

三、增壓柴油機的機械負荷和熱負荷柴油機增壓后，由于最高燃燒壓力提高，使得柴油機各部件的機械應(yīng)力提高，軸承負荷增大，氣缸、活塞環(huán)等磨損加劇。因此非增壓柴油機改為增壓柴油機時，必須適當(dāng)減小壓縮比，加強主要部件（如曲軸等）的結(jié)構(gòu)強度。柴油機增壓后進氣溫度提高，最高燃燒溫度也隨之提高，使得活塞、活塞環(huán)、氣缸、氣缸蓋、排氣門等零件的溫度提高。為此，對增壓柴油機必須利用掃氣對燃燒室進行冷卻，用較大的過量空氣系數(shù)，使燃燒溫度下降；并用中間冷卻器冷卻增壓空氣。第五節(jié)內(nèi)燃機的性能指標(biāo)和特性

一、性能指標(biāo)

這里重點介紹兩種指標(biāo)：動力性指標(biāo)、經(jīng)濟性指標(biāo)內(nèi)燃機的動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)有兩種：以工質(zhì)對活塞作功為基礎(chǔ)的指標(biāo)稱為指示指標(biāo)；以發(fā)動機曲軸輸出功率為基礎(chǔ)的指標(biāo)稱為有效指標(biāo)

(一)指示指標(biāo)

內(nèi)燃機的指示指標(biāo)是表示工質(zhì)在氣缸內(nèi)經(jīng)歷的循環(huán)各過程完善程度的一組參數(shù)。1.指示功與平均指示壓力

指示功

kJ平均指示壓力

MPa

圖6-40指示功Wi與平均指示壓力Pi

2．指示功率Ni

內(nèi)燃機的指示功率Ni是每單位時間內(nèi)作用于活塞上的指示功

n—轉(zhuǎn)速，r/min；i—柴油機氣缸數(shù)；m—動作系數(shù)，對四沖程柴油機m=4，對二沖程柴油機m=2，對二沖程雙動柴油機m=1

3．指示油耗率及指示效率

指示油耗率是柴油機每小時發(fā)出1kW指示功率時燃油消耗量，即

g/kW·hmf

為內(nèi)燃機每小時耗油量，kg/h指示效率是實際循環(huán)指示功與所消耗燃料熱量之比值，亦即為指示功率為1KW工作一小時的熱當(dāng)量和指示燃油油耗完全燃燒放出的熱量的比。每千瓦小時的熱當(dāng)量是3600×103千焦，燃油的低熱值為HU千焦/公斤，則指示效率為

（二）有效指標(biāo)

常用的有效指標(biāo)有平均有效壓力Pe、有效功率Ne、有效燃油耗率ge及有效效率。1．平均有效壓力Pe及有效功率Ne平均有效壓力是一個假想的不變的壓力。是柴油機在一個循環(huán)中單位氣缸工作容積在曲軸上輸出的有效功。曲軸輸出端實測的有效功Ne是小于指示功Ni，兩者之差叫做機械損失功Nm

內(nèi)燃機的有效功率與指示功率之比叫做機械效率，即由計算Ni的式子可得有效功率的計算公式，即：

KW

2．有效油耗率ge及有效效率

有效油耗率是內(nèi)燃機曲軸輸出有效1KW小時所消耗的燃油量，即

g/KW·h

有效效率表示燃料所含的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ挠行С潭?，它在?shù)值上等于1KW小時的有效功率與所消耗的熱量之比，即

二、內(nèi)燃機特性

通常將內(nèi)燃機的運行狀態(tài)稱為工況，由工作機（負載）的阻力特性確定。內(nèi)燃機的特性有三種：速度特性；負荷特性；

推進特性.

圖6-41