内燃机原理与构造.ppt
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1、内燃机原理第1章内燃机的总体构造与基本工作原理第一页,编辑于星期六:十六点 五十九分。1.1.1内燃机发展简史o1885年德国人戈特利布戴姆勒(GottliebDaimler)仿照四冲程煤气机的工作原理制成了第一台汽油机,并于1886年使第一台用汽油机驱动的汽车问世。与此同时,德国工程师卡尔奔驰(KarlBenz)也于1886年1月20日向德国帝国专利局申请了他发明的汽车专利,同年11月2日专利局批准了他的发明,并颁发了专利证书。因此,奔驰和戴姆勒两人是世界上公认的汽车发明人。第二页,编辑于星期六:十六点 五十九分。1890年英国的克拉克和罗伯逊、德国的卡尔奔驰成功地发明了二冲程内燃机。o为了
2、研制使用廉价燃料的发动机,并进一步提高发动机的热效率,1892年德国工程师鲁道夫狄塞尔(RudolfDiesel)首先提出了柴油机的工作原理。他在发明专利中写道:“在气缸中的纯空气将被活塞强烈的压缩,致使它所产生的温度远超过所使用燃料的自然温度,而燃料的喷入气缸是在活塞越过上止点之后进行的”。一般来说,现代的柴油机基本上是按照这一原理工作的。第三页,编辑于星期六:十六点 五十九分。关于增压技术o柴油机增压的设想早在1892年鲁道夫狄塞尔发表柴油机理论时就提出来了,当时他指出:“在单缸机上安装增压泵和进气室,这样改变了进气室中的空气压力,就能改变输出功率”。19111914年瑞士工程师艾尔弗德比
3、希(AlfredBuchi)首先提出柴油机废气涡轮增压的理论,并于1915年进行了试验。1925年他又以“脉冲增压”获得瑞士专利。1926年废气涡轮增压技术开始用于四冲程柴油机,1942年以后在低速、船用二冲程柴油机上陆续采用。增压技术可以有效地提高柴油机的平均有效压力,从而大幅度地提高柴油机的有效功率。第四页,编辑于星期六:十六点 五十九分。关于排放标准o1961年美国开始规定轿车的排气标准,1970年美国加利福尼亚州决定对载重卡车用柴油机排放的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物从1973年和1975年起分两个阶段进行限制,接着在欧洲、日本和我国都相应制定了汽车排放法规,并且这些法规将越来越严
4、格。此外,由于从1973年10月开始,石油输出国大幅度地提高石油价格,从而引起各国对发动机燃油经济性的重视。第五页,编辑于星期六:十六点 五十九分。1.1.2内燃机的分类o1、按工作循环所需行程数,按照完成一个工作循环所需的行程数来分,有四冲程内燃机和二冲程内燃机,汽车和工程机械用内燃机多为四冲程内燃机。o2、按着火方式分,有压缩着火(压燃式)和强制点火(点燃式)两类。o3、按使用燃料种类分,有汽油机、柴油机、煤气机、气体燃料及多种燃料发动机等。o4、按进气状态分,有非增压式内燃机和增压式内燃机之分。o5、按冷却方式分,有水冷式和风冷式两种。汽车和工程机械用内燃机多数是水冷式的。o6、按气缸数
5、及布置分,有单缸内燃机、多缸内燃机、立式内燃机、卧式内燃机、直列式内燃机、V形内燃机(图1-1a)、对置气缸式内燃机(图1-1b)、斜置式内燃机。o7、按用途分类,有汽车用、工程机械用、拖拉机用、船用、坦克用、摩托车用、发电用、农用等内燃机。o8、其他,除以上方式分类外,还可按转速来分,有高速、中速和低速等几种。第六页,编辑于星期六:十六点 五十九分。图1-1V形与对置气缸排列ooa)V形内燃机b)对置气缸式内燃机第七页,编辑于星期六:十六点 五十九分。第2节内燃机的总体构造第八页,编辑于星期六:十六点 五十九分。1-2四冲程汽油机总体组成o1-凸轮轴2-摇臂3-排气门4-火花塞5-电控喷油器
6、6-燃油滤清器7-电动燃油泵8-燃油箱9-点火线圈组件10-燃油压力调节阀11-进气门12-冷却液温度传感器13-爆震传感器14-进气管15-进气温度传感器16-节气门17-节气门传感器18-空气滤清器19-空气质量计20-控制单元(ECU)21-冷却液套22-曲轴位置传感器23-点火开关24-蓄电池25-起动电机26-飞轮27-油底壳28-机油29-曲轴30-连杆31-曲轴带轮(主动三角皮带轮)32-正时皮带33-气缸34-排气三元催化转化器35-氧传感器36-活塞37-凸轮轴正时皮带轮(凸轮轴带轮)第九页,编辑于星期六:十六点 五十九分。四冲程汽油机主要由下列机构和系统组成:o1、曲柄连杆
7、机构o2、配气机构o3、供给系统o4、点火系统o5、润滑系统o6、冷却系统o7、起动系统(起动装置)o四冲程柴油机的构造除点火系统和供给系统外,与汽油机的大体相同。第十页,编辑于星期六:十六点 五十九分。第3节内燃机的基本工作原理o1-火花塞2-气缸盖3-凸轮轴4-机体5-进气道o6-气缸7-活塞8-曲轴9-曲轴正时皮带轮10-传动o链轮11-连杆12-气门13-凸轮轴正时齿轮第十一页,编辑于星期六:十六点 五十九分。图1-4四冲程汽油机基本结构简图o1-气缸2-活塞3-连杆4-曲轴5-气缸盖6-进气门o7-进气道8-火花塞9-排气门10-排气道第十二页,编辑于星期六:十六点 五十九分。表1-
8、1四冲程汽油机工作过程行程名称曲轴转角活塞行向进气门排气门进气0180开关压缩180360关关做功360540关关排气540720关开第十三页,编辑于星期六:十六点 五十九分。四冲程原理o1)进气行程o当活塞从上止点(活塞顶面离曲轴中心最远处)向下止点(活塞顶面离曲轴中心最近处)运动时,曲轴转角为0180,进气门开启,排气门关闭,电控喷油器向进气道喷油,空气与汽油混合,而后被吸入气缸,该过程称为进气行程。o2)压缩行程o当活塞继续从下止点向上止点运动时(相当于曲轴转角180360),进排气门均关闭,进入气缸的混合气被压缩,该过程称为压缩行程。第十四页,编辑于星期六:十六点 五十九分。四冲程原理
9、o3)做功行程(燃烧-膨胀行程)o在压缩行程末,火花塞开始点火,进、排气门都关闭,进入气缸的可燃混合气被点燃、燃烧,放出大量的热能,导致气缸内气体压力和温度迅速增加(最高压力达5Mpa,最高温度达2800K),气体体积急剧膨胀,推动活塞从上止点向下止点运动(相当于曲轴转角360540),通过连杆使曲轴旋转并输出机械能,该过程称为做功行程。o4)排气行程o活塞继续从下止点往上止点运动(相当于曲轴转角540720),这时,进气门关闭,排气门开启,燃烧后产生的废气被排出气缸,该过程称为排气行程。第十五页,编辑于星期六:十六点 五十九分。(4)、多缸发动机结构特点o4缸发动机曲轴o单缸发动机功率小,转
10、速不均匀,工作振动大,现代汽车发动机都是多缸发动机,用得最多的是4缸、6缸、8缸发动机。o多缸发动机是由多个结构相同的气缸组成,它们共用一个机体,一根曲轴。曲轴的曲柄布置应该使各缸做功行程均匀分布在720曲轴转角内。如,4缸发动机曲轴(图1-5)相邻工作缸的曲柄夹角为180,曲轴每转180便有一个气缸做功;又如,6缸发动机,曲轴每转120便有一个气缸在做功。气缸数越多,发动机工作越平稳,但结构也越复杂。第十六页,编辑于星期六:十六点 五十九分。(5)、示功图ora进气行程ac压缩行程czb做功行程oz最高燃烧压力b做功终点r排气终点o0大气压力第十七页,编辑于星期六:十六点 五十九分。2、四冲
11、程柴油机结构特点与工作原理o柴油机所用的燃料是柴油。与四冲程汽油机相比基本结构特点是没有火花塞,喷油器直接安装在气缸顶部,向气缸内喷油(图1-7)其工作原理与四冲程汽油机也有所不同,在进气行程,进入气缸的是纯空气,而不是可燃混合气;在压缩行程末,喷油器向气缸喷入高压柴油,由于气缸的高温高压作用,柴油迅速着火燃烧,使气体急剧膨胀,推动活塞做功。其着火方式属于压燃式,而不是汽油机的点燃式。第十八页,编辑于星期六:十六点 五十九分。轿车柴油机(55KW/4200rpm)o全铝结构(气缸盖、气缸体、曲轴箱)贯穿螺栓强化整机强度刚度四气门,双顶置凸轮(DOHC)直喷,增压中冷可变截面增压器(VNT)共轨
12、燃油喷射系统(CR)带中冷EGR和进气控制的空气管理可变进气涡流(选装)氧化催化器第十九页,编辑于星期六:十六点 五十九分。柴油机与汽油机比较,各有优缺点(表1-3)性 能汽 油 机柴 油 机着火方式点燃压燃燃油消耗高低热效率30%左右40%左右工作平稳性柔和粗暴发动机转速高(40006000r/min)低(25003000r/min)升功率大小起动性易难制造维修成本低高质量功率比*小大使用寿命短长排放CO、HC大,NOx、黑烟少 CO、HC小,NOx、黑烟多第二十页,编辑于星期六:十六点 五十九分。1.3.2二冲程发动机结构特点与工作原理o图1-8二冲程汽油机基本结构o1气缸2扫气孔3活塞4
13、连杆5曲轴箱6曲轴7进气孔8排气孔9火花塞第二十一页,编辑于星期六:十六点 五十九分。二冲程汽油机与四冲程汽油机比较见表1-4。性 能二冲程汽油机四冲程汽油机结构简单复杂质量功率比小大燃油消耗高低升功率大小制造维修成本低高起动性好差使用寿命短长排放大小第二十二页,编辑于星期六:十六点 五十九分。2、二冲程柴油机的结构特点与工作原理o图1-9二冲程柴油机结构o1活塞2进气孔3排气门4泵-喷嘴5传动轮(由柴油机驱动)6单向离合器7废气排出口8排气涡轮叶轮9离心式风机10排水口11增压空气冷却器12进水口13集流箱第二十三页,编辑于星期六:十六点 五十九分。第4节 内燃机产品名称和型号编制规则o内燃
14、机型号由四部分组成。o首部:包括产品系列代号、换代符号和地方、企业代号,由制造厂根据需要自选相应字母表示,但需经行业标准化归口单位核准、备案。o中部:由缸数符号、气缸布置形式符号、冲程符号和缸径符号组成。o后部:由结构特征符号和用途特征符号组成。o尾部:区分符号。同一系列产品因改进等原因需要区分时,由制造厂选用适当符号表示。后部与尾部可用“-”分隔。第二十四页,编辑于星期六:十六点 五十九分。型号表示方法:首部 中部 后部 尾部系列代号 缸数符号 换代符号 气缸布置形式符 结构特征符号 地方、企业代号 冲程符号(E表示二冲程,四冲程不标符号)用途特征符号 区分符号 缸径符号(以气缸直径的毫米数
15、*表示)*气缸直径的毫米取整数。第二十五页,编辑于星期六:十六点 五十九分。气缸布置形式符号气缸布置形式符号 结结构特征符号构特征符号 用途特征符号用途特征符号符号气缸布置形式无符号多缸布置形式VV型P平卧型符号结构特征无符号水冷F风冷Z增压ZL增压中冷DZ可倒转N凝气冷却S十字头式符号用途无符号通用型及固定动力T拖拉机M摩托车G工程机械Q汽车J铁路机车D发电机组C船用主机,右机基本型CZ船用主机,左机基本型Y农用运输车L林业机械第二十六页,编辑于星期六:十六点 五十九分。型号示例:o柴油机oYZ6102Q六缸直列、四冲程、缸径102mm、水冷、汽车用(YZ为扬州柴油机厂代号);o12V135
16、ZG12缸、V型、四冲程、缸径135mm、水冷、增压、工程机械用;o12VE230ZCZ12缸、V型、二冲程、缸径230mm、水冷、增压、船用主机、左机基本型。o汽油机o(1)1E65F单缸、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型;o(2)12V135ZG12缸、V形、四冲程、缸径135mm、水冷、增压、工程机械用。o(3)HH465QE4缸、四冲程、缸径65mm、水冷、车用。第二十七页,编辑于星期六:十六点 五十九分。汽车发动机产品型号编制规则n范围o本标准规定了发动机型号的编制规则。o本标准适用于重庆渝安淮海动力有限公司生产的发动机。n发动机型号n结构表示方法o首部中部尾部oo产品类别号产品特
17、征号排量代号结构代号变型代号o2.2首部o2.2.1产品类别号:按产品基本形式分类,从大写英文字母A到X(除O、I外)依次分类排列,产品类别号由设计部门确定。如现量产机型465、466、464、462为A类、474为B类。o产品特征号:根据产品结构个性特点进行分类,用大写英文字母表示,以便于区分和记忆为主,产品特征号由设计部门确定。如现量产机型465、466、464代号为F、474机型代号为G。o2.3中部o2.3.1排量代号:根据产品的排量,用阿拉伯数字表示,以排量的前两位自然数字为基数,遵循四舍五入的原则确定第3位数进行圆整,排量在1升以上的用两位数字表示,排量在1升以下的用壹位数字表示,
18、如现量产机型1.012升的均用10表示、1.05升用11、0.798升的用8表示。o2.3.2结构代号:按产品燃料形式分类表示,具体代号见下表。o燃料名称汽油柴油液化石油气压缩天燃气代号G(单一汽油燃料应省略)DLN注:1、燃料代号采用英文字母。2、单一燃料是指只有一套燃料供给系统,只能燃用一种燃料的发动机。3、同时具有多用燃料的发动机,燃料间用加“/”区分表示。o2.4尾部o主要用于区分产品改型或产品提升换代的区别代号,用两位阿拉伯数字表示,如01、02,基本型没有此代号。o3产品示例o例1:AF10排量为0.97升的单一汽油燃料基本型汽车发动机。o例2:AF10-01排量为1.012升的单
19、一汽油燃料改进型汽车发动机。o例3:BG13排量为1.31升的单一汽油燃料基本型汽车发动机。o例4:CK14排量为1.375升的单一汽油燃料基本型汽车发动机。o例5:AF11G/N排量为1.05升的汽油和天燃气双燃料基本型汽车发动机。o例6:AF7排量为0.70升的单一汽油燃料基本型汽车发动机。第二十八页,编辑于星期六:十六点 五十九分。第3章曲柄连杆机构o第1节曲柄连杆机构的运动与受力o3.1.1、曲柄连杆机构的运动o设中心曲柄半径为R连杆长度为L,根据力学推导,活塞的位移x、速度v、加速度a随曲轴转角的变化关系是o x=R1+(sina)/2-cosaov=R(sin2a)/2+sinao
20、a=Rcos2a+cosao式中:连杆比,=R/L,一般在1/3-1/4;o曲轴角速度,匀速运动时,它等于;on曲轴转速(r/min);第二十九页,编辑于星期六:十六点 五十九分。第三十页,编辑于星期六:十六点 五十九分。3.1.2、曲柄连杆机构的受力分析第三十一页,编辑于星期六:十六点 五十九分。第2节机体组件第三十二页,编辑于星期六:十六点 五十九分。第三十三页,编辑于星期六:十六点 五十九分。气缸盖结构第三十四页,编辑于星期六:十六点 五十九分。燃烧室形式第三十五页,编辑于星期六:十六点 五十九分。3.2.3、气缸垫o气缸垫(图3-11)安装在气缸盖和气缸体之间,其功能是保证气缸盖与气缸
21、体接触面的密封,防止漏气、漏水和漏油。目前应用较多的是铜皮-石棉结构的气缸垫,其翻边处有三层铜皮,压紧时不易变形。有的气缸垫还采用在石棉中心用编织的钢丝网或有孔钢板作骨架,两面用石棉及橡胶粘结剂压成。有的采用实心有弹性的金属片作为气缸垫,以适应发动机强化要求。第三十六页,编辑于星期六:十六点 五十九分。第3节曲柄连杆机构第三十七页,编辑于星期六:十六点 五十九分。3.3.1、活塞连杆组件o1.活塞o活塞(图3-13)的功能是承受气缸中的气体压力,并通过活塞销将此力传给连杆,驱动曲轴旋转,活塞顶部还与气缸盖、气缸壁一起组成燃烧室。o活塞直接与高温气体接触,散热条件差,工作时顶部温度达到60070
22、0K,且温度分布很不均匀,间隙过小,容易造成活塞拉缸;间隙过大,又会导致压缩不良,功率下降,油耗上升。o活塞顶部承受气体压力很大,在做功行程,汽油机的活塞瞬时承受的最大压力值达35MPa,柴油机高达69MPa,并承受侧压力的作用,加速活塞表面的磨损,也容易引起活塞变形。第三十八页,编辑于星期六:十六点 五十九分。活塞由顶部、头部和裙部三部分组成。o(1)活塞顶部它是燃烧室的组成部分,其形状、位置和大小都是为满足可燃混合气的形成和燃烧的要求,其顶部有平顶、凸顶和凹顶三种(图3-14)o(2)活塞头部(防漏部)o活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上的部分。它有数道环槽,用以安装活塞环,起密封、传
23、热等作用。汽油机一般有三道环槽,其中有两道气环槽和一道油环槽,在油环槽侧面上钻有许多径向小孔,使油环从气缸壁上刮下的机油经过这些小孔流回油底壳。柴油机压缩比高,一般有四道环槽,上部三道安装气环,下部安装油环。第一道环槽工作条件最恶劣,一般应离顶部较远些。近年来,为减少HC的排放,也出现第一道环槽移近顶部的活塞。为了提高第一道环槽的耐热和耐磨性,有的在第一道环槽部位铸入耐热合金钢护圈。o(3)活塞裙部活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分。活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用,并承受气体侧压力。为了使活塞在正常工作温度下与气缸壁保持比较均匀的间隙,以免在气缸内卡死或加大局部磨损,必须
24、在冷态下预先把活塞裙部加工成特定的形状。第三十九页,编辑于星期六:十六点 五十九分。第四十页,编辑于星期六:十六点 五十九分。6)活塞销孔偏置结构(图3-16)。o有些高速汽油机的活塞销孔中心线偏离活塞中心线平面,向做功行程中受侧压力的一o方偏移了12mm。这种结构可使活塞在压缩行程到做功行程中较为柔和地从压向气缸的一面过渡到压向气缸的另一面,以减少敲缸的声音。在安装时要注意,活塞销偏置的方向不能装反,否则换向敲击力会增大,使裙部受损。第四十一页,编辑于星期六:十六点 五十九分。2.活塞环第四十二页,编辑于星期六:十六点 五十九分。o(2)油环油环有普通油环和组合油环两种(图3-19)o1)普
25、通油环(图3-19a)普通油环又叫整体式油环。o2)组合式油环(图3-19b)它由上下数片刮油钢片与o中间的扩胀器组成。第四十三页,编辑于星期六:十六点 五十九分。活塞销o其作用是连接活塞和连杆小头,将活塞承受的气体作用力传给连杆。o活塞销的内孔有三种形状:圆柱形、组合形(两段截锥面与一段圆柱组合)和两段截锥形。o活塞销与活塞销座孔及连杆小头衬套孔的连接配合有全浮式和半浮式两种。“全浮式”是指当发动机工作时,活塞销、连杆小头和活塞销座都有相对运动,使磨损均匀。为了防止活塞销轴向窜动刮伤气缸壁,在活塞销两端装有卡环,进行轴向定位。由于铝活塞热胀系数比钢大,为了保证活塞销与活塞销座孔在高温工作时有
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