1、 铁道装备专业铁道装备专业内内 燃燃 机机l第一节第一节 内燃机概述内燃机概述 l第二节第二节 内燃机的总体构造内燃机的总体构造l第三节第三节 内燃机的基本工作原理内燃机的基本工作原理 重点：结构、工作原理重点：结构、工作原理 难点：工作原理难点：工作原理 一、内燃机的定义及其分类一、内燃机的定义及其分类 （一）内燃机的定义（一）内燃机的定义 内燃机是内燃机是通过在热功转换空间内部的燃烧过程通过在热功转换空间内部的燃烧过程将将燃料中的化学能转变为热能，并燃料中的化学能转变为热能，并通过一定的机构通过一定的机构使之使之再转化为再转化为机械功机械功的一种热力发动机的一种热力发动机( (简称热机简称
2、热机) )。 （二）内燃机的分类（二）内燃机的分类 1 1、按燃料分、按燃料分：有有汽油机，柴油机汽油机，柴油机，煤气机，乙醇，煤气机，乙醇（酒精）机，天然气体、氢气燃料及多种燃料内（酒精）机，天然气体、氢气燃料及多种燃料内燃机等。燃机等。2 2、按着火方式分：、按着火方式分：有压缩着火有压缩着火( (压燃式压燃式) )和强制点火和强制点火( (点燃式点燃式) )内燃机。内燃机。 3 3、按、按热功转换机构热功转换机构分：分：往复活塞式往复活塞式（汽车和工程（汽车和工程机械用内燃机最多），机械用内燃机最多），旋转活塞式旋转活塞式、旋转叶片式和旋转叶片式和喷气式内燃机。喷气式内燃机。5 5、按、
3、按往复活塞式内燃机工作循环所需行程数往复活塞式内燃机工作循环所需行程数：按照：按照完成一个工作循环完成一个工作循环( (工作循环指把热能转变为机械功工作循环指把热能转变为机械功的一系列连续过程的一系列连续过程) )所需的行程数来分，有所需的行程数来分，有四冲程内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；为四冲程内燃机；4 4、按、按冷却方式冷却方式分：有水冷式、风冷式和水冷风冷复分：有水冷式、风冷式和水冷风冷复合式内燃机。合式内燃机。汽车和工程机械用内燃机多数是水冷汽车和工程机械用内燃机多数是水冷风冷复合式。风冷复合式。6
4、6、按照、按照进气状态进气状态分：有分：有非增压式非增压式（进气压力小于（进气压力小于一个大气压）和一个大气压）和增压式增压式（进气压力大于一个大气压）（进气压力大于一个大气压）内燃机。内燃机。 8 8、按汽缸数分、按汽缸数分：单缸、双缸和多缸内燃机。：单缸、双缸和多缸内燃机。 9 9、按用途分、按用途分：可分为汽车用、特种车辆用、工程机：可分为汽车用、特种车辆用、工程机械用、农用、拖拉机用、发电用、铁路机车用、内械用、农用、拖拉机用、发电用、铁路机车用、内河（淡水）和海洋（咸水）船舶用、飞机用、摩托河（淡水）和海洋（咸水）船舶用、飞机用、摩托用、军用等内燃机等。用、军用等内燃机等。1010、
5、按转速分、按转速分：有高速、中速和低速内燃机。目前：有高速、中速和低速内燃机。目前汽油机均为高速汽油机均为高速内燃机，最高转速一般在内燃机，最高转速一般在60006000转转/ /分分以上，比柴油机的转速高；汽车用以上，比柴油机的转速高；汽车用柴油机最高转速柴油机最高转速40004000转转/ /分左右分左右；而工程机械柴油机最高转速一般为；而工程机械柴油机最高转速一般为15001500转转/ /分分20002000转转/ / 分。船舶用柴油机转速一般为分。船舶用柴油机转速一般为中、低速，中、低速，100100转转/ /分分500500转转/ / 分左右。分左右。（一）内燃机的（一）内燃机的优
6、点优点：1 1、热效率高热效率高；热效率高，即燃油消耗率低，；热效率高，即燃油消耗率低，经济性好经济性好, ,尤其是柴油机，它是热效率最尤其是柴油机，它是热效率最高的热机，最高有效热效率巳达高的热机，最高有效热效率巳达4646。4 4、起动迅速、操作简便起动迅速、操作简便，并能在起动后，并能在起动后很快达到全负荷运行。很快达到全负荷运行。 3 3、结构紧凑、质量轻结构紧凑、质量轻、比质量较小、比质量较小、便于移动。便于移动。2 2、功率范围广功率范围广；单机功率可从零点几千瓦；单机功率可从零点几千瓦到上万千瓦，故适用范围大。到上万千瓦，故适用范围大。1 1、对燃料要求较高对燃料要求较高；高速内
7、燃机一般使用汽汽油油或轻柴油轻柴油作燃料，并且对燃料的清洁度对燃料的清洁度要求严格要求严格；在气缸内部难以使用固体燃料或劣质燃料。2 2、废气污染和噪声引起公害废气污染和噪声引起公害：由于内燃机已广泛地应用在国民经济的各个领域中其产量和保有量极大，对环境的污染也越来越严重。3 3、结构较复杂，零部件加工精度要求较高。结构较复杂，零部件加工精度要求较高。( (一一) )内燃机性能指标的发展动向内燃机性能指标的发展动向1 1强化程度不断提高强化程度不断提高： 提高内燃机的强化程度，使之在有限的气缸提高内燃机的强化程度，使之在有限的气缸工作容积条件下提高内燃机的功率。工作容积条件下提高内燃机的功率。
8、2 2降低燃油消耗率、提高经济性降低燃油消耗率、提高经济性 3 3提高内燃机的可靠性和耐久性提高内燃机的可靠性和耐久性 无故障期为无故障期为50005000h h，表征耐久性的指标是大修表征耐久性的指标是大修期。常以压缩压力下降到一定值期。常以压缩压力下降到一定值(2.22.7(2.22.7MPa)MPa)或各或各缸压力差增大到一定值缸压力差增大到一定值(0.3(0.3MPa)MPa)即认为应当大修。即认为应当大修。 4 4降低废气中有害排放和噪声降低废气中有害排放和噪声( (二二) )内燃机技术的发展动向内燃机技术的发展动向 柴油机采用电子技术优化控制柴油机采用电子技术优化控制喷油规律及喷喷
9、油规律及喷油量油量，控制预混合燃烧和扩散燃烧部分的燃油量，控制预混合燃烧和扩散燃烧部分的燃油量，提高柴油机的功率提高柴油机的功率。 废气再循环废气再循环( (EGR)EGR)是汽油机和柴油机降低是汽油机和柴油机降低NOxNOx排放的有效措施。排放的有效措施。电控电控EGREGR可保证在各种工况下实可保证在各种工况下实现现最佳的最佳的EGREGR率。率。1 1电子技术的应用：电子技术的应用： 以微型计算机为中心的电子技术，在内燃机产以微型计算机为中心的电子技术，在内燃机产品设计研究、测试、制造方面均巳普遍应用，品设计研究、测试、制造方面均巳普遍应用，计算计算机辅助设计机辅助设计( (CAD)CA
10、D)、计算机辅助制造计算机辅助制造( (CAM)CAM)、计算机计算机辅助测试辅助测试( (CAT)CAT)、计算机辅助工艺设计计算机辅助工艺设计( (CAPP)CAPP)技术技术发展迅速发展迅速。 2 2、采用增压技术、采用增压技术 3 3、汽油机稀燃、汽油机稀燃速燃技术：速燃技术： 稀燃可提高汽油机经济性和降低排放，稀燃可提高汽油机经济性和降低排放，提高提高压缩比压缩比。 4 4汽油机缸内喷射分层燃烧技术汽油机缸内喷射分层燃烧技术 内燃机的功率和扭矩都有所提高，内燃机的功率和扭矩都有所提高，燃油消耗率下降。燃油消耗率下降。 5 5柴油机采用直喷式燃烧系统柴油机采用直喷式燃烧系统 直喷式燃烧
11、系统比间喷式燃烧系统直喷式燃烧系统比间喷式燃烧系统的热效率可提高的热效率可提高1010-15-15，是提高柴油，是提高柴油机经济性的有效措施。机经济性的有效措施。 图图 1 21 2示出示出内燃机内燃机的基本机构的基本机构，它包括气缸、它包括气缸、气缸盖、活气缸盖、活塞、活塞销、塞、活塞销、连杆、曲轴、连杆、曲轴、飞轮、曲轴飞轮、曲轴箱和进、排箱和进、排气门等。气门等。 活塞活塞可在气缸内上下可在气缸内上下往复运动往复运动。活塞。活塞销穿过活塞和连杆的上端，使活塞和连杆销穿过活塞和连杆的上端，使活塞和连杆成为铰链似的连接。连杆下端套在曲轴弯成为铰链似的连接。连杆下端套在曲轴弯曲部分（俗称曲拐）
12、的曲柄销曲部分（俗称曲拐）的曲柄销( (连杆轴颈连杆轴颈) )上，也是上，也是铰链似的连接铰链似的连接。 曲轴两端由曲轴箱上的轴承来支承，曲轴两端由曲轴箱上的轴承来支承，曲轴可在轴承中转动。曲轴可在轴承中转动。 活塞在气缸中往复运动时，曲轴则绕活塞在气缸中往复运动时，曲轴则绕其轴心线作旋转运动。很明显，其轴心线作旋转运动。很明显，曲轴每转曲轴每转一周，活塞向上向下各行一次（两个行一周，活塞向上向下各行一次（两个行程）程）。 1 1、上止点（、上止点（TDCTDC）：）： 活塞离曲轴中心最大活塞离曲轴中心最大距离的位置称为上止点，距离的位置称为上止点，( (图图13)13)； 2 2、下止点（、
13、下止点（BDCBDC）：）： 活塞离曲轴中心最小活塞离曲轴中心最小距离的位置称为下止点。距离的位置称为下止点。 注意：在上、下止点时，注意：在上、下止点时，活塞的运动方向改变，活塞的运动方向改变，同时它的同时它的速度等于零速度等于零。4 4、气缸工作容积、气缸工作容积V V h h ：在一个气缸中，活在一个气缸中，活塞从塞从上止点到下止点上止点到下止点所扫过的容积称为所扫过的容积称为气缸工作容积气缸工作容积V V h h 。如气缸直径如气缸直径D D和活塞和活塞行程行程s s都以都以mmmm为单位，则以为单位，则以L L（升）为单升）为单位的气缸工作容积可用下式计算：位的气缸工作容积可用下式计
14、算：LiS104DV62h3 3、行程、行程s(stroke)s(stroke)： 上止点与下止点间的距离称为活塞上止点与下止点间的距离称为活塞行程行程s s。由图由图1313可见，活塞行程可见，活塞行程s s等于曲等于曲柄半径柄半径r r的两倍，即的两倍，即: : S=2rS=2r5、内燃机的总排量内燃机的总排量V VH H：如内燃机有i个气缸，i个气缸的工作容积的总和称为内燃机的总排量，用VH表示，则V H = V h i= i ( L )8、压缩比压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比，以表示： 压缩比表示气缸中的气体被压缩后体积缩小的倍数，它对内燃机的性能有重要影响。 SxD62
15、1046、燃烧室容积燃烧室容积VcVc：当活塞在上止点时，活塞上方的气缸容积称为燃烧室容积并以Vc表示。7、气缸总容积气缸总容积VaVa：当活塞在下止点时，活塞上方的气缸容积称为气缸总容积井以Va表示。 很明显： Va = Vh + VccaVV 四冲程汽油机四冲程汽油机 : : 主要由下列机构和系统组成：曲柄连杆机构、配气机构、供给系、点火系、润滑系、冷却系和起动装置。1 1、曲柄连杆机构、曲柄连杆机构 曲柄连杆机构的主要机件是：气缸体、气缸盖、活塞、连杆、带有飞轮的曲轴和曲轴箱。曲柄连杆机构是内燃机的基本机构曲柄连杆机构是内燃机的基本机构。在燃油燃烧时，活塞承受气体膨胀的压力，并通过连杆使
16、曲轴旋转，将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动而输出动力。 2 2、配气机构、配气机构 配气机构的功用是使燃油与空气所组成的配气机构的功用是使燃油与空气所组成的可燃混合气可燃混合气可以在一定的时刻被可以在一定的时刻被吸进吸进气缸，并气缸，并使燃烧后的使燃烧后的废气废气可以在一定的时刻被可以在一定的时刻被排出排出。配配气机构包括进气门、排气门、挺柱、推杆、摇气机构包括进气门、排气门、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴以及凸轮轴等。臂、摇臂轴以及凸轮轴等。二行程内燃机的配二行程内燃机的配气机构有所不同。气机构有所不同。 气门的开闭是由凸轮轴上的凸轮控制的气门的开闭是由凸轮轴上的凸轮控制的，凸轮轴通常由曲轴
17、通过齿轮来驱动凸轮轴通常由曲轴通过齿轮来驱动。 根据气门安装位置的不同，配气机构的布根据气门安装位置的不同，配气机构的布置形式主要有侧置式置形式主要有侧置式( (顺装气门顺装气门) )和顶置式和顶置式( (倒倒装气门装气门) )两种。两种。 3 3、供给系、供给系 供给系的功用是供给系的功用是供给供给气缸气缸空气和燃油空气和燃油( (可燃混合可燃混合气气) )，并排出燃烧后的废气。，并排出燃烧后的废气。 化油器式汽油机工作时，化油器式汽油机工作时，汽油泵汽油泵将汽油箱中的将汽油箱中的汽油吸出，经汽油滤清器滤清后汽油吸出，经汽油滤清器滤清后压送到化油器压送到化油器；同；同时时空气空气经空气滤清器
18、滤清后也经空气滤清器滤清后也进入化油器进入化油器。在化油。在化油器中汽油被喷散，并在很大的程度上被蒸发，汽油器中汽油被喷散，并在很大的程度上被蒸发，汽油与空气混合后形成可燃混合气经进气管被吸入气缸。与空气混合后形成可燃混合气经进气管被吸入气缸。燃烧形成的废气经排气管和排气消声器排人大气。燃烧形成的废气经排气管和排气消声器排人大气。4 4、点火系、点火系 混合气在气缸内被压缩后要用电火花来点火。混合气在气缸内被压缩后要用电火花来点火。供给低压电流的供给低压电流的电源电源( (蓄电池和发电机蓄电池和发电机) )，将，将低压电低压电流变为高压电流的设备流变为高压电流的设备( (点火线圈和断电器点火线
19、圈和断电器) )，以及，以及将将高压电流分配高压电流分配给火花塞给火花塞( (装在气缸盖上装在气缸盖上) )的设备的设备( (分分电器电器) )组成汽油机的点火系。组成汽油机的点火系。 5 5、润滑系、润滑系 润滑系的功用是向内燃机的摩擦零件供给润滑油润滑系的功用是向内燃机的摩擦零件供给润滑油，以减，以减少零件磨损和零件间的摩擦阻力。润滑系包括少零件磨损和零件间的摩擦阻力。润滑系包括油底壳、机油油底壳、机油泵、机油滤清器、机油管路和通道以及机油标尺等。泵、机油滤清器、机油管路和通道以及机油标尺等。 由于机油在润滑系中的环流和飞溅内燃机的运动件就由于机油在润滑系中的环流和飞溅内燃机的运动件就得到
20、了润滑。得到了润滑。6 6、冷却系、冷却系 冷却系的功用是将内燃机受热零件的冷却系的功用是将内燃机受热零件的热量传出热量传出，以保持，以保持内燃机正常的工作温度内燃机正常的工作温度( (水温约水温约80-90)80-90)。 多数内燃机采用水、风复合冷却系，它包括气缸周围和多数内燃机采用水、风复合冷却系，它包括气缸周围和气缸盖中的水套、散热器气缸盖中的水套、散热器( (水箱水箱) )、水泵和风扇。由于水泵的、水泵和风扇。由于水泵的作用，冷却水就在水套和散热器间循环流动，而内燃机需要作用，冷却水就在水套和散热器间循环流动，而内燃机需要散出的热量则通过风扇和散热器散入大气中。散出的热量则通过风扇和
21、散热器散入大气中。 也有的内燃机采用纯水冷却方式（小型农用单缸卧式蒸也有的内燃机采用纯水冷却方式（小型农用单缸卧式蒸发式水冷柴油机）或纯风冷却方式发式水冷柴油机）或纯风冷却方式( (小型汽油机小型汽油机) )。 7 7、起动装置、起动装置 起动装置的功用是借助外力(人力或其他动力)将静止的内燃机转为自行运转静止的内燃机转为自行运转。不同的起动方法，有不同的起动装置。它主要包括起动机、传动机起动机、传动机构和操纵机构构和操纵机构等。为便于起动，有的内燃机上还设有起动辅助装置。 四冲程柴油机四冲程柴油机的构造除的构造除点火系点火系和和供给系供给系外，外，与汽油机的大体相同。与汽油机的大体相同。 柴
22、油机是用气缸内空气被压缩后的高温来发柴油机是用气缸内空气被压缩后的高温来发火的火的( (压缩着火压缩着火) )，所以，所以没有点火系没有点火系。柴油机的燃。柴油机的燃油供给部分也和汽油机的不同。在柴油机中是用油供给部分也和汽油机的不同。在柴油机中是用输油泵输油泵将柴油箱中的柴油将柴油箱中的柴油吸出吸出，经柴油滤清器滤，经柴油滤清器滤清后送到喷油泵，清后送到喷油泵，喷油泵再将柴油以很高的压力喷油泵再将柴油以很高的压力压出经高压油管由喷油器喷人气缸压出经高压油管由喷油器喷人气缸。 一、内燃机的工作循环和示功图一、内燃机的工作循环和示功图 1 1、内燃机的工作循环、内燃机的工作循环： 内燃机气缸中进
23、行的每一次将热能转变为机械功的一系列连续过程称为内燃机的一次工作循环(作一次功)。每一次工作循环都包括每一次工作循环都包括进气、压缩、燃烧进气、压缩、燃烧膨胀和排气膨胀和排气等等4 4个过程个过程。四冲程内燃机的工作循环是在曲轴旋转两周，即4个行程中完成的；而二冲程内燃机的工作循环则是在曲轴旋转一周，即两个行程中完成的。2 2、内燃机工作循环示功图、内燃机工作循环示功图： 研究内燃机的工作循环时，可以利用一种表示气缸气缸内气体内气体压力压力和相当于活塞不同位置时的和相当于活塞不同位置时的气缸容积气缸容积V V之间的之间的变化关系变化关系图图( (P-VP-V图图) )。此图能表示一个工作循环中
24、气体在气缸内所作的功，所以称为示功图示功图。四冲程化油器式汽油机的结构简图和P-V示功图。进进气气排排气气压压缩缩 可燃混合气充满气缸的程度可用可燃混合气充满气缸的程度可用充量系数充量系数v v来表示。来表示。充量系数是每工作循环实际进入充量系数是每工作循环实际进入气缸的新气质量与理论上可充入气缸的新气气缸的新气质量与理论上可充入气缸的新气质量之比。质量之比。汽油机的充量系数约为0.700.85。充量系数较大，表明进入气缸的可燃混合气的量较多，因而发动机的功率也可以较大。 压缩比愈大，压缩终了时混合气的压力压缩比愈大，压缩终了时混合气的压力和温度也愈高，混合气的燃烧速度以及燃和温度也愈高，混合
25、气的燃烧速度以及燃烧过程的最高温度和压力就愈高；烧过程的最高温度和压力就愈高； 4. 4.排气过程排气过程 排气过程中，活塞由下止点向上止点移动，活塞由下止点向上止点移动，排气门开启排气门开启，进气门进气门保持保持关闭关闭 。示功图上的曲示功图上的曲线线brbr表示排气过程表示排气过程。残余废气约占进入气缸的新鲜混合气的5-15(以质量计) 四冲程柴油机和汽油机样，每个工作循环也经历进气、压缩、燃烧进气、压缩、燃烧膨胀和排气膨胀和排气4 4个过程个过程。其工其工作过程与汽油机的不同，在于可燃混合气的形成和作过程与汽油机的不同，在于可燃混合气的形成和着火的方法着火的方法。在在柴油机中吸进和压缩的
26、是空气柴油机中吸进和压缩的是空气，燃燃油以很高的压力被喷入压缩后的油以很高的压力被喷入压缩后的高温空气高温空气中形成混中形成混合气而自行着火燃烧。合气而自行着火燃烧。 柴油机充量系数较汽油机的为大充量系数较汽油机的为大，高速柴油机的v = 0.750.90。柴油机是柴油机是压缩着火压缩着火的，为使喷入为使喷入气缸的柴油可以迅速着火燃烧，空气被压缩后的温气缸的柴油可以迅速着火燃烧，空气被压缩后的温度必须度必须大大高于柴油的自燃温度大大高于柴油的自燃温度。因此柴油机需采柴油机需采用用较大的压缩比较大的压缩比(12-22) 1 1、工作循环特点：、工作循环特点：二冲程内燃机的工作二冲程内燃机的工作循
27、环是在两个行程内，即曲轴旋转一周中循环是在两个行程内，即曲轴旋转一周中完成的。它和四冲程内燃机不同之处在于完成的。它和四冲程内燃机不同之处在于它它只有只有压缩和作功压缩和作功两个主行程两个主行程，而其，而其进气进气和排气是在活塞处于下止点附近、以和排气是在活塞处于下止点附近、以减小减小部分压缩行程和损失部分作功行程为代价部分压缩行程和损失部分作功行程为代价来完成的来完成的，完成时间短，一般要通过提前，完成时间短，一般要通过提前排气和随后的强制扫气、排气来实现。排气和随后的强制扫气、排气来实现。 它们分别在一定的时刻被活塞所开闭，从而在短时间内完成换气过程。气口气口- -气门式：气门式：气缸上只
28、有扫气（进气）口（及其提高扫气压力的装置），它在一定的时刻被活塞所开闭；气缸盖上保留和四冲程内燃机一样的由配气凸轮控制的排气门； 特点：每转都作功，运转平稳，构造简单，质特点：每转都作功，运转平稳，构造简单，质量轻，制造维护方便。但有作功损失及混合气量轻，制造维护方便。但有作功损失及混合气流失，经济性较差；作功频率大，热负荷较高。流失，经济性较差；作功频率大，热负荷较高。特点：每转都作功，运转平稳，构造简单，质量特点：每转都作功，运转平稳，构造简单，质量轻，制造维护方便。没有燃料损失，经济性较好；轻，制造维护方便。没有燃料损失，经济性较好；概述：概述：1 1、表征内燃机性能的指标很多、表征内燃
29、机性能的指标很多，主要有动力性动力性能指标能指标(指功率、扭矩、转速等)、经济性能指经济性能指标标(指燃料油和润滑油消耗率)、运转性能指标运转性能指标(指冷起动性能、噪声和排气品质等)、可靠性可靠性与耐久性指标与耐久性指标等。2 2、内燃机的动力性能和经济性能指标有两种、内燃机的动力性能和经济性能指标有两种：一一种是以气缸内工质对活塞作功为基础的指标，称为种是以气缸内工质对活塞作功为基础的指标，称为指示指标指示指标，并以下标下标i i来表示。它只能评定工作循工作循环环进行的好坏；另一种是以另一种是以内燃机功率输出轴上得内燃机功率输出轴上得到的净功率为基础的指标到的净功率为基础的指标，称为，称为
30、有效指标有效指标，并以下下标标e e来表示。它能够评定整台内燃机性能整台内燃机性能的优劣。 2. 2.平均指示压力平均指示压力P Pi i 平均指示压力是指平均指示压力是指单位气缸工作容积单位气缸工作容积一个工作一个工作循环所作的循环所作的指示功指示功。平均指示压力。平均指示压力p pi i是从实际循环是从实际循环的角度来评价内燃机气缸工作容积利用率高低数。的角度来评价内燃机气缸工作容积利用率高低数。p pi i值愈高，表明同样大小的气缸工作容积所发出的值愈高，表明同样大小的气缸工作容积所发出的指示功愈大、气缸工作容积度愈高。因此，它是衡指示功愈大、气缸工作容积度愈高。因此，它是衡量内燃机实际
31、循环量内燃机实际循环动力性能动力性能方面的一个方面的一个重要指标重要指标。 第一节 指示指标 三、指示热效率和指示燃油消耗率三、指示热效率和指示燃油消耗率 是用以评价内燃机实际工作循环是用以评价内燃机实际工作循环经济性能经济性能的重要指标的重要指标，它们表示了实际循环所消耗燃料，它们表示了实际循环所消耗燃料热量的利用品质。热量的利用品质。 1 1指示热效率指示热效率 指示热效率是内燃机实际循环的指示热效率是内燃机实际循环的指示功指示功与与所消耗的所消耗的燃料热量燃料热量之比值之比值。 2 2指示燃油消耗率指示燃油消耗率 指示燃油消耗率是指指示燃油消耗率是指单位指示功的耗油量单位指示功的耗油量，
32、通常以单位指示千瓦小时的耗油量来表示通常以单位指示千瓦小时的耗油量来表示 一、有效功率和机械效率一、有效功率和机械效率 1 1、机械损失功率和有效功率、机械损失功率和有效功率 指示功率中消耗于内燃机内部零件的摩擦损失、指示功率中消耗于内燃机内部零件的摩擦损失、泵气损失和驱动附件的损失等称泵气损失和驱动附件的损失等称机械损失功率机械损失功率。内。内燃机的指示功率减去机械损失功率所得到的是功率燃机的指示功率减去机械损失功率所得到的是功率输出轴上所能输出的净功率输出轴上所能输出的净功率，即即有效功率有效功率。 2 2机械效率机械效率 有效功率与指示功率之比称为机械效率有效功率与指示功率之比称为机械效
33、率m m。 平均有效压力和平均指示压力之间相差一个平均有效压力和平均指示压力之间相差一个平均机械损失压力平均机械损失压力，平均机械损失压力是内燃机，平均机械损失压力是内燃机每工作循环中单位气缸工作容积所损耗的功。它每工作循环中单位气缸工作容积所损耗的功。它可以用来衡量内燃机机械损失的大小。可以用来衡量内燃机机械损失的大小。 2 2升功率升功率 升功率升功率N Ni i是指在标定工况下，内燃机是指在标定工况下，内燃机每升气每升气缸工作客积所发出的有效功率缸工作客积所发出的有效功率。值愈大，则内燃。值愈大，则内燃机强化程度愈高，且发出一定有效功率的内燃机机强化程度愈高，且发出一定有效功率的内燃机尺
34、寸愈小、结构愈紧凑。尺寸愈小、结构愈紧凑。 1 1有效热效率有效热效率 有效热效率是内燃机实际循环发出的有效功与所消耗的燃料热量之比值。2 2有效燃油消耗率有效燃油消耗率g ge e 有效燃油消耗率是指单位有效功的耗油量。通常用有效1 1kWhkWh所消耗的燃油量来表示。 一、一、技术指标技术指标 1 1、紧凑性指标、紧凑性指标 紧凑性指标是用来表征内燃机总体设计紧凑程紧凑性指标是用来表征内燃机总体设计紧凑程度的指标度的指标，通常用比质量比质量和单位体积功率单位体积功率来表示。 1 1）比质量）比质量 比质量比质量( (g gN N) )是指内燃机的是指内燃机的净质量净质量与与标定功率标定功率
35、的比值。的比值。 所谓所谓净质量净质量是指不包括燃油、润滑油、冷却液、底架、是指不包括燃油、润滑油、冷却液、底架、传动装置以及其他不直接装在内燃机本体上的附件的质量。传动装置以及其他不直接装在内燃机本体上的附件的质量。 比质量的大小，除了和内燃机类型、主要机构的结构、附件比质量的大小，除了和内燃机类型、主要机构的结构、附件的大小等有关外，还和所用材料及制造技术有关。不同用途的大小等有关外，还和所用材料及制造技术有关。不同用途的内燃机对于比质量的要求也不同。的内燃机对于比质量的要求也不同。比质量值小，表明内燃比质量值小，表明内燃机的质量轻、而功率大。通常比质量小的内燃机也都是强化机的质量轻、而功
36、率大。通常比质量小的内燃机也都是强化程度高、升功率较大的内燃机。程度高、升功率较大的内燃机。 2强化指标强化指标 强化指标是指内燃机强化指标是指内燃机承受承受热负荷热负荷和和机械负荷机械负荷水水平的指标。平的指标。通常用平均有效压力平均有效压力p pe e，活塞平均速度活塞平均速度CmCm（或强化系数）和升功率或强化系数）和升功率来衡量。 1 1）活塞平均速度）活塞平均速度： 活塞平均速度（活塞平均速度（Cm）是在标定转速下，曲）是在标定转速下，曲轴每一转的两个行程中活塞运动速度的平均值。轴每一转的两个行程中活塞运动速度的平均值。 Cm值愈高值愈高，表明，表明内燃机的功率和升功率愈高内燃机的功
37、率和升功率愈高，但，但内燃机所受的机械负荷和热负荷也愈大。内燃机所受的机械负荷和热负荷也愈大。 3、运转性指标、运转性指标 运转性指标是指内燃机起动性起动性、加速性加速性的好坏、操纵维护是否方便、运转是否平稳以及噪声和废气排放等指标。 4 4、可靠性指标、可靠性指标 可靠性指标是指内燃机在规定使用条件下，正常持续工作能力的指标。一般以保证期内不停车故障不停车故障次数、停车故障次数次数、停车故障次数及更换更换主要零件和非主要零件零件数数来表示。 二、提高内燃机动力性能指标和经济性能指标的基二、提高内燃机动力性能指标和经济性能指标的基本途径本途径1 1采用采用增压技术增压技术特别是特别是废气涡轮增
38、压废气涡轮增压技术技术 2 2合理组织合理组织燃烧过程燃烧过程，提高，提高循环指示效率循环指示效率 3 3改善换气过程，提高改善换气过程，提高充量系数充量系数 4 4提高提高内燃机的内燃机的转速转速n n5 5提高内燃机的提高内燃机的机械效率机械效率 6 6采用二冲程来采用二冲程来提高升功率提高升功率 曲柄连杆机构的功用功用：热功转换（热热功转换（热- -活塞）；活塞）；运动形式转换（活塞运动形式转换（活塞- -曲轴）。曲轴）。 曲柄连杆机构的组成：组成：固定件固定件（机体零件组）和运动件运动件（活塞连杆组和曲轴飞轮组）。 第一节第一节 固定件固定件 固定件包括气缸盖、气缸垫、气缸体、气缸套和
39、油底壳等。图图3131所示为种汽油机的固定件。 干式缸套干式缸套(图图3535a a)是壁厚为13mm的薄壁圆筒，其特点是缸套的外表面不与冷却水直接接触。 湿式缸套湿式缸套(图图3535b b)是壁厚为59mm的圆筒，具特点是缸套外表面直接与冷却水接触。 2 2气缸盖的特点气缸盖的特点 结构复杂结构复杂，特别是四行程水冷内燃机； 机械负荷和热负荷严重机械负荷和热负荷严重（热温差大，特别是四行程内燃机的热三角区，一般要求定向冷却）； 铸造及机械加工工艺复杂加工工艺复杂，要求高；特别是四行程内燃机； 多缸发动机气缸盖的结构型式有一缸一盖的单体缸盖，两缸或三缸共一盖的块状缸盖和一列气缸共用的整体缸盖
40、等。 气缸盖螺栓的拧紧应由气缸盖螺栓的拧紧应由中央向四周中央向四周均匀均匀交替地逐次进行交替地逐次进行 油底壳底部装有放油塞，有的放油塞还带有磁性，可吸附润滑油小的铁屑，以减轻运动件的磨损。第二节第二节 活塞连杆组活塞连杆组C C、活塞是在高温、高压、高速活塞是在高温、高压、高速( (活塞平均速度可达活塞平均速度可达10-1510-15m ms)s)的条件下工作的，其润滑条件较差，活塞与气缸壁间摩擦严的条件下工作的，其润滑条件较差，活塞与气缸壁间摩擦严重。为了减小磨损，重。为了减小磨损，活塞表面必须耐磨活塞表面必须耐磨。b b、活塞在气缸中的运动是活塞在气缸中的运动是不等速的高速往复直线运动，
41、会产不等速的高速往复直线运动，会产生往复惯性力生往复惯性力。往复惯性力的大小与活塞的质量及内燃机的曲。往复惯性力的大小与活塞的质量及内燃机的曲轴转速有关，为了轴转速有关，为了减小往复惯性力减小往复惯性力，必须尽可能地减轻活塞的，必须尽可能地减轻活塞的质量。质量。 一、活塞 1 1活塞的功用、工作条件及对活塞的要求活塞的功用、工作条件及对活塞的要求 功用：活塞用来承受燃气的压力，并经过连杆将力传给曲轴，活塞是内燃机中活塞是内燃机中工作强度最高工作强度最高的机件之一。的机件之一。(1)(1)顶部：它是构成顶部：它是构成燃烧室燃烧室的一部的一部分，其结构形分，其结构形 状与发动机及燃状与发动机及燃烧
42、室的型式有关。烧室的型式有关。(2)(2)头部：活塞头部壁厚，在它上头部：活塞头部壁厚，在它上面切有活塞环槽。安装有活塞环、面切有活塞环槽。安装有活塞环、密封环，实现隔热，密封，润滑。密封环，实现隔热，密封，润滑。 (3)(3)销座：销座用以安装活塞销。销座：销座用以安装活塞销。 (4)(4)裙部：活塞头部最低一道环槽裙部：活塞头部最低一道环槽以下的部分称为裙部。它的作用以下的部分称为裙部。它的作用是为是为活塞导向活塞导向并将活塞的并将活塞的侧向力侧向力传给气缸壁。传给气缸壁。 功用： 气环主要有两个功用：一是用来保证气缸的密封，尽量使气缸内的气体不漏入曲轴箱；二是将活塞上部的热量传递给气缸壁
43、(因活塞头部并不接触气缸壁)。 油环的功用：将气缸表面多余的润滑油刮下（刮油），不让它窜人燃烧室同时使气缸壁上润滑油膜均匀分布（布油），改善活塞组的润滑条件。要求：要求：A A、足够的弹力足够的弹力-密封、传热和刮油；密封、传热和刮油；B B、足够的机械强度和弹性足够的机械强度和弹性-耐高温耐高温; ;C C、耐磨性耐磨性-延长工作寿命。延长工作寿命。D D、便于加工。便于加工。 4 4、气环常见的断面形状：、气环常见的断面形状：矩形矩形 锥面形锥面形 扭扭曲形曲形 梯形梯形 桶面形桶面形 工作条件工作条件 在发动机工作时，连杆受到很大的在发动机工作时，连杆受到很大的气体压力气体压力和活和活塞
44、连杆组的往复塞连杆组的往复惯性力惯性力以及在连杆的摆动平面内还产生以及在连杆的摆动平面内还产生摆动力矩摆动力矩的作用。这些力的大小和方向是周期性变化的，的作用。这些力的大小和方向是周期性变化的，使连杆使连杆处于复杂的交变应力状态处于复杂的交变应力状态下。下。 要求要求 在尽可能在尽可能轻轻的质量下，保证有足够的的质量下，保证有足够的疲劳强度疲劳强度、刚度和抗冲击韧性刚度和抗冲击韧性。 轴瓦的构造，如图图331331所示，有的轴瓦内表面有浅槽，用以储油以利润滑。轴瓦上的凸键(图图331331中箭头所示)嵌入连杆盖(或大头)的凹槽中，防止轴瓦在工作时移动或转动，有的内燃机在轴瓦分界面附近开有深度较
45、大而两端不通的纵向油槽，称为“垃圾”槽(图图3-313-31)。一般只在轴瓦宽度与轴颈之比大于0.8的较宽轴瓦上才开有这种槽，以利于润滑油沿轴向分布。 一、曲一、曲 轴轴 1 1曲轴的功用、工作条件和对曲轴的要求曲轴的功用、工作条件和对曲轴的要求 功用：功用：将连杆传来的气体压力转变成扭矩，然将连杆传来的气体压力转变成扭矩，然后传给传动装置，并驱动内燃机的各运动机构。后传给传动装置，并驱动内燃机的各运动机构。 工作条件：工作条件：曲轴承受气体压力和往复、旋转运曲轴承受气体压力和往复、旋转运动质量惯性力及其力矩的作用。动质量惯性力及其力矩的作用。 要求：要求：必须有足够的必须有足够的强度和刚度强
46、度和刚度。各轴颈轴承。各轴颈轴承应具有足够的承压面积和较高的应具有足够的承压面积和较高的耐磨耐磨性。油孔布性。油孔布置要合理。要有合理的曲柄排列，以使发动机置要合理。要有合理的曲柄排列，以使发动机运运转平稳转平稳，扭矩均匀并能改善轴系的扭振情况。曲，扭矩均匀并能改善轴系的扭振情况。曲轴的安装固定要可靠并必须加以轴向定位轴的安装固定要可靠并必须加以轴向定位( (限制其限制其轴向位移轴向位移) )。 曲轴的曲轴的形状形状及曲柄销间的相互及曲柄销间的相互位置位置( (即即曲拐的布置曲拐的布置) )与与行程数、气缸数、气缸排行程数、气缸数、气缸排列方式列方式( (直列或直列或v v形等形等) )和各气
47、缸和各气缸作功行程作功行程发生的顺序发生的顺序( (称为发火次序或工作顺序称为发火次序或工作顺序) )有有关。曲轴的形状同时要满足关。曲轴的形状同时要满足惯性力的平衡惯性力的平衡以及发动机上作以及发动机上作平稳性平稳性的要求。的要求。 内燃机发火次序的确定：内燃机发火次序的确定： 就四冲程内就四冲程内燃机而言，曲轴每转两转燃机而言，曲轴每转两转( (个工作循环个工作循环) )，每个气缸都应发火作功一次。每个气缸都应发火作功一次。各缸的发火各缸的发火间隔时间间隔时间( (以曲轴转角表示以曲轴转角表示) )应力求均匀。应力求均匀。 2 2、飞轮的结构特点分析：、飞轮的结构特点分析：通常是一个铸铁铸
48、铁制成的圆盘圆盘、具有沉重的轮缘以得到较大的转动惯量。飞轮与曲轴装配在一起后，经过精确的经过精确的动平衡校准动平衡校准，以免在旋转时因质量不平衡而产生离心力。 第一节第一节 配气机构的功用和常见形式配气机构的功用和常见形式 一、功用一、功用1 1、定时、定时给气缸充气充气；2 2、定时、定时从气缸排出废气；3 3、定时、定时封闭气缸封闭气缸，进行压缩与燃烧进行压缩与燃烧- -膨胀过程膨胀过程。二、常见形式二、常见形式1 1、气门式、气门式配气机构：四行程四行程内燃机普遍采用2 2、气口、气口-气口式气口式配气机构:二行程汽油机。 气口气口-气门式气门式配气机构：二行程二行程柴油机采用。一、侧置
49、式气门机构一、侧置式气门机构 1 1、结构特点：侧置式气门机构、结构特点：侧置式气门机构处于汽缸的一侧，从配气凸轮处于汽缸的一侧，从配气凸轮到气门可顺着装配，传动线为到气门可顺着装配，传动线为直线。直线。2 2、组成：、组成：3 3、缺点：使燃烧室延伸至气、缺点：使燃烧室延伸至气缸直径以外，形状不紧凑，缸直径以外，形状不紧凑，限限制了压缩比的提高，影响内燃制了压缩比的提高，影响内燃机的热效率机的热效率。进、排气道拐。进、排气道拐弯多，弯多，进、排气阻力大进、排气阻力大。与顶。与顶置气门比较，充量系数要减小置气门比较，充量系数要减小 5 5一一7 7。 1 1、结构特点：、结构特点：气门安置在气
50、缸盖上。气气门顶置时，凸轮轴布置有两种方案：门顶置时，凸轮轴布置有两种方案：下置下置式、顶置式式、顶置式。凸轮轴布置在曲轴箱中的叫凸轮轴布置在曲轴箱中的叫下置凸轮轴下置凸轮轴( (图图4-2)4-2)；凸轮轴布置在汽缸；凸轮轴布置在汽缸的顶部叫的顶部叫顶置式顶置式。 转速不很高转速不很高的汽油机和大多数柴油机均的汽油机和大多数柴油机均采用采用下置式凸轮轴下置式凸轮轴。它的优点是优点是曲轴对凸轴轮的传动简单。大多数大多数40004000r rminmin以以上高速汽油机上高速汽油机以及以及少数高速柴油机少数高速柴油机将凸轮将凸轮轴布置在气缸盖上，叫做轴布置在气缸盖上，叫做顶置凸轮轴顶置凸轮轴。
