1、1-2 1-2 内燃机的选型内燃机的选型一、使用燃料的选择一、使用燃料的选择汽油机还是柴油机汽油机还是柴油机五、进气状态的选择五、进气状态的选择（一）与柴油机相比，汽油机有下列主要优点：1、由于汽油挥发性好，与空气混合迅速，易形成均 匀的可燃混合气，燃烧快速而完全，所以空气利 用充分，转速可以很高，导致很高的升功率，结 构紧凑。2、由于升功率高，最高燃烧压力低，结构轻巧，比 质量小（一般只有柴油机的一半左右）。一、使用燃料的选择一、使用燃料的选择汽油机还是柴油机汽油机还是柴油机3、由于质量小，省材料，又不必用柴油机供给系那 种超精密的零件，使制造成本较低（大概只有同 功率柴油机的一半左右）。4
2、、由于燃烧柔和，所以运转噪声较小。5、冷起动性能好。（二）汽油机的主要缺点：1、由于压缩比受爆燃限制，热效率较低，而且负荷 用量调节（对进气进行节流），使小负荷时燃油 经济性急剧恶化。2、排气中有害污染物CO、HC和NOx排放较多，加 上汽油蒸发排放，对环境污染较严重。（三）柴油机相对汽油机的主要优点是：1、由于采用压燃工作原理，压缩比高，燃油经济性 好，不仅最低燃油消耗率比一般汽油机低15%-25%，而且万有特性上低油耗区宽阔，这对于经 常在部分负荷下运转的发动机来说是非常重要 的。大量统计和专门的测试表明，装柴油机的汽 车，其使用油耗只有对应汽油车的2/3左右。2、柴油机的工作可靠性和使用
3、耐久性优于汽油机。由于不用点火系统而使故障较少，由于不存 在燃油对曲轴箱机油的稀释而使零件寿命延长。3、柴油机排放的CO和HC比汽油机少得多。4、柴油机可以采用较大的缸径或较高的增压比来提 高单缸功率，而汽油机则受爆燃限制，单缸功率 很难超过30kw。（四）柴油机的主要缺点：1、柴油机外形尺寸和重量较大。这主要是因为：一般不增压柴油机平均有效压力较低，且柴油 机的转速也较低；柴油机的最大燃气压力比汽 油机高得多，因此，为保证零件的强度与刚度 而不得不增大尺寸和重量。2、由于燃烧比较粗暴，噪声较大。3、柴油机的扭矩特性、起动性和加速性均比汽油机 差。4、柴油机的制造成本较高。这是因为柴油机每千瓦
4、 的金属用量较多，重要零件还要采用较好的合金 钢；柴油机上的喷油器、喷油器等精密部件的制 造工时多，工艺水平要求也较高。（五）使用情况：（五）使用情况：重型载重汽车、拖拉机、工程机械与农用内燃机（要求尺寸小、重量轻的农用植保机械除外），因为考虑耗油省，绝大多数采用柴油机；小轿车要求内燃机的尺寸小、重量轻、起动性与加速性好，则广泛采用汽油机；在中、轻型载重汽车中既有采用柴油机的，也有采用汽油机的。目前，很多国家因为考虑省油与减少排气污染等原因，中、轻型载重汽车也愈来愈多地采用柴油机，甚至在一些小轿车上也有采用柴油机的。返回1、二冲程汽油机：二冲程内燃机在同样转速下，比四冲程机工作频率高一倍，升功
5、率可高出50%-70%，而且转矩变化均匀。二冲程汽油机用曲轴箱作为扫气泵，结构简单，因此，在摩托车、摩托艇、小排量汽车、农用植保机械和割草机用的内燃机上应用很广。但由于二冲程汽油机在换气时有一部分新鲜可燃混合气随同废气排出，且机油消耗大，经济性和排放性差。怠速和小负荷运转不稳定。活塞和气缸套的热负荷大。曲轴箱扫气效率低。近年来，为节约燃油和润滑油的消耗，尤其为减少HC排放，小型二冲程汽油机有逐渐被高速四冲程汽油机淘汰的趋势。四冲程机更加坚固、可靠、耐磨、经济性好、指标稳定。车用汽油机几乎全是四冲程汽油机。但有人预测，今后二冲程汽油机有发展的可能。例如，如能研制成功在高转速下可靠工作的汽油机直接
6、喷射系统，则二冲程汽油机的很多固有缺点就能得以克服，优点就将突出，前景未可限量。2 2、二冲程柴油机：、二冲程柴油机：换气质量不好排放差燃油供给系统寿命短对机油质量要求高充气效率低可靠性耐久性差。热负荷高缺点易于启动散热损失小疲劳强度可以降低冲击负荷小重量轻工作平稳性好结构简单升功率高优点,返回1 1、风冷优点、风冷优点 (1)结构简单，工作可靠，使用维护方便 (2)地区适应性较强 (3)整个动力装置的体积与重量较小 (4)冷却系消耗的功率较小 (5)风冷式内燃机便于系列化 2 2、风冷缺点、风冷缺点 (1)尺寸较大 (2)热负荷较大、机油温度高、机油消耗率较高 (3)噪声较大（1 1）结构简
7、单，工作可靠，使用维护方便）结构简单，工作可靠，使用维护方便 风冷式内燃机冷却系统结构简单，它只是散热片、风扇和导风罩，因此不容易出故障。液体冷却式内燃机有水泵、水管、风扇、散热器、气缸盖和气缸体上的水套等，特别是管路的接头多，容易产生漏水等故障，如果用水还要采用软水或软化处理的水，否则容易产生水垢；同时，在严寒季节，如果停车不用，要将冷却水放去，或者改用冰点较低的防冻液，否则会引起结冰而使气缸盖、气缸体冻裂；当气温过高时，又往往会引起冷却水沸腾，使内燃机过热。据统计，水冷却系的故障约占水冷式内燃机总故障数的2530%。此外，液体冷却式内燃机的冷却系统元件受到机械损伤，或者被枪炮弹片打中穿孔时
8、，会使冷却液漏出而不能工作，而风冷式内燃机抗机械损伤的能力较强。（2 2）地区适应性较强）地区适应性较强 由于风冷式内燃机的散热片温度比较高，因此对外界温度变化的适应性较好。一般风冷式内燃机散热片的温度约为150，假定环境温度为20，则温差为130；而在一般水冷式内燃机中，冷却水的温度约为85在相同环境温度下，温差只有65，只为风冷式内燃机的一半。当环境温度从20升高到50是，水冷式内燃机的温差降到35，下降到原有的54左右；而风冷式内燃机的温差降到100只下降到原有的77左右。因此，当环境温度变化时，对风冷式内燃机的影响比较小，一般风冷式内燃机能在环境温度为-50到+60范围内工作，具有较好
9、的适应性。同时，风冷式内燃机不需要冷却水，因此在缺水或沙漠地区工作不受影响。(3)(3)整个动力装置的体积与重量较小整个动力装置的体积与重量较小 因为风冷式内燃机没有冷却用水、水泵、散热器与管道等附件，整个动力装置布置较为紧凑，所以体积与重量比水冷式内燃机的整个动力装置小一些。(4)(4)冷却系消耗的功率较小冷却系消耗的功率较小 风冷式内燃机散热片温度较高，因此冷却空气的利用率较高，所需的冷却空气量比水冷式内燃机少。一般在设计合理的情况下，风冷式内燃机风扇消耗的功率比相同标定功率的液体冷却式内燃机的风扇及水泵总的消耗功率要小一些。(5)(5)风冷式内燃机便于系列化风冷式内燃机便于系列化 风冷式
10、内燃机的气缸与气缸盖都是单体结构，因此可以很方便地制成不同缸数的各种功率的系列化内燃机，这些内燃机的绝大部分零件是相同的，不仅制造方便，并可大大减少库存配件。由于整个工作循环温度较高，对燃油质量指标要求也较低。（6 6）预热时间短）预热时间短由于没有冷却水套，起动后气缸套升温快，减少了气缸磨耗，还可以很快地使内燃机主要零件温度升到正常运转温度，达到全负荷工作。这对于车辆在低温地区使用时要求内燃机很快到达全负荷工作特别有利。2、风冷缺点、风冷缺点（1 1）尺寸较大）尺寸较大 由于风冷式内燃机工作温度较高，使充气系数有所降低，因而一般风冷式内燃机的平均有效压力要比水冷式的小一些。在其它条件相同时，
11、工作容积要比水冷式大一些。风冷式内燃机散热片具有一定高度，用以保证足够的冷却面积，气缸中心距也较大，所以，风冷式内燃机尺寸较大，特别是长度较大。(2)(2)热负荷较大、机油温度高、机油消耗率较高热负荷较大、机油温度高、机油消耗率较高 风冷式内燃机用空气冷却，空气导热系数只有水的导热系数的120130，因此热量不容易散出，内燃机的热负荷较大，特别是内燃机的缸径愈大，热负荷也愈大。因热量随气缸直径三次方增加，而散热能力只随缸径的二次方增加。比表面积 所以风冷式内燃机当采用高增压和大缸径时存在一定困难，其主要原因就是热荷负问题没有解决，在高温情况下，铝合金的强度将大大降低，喷油嘴容易咬死，活塞环容易
12、发生“拉缸”等。DDDVFf/1/323 由于热负荷大，机油温度较高，而且机油也容易变质，因此要求机油质量也就较高，机油中一般要加特种添加剂，需要的机油散热器也较大。同时，由于活塞与气缸配合间隙较大，所以机油消耗率比液体冷却式内燃机一般要大1520左右。(3)(3)噪声较大噪声较大 内燃机噪声的包括燃烧噪声和机械噪声。在液体冷却式内燃机中有冷却水套的阻尼作用，能减低噪声；而风冷式内燃机没有水套，再加上风扇和导风罩振动的噪声，因此噪声较大。近年来风冷式内燃机技术的发展，冷却系统的改进以及制造水平的提高，不仅解决了高增压的问题，并且也解决了缩小气缸中心距的问题(有的已接近水冷式内燃机的水平)。风冷
13、式内燃机冷却系较可靠，抵抗机械损伤的能力较强，对地区适应性较好，这些对于车辆，尤其是对于坦克来说十分重要。但是,由于生产传统关系，目前，汽车、拖拉机、工程机械和农用机械大多数还是采用液体冷却式内燃机，但在坦克和军用车辆上多以风冷式内燃机作为动力。现代载重汽车、工程机械上也逐渐采用风冷式柴油机；而植保机械与摩托车，为了结构轻便，特别是摩托车，由于可以充分利用行驶中迎面空气流的冷却作用，一般都是采用风冷式汽油机。3、油冷柴油机：在气缸上部设冷却油腔，高度只比活塞环带高度略大一些。气缸盖中排气门与喷油器之间的最热地区开有冷却油道。活塞采用头部用铸铁制造、裙部用铝合金制造的铰接结构。设在曲轴箱的机油喷
14、嘴向活塞内腔喷油冷却。这种柴油机由于只冷却最热地区，机件的温度虽然较高，但各处温差却较小，热应力得到控制。这种油冷的增压柴油机能适应多种燃料，且燃料消耗率较低。由于根本取消了单独的冷却系统（只需要一个较大的机油散热器），带来一系列好处。油冷内燃机的实用化尚需大量研究开发工作。返回机缸多机缸单DDDVFfh/1/32 当内燃机功率一定时，适当增加气缸数有以下的优点：(1)气缸数增多后，气缸直径和活塞行程减小，内燃机 的尺寸和重量便可减小。由于活塞行程的减小，可 以在许可的活塞平均速度下，提高曲轴转速，因而 提高了内燃机的升功率，使内燃机更加紧凑。(2)由于气缸直径的减小，对内燃机采用增压或进一步
15、 强化都较为有利。（）1、缸数的选择、缸数的选择2/12/12/12/322/12/12/1 /1*/1*/1,/1 */iVPPiSnViVsiViSDViDSiDconstDiDSvpPsteLststsmmee升功率而内燃机转速为内燃机排量。式中，于是不变时和、当(3)由于气缸数增多，内燃机的扭矩均匀性增大，运转 较平稳，可以采用小尺寸的飞轮，而且对起动也更 为有利。(4)由于气缸数增多,内燃机的平衡性提高,由此可以减 小内燃机的振动。多缸机的缺点：多缸机的缺点：当气缸数增多时，零件总数增大，内燃机的生产和维护较复杂；随着气缸直径的减小，散入冷却介质的热量损失相对增加，内燃机的有效效率有
16、所降低，因此气缸数也不能过多。摩托车，小型农用柴油机-单缸 工程机械，农用机械-2、3、4缸 大功率-6缸 轿车，轻型汽车-4、6缸 重型汽车-6缸，少数用8、12缸 内燃机车，舰艇-12、16缸2 2、汽缸布置、汽缸布置 6缸以下的内燃机绝大多数是单列的，其气缸轴线所在平面与地面垂直(称为直列式内燃机)或倾斜某一角度(称为斜置式内燃机)，后者是为了降低内燃机总高度，多用于小轿车。当气缸轴线平面呈水平时称为卧式内燃机，这时机器总高度大大减小，可以布置在汽车底盘中部的车箱底板下面，有利于改善汽车面积的利用率、视野性、操纵性(轴负荷分布比较合理)和机动性(前轮活动性好，转弯半径可能减小)，适用于大
17、型客车和重型货车。不过，内燃机的冷却和操纵系统比较复杂，保养和检修需要专门设备，而且宽度过大、宽度过大、刚度差而应用很少。刚度差而应用很少。虽然货车用的6缸柴油机基本都是直列的，但高级轿车用的6缸汽油机多是V形的，长度短，特别适于采用横置，与整车匹配十分紧凑，但其平衡性不如直列6缸机。V形8缸内燃机在气缸夹角为90时，不仅结构紧凑，比质量小，机体刚度好，曲轴扭振固有频率较高，且有接近理想的平衡特性，但作为小轿车动力已经过分，除了极少数超豪华型轿车外已很少应用。重型车用柴油机，通过采用高增压加中冷，直列6缸结构一般也已足够，很少用V形8缸机。V形12缸机用于少数超重型汽车。返回 柴油机增压是提高
18、平均有效压力最有效的手段，涡轮增压由于利用了部分排气能量，从而使机械损失相对减小，燃油经济性也有一定改善。增压机的滞燃期缩短，燃烧粗暴性改善，噪声相对下降。由于可用较大的空燃比，增压机的微粒排放量较少。通过推迟喷油可以抑制NOx的排放。当然，与自然吸气式柴油机相比，增压机的机械负荷和热负荷较高，但在现代技术背景下，可靠性与耐久性总是不难解决的。五、进气状态的选择五、进气状态的选择 优化设计和优质材料已使平均有效压力高达1.5MPa的柴油机可靠运转，空气空气中冷器的引用，采用有效冷却的活塞组设计，再配上较大的空燃比，使热负荷问题得以缓解。过去，内燃机车、船舶、发电等大功率柴油机都是增压的，而汽车
19、只有重型长途运输用车才用增压柴油机。由于涡轮增压器在突然加速时动态响应有滞后，阻碍了它在车速经常变化的汽车上的应用。后来，小型涡轮增压器的技术有了很大进步，其效率提高，转子惯量减小，响应更快，而且制造成本下降。因此，目前车用柴油机的增压已越来越普遍，几乎没有下限，就连小到25kW的车用柴油机也出现了增压机型。有些车用柴油机采用增压，主要为了增大低速转矩，有些则是为了有可能降低额定转速，从而实现低排放、低噪声，而不是完全为了提高最大功率。车用汽油机增压过去只见于赛车。限制汽油机采用涡轮增压的主要因素有三：一、增大爆燃倾向，不得不降低压缩比或使用辛烷值 更高的汽油；二、机件热负荷严重，尤其是增压器
20、的涡轮；三、增压器与化油器匹配比较困难。现在情况有了很大变化。汽油喷射系统已基本淘汰化油器，上述第三个问题不复存在。利用爆燃传感器的闭环爆燃控制系统(自动改变点火定时)使第一个问题得到较好的解决。汽油机和涡轮增压器技术的进步将使第二个问题逐步缓解，例如陶瓷涡轮的应用使其耐热性得到很大提高。现在美国已有15左右的车用汽油机采用了增压，预计今后会越来越多。总之，无论是车用柴油机还是汽油机，增压都是无可怀疑的发展方向。返回思考题 1、简述汽油机的优缺点。、简述汽油机的优缺点。2、为什么二冲程内燃机功率不是四冲程内、为什么二冲程内燃机功率不是四冲程内燃机的燃机的2倍？倍？3、简述风冷内燃机的优缺点。、简述风冷内燃机的优缺点。4、多缸小缸径与单缸大缸径相比有何优缺、多缸小缸径与单缸大缸径相比有何优缺点？点？
