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1、第一节第一节 概述概述发动机（发动机（ 一种动力机械一种动力机械 是一种能够把一种形式的能量转化为另是一种能够把一种形式的能量转化为另一种形式的、有用能量的机器一种形式的、有用能量的机器 属一种把属一种把 发动机（发动机（engine、motor） 发动机发动机又称为又称为 在机电行业：把化学能转化为机械能的称呼为：在机电行业：把化学能转化为机械能的称呼为：发动机发动机 engineengine。把电能转化为机械能的称呼为：把电能转化为机械能的称呼为：电动机电动机 motormotor 广义上的发动机不仅包括往复活塞式发动机、旋转广义上的发动机不仅包括往复活塞式发动机、旋转活塞式发动机和自由活
2、塞式发动机，也包括旋转叶活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等。轮式的燃气轮机、喷气式发动机等。 但通常所说的发动机是指活塞式内燃式发动机。但通常所说的发动机是指活塞式内燃式发动机。 活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。 活塞式内燃机将燃料和空气混合，使其活塞式内燃机将燃料和空气混合，使其在气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内在气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。产生高温高压的燃气。 燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动杆机构或其他机构将机械功输出，
3、驱动从动机械工作。从动机械工作。 一、内燃机的基本概念一、内燃机的基本概念1、基本名词、基本名词燃料燃料通过燃烧能释放出大量热能的物质通过燃烧能释放出大量热能的物质 如：煤、煤气、汽油、柴油、天燃气等。如：煤、煤气、汽油、柴油、天燃气等。热机热机把燃料燃烧时所放出的热能转化为机把燃料燃烧时所放出的热能转化为机械能的机器。械能的机器。热机根据燃料燃烧时的方式可分为：热机根据燃料燃烧时的方式可分为： 内燃机内燃机 外燃机（蒸汽机）外燃机（蒸汽机）2、内燃机：、内燃机： 燃料直接在机器内部燃烧的发动机燃料直接在机器内部燃烧的发动机 如：柴油机、汽油机等等；如：柴油机、汽油机等等；特点：特点： 燃料在
4、气缸内部进行燃烧，放出热燃料在气缸内部进行燃烧，放出热能，并直接利用燃气的膨胀，推动活塞能，并直接利用燃气的膨胀，推动活塞对外作功。对外作功。 把热能转变为机械能的一种机器。把热能转变为机械能的一种机器。 1860年，法国发明家莱诺年，法国发明家莱诺( EtienneL enoir)制成了历史上的第一台实用内燃机。制成了历史上的第一台实用内燃机。 据记载，该机为：据记载，该机为： 单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机，单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机， 输出功率：输出功率：0.741.47kW， 转速：转速：100 r/min， 热效率：热效率：4 %。 1883年年,戴姆勒戴姆勒(Got
5、tlieb Daimler)和迈巴和迈巴赫赫 (Wilhelm Maybach)制成了第一台电点火制成了第一台电点火式四冲程往复式汽油机式四冲程往复式汽油机, 安装了迈巴赫设计的化油器安装了迈巴赫设计的化油器, 用白炽灯管解决用白炽灯管解决了点火问题。了点火问题。 以前内燃机的转速都不超过以前内燃机的转速都不超过200r/min , 而戴姆勒发明的汽油机转速一跃为：而戴姆勒发明的汽油机转速一跃为： 8001000r/min。 1892年德国狄塞尔年德国狄塞尔(Rudol Diesel) 博士获得了博士获得了压缩点火式内燃机压缩点火式内燃机的技术专利；的技术专利； 1897 年制成了第一台压缩点
6、火的年制成了第一台压缩点火的“狄塞尔狄塞尔”内燃机内燃机，即：，即：柴油机柴油机。 此后，越来越多的、各种类型的发动机此后，越来越多的、各种类型的发动机相继发明制造出来，并用于各种机器上相继发明制造出来，并用于各种机器上4、内燃机的分类、内燃机的分类 6）按气缸数分：）按气缸数分： （1）单缸发动机）单缸发动机 ； （2）多缸发动机。）多缸发动机。 7）按气缸排列方式分：）按气缸排列方式分： （1）单列发动机：直立式发动机）单列发动机：直立式发动机 平卧式发动机平卧式发动机 （2）双列发动机：）双列发动机： V型发动机型发动机 水平对置式发动机水平对置式发动机 （3）星形）星形 8）按活塞运动
7、方式：）按活塞运动方式： 往复活塞式往复活塞式 旋转活塞式旋转活塞式内燃机的分类：内燃机的分类：玉柴欧系列车用柴油机YC4G玉柴欧系列车用柴油机YC6J270-30 内燃机产品名称和型号标记编制规则内燃机产品名称和型号标记编制规则（GB7252008） 产品名称：按所采用的燃料命名产品名称：按所采用的燃料命名如：柴油机、汽油机、煤气机、沼气机，如：柴油机、汽油机、煤气机、沼气机， 双燃料发动机或混合动力发动机等。双燃料发动机或混合动力发动机等。 型号：阿拉伯数码和汉语拼音字母组成。第二节第二节 内燃机的工作过程内燃机的工作过程（1 1）上止点：）上止点： 活塞距曲轴中心活塞距曲轴中心最远的位置
8、（最上）最远的位置（最上） （2 2）下止点：）下止点： 活塞距曲轴中心活塞距曲轴中心最近的位置（最下）最近的位置（最下） （3 3）活塞冲程（行程）活塞冲程（行程） S S： 上下止点间的距离上下止点间的距离1、内燃机工作的基本概念、内燃机工作的基本概念4 4压缩室容积（压缩室容积（V VC C）：）： 活塞位于上止点时，活塞顶部与缸盖间的容积，又称燃烧活塞位于上止点时，活塞顶部与缸盖间的容积，又称燃烧室容积。室容积。5 5汽缸工作容积（汽缸工作容积（V V）：）： 活塞上、下止点之间的容积称为一个汽缸的工作容积活塞上、下止点之间的容积称为一个汽缸的工作容积, ,也叫也叫内燃机的排量，它可以
9、用由下式表示：内燃机的排量，它可以用由下式表示： V V=D D2 2SSi i /4/4 （）（）式中式中: D : D 气缸直径（气缸直径（mmmm）,S,S活塞冲程（活塞冲程（mmmm）, ,i i气缸数。气缸数。 6 6汽缸的最大容积（汽缸的最大容积（V Va a）：）： 活塞在下止点时，活塞顶上部的气缸的总容积，即气缸工活塞在下止点时，活塞顶上部的气缸的总容积，即气缸工作容积与压缩容积的之和：作容积与压缩容积的之和： V Va a =V=VH H + V+ VC C压缩比压缩比 ：汽缸最大容积：汽缸最大容积Va与压缩室容与压缩室容积积VC的比值称为压缩比。的比值称为压缩比。 Va V
10、H + VC VC VC 汽油发动机的压缩比：汽油发动机的压缩比：610；但如今普；但如今普遍都提高为遍都提高为912。 现代柴油机的压缩比一般在现代柴油机的压缩比一般在1222之间，之间，但超高增压柴油机的压缩比可低至但超高增压柴油机的压缩比可低至8。2、四行程内燃机的工作过程、四行程内燃机的工作过程 1 1）单缸四行程柴油机的工作过程）单缸四行程柴油机的工作过程 柴油机的工作是由进气、压缩、柴油机的工作是由进气、压缩、做功（燃烧膨胀）和排气这四个冲程做功（燃烧膨胀）和排气这四个冲程来完成的，四个冲程构成一个工作循来完成的，四个冲程构成一个工作循环。环。 活塞走过四个冲程才能完成一个活塞走过
11、四个冲程才能完成一个工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。工作循环的柴油机称为四冲程柴油机。（1 1）进气行程）进气行程 进气行程时曲轴转动第一个半进气行程时曲轴转动第一个半圈（圈（00180180） 活塞从上止点运动到下止点。活塞从上止点运动到下止点。 此时进气门打开，排气门关闭。此时进气门打开，排气门关闭。 气缸内吸入的是纯空气，气缸内吸入的是纯空气， 进气行程结束时进气行程结束时, ,气缸内气体压气缸内气体压力为力为0.0850.0850.095MPa0.095MPa，温度，温度为为310310340K340K（373767)67)。 （4 4）排气行程）排气行程 0.0850.095MPa
12、，温度为310340K3.05.0MPa，温度上升到7501000K6.09.0MPa 18002200K0.20.5MPa，温度下降到10001200K废气压力0.1050.12MPa，温度700900K喷油器喷 油 泵吸气行程压缩行程作功行程排气行程进 气 门排气门纯 空 气温度300370K压力800900 kPa温度8001000K压力35 MPa温度 18002200K压力 510 MPa温度8001000K压力105400 kPa终了：温度8001000K压力105400 kPa四冲程柴油机工作状态四冲程柴油机工作状态 状态状态行程行程温度温度(K)压力压力进气行程进气行程3203
13、50800900 kPa压缩行程压缩行程8001000（600）35MPa作功行程作功行程22002800(瞬时最高瞬时最高)15001700(作功终了作功终了)510MPa (瞬时最高瞬时最高)300500kPa(作功终了作功终了)排气行程排气行程8001000105125 kPa柴油机工作过程口决柴油机工作过程口决活塞下行气门开，新鲜空气吸进来。活塞下行气门开，新鲜空气吸进来。活塞上行气门闭，压缩升温做准备。活塞上行气门闭，压缩升温做准备。喷油自燃气膨胀，推动活塞发动力。喷油自燃气膨胀，推动活塞发动力。工作完了成废气，活塞上行排出去。工作完了成废气，活塞上行排出去。活塞往复曲轴转，进、压、
14、工、排成循环。活塞往复曲轴转，进、压、工、排成循环。2 2）单缸四行程汽油机的工作过程）单缸四行程汽油机的工作过程 四冲程汽油机的工作过程与四冲程柴油四冲程汽油机的工作过程与四冲程柴油机相同。机相同。 活塞在一个工作循环中，从上止点到活塞在一个工作循环中，从上止点到下止点，又从下止点到上止点，往复运动下止点，又从下止点到上止点，往复运动两次，同时完成进气、压缩、作功和排气两次，同时完成进气、压缩、作功和排气四个工作过程。四个工作过程。 四四行行程汽油机的工作过程程汽油机的工作过程1 1、进气行程、进气行程2 2、压缩行程、压缩行程（点火行程）（点火行程）3 3、作功行程、作功行程4 4、排气行
15、程、排气行程1进气行程进气行程 进气行程排气门关闭进气门开启活塞温度370440 K， 压力7590 kPa大气压力线大气压力线PVra示功图上止点下止点示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。压缩行程进气门关闭排气门关闭活塞压缩比：=Va/VcPVra示功图大气压力线大气压力线c上止点下止点温度600800K， 压力6001500 kPa作功行程进气门关闭排气门关闭活塞PVra示功图大气压力线大气压力线cZb上止点下止点瞬时最高：温度22002800 K， 压力35MPa作功终了：温度15001700 K， 压力300500 kPa 排气行程进气门关闭排气门打开活塞PVr示功图
16、大气压力线大气压力线cZb上止点下止点温度9001200 K 压力105125 kPa残余废气 工作（三）多缸四冲程内燃机的工作过程（三）多缸四冲程内燃机的工作过程 具有两个或两个以上气缸的内燃机称为具有两个或两个以上气缸的内燃机称为多缸内燃机。多缸内燃机。 （一）单缸二冲程汽油机的工作过程（一）单缸二冲程汽油机的工作过程 第一冲程：第一冲程： 上挤下吸上挤下吸上推下压上推下压第二冲程第二冲程： 二行行程汽油机工作原理压缩混合气进气点火燃烧排气换气孔进气孔排气孔火花塞（二）单缸二冲程柴油机的工作过程（二）单缸二冲程柴油机的工作过程 二行行程柴油机工作换气燃烧排气压缩喷油器空气扫气泵废气排气门思考思考思考四四行行程汽油机的工作过程（程汽油机的工作过程（325） 1、进气行程、进气行程2、压缩行程、压缩行程3、作功行程、作功行程4、排气行程、排气行程