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1、第四章内燃机原理与运用动力装置是驱动各类工程机械行驶和工作的动力源，可分为热力、电力、水力和风力等动力装置。热力发动机是把燃料燃烧时所产生出的热能转变成机械能的装置。热力发动机可分为内燃发动机和外燃发动机两种，简称内燃机和外燃机。内燃机燃料的燃烧是在发动机气缸内部进行的，最常用的内燃机有汽油机和柴油机两种。内燃机由于具有结构紧凑、轻便、热效率高及起动性好等优点，因此，在无电源供应的固定式或移动式的工程机械上被普遍采用。电动机是将电能转变为机械能的装置。由于它结构简单、使用方便，故在有电源供应的地方，固定式或移动速度慢、移动距离短的工程机械上一般常用电动机作原动力。4.1内燃机的工作原理一、内燃
2、机的常用术语1、上止点：2、下止点：3、活塞冲程：4、气缸工作容积：5、燃烧室容积：6、气缸总容积：7、压缩比：图4.1-1单缸内燃机结构简图（a）活塞位于上止点；（b）活塞位于下止点1-排气门；2-进气门；3-喷油器（或火花塞）；4-气缸体；5-活塞；6-活塞销；7-连杆；8-曲轴二、内燃机的工作原理（一）单缸四冲程柴油机的工作原理 四冲程内燃机是由进气、压缩、做功和排气四个冲程完成一个工作循环。图4.1-2单缸四冲程柴油机的工作过程a）进行冲程；b）压缩冲程；c）做功冲程；d）排气冲程当排气冲程结束,活塞移到上止点时，曲轴共旋转多少度?。参见工作原理图四冲程内燃机每完成一个工作循环，其中只
3、有一个是做功冲程，其余三个都是做功冲程的辅助冲程，是消耗动力的。由于曲轴在做功冲程时的转速大于其他三个冲程的转速，因此，单缸内燃机的工作不平稳。多缸内燃机就可以克服这个弊病，例如，四缸四冲程内燃机的一个工作循环中，每一冲程均有一个气缸为做功冲程，因此，曲轴旋转较均匀，内燃机工作也就较平稳。四冲程汽油机的工作过程与四冲程柴油机相似，主要不同之处是：（1）混合气形成方式不同：汽油机的汽油和空气在气缸外混合（喷油器根据电控单元的控制指令将适量的汽油喷入进气门前与空气形成可燃混合气，待进气冲程时，再将燃油混合气吸入气缸中），进气冲程进入气缸的是可燃混合气。而柴油机进气冲程进入气缸的是纯空气，柴油是在做
4、功冲程开始阶段喷入气缸，在气缸内与空气混合。（2）着火方式不同：汽油机用电火花点燃混合气，而柴油机是用将高压柴油喷入气缸内，靠高温气体加热自行着火燃烧。所以汽油机有点火系统，而柴油机则无点火系统。（二）单缸二冲程汽油机的工作原理 二冲程内燃机的工作过程和四冲程内燃机一样，也是由进气、压缩、做功、排气四个过程完成一个工作循环。但它的一个工作循环是在曲轴旋转一圈内完成的，也就是说在活塞的二个冲程内完成的，故称为二冲程内燃机图4.1-3二冲程汽油机工作循环1-换气孔；2-排气孔；3-进气孔a）压缩过程；b）进气过程；c）做功过程；d）排气过程4.2内燃机的基本构造内燃机的结构较复杂，一般按其作用的不
5、同，可分为两个机构和若干个系统。一、曲柄连杆机构曲柄连杆机构是内燃机进行工作循环、完成能量转换的主要机构。它包括机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三大部分。（一）机体组 机体组主要由气缸体、气缸盖以及油底壳等部分组成，如图4.2-1。气气缸缸体体是内燃机的骨架，在它的外部和内部安装着内燃机的所有零件，因此，应有足够的刚度和强度。气缸体的工作部分是气缸，为了延长其使用寿命，在气缸体内嵌入用耐磨材料制成的气气缸缸套套。为了增强散热效果，在气缸套的外面设有水套（水冷却）或散热片（风冷却）。气缸体上面有气气缸缸盖盖，借缸盖螺栓与气缸体连接在一起。气缸盖的作用是封闭气缸上部，并与活塞顶部构成燃烧室。气缸体下
6、部为曲曲轴轴箱箱，曲轴安装在曲轴箱的座孔内。曲轴箱通过螺钉与油油底底壳壳相连接，油底壳的作用是储存润滑油。返回图4.2-1机体组的组成（EQ6100-1）1-曲轴箱通风管盖；2-螺母；3-垫片；4-螺柱；5-气缸盖罩；6-密封垫；7-气缸盖；8、23-水堵（碗形塞）；9-气缸衬垫；10-干式气缸套；11-机体；12、14-密封条；13、16、17-后、中间、前主轴承盖；15-主轴承螺栓；18-定时齿轮室盖；19-曲轴前油封；20、22-衬垫；21-垫板（二）活塞连杆组 活塞连杆组的作用是将活塞在气缸中的往复运动变成曲轴的旋转运动。它主要由活塞6、活塞环、活塞销7、连杆9等部分组成.活塞6直接承
7、受燃烧气体的压力，并将此力通过活塞销7传给连杆9，以推动曲轴旋转。活塞上部车制有若干道环槽，槽中安装具有弹性的活塞环。活塞中部有活塞销座，活塞通过活塞销与连杆铰接。活塞环有气环（3、4）和油环（5）两种。前者保证活塞与气缸的密封性能；后者的用途是将气缸壁上多余的润化油刮回油底壳.活塞连杆组如图1-连杆衬套；2-锁簧；3-镀铬桶形环或多孔型镀铬平环；4-压缩环；5-油环；6-活塞；7-活塞销；8-连杆机械加工部件；9-连杆；10-连杆轴瓦；11-连杆盖；12-连杆螺钉；13-定位套筒（三）曲轴飞轮组曲轴飞轮组主要由曲轴和飞轮组成，如图4.2-3。图4.2-32135G型柴油机曲轴飞轮组1-皮带轮
8、；2-前轴；3-滚动轴承；4-连接螺栓；5-曲拐；6-输出法兰；7-甩油圈；8-六角头螺钉；9-飞轮；10-起动齿圈；11-去重孔；12-曲拐平衡重；13-皮带盘平衡重二、配气机构配气机构的作用是按照内燃机工作循环的顺序，定时向气缸内供应新鲜空气（柴油机）或可燃混合气（汽油机）；并将燃烧后的废气定时排出气缸，在压缩和做功冲程中使气缸密闭，以保证内燃机的正常运转。配气机构按气门布置位置的不同，可分为侧置式和顶置式两种。侧置式又称顺装气门，它布置在气缸的一侧；顶置式又称倒装气门，它布置在气缸盖上。摇臂作用顶置式如图（图4.2-5）图4.2-5顶置气门式配气机构1-凸轮轴；2-挺柱；3-推杆；4-调
9、整螺钉；5-锁紧螺钉；6-摇臂；7-摇臂轴；8-气门室罩；9-锁片；10-气门弹簧座；11、12-气门弹簧；13-气门；14-气门导管；15-气缸盖三、内燃机燃料供给系内燃机燃料供给系的作用是按内燃机工作需要，定时、定量地向气缸内供给燃油（柴油机）或可燃混合气（汽油机），使之燃烧产生热能而做功。汽油机和柴油机供给系的结构和工作原理不同，下面分别予以简介。（一）汽油机的供油系汽油机的供油系主要由油箱1、汽油滤清器3、汽油泵7、化油器6、空气滤清器5及油管2等部件组成（图4.2-6）。图4.2-6 汽油机的供油系示意图1-油箱；2-油管；3-汽油滤清器；4-汽油表；5-空气滤清器；6-化油器；7-
10、汽油泵；8-消声器化油器的作用是将液态汽油与空气按一定比例进行混合，并汽化成可燃混合气。图4.2-7简单化油器工作原理图由于进气冲程的吸气作用，空气经过空气滤清器，被吸入汽化器。当空气经过喉管8时，狭窄的过流面积使空气流速增大，该处压力降低（即该处形成负压）。浮子室3内的汽油在大气压力作用下，经量孔2从喷管4中自行喷入喉管中，并被高速气流吹散而雾化成混合气，通过节气门9和进气管10进入气缸。浮子结构不清晰？节气门9是一个可以启闭的片状门，俗称“油门”。其作用是调节进入气缸混合气的流量，以适应内燃机在不同负荷下工作的需要。图4.2-7简单化油器工作原理图1-进气预热套管；2-量孔；3-浮子室；4
11、-喷管；5-浮子；6-针阀；7-空气滤清器；8-喉管；9-节气门；10-进气管；11-进气门实际使用的化油器比较复杂，它在简单化油器的基础上增设了补偿、怠速、起动、加速及省油等装置，以适应汽油机各种工况的需要。汽油机需专门设置点火系，它的结构及工作原理，可参看有关书籍。（二）柴油机的供油系柴油机在进气冲程中吸入空气，压缩冲程接近终了时喷入雾化柴油，燃油在压缩气体的高温氧化作用下进行自燃。因此，柴油机的供油系和汽油机有很大差别。1、基本组成和工作过程图4.2-84146A型柴油机供油系示意图1-高压油管；2-放气螺钉；3-喷油器；4-细滤器；5-油道；6-调速器；7-输油泵；8-粗滤器；9-油管
12、；10-喷油泵；11-空气滤清器；12-进气管；13-手油门；14-分泵；15-回油管2、主要机件的构造及作用1）喷油泵喷油泵的作用是将低压柴油变为高压柴油，并按柴油机的工作需要，将高压柴油定时、定量地供给喷油器。国产柴油机多采用斜槽柱塞式喷油泵。图(d)有误图4.2-11喷油泵工作原理示意图a)进油b)压油c)停止压油d)回油e)油量调节1-柱塞；2-柱塞套；3-柱塞斜槽；4，8-油孔；5-出油阀座；6-出油阀芯；7-出油阀弹簧 从上述情况看，柱塞往复运动一次，即二个冲程，供一次油，且只在柱塞上行的某一段冲程（即从柱塞顶端面盖住套筒油孔到其斜槽边缘与油孔沟通为止）内供油，此冲程称为“有效冲程
13、”，若有效冲程长，供油时间长，供油量也就多，反之就少。旋转柱塞可以改变有效冲程，因此就可以改变喷油泵的供油量.油量控制机构（图4.2-12）就是一种通过供油拉杆4、调节叉7及调节臂1来操纵柱塞2旋转，改变柱塞有效冲程，从而达到控制喷油泵供油量目的的机构。图4.2-12油量控制机构1-调节臂；2-柱塞；3-柱塞套；4-拉杆；5-油门拉板；6-停油销子；7-调节叉2）喷油器喷油器又称喷油嘴，其作用是将喷油泵压送来的高压柴油，以一定的压力和喷射锥角呈雾状地喷入燃烧室，与高温高压的空气混合燃烧而做功。常用长型孔式喷油器的结构如图4.2-13所示，它由喷油器体8、顶杆7、调节螺钉2、调压弹簧4、针阀11
14、、喷油嘴偶件10等部分组成。它的工作原理是：当喷油泵供油时，高压柴油经进油管接头5内的滤油芯子6过滤后，从喷油器体的油道进入喷油嘴偶件10中部的环形压力室。当油压超过调压弹簧4的张力时，便将针阀11向上顶起，高压油就从针阀体的孔中喷入气缸燃烧室，当喷油泵不供油时，调压弹簧通过顶杆7使针阀11下行而关闭喷油孔，于是喷油终止。喷油压力的大小可以通过调节螺钉2来调节。3）调速器调速器的作用是使柴油机在工作时，能够随着外界负荷的变化而自动调节供油量，使柴油机转速保持稳定。目前柴油机上一般采用离心式调速器，按其用途的不同，可分为单程式、双程式和全程式三种调速器。单程式调速器单程式调速器只能控制柴油机的最
15、高转速，以防止产生“飞车”事故。双双程程式式调调速速器器能控制柴油机的最高和最低转速，在最高和最低转速之间，调速器不起作用，仍需驾驶员来控制油门。一般汽车上的柴油机装有这种调速器。全全程程式式调调速速器器不仅能控制柴油机的最高和最低转速，而且还能根据外界负荷的变化而自动调节柴油机的供油量，使柴油机转速保持稳定。工程机械的柴油机上使用的调速器都是属于这种类型。当柴油机运转时，喷油泵的凸轮轴带动传动斜盘1、飞球2与飞球架3以及推力斜盘4一起旋转，这时飞球架总成便产生离心力。此离心力迫使两斜盘左右分开。因传动斜盘固定在喷油泵的凸轮轴上，故不能轴向移动，于是此离心力迫使推力斜盘4左移。但调速弹簧5有一
16、定的预紧力，它通过弹簧前座12使推力斜盘有右移趋势。当柴油机在一定的负荷下，以定的转速旋转时，推力斜盘左移和右移的推力平衡，这时油量调节拉杆10的位置保持不变，柴油供应量保持不变。2-15号泵调速器工作原理图1-传动斜盘；2-飞球；3-飞球架；4-推力斜盘；5-调速弹簧；6-调节轴；7-低速限制螺钉；8-高速限制螺钉；9-调速叉；10-调节拉杆；11-拉板；12-弹簧前座当柴油机的负荷减小，转速便升高。这时飞球架总成的离心力所引起的轴向推力就大于调速弹簧的张力，于是推力斜盘就左移。通过拉板10和油量调节拉杆10使供油量减小，从而限制了柴油机转速的继续升高，直到两种推力再次取得平衡为止。反之，当
17、柴油机的负荷增大，转速便降低，飞球架总成的离心力所引起的轴向推力小于调速弹簧的张力，于是推力斜盘被推而向右移。通过拉板及油量调节拉杆使供油量增加，限制了转速的继续下降，直到两种推力再次取得平衡为止。图4.2-15号泵调速器工作原理图1-传动斜盘；2-飞球；3-飞球架；4-推力斜盘；5-调速弹簧；6-调节轴；7-低速限制螺钉；8-高速限制螺钉；9-调速叉；10-调节拉杆；11-拉板；12-弹簧前座 结论结论:当驾驶员将油门操纵杆(对应调速叉)置于一定的位置时，由于调速器的作用，供油量就可随柴油机负荷的变化而自动调节，使柴油机稳定在油门所规定的转速下工作四、润滑系 内燃机工作时，有许多零件在做相对
18、运动，从而产生摩擦阻力而消耗一定的功率，同时引起发热和磨损。若在两个零件的摩擦表面之间加入一层润滑油，将相对运动的表面隔开，则功率的消耗和零件的磨损就大为减少。润滑系就是为了满足这一要求而设置的。润滑系中的润滑油除了起润滑作用外，还能起到清洗、冷却和密封等作用。压力润滑法压力润滑法 由于内燃机各零件的工作条件不同，对润滑的要求也不同。对于承受较大负荷的摩擦面，如曲轴轴承、连杆轴承等处的润滑，就需要在机油泵的作用下，以一定的压力将机油注入摩擦表面进行强制润滑，飞溅润滑法飞溅润滑法 对于承受负荷不大的摩擦面，如气缸壁、正时齿轮、凸轮表面等处，则可以利用运动零件对轴承间隙处泄漏出来的机油的飞溅使用，
19、将机油送至摩擦表面进行润滑。目前内燃机的润滑一般都采用压力润滑和飞溅润滑相结合的方法（俗称综合润滑法）。6135型柴油机润滑系统曲轴主轴承采用飞溅润滑活塞采用飞溅润滑其余采用压力润滑图中 限压阀6和安全阀8有何作用?图4.2-166135型柴油机润滑系统示意图1-有油底壳；2-集滤器；3-油温表；4-加油口；5-机油泵；6-限压阀；7-低速限制螺钉；8-安全阀；9-粗滤器；10-风冷机油散热器；11-水冷机油散热器；12-正时齿轮；13-装在盖板上底喷嘴；14摇臂；15-气缸盖；16-挺杆；17-油压表；18-增压器用的滤清器；19-增压器五、冷却系在内燃机工作过程中，气缸内的局部温度高达20
20、002500。由于高温，使气缸充气量降低，造成内燃机功率降低，机油变稀，材料的机械性能下降，使零件得不到有效的润滑而致磨损加剧，更有甚者，还会出现运动零件的卡死现象。为此，内燃机工作时需要设置冷却系对其进行冷却。但冷却过强也弊端甚多，如热量散失过多，也会造成内燃机功率下降；温度过低，燃油不易蒸发，造成起动困难；还会使机油变稠，造成润滑不良等。因此，冷却系的作用就是将内燃机工作中多余的热量散发出去，以保证它在8090的温度范围内正常工作。内燃机的冷却方法有风冷和水冷两种。风冷却就是通过高速空气吹过高温零件，将内燃机内多余的热量带走并散入大气中的一种冷却方法。这种内燃机在其气缸和气缸盖的外表铸有散
21、热片，以增加散热面积。采用这种冷却方法的内燃机虽然结构简单、质量轻，但由于散热效果较差，通常只用于功率小、气缸数少的内燃机上。水冷却是通过循环冷却水带走内燃机内部多余热量的一种冷却方法。由于冷却效果好，冷却均匀，且冷却强度可以调节，因此，多缸内燃机多采用这种冷却方法。节温器节温器7 的作用的作用?图4.2-17强制循环式水冷系示意图1-百叶窗；2-散热器；3-散热器盖；4-风扇；5-旁通道；6-水泵；7-节温器；8-出水管；9-水套；10-水温表；11-水套放水开关；12-散热器放水开关 4.3内燃机的性能指标及型号内燃机的性能指标及型号一、内燃机的性能指标内燃机的主要性能通常是指它的动力性和
22、经济性。在内燃机产品的铭牌和使用说明中，都标有几种代表性的性能指标，便于使用人员了解内燃机的性能，达到合理使用内燃机的目的。下面介绍内燃机的几个主要性能指标。1、有效扭矩Me内燃机飞轮对外输出的扭矩，称为有效扭矩，用Me表示，单位为（Nm）。它是指发动机克服内部各运动件的摩擦阻力和驱动各辅助装置（水泵、油泵、风扇、发电机等）后，在飞轮上可以供给外界使用的扭矩。2、有效功率Pe内燃机正常运转时从输出轴输出的功率，称为有效功率，用Pe表示，单位为（kW）。有效功率是内燃机最主要的性能指标之一，它是内燃机的有效扭矩Me与转速n的乘积，可用下式来计算：式中：Pe内燃机有效功率（kW）；Me曲轴扭矩（N
23、m）；n曲轴转速（r/min）根据内燃机的不同用途，我国规定了15min功率、1h功率、12h功率、持久功率等四种标定功率的方法，其中12h功率又称额定功率，用Pe表示。工作中应严格按照规定的功率范围使用内燃机，否则，易使内燃机发生故障或缩短其使用寿命。3、耗油率ge耗油率表示发动机每发出1kW有效功率，在1h内所消耗的燃油克数，用ge表示，它是衡量内燃机经济性的重要指标。耗油率越低，内燃机的经济性越好。耗油率ge可用下式来计算：式中：ge内燃机耗油率（g/kWh）；G发动机每小时消耗的燃油量（kg/h）。二、国产内燃机型号的编制规则内燃机的型号是区别其类型的标志。为了便于内燃机的生产管理和使
24、用，就应该懂得内燃机名称和型号的编制含义。内燃机型号编制举例：1、4135C1柴油机表示4缸、四冲程、缸径为135mm、水冷、船用，第一种变型产品。2、12E230C柴油机表示12缸、二冲程、缸径为230mm、船用。3、1E56F汽油机表示单缸、二冲程、缸径为56mm、风冷。4、4100Q4汽油机表示4缸、四冲程、缸径为100mm、汽车用、第四种变型产品。44 内燃机运用与维护保养内燃机运用与维护保养一内燃机的运行材料内燃机的运行材料包括燃料、润滑油和冷却液三种。1、燃料目前内燃机使用的燃料主要有汽油和柴油两种，它们都是从石油中蒸馏出来的碳氢化合物。（1）汽油汽油是汽油机使用的燃料。汽油品质的
25、好坏对汽油机的工作有很大影响。汽油的品质是用其蒸发性、抗爆性、酸碱含量、硫含量、胶质含量、防腐性、机械杂质和水分含量等指标来评定的。这些性能可参看有关书籍的介绍。汽油的规格法辛烷值可分为90号、93号和97号车用汽油三个牌号。汽油牌号的大小表示其抗爆性的好坏。牌号越大，则抗爆性就越好。汽油机所使用的汽油主要是根据内燃机压缩比的大小来选用的。若内燃机的压缩比大，则可选用较高牌号的汽油，反之选用较低牌号的汽油。具体选用原则是：压缩比在7.0以下的汽油机可选用70号汽油；压缩比为7.08.0的汽油机可选用90号汽油；压缩比在8.0以上的汽油机可选用93号或97号汽油。（2）柴油柴油是柴油机使用的燃料
26、。国产柴油可分为轻柴油和重柴油两大类。轻柴油多用于高速柴油机（转速在1000r/min以上）；重柴油多用于中、低速柴油机（转速在1000r/min以下）。轻柴油的规格见表4.4-2。轻柴油按质量可分为优级品、一级品和合格品三个等级；按凝点又各分为10、0、-10、-20、-35和-50六个牌号。10号轻柴油表示其凝点不高于10，其余以此类推。轻柴油用于柴油汽车、拖拉机和施工机械的柴油机上。使用轻柴油时，应根据不同地区和季节选用不同牌号的柴油。一般选用轻柴油的凝点应较最低气温低23C，以保证在最低气温时柴油不至凝固。2、润滑油内燃机对润滑油的质量要求是：润滑性能好，有适当的粘度，有较好的粘温性，
27、有良好的抗氧、抗腐、抗磨性能好。3、冷却液内燃机常用的冷却液有水和防冻液两种。（1）冷却水内燃机使用的冷却水应该是清洁的软水，如雪水、雨水和自来水等。因为硬水中含有大量的矿物质，在高温作用下，矿物质易从水中沉析出来而产生水垢，水垢积附在管道和高温零件的壁上，易造成管道堵塞和高温零件散热困难等弊病。自然界中的河水、海水和井水等都是硬水，需作软化处理后才能使用。常用的软化剂是碳酸氢钠（纯碱）和氢氧化钠（烧碱）。在需要处理的硬水中，按1L水加0.51.5g碳酸氢钠，或1L水加0.50.8g氢氧化钠的比例加入软化剂，待生成的杂质沉淀后，取上面的清洁水注入冷却系中。（2）防冻液在严寒的季节，内燃机不工作时，冷却系的水要结冰，使气缸体和气缸盖冻裂。为了防止这一弊端并减少注放水工作，通常采用低冰点的防冻液作为冷却介质。