内燃机构造及原理(义高培训).ppt

柴油发动机v第一讲.柴油机分类v第二讲.柴油机的构造v第三讲.柴油机的工作原理v第四讲.柴油机的主要性能指标和特性第一讲柴油机的分类v按工作过程分：四冲程和二冲程v按充气过程分：自然吸气和增压v按冷却系统分：风冷和水冷v按气缸数目分：单缸和多缸（双缸、三缸.）v按气缸排列方式分：单列和双列，直列和V型v按用途可分：为船用柴油机、机车柴油机、车用柴油机、农业机械用柴油机、工程机械用柴油机、水冷水冷风冷风冷第第二二讲讲柴柴油油机机的的基基本本构构造造柴油机两大机构两大机构四大系统四大系统曲柄连杆曲柄连杆机构机构配气机构配气机构燃料供给燃料供给系统系统润滑系统润滑系统冷却系统冷却系统起动系统起动系统一一曲柄连杆机构曲柄连杆机构v曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活机体组、活塞连杆组塞连杆组和曲轴飞轮曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。二、配气机构v配气机构的功用是根据内燃机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。三、燃料供给系统v柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。主要包括：柴油箱、输油泵、喷油泵、高压油管、喷油器和进排气管等。四、润滑系统v润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。五、冷却系统v冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证内燃机在最适宜的温度状态下工作。水冷内燃机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。v要使内燃机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动内燃机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。内燃机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到内燃机开始自动地怠速运转的全过程，称为内燃机的起动。完成起动过程所需的装置，称为内燃机的起动系。六、起动系统3.1柴油机常用基本术语第三讲柴油机的工作原理1.上止点上止点活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞向上运动到最高位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置，称为上止点。2.下止点下止点活塞在气缸里作往复直线运动时，当活塞向下运动到最低位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为下止点。3.活塞行程活塞行程活塞从一个止点到另一个止点移动的距离，即上、下止点之间的距离称为活塞行程。一般用S表示，对应一个活塞行程，曲轴旋转180。4.工作循环工作循环每一个工作循环包括进气、压缩、作功和排气过程，即完成进气、压缩、作功和排气的四个过程叫工程循环。5.曲柄半径曲柄半径曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径，一般用R表示。通常活塞行程为曲柄半径的两倍，即S=2R。6.气缸工作容积（单缸排量）气缸工作容积（单缸排量）活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为气缸工作容积，也称单缸排量一般用Vh表示a.燃烧室容积活塞位于上止点时，其顶部与气缸盖之间的容积称为燃烧室容积。一般用Vc表示。b.气缸总容积活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的容积称为气缸总容积。一般用Va表示，显而易见，气缸总容积就是气缸工作容积和燃烧室容积之和，即VaVcVhc.内燃机排量多缸内燃机各气缸工作容积的总和，称为内燃机排量。一般用VL表示。d.压缩比压缩比是内燃机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气体的压缩程度，它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。一般用表示。通常汽油机的压缩比为610；柴油机的压缩比较高，一般为16227.供油提前角供油提前角根据内燃机的工作原理，当曲轴转到压缩上止点时，开始燃烧并达到最大燃烧压力。但实际上，由于从喷油泵开始供油，到开始喷油、燃烧并达到最大燃烧压力需有一个过程，因此，必须在曲轴转到压缩上止点之前，喷油泵就开始供油。相对压缩上止点之前，喷油泵开始供油的这个曲轴转角就叫供油提前角。提前角过小（供油过迟），则柴油机启动困难，燃烧不完全，排气冒烟，排温过高，功率不足；提前角过大（供油太早），则柴油机工作时有敲击声，噪声大，易损坏零件，启动时容易发生倒转，同时也会影响发动机功率。每一种柴油机的供油提前角都有所不同，必须按厂家的要求进行调整。8.气门间隙气门间隙发动机在冷态下，当气门处于关闭状态时，气门顶部与传动件（气门摇臂）之间的间隙称为气门间隙。每一种柴油机的气门间隙都有所不同，一般进气门间隙为0.10.2；排气门为0.150.25。气门间隙过大，就会使气门迟开早闭，以致开启的时间太短，在进气过程中无法充分吸入，内燃机达不到正常功率；在排气过程中，也不能充分排出废气，易使发动机过热。另外，发动机在工作时还会产生气门敲击声，影响机件的使用寿命。气门间隙过小，使气门提前开启和延迟关闭，致使使该气缸工作不正常；随着发动机温度的升高，气门与气门座将会发生密封不严而漏气。同时还可能使气门积炭，甚至烧坏气门等。3.2柴油机的工作原理v四行程柴油机和四行程汽油机的工作过程相同，每一个工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气四个行程，但由于柴油机使用的燃料是柴油，柴油与汽油有较大的差别，柴油粘度大，不易蒸发，自燃温度低，故可燃混合气的形成，着火方式，燃烧过程以及气体温度压力的变化都和汽油机不同，下面主要分析一下柴油机和汽油机在工作过程中的不同点v进气冲程：活塞从上止点向下止点移动，目的是吸入新鲜空气为燃烧作好准备，此时进气门打开，排气门关闭。活塞到达下止点时进气门关闭，进气冲程结束。v压缩冲程：活塞从下止点向上止点移动，此时上下气门关闭，气缸内空气受压缩温度、压力提高，为燃烧提供条件，活塞到达上止点时压缩冲程结束v作功冲程：在压缩冲程结束前，喷油器将燃油喷入气缸，与空气混合形成可燃气体并自燃，产生高温、高压推动活塞向下止点运动并带动曲轴旋转而作功，活塞到达下止点时，气缸内气体压力下降直到排气门打开v排气冲程：作功结束后，气缸内的气体已成为废气，活塞从下止点向上止点运动，排气门打开，进气门关闭，活塞将废气排出气缸，到达上止点时排气冲程结束。排气冲程结束后，排气门关闭，进气门打开，重复下一个循环，周而复始地对外作功。可见四行程汽油机经过进气、压缩、作功、排气四个行程完成一个工作循环，这期间活塞在上、下止点往复运动了四个行程，相应地曲轴旋转了两圈。3.3柴油机的型号编制v国家标准(GB72582)内燃机产品名称和型号编制规则中对内燃机的名称和型号作了统一规定。内燃机的名称和型号内燃机名称均按所使用的主要燃料命名，例如汽油机、柴油机、煤气机等。内燃机型号由阿拉伯数字和汉语拼音字母组成。内燃机型号由以下四部分组成：首部：为产品系列符号和换代标志符号，由制造厂根据需要自选相应字母表示，但需主管部门核准。中部：由缸数符号、冲程符号、气缸排列形式符号和缸径符号等组成。后部：结构特征和用途特征符号，以字母表示。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。内燃机型号的排列顺序及符号所代表的意义规定如下：型号编制举例195：表示单缸，四行程，缸径95mm，水冷通用型165F：表示单缸，四行程，缸径65mm，风冷通用型495Q：表示四缸，四行程，缸径95mm，水冷车用6135Q：表示六缸，四行程，缸径135mm，水冷车用X4105：表示四缸，四行程，缸径105mm，水冷通用型，X表示系列代号第四讲.柴油机的主要性能指标和特性v一、柴油机的工况所谓柴油机的工况是指柴油机的工作状况或运行状况，如转速的高低、负荷的大小等。概括起来，可以归纳以下三类：（1）要求柴油机的转速始终不变或变化很小，而负荷可根据需要从零变化到最大。柴油机带动发电机组工作时，就是按这种工况工作。（2）要求柴油机的负荷和转速都能在一定的范围内变化，而它们之间的变化是有一定的规律。柴油机作主机带动螺旋桨工作时按此工况工作。（3）柴油机的负荷及转速可以在较大的范围内各自任意变化，它们之间没有相互的依赖关系。如船上有来带动应急空气压缩机或应急消防泵的柴油机以及陆上的车用柴油机都是属于这种工况v二、内燃机的主要性能指标v1、动力性能指标动力性能指标动力性能指标指曲轴对外作功能力的指标，包括有效扭矩、有效功率和曲轴转速。va.有效转矩：指内燃机通过曲轴或飞轮对外输出的转矩，通常用Te表示，单位为Nm。有效扭矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连杆、传给曲轴产生的扭矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失之后从曲轴对外输出的净扭矩。vb.有效功率：指内燃机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用Pe表示，单位为kW。有效功率同样是曲轴对外输出的净功率。它等于有效扭矩和曲轴转速的乘积。内燃机的有效功率可以在专用的试验台上用测功器测定，测出有效扭矩和曲轴转速，然后用下面公式计算出有效功率。vc.转速：指内燃机曲轴每分钟的转数，单位为r/min。内燃机产品铭牌上标明的功率及相应转速称为额定功率和额定转速。按照汽车发动机可靠性试验方法的规定汽车发动机应能在额定工况下连续运行3001000小时.转矩：是汽车发动机的主要指数之一,它反映在汽车性能上,包括加速度、爬坡能力以及悬挂等。它的准确定义是:对于家用轿车而言,扭矩越大加速性越好;对于越野车,扭矩越大其爬坡度越大;对于货车而言,扭矩越大车拉的重量越大.它反映了汽车在一定范围内的负载能力。说的简单点就是扭矩越大，加速越行。扭矩就象你打球时的瞬间爆发力，扭矩越大，启动越快功率：功率是指物体在单位时间内所做的功。功率越大转速越高，汽车的最高速度也越高,常用最大功率来描述汽车的动力性能。最大功率一般用马力(PS)或千瓦(kw)来表示，1马力等于0.735千瓦。举例：如摩托车就是一个明显的例子，在十字路口起步，往往就把汽车抛在脑后，但随着车速增高，它就不行了，会逐渐被汽车追上。扭矩好比百米赛跑选手在起跑点蹲撑、蓄势待发，准备冲向前那一刹那的冲劲；而马力就是维持这股冲劲可以愈跑愈快，一直跑到终点的能力。冲得快，能抢先的选手（扭矩大者）如果没有源源不断的马力支持也是会被其它马力大者赶上而输掉比赛总结：扭矩决定加速度，功率决定最高时速2、经济性指标、经济性指标通常用燃油消耗率来评价内燃机的经济性能。燃油消耗率是指单位有效功的燃油消耗量，也就是内燃机每发出1kW有效功率在1小时内所消耗的燃油质量以g为单位)，燃油消耗率通常用ge表示.很明显，有效燃油消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃油越少，其经济性越好。通常内燃机铭牌上给出的有效燃油消耗率ge是最小值.3、运转性能指标运转性能指标a、排气品质：包括排气烟度和排气有害物（排放）。b、噪声。c、起动性能。d、可靠性及耐久性。应该指出的，评价内燃机时，不能只看工作指标是否先进，还要全面地看它是否好造、好用、好修。二、内燃机的主要特性v内燃机的主要性能指标有效扭矩Te，有效功率Pe，燃油耗油率ge随其运转工况(负荷、转速)变化而变化的关系称为内燃机的特性。其性能指标随内燃机曲轴转速变化的关系称为内燃机的速度特性，而性能指标随负荷变化的关系称为内燃机的负荷特性。用曲线来表示这些关系，称为内燃机的特性曲线。内燃机特性是对内燃机性能进行全面评价和鉴定的依据。在内燃机特性中，最常用的有负荷特性和速度特性，其它还有万有特性、推进特性等。对于不同的配套机械，应使用不同的特性与之进行配套，如发电机组、水泵等固定转速的机械，应选用负荷特性；对于耕整机、拖拉机等应选择速度特性或万有特性；而对船用螺旋桨配套，则应用推进特性。下面分别介绍一下负荷特性和速度特性这二种特性1、负荷特性负荷特性负荷特性，它是指当内燃机转速一定时，经济性指标（燃油消耗率ge）随内燃机负荷的变化关系。利用这一变化曲线，可最全面地确定内燃机在各种负荷和转速时的经济性。测试内燃机的负荷特性需要在试验台架上进行。测试方法是：启动内燃机后逐渐加大油门，同时调节负荷使内燃机保持在某一转速稳定运行，测定此工况下内燃机输出功率及燃油消耗率ge；然后再调小油门，调整负荷使内燃机保持转速不变转速不变再测定；如此依次进行下去，直到内燃机能保持稳定工作的最小油门，最后得到该转速下不同负荷时燃油消耗率ge的数据。然后根据这些数据，以功率为Pe横坐标，以燃油消耗率ge为纵坐标作出一条曲线，即为该转速下的负荷特性曲线。不同转速下的内燃机负荷特性曲线变化的趋势是差不多，只是具体数值的不同。柴油机的负荷特性曲线的走向特征与汽油机基本一样。但两者对比，柴油机的负荷特性曲线比较平坦，这也就是为什么柴油机比汽油机省油的重要原因。2 2、速度特性速度特性内燃机的速度特性指内燃机的性能指标扭矩Te，功率Pe，燃油消耗率ge，随内燃机转速n变化的规律，用曲线表示，称为速度特性曲线。速度特性可以在内燃机试验台上测得。当油门位置保持不变油门位置保持不变时，用测功器对内燃机曲轴施加一定数值的负荷。当内燃机运转稳定时，即负荷和内燃机发出的有效扭矩相等时，可用转速表测出此时的稳定转速，同时在测功器上测出该转速下的有效扭矩Te，计算出有效功率Pe，同时测出消耗一定量燃油所经历的时间，换算成每小时耗油量GT，然后计算出燃油消耗率ge。改变测功器的负荷数值，重复上述过程，又可以得出一组n、Te、Pe、ge，这样重复若干次，可以得到一系列的n、Te、Pe、ge，然后根据这些数据，以转速n为横坐标，以性能指标Te、Pe、ge为纵坐标作出三条曲线，即为相对应于该油门的速度特性曲线。油门最大时的速度特性叫内燃机的外特性；油门不是最大时的任意位置所得到的速度特性都称为部分特性。内燃机的外特性代表了内燃机所具有的最高动力性能。