第一章內燃機的工作原理與總體構造朱永內燃機構造與原理》課程教學課件1.專業培養目標和課程教學大綱一.課程目標港口物流設備管理使用保養修造(1)專業培養目標

港口機械與自動控制專業主要面向港口碼頭、港口物流設備制造等企業，培養從事港口物流設備的使用、管理、保養、修造等工作的高技能應用型人才。港口物流設備(港口機械),其動力裝置內燃機驅動(以柴油機為主)電力驅動本專業開設有《內燃機構造與原理》這門課程.內燃機在港口機械設備的應用

汽車起重機

輪胎式起重機集裝箱正面吊運機集裝箱卡車集裝箱龍門起重機履帶式起重機內燃機在港口機械設備的應用牽引車裝載機

卡車叉車1.專業培養目標和課程教學大綱(2).課程教學大綱(課程標準）一.課程目標《內燃機構造與原理》是港口機械與自動控制專業的一門專業必修課。為學習其它專業課程和在港口企業從事港口內燃機的使用、維護、管理、修造等工作打下基礎。先修專業基礎課程機械制圖、工程力學、金屬材料與熱處理、液壓與液力傳動、電工與電子技術后續主要專業課程港口起重機械、港口搬運機械港口輸送機械與集裝箱機械、港口機械修理、港口設備管理畢業實習與畢業論文等。課程性質課程作用課程銜接①一.課程目標1、機體組和曲柄連桿機構；2、配氣機構；1、燃油供給系統；2、潤滑系統；3、冷卻系統；4、起動系統。內燃機基本工作原理兩大機構四大系統1.專業培養目標和課程教學大綱(2).課程教學大綱(課程標準）②.課程的主要內容課程簡介教材全國交通運輸教育教學指導委員會規劃教材課程事項港口機械與自動控制專業的必修課程學時:52課程性質:考試課上課時間:1-19周考試:20周學習要求:認真聽課、課后看書復習、按時完成作業。學習資料：其他內燃機方面教材，網上精品課程。主要內容1.內燃機的基本知識與總體結構、2.機體組與曲柄連桿機構、3.換氣過程和配氣機構、4.柴油機的燃燒過程和燃油系統、5.冷卻系統、6.潤滑系統、7.起動系統。第一章內燃機的工作原理和總體構造第一節內燃機概述第二節內燃機的工作原理第三節內燃機總體構造第四節內燃機的性能指標第五節內燃機的分類和型號第一章內燃機的工作原理和總體構造知識目標1．能正確進行往復活塞式內燃機的分類；2．能正確描述四沖程內燃機基本工作原理；3．能正確描述二沖程內燃機基本工作原理；4．能正確敘述內燃機的總體構造；5．能簡單敘述內燃機各項性能指標的定義和意義；6．能正確識別內燃機的產品型號。技能目標1．能根據內燃機銘牌上的型號及有關性能指標的含義，準確地解釋內燃機的性能和結構特征；2．初步了解港口機械所使用的內燃機的特點和要求。第一節內燃機概述一、內燃機的類型內燃機的定義:是熱機的一種，是將燃料燃燒釋放的熱能轉變為機械功的機器。能量轉換:化學能→熱能→機械功一、內燃機的類型熱機的的類型根據燃料的燃燒部位內燃機燃料的燃燒和工質的膨脹作功均在氣缸內部進行，因而內燃機能量損失較小，具有較高的熱效率。外燃機燃料的燃燒發生在氣缸的外部，而燃燒產物（工質）膨脹作功是在氣缸內部進行的，如蒸汽機、汽輪機等。外燃機因此存在著工質傳遞過程的熱損失。內燃機-汽油機內燃機-柴油機一、內燃機的類型熱機的的類型外燃機:蒸汽機簡介（動畫演示1-1.SWF）燃料的燃燒發生在氣缸的外部-鍋爐，而燃燒產物（工質）膨脹作功是在氣缸內部進行的.一、內燃機的類型熱機的的類型內燃機按活塞的運動規律分往復運動式和回轉活塞式兩類其中，往復活塞式內燃機，如汽油機、柴油機和氣體燃料發動機，其性能更為完善，使用得最廣泛，是本課程學習的內容。

往復運動式一、內燃機的類型熱機的的類型旋轉活塞式內燃機簡介（動畫演示1-1.avi）燃氣輪機-回轉葉輪式利用燃料燃燒所產生的燃氣推動葉輪回轉的機器稱為燃氣輪機。基本組成:壓氣機、燃氣輪機和燃燒室往復活塞式內燃機的分類（1）按所用燃料分按所用燃料，內燃機可以分為液體燃料發動機和氣體燃料發動機等。液體燃料發動機的燃料有主要汽油、柴油、甲醇、乙醇、二甲醇、生物柴油等，如使用汽油為燃料的內燃機稱為汽油機；使用柴油為燃料的內燃機稱為柴油機。使用氣體燃料的稱為氣體燃料發動機，氣體燃料主要有天然氣、壓縮天然氣（CNG）、液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）、沼氣、煤氣等，如使用壓縮天然氣的內燃機稱為壓縮天然氣發動機；使用液化石油氣的內燃機稱為液化石油氣發動機。近年來，雙燃料發動機也逐漸推向市場，如柴油/天然氣雙燃料發動機，柴油/沼氣雙燃料發動機等。往復活塞式內燃機的分類（2）按沖程數分四沖程往復活塞式內燃機二沖程往復活塞式內燃機往復活塞式內燃機按其在一個工作循環期間活塞往復運動的行程數進行分類?；钊絻热紮C每完成一個工作循環，便對外作功一次，不斷地完成工作循環，才使熱能連續地轉變為機械能。在一個工作循環中活塞往復四個行程的內燃機稱作四沖程往復活塞式內燃機?；钊鶑蛢蓚€行程便完成一個工作循環的則稱作二沖程往復活塞式內燃機。車用發動機廣泛使用四沖程內燃機。往復活塞式內燃機的分類（3）按氣缸數目分單缸機發動機、多缸機發動機。僅有一個氣缸的發動機稱為單缸發動機；有兩個以上氣缸的發動機稱為多缸發動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發動機?，F代車用發動機多采用四缸、六缸、八缸發動機。往復活塞式內燃機的分類（4）按氣缸的排列方式分單列式和雙列式。如圖1-12所式。單列式發動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，這種發動機稱為直列式發動機。為了降低高度，有時單列式發動機也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的，如布置成水平的發動機稱為臥式發動機。雙列式發動機把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發動機，若兩列之間的夾角=180°稱為對置式發動機。往復活塞式內燃機的分類（4）按氣缸的排列方式分直列式發動機V型發動機對置式發動機往復活塞式內燃機的分類（5）按進氣狀態分非增壓內燃機和增壓內燃機兩類。若進氣是在接近大氣狀態下進行的，則為非增壓內燃機或自然吸氣式內燃機；若利用增壓器將進氣壓力增高，進氣密度增大，則為增壓內燃機。增壓可以提高內燃機功率。往復活塞式內燃機的分類（5）按進氣狀態分增壓發動機增壓器往復活塞式內燃機的分類（6）按缸內著火方式分內燃機的著火方式有壓燃式（如柴油機）和點燃式（如汽油機）兩類。往復活塞式內燃機的分類（7）按冷卻方式分活塞式內燃機分為水冷式和風冷式兩種。以水或冷卻液為冷卻介質的稱作水冷式內燃機；以空氣為冷卻介質的則稱作風冷式內燃機。往復活塞式內燃機的分類（8）按轉速分內燃機按轉速可分為低速機（n＜300r/min）、中速機（n＝300～1000r/min）和高速機（n＞1000r/min）。（9）按用途分按用途分有汽車用、工程機械用、船用、發電機用和拖拉機用等多種。一、內燃機的類型2.往復活塞式內燃機的主要特點具有下列突出優點：⒈經濟性好，熱效率在熱機中最高，一般為30％～55％；⒉尺寸小、重量輕、結構緊湊，便于安裝布置；⒊功率范圍廣。單機功率在0.6KW～6.8×104KW，適用范圍廣；⒋機動性好。起動方便、迅速，加速性能好，正常起動只需要幾秒鐘，并能很快地達到全負荷工況。內燃機存在一些缺點⒈運轉時噪音大；⒉廢氣中有害成份對大氣污染較嚴重。內燃機的優點使其作為發動機，在交通運輸、港口機械、工程機械及礦山機械等方面，得到極其廣泛的應用。二、內燃機的應用領域內燃機熱效率高、功率范圍大、適應性好，已廣泛應用于交通運輸業、工農業和軍事裝備等領域。在交通運輸行業，公路運輸各類車輛，鐵路運輸機動車輛的驅動動力使用柴油機。水路運輸船舶的動力裝置幾乎都采用柴油機。在港口運輸企業，汽車起重機、輪胎式起重機、叉車、集裝箱跨運車、輪胎式集裝箱龍門起重機、集裝箱牽引車等流動式起重機械多采用柴油機作為驅動動力。航空運輸領域，燃氣輪機和噴氣式發動機是民航飛機的唯一動力裝置。工農業領域，工程機械（如挖掘機、壓路機、鏟車等）、礦山機械和建筑機械等大多用內燃機作動力。農林機械方面，拖拉機和農田作業機械、排灌機械、農副產品加工機、中小漁船和林牧機械都大量使用內燃機作動力。在軍事裝備方面，陸地上，坦克、裝甲車、重武器牽引車也以柴油機為動力；水面艦艇上，廣泛應用柴油機作為艦艇的動力裝置。例如：導彈快艇、魚雷快艇、巡邏艇、掃雷艇、登陸艇及大部分常規潛艇和軍輔船等以柴油機為主要動力。三、內燃機基本術語動態演示三、內燃機基本術語1.上止點：活塞離曲軸回轉中心最遠處;2.下止點：活塞離曲軸回轉中心最近處;三、內燃機基本術語3.

活塞行程S:活塞行程也稱為活塞沖程，指上、下止點之間的距離（mm）。⒋曲柄半徑R:曲軸旋轉中心線與曲柄銷中心線的距離（mm）?；钊谐膛c曲柄半徑之間的關系為：S=2R。三、內燃機基本術語⒌

燃燒室容積Ｖc:活塞在上止點時，其頂面與缸蓋之間的空間容積。三、內燃機基本術語⒍氣缸工作容積Vh

活塞從上止點運動到下止點，其頂面所掃過的氣缸容積。其大小為：Vh=πD2S/4。式中：D-氣缸直徑，mm；S-活塞行程，mm；Vh

-氣缸工作容積，（L）。三、內燃機基本術語⒍氣缸工作容積Vh內燃機所有氣缸工作容積之和，稱為內燃機的排量，記作VH，即（L）；

i-氣缸數三、內燃機基本術語⒎氣缸總容積Va

活塞在下止點時，其頂部與缸蓋之間的空間容積。它等于燃燒室容積與氣缸工作容積之和，Va＝Vh＋VC三、內燃機基本術語8.壓縮比ε

氣缸總容積Va與燃燒室容積Vc之比稱為壓縮比，用ε表示，即壓縮比表示壓縮過程中，氣缸內的氣體被壓縮的程度。壓縮比是內燃機的一個重要的結構參數，其大小隨內燃機類型而不同。一般，汽油機ε=6～9；柴油機ε=13～22。練習與思考

一、選擇題1．內燃機是熱機的一種，它是（）。

A．在氣缸內進行一次能量轉換的熱機

B．在氣缸外進行一次能量轉換的熱機

C．在氣缸內進行兩次能量轉換的熱機

D．在氣缸外進行兩次能量轉換的熱機2．內燃機氣缸中對外作功的工質是（）。

A．燃油B．空氣

C．燃燒產物D．可燃混合氣3．內燃機的優點是（）。

A．經濟性好B．功率范圍廣

C．機動性好D．A+B+C答案:1.C2.C3.D一、選擇題4．內燃機的熱效率一般為（）。

A．20﹪B．25～45﹪

C．30﹪

～55﹪D．35～55﹪5．在內燃機的總體構造中（）。

A．汽油機與柴油機總體構造相同

B．汽油機與柴油機有相同的燃料供給系

C．柴油機有點火系

D．汽油機有點火系6．內燃機的上止點是指（）。

A．氣缸的最高位置B．工作空間的最高位置

C．曲柄處在最高位置D．活塞離曲軸中心線的最遠位置答案:4.C5.D6.D一、選擇題7．氣缸的工作容積是指（）。

A．活塞從上止點運動到下止點所掃過的容積

B．活塞在上止點時活塞頂上方的容積

C．活塞在下止點時活塞頂上方的容積

D．上述三種說法均錯誤8．氣缸的燃燒室容積是指（）。

A．活塞在上止點時活塞頂上方的容積

B．活塞在下止點時活塞頂上方的容積

C．活塞從上止點運動到下止點所掃過的容積

D．上述三種說法均錯誤答案:7.A8.A一、選擇題10．內燃機采用壓縮比這個術語是為了表示（）。

A．氣缸工作容積的大小B．工作行程的長短

C．氣體被活塞壓縮的程度D．氣缸燃燒室容積的大小11．在下列壓縮比ε的表達式中，錯誤的是（）。（式中，Va

：氣缸總容積；Vc

：燃燒室容積；Vh：氣缸工作容積）

A．ε=Vc/VaB．ε=Va/VcC．ε=（Vh+Vc）/VcD．ε=1+Vh/Vc答案:10.C11.A二、問答題1.在熱機中，柴油機有哪些優缺點？2.簡述柴油機的基本術語.第二節內燃機的工作原理學習目標和教學基本要求1.掌握內燃機的工作原理，包括各沖程的作用、汽缸內氣體狀態變化，進、排氣門的啟閉規律。2.掌握內燃機的配氣相位和相位圖；3.了解二沖程與四沖程內燃機的異同點。第二節內燃機的工作原理內燃機的運轉過程，是氣缸內連續不斷地完成一個個工作循環的過程。一個工作循環--是指內燃機的氣缸內依次通過進氣、壓縮、做功(燃燒、膨脹)和排氣四個過程作一次功的全過程。四沖程內燃機:活塞經過四個沖程（曲軸轉兩轉）完成一個工作循環的內燃機。二沖程內燃機:活塞經過兩個沖程（曲軸轉一轉）完成一個工作循環的內燃機。一、四沖程內燃機工作原理⒈四沖程汽油機工作原理圖１-３為單缸四沖程汽油機工作原理示意圖。直列四缸發動機

⒈四沖程汽油機工作原理觀看演示

1、進氣行程

2、壓縮行程

3、作功行程

4、排氣行程

進氣排氣⒈四沖程汽油機工作原理1）進氣沖程(行程)進氣行程位于排氣沖程結束，作用：吸入新鮮空氣和汽油混合氣?；钊\動：由上止點向下止點運動氣門狀態：進氣門：開啟；排氣門：關閉進氣終了時氣缸內的氣體壓力：低于大氣壓力，約為0.08～0.09Ｍpa；進氣終了時氣缸內氣體溫度：高于大氣溫度，約為50～110℃。氣缸內氣體壓力p隨氣缸容積Ｖ增大而變化的情況,在p-Ｖ坐標上用曲線r-a表示(1)進氣行程排氣門關閉進氣門開啟大氣壓力線PVra示功圖上止點下止點示功圖：表示活塞在不同位置時氣缸內氣體壓力的變化情況。進氣終了時氣缸內壓強為0.08～0.09Mpa，溫度上升至50～110℃?；钊滦孝彼臎_程汽油機工作原理2）壓縮沖程作用:壓縮沖程為燃燒準備條件，位于進氣結束后。活塞運動：從下止點移到上止點進氣門：關閉排氣門：關閉壓縮終了時，氣體壓力約0.8～1.5Ｍpa↑；壓縮終了時，溫度約330～480℃↑。壓縮沖程有利于混和氣的迅速燃燒，并可提高內燃機的有效熱效率。p-Ｖ坐標上的壓縮過程曲線為a-c(2)壓縮行程進氣門關閉排氣門關閉PVra示功圖大氣壓力線c上止點下止點壓縮終了時氣缸內壓強上升至0.6～1.5Mpa，溫度繼續上升至330～480℃

?；钊闲孝彼臎_程汽油機工作原理3）做功沖程（燃燒膨脹沖程）作用:混合氣燃燒放出大量熱能，內燃機化學能轉化為機械能?；钊簭纳现裹c移到下止點進氣門：關閉排氣門：關閉燃燒：在壓縮沖程末期，活塞接近上止點時，火花塞點燃可燃混和氣體。壓力急劇增大,最大約3～6.5Ｍpa；最高溫度急劇上升，約2000～2500℃。膨脹：工質膨脹，推動活塞由上止點下行，壓力與溫度降低。膨脹末期，壓力約0.35～0.5Ｍpa；溫度約900～1200℃。p-Ｖ坐標上的燃燒和膨脹過程曲線為c-z-b

(3)作功行程進氣門關閉排氣門關閉PVra示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點作功中氣缸內最高壓強可達3～6.5Mpa，最高溫度可達2000～2500℃；作功終了時氣缸內壓強下降至0.35～0.5Ｍpa，溫度下降至900～1200℃。

活塞下行⒈四沖程汽油機工作原理4）排氣沖程作用:排氣沖程即排出缸內殘余廢氣。活塞：由下止點上行進氣門：關閉排氣門：打開壓力：0.105～0.120Ｍpa.終了溫度：600～800℃.p-Ｖ坐標上的排氣過程曲線為b-r

（動畫1-11.swf）(4)排氣行程進氣門關閉排氣門打開PVr示功圖大氣壓力線cZb上止點下止點殘余廢氣排氣終了時氣缸內壓強下降至0.105～0.120Mpa，溫度下降至600～800℃

a

活塞上行⒈四沖程汽油機工作原理一個工作循環結束后，在p-Ｖ坐標上，各個過程曲線組成一個閉合圖形（圖1-4ｄ）。它既可用來研究內燃機氣缸內一個工作循環進行的情況，又可用圖中壓縮過程曲線和燃燒與膨脹過程曲線所包圍的面積來計算氣缸中一個工作循環所作功（稱為指示功Wi）的大小，所以該圖形被稱為p-Ｖ示功圖。示功圖1-13.swf⒉四沖程柴油機工作原理四沖程柴油機工作過程與四沖程汽油機基本相同，每個工作循環也都是通過四個沖程完成。但由于柴油與汽油的性質不同，使混合氣的形成和著火方式有很大差異。下面主要介紹柴油機相對于汽油機工作循環的不同之處。⒉四沖程柴油機工作原理⒉四沖程柴油機工作原理

（動畫1-12.swf）1）進氣沖程進氣沖程位于上一工作循環的排氣沖程之后?；钊河缮现裹c向下止點運動進氣門：開啟排氣門：關閉進氣終了時氣缸內的氣體壓力低于大氣壓力，約0.085～0.095Ｍpa；溫度高于大氣溫度，約溫度約為40～70℃。作用:吸入新鮮空氣。示功圖1-13.swf⒉四沖程柴油機工作原理2）壓縮沖程壓縮沖程燃燒準備條件，位于進氣結束后。活塞：從下止點移到上止點氣門狀態:進氣門關閉；排氣門關閉壓縮終了，氣體壓力可達3～5Ｍpa；溫度達500～750℃。達到柴油的自燃溫度時，柴油便自行燃燒膨脹作用:1.提高空氣溫度,為燃料的自行發火作準備.2.為氣體膨脹作功創造條件,柴油自燃溫度為270-4900C.⒉四沖程柴油機工作原理3）做功沖程做功沖程位于壓縮行程結束時，噴油器將柴油噴入燃燒室，迅速與空氣混和形成可燃混和氣。活塞：從上止點移到下止點進氣門、排氣門:都關閉燃燒：由于氣缸內的溫度遠高于柴油的自燃點，柴油自行著火燃燒。燃燒氣體的壓力、溫度迅速升高，最高壓力可達6～9Ｍpa，最高溫度可達1500～1900℃。膨脹：工質膨脹，推動活塞由上止點下行，進、排氣門均關閉，壓力與溫度降低。膨脹末期，壓力為0.2～0.5Ｍpa，溫度為700～900℃.⒉四沖程柴油機工作原理4）排氣沖程排氣沖程即排出缸內殘余廢氣活塞：由下止點上行進氣門：關閉排氣門：打開壓力：0.105～0.120Ｍpa溫度：400～600℃四沖程柴油機工作原理

動畫1-14.swf3.四沖程內燃機的配氣相位及相位圖四沖程內燃機在實際工作中，為使氣缸盡量多地吸入新鮮氣體，并盡可能徹底地排出廢氣。進、排氣門均相對于上、下止點提前開啟，延遲關閉。配氣相位—氣門的啟、閉時刻通常用該缸的曲柄所在位置相對于上、下止點之間的曲柄轉角（°）來表示。配氣相位圖—用曲柄轉角表示配氣相位的幾何圓圖，如圖所示。3.四沖程內燃機的配氣相位及相位圖2.四沖程內燃機的配氣相位及相位圖配氣定時-氣閥的啟、閉時刻1.進氣提前角進氣門開啟時刻,曲柄位置距上止點的曲柄轉角，用α表示。一般α角為0～40°。2.進氣延遲角進氣門關閉時刻,曲柄位置距下止點的曲柄轉角，用β表示。一般β角為20～60°。進氣過程持續角為（180＋α＋β）°。2.四沖程內燃機的配氣相位及相位圖配氣定時-氣門的啟、閉時刻3.排氣提前角排氣門開啟時刻,曲柄位置距下止點的曲柄轉角，用γ表示。一般γ角為30～80°。4.排氣延遲角排氣門關閉時刻,曲柄位置距上止點的曲柄轉角，用δ表示。一般δ角為１０～35°。排氣過程持續角為（180＋γ＋δ）°。內燃機進、排氣定時的規律是早開、遲關2.四沖程內燃機的配氣相位及相位圖噴油定時噴油提前角：由于柴油存在發火延遲（0.001～0.005秒），要在壓縮上止點前10～35度曲柄轉角時開始將霧化的的燃料噴入汽缸這個叫稱為噴油的提前角。（燃料蒸發成油氣與空氣混合需要準備時間）點火提前角-點火時刻距壓縮上止點的曲柄轉角。2.四沖程內燃機的配氣相位及相位圖氣門重疊角概念:當活塞處于換氣上止點時，進、排氣門同時開啟著，對應這段時間的曲柄轉角叫氣門重疊角（其大小為α＋δ）。2.四沖程內燃機的配氣相位及相位圖氣門重疊角作用:在此期間，廢氣的排出流動慣性可避免其倒流入進氣管內，同時還可抽吸新鮮氣體進入氣缸；新鮮氣體進缸后又將廢氣掃出，并可冷卻燃燒室部件，實現所謂燃燒室掃氣。適當大小的氣門重疊角,一般不會影響換氣過程的完善性。不同類型的內燃機，由于結構形式和轉速的不同，對配氣相位的要求也不同，需要經過實驗確定，并由說明書給出。三、四沖程汽油機與四沖程柴油機的比較1)兩種內燃機的工作循環基本相同之處是：⑴每完成一個工作循環都需要曲軸轉兩轉（720°）。在四個沖程中，只有作功沖程對外作功，其它三個輔助沖程都要消耗功。因此，單缸內燃機必須在曲軸上安裝一個轉動慣量較大的飛輪供給這三個輔助沖程所需要的能量，而多缸內燃機則通過錯開各缸的作功沖程來相互供給能量。⑵內燃機由停車狀態進入工作狀態，必須借助外力轉動曲軸完成第一個工作循環，才能使內燃機工作循環周而復始地運轉下去。點火方式點燃式發動機壓燃式發動機汽油自燃溫度高，采用火花塞強制點火，汽油發動機為點燃式發動機。柴油自然溫度低，采用高壓縮比壓燃，柴油發動機為壓燃式發動機。三、四沖程汽油機與四沖程柴油機的比較兩種內燃機的不同之處是：（1）燃油的性質不同，可燃混合氣形成的方式不同。汽油機采用外部混合方式，即汽油和空氣在缸外內混合，形成可燃混合氣；

柴油機采用內部混合方式，即燃油在壓縮沖程終點前直接噴入缸內的空氣中，形成可燃混合氣。（2）著火方式不同。汽油機利用電火花在壓縮沖程終點前點燃可燃混合氣，屬于點燃式；柴油機是通過將燃油在壓縮沖程終點前高壓噴入缸內空氣中，使之自行著火燃燒，屬于壓燃式。由于柴油機的壓縮比高，熱效率比汽油機要高得多，一般柴油機燃油消耗率比汽油機約低２０％～３０％，所以在港口機械、工程機械和載重貨車上多以柴油機作為發動機。二、二沖程內燃機工作原理二沖程內燃機工作原理二沖程內燃機與四沖程內燃機的主要區別是換氣方式不同。二沖程內燃機沒有專門的排氣沖程和進氣沖程，它利用活塞的運動來控制開設在氣缸下部的進、排氣口（孔）的開啟或關閉，使預先被加壓的新鮮氣體充入氣缸，同時驅趕廢氣，通過掃氣方式完成換氣過程。因此，二沖程內燃機需要有進氣加壓裝置。1．二沖程汽油機工作原理→排氣口進氣口掃氣口排氣口1、二沖程汽油機工作原理二沖程發動機工作循環也包括進氣、壓縮、作功、排氣四個過程，但它是在活塞往復兩個沖程內完成的。第一沖程（掃氣－壓縮沖程）

活塞:從下止點向上止點運動掃氣:活塞在下止點時，進氣孔1、掃氣孔5和排氣孔2均開啟。這時曲軸箱內，已被壓縮的可燃混合氣經掃氣孔進入氣缸，并將廢氣從排氣孔排出。隨著活塞向上運動，首先關閉掃氣孔，掃氣過程結束。但此時因排氣孔略高于掃氣孔尚未完全關閉，仍有部分廢氣和可燃混合氣經排氣孔繼續排出，這稱為額外排氣。（動畫1-16.swf）1、二沖程汽油機工作原理二沖程發動機工作循環也包括進氣、壓縮、作功、排氣四個過程，但它是在活塞往復兩個沖程內完成的。第一沖程（掃氣－壓縮沖程）

壓縮:當活塞關閉排氣孔時,缸內的可燃混合氣開始被壓縮，直至上止點，壓縮過程結束。壓縮過程中，活塞下方的曲軸箱因容積增大，形成一定的真空度，當進氣孔被開啟時，可燃混合氣被吸入曲軸箱中（動畫1-16.swf）1、二沖程汽油機工作原理（動畫1-16.swf）第二沖程（作功－掃氣沖程）

在活塞上行接近上止點時，火花塞產生電火花，點燃混合氣，形成高溫高壓燃氣推動活塞下行作功（圖1-６C）。當活塞下行至關閉進氣口時，活塞下方曲軸箱內的可燃混合氣被預壓?；钊^續下行至排氣口開啟時,

膨脹過程結束，缸內廢氣利用自身壓力排出缸外。隨后換氣口開啟，曲軸箱內被壓縮的可燃混合氣充入氣缸，同時驅除缸內殘余廢氣進行掃氣，掃氣過程一直延續到活塞越過下止點上行，再次先后關閉換氣口和排氣口為止。2.二沖程柴油機工作原理2.二沖程柴油機工作原理帶有掃氣泵的二沖程柴油機工作原理圖。掃氣泵由柴油機曲軸驅動，可以提高進氣壓力（０.１２～０.１４Ｍpa）。氣缸下部只設有由活塞控制的掃（進）氣口，廢氣由專設的排氣門排出。2.二沖程柴油機工作原理二沖程柴油機氣缸2.二沖程柴油機工作原理（動畫1-17.swf）第一沖程（掃氣－壓縮沖程）活塞:下止點→上止點掃氣(進氣):當活塞從下止點開始向上運動時，掃氣口與排氣門均為開啟狀態，由掃氣泵提供的壓力空氣充入氣缸，同時驅除廢氣進行掃氣（圖ａ）。壓縮:活塞繼續上行使進氣口關閉，同時排氣門也關閉，缸內空氣進入壓縮過程（圖ｂ）。當活塞接近上止點時，柴油噴入氣缸。2.二沖程柴油機工作原理第二沖程（作功－掃氣沖程）

活塞:下止點→上止點作功:缸內燃油急劇燃燒，產生的高溫高壓燃氣推動活塞下行作功（圖ｃ）。掃氣:當活塞下行接近掃氣口時，排氣門提前開啟，利用廢氣壓力形成自由排氣。當缸內壓力降至等于或低于掃氣壓力時，掃氣口開啟，壓力空氣充入氣缸進行掃氣（圖ｄ）。此過程延續到活塞越過下止點進入第一沖程。（動畫1-17.swf）三、二沖程與四沖程內燃機的比較與四沖程內燃機相比，二沖程內燃機有如下優點：⒈二沖程內燃機曲軸每轉一轉作一次功。提高了柴油機的作功能力,改善了柴油機的動力性因此，當氣缸數、缸徑、活塞行程及轉速相同時，理論上二沖程內燃機的功率是四沖程內燃機的兩倍。實際上，由于存在氣口產生的氣缸沖程損失和掃氣泵消耗的有效功，二沖程內燃機的功率只是四沖程內燃機的１.５～１.６倍；⒉運轉平穩。當轉速相同時，二沖程內燃機作功次數比四沖程內燃機多一倍，因此運轉平穩，并可以使用較小的飛輪；⒊簡化了柴油機的結構.結構簡單，維護、保養方便。三、二沖程與四沖程內燃機的比較但二沖程內燃機也存在一些缺點，主要有：

1.換氣質量差、熱效率低。二沖程內燃機由于新鮮氣體與廢氣摻混嚴重，換氣效果較差，且轉速越高越明顯，因此燃燒不良，經濟性較差；

2.作功頻率高。二沖程內燃機作功頻率高，所以燃燒室部件的熱負荷較高。由于存在上述不足，二沖程內燃機在以高速內燃機為主的大、中型車輛上的應用受到了限制。工程機械車輛中所用的內燃機一般轉速較高，所以多采用四沖程內燃機作為動力。本書所討論的內燃機，除特別注明外，均指四沖程內燃機。四沖程內燃機簡稱發動機。沖程數二沖程發動機四沖程發動機曲軸旋轉一周完成一個工作循環。由于換氣不徹底，經濟性較差，但結構簡單，因此在摩托車上廣泛使用。曲軸旋轉二周完成一個工作循環。四沖程發動機有獨立的進氣和排氣沖程，換氣徹底，在汽車上廣泛使用，并已逐漸用于摩托車。練習與思考

一、選擇題1．根據內燃機工作原理，在一個工作循環中其工作過程的次序必須是（）。

A．進氣、燃燒、膨脹、壓縮、排氣

B．進氣、膨脹、壓縮、燃燒、排氣

C．進氣、燃燒、壓縮、膨脹、排氣

D．進氣、壓縮、燃燒、膨脹、排氣2．內燃機進氣終了時，缸內氣體的狀態是（）。

A．壓力大于環境壓力，溫度高于環境溫度

B．壓力大于環境壓力，溫度低于環境溫度

C．壓力小于環境壓力，溫度高于環境溫度

D．壓力小于環境壓力，溫度低于環境溫度答案:1.D2.C一、選擇題3．內燃機對外作功的沖程是（）。

A．進氣沖程B．壓縮沖程

C．燃燒膨脹沖程D．排氣沖程4.柴油機進氣沖程終了時,缸內氣體壓力略高于汽油機,其原因是()。

A．柴油機壓縮比大于汽油機

B．柴油機進氣沖程吸入的是空氣

C．柴油機進氣阻力比汽油機小

D．氣缸的工作容積大小不同答案:3.c4.C一、選擇題5．影響內燃機壓縮沖程終了,缸內氣體壓力和溫度的因素主要是（）。

A．進氣密度B．壓縮比

C．進氣量D．缸徑6.四沖程內燃機的進氣門定時為（）。

A．上止點前開，下止點后關

B．上止點后開，下止點后關

C．上止點前開，下止點前關

D．上止點后開，下止點前關答案:5.B6.A一、選擇題7．內燃機進、排氣定時的規律是（）。

A．早開，早關B．早開，遲關

C．遲開，早關D．遲開，遲關8．氣缸進氣門開啟瞬時，曲柄位置與上止點之間的曲柄轉角稱為（）。

A．進氣提前角B．進氣延遲角

C．進氣定時角D．進氣持續角答案:7.B8.A二、問答題1.柴油機一個工作循環有哪幾個工作過程組成？其中哪一個過程對外作功？2.什么是發動機的p-Ｖ示功圖？它有何用途？3.畫圖并說明四沖程柴油機的配氣相位定時圓圖的含義。4.二沖程柴油機與四沖程柴油機相比有哪些特點？第三節內燃機總體構造組成柴油機汽油機一個機體組氣缸蓋、機體、氣缸套、曲軸箱、油底殼√√兩大機構曲柄連桿機構√√配氣機構√√六大系統燃料供給系統√√冷卻系統√√潤滑系統√√點火系統√起動系統√√增壓系統可選可選單缸四沖程汽油機單缸四沖程柴油機

第三節內燃機總體構造內燃機主要組成

機體組和曲柄連桿機構配氣機構燃料供給系統潤滑系統冷卻系統起動系統有的還有增壓系統結構如圖1－1所示。這些機構和系統保證了內燃機連續不斷地正常工作。（動畫演示1-2.avi）第三節內燃機總體構造1.機體組和曲柄連桿機構(1)機體組組成:

機體組由機體、氣缸蓋和油底殼等固定機件組成。作用:是發動機其它機構、系統等所有零部件的裝配基體。其中機體、氣缸蓋和活塞共同組成燃燒室。此外，機體與氣缸蓋內的水套和油道以及油底殼又分別是冷卻系統和潤滑系統的組成部分。第三節內燃機總體構造1.機體組和曲柄連桿機構(2)曲柄連桿機構的功用:是組成燃氣工作的空間（氣缸），并將活塞的往復運動轉換成曲軸的回轉運動。組成:主要有活塞連桿組和曲軸飛輪組等。第三節內燃機總體構造⒉配氣系統配氣系統的功用：是按工作循環的要求，定時地啟閉進、排氣門，排出氣缸的廢氣，吸入新鮮氣體，完成換氣過程。主要組成:有氣門組件、氣門傳動組件、凸輪軸和凸輪軸傳動機構等。第三節內燃機總體構造⒊燃料供給系統

柴油機的燃料供給系統功用:是將柴油以一定的壓力，定時、定量地噴入氣缸，與缸內的空氣形成可燃混合氣。組成：它由柴油箱、輸油泵、柴油濾清器、噴油泵和噴油器等組成。柴油機的燃料供給系統第三節內燃機總體構造⒊燃料供給系統

汽油機的燃料供給系統功用:是根據工況要求，將汽油和空氣按一定比例在氣缸外混合形成可燃混合氣后，再供入氣缸。組成:它由汽油箱、汽油濾清器、汽油泵和電磁式噴油器等組成。汽油機的燃料供給系統第三節內燃機總體構造⒋汽油機點火系統功用:在壓縮行程終點前的規定時刻，產生高壓電火花，點燃氣缸內的可燃混合氣。它由蓄電池、點火線圈、分電器和火花塞等組成。第三節內燃機總體構造⒌潤滑系統潤滑系統的功用是在發動機運轉時，連續不斷地將機油輸送到各摩擦表面，以減小零件的磨損和摩擦阻力。其組成主要有機油泵、機油濾清器和機油冷卻器等。

（動畫1-5.swf）

⒌潤滑系統第三節內燃機總體構造⒍冷卻系統功用:將內燃機受熱機件的熱量散發出去，以保證內燃機正常的工作溫度。類型:風冷式、水冷式例如冷卻系統組成:冷熱交換器、水泵和風扇等。第三節內燃機總體構造⒎起動系統起動系統的功用是使靜止的發動機起動運轉。它主要由起動電機或壓縮啟動空氣系統等組成。車用內燃機廣泛應用電機機起動.電動機起動系統（動畫1-7.swf）第三節內燃機總體構造8.增壓系統增壓系統的功用:提高進氣壓力以提高進入氣缸內的空氣(或可燃混合氣)的密度，供更多的燃料進行燃燒，從而提高內燃機的功率。組成:廢氣渦輪機、壓氣機（離心式壓氣機）、附屬裝置.廢氣渦輪增壓器第四節內燃機的性能指標學習目標和教學基本要求1.掌握評價內燃機性能的指標的類型。2.理解內燃機指示指標含義、類型;各指標的概念、表達方式、含義.3.理解內燃機有效指標含義、類型;各指標的概念、表達方式、含義.4.了解內燃機其它常用參數的概念、含義.

第四節內燃機的性能指標內燃機的性能指標是用來表征其性能特點、評價其性能優劣，并有利于促進內燃機結構不斷改進和創新的性能參數。內燃機的性能指標主要有動力性、經濟性、強化性等指標。還有運轉性（冷起動性能，噪聲和排放性）、可靠性和耐久性等方面的指標。本節重點分析動力性、經濟性、強化性等指標。一、動力性指標動力性指標是評價內燃機作功能力大小的指標，主要有:有效轉矩Ｍe(單位：牛頓?米、N?M)平均有效壓力ｐme有效功率Ｐe(單位：千瓦、KW)曲軸轉速n(單位：轉/分鐘、r/min)等。一、動力性指標⒈有效轉矩

內燃機曲軸對外輸出的轉矩稱為有效轉矩，記為Ｍe，單位為N﹒m。有效轉矩與曲軸的角位移的乘積即為內燃機對外輸出的有效功Ｗe。一、動力性指標⒉平均有效壓力定義:平均有效壓力是指假定一個不變的平均壓力作用在活塞上，經過一個膨脹沖程所作的功與一個工作循環所作的有效功相等，這個假想壓力就叫平均有效壓力，記為ｐme。ｐme作的有效功Ｗe=ｐme

·πD2/4·S=ｐmeVh;ｐme=Ｗe/Vh平均有效壓力是指單位氣缸工作容積所發出的有效功，記作ｐme

,單位為ＭPa。顯然，平均有效壓力越大，內燃機作功能力越強。一、動力性指標⒊有效功率內燃機在單位時間內輸出的有效功稱為有效功率，記為Pe，單位為KＷ。有效功率可以用下式計算：

式中：ｐme——平均有效壓力，ＭPa；Vh

——氣缸工作容積，L；i——內燃機缸數；n——內燃機轉速，r/min；τ——沖程數，四沖程τ=4，二沖程τ=2。有效功率可以利用測功器測定，水力測功器可先測出有效扭矩Me,再用上式計算出有效功率。一、動力性指標⒊有效功率因為內燃機有效功率Pe等于有效轉矩與曲軸角速度的乘積，所以又可以利用測功器測定曲軸輸出的有效扭矩Ｍe和轉速n，按下列公式求得：（ｋＷ）

式中：Ｍe——有效扭矩,N﹒m。一、動力性指標⒋轉速

定義：內燃機曲軸每分鐘的回轉數稱為內燃機的轉速，用n表示，單位為r/min。內燃機轉速的高低，關系到單位時間內作功次數的多少或有效功率的大小，即內燃機的有效功率隨轉速的不同而改變。在內燃機產品標牌上規定的有效功率及其相應的轉速分別稱作標定功率和標定轉速。內燃機在標定功率和標定轉速下的工作狀態稱作標定工況。標定功率不是內燃機所能發出的最大功率，它是根據內燃機用途所制定的有效功率最大使用限度。同一型號的內燃機，當其用途不同時，其標定功率值并不相同。有效轉矩也隨內燃機工況而變化。因此，其所輸出的最大轉矩及其相應的轉速也是評價內燃機動力性的一個指標。二、經濟性指標內燃機的經濟性指標主要有有效熱效率和有效燃油消耗率等。⒈有效熱效率有效熱效率是實際循環的有效功與所消耗的燃料熱量的比值，記作ηe。有效熱效率越高，內燃機的經濟性越好。目前車用內燃機ηe的大致范圍：

二、經濟性指標⒉有效燃油消耗率

(單位：克/千瓦?小時、g/KW?h)

有效燃油消耗率（比油耗）是指發動機每輸出1KＷ·ｈ的有效功所消耗的燃油量，記作ｇe，單位為ｇ/KW·ｈ，即

式中：Ｇt——每小時耗油量，

Kg/h；

Pe——有效功率，ＫＷ。顯然，有效燃油消耗率越低，內燃機的經濟性越好。

三、強化指標強化指標是評價內燃機承受熱負荷和機械負荷能力的指標，一般有升功率和強化系數等。1.升功率PL定義:升功率PL是指在標定工況下，內燃機每升氣缸工作容積所發出的有效功率意義:升功率是表示內燃機工作容積有效利用程度的指標，它與ｐe和n的乘積成正比。PL越大，表征內燃機的強化程度越高，發出一定有效功率的內燃機尺寸越小，結構越緊湊。四沖程內燃機的PL值一般在下列范圍內：四沖程汽油機:22～25.8KW/L；四沖程柴油機15～40KW/L內燃機的Pme和PL值范圍內燃機Pme/MPaPL/kW·L農用柴油機0.5-0.78-15汽車用柴油機0.7-220-60強化高速柴油機1-2.920-70四沖程摩托車用汽油機0.78-1.250-70四沖程小客車用汽油機0.65-1.2540-90二沖程小型汽油機0.4-0.6520-75三、強化指標2.強化系數強化系數是平均有效壓力pme與活塞平均速度Cm的乘積，即pme﹒Cm?；钊骄俣仁乔S每轉一轉的兩個行程中，活塞速度的平均值，即（m/s）式中：S——活塞行程，m；

ｎ——內燃機的標定轉速，r/min。強化系數一方面代表了發動機功率和轉速的強化，表明了性能指標的先進性；另一方面又代表了發動機所受的熱負荷和機械負荷的大小，將影響到發動機的使用壽命和工作可靠性。三、強化指標活塞平均速度Ｃｍ一般發動機的Ｃｍ值的范圍約為：載重車用汽油機10～12（m/s）；工程機械用柴油機7～11（m/s）；載重車用柴油機9～12.5（m/s）。四、緊湊性指標緊湊性指標是用來表征發動機總體結構緊湊程度的指標，通常用比容積和比質量衡量。1．比容積發動機外廓體積與其標定功率的比值稱為比容積。2．比質量發動機的干質量與其標定功率的比值稱為比質量。干質量是指未加注燃油、機油和冷卻液的發動機質量。比容積和比質量越小，發動機結構越緊湊。第四節內燃機的性能指標五、環境指標環境指標用來評價發動機排氣品質和噪聲水平。由于它關系到人類的健康及其賴以生存的環境，因此各國政府都制定出嚴格的控制法規，以期消減發動機排氣和噪聲對環境的污染。六、可靠性指標可靠性指標是表征發動機在規定的使用條件下，正常持續工作能力的指標?？煽啃杂卸喾N評價方法，如首發故障行駛里程、平均故障間隔里程、主要零件的損壞率等。第四節內燃機的性能指標七、耐久性指標耐久性指標是指發動機主要零件磨損到不能繼續正常工作的極限時間。通常用發動機的大修里程，即發動機從出廠到第一次大修之間汽車行駛的里程數來衡量。八、工藝性指標工藝性指標是指評價發動機制造工藝性和維修工藝性好壞的指標。發動機結構工藝性好，則便于制造，便于維修，就可以降低生產成本和維修費用。一、選擇題5.平均指示壓力pi表示（）。

A．作用在活塞上的一個假想恒定的壓力

B．單位氣缸工作容積所做的指示功

C．單位氣缸容積所做的指示功

D．氣缸內的平均壓力6．直接表示氣缸中工質在一個實際循環中作功能力的是（）。

A．壓縮壓力B．平均指示壓力

C．最高爆發壓力D．平均有效壓力答案:5.A6.D一、選擇題7．平均指示壓力pi的大小主要取決于（）。

A．燃燒質量B．負荷的大小

C．氣缸容積的大小D．A+B8．內燃機的有效功率是（）。

A．氣缸內工質單位時間對曲軸所做的功

B．內燃機的曲軸輸出端輸出的功率

C．車輛行駛所需功率

D．A+B答案:7.D8.B一、選擇題9．內燃機的換氣損失功僅發生在（）。

A．增壓四沖程內燃機上B．非增壓四沖程內燃機上

C．增壓二沖程內燃機上D．非增壓二沖程內燃機上10．當內燃機空載運轉時，它的機械效率ηm為（）。

A．0．8～0．9B．0．78～0．85C．1D．011．評價內燃機作功能力的性能指標是（）。

A．平均指示壓力B．指示功率

C．平均有效壓力D．有效功率答案:9.B10.C11.D一、選擇題12．內燃機經濟性的評定參數是（）。

A．指示燃油消耗率giB．有效燃油消耗率geC．有效熱效率ηe

D．B或C13．下列關系式中，錯誤的是（）。

A．Pi=Pe/ηmB．pi=pe/ηmC．ηe=ηi．ηm