內(nèi)燃機(jī)工作原理

1、 內(nèi)燃機(jī)工作特點(diǎn)是，燃料在氣缸內(nèi)燃燒，所產(chǎn)生的燃?xì)庵苯油苿踊钊鞴?。下面，以圖示的汽油機(jī)為例加以說明。 開始，活塞向下移動，進(jìn)氣閥開啟，排氣閥關(guān)閉，汽油與空氣的混合氣進(jìn)入氣缸。當(dāng)活塞到達(dá)最低位置后，改變運(yùn)動方向而向上移動，這時進(jìn)排氣閥關(guān)閉，缸內(nèi)氣體受到壓縮。壓縮終了，電火花塞將燃料氣點(diǎn)燃。燃料燃燒所產(chǎn)生的燃?xì)庠诟變?nèi)膨脹，向下推動活塞而作功。當(dāng)活塞再次上行時，進(jìn)氣閥關(guān)閉，排氣閥打開，作功后的煙氣排向大氣。重復(fù)上述壓縮、燃燒，膨脹，排氣等過程，周期循環(huán)，不斷地將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。內(nèi)燃機(jī)工作原理簡述內(nèi)燃機(jī)（Internal combustion engine）是一種熱機(jī)，它將

2、液體或氣體燃料與空氣混合后，直接輸入機(jī)器內(nèi)部燃燒產(chǎn)生熱能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。內(nèi)燃發(fā)動機(jī).jpg (35.3 KB)2009-10-23 15:36內(nèi)燃機(jī)具有體積小、質(zhì)量小、便于移動、熱效率高、起動性能好的特點(diǎn)。但是內(nèi)燃機(jī)一般使用石油燃料，同時排出的廢氣中含有害氣體的成分較高。往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的工作腔稱作氣缸，氣缸內(nèi)表面為圓柱形。在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動的活塞通過活塞銷與連桿的一端鉸接，連桿的另一端則與曲軸相連，構(gòu)成曲柄連桿機(jī)構(gòu)。因此，當(dāng)活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動時，連桿便推動曲軸旋轉(zhuǎn)，或者相反。同時，工作腔的容積也在不斷的由最小變到最大，再由最大變到最小，如此循環(huán)不已。氣缸的頂端用氣缸蓋封閉。在氣缸蓋上裝有

3、進(jìn)氣門和排氣門，進(jìn)、排氣門是頭朝下尾朝上倒掛在氣缸頂端的。通過進(jìn)、排氣門的開閉實(shí)現(xiàn)向氣缸內(nèi)充氣和向氣缸外排氣。進(jìn)、排氣門的開閉由凸輪軸控制。凸輪軸由曲軸通過齒形帶或齒輪或鏈條驅(qū)動。進(jìn)、排氣門和凸輪軸以及其他一些零件共同組成配氣機(jī)構(gòu)。通常稱這種結(jié)構(gòu)形式的配氣機(jī)構(gòu)為頂置氣門配氣機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)代汽車內(nèi)燃機(jī)無一例外地都采用頂置氣門配氣機(jī)構(gòu)。構(gòu)成氣缸的零件稱作氣缸體，支承曲軸的零件稱作曲軸箱，氣缸體與曲軸箱的連鑄體稱作機(jī)體。甲，基本術(shù)語1. 工作循環(huán)活塞式內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣等四個工作過程組成的封閉過程。周而復(fù)始地進(jìn)行這些過程，內(nèi)燃機(jī)才能持續(xù)地作功2.上、下止點(diǎn)見下圖：上止點(diǎn)與下止點(diǎn).j

4、pg (31.64 KB)2009-10-23 15:36活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處為上止點(diǎn)；活塞頂離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處為下止點(diǎn)。在上、下止點(diǎn)處，活塞的運(yùn)動速度為零。3.活塞行程上、下止點(diǎn)間的距離 S 稱為活塞行程。曲軸的回轉(zhuǎn)半徑 R 稱為曲柄半徑。顯然，曲軸每回轉(zhuǎn)一周，活塞移動兩個活塞行程。對于氣缸中心線通過曲軸回轉(zhuǎn)中心的內(nèi)燃機(jī)，其 S2R 。4.氣缸工作容積上、下止點(diǎn)間所包容的氣缸容積稱為氣缸工作容積。5.內(nèi)燃機(jī)排量內(nèi)燃機(jī)所有氣缸工作容積的總和稱為內(nèi)燃機(jī)排量。6.燃燒室容積活塞位于上止點(diǎn)時，活塞頂面以上氣缸蓋底面以下所形成的空間稱為燃燒室，其容積稱為燃燒室容積，也叫壓縮容積。7.氣缸總?cè)莘e

5、氣缸工作容積與燃燒室容積之和為氣缸總?cè)莘e。8.壓縮比氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比 e 。 壓縮比的大小表示活塞由下止點(diǎn)運(yùn)動到上止點(diǎn)時，氣缸內(nèi)的氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮終了時氣缸內(nèi)的氣體壓力和溫度就越高。9.工況內(nèi)燃機(jī)在某一時刻的運(yùn)行狀況簡稱工況，以該時刻內(nèi)燃機(jī)輸出的有效功率和曲軸轉(zhuǎn)速表示。曲軸轉(zhuǎn)速即為內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速。10.負(fù)荷率內(nèi)燃機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下發(fā)出的有效功率與相同轉(zhuǎn)速下所能發(fā)出的最大有效功率的比值稱為負(fù)荷率，以百分?jǐn)?shù)表示。負(fù)荷率通常簡稱負(fù)荷。乙，四沖程內(nèi)燃機(jī)工作原理一、四沖程汽油機(jī)的工作原理 四沖程汽油機(jī)是由進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣完成一個工作循環(huán)的，如圖所示為單缸四沖程汽油機(jī)工

6、作原理示意圖。 四沖程汽油機(jī)工作原理示意圖.jpg (25.79 KB)2009-10-23 15:361.進(jìn)氣行程 (1)活塞由曲軸帶動從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動。 (2)進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉。 (3)由于活塞下移，活塞上腔容積增大，形成一定真空度，在真空吸力的作用下，空氣與汽油形成的混合氣，經(jīng)進(jìn)氣門被吸入氣缸，至活塞運(yùn)動到下止點(diǎn)時，進(jìn)氣門關(guān)閉，停止進(jìn)氣，進(jìn)氣行程結(jié)束。 2.壓縮行程 (1)活塞在曲軸的帶動下，從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動。 (2)進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。 (3)隨著活塞上移、活塞上腔容積不斷減小，混合氣被壓縮，至活塞到達(dá)上止點(diǎn)時，壓縮行程結(jié)束。 在壓縮過程中，氣體壓力和溫度同時升高。壓縮終了

7、時，氣缸內(nèi)的壓力約為6001500kPa，溫度約為600K800K，遠(yuǎn)高于汽油的點(diǎn)燃溫度 (約263K) 。 3.作功行程 (1)壓縮行程末，火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的可燃混合氣，并迅速著火燃燒，氣體產(chǎn)生高溫、高壓，在氣體壓力的作用下，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，再通過連桿驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)向外輸出作功，至活塞運(yùn)動到下止點(diǎn)時，作功行程結(jié)束。 (2)作功行程，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。 在作功過程中，開始階段氣缸內(nèi)氣體壓力、溫度急劇上升，瞬時壓力可達(dá)3MPa5MPa，瞬時溫度可達(dá)2200K2800K。隨著活塞的下移，壓力、溫度下降，作功行程終了時，壓力約為300kPa500kPa，溫度約為1500K1700

8、K。 4.排氣行程 (1)在作功行程終了時，排氣門被打開，活塞在曲軸的帶動下由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動。 (2)廢氣在自身的剩余壓力和活塞的驅(qū)趕作用下，自排氣門排出氣缸，至活塞運(yùn)動到上止點(diǎn)時，排氣門關(guān)閉，排氣行程結(jié)束。 排氣終了時，由于燃燒室容積的存在，氣缸內(nèi)還存有少量廢氣，氣體壓力也因排氣門和排氣道等有阻力而高于大氣壓。此時，壓力約為105kPa125kPa，溫度約為900K1200K。 排氣行程結(jié)束后，進(jìn)氣門再次開啟，又開始了下一個工作循環(huán)，如此周而復(fù)始，發(fā)動機(jī)就自行運(yùn)轉(zhuǎn)。 二、四沖程柴油機(jī)的工作原理 如圖所示，四沖程柴油機(jī)和四沖程汽油機(jī)工作原理一樣，每個工作循環(huán)也是由進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣四個

9、行程所組成。但柴油和汽油性質(zhì)不同，柴油機(jī)在可燃混合氣的形成、著火方式等與汽油機(jī)有較大區(qū)別。下面主要介紹與汽油機(jī)工作原理不同之處。 四沖程柴油機(jī)工作原理示意圖.jpg (36.93 KB)2009-10-23 15:361.進(jìn)氣行程 進(jìn)氣行程，不同于汽油機(jī)的是進(jìn)入氣缸的不是混合氣，而是純空氣。2.壓縮行程 (1)壓縮行程壓縮的是純空氣。 (2)由于柴油機(jī)壓縮比大，壓縮終了的溫度和壓力都比汽油機(jī)高，壓力可達(dá)3MPa5MPa，溫度可達(dá)800K1000K。 注：點(diǎn)燃溫度是指燃料在空氣中移近火焰時，其表面上的燃料蒸氣能夠被點(diǎn)著的最低環(huán)境溫度。汽油的點(diǎn)燃溫度很低，約為263K，柴油的點(diǎn)燃溫度高，約為313

10、K359K。 自燃溫度是指燃料不與火焰接近，能夠自行燃燒的最低環(huán)境溫度；柴油的自燃溫度低，約為473K573K，汽油的自燃溫度高，約為653K。 3.作功行程 (1)壓縮行程末，噴油泵將高壓柴油經(jīng)噴油器呈霧狀噴入氣缸內(nèi)的高溫空氣中，迅速汽化并與空氣形成可燃混合氣。因為此時氣缸內(nèi)的溫度遠(yuǎn)高于柴油的自燃溫度(約500K左右)，柴油自行著火燃燒，且以后的一段時間內(nèi)邊噴邊燃燒，氣缸內(nèi)的溫度、壓力急劇升高，推動活塞下行作功。 (2)作功行程中，瞬時壓力可達(dá)5MPa10MPa，瞬時溫度可達(dá)1800K2200K；作功終了，壓力約為200kPa400kPa，溫度約為1200K1500K。 4.排氣行程 排氣行

11、程與汽油機(jī)排氣行程基本相同。 由上述四沖程汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作原理可知： 1)兩種發(fā)動機(jī)工作循環(huán)的基本內(nèi)容相似，其共同特點(diǎn)是： (1)每個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)(720)每一行程曲軸轉(zhuǎn)半轉(zhuǎn)(180)，進(jìn)氣行程是進(jìn)氣門開啟，排氣行程是排氣門開啟，其余兩個行程進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。 (2)四個行程中，只有作功行程產(chǎn)生動力，其它三個行程是為作功行程做準(zhǔn)備工作的輔助行程，雖然作功行程是主要行程，但其它三個行程也不可缺少。 (3)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的第一個循環(huán)，必須有外力使曲軸旋轉(zhuǎn)完成進(jìn)氣、壓縮行程，著火后，完成作功行程，依靠曲軸和飛輪貯存的能量便可自行完成以后的行程，以后的工作循環(huán)發(fā)動機(jī)無需外力就可自行完成。 2)兩

12、種發(fā)動機(jī)工作循環(huán)的主要不同之處是： (1)汽油機(jī)的汽油和空氣在氣缸外混合，進(jìn)氣行程進(jìn)入氣缸的是可燃混合氣。而柴油機(jī)進(jìn)氣行程進(jìn)入氣缸的是純空氣，柴油是在作功行程開始階段噴入氣缸，在氣缸內(nèi)與空氣混合，即混合形成方式不同。 (2)汽油機(jī)用電火花點(diǎn)燃混合氣，而柴油機(jī)是用高壓將柴油噴入氣缸內(nèi)，靠高溫氣體加熱自行著火燃燒，即著火方式不同。所以汽油機(jī)有點(diǎn)火系，而柴油機(jī)則無點(diǎn)火系。丙，二沖程發(fā)動機(jī)工作原理 一，二沖程汽油機(jī)的工作原理 二沖程汽油機(jī)完成一個工作循環(huán)也需向缸內(nèi)引入可燃混合氣，然后將其壓縮，著火作功后再將燃燒后的廢氣排到大氣中去，但它完成上述工作是在活塞往復(fù)運(yùn)動兩個行程完成的。 1. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：如圖

13、所示，在氣缸上開三個口，排氣口位于作功時活塞全行程的三分之二處，它稍高于換氣口，進(jìn)氣口在氣缸的下部。其工作原理如下： 二沖程汽油機(jī)工作原理示意圖.jpg (47.52 KB)2009-10-23 15:362. 工作原理 第一行程活塞在曲軸的帶動下由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動 (1)壓縮當(dāng)活塞上行到將換氣口、排氣口關(guān)閉時，已進(jìn)入氣缸的混合氣被壓縮，直到活塞運(yùn)動到上止點(diǎn)、壓縮行程便結(jié)束。 (2)換氣隨著活塞上行，曲軸箱容積增大，形成一定的真空度，當(dāng)活塞上行到進(jìn)氣口露出時，化油器供應(yīng)的新鮮混合氣在真空吸力的作用下被吸入曲軸箱內(nèi)。 第二行程活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動 (1)作功當(dāng)活塞上行到接近上止點(diǎn)時，火花塞

14、產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃缸內(nèi)的可燃混合氣，混合氣著火燃燒產(chǎn)生高溫、高壓，在氣壓的作用下，活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，帶動曲軸旋轉(zhuǎn)向外輸出作功。 (2)曲軸箱內(nèi)混合氣預(yù)壓當(dāng)活塞下移到將進(jìn)氣口堵死時，隨著活塞繼續(xù)下移，曲軸箱內(nèi)的新鮮混合氣被預(yù)壓。 (3)排廢氣與換氣當(dāng)活塞下行到排氣口露出時，燃燒后的廢氣在自身壓力下經(jīng)排氣口排出氣缸，緊接著換氣口開啟，曲軸箱內(nèi)被預(yù)壓的混合氣經(jīng)換氣口進(jìn)入氣缸。這一過程稱為：“換氣過程”，它一直延續(xù)到下一個行程活塞上行到將換氣口、排氣口關(guān)閉為止。 由上述可知，第一行程活塞上方進(jìn)行換氣、壓縮，活塞下方進(jìn)氣；第二行程活塞上方進(jìn)行作功、換氣，活塞下方混合氣被預(yù)壓，換氣過程縱跨兩個行程。

15、 排氣口位置稍高于換氣口，這樣可使作功行程將要結(jié)束時，排氣口首先露出，氣缸內(nèi)的廢氣在殘壓的作用下迅速排出，既有利于排氣干凈，也可使氣缸內(nèi)壓力迅速降低，便于當(dāng)換氣口露出時，新鮮混合氣進(jìn)入氣缸。 活塞頂部通常做成特殊形狀，以便將從換氣口進(jìn)入氣缸的新鮮混合氣引到氣缸的上部。這樣既可防止新鮮混合氣混入廢氣內(nèi)，隨廢氣一起排出氣缸，又可驅(qū)趕廢氣，使排氣更加徹底。事實(shí)上，盡管如此，要完全避免新鮮混合氣不隨廢氣排出是不可能的，故二沖程汽油機(jī)的換氣“品質(zhì)”差。二，兩沖程柴油機(jī)工作原理 兩沖程柴油機(jī)工作原理同兩沖程汽油機(jī)工作原理有很多相似之處，所不同的是：二沖程柴油機(jī)工作原理示意圖.jpg (51.22 KB)2

16、009-10-23 15:36 1.進(jìn)入氣缸的不是混合氣，而是純空氣。 2.有換氣泵將空氣壓入氣缸。新鮮空氣由換氣泵提高壓力(約120kPa140kPa)，后經(jīng)氣缸外部的空氣室和氣缸上的進(jìn)氣口進(jìn)入氣缸內(nèi)。 3.當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時，噴油器向缸內(nèi)噴入霧狀柴油，柴油迅速與空氣混合形成可燃混合氣并自行著火燃燒。 4.廢氣由專設(shè)的排氣門排出。兩沖程發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)： 比較四沖程發(fā)動機(jī)與兩沖程發(fā)動機(jī)的工作原理可以看出，兩沖程發(fā)動機(jī)具有以下特點(diǎn)： 1.四沖程發(fā)動機(jī)的進(jìn)、排氣是兩個分開的專門過程，而兩沖程發(fā)動機(jī)單純的排氣(或進(jìn)氣)時間極短，主要是一個幾乎完全重疊的，以新鮮氣體清掃廢氣的換氣過程。這樣的換氣過程不可避免地會發(fā)生新鮮氣體和廢氣混合，造成廢氣難以排凈和新鮮氣體隨廢氣排出的后果。 2.完成一個工作循環(huán)，兩沖程發(fā)動機(jī)只需轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，而四沖程發(fā)動機(jī)需要轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)發(fā)動機(jī)工作容積、壓縮比和轉(zhuǎn)速相等時，從理論上講，兩沖程發(fā)動機(jī)的功率應(yīng)為四沖程發(fā)動機(jī)功率的兩倍，但實(shí)際上，只有1.51.6倍，這是由于兩沖程發(fā)動機(jī)難以將廢氣排凈，以及為了安排換氣過程