5.2.2 工作过程在线视频

同学们 大家好

我们以四冲程汽油机为例

来阐述内燃机的工作原理和工作过程

汽油机是将空气与汽油

以一定的比例混合成良好的可燃混合气

在进气行程被吸入汽缸

混合气经压缩点火

燃烧而产生热能

高温高压的气体作用于活塞顶部

推动活塞作往复直线运动

通过连杆 曲轴飞轮机构

对外输出机械能

四冲程汽油机在进气行程

压缩行程 做功行程 排气行程

完成一个工作循环

我们以汽缸容积为横坐标

汽缸内气体压力为纵坐标

构成示功图

表示活塞在不同位置时

各个行程中压力与体积的变化关系

下面结合示功图来说明

四冲程汽油机的工作过程

一 进气行程

活塞在曲轴的带动下

由上止点移至下止点

此时进气门开启

排气门关闭 曲轴转动180度

曲轴转动180度

在活塞移动过程中

汽缸容积逐渐增大

汽缸内气体的压力从pr逐渐降低到pa

汽缸内形成一定的真空度

空气和汽油的混合气

通过进气门被吸入汽缸并在汽缸内进一步混合

形成可燃混合气

由于进气系统存在阻力

进气终点

汽缸内气体压力小于大气压力

进入汽缸内的可燃混合气的温度

由于进气管 汽缸壁 活塞顶

气门和燃烧室壁

等高温零件的加热

以及与残余废气的混合

会升高到340到400K。

二 压缩行程

压缩行程时

进 排气门同时关闭

活塞从下止点向上止点运动

曲轴转动180度

活塞上移时 工作容积逐渐减小

缸内混合气受压缩后压力

和温度不断升高

到达压缩终点时其压力pc可达800到2000kPa

温度达到600到750K

三 做功行程

当活塞接近于上止点时

由火花塞点燃可燃混合气

混合气燃烧释放出大量的热能

使汽缸内气体的压力

和温度逐渐提高

燃烧最高压力达到3000到6000kPa

温度达到2200到2800K

高温高压的燃气

推动活塞从上止点向下止点运动

并通过曲柄连杆机构对外输出机械能

随着活塞下移 汽缸容积增加

气体压力和温度逐渐下降

其压力降至300到500kPa

温度降至1200到1500K

在做功行程 进气门 排气门均关闭

曲轴转动180度

四 排气行程

排气行程时 排气门开启

进气门关闭

活塞从下止点向上止点运动

曲轴转动180度排气门开启时

燃烧后的废气

一方面在汽缸内外压差作用下

向缸外排出

另一方面通过活塞的排挤作用

向缸外排气

由于排气系统的阻力作用

排气终点的压力稍高于大气压力

排气终点温度约为900到1100K

活塞运动到上止点时

燃烧室中仍留有

一定容积的废气无法排出

这部分废气叫残余废气

四冲程柴油机和汽油机相似

每个工作循环

也是由进气行程 压缩行程

做功行程和排气行程组成

由于柴油机以柴油作燃料

与汽油相比

柴油自燃温度低

黏度大不易蒸发

因而柴油机采用压缩终点自燃着火

其工作过程 及系统结构

与汽油机有所不同 在进气行程中

进入汽缸的工质是纯空气

由于柴油机进气系统的阻力较小

进气终点压力稍高

进气终点温度300到340K

比汽油机低

在压缩行程中

由于压缩的工质是纯空气

因此柴油机的压缩比

要比汽油机高很多

压缩终点的压力为3000到5000kPa

压缩终点的温度为750到1000K

大大超过柴油的自燃温度

柴油的自然温度大约520K

在做功行程中

当压缩行程接近终了时

在高压油泵作用下

将柴油以10MPa左右的高压

通过喷油器喷入汽缸燃烧室中

在很短的时间内与空气混合

立即自行发火燃烧

汽缸内气体的压力急速上升

最高达到5000到9000kPa

最高温度达1800到2000K

由于柴油机是靠压缩自行着火燃烧

故称柴油机为压燃式发动机

在排气行程

柴油机的排气与汽油机基本相同

只是排气温度比汽油机略低

一般在700到900K左右

汽油和柴油在蒸发性

和流动性上的差别

使得两种发动机的

混合气形成方式不同

除了缸内汽油直接喷射的汽油机外

目前大部分汽油机的可燃混合气

是在汽缸外部准备好的

而柴油的可燃混合气

是在汽缸内部形成的

两种内燃机在可燃混合气

着火方式上不同

汽油机的可燃混合气

由电火花强制点火燃烧

而柴油机的可燃混合气

则在高温高压环境下自行着火燃烧

俗称压燃

汽油机的压缩比受到汽油爆燃的限制

而柴油机压缩的是空气

压缩比要比汽油机高

燃气膨胀充分

膨胀终了的气体温度较低

热量利用率高

热效率可以达到40%左右

而汽油机只有30%左右

所以柴油机燃油消耗率低

由于柴油机压缩比高

不仅造成启动困难

而且零件所受的机械负荷大

与相同功率的汽油机相比

柴油机的体积大 质量重

制造和维修成本高

运转时振动和噪声较大

由于柴油机的柴油

与空气在汽缸内混合时间极短

通常需要比理论空气量多的过量空气

因此废气中的一氧化碳含量 比汽油机低

由于柴油在汽缸内能充分燃烧

所以总的碳氢化合物排放量

比汽油机低得多

但柴油机的氮氧化合物

和颗粒排放量较高

此外 由于柴油机的燃油经济性好

相应的二氧化碳排放量

也比汽油机低一些

汽油机具有质量轻 体积小

升功率高 噪声小 启动性能好

制造和维修成本低等特点

在汽车上 特别在乘用车上 得到广泛应用

自20世纪70年代以来

人们对环境污染

和能源问题的日益重视

低油耗 低排放的柴油机

在各种货车和中型以上客车中

得到越来越多的应用

并且在乘用车上也有所应用