天然气发动机基本结构及工作原理天然气发动机基本结构及工作原理主讲人：宋浩勇主讲人：宋浩勇天然气基本知识天然气基本知识天然气在室内空气中的含量达到天然气在室内空气中的含量达到5%5%--15%15%时时,,一遇明火或高温物体一遇明火或高温物体,,甚至开关电灯甚至开关电灯时所产生的电火花时所产生的电火花,,都可引起门窗紧闭的房都可引起门窗紧闭的房间发生爆炸。间发生爆炸。天然气中含有少量的硫化氢气体天然气中含有少量的硫化氢气体,,国家国家相关规范要求有关规范要求,,一立方米天然气中硫化氢含一立方米天然气中硫化氢含量小于或等于量小于或等于2020毫克毫克,,它具有臭皮蛋气味它具有臭皮蛋气味,,并且硫化氢气体还是一种强烈的神经性毒物。且硫化氢气体还是一种强烈的神经性毒物。四懂：懂结构；懂原理；懂性能；懂用途。四懂：懂结构；懂原理；懂性能；懂用途。三会：会使用；会维护保养；会排除一些故障。三会：会使用；会维护保养；会排除一些故障。压缩机组维护保养十字作业法压缩机组维护保养十字作业法清洁、润滑、紧固、密封、防腐清洁、润滑、紧固、密封、防腐发动机基本知识发动机基本知识发动机分类发动机分类发动机工作原理发动机工作原理发动机结构发动机结构发动机的分类发动机是将某一种形式的能量转变成机械能的机器。按燃料的使用不同分汽油机柴油机一、发动机的定义：二、发动机的分类：目前我们接触的大多是往复活塞式内燃机。它将燃料在发动机气缸内部进行燃烧，把产生的热能转变成机械能。气体燃料发动机二二发动机工作原理发动机工作原理把热能转换为机械能的发动机称为热力发动机，简称把热能转换为机械能的发动机称为热力发动机，简称热机。供热机使用的能源，主要来自于燃料燃烧释放的热机。供热机使用的能源，主要来自于燃料燃烧释放的能量。根据燃料燃烧过程所处的位置不同，热机可分为能量。根据燃料燃烧过程所处的位置不同，热机可分为外燃机和内燃机两大类。燃料在发动机内部进行燃烧的外燃机和内燃机两大类。燃料在发动机内部进行燃烧的热机，叫做内燃机。典型的往复式内燃机一般将燃料热机，叫做内燃机。典型的往复式内燃机一般将燃料（汽油、柴油或天然气）引入气缸内直接燃烧产生高温、（汽油、柴油或天然气）引入气缸内直接燃烧产生高温、高压的燃气，再通过燃气在气缸内的膨胀，推动活塞作高压的燃气，再通过燃气在气缸内的膨胀，推动活塞作功，活塞的往复运动由连杆传给曲轴，使曲轴旋转而输功，活塞的往复运动由连杆传给曲轴，使曲轴旋转而输出机械功。出机械功。四冲程发动机的四个工作过程是：四冲程发动机的四个工作过程是：吸气冲程、压缩冲程、吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程做功冲程、排气冲程定义：定义：活塞顶离曲轴旋转中心最远（近活塞顶离曲轴旋转中心最远（近))处。即活塞的最高（低）位置。即活塞的最高（低）位置。22、活塞行程、活塞行程SS定义：定义：活塞上、下止点之间的距离。活塞上、下止点之间的距离。若曲柄半径为若曲柄半径为RR，则：，则：SS＝＝2R2R33、气缸工作容积（气缸排量）、气缸工作容积（气缸排量）VhVh定义：定义：活塞从上止点到下止点所扫过的容积。活塞从上止点到下止点所扫过的容积。常作为表征内燃机尺寸大小及动力性能的主要结构常作为表征内燃机尺寸大小及动力性能的主要结构参数之一。参数之一。44、发动机排量（发动机工作容积）、发动机排量（发动机工作容积）VLVL定义：定义：发动机各气缸工作容积的总和。发动机各气缸工作容积的总和。定义式：定义式：ii--汽缸数汽缸数DD--汽缸直径汽缸直径,,ccmS--活塞行程，活塞行程，ccmm55、燃烧室容积、燃烧室容积VcVc定义：定义：活塞在上止点时，活塞顶以上的空间容积活塞在上止点时，活塞顶以上的空间容积..66、、气缸总容积气缸总容积VcVc定义：定义：活塞在下止点时活塞在下止点时，，活塞顶以上的空间容积活塞顶以上的空间容积。。定义式：定义式：VaVa＝＝VhVh＋＋VcVc77、、压缩比压缩比εε定义：定义：气缸总容积与燃烧室容积的比值气缸总容积与燃烧室容积的比值。。定义式：定义式：εε＝＝Va/Va/Vc=Vc=11+Vh/Vc+Vh/Vc压缩比是发动机的重要性能参数压缩比是发动机的重要性能参数。。88、工况、工况定义：定义：内燃机在某一时刻的运作状况。内燃机在某一时刻的运作状况。表示方法：表示方法：有效功率和曲轴转速。有效功率和曲轴转速。99、负荷率、负荷率定义定义：：内燃机在某一转速下发出有效功率与相同转内燃机在某一转速下发出有效功率与相同转速下所能发出最大有效功率的比值。速下所能发出最大有效功率的比值。四冲程内燃机工作原理四冲程内燃机工作原理11、吸气冲程：目的是吸、吸气冲程：目的是吸入新鲜空气，为燃料燃入新鲜空气，为燃料燃烧准备好。活塞从上烧准备好。活塞从上止点向下运动，进气门止点向下运动，进气门被配气机构强行打开，被配气机构强行打开，气缸内形成真空，空气气缸内形成真空，空气通过进气门被吸入气缸。通过进气门被吸入气缸。四冲程内燃机工作原理四冲程内燃机工作原理22、压缩冲程：目的是提、压缩冲程：目的是提高气缸内空气的压力和高气缸内空气的压力和温度，为燃烧创造有利温度，为燃烧创造有利的条件。活塞从下止点的条件。活塞从下止点向上运动，由于进气门向上运动，由于进气门被关闭，所以，气缸里被关闭，所以，气缸里的空气被压缩，压力和的空气被压缩，压力和温度上升。升高的程度温度上升。升高的程度与压缩程度相关联。与压缩程度相关联。四冲程内燃机工作原理四冲程内燃机工作原理33、做功冲程：在活塞运、做功冲程：在活塞运行到上止点之前和以行到上止点之前和以后的一段时间里，燃后的一段时间里，燃料在气缸里进行了燃料在气缸里进行了燃烧，使气缸里的温度烧，使气缸里的温度和压力更加急剧升高。和压力更加急剧升高。气缸里高温度高压力气体气缸里高温度高压力气体的膨胀推动活塞向下的膨胀推动活塞向下运动，直到下止点。运动，直到下止点。四冲程内燃机工作原理四冲程内燃机工作原理44、排气冲程：目的是、排气冲程：目的是清除气缸里的废气。清除气缸里的废气。活塞由下止点向上活塞由下止点向上止点运行，配气机止点运行，配气机构强行打开排气门，构强行打开排气门，气缸内的废气压力气缸内的废气压力大于外界空气压力，大于外界空气压力，废气通过排气门排废气通过排气门排三发动机结构发动机结构曲柄连杆机构曲柄连杆机构配气机构配气机构燃料系统燃料系统启动系统启动系统点火系统点火系统润滑系统润滑系统冷却系统冷却系统11、曲柄连杆机构、曲柄连杆机构曲柄连杆机构是发动机进行热功转换曲柄连杆机构是发动机进行热功转换和运动形式转换的主要机构，其工作原理和运动形式转换的主要机构，其工作原理 是：进入发动机气缸内的燃料混合气，被 是：进入发动机气缸内的燃料混合气，被 火花塞点燃后膨胀作功，推动活塞向下运 火花塞点燃后膨胀作功，推动活塞向下运 动，活塞通过连杆使曲轴旋转，曲轴旋转 动，活塞通过连杆使曲轴旋转，曲轴旋转 再通过连杆使其它气缸的活塞完成辅助行 再通过连杆使其它气缸的活塞完成辅助行 程。这样周而复始，气体燃烧做功带动曲 程。这样周而复始，气体燃烧做功带动曲 轴旋转，向外输出动力。 轴旋转，向外输出动力。 11、曲柄连杆机构 、曲柄连杆机构 曲柄连杆机构示意图曲柄连杆机构示意图 11、曲柄连杆机构 、曲柄连杆机构 曲柄连杆机构最重要的包含气缸、活塞、连 曲柄连杆机构最重要的包含气缸、活塞、连 杆、曲轴、飞轮和轴承及密封件等。 杆、曲轴、飞轮和轴承及密封件等。 11）缸数：天然气发动机常用缸数有 ）缸数：天然气发动机常用缸数有66、、88、、12 12、、16 16 缸。一般来说，在同等缸径下，缸数越多，排量 缸。一般来说，在同等缸径下，缸数越多，排量 越大，功率越高；在同等排量下，缸数越多，缸 越大，功率越高；在同等排量下，缸数越多，缸 径越小，转速能大大的提升，从而获得较大的提升功 径越小，转速能大大的提升，从而获得较大的提升功 22）缸体）缸体 气缸体的主要功用是用来安装气缸套。为保证气 气缸体的主要功用是用来安装气缸套。为保证气 缸套在高温燃气的作用下能战场地工作，必须 缸套在高温燃气的作用下能战场地工作，必须 具有可靠的冷却条件，有风冷式气缸体和水冷式 具有可靠的冷却条件，有风冷式气缸体和水冷式 气缸体。 气缸体。 33）气缸套 ）气缸套 气缸套是指在缸体内为活塞往复运动作导向而单独制成的零件。 气缸套是指在缸体内为活塞往复运动作导向而单独制成的零件。 气缸套的最大的作用是：与气缸头、活塞形成气体压缩、燃烧和膨胀的空间， 气缸套的最大的作用是：与气缸头、活塞形成气体压缩、燃烧和膨胀的空间， 以实现发动机工作循环过程； 以实现发动机工作循环过程； 对活塞往复运动起导向作用；对活塞往复运动起导向作用； 向周围冷却介质（空气或冷却液）传递一部分热量，以保证活塞组和缸套向周围冷却介质（空气或冷却液）传递一部分热量，以保证活塞组和缸套 本身在高温、高压环境下正常工作。 本身在高温、高压环境下正常工作。 发动机工作时气缸套内表面直接与高温、高压燃气接触，燃气最高温度可发动机工作时气缸套内表面直接与高温、高压燃气接触，燃气最高温度可 达达2000 2000左右，还要受到进气过程冷空气及外表面冷却液的低温作用，使 左右，还要受到进气过程冷空气及外表面冷却液的低温作用，使 气缸套受到相当大的机械应力和热应力；同时，在润滑条件不良的情况下， 气缸套受到相当大的机械应力和热应力；同时，在润滑条件不良的情况下， 活塞沿其表面高速运动，使其受到强烈的磨损；燃气对气缸套内表面的化 活塞沿其表面高速运动，使其受到强烈的磨损；燃气对气缸套内表面的化 学作用，冷却液对气缸套外表面穴蚀作用，使其产生严重的穴蚀和腐蚀。 学作用，冷却液对气缸套外表面穴蚀作用，使其产生严重的穴蚀和腐蚀。 由此可见，气缸套工作条件十分恶劣，是发动机上最容易损坏的零件之一。 由此可见，气缸套工作条件十分恶劣，是发动机上最容易损坏的零件之一。 气缸套使用的可靠性与耐久性，在很大程度上决定着发动机的常规使用的寿命。 气缸套使用的可靠性与耐久性，在很大程度上决定着发动机的常规使用的寿命。 活塞组的作用是与缸头和缸套共同组成所需 活塞组的作用是与缸头和缸套共同组成所需 形状的燃烧室；保证气缸内部空间的密闭性，承 形状的燃烧室；保证气缸内部空间的密闭性，承 受气缸内气体的压力，并将此压力通过活塞销和 受气缸内气体的压力，并将此压力通过活塞销和 连杆传给曲轴，变活塞往复运动为曲轴旋转运动。 连杆传给曲轴，变活塞往复运动为曲轴旋转运动。 活塞直接与高温、高压燃气接触，而且又作高速 活塞直接与高温、高压燃气接触，而且又作高速 往复运动，因此要求活塞的材料应拥有非常良好的导 往复运动，因此要求活塞的材料应拥有非常良好的导 热性和较小的膨胀系数，且在有充足强度的同 热性和较小的膨胀系数，且在有充足强度的同 时尽可能减轻质量，同时要求活塞还应拥有非常良好 时尽可能减轻质量，同时要求活塞还应拥有非常良好 的耐磨性。活塞组是发动机中工作条件最严酷的 的耐磨性。活塞组是发动机中工作条件最严酷的 组件，发动机的活塞通常是由特殊的合金材料铸 组件，发动机的活塞通常是由特殊的合金材料铸 造而成。 造而成。 活塞示意图活塞示意图 活塞顶部是盘状的，形成一个凹型，即开放式的燃烧室。在活塞顶部活塞顶部是盘状的，形成一个凹型，即开放式的燃烧室。在活塞顶部 下面有一空腔，以给润滑油一合适的循环空间，冷却活塞顶，以免过 下面有一空腔，以给润滑油一合适的循环空间，冷却活塞顶，以免过