内燃机结构和原理?如题

内燃机结构和原理?如题
内燃机结构和原理?如题

内燃机结构和原理?如题
广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机,也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等,但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机. 活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍.活塞式内燃机将燃料和空气混合,在其气缸内燃烧,释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气.燃气膨胀推动活塞作功,再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出,驱动从动机械工作. 常见的有柴油机和汽油机,通过将内能转化为机械能,是通过做功改变内能. 一：结构与组成 往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动装置等. 气缸是一个圆筒形金属机件.密封的气缸是实现工作循环、产生动力的源地.各个装有气缸套的气缸安装在机体里,它的顶端用气缸盖封闭着.活塞可在气缸套内往复运动,并从气缸下部封闭气缸,从而形成容积作规律变化的密封空间.燃料在此空间内燃烧,产生的燃气动力推动活塞运动.活塞的往复运动经过连杆推动曲轴作旋转运动,曲轴再从飞轮端将动力输出.由活塞组、连杆组、曲轴和飞轮组成的曲柄连杆机构是内燃机传递动力的主要部分. 活塞组由活塞、活塞环、活塞销等组成.活塞呈圆柱形,上面装有活塞环,借以在活塞往复运动时密闭气缸.上面的几道活塞环称为气环,用来封闭气缸,防止气缸内的气体漏泄,下面的环称为油环,用来将气缸壁上的多余的润滑油刮下,防止润滑油窜入气缸.活塞销呈圆筒形,它穿入活塞上的销孔和连杆小头中,将活塞和连杆联接起来.连杆大头端分成两半,由连杆螺钉联接起来,它与曲轴的曲柄销相连.连杆工作时,连杆小头端随活塞作往复运动,连杆大头端随曲柄销绕曲轴轴线作旋转运动,连杆大小头间的杆身作复杂的摇摆运动. 曲轴的作用是将活塞的往复运动转换为旋转运动,并将膨胀行程所作的功,通过安装在曲轴后端上的飞轮传递出去.飞轮能储存能量,使活塞的其他行程能正常工作,并使曲轴旋转均匀.为了平衡惯性力和减轻内燃机的振动,在曲轴的曲柄上还适当装置平衡质量. 二：原理 气缸盖中有进气道和排气道,内装进、排气门.新鲜充量(即空气或空气与燃料的可燃混合气)经空气滤清器、进气管、进气道和进气门充入气缸.膨胀后的燃气经排气门、排气道和排气管,最后经排气消声器排入大气.进、排气门的开启和关闭是由凸轮轴上的进、排气凸轮,通过挺柱、推杆、摇臂和气门弹簧等传动件分别加以控制的,这一套机件称为内燃机配气机构.通常由空气滤清器、进气管、排气管和排气消声器组成进排气系统. 为了向气缸内供入燃料,内燃机均设有供油系统.汽油机通过安装在进气管入口端的化油器将空气与汽油按一定比例(空燃比)混合,然后经进气管供入气缸,由汽油机点火系统控制的电火花定时点燃.柴油机的燃油则通过柴油机喷油系统喷入燃烧室,在高温高压下自行着火燃烧. 内燃机气缸内的燃料燃烧使活塞、气缸套、气缸盖和气门等零件受热,温度升高.为了保证内燃机正常运转,上述零件必须在许可的温度下工作,不致因过热而损坏,所以必须备有冷却系统. 内燃机不能从停车状态自行转入运转状态,必须由外力转动曲轴,使之起动.这种产生外力的装置称为起动装置.常用的有电起动、压缩空气起动、汽油机起动和人力起动等方式. 内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等过程组成.这些过程中只有膨胀过程是对外作功的过程,其他过程都是为更好地实现作功过程而需要的过程.按实现一个工作循环的行程数,工作循环可分为四冲程和二冲程两类. 四冲程是指在进气、压缩、做功（膨胀）和排气四个行程内完成一个工作循环,此间曲轴旋转两圈.进气行程时,此时进气门开启,排气门关闭.流过空气滤清器的空气,或经化油器与汽油混合形成的可燃混合气,经进气管道、进气门进入气缸；压缩行程时,气缸内气体受到压缩,压力增高,温度上升；膨胀行程是在压缩上止点前喷油或点火,使混合气燃烧,产生高温、高压,推动活塞下行并作功；排气行程时,活塞推挤气缸内废气经排气门排出.此后再由进气行程开始,进行下一个工作循环. 二冲程是指在两个行程内完成一个工作循环,此期间曲轴旋转一圈.首先,当活塞在下止点时,进、排气口都开启,新鲜充量由进气口充入气缸,并扫除气缸内的废气,使之从排气口排出；随后活塞上行,将进、排气口均关闭,气缸内充量开始受到压缩,直至活塞接近上止点时点火或喷油,使气缸内可燃混合气燃烧；然后气缸内燃气膨胀,推动活塞下行做功；当活塞下行使排气口开启时,废气即由此排出,活塞继续下行至下止点,即完成一个工作循环. 内燃机的排气过程和进气过程统称为换气过程.换气的主要作用是尽可能把上一循环的废气排除干净,使本循环供入尽可能多的新鲜充量,以使尽可能多的燃料在气缸内完全燃烧,从而发出更大的功率.换气过程的好坏直接影响内燃机的性能.为此除了降低进、排气系统的流动阻力外,主要是使进、排气门在最适当的时刻开启和关闭. 实际上,进气门是在上止点前即开启,以保证活塞下行时进气门有较大的开度,这样可在进气过程开始时减小流动阻力,减少吸气所消耗的功,同时也可充入较多的新鲜充量.当活塞在进气行程中运行到下止点时,由于气流惯性,新鲜充量仍可继续充入气缸,故使进气门在下止点后延迟关闭. 排气门也在下止点前提前开启,即在膨胀行程后部分即开始排气,这是为了利用气缸内较高的燃气压力,使废气自动流出气缸,从而使活塞从下止点向上止点运动时气缸内气体压力低些,以减少活塞将废气排挤出气缸所消耗的功.排气门在上止点后关闭的目的是利用排气流动的惯性,使气缸内的残余废气排除得更为干净. 内燃机性能主要包括动力性能和经济性能.动力性能是指内燃机发出的功率(扭矩),表示内燃机在能量转换中量的大小,标志动力性能的参数有扭矩和功率等.经济性能是指发出一定功率时燃料消耗的多少,表示能量转换中质的优劣,标志经济性能的参数有热效率和燃料消耗率. 内燃机未来的发展将着重于改进燃烧过程,提高机械效率,减少散热损失,降低燃料消耗率；开发和利用非石油制品燃料、扩大燃料资源；减少排气中有害成分,降低噪声和振动,减轻对环境的污染；采用高增压技术,进一步强化内燃机,提高单机功率；研制复合式发动机、绝热式涡轮复合式发动机等；采用微处理机控制内燃机,使之在最佳工况下运转；加强结构强度的研究,以提高工作可靠性和寿命,不断创制新型内燃机变气门,变升程,变相位,甚至停掉几个缸的技术,都没能做到在行进中连续变缸径,但有等效的. 这种发动机有一个桶形缸体,桶底后,桶底中间有圆孔.还有一个缸体,好像一根筷子穿过一张厚的圆饼并粘合,筷子就是轴,这个轴也穿过桶形缸体底部的孔,饼形体也纳入桶中,封闭成一个空心圆柱体的缸腔.这个缸腔的容积是可以变化的,比如只要固定桶,用机械装置或者液压装置抽动轴就可以实现. 桶底从圆孔的边到桶的内避割条缝,插入一个矩形板；饼面从圆边到轴割条缝,也插入一块矩形板,两块矩形板可以把缸腔一分为二,成为两个密封缸腔,第一密封缸腔和第二密封缸腔.其中一个密封缸腔从桶壁的矩形板本侧开口,充入高压气体,或充入油气混合物并点燃；第二密封腔从桶壁上与前一开口相隔一个矩形板的位置开口放气.固定桶,矩形板就牵引饼和筷子转动,反过来也行. 第一个密封腔从最小、充气到转过一定相位（转角）就停止供气,可以用阀门或者控制油气供应量来实现.由于高压气体膨胀,装置会继续转动,第一密封缸腔内的气压会降低,直到稍微低于环境气压,这样会产生转动阻力.于是第二个矩形板需要在头部靠近边缘开一个孔,安装单向阀,向内补气.如果当初的气压适当,在第二块矩形板转到第二开口的时候,第一密封缸腔的气压正好等于或接近于环境气压,这是最经济的.第三种情况是还有少量余压. 当两个矩形板快要相遇的时候,需要避让.于是从桶的裙部内圆刻成曲线滑槽,装上滑动块,滑动块与第二块矩形板连接；从轴穿出桶底的一侧套装一个空心圆柱体,外圆面刻曲线滑槽,装上滑动块,与第一块矩形板连接.滑槽由圆和摆线构成,控制矩形板前冲、顶住和抽回.桶底和饼都够厚,所以不会抽脱.第二块矩形板在转动方向上,和饼一块转动；在轴向上,则由桶上的滑槽控制,所以变换容积的时候仍能抵住桶的底部.同样道理,第一块矩形板总是能抵住饼的内表面. 这种装置在一个着力面上沿弧形轨迹,把高压气体的内能转化为动能,是一种动力机械装置.反过来,也可以在机械的带动下反向转动,制取压缩空气,或者作为一个刹车器.做一个容量小的压气装置,制取高压油气,配上点火装置,再做一个容量动力机械装置,将燃烧后大量高温高压气体的内能转化为动能,就是一台发动机. 它做功的轨迹是一段弧,而且可以无级的改变容量,也就意味着可以改变发动机排量.配合油门,可以改变燃烧后气压,灵活改变转速；改变排量,配合变速器,在一定范围内可以适应各种负荷,而且采取上述“最经济的”方式.如果多套矩形板对置使用,可以减轻轴的弯曲；它是连续排气的,因而噪音低；可以多套缸错相联轴,动力平稳.它可以最大限度的减少余压排放,而且在不同负载下都能采取最经济的工况,所以是好用节能技术. 作为一类发动机,不同于蒸汽机、活塞发动机和三角转子发动机.叫作“可变容弧缸发动机.”