内燃机结构、原理及发展简介
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前言
热机是将燃料中的化学能转变为机械功 的热力发动机。区别于外燃机，内燃机是燃 料在机器内部燃烧而将能量释放做功的，它的 工质在燃烧前是燃油与空气的混合气，在燃 烧后则是燃烧产物。由于内燃机的热效率高 （是当今热效率最高的热力发动机）且结构 简单、比质量轻、移动方便，因而被广泛应 用于交通运输、农业机械、工程机械和发电 时作为动力。
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四、二冲程内燃机的换气
1.自由排气阶段 2.扫气与强制排气阶段 3.过后排气或过后充气阶段
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内燃机混合气的形成和燃烧
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一、内燃机缸内的气体流动
1.涡流 在进气过程中形成的，绕气缸轴线有组织的 气流运动，称为进气涡流。在柴油机上，主 要用于增强喷油油束与空气的混合，提高燃 油空气混合速率，有助于柴油机的快速燃烧。
本讲座将就内燃机（主要是柴油机）的结 构、原理及发展方向进行介绍。
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内燃机分类
按所用燃料分：汽油机、柴油机、天然气发动 机、液化石油气发动机、酒精发动机、双燃料 发动机、灵活燃料发动机 按缸内着火方式分：压燃式、点燃式 按冲程数分：四冲程、二冲程 按活塞运动方式分 ：往复活塞式、旋转活塞式 按气缸冷却方式分：液体冷却、空气冷却 按气缸数目分：单缸、多缸（2，3，4，5,…) 按转速分：低速（<300r/min)、中速
1.等容加热循环 2.等压加热循环 3.混合加热循环
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二、内燃机的实际循环
内燃机的实际循环与理论循环相比，
存在着许多不可逆损失，往往达不到理论
循环的热效率和循环平均压力值，两者之
间的差异和损失主要有：
1.
工质不同带来的影响
2.
换气损失
3.
传热损失
4.
燃烧损失
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（300~1000r/min) 高速（>1000r/min)
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按增压程度分：非增压（自然吸气） 低增压（πb<1.8) 中增压（πb：1.8~2.5) 高增压（πb：2.5~3.6) 超高增压（πb>3.6)
按气缸排列分：立式、卧式、直列式、V形、W 形、对置气缸或对置活塞式、H形、王字形、X 形、星形 按混合气准备方式分：化油器式、进气管或进 气道喷射、缸内直接喷射、分层充量 按燃烧室设计分：开式燃烧室（如浴盆形、楔 形、半圆形、碗形、ω形等）、分隔式燃烧室 （如涡流室，预燃室等）
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内燃机的工作指标
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一、指示性能指标
1. 指示功和平均指示压力 2. 指示功率 3. 指示热效率和指示燃油消耗率
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二、有效性能指标
1. 机械效率和有效功率 2. 平均有效压力、有效功率和升功率 3. 有效热效率和有效燃油消耗率
提高充量系数的措施有： （一）降低进气系统的流动阻力
1.降低进气门处的流动损失 （1）加大进气门直径 （2）增加进气门数目 （3）合理设计进气道及气门的结构
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2.采用可变进气系统技术 （1）可变凸轮机构 （2）可变气门定时 3.减少进气管和空气滤清器的阻力 （二）降低排气系统的流动阻力 （三）减少对进气充量的加热
进气涡流产生方法有： 1) 采用带导气屏的进气门 2) 切向气道 3) 螺旋气道
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2.挤流 在压缩过程后期，活塞表面的某一部分和气缸 盖彼此靠近时所产生的径向或横向气流运动称 为挤流。挤流在汽油机上得到广泛应用。 3.滚流 在进气过程中形成的，绕垂直于气缸轴线的有 组织的空气旋流，称为滚流或横轴涡流。滚流 较适于在四气门汽油机上使用，在缸内直喷汽 油机上具有十分重要的地位。 4.湍流 在气缸中形成的无规则的气流运动称为湍流。 湍流在汽油机上主要用于提高火焰传播速度， 在柴油机上组织适当的湍流可以改善燃油与空 气的混合。
内燃机的充量更换
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一、四冲程内燃机的换气过程
1.自由排气阶段 2.强制排气阶段 3.进气过程 4.气门叠开和燃烧室扫气过程
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二、换气损失
1.排气损失 2.进气损失 3.泵气损失
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三、提高充量系数的措施
衡量内燃机充气性能的一个重要指标是充 量系数，定义为：内燃机每循环实际进入气缸 的新鲜充量与以进气管内状态充满气缸的工作 容积的理论充量之比。
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经过超过一个世纪的发展之后，内燃机的 发展远远没有达到其顶点，在动力性、经济性 以及排污控制方面还在不断改进。新材料的出 现导致内燃机可以进一步减轻质量、降低成本 和热损失，新型的综合了汽油机和柴油机的特 点，可以使用多种燃料的分层充量发动机会有 很好的应用前景。这些都对内燃机工作者提出 了新的挑战。
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按进排气门、凸轮轴设计和布置分：二气门、 四气门（或多气门）、顶置或侧置气门、顶置 或侧置凸轮轴 按用途分：农用、船用、汽车用、工程机械用、 拖拉机用、发电用、内燃机车用
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内燃机结构
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一、内燃机总体构造
1. 机体与气缸盖 2. 曲柄连杆机构 3. 供给系（包括燃油供给系，进排气系统） 4. 配气机构 5. 点火系（汽油机、煤气机特有） 6. 冷却系 7. 润滑系 8. 起动装置
四、提高内燃机动力性能与经济 性能的途径
1.采用增压技术 2.合理组织燃烧过程，提高循环指示效率ηit 3.改善换气过程，提高气缸的充量系数φc 4.提高发动机的转速 5.提高内燃机的机械效率 6.采用二冲程提高升功率
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内燃机的工作循环
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一、内燃机的理论循环
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三、机械损失与机械效率
1.机械损失的组成部分
活塞与活塞环的摩擦损失 轴承与气门机构的摩擦损失 驱动附属机构的功率消耗 流体摩擦损失 驱动扫气泵及增压器的损失
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2. 机械损失的测定
1) 示功图法 2) 倒拖法 3) 灭缸法 4) 油耗线法
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