内燃机原理1.1784 年英国发明家 J·瓦特发明了蒸汽机。

根据德国人 N·A·奥托和 R·狄赛尔提出的内燃机循环, 于1876 年和 1897 年分别推出了汽油机和柴油机。

2.今后值得研究的主要问题：(一)内燃机燃烧问题的研究，(二)降低内燃机排放与噪声的研究，(三)内燃机代用燃料及新型燃料的研究，(四)内燃机电子控制技术的研究，(五)内燃机工作过程模拟及其优化的研究，(六)内燃机增压技术的研究，(七)提高内燃机可靠性与耐久性的研究，(八)内燃机低摩擦、低磨损的研究。

3.（1）图( b) 等容循环, 加热过程是在等容条件下进行的。

气体从a点开始绝热压缩到c点, 自c 点等容吸热至z点, 气体从z点绝热膨胀到b点, 最后沿ba 线等容散热再回到a点完成一个工作循环。

等容循环也叫奥托循环。

（2）图 ( c) 等压循环,加热过程是在等压条件下进行的，等压循环也叫狄赛尔循。

气体从a 点开始绝热压缩到c点, 自c 点定压加热至z 点, 气体从z 点绝热膨胀到b 点, 最后沿ba 线定容散热再回到a 点完成一个工作循环。

（3）图( a) 混合循环,。

气体从a 点开始绝热压缩到c点, 自c点定容加热至y点, 自y点定压加热至z点，气体从z 点绝热膨胀到b 点, 最后沿ba 线等容散热再回到a 点完成一个工作循环。

4.实际循环与理论循环相比,热效率较低,循环作的功也较小, 具体表现在如下几个方面：1 .工质不同：理想循环工质是理想气体新鲜空气，比热不随温度变化。

实际循环工质是空气和燃烧产物的混合物,它们的比热随温度升高而上升,加热量相同, 实际循环达到的最高温度比理想循环低。

燃烧过程中及燃烧后,工质的成分变为燃烧产物,成分有变化,容积数量即物质的量也发生变化;1300K高温分解。

2 .气体流动阻力：实际循环每个循环工质必须更换,工质在进、排气行程中流经进、排气管, 进、排气道和进、排气门, 有一定流阻损失。

气缸中和分开式燃烧室的柴油机中, 空气流入和流出燃气副室, 也都会引起一定的流阻损失。

3 .传热损失：理想循环中,假设工质与气缸盖、活塞顶、气缸壁等受热件没有热交换。

实际循环,必须对这些受热件进行有效的冷却才能保证内燃机的可靠运转, 部分热量从冷却系统中传出去, 使循环的热效率和循环的比功都有所下降。

4 .燃烧不及时、后燃及不完全燃烧损失：燃烧不可能是瞬时的, 它必然需要一定的时间才能完成这一过程。

5 .漏气损失：理想循环中, 工质的数量是完全不变的。

在实际循环中, 活塞环与气缸壁之间常有微量工质漏出, 一般约为总量的0 .2%。

5.四冲程内燃机的工作原理：1 .进气行程：排气门关闭, 随着活塞下行气缸内产生低压,从进气门吸入空气和汽油的混合气。

在柴油机中, 吸入的仅是新鲜空气。

2 .压缩行程：进、排气门关闭, 活塞上行压缩气缸内的气体。

在柴油机中, 把空气压缩到燃料自燃温度以上。

3 .膨胀行程(作功行程)当活塞快到上止点时, 用火花塞点燃混合气使之燃烧。

在柴油机中, 此时燃料以雾化状态喷射到气缸内, 和高温空气接触而自行着火燃烧。

燃烧所产生的高压气体, 把活塞往下推而作功4 .排气行程：当活塞到下止点稍前一些时, 排气门开启, 排气溢出, 气缸内压力下降, 活塞上行把膨胀完了的燃气排出气缸外。

这样就完成一个循环, 然后又重复以上过程,使发动机连续不断地运转。

在四冲程内燃机中, 只有一个行程作功, 其余三个行程是依靠飞轮的惯性、或其他气缸工作来推动的。

6.二冲程内燃机的工作原理：在压缩行程中, 由于活塞下部产生低压,从E 把混合气吸到曲柄箱内。

接着在作功行程将结束时, 当活塞越过排气口A, 燃气被排出, 然后, 活塞继续下行, 扫气口S 与曲柄箱经通道O 相通, 此时在曲柄箱内已被压缩的混合气流入气缸, 把气缸内的燃气扫出并取而代之, 将其称为扫气过程。

这个过程一直继续到压缩行程, 直到活塞先后把扫气口和排气口遮堵住为止。

7.内燃机标定性能的主要指标。

（1）标定功率是指在标定工况下, 内燃机连续运行时允许发出的最大功率, 根据国家标准对标定功率分类进行标定,。

（2）标定转速是指在标定工况下, 发出标定功率时内燃机相应的曲轴转速。

（3）标定油耗率是指在标定工况下, 发出标定功率时内燃机所具有的有效油耗率。

（4）比质量和比容积是指在单位标定功率下内燃机所具有的质量和容积, 是用以评价、比内燃机轻重、紧凑、设计合理性的重要指标。

（5）大修期是指从新机到进行第一次大修或者两次大修间内燃机累计运行的时间, 是表征内燃机可靠性与寿命的重要指标。

8.内燃机指示参数：是表征燃料燃烧释放出来的热能转变为机械能完善程度的一组参数。

（1）平均指示压力pi：平均指示压力就是内燃机在一个工作循环中每单位气缸工作容积( 即活塞排量) , 活塞所获得的指示功, 即Wi/ Vs 。

主要因素一般有如下五个方面：1 .增压度2 .过量空气系数3 .换气质量4 .油气混合的完善程度5 .燃烧完善的程度（2）指示功率：Ni每单位时间内作用于活塞上的指示功称为内燃机的指示功率Ni。

内燃机每缸每循环作用在活塞上的指示功为Wi = 103 pi FS = 103 pi Vs ( kJ )Ni 与pi 一样, 提高增压度, 增加进缸充量; 提高换气质量, 减少废气残存量;完善油、气的混合; 保证良好的燃烧过程, 都是提高指示功率的有效途径。

（3）指示效率ηi 是评价内燃机工作循环的一个经济性参数, 也是衡量气缸内燃料燃烧所应释放出的热能有效转换成指示功的程度的一个尺度。

（4）指示油耗率gi是内燃机每小时发出1kW指示功率时所消耗的燃料量。

9.内燃机的有效参数：包括平均有效压力pe有效功率Ne有效效率ηe 及有效油耗率ge 。

（1）平均有效压力pe ：平均有效压力pe 是一个假想的不变的压力。

用pe 作用在活塞上, 在一个活塞行程所做的功, 等于一个循环中经内燃机曲轴所输出的有效功。

因此,平均有效压力pe 本身已考虑了内燃机热力的及机械的一切损失在内。

和pi 的定义相仿, pe 是相应于内燃机在一个循环中每个单位气缸工作容积在内燃机曲轴上所输出的有效功。

（2）有效功率Ne ：是内燃机实际输出的功率。

有效功率Ne 一般可以直接用电力测功器或水力测功器测出。

对于船用柴油机, 也可以用扭力测功仪测出。

有效效率ηe 和有效油耗率ge 又统称为内燃机的经济性参数, 用这两个参数可以比较不同内燃机或不同工况的经济性。

（3）有效效率ηe 是曲轴上输出有效功与消耗相应的燃料热能的比。

（4）有效油耗率ge 是在内燃机曲轴输出有效功1 kW·h 所消耗的燃料量，有效油耗率ge 也是包括了内燃机一切损失在内的油耗率。

10.缸内的空气运动包括涡流、挤流、滚流和湍流。

11.进气涡流产生的方法：进气涡流是在四冲程内燃机的吸气行程或二冲程内燃机的扫气过程中形成的。

直流扫气的二冲程内燃机中, 把扫气气口在平面内布置成一定的倾斜度, 就能利用扫气流本身的运动形成涡流。

在四冲程内燃机中, 产生进气涡流的方法主要有三种, 即采用导气屏进气门、切向气道或螺旋气道的方法。

在进气门平顶的背面加上一段圆弧形遮蔽屏构成的导气屏气门, 或在气门座上设置遮蔽屏, 可以遮蔽进气门的部分开启面积来产生绕气缸轴线旋转的空气涡流。

当进气门打开时, 有导气屏一侧气流无法通过, 只能向导气屏相对的方向流动, 从而增大了导气屏对面的气流速度, 进气流速沿气门圆周呈非均匀分布形成相对于气缸轴线的合成动量矩, 导致进缸空气的绕轴旋转运动。

导气屏是最早使用的产生进气涡流的方法, 它制造成本高, 流动特性差, 气门座容易产生偏磨, 现已很少使用。

切向气道中, 进气道使进气流偏离气缸中心, 沿缸壁圆周的切线方向进入气缸, 依靠缸壁的约束使空气旋转运动。

适用于要求进气涡流强度不高的内燃机。

对气门口位置的影响较敏感, 泥芯位置误差对气道的性能影响较大, 实际应用比螺旋气道用得要少。

螺旋气道是将气流通道做成螺旋蜗壳形, 气流在气道内流动时就形成一定强度的旋转, 靠气道与气缸的相切以及气道由大到小的截面变化旋转得以加强。

流动阻力小, 涡流强度大, 适用于要求高涡流的内燃机。

结构尺寸要求较为精细, 铸造工艺要求较高12.滚流：是在内燃机进气过程中形成的另一种宏观的大尺度涡旋。

与前述进气涡流相同的是, 二者都是在进气过程中由进气机构和气缸壁导流共同作用而形成的。

13.涡流和滚流其区别在于：进气涡流的旋转轴与气缸或燃烧室轴线相平行, 甚至重合, 而滚流的旋转轴与气缸轴线相垂直。

14.燃烧过程：1 .着火延迟期(滞燃期):自开始喷油到开始着火, 或自开始喷油到缸内压力脱离纯压缩线开始急剧上升为止的一段时期, 称为滞燃期。

2 .急燃期:从开始着火到缸内出现最高压力的阶段, 称为急燃期。

急燃期内的燃烧主要取决于滞燃期内燃料的喷入量及其物理化学准备情况, 所以控制滞燃期是改善柴油机燃烧过程的重要手段。

3 .缓燃期：从最高压力开始到出现最高温度的阶段,称为缓燃期。

缩短缓燃期, 使燃烧完全, 提高柴油机的动力性和经济性的关键。

4 .后燃期：从最高温度点开始到燃料基本燃烧完毕为止, 称为后燃期。

后燃期应尽可能地缩短。

1—喷油开始} 滞燃期mfcyc 循环供油量2—着火开始} 急燃期Q 循环放热量3—最大压力} 缓燃期d Q / dt放热率4—最高温度} 后燃期φi滞燃角5—燃料基本燃烧完毕θs 喷油提前角15.柴油机燃烧室可以分为两大类: 直接喷射式燃烧室和分开式燃烧室。

（1）直接喷射式燃烧室：具有结构简单、有效燃油消耗率低( 15~20 )%、启动容易等优点。

缺点：最大爆发压力较高, 喷油系统易出故障, 噪声及排放指标欠佳等。

分类：按照活塞顶部燃烧室凹坑的深浅,可分为开式和半开式两类;依照缸内气流运动情况, 又可分为无涡流和有涡流两种。

开式燃烧室：整个燃烧室是由气缸盖底面、活塞顶面及气缸壁所形成的统一空间。

半开式燃烧室：活塞顶凹坑部分开口面积比开式小, 通道面积大, 燃烧室深度增加。

（2）分开式燃烧室包括涡流室和预燃室燃烧室两类。

有效燃油消耗率高于直喷式柴油机, 但高速性能好、噪声和排气污染小及喷油系统要求低。

16.为保证柴油机的工作可靠性( 尤其是冷启动的可靠性) , 应保证燃料有很好的发火条件; 为使柴油机工作柔和、降低燃烧噪声、延长使用寿命, 急燃期的压力升高率和最高燃烧压力不应超过一定限度, 为此应尽量缩短滞燃期, 减少滞燃期内形成的作好燃烧准备的混合气量; 为使燃烧完全、及时, 提高柴油机的动力性和经济性, 减少排气冒黑烟, 应改善和加速缓燃期中燃料与空气的混合, 并提高后燃期的燃烧速率, 减少后燃。