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內(nèi)燃機基本參數(shù)
內(nèi)燃機發(fā)展歷史
內(nèi)燃機(4張)
活塞式內(nèi)燃機起源于荷蘭物理學(xué)家惠更斯用爆炸獲取動力的研究，但因燃燒難以控制而未獲成功。1794年，英國人斯特里特提出從燃料的燃燒中獲取動力，并且次提出了燃料與空氣混合的概念。1833年，英國人賴特提出了直接利用燃燒壓力推動活塞作功的設(shè)計。[2] 19世紀中期，科學(xué)家*了通過燃燒煤氣，汽油和柴油等產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)化機械動力的理論。這為內(nèi)燃機的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。活塞式內(nèi)燃機自19世紀60年代問世以來，經(jīng)過不斷改進和發(fā)展，已是比較*的機械。它熱效率高、功率和轉(zhuǎn)速范圍寬、配套方便、機動性好，所以獲得了廣泛的應(yīng)用。各種類型的汽車、拖拉機、農(nóng)業(yè)機械、工程機械、小型移動電站和戰(zhàn)車等都以內(nèi)燃機為動力。海上商船、內(nèi)河船舶和常規(guī)艦艇，以及某些小型飛機也都由內(nèi)燃機來推進。世界上內(nèi)燃機的保有量在動力機械中居，它在人類活動中占有非常重要的地位。
之后人們又提出過各種各樣的內(nèi)燃機方案，但在十九世紀中葉以前均未付諸實用。直到1860年，法國的勒努瓦模仿蒸汽機的結(jié)構(gòu)，設(shè)計制造出臺實用的煤氣機。這是一種無壓縮、電點火、使用照明煤氣的內(nèi)燃機。勒努瓦首先在內(nèi)燃機中采用了彈力活塞環(huán)。這臺煤氣機的熱效率為4%左右。
英國的巴尼特曾提倡將可燃混合氣在點火之前進行壓縮，隨后又有人著文論述對可燃混合氣進行壓縮的重要作用，并且指出壓縮可以大大提高勒努瓦內(nèi)燃機的效率。1862年，法國科學(xué)家羅沙對內(nèi)燃機熱力過程進行理論分析之后，提出提高內(nèi)燃機效率的要求，這就是的四沖程工作循環(huán)。
1876年，德國發(fā)明家奧托（Otto）運用羅沙的原理，創(chuàng)制成功臺往復(fù)活塞式、單缸、臥式、3.2千瓦(4.4馬力)的四沖程內(nèi)燃機，仍以煤氣為燃料，采用火焰點火，轉(zhuǎn)速為156.7轉(zhuǎn)/分，壓縮比為2.66，熱效率達到14%，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。在當時，無論是功率還是熱效率，它都是的。
奧托內(nèi)燃機獲得推廣，性能也在提高。1880年單機功率達到11～15千瓦(15～20馬力)，到1893年又提高到150千瓦。由于壓縮比的提高，熱效率也隨之增高，1886年熱效率為15.5%，1897年已高達20～26%。1881年，英國工程師克拉克研制成功臺二沖程的煤氣機，并在巴黎博覽會上展出。
隨著石油的開發(fā)，比煤氣易于運輸攜帶的汽油和柴油引起了人們的注意，首先獲得試用的是易于揮發(fā)的汽油。1883年，德國的戴姆勒（Daimler）創(chuàng)制成功臺立式汽油機，它的特點是輕型和高速。當時其他內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速不超過200轉(zhuǎn)/分，它卻一躍而達到800轉(zhuǎn)/分，特別適應(yīng)交通動輸機械的要求。1885～1886年，汽油機作為汽車動力運行成功，大大推動了汽車的發(fā)展。同時，汽車的發(fā)展又促進了汽油機的改進和提高。不久汽油機又用作了小船的動力。
1892年，德國工程師狄塞爾（Diesel）受面粉廠粉塵爆炸的啟發(fā)，設(shè)想將吸入氣缸的空氣高度壓縮，使其溫度超過燃料的自燃溫度，再用高壓空氣將燃料吹入氣缸，使之著火燃燒。他的壓縮點火式內(nèi)燃機(柴油機)于1897年研制成功，為內(nèi)燃機的發(fā)展開拓了新途徑。
狄塞爾開始力圖使內(nèi)燃機實現(xiàn)卡諾循環(huán)，以求獲得的熱效率，但實際上做到的是近似的等壓燃燒，其熱效率達26%。壓縮點火式內(nèi)燃機的問世，引起了世界機械業(yè)的極大興趣，壓縮點火式內(nèi)燃機也以而命名為狄塞爾引擎。
這種內(nèi)燃機以后大多用柴油為燃料，故又稱為柴油機。1898年，柴油機首先用于固定式發(fā)電機組，1903年用作商船動力，1904年裝于艦艇，1913年臺以柴油機為動力的內(nèi)燃機車制成，1920年左右開始用于汽車和農(nóng)業(yè)機械。
早在往復(fù)活塞式內(nèi)燃機誕生以前，人們就曾致力于創(chuàng)造旋轉(zhuǎn)活塞式的內(nèi)燃機，但均未獲成功。直到1954年，聯(lián)邦德國工程師汪克爾（Wankel）解決了密封問題后，才于1957年研制出旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機，被稱為汪克爾發(fā)動機。它具有近似三角形的旋轉(zhuǎn)活塞，在特定型面的氣缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動，按奧托循環(huán)工作。這種發(fā)動機功率高、體積小、振動小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便，但由于它燃料經(jīng)濟性較差、低速扭矩低、排氣性能不理想，所以還只是在個別型號的轎車上得到采用。
內(nèi)燃機發(fā)展趨勢
從2013年2月下旬我國機械工業(yè)行業(yè)市場交易情況可以看出，節(jié)后出現(xiàn)采購?fù)尽Ｆ渲校瑑?nèi)燃機以及配附件市場景氣度回暖，以18%的市場交易份額位列第二位。[3]
分析認為，內(nèi)燃機及配件制造是汽車、摩托車、船舶制造、工業(yè)機械以及農(nóng)機等行業(yè)的配套產(chǎn)品，其產(chǎn)品性能必須滿足下業(yè)的需要，同時這些行業(yè)的運行狀況及景氣程度將直接影響內(nèi)燃機及配件產(chǎn)品的市場需求，具體分析如下：
1、汽車用內(nèi)燃機前景預(yù)測
內(nèi)燃機產(chǎn)品產(chǎn)量按配套使用用途預(yù)計，“十二五”期間，預(yù)計車用內(nèi)燃機年產(chǎn)量達到3000萬臺。
2、摩托車及船舶用內(nèi)燃機前景預(yù)測
內(nèi)燃機產(chǎn)品產(chǎn)量按配套使用用途預(yù)計，“十二五”期間，年摩托車用汽油機達到2600萬臺。
3、工程機械用內(nèi)燃機前景預(yù)測
“十二五”期間，產(chǎn)品產(chǎn)量按配套使用用途預(yù)計，年工程機械用內(nèi)燃機達100萬臺。
內(nèi)燃機系統(tǒng)機構(gòu)
發(fā)動機是一種由許多機構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜機器。無論是汽油機，還是柴油機；無論是四行程發(fā)動機，還是二行程發(fā)動機；無論是單缸發(fā)動機，還是多缸發(fā)動機。要完成能量轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)工作循環(huán)，保證長時間連續(xù)正常工作，都必須具備以下一些機構(gòu)和系統(tǒng)。[4]
（1） 曲柄連桿機構(gòu)
配氣機構(gòu)
曲柄連桿機構(gòu)是發(fā)動機實現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中，活塞承受燃氣壓力在氣缸內(nèi)作直線運動，通過連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，并從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成活塞的直線運動。
（2） 配氣機構(gòu)
燃料供給系統(tǒng)
配氣機構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動機的工作順序和工作過程，定時開啟和關(guān)閉進氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸，并使廢氣從氣缸內(nèi)排出，實現(xiàn)換氣過程。配氣機構(gòu)大多采用頂置氣門式配氣機構(gòu)，一般由氣門組、氣門傳動組和氣門驅(qū)動組組成。（3）燃料供給系統(tǒng)
單列式和雙列式
汽油機燃料供給系統(tǒng)的功用是根據(jù)發(fā)動機的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出到大氣中去；柴油機燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。（4） 潤滑系統(tǒng)
潤滑系統(tǒng)的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。潤滑系通常由潤滑油道、機油泵、機油濾清器和一些閥門等組成。
（5） 冷卻系統(tǒng)
冷卻系統(tǒng)(4張)
冷卻系統(tǒng)的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發(fā)出去，保證發(fā)動機在宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風扇、水箱、節(jié)溫器等組成。（6） 點火系統(tǒng)
在汽油機中，氣缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。能夠按時在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備稱為點火系，點火系通常由蓄電池、發(fā)電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。
（7） 起動系統(tǒng)
要使發(fā)動機由靜止狀態(tài)過渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動發(fā)動機的曲軸，使活塞作往復(fù)運動，氣缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機才能自行運轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機開始自動地怠速運轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發(fā)動機的起動系。汽油機由以上兩大機構(gòu)和五大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機構(gòu)，配氣機構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點火系和起動系組成；柴油機由以上兩大機構(gòu)和四大系統(tǒng)組成，即由曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃料供給系、潤滑系、冷卻系和起動系組成，柴油機是壓燃的，不需要點火系。
往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的組成部分主要有曲柄連桿機構(gòu)、機體和氣缸蓋、配氣機構(gòu)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動裝置等。
氣缸是一個圓筒形金屬機件。密封的氣缸是實現(xiàn)工作循環(huán)、產(chǎn)生動力的源地。各個裝有氣缸套的氣缸安裝在機體里，它的頂端用氣缸蓋封閉著。活塞可在氣缸套內(nèi)往復(fù)運動，并從氣缸下部封閉氣缸，從而形成容積作規(guī)律變化的密封空間。燃料在此空間內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的燃氣動力推動活塞運動。活塞的往復(fù)運動經(jīng)過連桿推動曲軸作旋轉(zhuǎn)運動，曲軸再從飛輪端將動力輸出。由活塞組、連桿組、曲軸和飛輪組成的曲柄連桿機構(gòu)是內(nèi)燃機傳遞動力的主要部分。
活塞組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷等組成。活塞呈圓柱形，上面裝有活塞環(huán)，借以在活塞往復(fù)運動時密閉氣缸。上面的幾道活塞環(huán)稱為氣環(huán)，用來封閉氣缸，防止氣缸內(nèi)的氣體漏泄，下面的環(huán)稱為油環(huán)，用來將氣缸壁上的多余的潤滑油刮下，防止?jié)櫥透Z入氣缸。活塞銷呈圓筒形，它穿入活塞上的銷孔和連桿小頭中，將活塞和連桿聯(lián)接起來。連桿大頭端分成兩半，由連桿螺釘聯(lián)接起來，它與曲軸的曲柄銷相連。連桿工作時，連桿小頭端隨活塞作往復(fù)運動，連桿大頭端隨曲柄銷繞曲軸軸線作旋轉(zhuǎn)運動，連桿大小頭間的桿身作復(fù)雜的搖擺運動。
曲軸的作用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，并將膨脹行程所作的功，通過安裝在曲軸后端上的飛輪傳遞出去。飛輪能儲存能量，使活塞的其他行程能正常工作，并使曲軸旋轉(zhuǎn)均勻。為了平衡慣性力和減輕內(nèi)燃機的振動，在曲軸的曲柄上還適當裝置平衡質(zhì)量。
內(nèi)燃機常有術(shù)語
工作循環(huán)：內(nèi)燃機熱能和機械能的轉(zhuǎn)換，通過活塞在氣缸中的，連續(xù)的進氣，壓縮，動力和排氣過程。每臺機器的過程稱為一個工作循環(huán)。[2]
活塞沖程：上、下止點之間的最小直線距離，稱為活塞的行程（或活塞沖程），曲軸與連桿大端的連接中心到曲軸的旋轉(zhuǎn)中心之間的最小直線距離稱為曲柄的旋轉(zhuǎn)半徑。
上止點和下止點：活塞在氣缸中移動時，的點叫上止點（或叫上死點），的叫下止點。
工作容積：活塞從上止點運動到下一個點，稱為氣缸容積（活塞排量移）。
壓縮比：就是發(fā)動機混合氣體被壓縮的程度，用壓縮前的
曲柄連桿機構(gòu)
氣缸總?cè)莘e與壓縮后的氣缸容積（即燃燒室容積）之比來表示空氣充滿氣缸，氣壓縮比越大，表明活塞運動時，在一定的范圍內(nèi)氣體被壓縮得越厲害，其氣體的溫度和壓力就越高，內(nèi)燃機的效率也越高。
內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)分類
內(nèi)燃機
1. 根據(jù)所用燃料分： 汽油機、柴油機、天然氣（CNG）、LPG發(fā)動機、乙醇發(fā)動機等，另有雙燃料發(fā)動機（dual fuel engine）和靈活燃料發(fā)動機（Bi-fuel engine）。2. 根據(jù)缸內(nèi)著火方式分： 點燃式、壓燃式
3. 根據(jù)沖程數(shù)分：二沖程、四沖程
4. 根據(jù)活塞運動方式分 ： 往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式
5. 根據(jù)氣缸冷卻方式分 ： 水冷式、風冷式
6. 根據(jù)氣缸數(shù)目分 ：單缸機、多缸機
7. 根據(jù)內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速分：低速(<300r/min)、中速(300 ~ 1000 r/min)、高速(>1000 r/min)；
8. 根據(jù)進氣充量壓力分：自然吸氣式、增壓式
9. 根據(jù)汽缸排列方式，內(nèi)燃機可以分為直列、斜置、對置、V形和w形。
內(nèi)燃機的分類方法很多，按照不同的分類方法可以把內(nèi)燃機分成不同的類型，下面讓我們來看看內(nèi)燃機
主要是怎樣分類的。[4]
內(nèi)燃機著火方式
內(nèi)燃機根據(jù)缸內(nèi)著火方式的不同可以分為點燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機。
點燃式發(fā)動機具有三大結(jié)構(gòu)和五大系統(tǒng)。三大結(jié)構(gòu)分別為曲柄連桿、配氣機構(gòu)和機體， 五大系統(tǒng)分別為供油、冷卻、潤滑、起動和點火。
壓燃式發(fā)動機具有三大結(jié)構(gòu)和四大系統(tǒng)。 三大機構(gòu)分別為曲柄連桿、配氣機構(gòu)和機體，四大系統(tǒng)分別為供油、冷卻、潤滑、起動。
內(nèi)燃機按照所使用燃料的不同可以分為汽油機和柴油機。使用汽油為燃料的內(nèi)燃機稱為汽油機；使用柴油為燃料的內(nèi)燃機稱為柴油機。汽油機與柴油機比較各有特點；汽油機轉(zhuǎn)速高，質(zhì)量小，噪音小，起動容易，制造成本低；柴油機壓縮比大，熱效率高，經(jīng)濟性能和排放性能都比汽油機好。
內(nèi)燃機按照行程
內(nèi)燃機按照完成一個工作循環(huán)所需的行程數(shù)可分為四沖程內(nèi)燃機和二沖程內(nèi)燃機。把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運動四個行程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機稱為四沖程內(nèi)燃機；而把曲軸轉(zhuǎn)一圈(360°)，活塞在氣缸內(nèi)上下往復(fù)運動兩個行程，完成一個工作循環(huán)的內(nèi)燃機稱為二沖程內(nèi)燃機。汽車發(fā)動機廣泛使用四沖程內(nèi)燃機。
內(nèi)燃機冷卻方式
內(nèi)燃機按照冷卻方式不同可以分為水冷發(fā)動機和風冷發(fā)動機。水冷發(fā)動機是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進行循環(huán)的冷卻液作為冷卻介質(zhì)進行冷卻的；而風冷發(fā)動機是利用流動于氣缸體與氣缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介質(zhì)進行冷卻的。水冷發(fā)動機冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代車用發(fā)動機。
內(nèi)燃機氣缸數(shù)目
內(nèi)燃機按照氣缸數(shù)目不同可以分為單缸發(fā)動機和多缸發(fā)動機。僅有一個氣缸的發(fā)動機稱為單缸發(fā)動機；有兩個以上氣缸的發(fā)動機稱為多缸發(fā)動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動機。現(xiàn)代車用發(fā)動機多采用四缸、六缸、八缸發(fā)動機。
內(nèi)燃機氣缸排列
內(nèi)燃機按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式)。單列式發(fā)動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的；雙列式發(fā)動機把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發(fā)動機，若兩列之間的夾角=180°稱為對置式發(fā)動機。
內(nèi)燃機增壓方式
內(nèi)燃機
內(nèi)燃機按照進氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)式發(fā)動機和強制進氣(增壓式)發(fā)動機。汽油機常采用自然吸氣式；柴油機為了提高功率有采用增壓式的。內(nèi)燃機船用機
船用內(nèi)燃機可用柴油、汽油、煤油或煤氣、天然氣作燃料。燒煤氣的叫煤氣機，汽油機、煤氣機功率小，僅用在小型船舶上。
內(nèi)燃機工作原理
氣缸蓋中有進氣道和排氣道，內(nèi)裝進、排氣門。新鮮充量(即空氣或空氣與燃料的可燃混合氣)經(jīng)空氣濾清器、進氣管、進氣道和進氣門充入氣缸。膨脹后的燃氣經(jīng)排氣門、排氣道和排氣管，最后經(jīng)排氣消聲器排入大氣。進、排氣門的開啟和關(guān)閉是由凸輪軸上的進、排氣凸輪，通過挺柱、推桿、搖臂和氣門彈簧等傳動件分別加以控制的，這一套機件稱為內(nèi)燃機配氣機構(gòu)。通常由空氣濾清器、進氣管、排氣管和排氣消聲器組成進排氣系統(tǒng)。[1]
為了向氣缸內(nèi)供入燃料，內(nèi)燃機均設(shè)有供油系統(tǒng)。汽油機通過安裝在進氣管入口端的化油器將空氣與汽油按一定比例(空燃比)混合，然后經(jīng)進氣管供入氣缸，由汽油機點火系統(tǒng)控制的電火花定時點燃。柴油機的燃油則通過柴油機噴油系統(tǒng)噴入燃燒室，在高溫高壓下自行著火燃燒。
內(nèi)燃機氣缸內(nèi)的燃料燃燒使活塞、氣缸套、氣缸蓋和氣門等零件受熱，溫度升高。為了保證內(nèi)燃機正常運轉(zhuǎn)，上述零件必須在許可的溫度下工作，不致因過熱而損壞，所以必須備有冷卻系統(tǒng)。
內(nèi)燃機不能從停車狀態(tài)自行轉(zhuǎn)入運轉(zhuǎn)狀態(tài)，必須由外力轉(zhuǎn)動曲軸，使之起動。這種產(chǎn)生外力的裝置稱為起動裝置。常用的有電起動、壓縮空氣起動、汽油機起動和人力起動等方式。
內(nèi)燃機的工作循環(huán)由進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣等過程組成。這些過程中只有膨脹過程是對外作功的過程，其他過程都是為更好地實現(xiàn)作功過程而需要的過程。按實現(xiàn)一個工作循環(huán)的行程數(shù)，工作循環(huán)可分為四沖程和二沖程兩類。
四沖程是指在進氣、壓縮、做功（膨脹）和排氣四個行程內(nèi)完成一個工作循環(huán)，此間曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈。進氣行程時，此時進氣門開啟，排氣門關(guān)閉。流過空氣濾清器的空氣，或經(jīng)化油器與汽油混合形成的可燃混合氣，經(jīng)進氣管道、進氣門進入氣缸；壓縮行程時，氣缸內(nèi)氣體受到壓縮，壓力增高，溫度上升；膨脹行程是在壓縮上止點前噴油或點火，使混合氣燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓，推動活塞下行并作功；排氣行程時，活塞推擠氣缸內(nèi)廢氣經(jīng)排氣門排出。此后再由進氣行程開始，進行下一個工作循環(huán)。
二沖程是指在兩個行程內(nèi)完成一個工作循環(huán)，此期間曲軸旋轉(zhuǎn)一圈。首先，當活塞在下止點時，進、排氣口都開啟，新鮮充量由進氣口充入氣缸，并掃除氣缸內(nèi)的廢氣，使之從排氣口排出；隨后活塞上行，將進、排氣口均關(guān)閉，氣缸內(nèi)充量開始受到壓縮，直至活塞接近上止點時點火或噴油，使氣缸內(nèi)可燃混合氣燃燒；然后氣缸內(nèi)燃氣膨脹，推動活塞下行做功；當活塞下行使排氣口開啟時，廢氣即由此排出，活塞繼續(xù)下行至下止點，即完成一個工作循環(huán)。
內(nèi)燃機的排氣過程和進氣過程統(tǒng)稱為換氣過程。換氣的主要作用是盡可能把上一循環(huán)的廢氣排除干凈，使本循環(huán)供入盡可能多的新鮮充量，以使盡可能多的燃料在氣缸內(nèi)燃燒，從而發(fā)出更大的功率。換氣過程的好壞直接影響內(nèi)燃機的性能。為此除了降低進、排氣系統(tǒng)的流動阻力外，主要是使進、排氣門在的時刻開啟和關(guān)閉。
實際上，進氣門是在上止點前即開啟，以保證活塞下行時進氣門有較大的開度，這樣可在進氣過程開始時減小流動阻力，減少吸氣所消耗的功，同時也可充入較多的新鮮充量。當活塞在進氣行程中運行到下止點時，由于氣流慣性，新鮮充量仍可繼續(xù)充入氣缸，故使進氣門在下止點后延遲關(guān)閉。
排氣門也在下止點前提前開啟，即在膨脹行程后部分即開始排氣，這是為了利用氣缸內(nèi)較高的燃氣壓力，使廢氣自動流出氣缸，從而使活塞從下止點向上止點運動時氣缸內(nèi)氣體壓力低些，以減少活塞將廢氣排擠出氣缸所消耗的功。排氣門在上止點后關(guān)閉的目的是利用排氣流動的慣性，使氣缸內(nèi)的殘余廢氣排除得更為干凈。
內(nèi)燃機用途應(yīng)用
內(nèi)燃機工作指標
1.動力性能指標：發(fā)出多大功率，功率/扭矩儲備多大。
2.經(jīng)濟性能指標：單位功率單位時間內(nèi)的燃油消耗量。
3.可靠性與耐久性指標：大修或更換零件之間的最長運行時間與長期工作能力。
4.環(huán)保性能指標（NOx、HC、CO、微粒、噪聲）：單位功率單位時間內(nèi)有害物排放量。
內(nèi)燃機優(yōu)缺點
內(nèi)燃機的利用范圍
內(nèi)燃機的利用范圍很是遍及。地面上各類運輸車輛（汽車、拖沓機、內(nèi)燃機車等），礦山、建筑及工程等機械，就是因為國家的限電所以造就了很多地方用自備電源發(fā)電，水上運輸可作內(nèi)河及海上船舶的主機和輔機。在軍事方面，如坦克、裝甲車、步兵戰(zhàn)車、重兵器牽引車和各類水面艦艇等方面都大量利用內(nèi)燃機。
內(nèi)燃機和外燃機相比較，具有很多優(yōu)點：
①內(nèi)燃機的熱能利用率高。增壓柴油機的熱效率可達46%。而蒸氣機僅有11~16%。
②功率范圍廣，適應(yīng)性能好，最小的內(nèi)燃機功率不到0.73千瓦，的內(nèi)燃機功率可達34000千瓦。
⑤結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，體積小，燃料和水的消耗量也少。
④使用操作方便，起動快。在正常情況下，一般的柴油機和汽油機能夠在3~5秒的時問內(nèi)起動，并能在短時間內(nèi)謎到全負荷運轉(zhuǎn)，而且操作比。簡單安全。在石油工業(yè)中，石油勘探工作都在野外，流動性大，對于動力設(shè)備的選擇和要求是:其有足夠大的功率、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、便于搬運和安裝、燃料和水的消耗少。因此內(nèi)燃機在石油勘探工作中得到廣泛的應(yīng)用。
內(nèi)燃機的缺點是：
⑴對燃料要求較高高速內(nèi)燃機一般利用汽油或輕柴油作料，并且對燃料的潔凈度要求嚴格。
⑵對環(huán)境的污染也愈來愈嚴重。
⑶布局復(fù)雜，發(fā)展空間——機電行業(yè)的多來源業(yè)務(wù)經(jīng)營路線及通過長期大量的潛在客戶積累與轉(zhuǎn)化的方式。
內(nèi)燃機性能發(fā)展
內(nèi)燃機性能主要包括動力性能和經(jīng)濟性能。動力性能是指內(nèi)燃機發(fā)出的功率(扭矩)，表示內(nèi)燃機在能量轉(zhuǎn)換中量的大小，標志動力性能的參數(shù)有扭矩和功率等。經(jīng)濟性能是指發(fā)出一定功率時燃料消耗的多少，表示能量轉(zhuǎn)換中質(zhì)的優(yōu)劣，標志經(jīng)濟性能的參數(shù)有熱效率和燃料消耗率。
內(nèi)燃機未來的發(fā)展將著重于改進燃燒過程，提高機械效率，減少散熱損失，降低燃料消耗率；開發(fā)和利用非石油制品燃料、擴大燃料資源；減少排氣中有害成分，降低噪聲和振動，減輕對環(huán)境的污染；采用高增壓技術(shù)，進一步強化內(nèi)燃機，提高單機功率；研制復(fù)合式發(fā)動機、絕熱式渦輪復(fù)合式發(fā)動機等；采用微處理機控制內(nèi)燃機，使之在工況下運轉(zhuǎn)；加強結(jié)構(gòu)強度的研究，以提高工作可靠性和壽命，不斷創(chuàng)制新型內(nèi)燃機變氣門，變升程，變相位，甚至停掉幾個缸的技術(shù)，都沒能做到在行進中連續(xù)變缸徑，但有等效的。
這種發(fā)動機有一個桶形缸體，桶底后，桶底中間有圓孔。還有一個缸體，好像一根筷子穿過一張厚的圓餅并粘合，筷子就是軸，這個軸也穿過桶形缸體底部的孔，餅形體也納入桶中，封閉成一個空心圓柱體的缸腔。這個缸腔的容積是可以變化的，比如只要固定桶，用機械裝置或者液壓裝置抽動軸就可以實現(xiàn)。
桶底從圓孔的邊到桶的內(nèi)壁割條縫，插入一個矩形板；餅面從圓邊到軸割條縫，也插入一塊矩形板，兩塊矩形板可以把缸腔一分為二，成為兩個密封缸腔，密封缸腔和第二密封缸腔。其中一個密封缸腔從桶壁的矩形板本側(cè)開口，充入高壓氣體，或充入油氣混合物并點燃；第二密封腔從桶壁上與前一開口相隔一個矩形板的位置開口放氣。固定桶，矩形板就牽引餅和筷子轉(zhuǎn)動，反過來也行。
個密封腔從最小、充氣到轉(zhuǎn)過一定相位（轉(zhuǎn)角）就停止供氣，可以用閥門或者控制油氣供應(yīng)量來實現(xiàn)。由于高壓氣體膨脹，裝置會繼續(xù)轉(zhuǎn)動，密封缸腔內(nèi)的氣壓會降低，直到稍微低于環(huán)境氣壓，這樣會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動阻力。于是第二個矩形板需要在頭部靠近邊緣開一個孔，安裝單向閥，向內(nèi)補氣。如果當初的氣壓適當，在第二塊矩形板轉(zhuǎn)到第二開口的時候，密封缸腔的氣壓正好等于或接近于環(huán)境氣壓，這是的。第三種情況是還有少量余壓。
當兩個矩形板快要相遇的時候，需要避讓。于是從桶的裙部內(nèi)圓刻成曲線滑槽，裝上滑動塊，滑動塊與第二塊矩形板連接；從軸穿出桶底的一側(cè)套裝一個空心圓柱體，外圓面刻曲線滑槽，裝上滑動塊，與塊矩形板連接。滑槽由圓和擺線構(gòu)成，控制矩形板前沖、頂住和抽回。桶底和餅都夠厚，所以不會抽脫。第二塊矩形板在轉(zhuǎn)動方向上，和餅一塊轉(zhuǎn)動；在軸向上，則由桶上的滑槽控制，所以變換容積的時候仍能抵住桶的底部。同樣道理，塊矩形板總是能抵住餅的內(nèi)表面。
這種裝置在一個著力面上沿弧形軌跡，把高壓氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動能，是一種動力機械裝置。反過來，也可以在機械的帶動下反向轉(zhuǎn)動，制取壓縮空氣，或者作為一個剎車器。做一個容量小的壓氣裝置，制取高壓油氣，配上點火裝置，再做一個容量動力機械裝置，將燃燒后大量高溫高壓氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動能，就是一臺發(fā)動機。
它做功的軌跡是一段弧，而且可以無級的改變?nèi)萘浚簿鸵馕吨梢愿淖儼l(fā)動機排量。配合油門，可以改變?nèi)紵髿鈮海`活改變轉(zhuǎn)速；改變排量，配合變速器，在一定范圍內(nèi)可以適應(yīng)各種負荷，而且采取上述“的”方式。如果多套矩形板對置使用，可以減輕軸的彎曲；它是連續(xù)排氣的，因而噪音低；可以多套缸錯相聯(lián)軸，動力平穩(wěn)。它可以限度的減少余壓排放，而且在不同負載下都能采取的工況，所以是好用節(jié)能技術(shù)。
作為一類發(fā)動機，不同于蒸汽機、活塞發(fā)動機和三角轉(zhuǎn)子發(fā)動機。叫作“可變?nèi)莼「装l(fā)動機。”
內(nèi)燃機理論研究
三種理論[1]
定壓加熱內(nèi)燃機循環(huán)p-v圖
（1）等容加熱循環(huán)（Otto循環(huán)）；對應(yīng)于點燃式內(nèi)燃機（2）等壓加熱循環(huán)（Brayton循環(huán)）；對應(yīng)于燃氣輪機
（3）混合加熱循環(huán)（Diesel 循環(huán)）；對應(yīng)于柴油機
理論循環(huán)
將實際循環(huán)進行若干簡化，便于進行定量分析的理想循環(huán)。
研究目的
（1）用簡單公式闡明工作過程中各基本熱力參數(shù)間的關(guān)系，以明確提高ηit的基本途徑；
（2）確定ηit的理論極限；以判斷內(nèi)燃機工作過程的*程度以及改進潛力。
（3）分析比較不同的熱力循環(huán)方式的經(jīng)濟性和動力性。
簡化假設(shè)
（1）空氣作為工質(zhì)，理想氣體；
（2）不考慮工質(zhì)更換及泄露損失，忽略進、排氣流動損失及影響；
（3）理想的絕熱等熵過程；工質(zhì)與外界不進行熱量交換；
（4）理想的加熱、放熱過程。
內(nèi)燃機船舶應(yīng)用
柴油機動力裝置是現(xiàn)代船舶上的主要動力裝置。現(xiàn)代船舶和艦艇的主機是船用柴油機，燒煤氣的叫煤氣機，汽油機、煤氣機功率小，僅用在小型船舶上。
內(nèi)燃機機械損失
平均機械損失壓力pmm:發(fā)動機單位氣缸工作容積一個循環(huán)所損失的功。可以用來衡量機械損失的大小。即：
一、機械損失的組成：[5]
1．活塞與活塞環(huán)的摩擦損失：占摩擦損失的主要部分，約為：45-65%
2．軸承與氣門機構(gòu)的摩擦損失：包括所有主軸承、連桿軸承和凸輪軸軸承等的摩擦損失。軸承直徑越大，轉(zhuǎn)速越高，損失越大。15-30%。
3．驅(qū)動附屬機構(gòu)的功率消耗：指為保證發(fā)動機工作所的部件總成，如冷卻水泵總成（風冷發(fā)動機中則是冷卻風扇）、機油泵、噴油泵、調(diào)速器等；占10-20%。
4．流體摩擦損失：為克服油霧、空氣阻力及曲軸箱通風等將消耗一部分功。
5．驅(qū)動掃氣泵及增壓器的損失：二沖程或機械增壓發(fā)動機中，要加上對進氣進行壓縮而帶來的損失。10-20%
分配情況
機械損失名稱 | 占Pm的百分比% | 占Pi的百分比% |
摩擦損失其中活連桿、活塞環(huán) 軸承及曲軸 配氣機構(gòu) | 60～7545～6515 ～ 202～3 | 8 ～ 20 |
驅(qū)動各種附件損失 其中 水泵 風扇 機油泵 電器設(shè)備 | 10～20 2～8 6～3 1～2 1～2 | 1 ～5 |
帶動機械增壓器損失 | 6 ～ 10 | |
泵氣損失 | 10～20 | 2～4 |
總功率損失 | 10～30 |
損失測定
1．示功圖法：運用示功圖算出Pi值，從測功器測出發(fā)動機的有效功率Pe，從而算出產(chǎn)Pm、 hm及Pmm值。
問題：誤差來源于P—V圖上活塞上止點位置正確地確定以及測量誤差。此外，各個氣缸存在的不均勻性，這也會引起一定的誤差。示功圖法當上止點位置能得到精確校正時才能取得較滿意的結(jié)果。局限：只能測量整體機械損失。
2．倒拖法：當發(fā)動機以給定工況穩(wěn)定運行，冷卻水、機油溫度到達正常數(shù)值時，切斷對發(fā)動機的供油，將電力測功器轉(zhuǎn)換為電動機，以給定轉(zhuǎn)速倒拖發(fā)動機，并且維持冷卻水和機油溫度不變，這樣測得的倒拖功率即為發(fā)動機在該工況下的機械損失功率。
與實際運行的差異：(1)氣體壓力在膨脹行程中大幅度下降，使活塞、連桿。曲軸的摩擦損失有所減少；(2) 由于排氣過程中溫度低、密度大，使Pp比實際的還大；(3)倒拖在膨脹、壓縮行程中，存在充量向氣缸壁的傳熱損失，在測量該工況的有效功率時，這部分傳熱損失已被考慮在內(nèi)。
綜合結(jié)果是：倒拖時所消耗的功率要超過柴油機的實際機械損失，在低壓縮比發(fā)動機中，誤差大約為 5%，在高壓縮比發(fā)動機中，誤差可高達（15—20）%，因而此方法適用于低壓縮比的汽油機。
3．滅缸法：內(nèi)燃機調(diào)整到給定工況穩(wěn)定工作后，先測出其有效功率Pe，之后在噴油泵齒條位置或節(jié)氣門不變的 下，停止某一氣缸工作，并用減少制動力矩的辦法迅速將轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原來的數(shù)值，并重新測定其有效功率Pe’。如果滅缸后其他各缸的工作情況和發(fā)動機機械損失沒有變化，則被熄滅的氣缸原來所發(fā)出的指示功率為（Pi)x。依次將各缸滅火，最后可以從各缸指示功率的總和中求得整臺發(fā)動機的指示功率。
局限：只能使用于柴油多缸機。
4．油耗線法：保證發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變，逐漸改變供油，測出每小時耗油量B與負荷pme變化關(guān)系，繪成負荷特性曲線，延長直線段于橫坐標的相交，此交點到原點的距離為平均機械損失壓力pmm。
只能適用于pmm 與ηit 不隨負荷變化，只適用于柴油機。
總之；倒拖法只能用于配有電力測功器的情況，不適用于大功率發(fā)動機，較適用于測定壓縮比不高的汽油機的機械損失。對于排氣渦輪增壓柴油機，由于倒拖法和滅缸法破壞了增壓系統(tǒng)的正常工作，只能用示功圖法、油耗線法來測定機械損失。對于排氣渦輪中增壓、高增壓的柴油機（pb>0．15MPa），除示功圖外，尚無其他適用的方法可取代。
內(nèi)燃機注意問題
內(nèi)燃機使用誤區(qū)
理論循環(huán)
1、循環(huán)加注潤滑油或不同品質(zhì)的油摻兌使用[1] 2、選用的潤滑油粘度較高
3、單向流量控制閥或通風軟管損壞后隨意拆除
4、大容量的蓄電池壽命長
5、隨意加添電解液
6、隨便調(diào)高發(fā)電機的端電壓
7、空氣濾清器長期短路或隨便更換不同規(guī)格的濾
8、經(jīng)常在大功率、高溫狀態(tài)下熄火
9、高壓油泵內(nèi)的潤滑油加注或更換不合理
10、噴油器噴油壓力調(diào)整過高
11、隨意拆除散熱器上的空氣蒸氣閥
12、隨意更換火花塞
內(nèi)燃機燃料使用
燃油是發(fā)動機的動力源，也是造成發(fā)動機故障的主要因素，潔凈的燃油不含水份和雜質(zhì)是極重要的，否則會造成噴油泵和油嘴嚴重磨損甚至損壞。[4]
在我國燃油質(zhì)量問題一直是造成發(fā)動機壽命降低和故障的主要原因，所以在使用進口發(fā)動機盡量使用優(yōu)質(zhì)低含硫燃油，在無法達到要求的情況下可改造輸油管路，在油水分離器前加一級粗濾或油水分離器，以不影響發(fā)動機輸出功率為準選擇濾芯等級。
在使用劣質(zhì)燃油的情況下必須定期清洗燃油箱，否則容易在油箱中因劣質(zhì)燃油含有水份和雜質(zhì)多，會在油箱壁和箱底結(jié)積，長期沒清洗的情況下造成結(jié)積泥皮脫落，工作中進入燃油管路，致使管路或燃油濾芯等堵塞，在日常維護中要做到良好的保養(yǎng)習(xí)慣，排放油箱沉積水雜質(zhì)和油水分離器中沉積水。
內(nèi)燃機污染
內(nèi)燃機空氣污染
內(nèi)燃機（例如往復(fù)式內(nèi)燃機）在工作時會由于含碳燃料的不燃燒而排放大氣污染物。內(nèi)燃機的最重要排放物是二氧化碳、水汽和一些碳黑顆粒物。取決于工作狀況和油氣比例，內(nèi)燃機還會排放一氧化碳、氮氧化物、硫化物（主要是二氧化硫）和一些未燃燒的碳氫化合物。
內(nèi)燃機噪音污染
內(nèi)燃機工作時會產(chǎn)生顯著的噪音污染。比如公路上的汽車會產(chǎn)生噪音，飛機飛行時也會產(chǎn)生噴氣噪音（尤其是超音速飛機）。火箭發(fā)動機產(chǎn)生的噪音。
參考資料
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目錄
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