工程概论-内燃机论文.doc

1、 关于内燃机和柴油机绪言内燃机是将燃料燃烧释放出来的热能转变成机械能的一种能量转换装置。在内燃机中，燃料与空气混合、燃烧，产生高温、高压的工作气体，直接推动活塞向下运动，通过连杆、曲轴向外输出机械功。由于这一能量转换过程完全是在发动机内部完成的，所以称为内燃机。自问世以来，内燃机经过了无数次的改进和提高，现代内燃机无论在结构还是在性能方面都已相当完善，成为当今用量最大、用途最广的热能动力机械，在国民经济、国防建设以及人们的日常生活中起着举足轻重的位置。内燃机作为一种动力机械，发出的功率展示机动力装备的 50%以上，被广泛的应用于交通运输、工程机械，农业机械、矿山、石油、发电、船舶等国民经济重要

2、部门之中。柴油机是用柴油作燃料的内燃机。柴油机属于压缩点火式发动机，它又常以主要发明者狄塞尔的名字被称为狄塞尔引擎。柴油机在工作时，吸入柴油机气缸内的空气，因活塞的运动而受到较高程度的压缩，达到 500700的高温。然后将燃油以雾状喷入高温空气中，与高温空气混合形成可燃混合气，自动着火燃烧。燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上，推动活塞并通过连杆和曲轴转换为旋转的机械功。发展史19 世 纪 中 期 ， 科 学 家 完 善 了 通 过 燃 烧 煤 气 ， 汽 油 和 柴 油 等 产 生 的 热 转 化 机 械 动 力的 理 论 。 这 为 内 燃 机 的 发 明 奠 定 了 基 础 。 活 塞 式

3、内 燃 机 自 19 世 纪 60 年 代 问 世 以 来 ，经 过 不 断 改 进 和 发 展 ， 已 是 比 较 完 善 的 机 械 。 它 热 效 率 高 、 功 率 和 转 速 范 围 宽 、 配 套 方便 、 机 动 性 好 ， 所 以 获 得 了 广 泛 的 应 用 。 全 世 界 各 种 类 型 的 汽 车 、 拖 拉 机 、 农 业 机 械 、工 程 机 械 、 小 型 移 动 电 站 和 战 车 等 都 以 内 燃 机 为 动 力 。 海 上 商 船 、 内 河 船 舶 和 常 规 舰 艇， 以 及 某 些 小 型 飞 机 也 都 由 内 燃 机 来 推 进 。 世 界 上

4、内 燃 机 的 保 有 量 在 动 力 机 械 中 居 首 位， 它 在 人 类 活 动 中 占 有 非 常 重 要 的 地 位 。活 塞 式 内 燃 机 起 源 于 用 火 药 爆 炸 获 取 动 力 ， 但 因 火 药 燃 烧 难 以 控 制 而 未 获 成 功 。1794 年 ， 英 国 人 斯 特 里 特 提 出 从 燃 料 的 燃 烧 中 获 取 动 力 ， 并 且 第 一 次 提 出 了 燃 料 与 空气 混 合 的 概 念 。 1833 年 ， 英 国 人 赖 特 提 出 了 直 接 利 用 燃 烧 压 力 推 动 活 塞 作 功 的 设 计 。之 后 人 们 又 提 出 过 各

5、 种 各 样 的 内 燃 机 方 案 ， 但 在 十 九 世 纪 中 叶 以 前 均 未 付 诸 实 用 。直 到 1860 年 ， 法 国 的 勒 努 瓦 模 仿 蒸 汽 机 的 结 构 ， 设 计 制 造 出 第 一 台 实 用 的 煤 气 机 。 这是 一 种 无 压 缩 、 电 点 火 、 使 用 照 明 煤 气 的 内 燃 机 。 勒 努 瓦 首 先 在 内 燃 机 中 采 用 了 弹 力 活塞 环 。 这 台 煤 气 机 的 热 效 率 为 4%左 右 。英 国 的 巴 尼 特 曾 提 倡 将 可 燃 混 合 气 在 点 火 之 前 进 行 压 缩 ， 随 后 又 有 人 著 文

6、论 述 对 可燃 混 合 气 进 行 压 缩 的 重 要 作 用 ， 并 且 指 出 压 缩 可 以 大 大 提 高 勒 努 瓦 内 燃 机 的 效 率 。 1862 年 ， 法 国 科 学 家 罗 沙 对 内 燃 机 热 力 过 程 进 行 理 论 分 析 之 后 ， 提 出 提 高 内 燃 机 效 率 的 要求 ， 这 就 是 最 早 的 四 冲 程 工 作 循 环 。1876 年 ， 德 国 发 明 家 奥 托 （ Otto） 运 用 罗 沙 的 原 理 ， 创 制 成 功 第 一 台 往 复 活 塞 式、 单 缸 、 卧 式 、 3.2 千 瓦 (4.4 马 力 )的 四 冲 程 内

7、燃 机 ， 仍 以 煤 气 为 燃 料 ， 采 用 火 焰 点 火 ，转 速 为 156.7 转 /分 ， 压 缩 比 为 2.66， 热 效 率 达 到 14 ， 运 转 平 稳 。 在 当 时 ， 无 论 是功 率 还 是 热 效 率 ， 它 都 是 最 高 的 。奥 托 内 燃 机 获 得 推 广 ， 性 能 也 在 提 高 。 1880 年 单 机 功 率 达 到 11 15 千 瓦 (15 20 马 力 )， 到 1893 年 又 提 高 到 150 千 瓦 。 由 于 压 缩 比 的 提 高 ， 热 效 率 也 随 之 增 高 ， 1886 年 热 效 率 为 15.5%， 189

8、7 年 已 高 达 20 26 。 1881 年 ， 英 国 工 程 师 克 拉 克 研 制成 功 第 一 台 二 冲 程 的 煤 气 机 ， 并 在 巴 黎 博 览 会 上 展 出 。随 着 石 油 的 开 发 ， 比 煤 气 易 于 运 输 携 带 的 汽 油 和 柴 油 引 起 了 人 们 的 注 意 ， 首 先 获 得试 用 的 是 易 于 挥 发 的 汽 油 。 1883 年 ， 德 国 的 戴 姆 勒 （ Daimler） 创 制 成 功 第 一 台 立 式汽 油 机 ， 它 的 特 点 是 轻 型 和 高 速 。 当 时 其 他 内 燃 机 的 转 速 不 超 过 200 转 /

9、分 ， 它 却 一 跃而 达 到 800 转 /分 ， 特 别 适 应 交 通 动 输 机 械 的 要 求 。 1885 1886 年 ， 汽 油 机 作 为 汽 车动 力 运 行 成 功 ， 大 大 推 动 了 汽 车 的 发 展 。 同 时 ， 汽 车 的 发 展 又 促 进 了 汽 油 机 的 改 进 和 提高 。 不 久 汽 油 机 又 用 作 了 小 船 的 动 力 。1892 年 ， 德 国 工 程 师 狄 塞 尔 （ Diesel） 受 面 粉 厂 粉 尘 爆 炸 的 启 发 ， 设 想 将 吸 入 气缸 的 空 气 高 度 压 缩 ， 使 其 温 度 超 过 燃 料 的 自 燃

10、 温 度 ， 再 用 高 压 空 气 将 燃 料 吹 入 气 缸 ， 使之 着 火 燃 烧 。 他 首 创 的 压 缩 点 火 式 内 燃 机 (柴 油 机 )于 1897 年 研 制 成 功 ， 为 内 燃 机 的 发展 开 拓 了 新 途 径 。狄 塞 尔 开 始 力 图 使 内 燃 机 实 现 卡 诺 循 环 ， 以 求 获 得 最 高 的 热 效 率 ， 但 实 际 上 做 到 的是 近 似 的 等 压 燃 烧 ， 其 热 效 率 达 26 。 压 缩 点 火 式 内 燃 机 的 问 世 ， 引 起 了 世 界 机 械 业的 极 大 兴 趣 ， 压 缩 点 火 式 内 燃 机 也 以

11、发 明 者 而 命 名 为 狄 塞 尔 引 擎 。这 种 内 燃 机 以 后 大 多 用 柴 油 为 燃 料 ， 故 又 称 为 柴 油 机 。 1898 年 ， 柴 油 机 首 先 用 于固 定 式 发 电 机 组 ， 1903 年 用 作 商 船 动 力 ， 1904 年 装 于 舰 艇 ， 1913 年 第 一 台 以 柴 油 机为 动 力 的 内 燃 机 车 制 成 ， 1920 年 左 右 开 始 用 于 汽 车 和 农 业 机 械 。早 在 往 复 活 塞 式 内 燃 机 诞 生 以 前 ， 人 们 就 曾 致 力 于 创 造 旋 转 活 塞 式 的 内 燃 机 ， 但 均未 获

12、成 功 。 直 到 1954 年 ， 联 邦 德 国 工 程 师 汪 克 尔 （ Wankel） 解 决 了 密 封 问 题 后 ， 才于 1957 年 研 制 出 旋 转 活 塞 式 发 动 机 ， 被 称 为 汪 克 尔 发 动 机 。 它 具 有 近 似 三 角 形 的 旋 转活 塞 ， 在 特 定 型 面 的 气 缸 内 作 旋 转 运 动 ， 按 奥 托 循 环 工 作 。 这 种 发 动 机 功 率 高 、 体 积 小 、振 动 小 、 运 转 平 稳 、 结 构 简 单 、 维 修 方 便 ， 但 由 于 它 燃 料 经 济 性 较 差 、 低 速 扭 矩 低 、 排气 性 能

13、不 理 想 ， 所 以 还 只 是 在 个 别 型 号 的 轿 车 上 得 到 采 用 。优 点内 燃 机 自 从 诞 生 以 来 能 迅 速 发 展 并 占 领 整 个 市 场 ， 这 和 他 本 身 的 优 点 是 分 不 开 的 ，内 燃 机 的 优 势 有 以 下 几 点 ：1， 内 燃 机 湿 热 及 效 率 最 高 的 动 力 机 械 。2， 转 速 范 围 广 ， 功 率 范 围 广 。 转 速 从 70r/min 到 9000r/min,单 机 功 率 从 1KW到 9KW， 其 他 热 机 无 法 与 之 匹 敌 。3， 结 构 紧 凑 ， 移 动 方 便 。 内 燃 机 的

14、 比 质 量 为 0.2222kg/KW。4， 启 动 迅 速 。 内 燃 机 启 动 只 需 几 秒 钟 。5， 操 作 方 便 。内燃机的分类及结构内燃机的种类很多，按所用燃料分有，汽油机、柴油机、天然气发动机、液化石油发动机、酒精发动机，双燃料发动机，灵活燃料发动机。按缸内着火方式分有，压燃机、点燃机。按冲程分有，四冲程、二冲程。按活塞运动方式分有，往复活塞式、旋转活塞式。按气缸冷却方式分有，液体冷却、气体冷却。按汽缸数分有，单缸和多缸。按转速分有，低速、中速和高速。安增压成度分有，非增压和增压。铵气缸排列分有，立式、卧式、直列式、V 型、W 型、对置气缸或对置活塞式、H 型、王字型，x

15、 型、星型。按混合气准备方式分有，化油器式、进气管或进气道式、缸内直接喷射，分层冲量。铵燃烧室分有，开式燃烧室、分式燃烧室。按用途分有，农用、船用、汽车用、工程机械用、拖拉机用、发电机用、内燃机车用。内燃机机构复杂，零部件繁多，但基本的机构和系统却是必须的。1，曲柄连杆系统，它是将热能转化为机械能的主要结构，他通过旋转，来完成进气、压缩和排气。2，配器系统，他就像人的呼吸器官，来完成进气和排气。3，燃料供给系统，它会根据不同的要求配制出品不同浓度及量度的燃料，他是内燃机的动力来源。4，润滑系统，由于摩擦而消耗的能量占了能量消耗的一大部分，而能够减小摩擦来减小能量消耗则是一项极有用的工作，5，冷

16、却系统。6，点火系统。7，启动系统。工作原理（以四冲程为例）四冲程内燃机是在进气、压缩、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。柴 油 机 工 作 时 ， 一 般 分 为 吸 气 、 压 缩 、 爆 发 、 排 气 等 步 骤 。

17、开 始 时 ， 活 塞 从 上 止 点下 行 到 下 止 点 ， 将 新 鲜 空 气 吸 入 气 缸 ， 然 后 从 下 止 点 上 行 到 上 止 点 ， 将 吸 入 的 气 体 压 缩 ，使 其 压 力 及 温 度 升 高 。 当 接 近 上 止 点 时 ， 气 体 温 度 已 超 过 柴 油 燃 点 ， 此 时 由 喷 油 嘴 将 柴油 喷 入 迅 速 燃 烧 ， 高 温 高 压 燃 气 推 动 活 塞 下 行 做 功 。 之 后 ， 活 塞 再 次 从 下 止 点 上 行 ， 将废 气 排 出 气 缸 ， 完 成 一 个 循 环 。 活 塞 往 复 不 停 地 工 作 ， 带 动 连

18、杆 使 曲 轴 转 动 ， 就 从 曲轴 上 把 动 能 传 输 出 来 。 柴 油 机 和 汽 油 机 一 样 ， 每 个 工 作 循 环 也 经 历 进 气 、 压 缩 、 作 功 和 排 气 四 个 过 程 。 但由 于 柴 油 粘 度 比 汽 油 大 ， 不 易 蒸 发 ， 但 自 燃 温 度 却 低 于 汽 油 ， 故 柴 油 机 可 燃 混 合 气 的 形成 和 燃 烧 方 式 与 汽 油 机 不 同 。 柴 油 机 在 进 气 冲 程 吸 人 的 是 纯 空 气 ， 在 压 缩 冲 程 接 近 终 了时 ， 柴 油 经 喷 油 泵 将 油 压 提 高 到 10MPa 以 上 ，

19、通 过 喷 油 器 以 雾 状 喷 人 气 缸 ， 在 很 短 时间 内 与 压 缩 后 的 高 温 空 气 混 合 ， 形 成 可 燃 混 合 气 。 因 此 ， 柴 油 机 的 可 燃 混 合 气 是 在 气 缸内 部 形 成 的 。 由 于 柴 油 机 的 压 缩 比 高 ， 所 以 压 缩 终 了 时 气 缸 内 空 气 压 力 可 达 3.5 4.5MPa， 温度 高 达 750 1000K， 大 大 超 过 柴 油 的 自 燃 温 度 ， 故 柴 油 喷 入 气 缸 后 ， 在 很 短 的 时 间 内即 自 行 着 火 燃 烧 ， 燃 气 压 力 急 剧 上 升 到 6 9MPa，

20、 温 度 升 高 到 2000 2500Ko 在 高 压 气体 推 动 下 ， 活 塞 向 下 运 动 并 带 动 曲 轴 旋 转 作 功 。 废 气 同 样 经 排 气 门 、 排 气 管 等 处 排 人 大气 。 四 行 程 汽 油 机 或 柴 油 机 ， 在 一 个 工 作 循 环 中 ， 只 有 一 个 行 程 作 功 ， 其 余 三 个 行程 都 是 为 作 功 行 程 创 造 条 件 的 辅 助 行 程 。 因 此 ， 单 缸 发 动 机 工 作 不 平 稳 。 现 代 汽 车 都 采用 多 缸 发 动 机 ， 在 多 缸 发 动 机 中 ， 所 有 气 缸 的 作 功 行 程 并

21、 不 同 时 进 行 ， 而 尽 可 能 有 一 个均 匀 的 作 功 间 隔 。 例 如 六 缸 发 动 机 ， 在 完 成 一 个 工 作 循 环 中 ， 曲 轴 旋 转 两 周 即 720 度 ，曲 轴 转 角 每 隔 120 度 就 有 一 个 气 缸 作 功 。 因 而 多 缸 发 动 机 曲 轴 运 转 均 匀 ， 工 作 平 稳 ， 并可 获 得 足 够 大 的 功 率 。机械燃料柴 油 机 燃 料 主 要 是 柴 油 。 通 常 ， 高 速 柴 油 机 用 轻 柴 油 ； 中 、 低 速 柴 油 机 用 轻 柴 油 或重 柴 油 。 柴 油 机 用 喷 油 泵 和 喷 油 器

22、将 燃 油 以 高 压 喷 入 气 缸 。 喷 入 的 燃 油 呈 雾 状 ， 与 空 气混 合 燃 烧 。 因 此 柴 油 机 可 燃 用 挥 发 性 较 差 的 重 质 燃 料 或 劣 质 燃 料 ， 如 原 油 和 渣 油 等 。 在 燃 用 原 油 和 渣 油 时 ， 除 须 滤 除 杂 质 和 水 分 外 ， 还 要 对 供 油 系 统 进 行 预 热 保 温 ， 降低 粘 度 ， 以 便 输 送 和 喷 射 。 柴 油 机 如 采 用 某 种 合 适 的 燃 烧 室 也 可 燃 用 乙 醇 、 汽 油 和 甲醇 等 轻 质 燃 料 。 为 了 改 善 轻 质 燃 料 的 着 火 性

23、 ， 可 加 入 添 加 剂 提 高 十 六 烷 值 ， 或 与 柴 油 混合 使 用 。 一 些 气 体 燃 料 （ 如 天 然 气 、 液 化 石 油 气 、 沼 气 和 发 生 炉 煤 气 等 ） 也 可 作 为 柴 油机 的 燃 料 ， 但 这 时 通 常 以 气 体 燃 料 为 主 ， 以 少 量 柴 油 引 燃 ， 这 种 发 动 机 称 为 双 燃 料 内 燃机 。带来的环境问题内燃机和内燃机工业的诞生与发展，为人类社会创造了巨大的物质文明，促进了人类社会的进步，被誉为改变世界 50 项发明之一。然而，在内燃的使用过程中，消耗了大量能源，造成石油短缺，而其工作时产生的震动、噪声和

24、尾气都对环境了恶劣影响。现在的石油资源在不断减少，一直打到了面临枯竭的程度，而内燃机侧站了石油消耗的一大部分，所以内燃机的节油性能亟待提高。现代城市的空气污染及噪声污染也极其严重，而内燃机也在其中扮演了最重要的角色。权威数字表明：我国城市大气污染中 80%以上的co、30% 以上的 CO2 以及 40%以上的 NOX 来自机动车的排放，颗粒污染中有 20%30%来自机动车排放；各种机动车辐射的噪声能量占整个城市环境声能量的 75%，已成为城市噪声的主要来源。所以要解决这些环境问题，对内燃机性能的改造就十分必要，也需要一些政策的支持。结论内燃机自诞生以来就勤勤恳恳的为人类服务着，对人类社会的发展起到了极大的推动作用，甚至可以说没有内燃机就没有今天的社会，但它的使命注定着他仍将继续为人类服务。现代内燃机已经达到了一个较高的水平，对能量的利用率已经达到了和理论值近似的程度，但它仍存在不足之处，他仍要不断发展、改进和完善。并在主体方向上朝着以环保为中心，兼顾可靠性的要求。为了节约能源及环保，市场上已经出现了像混合动力或纯粹其他能源的车型，但就性能及工厂要求来看，内燃机仍有不可代替的作用，所以内燃机在近期仍将是主力产品，所以内燃机的前景仍然看好。