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第六章 其他常见机器设备

第一节　内燃机

一、概述

燃料燃烧后的产物直接推动机械装置做功的发动机称为内燃机，如柴油机、燃气轮机等。

(一)内燃机分类

1、按照所使用燃料分类：可分为柴油机、汽油机、煤气机等。

2、按照工作循环冲程数分类：可分为四冲程、二冲程内燃机。

3、按照汽缸数和排列方式分类：可分为单缸和多缸内燃机;直立式、卧式、V型等。

4、按照进气方式分类：可分为非增压、增压内燃机。

5、按照冷却方式分类：可分为水冷、风冷内燃机。

6、按照着火方式分类：可分为点燃式内燃机(汽油机)和压燃式内燃机(柴油机)。

(二)内燃机基本名词术语

1.工作循环：进气、压缩、燃烧膨胀、排气。这一系列连续的过程称为内燃机的工作循环。

2.上、下止点：活塞在汽缸内做往复运动时的两个极端位置称为止点。活塞离曲轴旋转中心最远的位置称为上止点，离曲轴旋转中心最近的位置称为下止点。

3.活塞行程：上下止点之间的距离。

S=2r

r—曲轴半径

4.汽缸工作容积：活塞从上止点移动到下止点所走过的汽缸容积，用Vh表示。

5.汽缸总容积：

(1)燃烧室容积：活塞位于上止点时，活塞顶部与汽缸盖之间的容积，用 VC 表示。

(2)活塞位于下止点时，活塞顶部与汽缸盖、汽缸套内表面形成的容积，称为汽缸总容积，用 Va 表示。

(3)汽缸总容积 = 汽缸工作容积 + 燃烧室容积 ，即：

Va=Vh+Vc

6.压缩比：汽缸总容积V a与燃烧室容积Vc之比，表示气体在汽缸内被压缩的程度。

ε=Va/ Vc=1+(Vh /Vc)

7.工况：是内燃机在某一时刻的工作状况，一般用功率和曲轴转速表示，也可以用负荷与转速表示。

(三)内燃机型号

1.型号表示方法如图6-2所示。

2.型号含义

内燃机产品名称均按所采用的燃料命名，例如：柴油机、汽油机、煤气机、沼气机、双(多种)燃料发动机。

内燃机型号由阿拉伯数字、汉语拼音字母和根据气缸布置所规定的象形字符号组成。

(1)首部：产品特征代号，由制造厂自选相应字母表示，包括系列代号、换代符号和地方、企业代号。每种符号一般用一个或两个字母表示。

(2)中部：由缸数符号、气缸布置形式符号、冲程符号和缸径符号组成。气缸数和缸径用数字表示，气缸布置形式符号，V为V型布置，P为平卧型布置，多缸直列及单缸一般不标符号。四冲程不标注。

(3)后部：结构特征符号及用途特征符号。

(4)尾部：区分符号。

首部和尾部符号根据具体情况允许不表示。由国外引进的内燃机产品，若保持原结构性能不变，允许保留原产品型号。

3.示例

【例1】165F柴油机

表示单缸、四冲程、缸径65mm、风冷、通用型柴油机;

4、注意事项：

(1)最重要的是缸数、汽缸直径，是必不可少的;

(2)结构特征省略表示水冷;

(3)四冲程不标;二冲程用 E 表示。

(4)用途特征省略表示通用型、固定动力。

二、内燃机基本工作过程

四冲程内燃机工作过程

四冲程内燃机每个工作循环由进气、压缩、做功和排气四个冲程组成。

1.进气冲程。工作时进气门打开，排气门关闭，活塞由上止点运动到下止点，曲轴旋转180°，新鲜气体吸入气缸。

2.压缩冲程。在进气终了，内燃机的进、排气门均关闭，气缸形成封闭系统，活塞开始向上运动，活塞由下止点运动到上止点，曲轴旋转180°，将气缸内的气体压缩，压力和温度均有很大提高。

3.做功冲程。由于内燃机燃料燃烧，使缸内气体压力和温度急剧提高。气缸内高温高压气体膨胀做功，推动活塞由上止点运动到下止点，曲轴旋转180°。膨胀功经连杆由曲轴输出，从而把燃料的热能变为机械功。

4.排气冲程。为了使能量转换过程连续地进行下去，缸内气体在膨胀做功以后，排气门打开活塞由下向上运动，将废气从排气门排出。内燃机经过进气、压缩、膨胀和排气过程，完成一个工作循环。当活塞再次由上向下运动时，又开始了下一个工作循环。

由此可见，四冲程内燃机在一个工作循环的四个行程中，只有一个行程是做功的，其余三个行程是做功的准备行程。因此单缸内燃机曲轴每转两周只有半周是由膨胀气体的作用使曲轴旋转，其余一周半则靠惯性维持转动，所以曲轴转速是不均匀的。

在多缸四冲程内燃机中，每个气缸的工作过程是相同的，但是所有气缸的做功行程并不同时发生，如四缸内燃机，曲轴每转半周便有一个气缸在做功。这样内燃机气缸数增多，不仅功率增加，工作转速也更加平稳。

三、汽油机与柴油机的主要区别(重点)

汽油机与柴油机在结构与原理方面有很多相同之处，其主要不同在于所用燃料、燃料供给方式、燃料点火方式等。

(1) 柴油机：以柴油为燃料;

汽油机：以汽油为燃料。

(2) 柴油机：燃料在压缩终点前喷入汽缸，在汽缸内部混合，称为内部形成混合气。

汽油机：燃料和空气在汽缸外部先混合好再进入汽缸，称为外部形成混合气。

(3) 柴油机：空气在汽缸内被压缩，产生高温、高压，使燃料自行燃烧，称为压燃式。

汽油机：利用火花塞产生的电火花将燃料点燃，称为点燃式。

(4) 在压缩比、扭矩、热效率、转速和功率范围等方面，也有差别。

(5) 不同点的比较列表：

表6—3 汽油机与柴油机主要不同点的比较

项目 柴油机 汽油机

进气 纯空气 汽油与空气的混合气

点火方法 　利用压缩空气的高温自燃点火(压燃) 　现代汽油机广泛采用电挂点火定时技术(点燃)

燃料的雾化与混合气的形成方法：

柴油在燃烧室内由喷油器雾化， 采用电控喷射技术，定时、

与被压缩的高温空气混合;采用电控喷射， 定量地把汽油喷入进气道或

可优化喷油规律及喷油量 气缸中，可获得最佳浓度的混合气

压缩比 较高 较低

扭矩 低速时扭矩较大 高速时扭矩较大

机体结构 　因燃烧压力高，机件强度大， 因燃烧压力低，

构造坚固，较笨重 机件强度低，构造轻巧

热效率 较高 较低

适于功率范围 　适用于大、中和小功率 适用于中、小及微型功率

转速 较低 较高

四、内燃机主要性能指标(重点)

内燃机的性能通常用动力性能和经济性能指标表示;动力性能参数是扭矩与功率;经济性能参数是热效率与燃料消耗率。

(一)输出扭矩：曲轴上输出的扭矩。

(二)有效功率：单位时间对外所做的功。

有效功率是内燃机的主要性能指标之一。

内燃机功率标定是制造企业根据内燃机的用途、寿命、可靠性及使用条件等要求，人为地规定该产品在大气条件下所输出的有效功率及相应的转速，被称为标定功率及标定转速。我国国家标准规定，内燃机功率分为以下四级：

1.15分钟功率。允许连续运行15分钟的最大有效功率，适用于较大功率储备或需要瞬时发出最大功率的汽车、军用车辆、快艇等用途的内燃机。

2.1小时功率。允许连续运行1小时的最大有效功率，适用于需要一定功率储备，以克服突增载荷的工程机械、内燃机车、大型载货汽车、船舶等用途的内燃机。

3.12小时功率。允许连续运行12小时的最大有效功率，适用于在12小时内连续运转，而且要充分发挥功率的拖拉机、农业排灌、内燃机车、移动式发电机组等用途的内燃机。

4.持续功率。该功率为内燃机允许长时间连续运行的最大有效功率，适用于需要长期连续运转的固定动力、排灌、船舶、电站等的内燃机。

除持续功率外，其他几种功率均具有间歇性工作的特点，故被称为间歇功率。

(三)有效燃料消耗率(比油耗)：

内燃机每发出 1 千瓦的功率，在1 小时内所消耗的燃料量(克)。

(四)有效热效率

转换成内燃机有效的热量与所消耗燃料热量之比。

内燃机的热效率越高，表示燃料的热量利用越好。

一般高速柴油机的热效率在 0.36 ～ 0.40

中速柴油机的热效率在 0.38 ～ 0.45

低速柴油机的热效率在 0.40 ～ 0.48

汽油机的热效率在 0.25 ～ 0.36

增压内燃机的热效率偏于高值。

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（责任编辑：中大编辑）