內(nèi)燃機(jī)（將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器）
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內(nèi)燃機(jī)
將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器
內(nèi)燃機(jī)（Internal Combustion Engine），是一種動(dòng)力機(jī)械，它是通過(guò)使燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動(dòng)力的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。一臺(tái)完整的內(nèi)燃機(jī)依據(jù)不同的類(lèi)型可能包含曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)氣道和壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪、噴管及加力燃燒室等等。同時(shí)內(nèi)燃機(jī)具有熱效率高，即油耗率低，經(jīng)濟(jì)性好；功率范圍廣，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；啟動(dòng)快、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在水陸交通、航空動(dòng)力、工程機(jī)械、軍用艦艇以及農(nóng)業(yè)機(jī)械中得到了廣泛地應(yīng)用。除此以外，內(nèi)燃機(jī)在工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生排放污染以及噪聲污染，需要在此基礎(chǔ)上做出相應(yīng)地發(fā)展。
基本信息
中文名
內(nèi)燃機(jī)
英文名
Internal Combustion Engine
運(yùn)用領(lǐng)域
水路交通,航空動(dòng)力,工程機(jī)械,軍用艦艇,農(nóng)用機(jī)械
發(fā)展歷史
1794年，英國(guó)的斯特里特提出一種概念，即從燃料中獲取動(dòng)力，并且首次發(fā)表了將空氣與燃料混合的概念。
1833年，英國(guó)的賴(lài)特提出要直接利用燃燒產(chǎn)生的壓力去推動(dòng)活塞做功。
19世紀(jì)中期，科學(xué)家對(duì)將汽油、煤氣以及柴油等產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)力的理論進(jìn)行了完善，其為內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明打下了基礎(chǔ)。
1860年，法國(guó)的勒努瓦模通過(guò)仿照蒸汽機(jī)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并制造出來(lái)了首臺(tái)實(shí)用的煤氣機(jī)，其是一種無(wú)壓縮、電點(diǎn)火和使用照明煤氣的內(nèi)燃機(jī)。
1862年，法國(guó)科學(xué)家羅莎在對(duì)內(nèi)燃機(jī)熱過(guò)程進(jìn)行理論分析后，提出了提高內(nèi)燃機(jī)效率的要求，這是最早的四沖程工作循環(huán)。
1866年，德國(guó)發(fā)明家歐云利用羅莎的原理，成功制造了第一臺(tái)往復(fù)活塞式、單缸、臥式、3.2千瓦的四沖程內(nèi)燃機(jī)，仍然使用煤氣作為燃料并用火焰點(diǎn)火。
1881年，巴黎博覽會(huì)上展出了由英國(guó)工程師克拉克發(fā)明的首臺(tái)二沖程煤氣機(jī)。
1892年，受面粉廠(chǎng)粉塵爆炸的啟發(fā)，德國(guó)工程師迪塞爾想象：將吸入氣缸的空氣高度壓縮，直到超過(guò)燃料的自燃溫度，然后用高壓空氣將燃料吹入氣缸，使其著火燃燒。他于1897年創(chuàng)造了壓燃式內(nèi)燃機(jī)（柴油機(jī)），為內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展開(kāi)辟了新的途徑。
1898年，柴油機(jī)首先應(yīng)用于固定式發(fā)動(dòng)機(jī)組。
1903年，柴油機(jī)用于為商船提供動(dòng)力。
1913年，世界上制成首臺(tái)以柴油機(jī)為動(dòng)力的內(nèi)燃機(jī)車(chē)。
1920年，柴油機(jī)開(kāi)始用于農(nóng)業(yè)機(jī)械和汽車(chē)中。
分類(lèi)
廣義上來(lái)講，內(nèi)燃機(jī)不僅僅包含旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)、往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)以及自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)也包含噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)葉輪式發(fā)動(dòng)機(jī)。通?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)就是平時(shí)所指的內(nèi)燃機(jī)，而往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)又是其中最為普遍的類(lèi)型。
往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)
往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)是利用活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成熱力循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)。
按照燃料可劃分為柴油機(jī)和汽油機(jī)（包含各種代用燃料）等。
按照燃料的燃燒方式可劃分為點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)和壓燃式內(nèi)燃機(jī)。
按照冷卻方式可劃分為風(fēng)冷式內(nèi)燃機(jī)和水冷式內(nèi)燃機(jī)。
按照進(jìn)氣方式可劃分為增壓式內(nèi)燃機(jī)和自然吸氣式內(nèi)燃機(jī)。
按照氣缸數(shù)目可劃分為可劃分為單缸式內(nèi)燃機(jī)和多缸式內(nèi)燃機(jī)。
按照氣缸排列方式可劃分為直列式內(nèi)燃機(jī)、水平對(duì)置式內(nèi)燃機(jī)、V型內(nèi)燃機(jī)以及臥式內(nèi)燃機(jī)等。
按照轉(zhuǎn)速或活塞平均速度可劃分為低速內(nèi)燃機(jī)（活塞平均速度小于6m/s或者標(biāo)定轉(zhuǎn)速小于600r/min）、中速內(nèi)燃機(jī)（活塞平均速度為6~9m/s或者標(biāo)定轉(zhuǎn)速為600~1000r/min）、高速內(nèi)燃機(jī)（活塞平均速度大于9m/s或者標(biāo)定轉(zhuǎn)速大于1000r/min）。
按照用途可劃分為汽車(chē)用、農(nóng)用、工程機(jī)械用、鐵路機(jī)車(chē)用、采油機(jī)械用、發(fā)電機(jī)組用以及船舶和拖拉機(jī)用等內(nèi)燃機(jī)。
旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)
旋轉(zhuǎn)活塞式內(nèi)燃機(jī)在工作時(shí)，燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動(dòng)活塞旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生動(dòng)力的內(nèi)燃機(jī)，其動(dòng)力主要由主軸輸出。其具有振動(dòng)小、功率高、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便的優(yōu)點(diǎn)，大多應(yīng)用在個(gè)別型號(hào)的轎車(chē)和極少數(shù)的直升機(jī)、雪橇上。
自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)
自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是一種僅提供壓縮空氣或一定溫度、壓力的工作氣體的內(nèi)燃機(jī)，并不對(duì)外直接輸出機(jī)械功。按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以將其分為對(duì)稱(chēng)式和非對(duì)稱(chēng)式，可以將重油、柴原油和天然氣等當(dāng)作燃料。經(jīng)常與燃?xì)廨啓C(jī)組構(gòu)成自由活塞-燃?xì)廨啓C(jī)組。
旋轉(zhuǎn)葉輪式發(fā)動(dòng)機(jī)
燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)以及噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)都屬于旋轉(zhuǎn)葉輪式發(fā)動(dòng)機(jī)，其工質(zhì)直接推動(dòng)安裝在軸上的葉輪來(lái)帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)并向外界輸出動(dòng)力。其中噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于航天和航空事業(yè)，又可以分為火箭噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。
基本結(jié)構(gòu)
內(nèi)燃機(jī)主要包含汽油機(jī)和柴油機(jī)，其中汽油機(jī)由”兩大機(jī)構(gòu)、五大系統(tǒng)“組成，分別是曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)和啟動(dòng)系統(tǒng)。柴油機(jī)由”兩大機(jī)構(gòu)、四大系統(tǒng)“組成（不包含點(diǎn)火系統(tǒng)）。而噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)作為利用牛頓第三定律工作的內(nèi)燃機(jī)，其結(jié)構(gòu)主要包含進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室與渦輪、噴管及加力燃燒室。
曲柄連桿機(jī)構(gòu)及機(jī)件零件
內(nèi)燃機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之一便是曲柄連桿機(jī)構(gòu)，其將作用于活塞上的力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S向外輸出的扭矩，并且將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以驅(qū)動(dòng)汽車(chē)車(chē)輪的旋轉(zhuǎn)。具體來(lái)講，柴油機(jī)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要由機(jī)體組、活塞連桿組、曲輪飛輪組、平衡機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。
機(jī)體組
機(jī)體組是由汽缸體、汽缸套、氣缸墊以及氣缸套所構(gòu)成。
- 汽缸體
氣缸體是整個(gè)內(nèi)燃機(jī)的骨架，其一般使用鑄鐵制造。很多重要零件例如曲軸、凸輪軸、調(diào)速器、平衡機(jī)構(gòu)、機(jī)油濾清器以及水箱和油箱等都在其上安裝。內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，活塞會(huì)在氣缸套中做往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所以氣缸套是燃料膨脹和燃燒的區(qū)域。由于其承受著內(nèi)燃機(jī)燃燒所生成的高壓、高溫，同時(shí)與活塞環(huán)發(fā)生摩擦，所以為了獲得優(yōu)秀的耐磨性和高強(qiáng)度一般用優(yōu)質(zhì)合金鑄鐵制造。
- 氣缸套
- 氣缸蓋
氣缸蓋用來(lái)將氣缸的頂部進(jìn)行密封，其一般用鑄鐵進(jìn)行制造。在它的內(nèi)外表面會(huì)加工相應(yīng)的孔和面來(lái)進(jìn)行進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)、噴油器、搖臂排氣管和空氣濾清器的安裝。
- 氣缸墊
氣缸墊是為了使得汽缸蓋和氣缸墊之間保持緊密結(jié)合，所以一般會(huì)在它們之間進(jìn)行安裝以防止漏水、漏氣現(xiàn)象的發(fā)生。
活塞連桿組
- 活塞
活塞包括活塞頂部、活塞頭部、活塞裙部以及活塞槽部。氣缸中的氣體壓力大部分是由活塞所承受的，并且通過(guò)活塞銷(xiāo)將壓力傳遞給連桿進(jìn)而使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，氣缸蓋、氣缸壁還會(huì)與活塞頂部一起組成燃燒室。由于活塞工作時(shí)直接與高溫氣體相接觸，并且承受的氣體壓力也非常大，所以其被要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠可靠地傳力、導(dǎo)熱性能好，并且可以耐高溫、高壓，耐磨損，具有較輕的自重以盡可能減少往復(fù)慣性力。
活塞的結(jié)構(gòu)
- 活塞環(huán)
活塞環(huán)可分為氣環(huán)和油環(huán)。空氣環(huán)和活塞一起保證氣缸壁與活塞之間的密封，防止大量高溫高壓氣體從曲軸箱中泄漏出來(lái)。油環(huán)將機(jī)油均勻分布在氣缸壁上，刮掉多余的油，并使其流回曲軸箱，以減少油耗，達(dá)到了減少活塞組與氣缸壁之間摩擦的目的?；钊h(huán)在高溫、高壓、高速條件下工作，潤(rùn)滑條件差，因此要求它們具有良好的彈性和耐磨性，對(duì)氣缸壁的磨損低。因此，活塞環(huán)大多由合金鑄鐵材料制成，并且第一道氣環(huán)大多采用鍍鉻或噴鉬處理。
- 活塞銷(xiāo)
活塞銷(xiāo)一般被用來(lái)將連桿小頭和活塞相連接，將活塞上承受的氣體壓力傳遞給連桿，一般采用低碳合金鋼或者低碳鋼進(jìn)行制造，并且其中心孔可以分為圓柱形、兩段截錐形以及一段圓柱和兩段截錐形的組合型等。除此以外，活塞銷(xiāo)的連接方式可以分為全浮式和半浮式。
- 連桿組
連桿是將活塞所承受的力傳遞給曲軸的部件，其使得活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿由連桿小頭、連桿大頭以及桿身三部分所組成，其中連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連接，可分為整體式和分開(kāi)式（平分或斜分）兩種。V型發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿結(jié)構(gòu)通常分為主副連桿、并列式連桿和叉形連桿。
曲輪飛輪組
- 曲軸
曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，它的作用是承受連桿所傳遞的力，從而形成繞自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的扭矩，然后通過(guò)飛輪將其輸出成為車(chē)輛的動(dòng)力。除此此外，它還用于驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體分配機(jī)構(gòu)和其他輔助設(shè)備，包括風(fēng)扇、發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)向油泵、空調(diào)壓縮機(jī)、冷卻水泵等。
- 飛輪
飛輪是一個(gè)外緣鑲嵌有優(yōu)質(zhì)中碳鋼齒圈的鑄鐵圓盤(pán)，其具有很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。飛輪的作用是將曲軸的一部分能量?jī)?chǔ)存在發(fā)動(dòng)機(jī)做功沖程中，從而克服其他沖程中的各種阻力，使曲柄連桿機(jī)構(gòu)越過(guò)上、下止點(diǎn)，保證曲軸的角速度和輸出扭矩盡可能均勻；同時(shí)，它還使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠克服短期過(guò)載。除此此外，飛輪常用作摩擦式離合器的驅(qū)動(dòng)部件。
曲輪飛輪組
平衡機(jī)構(gòu)
內(nèi)燃機(jī)的平衡實(shí)際上就是想辦法將旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力盡可能地在內(nèi)部相互平衡，使得振動(dòng)減小，同時(shí)減輕軸承的載荷。
- 單缸機(jī)的平衡
新系列的內(nèi)燃機(jī)中，平衡效果較好的一種平衡方法是雙軸式，一般用于1105型、190型、195型柴油機(jī)上。
- 兩缸機(jī)的平衡
兩缸機(jī)的平衡方式可以分為：飛輪和皮帶輪上設(shè)有平衡重或者在曲柄上設(shè)有平衡重。
- 三缸機(jī)的平衡
三缸機(jī)通常在一、三缸的曲柄上添加平衡重，稱(chēng)其為部分平衡法。
- 四缸機(jī)的平衡
四缸機(jī)上通常在曲柄上設(shè)有平衡重，主要用來(lái)消除曲軸的附加載荷。
配氣機(jī)構(gòu)
配氣機(jī)構(gòu)的作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸的工作循環(huán)和點(diǎn)火順序，定期打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)、排氣門(mén)，使新鮮的可燃混合氣體（汽油機(jī)）或空氣（柴油機(jī)）及時(shí)進(jìn)入氣缸，廢氣及時(shí)排出。同時(shí)，當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，可以密封氣缸中的高壓氣體。目前，應(yīng)用最為廣泛的氣體分配機(jī)構(gòu)是氣門(mén)—凸輪式氣體分配機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)氣門(mén)式配氣機(jī)構(gòu)。
燃料供給系統(tǒng)
燃料供給系統(tǒng)是內(nèi)燃機(jī)中的關(guān)鍵性技術(shù)，其主要將空氣和燃料按比例地混合起來(lái)以獲得最佳的燃燒反應(yīng)。柴油機(jī)和汽油機(jī)具有兩種完全不同的混合氣形成方式。該系統(tǒng)中的主要包括噴油嘴、噴油器、輸油泵、調(diào)速器、燃燒室等。柴油機(jī)采用將燃料和空氣在氣缸內(nèi)相遇并且混合的內(nèi)部混合氣形成方式，在其氣缸外部分別有一個(gè)空氣供給系統(tǒng)和燃料供給系統(tǒng)。汽油機(jī)采用的是讓空氣和燃料在氣缸之外就相遇，并且均勻地將其混合成具有理想比例的可燃混合物再輸送進(jìn)氣缸的外部混合氣形成方式。
冷卻系統(tǒng)
內(nèi)燃機(jī)中的冷卻系統(tǒng)主要用于將內(nèi)部的高溫機(jī)件進(jìn)行降溫處理，使其熱量迅速地?cái)U(kuò)散到大氣中去。而冷卻系統(tǒng)又可以劃分為風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)。風(fēng)冷系統(tǒng)將高溫零部件的熱量直接擴(kuò)散到大氣當(dāng)中。風(fēng)冷系統(tǒng)的主要部件為：風(fēng)扇、溫度調(diào)節(jié)裝置以及導(dǎo)流罩等。一般情況下，吹氣冷卻作為風(fēng)冷內(nèi)燃機(jī)的首選方式，只有一小部分內(nèi)燃機(jī)因?yàn)榭傮w布局的緣故而選擇吸氣冷卻的方式。水冷系統(tǒng)將高溫零部件的熱量先傳遞給水，再由水將其擴(kuò)散到大氣當(dāng)中。水冷系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于裝載機(jī)械中，其主要部件為：水泵、風(fēng)扇、分水管、散熱器和在氣體缸和汽缸蓋中鑄出的水套。
潤(rùn)滑系統(tǒng)
內(nèi)燃機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)主要包括機(jī)油泵、油底殼、機(jī)油濾清器、集濾器等部件。其作用是可以在內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，將足量的清潔潤(rùn)滑油（或稱(chēng)為機(jī)油）連續(xù)輸送到各運(yùn)動(dòng)部件的摩擦面，摩擦面之間形成油膜，實(shí)現(xiàn)液體潤(rùn)滑，從而降低摩擦阻力，降低功耗，減少部件磨損，達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性和耐久性的目的。依據(jù)內(nèi)燃機(jī)中各個(gè)運(yùn)動(dòng)件不同的工作條件，可以采用不同的潤(rùn)滑方式：飛濺潤(rùn)滑、壓力潤(rùn)滑、潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。
點(diǎn)火系統(tǒng)
點(diǎn)火系統(tǒng)是汽油機(jī)上面獨(dú)有的一個(gè)系統(tǒng)，主要部件包括：蓄電池、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、點(diǎn)火線(xiàn)圈、火花塞等。其主要功能是按照一定的時(shí)間間隔往氣缸內(nèi)添加電火花以將其中的可燃混合氣進(jìn)行點(diǎn)燃，點(diǎn)火方式也從最早的磁電機(jī)點(diǎn)火、熱管點(diǎn)火、蓄電池點(diǎn)火發(fā)展到今天的電子點(diǎn)火。
啟動(dòng)系統(tǒng)
中小型的內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)方式有柴油機(jī)的汽油啟動(dòng)，人力啟動(dòng)、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和輔助發(fā)電機(jī)啟動(dòng)。啟動(dòng)系統(tǒng)的主要部件包括：蓄電池、啟動(dòng)機(jī)和啟動(dòng)繼電器等。其主要功能是將靜止的內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)并變成自行運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
進(jìn)氣道與壓氣機(jī)
進(jìn)氣道及壓氣機(jī)是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，其中壓氣機(jī)由定子葉片和轉(zhuǎn)子葉片相互交錯(cuò)組成。二者的主要作用就是在空氣進(jìn)入到壓氣機(jī)之前，將其調(diào)整到能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。
燃燒室與渦輪
噴管及加力燃燒室
噴管的形狀結(jié)構(gòu)決定了最終排出的氣流狀態(tài)。
燃料及氧化劑
內(nèi)燃機(jī)對(duì)燃料的要求較高。其僅限于氣體燃料和液體燃料，并且以液體燃料為主。煤、木炭和木柴等固體燃料由于燃燒后產(chǎn)生的灰分很多，故不宜直接當(dāng)作內(nèi)燃機(jī)的燃料。其中火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)與其它類(lèi)型的內(nèi)燃機(jī)不同，由于它需要在大氣層以外的真空環(huán)境中工作，所以無(wú)法從周?chē)沫h(huán)境中吸收氧氣，其本身自帶燃料和氧化劑，依靠氧化劑來(lái)助燃。
氣體燃料
主要包含工業(yè)煤氣、天然氣、石油氣以及從動(dòng)植物廢料中提取出來(lái)的甲烷等等。由于氣體燃料一般產(chǎn)自來(lái)源豐富的地區(qū)，所以為了節(jié)省儲(chǔ)存成本，經(jīng)常將其用在固定式的內(nèi)燃機(jī)中。
液體燃料
內(nèi)燃機(jī)使用的液體燃料主要是汽油和柴油，也包含甲醇、乙醇（酒精）、重油和一些動(dòng)植物油等被用作替代燃料，但這些替代燃料的使用效果往往比柴油和汽油差，因此這些替代燃料一般不單獨(dú)使用。
氧化劑
內(nèi)燃機(jī)的氧化劑可以分為空氣、氧氣和硝酸，絕大多數(shù)的內(nèi)燃機(jī)都是利用空氣作為氧化劑，而火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)使用液態(tài)空氣、液態(tài)氧氣和硝酸當(dāng)作氧化劑。
工作原理
能量轉(zhuǎn)換
活塞式內(nèi)燃機(jī)主要是將空氣和燃料進(jìn)行混合，使其在氣缸內(nèi)燃燒，由其燃燒產(chǎn)生的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生高壓高溫的燃?xì)?，燃?xì)獾呐蛎浲苿?dòng)活塞做功，再利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)或者其他機(jī)構(gòu)將機(jī)械能輸出，使從動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。柴油機(jī)和汽油機(jī)是生活中常見(jiàn)的，其在工作過(guò)程中將內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，即通過(guò)做功改變內(nèi)能。
旋轉(zhuǎn)葉輪式發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，其工質(zhì)直接推動(dòng)安裝在軸上的葉輪來(lái)帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)并向外界輸出動(dòng)力。例如噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)是將吸入的空氣進(jìn)行壓縮，然后與燃料混合進(jìn)行燃燒，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)大的反作用力來(lái)推動(dòng)飛機(jī)高速飛行。
冷卻方式
把水當(dāng)作傳熱介質(zhì)，將加熱機(jī)構(gòu)的熱量散發(fā)到大氣中，稱(chēng)為水冷內(nèi)燃機(jī)。被加熱部件的熱量利用空氣直接分散到大氣中，稱(chēng)為風(fēng)冷內(nèi)燃機(jī)。
優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
- 熱效率高，即油耗率低，經(jīng)濟(jì)性好。增壓柴油機(jī)的最高熱效率可達(dá)46%。而蒸氣機(jī)僅有11~16%。
- 功率范圍廣，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，尺寸小。最小的內(nèi)燃機(jī)功率不到0.73千瓦，最大的內(nèi)燃機(jī)功率可達(dá)34000千瓦。
- 啟動(dòng)快、操作簡(jiǎn)單。一般情況下，汽油機(jī)或者柴油機(jī)能夠在3~5秒內(nèi)啟動(dòng)，并且在短時(shí)間內(nèi)就可以達(dá)到全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
缺點(diǎn)
- 噪聲大，排放出的污染氣體較多。一般來(lái)說(shuō)燃料在內(nèi)燃機(jī)中氧化燃燒后排出二氧化碳和水蒸氣，還有微量的
- 對(duì)燃料的要求高。內(nèi)燃機(jī)直接燃燒的燃料僅限于氣體燃料和液體燃料，并且以液體燃料為主。
- 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件需要較高的加工精度。
應(yīng)用領(lǐng)域
隨著工業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自從有了柴油機(jī)，鐵路運(yùn)營(yíng)比以前更加方便，在各國(guó)也逐漸普及。柴油內(nèi)燃機(jī)也裝載在車(chē)輛、船舶和其他交通工具上，得到了廣泛的應(yīng)用。噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)具有尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、振動(dòng)小、扭矩特性小的優(yōu)點(diǎn)，所以是航空領(lǐng)域中主要的動(dòng)力裝置。由于內(nèi)燃機(jī)主要是依靠燃料在氣缸內(nèi)的直接燃燒而產(chǎn)生巨大的能量來(lái)推動(dòng)活塞做功，所以其在礦山、建筑等領(lǐng)域的工程機(jī)械中也得到了廣泛地應(yīng)用。盡管所有國(guó)家都在大力發(fā)展核燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置，但柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在輕型船舶中仍然占主導(dǎo)地位。核潛艇、導(dǎo)彈艇、魚(yú)雷艇、巡邏艇、掃雷艇、登陸艇和大多數(shù)常規(guī)潛艇及輔助艦艇中仍然使用柴油機(jī)作為主要?jiǎng)恿?，只有少?shù)水面艦艇使用柴-燃組合裝置。除此以外，農(nóng)業(yè)如果想邁入機(jī)械化和集約化，其內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用將會(huì)是必不可少的推力，也是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。
環(huán)境污染
排放污染
內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生污染的來(lái)源主要包含CO、HC、
噪聲污染
內(nèi)燃機(jī)的噪聲污染污染主要是物理污染，其來(lái)源于燃料的燃燒過(guò)程、氣體流動(dòng)以及機(jī)械傳動(dòng)三方面。噪聲會(huì)對(duì)人的生理及心理健康造成危害，高強(qiáng)度的噪聲甚至?xí)?duì)建筑物產(chǎn)生破壞，例如噴氣式飛機(jī)的噪聲能夠震碎附近建筑物的玻璃。
發(fā)展動(dòng)向
現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品不再是傳統(tǒng)意義上的機(jī)械產(chǎn)品，它融合了機(jī)械和電子技術(shù)，形成了技術(shù)密集型的高科技產(chǎn)品。在石油資源短缺和環(huán)境惡化日益嚴(yán)峻的形勢(shì)下，節(jié)能和環(huán)保成為21世紀(jì)內(nèi)燃機(jī)面臨的兩大挑戰(zhàn)，關(guān)系到內(nèi)燃機(jī)的生存和發(fā)展，因此如何提高動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和減少排放是內(nèi)燃機(jī)研究的首要任務(wù)。未來(lái)的內(nèi)燃機(jī)發(fā)展不僅僅會(huì)趨于低能耗、低污染，還會(huì)趨向于智能化。21世紀(jì)是”電子技術(shù)“廣泛應(yīng)用的時(shí)代，由于電子技術(shù)的控制面更廣，具有更高的精度，可以大大提高內(nèi)燃機(jī)的工作效率，所以?xún)?nèi)燃機(jī)的電控技術(shù)勢(shì)必會(huì)伴隨著電子技術(shù)的發(fā)展得到進(jìn)一步提升。
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