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第六章 其他常見機器設備

第一節　內燃機

一、概述

燃料燃燒后的產物直接推動機械裝置做功的發動機稱為內燃機，如柴油機、燃氣輪機等。

(一)內燃機分類

1、按照所使用燃料分類：可分為柴油機、汽油機、煤氣機等。

2、按照工作循環沖程數分類：可分為四沖程、二沖程內燃機。

3、按照汽缸數和排列方式分類：可分為單缸和多缸內燃機;直立式、臥式、V型等。

4、按照進氣方式分類：可分為非增壓、增壓內燃機。

5、按照冷卻方式分類：可分為水冷、風冷內燃機。

6、按照著火方式分類：可分為點燃式內燃機(汽油機)和壓燃式內燃機(柴油機)。

(二)內燃機基本名詞術語

1.工作循環：進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣。這一系列連續的過程稱為內燃機的工作循環。

2.上、下止點：活塞在汽缸內做往復運動時的兩個極端位置稱為止點?；钊x曲軸旋轉中心最遠的位置稱為上止點，離曲軸旋轉中心最近的位置稱為下止點。

3.活塞行程：上下止點之間的距離。

S=2r

r—曲軸半徑

4.汽缸工作容積：活塞從上止點移動到下止點所走過的汽缸容積，用Vh表示。

5.汽缸總容積：

(1)燃燒室容積：活塞位于上止點時，活塞頂部與汽缸蓋之間的容積，用 VC 表示。

(2)活塞位于下止點時，活塞頂部與汽缸蓋、汽缸套內表面形成的容積，稱為汽缸總容積，用 Va 表示。

(3)汽缸總容積 = 汽缸工作容積 + 燃燒室容積 ，即：

Va=Vh+Vc

6.壓縮比：汽缸總容積V a與燃燒室容積Vc之比，表示氣體在汽缸內被壓縮的程度。

ε=Va/ Vc=1+(Vh /Vc)

7.工況：是內燃機在某一時刻的工作狀況，一般用功率和曲軸轉速表示，也可以用負荷與轉速表示。

(三)內燃機型號

1.型號表示方法如圖6-2所示。

2.型號含義

內燃機產品名稱均按所采用的燃料命名，例如：柴油機、汽油機、煤氣機、沼氣機、雙(多種)燃料發動機。

內燃機型號由阿拉伯數字、漢語拼音字母和根據氣缸布置所規定的象形字符號組成。

(1)首部：產品特征代號，由制造廠自選相應字母表示，包括系列代號、換代符號和地方、企業代號。每種符號一般用一個或兩個字母表示。

(2)中部：由缸數符號、氣缸布置形式符號、沖程符號和缸徑符號組成。氣缸數和缸徑用數字表示，氣缸布置形式符號，V為V型布置，P為平臥型布置，多缸直列及單缸一般不標符號。四沖程不標注。

(3)后部：結構特征符號及用途特征符號。

(4)尾部：區分符號。

首部和尾部符號根據具體情況允許不表示。由國外引進的內燃機產品，若保持原結構性能不變，允許保留原產品型號。

3.示例

【例1】165F柴油機

表示單缸、四沖程、缸徑65mm、風冷、通用型柴油機;

4、注意事項：

(1)最重要的是缸數、汽缸直徑，是必不可少的;

(2)結構特征省略表示水冷;

(3)四沖程不標;二沖程用 E 表示。

(4)用途特征省略表示通用型、固定動力。

二、內燃機基本工作過程

四沖程內燃機工作過程

四沖程內燃機每個工作循環由進氣、壓縮、做功和排氣四個沖程組成。

1.進氣沖程。工作時進氣門打開，排氣門關閉，活塞由上止點運動到下止點，曲軸旋轉180°，新鮮氣體吸入氣缸。

2.壓縮沖程。在進氣終了，內燃機的進、排氣門均關閉，氣缸形成封閉系統，活塞開始向上運動，活塞由下止點運動到上止點，曲軸旋轉180°，將氣缸內的氣體壓縮，壓力和溫度均有很大提高。

3.做功沖程。由于內燃機燃料燃燒，使缸內氣體壓力和溫度急劇提高。氣缸內高溫高壓氣體膨脹做功，推動活塞由上止點運動到下止點，曲軸旋轉180°。膨脹功經連桿由曲軸輸出，從而把燃料的熱能變為機械功。

4.排氣沖程。為了使能量轉換過程連續地進行下去，缸內氣體在膨脹做功以后，排氣門打開活塞由下向上運動，將廢氣從排氣門排出。內燃機經過進氣、壓縮、膨脹和排氣過程，完成一個工作循環。當活塞再次由上向下運動時，又開始了下一個工作循環。

由此可見，四沖程內燃機在一個工作循環的四個行程中，只有一個行程是做功的，其余三個行程是做功的準備行程。因此單缸內燃機曲軸每轉兩周只有半周是由膨脹氣體的作用使曲軸旋轉，其余一周半則靠慣性維持轉動，所以曲軸轉速是不均勻的。

在多缸四沖程內燃機中，每個氣缸的工作過程是相同的，但是所有氣缸的做功行程并不同時發生，如四缸內燃機，曲軸每轉半周便有一個氣缸在做功。這樣內燃機氣缸數增多，不僅功率增加，工作轉速也更加平穩。

三、汽油機與柴油機的主要區別(重點)

汽油機與柴油機在結構與原理方面有很多相同之處，其主要不同在于所用燃料、燃料供給方式、燃料點火方式等。

(1) 柴油機：以柴油為燃料;

汽油機：以汽油為燃料。

(2) 柴油機：燃料在壓縮終點前噴入汽缸，在汽缸內部混合，稱為內部形成混合氣。

汽油機：燃料和空氣在汽缸外部先混合好再進入汽缸，稱為外部形成混合氣。

(3) 柴油機：空氣在汽缸內被壓縮，產生高溫、高壓，使燃料自行燃燒，稱為壓燃式。

汽油機：利用火花塞產生的電火花將燃料點燃，稱為點燃式。

(4) 在壓縮比、扭矩、熱效率、轉速和功率范圍等方面，也有差別。

(5) 不同點的比較列表：

表6—3 汽油機與柴油機主要不同點的比較

項目 柴油機 汽油機

進氣 純空氣 汽油與空氣的混合氣

點火方法 　利用壓縮空氣的高溫自燃點火(壓燃) 　現代汽油機廣泛采用電掛點火定時技術(點燃)

燃料的霧化與混合氣的形成方法：

柴油在燃燒室內由噴油器霧化， 采用電控噴射技術，定時、

與被壓縮的高溫空氣混合;采用電控噴射， 定量地把汽油噴入進氣道或

可優化噴油規律及噴油量 氣缸中，可獲得最佳濃度的混合氣

壓縮比 較高 較低

扭矩 低速時扭矩較大 高速時扭矩較大

機體結構 　因燃燒壓力高，機件強度大， 因燃燒壓力低，

構造堅固，較笨重 機件強度低，構造輕巧

熱效率 較高 較低

適于功率范圍 　適用于大、中和小功率 適用于中、小及微型功率

轉速 較低 較高

四、內燃機主要性能指標(重點)

內燃機的性能通常用動力性能和經濟性能指標表示;動力性能參數是扭矩與功率;經濟性能參數是熱效率與燃料消耗率。

(一)輸出扭矩：曲軸上輸出的扭矩。

(二)有效功率：單位時間對外所做的功。

有效功率是內燃機的主要性能指標之一。

內燃機功率標定是制造企業根據內燃機的用途、壽命、可靠性及使用條件等要求，人為地規定該產品在大氣條件下所輸出的有效功率及相應的轉速，被稱為標定功率及標定轉速。我國國家標準規定，內燃機功率分為以下四級：

1.15分鐘功率。允許連續運行15分鐘的最大有效功率，適用于較大功率儲備或需要瞬時發出最大功率的汽車、軍用車輛、快艇等用途的內燃機。

2.1小時功率。允許連續運行1小時的最大有效功率，適用于需要一定功率儲備，以克服突增載荷的工程機械、內燃機車、大型載貨汽車、船舶等用途的內燃機。

3.12小時功率。允許連續運行12小時的最大有效功率，適用于在12小時內連續運轉，而且要充分發揮功率的拖拉機、農業排灌、內燃機車、移動式發電機組等用途的內燃機。

4.持續功率。該功率為內燃機允許長時間連續運行的最大有效功率，適用于需要長期連續運轉的固定動力、排灌、船舶、電站等的內燃機。

除持續功率外，其他幾種功率均具有間歇性工作的特點，故被稱為間歇功率。

(三)有效燃料消耗率(比油耗)：

內燃機每發出 1 千瓦的功率，在1 小時內所消耗的燃料量(克)。

(四)有效熱效率

轉換成內燃機有效的熱量與所消耗燃料熱量之比。

內燃機的熱效率越高，表示燃料的熱量利用越好。

一般高速柴油機的熱效率在 0.36 ～ 0.40

中速柴油機的熱效率在 0.38 ～ 0.45

低速柴油機的熱效率在 0.40 ～ 0.48

汽油機的熱效率在 0.25 ～ 0.36

增壓內燃機的熱效率偏于高值。

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（責任編輯：中大編輯）