通信设备环境知识点精讲之内燃机的分类与术语

       下面是由希赛小编整理的通信设备环境知识点精讲之内燃机基本工作原理，希望能帮助学友们。具体内容如下：

       内燃机基本工作原理

       一、内燃机的分类与术语

       1.内燃机的分类

       将燃料和空气组成的可燃混合气在气缸中燃烧产生的热能转变为机械能的机器，称为内燃机。内燃机要把燃料燃烧产生的热能转变为机械能，一般需经过进气、压缩、燃烧（膨胀做功）和排气四个过程。活塞在气缸内往复运行四次才能完成这四个过程的称为四冲程内燃机：活塞在气缸内只需往复运行两次就能完成这四个过程的称为两冲程内燃机。

       内燃机的分类如下。

       （1）按使用的燃料可分为汽油机、柴油机、煤气机和天然气机。

       （2）按气缸数目可分为单缸机、双缸机和多缸机。

       （3）按循环方式可分为四冲程内燃机和两冲程内燃机。

       （4）按着火方式可分为点燃式内燃机和压燃式内燃机。

       （5）按冷却方式可分为风冷式内燃机和水冷式内燃机。

       （6）按照转速可分为髙速内燃机（额定转速在1OOOr/min以上）、中速内燃机（额定转速在750-1000r/min）、低速内燃机（额定转速在750r/min以下）。

       （7）按用途可为固定式内燃机和移动式内燃机。

       （8）按进气方式可分为自然吸入式内燃机和增压式内燃机。

       内燃机的名称按照所采用的主要燃料来命名，如柴油机、汽油机等；内燃机的型号主要由以下内容组成。

       （1）气缸数目。

       （2）气缸直径（毫米）和冲程形式。

       （3）变型符号，表示机型经过改型后，在结构和性能上发生的变化。

       （4）用途及结构特点。

       对于特征符号，常见的有：Z表示增压，Q表示汽车用，C表示船用，T表示拖拉机用，J表示铁路牵引，F表示风冷，K表示复合式等。

       6135Z柴油机表示机组为增压式、6个气缸、每个气缸直径为135ms。

       2.内燃机常用术语

       内燃机常用术语介绍如下。

       （1）上止点和下止点。活塞在气缸内做往复直线运动时，其顶部能到达的较高位置和最低位置分别称为上止点和下止点，如图5-1（a）、（b）所示。

       （2）活塞冲程（行程）。活塞由上止点移到下止点所运行的距离，称为活塞冲程。活塞每运行一个冲程，曲轴旋转半周（180°）。

       （3）燃烧室容积。活塞位于上止点时，其顶部与气缸、气缸盖之间的空间称为燃烧室容积。

       （4）气缸工作容积。活塞自上止点到下止点所经过的空间，称为气缸工作容积。气缸工作容积又称为活塞排量。

       （5）气缸总容积。活塞位于下止点时，其顶部与气缸、气缸盖之间的空间，称为气缸总容积。很明显，气缸总容积为燃烧室容积与气缸工作容积之和。

       （6）压缩比。气缸总容积与燃烧室容积之比，称为压缩比。压缩比用来衡量气体在气缸内压缩的程度。压缩比越大，气体被压缩后的密度、温度和压力也越高。汽油机的压缩比一般为6-8;柴油机的压缩比一般为17-21。

       （7）工作循环。内燃机每产生一次动力，必须经过进气、压缩、燃烧膨胀和排气过程，该过程称为内燃机的工作循环。

       二、柴油机工作原理

       1.单缸四冲程柴油机的工作过程

       (1)进气冲程

       第一冲程为进气过程。如图5-2(a)所示，这时进气门打开，排气门关闭，曲轴沿图中箭头方向转动，活塞从上止点向下止点移动。由于活塞向下移动，活塞上方的空间增大，气缸内的压力就低于大气压力，即气缸内有了真空度，因此气缸外面的空气就经过进气门被吸入气缸内。当活塞移动到下止点时，活塞上方的空间充满了空气。因为空气经过空气滤清器、进气管、进气门时通到阻力，所以气缸内的气体压力低于大气压力P.,进气终了时的压力约为0.8-0.95kg/cm2,温度可达7TC。

       (2)压缩冲程

       第二冲程为压缩过程。如图5-2(b)所示，活塞由下止点向上止点移动，进气门、排气门均已关闭。气缸内空气被压缩，压力和温度随之升高。当压缩终了时，即活塞移动到上止点后，气缸内的压力为30?50kg/cm2,温度为60(TC?700'C,这已超过了柴油在此压力下自燃的温度(20(TC?30(TC)。这时气缸顶部的喷油器开始向气缸内喷射雾状柴油。

       (3)燃烧及膨胀冲程

       第三冲程为工作(燃烧)过程。如图5-2(c)所示，这时，射入气缸的雾状柴油被高温高压的空气引燃着火，气缸内气体压力和温度急剧上升，压力约为60-120kg/cm2,温度达1800℃-220CTC.这时进气门和排气门均处于关闭状态，高温高压燃体在气缸内膨胀，推动活塞下移，通过连杆转动曲轴输出动力。当活塞被推至下止点时，膨胀完成。这时气体压力为2?5kg/cm2,温度为800℃-900℃。

       (4)排气冲程

       第四冲程为排气过程。如图5-2(d)所示，这时排气门已打开，曲轴沿图中箭头方向旋转，活塞从下止点向上止点移动，把膨胀后的废气从气缸中排出。由于排气存在阻力，所以整个排气过程中气缸内气体的压力总是稍大于大气压力。活塞到达上止点时，排气门关闭，排气结束。这样就完成了一个工作循环，此时的气体压力为1.05-1.25kg/cm2,气温度为40TC-60CTC。

       当活塞再重复向下移动时，又开始了一个工作循环。从上述工作循环中可以看出，四冲程柴油机完成一个工作循环，只有第三冲程对外做功，其他三个冲程是依靠飞轮在做功过程中储存的能量来完成的。在这种情况下，曲轴的转速是不均匀的。为了解决这个矛盾，功率较大的柴油机都采用多个气缸。使各个气缸间工作冲程互相交叉。这样就提高了曲轴旋转的均匀性，使内燃机工作比较平稳，同时减小了飞轮的尺寸和重量。

       在多缸柴油机中，各气缸的工作过程都相同，但各气缸的相同冲程安排在不同时刻出现，使各气缸做功冲程均匀分布。例如，六缸四冲程柴油机每隔720°/6=120°曲轴转角，便有一缸做功，即在曲轴旋转二周中共有六次做功，因而使曲轴旋转均匀，飞轮尺寸减小。理论上讲，气缸数越多，机器运转越平稳，飞轮尺寸也越小，单位功率机重更小。但缸数过多，使机器结构复杂，尺寸和重量反而增加。常见的多缸机有2、4、6、8、12缸等形式。

       2.单缸两冲程柴油机的工作过程

       两冲程柴油机是由两个冲程来完成一个工作循环，也就是曲旋转360°。活塞往复运动两个冲程完成进气、压缩、工作、排气四个过程》两冲程柴油机的进气和排气是同时完成的，因此这个过程称为换气。两冲程柴油机一般设有换气泵，在气缸壁四周钻有许多小进气孔。

       在第一冲程，活塞由下止点向上止点移动的开始，排气门继续开启，露出进气孔，换气泵将空气经进气孔送入气缸，利用输入气缸的空气将未排尽的废气继续从排气门驱出，完成换气过程。当活塞继续上行时，进气孔被活塞遮闭。排气门也关闭，空气受到压缩，使缸内空气压力增大，温度升高。压缩终了时，空气压力增大到50kg/Cm2时，温度达600X:700°C。

       在第二冲程中，当活塞到达上止点时，燃油呈雾状喷入气缸，被高温高压气体引燃，燃气压力达80?lOOkg/cm2,推动活塞下行产生动力。当活塞下移到接近下止点时^排气门开启，气缸内的废气由于压力较大，大部分很快从排气门排出。活塞继续下行至让开进气孔时，空气又被压入到气缸，开始下一个循环。

       两冲程柴油机与四冲程柴油机相比有以下优点：配气机构简单，单位马力机重较小，造价低，曲轴每转一周就做功一次，因而运转平稳。当两种柴油机气缸直径、冲程、转速相同时，两冲程柴油机的输出功率为四冲程柴油机的2倍。但由于两冲程机充气效率较低，故实际上两冲程机的功率仅比四冲程机大50%.

       两冲程柴油机也有明显缺点：换气时间短造成气缸充气不足，排气不净，以及换气泵需消耗一定功率。因此，两冲程柴油机的效率较低。又由于两冲程柴油机工作冲程频繁，因此机械零件受热和受力次数较多，易磨损。

       三、汽油机工作原理

       往复活塞式内燃机所用的燃料主要是汽油(gasoline)或柴油(diesel)。由于汽油和柴油具有不同的性质，因而在发动机的工作原理和结构上有差异。

       四冲程汽油机工作原理

       汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在吸气冲程被吸入汽缸，混合气经压缩点

       汽车发动机原理(4张)火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内完成一个工作循环。

       (1)吸气冲程(intake stroke)

       活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180°。在活塞移动过程中，汽缸容积逐渐增大，汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa，汽缸内形成一定的真空度，空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸，并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力，进气终点(图中a点)汽缸内气体压力小于大气压力0 p，即pa=(0.80～0.90)0 p。进入汽缸内的可燃混合气的温度，由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340～400K。

       (2)压缩冲程(compression stroke)

       压缩冲程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。活塞上移时，工作容积逐渐缩小，缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终点时，其压力pc可达800～2 000kPa，温度达600～750K。在示功图上，压缩行程为曲线a～c。

       (3)做功冲程(power stroke)

       当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气，混合气燃烧释放出大量的热能，使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧较高压力pZ达3 000～6 000kPa，温度TZ达2 200～2 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移，汽缸容积增加，气体压力和温度逐渐下降，到达b点时，其压力降至300～500kPa，温度降至1 200～1 500K。在做功冲程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180°。在示功图上，做功行程为曲线c-Z-b。

       (4)排气冲程(exhaust stroke)

       排气冲程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。排气门开启时，燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用，排气终点r点的压力稍高于大气压力，即pr=(1.05～1.20)p0。排气终点温度Tr=900～1100K。活塞运动到上止点时，燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出，这部分废气叫残余废气。

       四冲程柴油机工作原理

       四冲程柴油机和汽油机一样，每个工作循环也是由进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程组成。由于柴油机以柴油作燃料，与汽油相比，柴油自燃温度低、黏度大不易蒸发，因而柴油机采用压缩终点压燃着火，也叫压燃式点火，其工作过程及系统结构与汽油机有所不同.

       (1)进气冲程

       进入汽缸的工质是纯空气。由于柴油机进气系统阻力较小，进气终点压力pa=(0.85～0.95)p0，比汽油机高。进气终点温度Ta=300～340K，比汽油机低。

       (2)压缩冲程

       由于压缩的工质是纯空气，因此柴油机的压缩比比汽油机高(一般为ε=16～22)。压缩终点的压力为3 000～5 000kPa，压缩终点的温度为750～1 000K，大大超过柴油的自燃温度(约520K)。

       (3)做功冲程

       当压缩冲程接近终了时，在高压油泵作用下，将柴油以10MPa左右的高压通过喷油器喷入汽缸燃烧室中，在很短的时间内与空气混合后立即自行发火燃烧。汽缸内气体的压力急速上升，较高达5 000～9 000kPa，较高温度达1 800～2 000K。由于柴油机是靠压缩自行着火燃烧，故称柴油机为压燃式发动机。

       (4)排气冲程

       柴油机的排气与汽油机基本相同，只是排气温度比汽油机低。一般Tr=700～900K。对于单缸发动机来说，其转速不均匀，发动机工作不平稳，振动大。这是因为四个冲程中只有一个冲程是做功的，其他三个冲程是消耗动力为做功做准备的冲程。为了解决这个问题，飞轮必须具有足够大的转动惯量，这样又会导致整个发动机质量和尺寸增加。采用多缸发动机可以弥补上述不足。现代汽车用多采用四缸、六缸和八缸发动机。

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