内燃机原理(全)
内燃机的构造及工作原理
内燃机的构造及工作原理内燃机，也称为发动机，是现代交通工具和许多家用电器的核心部件。
不同于蒸汽机等外燃机，内燃机是一种热力机械，即从燃烧燃料产生热能，通过能量转换产生动力，输出机械能和热能的发动机。
在本文中，我们将深入探讨内燃机的构造及工作原理。
一、内燃机的构造内燃机由多个部件组成，每个部件的构造和功能不同，协同工作，在发动机运转过程中，才能将燃油能转化为动力输出。
以下是内燃机的主要构造：1. 缸体及缸盖内燃机的主体部分是缸体和缸盖，彼此连接成为整体。
缸体是一个长圆柱形的筒体，里面有一个圆柱形的容积，即为缸内。
缸内的形状和大小根据不同的燃烧室形状和大小而定。
缸盖则作为缸体的顶部，封闭了缸内。
2. 活塞及活塞环活塞是内燃机中主要的运动部件，是一个圆柱体，材质通常是铝或铸铁。
活塞上开有一个小孔，称为活塞销穴，可用来固定活塞销。
活塞上还有一个凸起，称为活塞头。
活塞环被固定在活塞上沿着活塞径向走向。
活塞环的作用是密封气缸，确保活塞在缸内运动时气体不会泄漏。
3. 活塞销活塞销是将活塞与活塞连杆连接在一起的部件。
它是一根圆形的轴，材质通常是钢或铬合金钢。
活塞销的工作原理是将活塞上的动力传递到连杆上，然后通过曲轴将动力传递到发动机的其他部件。
4. 连杆连杆是将活塞与曲轴连接在一起的零件，它的长度和形状取决于缸距和曲轴。
通过连接活塞上的活塞销和曲轴上的曲轴销，连杆转化活塞上的往复运动成为曲轴上的旋转运动。
5. 曲轴曲轴是内燃机的关键部件之一，是一个大型的旋转轴。
它类似于一个长方形的轴，上面有几个凸起，具有不同长度的曲柄臂。
它的作用是将来自连杆的线性力转变为旋转力，使发动机产生动力输出。
6. 气门与点火系统气门系统由进气门和排气门组成，控制着油气混合物的进出。
点火系统包括点火线圈和火花塞，控制着燃料的燃烧。
二、内燃机的工作原理内燃机的工作原理是当燃料和空气混合物在发动机的燃烧室中被点燃时，发生爆炸，使空气和燃料混合物的压力快速增加。
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注意：在上、下止点时， 活塞的运动方向改变， 同时它的速度等于零。
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3、行程s(stroke)：
上止点与下止点间的距离称为活塞 行程s。由图1—3可见，活塞行程s等于曲 柄半径r的两倍，即: S=2r
4、气缸工作容积V h ：在一个气缸中，活
塞从上止点到下止点所扫过的容积称为
发展迅速。
柴油机采用电子技术优化控制喷油规律及喷 油量，控制预混合燃烧和扩散燃烧部分的燃油量， 提高柴油机的功率。
废气再循环(EGR)是汽油机和柴油机降低NOx 排放的有效措施。电控EGR可保证在各种工况下实 现最佳的EGR率。
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2、采用增压技术
3、汽油机稀燃—速燃技术：
稀燃可提高汽油机经济性和降低排放， 提高压缩比。
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二、内燃机的优缺点
（一）内燃机的优点：
1、热效率高；热效率高，即燃油消耗率低， 经济性好,尤其是柴油机，它是热效率最高 的热机，最高有效热效率巳达46％。
2、功率范围广；单机功率可从零点几千瓦 到上万千瓦，故适用范围大。
3、结构紧凑、质量轻、比质量较小、
便于移动。
4、起动迅速、操作简便，并能在起动后
的倍数，它对内燃机的性能有重要影响。
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二、总体构造
四冲程汽油机 :
主要由下列机构和系统组成：曲柄连 杆机构、配气机构、供给系、点火系、润 滑系、冷却系和起动装置。
1、曲柄连杆机构
曲柄连杆机构的主要机件是：气缸体、气 缸盖、活塞、连杆、带有飞轮的曲轴和曲轴箱。 曲柄连杆机构是内燃机的基本机构。在燃油燃 烧时，活塞承受气体膨胀的压力，并通过连杆 使曲轴旋转，将活塞的往复直线运动变为曲轴 的旋转运动而输出动力。
内燃机车基本工作原理理论
内燃机车基本工作原理理论
内燃机车是一种利用内燃机驱动的交通工具，其基本工作原理如下：
1. 压缩：内燃机车使用活塞进行压缩空气和燃料混合物。
活塞在气缸内往复运动，将气体压缩到一个极高的压力，使其达到可燃的状态。
2. 燃烧：混合物被点火，燃烧产生高温和高压气体。
点火可以通过火花塞来实现，当火花塞电极之间形成电火花时，混合物燃烧。
3. 膨胀：高温高压气体的膨胀推动活塞向下运动。
燃烧产生的气体迅速膨胀，推动活塞在气缸内做功，转化为机械能。
4. 排气：排气门打开，废气被排出。
排气门在活塞达到最低点时打开，废气通过排气门排出气缸，为下一次循环准备。
5. 往复运动：活塞循环上述4个过程，并通过连杆将动力传递给曲轴。
曲轴将往复运动转化为旋转运动，驱动车轮实现前进。
以上是内燃机车的基本工作原理，通过不断循环这些步骤，内燃机车可以产生动力驱动车辆运动。
内燃机原理
一、解释名词：1、压缩比 压缩比的定义就是发动机混合气体被压缩的程度，用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积（即燃烧室容积）之比来表示。
2、调速特性 调速特性指的是在调速器起作用时，柴油机的性能指标随转速或负荷变化的关系，故调速特性分为速度特性形式的调速特性和负荷特性形式的调速特性两类。
3、气门叠开 活塞在上止点附近时进、排气门同时开启的现象即为气门叠开。
4、过量空气系数 燃烧单位质量燃料时实际供给的空气量与理论空气量之比。
5、外特性 当内燃机在供油量调节机构保持不变的情况下，发动机的性能指标随转速变化的关系，称为发动机的速度特性。
其中，当柴油机的油门固定在额定位置，或汽油机的气节门全开时得出的速度特性，称为内燃机的外特性。
6、平均有效压力 单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，单位为MPa。
7、升功率 在标定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率。
它是评定内燃机整机动力性能和强化程度的重要指标。
8、进气涡流 进气涡流是指在进气行程中，使进入气缸的空气形成绕气缸中心高速旋转的气流。
9、增压度指增压后的发动机的功率与未增压时发动机的功率的比值。
二、问答题：1、何谓内燃机指示性能指标和有效性能指标？各有哪些？答：指示性能指标和有效性能指标是评定内燃机性能的两类指标。
指示性能指标以工质在气缸内对活塞做功为基础，评价气缸内热功转换完善程度的指示指标，包括指示功和平均指示压力，指示功率，指示热效率和指示燃料消耗率；有效性能指标以曲轴对外输出的功率为基础，评价其动力性和经济性，以通过排气管排出的废弃成分及其浓度为基础，评价热功转换过程对环境的污染程度，包括有效功率和有效转矩,平均有效压力，有效热效率和升功率。
2、什么是充气系数？影响充气系数的因素有哪些？答：（1）发动机充气系数是指其换气过程中，气缸实际充气量与在标准大气状态下充满气缸工作容积的充气量之比。
（2）通常影响充气系数的因素主要有：1、进气压力的影响；进入气缸中的新鲜混合气或空气的压力总是小于进气系统入口处的空气压力，气体流经进气系统时产生的压力差用于克服进气系统的阻力和增加气体的动能。
内燃机原理(全)
7、按气缸布置形式分：有卧式、直列式、V形、 对置式及星形（航空）内燃机等，如图1--1所示。
8、按汽缸数分：单缸、双缸和多缸内燃机。
9、按用途分：可分为汽车用、特种车辆用、工程机 械用、农用、拖拉机用、发电用、铁路机车用、内 河（淡水）和海洋（咸水）船舶用、飞机用、摩托 用、军用等内燃机等。
10、按转速分：有高速、中速和低速内燃机。目前 汽油机均为高速内燃机，最高转速一般在6000转/分 以上，比柴油机的转速高；汽车用柴油机最高转速 4000转/分左右；而工程机械柴油机最高转速一般为 1500转/分—2000转/ 分。船舶用柴油机转速一般为 中、低速，100转/分—500转/ 分左右。
4.排气过程
排气过程中，活塞由下止点向上止点移动， 排气门开启，进气门保持关闭 。示功图上的曲
线br表示排气过程。残余废气约占进入气缸的新
鲜混合气的5％--15％(以质量计)
三、四冲程柴油机的工作原理
四冲程柴油机和汽油机—样，每个工作循环也 经历进气、压缩、燃烧—膨胀和排气4个过程。其工 作过程与汽油机的不同，在于可燃混合气的形成和 着火的方法。在柴油机中吸进和压缩的是空气，燃 油以很高的压力被喷入压缩后的高温空气中形成混 合气而自行着火燃烧。
活塞在气缸中往复运动时，曲轴则绕 其轴心线作旋转运动。很明显，曲轴每转 一周，活塞向上向下各行一次（两个行 程）。
一．基本名词术语
1、上止点（TDC）： 活塞离曲轴中心最大
距离的位置称为上止点， (图1—3)； 2、下止点（BDC）：
活塞离曲轴中心最小 距离的位置称为下止点。 注意：在上、下止点时， 活塞的运动方向改变， 同时它的速度等于零。
四冲程柴油机的构造除点火系和供给系外， 与汽油机的大体相同。
内燃机的结构与工作原理
内燃机的结构与工作原理内燃机是一种将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的机器，广泛应用于交通运输、工业和家庭等各个领域。
它的主要结构包括气缸、活塞、曲轴、连杆、汽门和燃油喷射装置等部件。
在内燃机工作时，燃料和空气混合后被点火燃烧，产生高温高压气体推动活塞运动，进而带动曲轴旋转，从而转化为机械能。
下面将分别介绍内燃机的结构和工作原理。
一、内燃机的结构1.气缸气缸是内燃机的主要部件之一，采用铸造或锻造工艺制造。
其通常由铸铁、铝合金或锆合金等材料制成。
气缸的内径和行程决定了它的工作容积，进而影响着内燃机的功率和效率。
2.活塞活塞是内燃机的另一个重要部件，通常由铸铁或铝合金制成。
它的形状为圆柱形，其下部与曲轴相连。
当燃气高温高压推动活塞运动时，活塞的运动轨迹与气缸内壁形成一个密闭空间，进而产生高压气体。
3.曲轴曲轴是内燃机的承重组件和传动组件，它将活塞的直线运动转化为曲轴的旋转运动。
曲轴通常由钢材制成，包括主轴和连杆。
主轴连接活塞和连杆，由多个主轴组成的推进旋转，进而转化为机械能。
4.连杆连杆连接活塞和曲轴，它通常由钢材制成，呈I字形或H字形。
连杆的长度和形状直接影响内燃机的工作特性和输出功率。
5.汽门汽门是控制燃气进出气缸的部件，通常由钢材制成。
它分为进气门和排气门，进气门控制燃料和空气混合物的进入，排气门控制燃气的排出。
汽门的开关由凸轮或凸轮轴控制。
6.燃油喷射装置燃油喷射装置是将燃料喷射进气缸的部件，通常由高压油泵和喷油嘴组成。
它可以更加准确地控制燃料的喷射时间和喷射量，提高内燃机的燃烧效率和功率输出。
二、内燃机的工作原理内燃机的工作原理是将燃料和空气混合后点火燃烧，产生高温高压气体推动活塞运动，转化为机械能。
内燃机的工作循环分为四个阶段：进气、压缩、燃烧和排气。
1.进气阶段在进气阶段，气缸内的活塞从上往下运动，与气缸内形成一个低压区。
此时，汽门打开，燃料和空气混合物通过汽门进入低压区，充满气缸。
2.压缩阶段在压缩阶段，气缸内的活塞向上运动，将燃料和空气混合物压缩成高压气体。
内燃机工作原理及应用
内燃机工作原理及应用内燃机是一种将化学能直接转化为机械能的装置，它是现代交通运输工具中主要的动力装置，广泛应用于汽车、火车、船舶等各个领域。
下面将详细介绍内燃机的工作原理和应用。
内燃机工作原理：内燃机的工作原理基于燃烧反应。
它利用可燃物质与氧气之间的化学反应来释放热能，然后将这种热能转化为机械能。
内燃机的工作过程可以分为吸入、压缩、燃烧和排出四个阶段。
在吸入阶段，内燃机通过活塞的下行运动，打开进气门，使气缸内的气体被压缩。
在压缩阶段，活塞向上运动，同时关闭进气门，使气缸内的气体被压缩，温度和压力都得到升高。
在燃烧阶段，当活塞接近顶点时，点火器点火，引发燃料汽油与氧气的反应。
燃烧会发生在气缸的顶部，释放的热能会迅速增加气体的压力，驱使活塞向下运动。
在排出阶段，活塞再次向上运动，排出燃烧产生的废气。
这样，内燃机就完成了一个工作循环，之后会不断地重复这个过程，将化学能转化为机械能。
内燃机的应用：内燃机具有体积小、重量轻、功率密度高、启动迅速、运行平稳等优点，因此被广泛应用于各个领域。
1. 汽车汽车是内燃机最主要的应用领域。
汽车内燃机通常采用汽油或柴油作为燃料。
根据燃烧方式的不同，内燃机又分为四冲程和两冲程。
汽车内燃机通过燃烧产生的动力，驱动汽车的轮胎旋转，实现车辆的运动。
2. 火车火车通常使用柴油内燃机作为动力装置。
柴油内燃机具有功率大、经济性好等优点，适合长时间的持续运行。
柴油内燃机通过燃烧产生的动力，驱动火车的轮轴旋转，带动火车行驶。
3. 船舶船舶动力系统中主要采用柴油或重油内燃机。
由于内燃机具有功率密度高、启动迅速等优点，适合用于船舶，尤其是小型船舶。
内燃机通过燃烧产生的动力，驱动船舶的螺旋桨旋转，推动船舶前进。
4. 飞机飞机通常采用喷气式发动机或涡轮螺旋桨发动机作为动力装置。
喷气式发动机利用内燃机产生的高温高压气体喷出，产生向后的反作用力，推动飞机向前飞行。
涡轮螺旋桨发动机则通过内燃机产生的动力，驱动螺旋桨旋转，带动飞机前进。
内燃机的工作原理是
内燃机的工作原理是
内燃机是利用可燃气体（如汽油、柴油等）与空气混合后，在活塞往复运动的过程中，通过火花塞产生的火花点燃混合气体，从而引发爆炸燃烧，使活塞产生推力驱动曲轴旋转，进而将化学能转化为机械能的一种工作原理。
具体步骤如下：
1. 进气过程：活塞运动向下，进气门打开，汽缸内的活塞会在进气行程中产生负压，将空气和燃油混合物吸入汽缸。
2. 压缩过程：活塞运动向上，两个气门关闭，将进气混合物压缩至高压状态，使混合物的温度和压力升高。
3. 爆燃过程：在压缩最高点时，通过火花塞发送火花，点燃混合物。
混合物的燃烧产生高温高压的气体，通过活塞向下运动的冲击力推动曲轴旋转。
4. 排气过程：活塞再次运动向上，排气门打开，将燃烧过后的废气排出汽缸。
内燃机的工作原理可以通俗地理解为“四个冲程”：吸气(进气),
压缩,工作(爆燃),排气。
这四个冲程通过连续运动形成一个循环，驱动曲轴旋转，产生动力输出。
火车内燃机工作原理
火车内燃机工作原理
火车内燃机是一种用于驱动火车的发动机，它通过燃烧燃料来产生高温高压的气体，并将其转化为机械能驱动火车的运动。
其工作原理如下：
1. 空气进入：首先，空气通过一个过滤系统进入到燃料燃烧室。
这个过程可以确保进入燃烧室的空气干净且不含有害物质。
2. 燃料喷射：燃料通常是一种液体，通过喷嘴被喷射进燃烧室中。
喷射系统会根据需要调整燃料的喷射量，以控制发动机的输出功率。
3. 点火：燃料进入燃烧室后，一个点火系统会在适当的时机提供电火花，引发燃料的燃烧。
这个过程会产生高温高压的气体。
4. 燃烧：燃料与空气的混合物在点火的情况下燃烧。
燃料分子中的碳和氢与空气中的氧发生化学反应，产生大量的热能。
5. 膨胀：燃烧产生的高温高压气体会膨胀，推动活塞向下移动。
这个运动会通过连杆、曲轴等机构传递到火车的车轮上，驱动火车前进。
6. 排气：在活塞下行的过程中，燃烧产生的废气会通过曲轴箱的排气门排出。
这个过程将废气排放到外部环境中。
7. 冷却：发动机的工作会产生大量的热能，因此需要一个冷却系统来确保发动机的温度稳定在可接受的范围内。
冷却系统通
常使用水或冷却液来吸收和散发热量。
8. 润滑：为了减少摩擦和磨损，火车内燃机需要一个润滑系统来提供润滑油。
润滑油会润滑发动机内部的各个运动部件，同时也会起到冷却的作用。
通过以上的工作原理，火车内燃机能够将燃料的化学能转化为机械能，驱动火车行驶。
不同型号的火车内燃机可能有所不同，但基本的工作原理都是相似的。
内燃机原理内燃机的工作循环
内燃机原理内燃机的工作循环内燃机原理：内燃机的工作循环内燃机是一种将化学能转化为机械能的装置，广泛应用于汽车、船舶、飞机等交通领域。
它的工作原理主要包括四个工作循环：吸气、压缩、爆炸、排气。
吸气循环是内燃机的第一个工作阶段。
当活塞下行时，汽缸膛内的发动机油门打开，气缸外的大气压力将空气通过进气阀进入气缸。
在这个过程中，燃料还未注入，发动机主要借助活塞自身的下行运动产生的负压使混合气进入气缸。
压缩循环是内燃机的第二个工作阶段。
当活塞开始上升时，进气阀关闭，活塞将混合气体向气缸膛内压缩。
在这个过程中，活塞上升使得混合气压力增加，同时体积减小。
最终，混合气体达到了高压状态。
爆炸循环是内燃机的第三个工作阶段。
当混合气体压缩到一定程度时，火花塞会发出火花，点燃混合气体。
这个点燃的火焰扩散到整个气缸，产生了高温和高压气体。
高温高压气体作用于活塞上，将活塞推力向下运动。
排气循环是内燃机的第四个工作阶段。
当活塞再次上升时，这个运动将排气门打开，将燃烧后的废气排出气缸。
这个过程使得气缸内的压力迅速下降，使活塞对外做功。
内燃机的工作循环是由上述四个阶段交替进行的。
每个循环周期内，发动机都完成了吸气、压缩、爆炸和排气的过程。
这种循环反复进行，产生连续的动力输出。
内燃机的工作循环可以分为两种类型：四冲程循环和两冲程循环。
首先是四冲程循环，在这种循环中，吸气、压缩、爆炸和排气四个阶段分别占据发动机的四个循环。
每个循环都需要两个活塞上下运动才能完成。
四冲程循环由于充分利用了活塞上下循环运动，具有较高的热效率和动力输出。
其次是两冲程循环，它将吸气、压缩、爆炸和排气四个阶段合并到两个运动循环中。
这意味着每个循环中只需一个活塞上下运动就可完成整个循环。
两冲程循环由于缺乏四冲程循环中的压缩阶段，使得其热效率较低，并且排放污染物较多。
然而，两冲程循环由于结构简单，适用于小型和低功率的内燃机。
内燃机的工作循环是内燃机能够正常运行的基础。
内燃机结构及原理
内燃机未来的发展将着重于改进燃烧过程，提高机械效率，减少散热损失，降低燃料消耗率；开发和利用非石油制品燃料、扩大燃料资源；减少排气中有害成分，降低噪声和振动，减轻对环境的污染；采用高增压技术，进一步强化内燃机，提高单机功率；研制复合式发动机、绝热式涡轮复合式发动机等；采用微处理机控制内燃机，使之在最佳工况下运转；加强结构强度的研究，以提高工作可靠性和寿命，不断创制新型内燃机
四冲程内燃机（汽油机）
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，雾状汽油和空气的混合物（柴油机为空气）进入气缸内。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩（机械能转化为内能）
做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞（柴油机为喷油嘴）产生电火花，使燃料猛烈燃烧（柴油机为压燃），产生高温高压气体。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。（内能转化为机械能）
实际上，进气门是在上止点前即开启，以保证活塞下行时进气门有较大的开度，这样可在进气过程开始时减小流动阻力，减少吸气所消耗的功，同时也可充入较多的新鲜充量。当活塞在进气行程中运行到下止点时，由于气流惯性，新鲜充量仍可继续充入气缸，故使进气门在下止点后延迟关闭。
排气门也在下止点前提前开启，即在膨胀行程后部分即开始排气，这是为了利用气缸内较高的燃气压力，使废气自动流出气缸，从而使活塞从下止点向上止点运动时气缸内气体压力低些，以减少活塞将废气排挤出气缸所消耗的功。排气门在上止点后关闭的目的是利用排气流动的惯性，使气缸内的残余废气排除得更为干净。
内燃机的构造和工作原理
内燃机的构造和工作原理内燃机是一种能够将化学能转化为机械能的热机。
在内燃机中，燃料在燃烧过程中释放能量，并通过往复循环过程转化为连续运动。
内燃机通常采用往复活塞式结构，包括气缸、活塞、连杆和曲轴等重要部件。
1.气缸：内燃机通常有一个或多个气缸，气缸壁内部光滑，充当活塞运动的导向面。
气缸通常用铸铁或铝合金制成。
2.活塞：活塞是内燃机的运动部件，通常是一个柱状或圆柱形的零件，位于气缸内。
活塞上下运动在曲轴的驱动下完成，将压力转化为机械能。
3.曲轴：曲轴是内燃机的核心组成部分，将来自活塞和连杆的往复运动转化为旋转运动。
曲轴通过连杆和活塞连接并驱动机械装置，将发动机的功率传递到外部。
4.连杆：连杆将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。
连杆连接着活塞与曲轴，通过摇杆机构使活塞的上下运动转变为曲轴的回转运动。
5.气门：气门是内燃机进、排气的关键部件。
气门通过气门弹簧和凸轮机构控制开关，使燃烧室与气缸通道正确连接，完成进、排气过程。
内燃机的工作原理如下：1.进气冲程：活塞下行，气缸内压力下降，气门打开，油气混合物通过进气道进入燃烧室。
同时，曲轴带动连杆将活塞向下推动。
2.压缩冲程：活塞上行，气门关闭，气缸内油气混合物被压缩，并使混合物中的燃料、空气更加充分混合并增加压力。
曲轴再次带动连杆将活塞向上推动，使体积变小。
3.燃烧冲程：当活塞达到最高点时，燃油喷射器向燃烧室喷射燃料，与空气形成可燃混合气体，然后通过火花塞产生的火花点燃混合气体。
燃烧产生的高温高压气体将活塞向下推动，曲轴再次带动连杆。
4.排气冲程：活塞再次向上移动，气门打开，废气通过排气道排出，气缸内压力下降。
曲轴带动连杆将活塞向上推动。
以上四个冲程完成一个完整的循环，并将化学能转换为机械能，推动发动机的运转。
总体而言，内燃机通过不断重复的往复运动将燃料在燃烧室内燃烧，释放出的能量转化为机械能，驱动发动机的运动。
内燃机在现代交通运输、工业生产和家庭用途中得到广泛应用。
内燃机原理
内燃机原理
内燃机是指在内部完成燃烧的机械，通过燃料和氧气在内部燃烧产生
的热量将高压燃气推动机械有条不紊的转动起来。
内燃机通常是由发动机芯、气缸、活塞、活塞杆、连杆、主轴、轮毂、风扇和机械传动系统等部
件组装而成，它们可以把机械能转化成动能或其他形式的能量。
内燃机工作原理如下：机械能量和动能在内燃机中是由燃料和氧气的
燃烧产生的热量来完成的。
燃料和氧气进入气缸，由气缸内的活塞把燃料
和氧气混合在有秩序的状态下，然后在燃烧室内得到快速燃烧，在短时间
内产生大量热量和气体流动。
这些气体流动对活塞产生压力，活塞上升，
把燃烧室里的燃烧气体分散到缸外，产生的能量可以用来推动活塞、连杆
或马达上的机构转动。
内燃机分为冷却和无冷却两种。
冷却式内燃机通常有水冷和油冷两种，由于冷却液的存在，它可以将机芯的外部温度降至一定的范围，在内部进
行燃烧，使机芯更加稳定可靠，燃烧效率更高。
而无冷内燃机直接把燃烧
产生的热量甩在缸壁上，只要安装正确，就可以发挥更好的性能，性能更
稳定，有利于加油消耗等。
此外，内燃机还与涡轮机械机构密切相关。
内燃机的工作原理
内燃机的工作原理内燃机是一种通过燃烧燃料产生热能和动力的装置，它将燃料和空气混合后进行燃烧，并将燃烧产生的高温高压气体通过柱塞或活塞往复运动的方式转化为机械能。
内燃机被广泛应用于汽车、船舶、飞机和发电机等领域。
内燃机的工作过程主要分为四个阶段：吸入、压缩、爆发和排出。
在吸入阶段，活塞向下运动，进气门打开，进入气缸的燃料和空气混合。
在压缩阶段，进气门关闭，活塞向上运动，将混合气体压缩，并提升了混合气体的温度和压力。
在爆发阶段，当活塞接近上死点时，电火花点火装置引燃混合气体，造成爆炸，使气缸内的压力急剧增加，推动活塞向下运动。
最后，在排出阶段，活塞向上运动，排气门打开，废气从气缸中排出。
内燃机主要有两种类型：汽油发动机和柴油发动机。
两者的工作原理有所区别。
汽油发动机的工作原理：汽油发动机使用汽油作为燃料。
在吸入阶段，活塞向下运动，进气门打开，燃料喷入气缸内，并与空气混合形成可燃混合气体。
在压缩阶段，进气门关闭，活塞向上运动，将混合气体压缩，使其温度和压力升高。
在爆发阶段，火花塞发出电火花，引燃压缩后的混合气体，形成火焰，并且推动活塞向下运动。
最后，在排出阶段，活塞向上运动，排气门打开，废气从气缸中排出。
柴油发动机的工作原理：柴油发动机使用柴油作为燃料。
与汽油发动机不同，柴油发动机在压缩阶段前没有点火，因此没有火花塞。
在吸入阶段，活塞向下运动，进气门打开，柴油经喷油嘴喷入高温的气缸内。
在压缩阶段，进气门关闭，活塞向上运动，将柴油压缩，使其温度和压力升高。
当柴油达到自动点火温度时发生自燃，形成火焰，并推动活塞向下运动。
最后，在排出阶段，活塞向上运动，排气门打开，废气从气缸中排出。
无论是汽油发动机还是柴油发动机，内燃机的工作原理都是利用燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动，将热能转化为机械能。
随着技术的发展，内燃机在效率和环保方面取得了不少进展，但仍然存在着一定的能量损耗和尾气排放问题。
因此，未来的发展方向之一是研究和开发更高效、更环保的内燃机技术，以满足日益增长的能源需求和环境保护的要求。
内燃机原理及总体构造
内燃机原理及总体构造内燃机是指以可燃物质在汽缸内燃烧产生高温高压气体，利用这种气体的体积膨胀做功的一种热机。
内燃机主要由以下部分组成：燃料供给系统、点火系统、运转系统和排气系统。
一、燃料供给系统：燃料供给系统的主要功能是将燃料输送到汽缸内，供给燃烧所需。
燃料供给系统通常由燃料箱、燃料泵、油箱、化油器（或喷射器）、进气歧管等组成。
燃料从燃料箱被抽出，并通过燃料泵的加压送入油箱。
燃料从油箱进入化油器或喷射器后，形成可燃混合气，在进气歧管中遇到进气气流与进气后混合，形成可燃气体进入汽缸内。
二、点火系统：点火系统的主要功能是在燃烧室内引起可燃混合气的点火快速燃烧，以产生高温高压的燃烧气体。
点火系统通常由燃料点火器、点火线圈、点火开关、分电器、火花塞等组成。
点火系统的工作过程是：电动机拧动钥匙时，点火开关接通电源，电流经过点火线圈产生高电压，点火线圈的高电压通过分电器分配到各个火花塞，当高电压通过火花塞间隙时，会引起火花放电，将可燃混合气点燃。
三、运转系统：运转系统的主要功能是控制气缸内可燃混合气的进出，以及排放废气。
运转系统通常由气缸盖、气门机构、曲轴和连杆机构、活塞、气缸套等组成。
站立式发动机与吊式发动机相比，由于功能的不同，结构会有一定的变化。
对于高速机动消防车辆，需要配备吊机与自动化灭火系统，以确保火灾发生时能够快速到达现场并进行灭火作业。
四、排气系统：排气系统的主要功能是将燃烧后的废气排出，以便供应新鲜空气进入汽缸。
排气系统通常由排气歧管、排气管、催化转化器等组成。
排气系统中的催化转化器可以将汽缸内产生的废气进行净化，以减少对环境的污染。
总体来说，内燃机由燃料供给系统、点火系统、运转系统和排气系统四部分组成。
燃料供给系统将燃料输送到汽缸内，点火系统实现可燃混合气的点火燃烧，运转系统控制气缸内可燃混合气的进出，排气系统排出燃烧后的废气。
这些部分相互配合，使内燃机能够高效地工作，提供动力。
内燃机的原理是通过燃料在燃烧室内的燃烧，产生高温高压气体，利用这种气体的体积膨胀做功。
内燃机工作原理
内燃机工作原理
内燃机是一种利用燃料在活塞内燃烧产生高温高压气体推动活塞做功的热机。
它是现代工业中最为常见的动力装置之一，被广泛应用于汽车、飞机、船舶等各种交通工具以及工业生产中。
内燃机的工作原理主要包括吸气、压缩、爆燃和排气四个基本过程。
首先，在内燃机的工作过程中，活塞在上行运动时，气门打开，气缸内的空气
和燃料混合物被吸入气缸内。
这个过程称为吸气，它使得气缸内的混合气体浓度增加，为后续的爆燃提供条件。
接着，活塞在下行运动时，气门关闭，气缸内的混合气体被压缩。
这个过程称
为压缩，通过压缩使得混合气体的温度和压力升高，增加了爆燃的能量释放。
然后，当活塞接近顶点时，点火系统发出火花，点燃混合气体，使其爆炸燃烧。
这个过程称为爆燃，燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功，驱动曲轴转动，从而输出动力。
最后，随着活塞的下行运动，废气通过排气门排出气缸外。
这个过程称为排气，将燃烧后的废气排出，为下一个工作循环做准备。
内燃机的工作原理简单而又精密，它通过上述四个基本过程不断循环，将燃料
的化学能转化为机械能，为各种交通工具和机械设备提供动力。
同时，内燃机在工作过程中也会产生噪音、振动和废气等环境污染问题，因此在实际应用中需要加强对其排放和噪声的控制。
总的来说，内燃机作为一种重要的动力装置，其工作原理的理解对于工程技术
人员和相关领域的专业人士来说至关重要。
只有深入理解内燃机的工作原理，才能更好地进行设计、维护和改进，使其在实际应用中发挥更大的作用。
同时，对内燃机的工作原理有着清晰的认识，也有助于我们更好地理解和利用能源，推动工业技术的发展。
内燃机及其工作原理
分类标准
类型
说明
按活塞运动方式
往复活塞式
活塞在气缸内做往复直线运动
旋转活塞式
活机
使用汽油作为燃料
柴油机
使用柴油作为燃料
气体燃料发动机
使用天然气等气体作为燃料
按冷却方式
水冷
通过水循环进行冷却
风冷
通过空气流动进行冷却
按行程数
四冲程
完成一个工作循环需要四个冲程
排气门打开，进气门关闭，活塞上移，废气排出
准备下一个工作循环
二冲程
完成一个工作循环需要两个冲程
四冲程内燃机工作原理
冲程
过程描述
作用
进气冲程
排气门关闭，进气门打开，活塞下移，混合气进入气缸
准备可燃混合气
压缩冲程
进、排气门均关闭，活塞上移，混合气被压缩
提高混合气的温度和压力
做功冲程
压缩到上止点时，混合气被点燃，迅速燃烧膨胀，推动活塞下移
将内能转换为机械能
排气冲程
内燃机原理
什么是内燃机
• 内燃机（Internal combustion engine）是 一种热机，它将液体或气体燃料与空气混 合后，直接输入机器内部燃烧产生热能再 转化为机械能。内燃机具有体积小、质量 小、便于移动、热效率高、起动性能好的 特点。
四冲程汽油机的工作原理
四冲程汽油机是由进气、压缩、作功和排气完成 一个工作循环的，如图所示为单缸四冲程汽油机 工作原理示意图。
3.作功行程
(1)压缩行程末，火花塞产生电火花，点燃气缸内 的可燃混合气，并迅速着火燃烧，气体产生高 温、高压，在气体压力的作用下，活塞由上止点 向下止点运动，再通过连杆驱动曲轴旋转向外输 出作功，至活塞运动到下止点时，作功行程结 束。 • (2)作功行程，进、排气门均关闭。 在作功过程 中，开始阶段气缸内气体压力、温度急剧上升， 瞬时压力可达3MPa～5MPa，瞬时温度可达 2200K～2800K。随着活塞的下移，压力、温度 下降，作功行程终了时，压力约为300kPa～ 500kPa，温度约为1500K～1700K。
4.排气行程
• (1)在作功行程终了时，排气门被打开，活塞在曲 轴的带动下由下止点向上止点运动。 • (2)废气在自身的剩余压力和活塞的驱赶作用下， 自排气门排出气缸，至活塞运动到上止点时，排 气门关闭，排气行程结束。 排气终了时，由于 燃烧室容积的存在，气缸内还存有少量废气，气 体压力也因排气门和排气道等有阻力而高于大气 压。此时，压力约为105kPa～125kPa，温度约 为900K～1200K。 排气行程结束后，进气门再 次开启，又开始了下一个工作循环，如此周而复 始，发动机就自行运转。
• 1)活塞在曲轴的带动下，从下止点向上止点 运动。 • (2)进、排气门均关闭。 • (3)随着活塞上移、活塞上腔容积不断减小， 混合气被压缩，至活塞到达上止点时，压 缩行程结束。 在压缩过程中，气体压力 和温度同时升高。压缩终了时，气缸内的 压力约为600～1500kPa，温度约为600K～ 800K，远高于汽油的点燃温度 (约263K) 。
内燃机的工作原理
道，内装进、排气门。
新鲜充量(即空气或空气与燃料的可燃混合气)经空气滤清器、进气管、进气道和进气门充入气缸。
膨胀后的燃气经排气门、排气道和排气管，最后经排气消声器排入大气。
进、排气门的开启和关闭是由凸轮控制的，这一套机件称为内燃机配气机构。
通常由空气滤清器、进气管、排气管和排气消声器组成进排气系统。
为了向气缸内供入燃料，内燃机均设有供油系统。
汽油机通过安装在进气管入口端的化油器将空气与汽油按一定比例(空燃比)混合，然后经进气管供入气缸，由汽油机点火系统控制的电火花定时点燃。
柴油机的燃油则通过柴油机喷油系统喷入燃烧室，在高温高压下自行着火燃烧。
内燃机气缸内的燃料燃烧使活塞、气缸套、气缸盖和气门等零件受热，温度升高。
为了保证内燃机正常运转，上述零件必须在许可的温度下工作，不致因过热而损坏，所以必须备有冷却系统。
内燃机不能从停车状态自行转入运转状态，必须由外力转动曲轴，使之起动。
这种产生外力的装置称为起动装置。
常用的有电起动、压缩空气起动、汽油机起动和人力起动等方式。
内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等过程组成。
这些过程中只有膨胀过程是对外作功的过程，其他过程都是为更好地实现作功过程而需要的过程。
按实现一个工作循环的行程数，工作循环可分为四冲程和二冲程两类。
四冲程是指在进气、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。
二冲程是指在两个行程内完成一个工作循环，此期间曲轴旋转一圈。
首先，当活塞在下止点时，进、排气口都开启，新鲜充量由进气口充入气缸，并扫除气缸内的废气，使之从排气口排出；随后活塞上行，将进、排气口均关闭，气缸内充量开始受到压缩，直至活塞接近上止点时点火或喷油，使气缸内可燃混合气燃烧；然后气缸内燃气膨胀，推动活塞下行作功；当活塞下行使排气口开启时，废气即由此排出活塞继续下行至下止点，即完成一个工作循环。
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三、四冲程柴油机的工作原理
四冲程柴油机和汽油机—样，每个工作循环也 经历进气、压缩、燃烧—膨胀和排气4个过程。其工 作过程与汽油机的不同，在于可燃混合气的形成和 着火的方法。在柴油机中吸进和压缩的是空气，燃 油以很高的压力被喷入压缩后的高温空气中形成混 合气而自行着火燃烧。 柴油机充量系数较汽油机的为大，高速柴油机的 ηv = 0.75—0.90。柴油机是压缩着火的，为使喷入 气缸的柴油可以迅速着火燃烧，空气被压缩后的温 度必须大大高于柴油的自燃温度。因此柴油机需采 用较大的压缩比(12--22)
6、按照进气状态分：有非增压式（进气压力小于 一个大气压）和增压式（进气压力大于一个大气压） 内燃机。
7、按气缸布置形式分：有卧式、直列式、V形、 对置式及星形（航空）内燃机等，如图1--1所示。
8、按汽缸数分：单缸、双缸和多缸内燃机。 9、按用途分：可分为汽车用、特种车辆用、工程机 械用、农用、拖拉机用、发电用、铁路机车用、内 河（淡水）和海洋（咸水）船舶用、飞机用、摩托 用、军用等内燃机等。
二、内燃机的优缺点
（一）内燃机的优点： 1 、热效率高；热效率高，即燃油消耗率低， 经济性好 , 尤其是柴油机，它是热效率最 高的热机，最高有效热效率巳达46％。 2 、功率范围广；单机功率可从零点几千瓦 到上万千瓦，故适用范围大。 3、结构紧凑、质量轻、比质量较小、 便于移动。 4、起动迅速、操作简便，并能在起动后 很快达到全负荷运行。
Vh πD2 S iL 6 4 10
5、内燃机的总排量VH：如内燃机有i个气缸，i个 气缸的工作容积的总和称为内燃机的总排量，用 VH表示，则
V
H
= V
h
·i=
D 2
4 x10 6
S
·i ( L )
6、燃烧室容积 Vc：当活塞在上止点时，活塞上方 的气缸容积称为燃烧室容积并以Vc表示。 7 、气缸总容积 Va：当活塞在下止点时，活塞上方 的气缸容积称为气缸总容积井以Va表示。 很明显： Va = Vh + Vc
一．基本名词术语
1、上止点（TDC）： 活塞离曲轴中心最大 距离的位置称为上止点， (图1—3)； 2、下止点（BDC）： 活塞离曲轴中心最小 距离的位置称为下止点。 注意：在上、下止点时， 活塞的运动方向改变， 同时它的速度等于零。
3、行程s(stroke)： 上止点与下止点间的距离称为活塞 行程s。由图1—3可见，活塞行程s等于曲 柄半径r的两倍，即: S=2r 4、气缸工作容积V h ：在一个气缸中，活 塞从上止点到下止点所扫过的容积称为 气缸工作容积V h 。如气缸直径D和活塞 行程s都以mm为单位，则以L（升）为单 位的气缸工作容积可用下式计算：
2．压缩过程 在进气过程终了后，进、排气门都关闭， 曲轴继续旋转，活塞自下止点向上止点移动， 将气缸中的混合气压缩，进行压缩过程。压 缩过程在示功图上以曲线ac表示。压缩终了 时气体的压力和温度主要视压缩比的大小而 定，压力约为0.85-2MPa，温度可达600-700K。 压缩比愈大，压缩终了时混合气的压力 和温度也愈高，混合气的燃烧速度以及燃 烧过程的最高温度和压力就愈高；
10、按转速分：有高速、中速和低速内燃机。目前 汽油机均为高速内燃机，最高转速一般在6000转/分 以上，比柴油机的转速高；汽车用柴油机最高转速 4000转/分左右；而工程机械柴油机最高转速一般为 1500转/分—2000转/ 分。船舶用柴油机转速一般为 中、低速，100转/分—500转/ 分左右。
活塞可在气缸内上下往复运动。活塞 销穿过活塞和连杆的上端，使活塞和连杆 成为铰链似的连接。连杆下端套在曲轴弯 曲部分（俗称曲拐）的曲柄销(连杆轴颈) 上，也是铰链似的连接。 曲轴两端由曲轴箱上的轴承来支承， 曲轴可在轴承中转动。 活塞在气缸中往复运动时，曲轴则绕 其轴心线作旋转运动。很明显，曲轴每转 一周，活塞向上向下各行一次（两个行 程）。
3.燃烧—膨胀过程 燃烧—膨胀过程是混合气燃烧、膨胀而作功的 过程。当压缩过程活塞到达上止点前，火花塞发 出电火花，将混合气点燃。混合气燃烧时放出大 量的热，气缸内气体的温度和压力骤增(这时进、 排气门都是关闭的)。在气体压力的作用下，活塞 向下止点移动，井通过连杆使曲轴旋转而作功。
4.排气过程 排气过程中，活塞由下止点向上止点移动， 排气门开启，进气门保持关闭 。示功图上的曲 线br表示排气过程。残余废气约占进入气缸的新 鲜混合气的5％--15％(以质量计)
8、压缩比ε：气缸总容积与燃烧室容积之比称为 压缩比，以ε表示： Va
Vc
压缩比ε表示气缸中的气体被压缩后体积缩小 的倍数，它对内燃机的性能有重要影响。
二、总体构造
四冲程汽油机 : 主要由下列机构和系统组成：曲柄连 杆机构、配气机构、供给系、点火系、润 滑系、冷却系和起动装置。
1、曲柄连杆机构 曲柄连杆机构的主要机件是：气缸体、气 缸盖、活塞、连杆、带有飞轮的曲轴和曲轴箱。 曲柄连杆机构是内燃机的基本机构。在燃油燃 烧时，活塞承受气体膨胀的压力，并通过连杆 使曲轴旋转，将活塞的往复直线运动变为曲轴 的旋转运动而输出动力。
三、内燃机的发展趋势
(一)内燃机性能指标的发展动向
1．强化程度不断提高： 提高内燃机的强化程度，使之在有限的气缸 工作容积条件下提高内燃机的功率。 2．降低燃油消耗率、提高经济性
3．提高内燃机的可靠性和耐久性 无故障期为5000h，表征耐久性的指标是大修 期。常以压缩压力下降到一定值(2.2~2.7MPa)或各 缸压力差增大到一定值(0.3MPa)即认为应当大修。 4．降低废气中有害排放和噪声
6．提高柴油机燃油喷射压力：喷油压力目 前已达120—150MPa 7．排气后处理技术：可使柴油机实现CO、 HC及NOx的同时净化 8．采用代用燃料：以压缩天然气(CNG)和 液化石油气(LPG)为主
第二节内燃机的总体构造
图1—2 示出内燃机 的基本机构， 它包括气缸、 气缸盖、活 塞、活塞销、 连杆、曲轴、 飞轮、曲轴 箱和进、排 气门等。
3、供给系 供给系的功用是供给气缸空气和燃油(可燃混合 气)，并排出燃烧后的废气。 化油器式汽油机工作时，汽油泵将汽油箱中的 汽油吸出，经汽油滤清器滤清后压送到化油器；同 时空气经空气滤清器滤清后也进入化油器。在化油 器中汽油被喷散，并在很大的程度上被蒸发，汽油 与空气混合后形成可燃混合气经进气管被吸入气缸。 燃烧形成的废气经排气管和排气消声器排人大气。 4、点火系 混合气在气缸内被压缩后要用电火花来点火。 供给低压电流的电源 ( 蓄电池和发电机 ) ，将低压电 流变为高压电流的设备 ( 点火线圈和断电器 ) ，以及 将高压电流分配给火花塞(装在气缸盖上)的设备(分 电器)组成汽油机的点火系。
1．进气过程 在进气过程中，活塞从上止点向下止 点移动，进气门开启，排气门关闭。在示 功图上以曲线ra表示。 可燃混合气充满气缸的程度可用充量系数 ηv来表示。充量系数是每工作循环实际进入 气缸的新气质量与理论上可充入气缸的新气 质量之比。汽油机的充量系数约为0.70— 0.85。充量系数较大，表明进入气缸的可燃 混合气的量较多，因而发动机的功率也可以 较大。
（二）内燃机的缺点：
1、对燃料要求较高；高速内燃机一般使用汽 油或轻柴油作燃料，并且对燃料的清洁度 要求严格；在气缸内部难以使用固体燃料 或劣质燃料。 2、废气污染和噪声引起公害：由于内燃机已 广泛地应用在国民经济的各个领域中其产量 和保有量极大，对环境的污染也越来越严重。 3、结构较复杂，零部件加工精度要求较高。
2、内燃机工作循环示功图：
研究内燃机的工作循环时，可以利用一种表示气缸 内气体压力和相当于活塞不同位置时的气缸容积V之间的 变化关系图(P-V图)。此图能表示一个工作循环中气体在 气缸内所作的功，所以称为示功图。
二、四冲程汽油机的工作原理
四冲程化油器式汽油机的结构简图和P-V示功图。
进 气
压 缩
排 气
(二)内燃机技术的发展动向
1．电子技术的应用： 以微型计算机为中心的电子技术，在内燃机产 品设计研究、测试、制造方面均巳普遍应用，计算 机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机 辅助测试(CAT)、计算机辅助工艺设计(CAPP)技术 发展迅速。 柴油机采用电子技术优化控制喷油规律及喷 油量，控制预混合燃烧和扩散燃烧部分的燃油量， 提高柴油机的功率。 废气再循环(EGR)是汽油机和柴油机降低NOx 排放的有效措施。电控EGR可保证在各种工况下实 现最佳的EGR率。
2、配气机构 配气机构的功用是使燃油与空气所组成的 可燃混合气可以在一定的时刻被吸进气缸，并 使燃烧后的废气可以在一定的时刻被排出。配 气机构包括进气门、排气门、挺柱、推杆、摇 臂、摇臂轴以及凸轮轴等。二行程内燃机的配 气机构有所不同。 气门的开闭是由凸轮轴上的凸轮控制的， 凸轮轴通常由曲轴通过齿轮来驱动。 根据气门安装位置的不同，配气机构的布 置形式主要有侧置式 ( 顺装气门 ) 和顶置式 ( 倒 装气门)两种。
2、采用增压技术 3、汽油机稀燃—速燃技术： 稀燃可提高汽油机经济性和降低排放， 提高压缩比。 4．汽油机缸内喷射分层燃烧技术 内燃机的功率和扭矩都有所提高， 燃油消耗率下降。 5．柴油机采用直喷式燃烧系统 直喷式燃烧系统比间喷式燃烧系统 的热效率可提高10％-15％，是提高柴油 机经济性的有效措施。
5、润滑系 润滑系的功用是向内燃机的摩擦零件供给润滑油，以减 少零件磨损和零件间的摩擦阻力。润滑系包括油底壳、机油 泵、机油滤清器、机油管路和通道以及机油标尺等。 由于机油在润滑系中的环流和飞溅．内燃机的运动件就 得到了润滑。 6、冷却系 冷却系的功用是将内燃机受热零件的热量传出，以保持 内燃机正常的工作温度(水温约80--90℃)。 多数内燃机采用水、风复合冷却系，它包括气缸周围和 气缸盖中的水套、散热器(水箱)、水泵和风扇。由于水泵的 作用，冷却水就在水套和散热器间循环流动，而内燃机需要 散出的热量则通过风扇和散热器散入大气中。 也有的内燃机采用纯水冷却方式（小型农用单缸卧式蒸 发式水冷柴油机）或纯风冷却方式(小型汽油机)。