内燃机原理复习

内燃机原理

1.1784 年英国发明家 J·瓦特发明了蒸汽机。根据德国人 N·A·奥托和 R·狄赛尔提

出的内燃机循环, 于1876 年和 1897 年分别推出了汽油机和柴油机。

2.今后值得研究的主要问题：(一)内燃机燃烧问题的研究，(二)降低内燃机排放与噪声的

研究，(三)内燃机代用燃料及新型燃料的研究，(四)内燃机电子控制技术的研究，(五)内燃机工作过程模拟及其优化的研究，(六)内燃机增压技术的研究，(七)提高内燃机可靠性与耐久性的研究，(八)内燃机低摩擦、低磨损的研究。

3.

（1）图( b) 等容循环, 加热过程是在等容条件下进行的。气体从a点开始绝热压缩到c点, 自c 点等容吸热至z点, 气体从z点绝热膨胀到b点, 最后沿ba 线等容散热再回到a点完成一个工作循环。等容循环也叫奥托循环。

（2）图 ( c) 等压循环,加热过程是在等压条件下进行的，等压循环也叫狄赛尔循。气体从a 点开始绝热压缩到c点, 自c 点定压加热至z 点, 气体从z 点绝热膨胀到b 点, 最后沿ba 线定容散热再回到a 点完成一个工作循环。

（3）图( a) 混合循环,。气体从a 点开始绝热压缩到c点, 自c点定容加热至y点, 自y点定压加热至z点，气体从z 点绝热膨胀到b 点, 最后沿ba 线等容散热再回到a 点完成一个工作循环。

4.实际循环与理论循环相比,热效率较低,循环作的功也较小, 具体表现在如下几个方面：

1 .工质不同：理想循环工质是理想气体新鲜空气，比热不随温度变化。实际循环工质

是空气和燃烧产物的混合物,它们的比热随温度升高而上升,加热量相同, 实际循环达到的最高温度比理想循环低。燃烧过程中及燃烧后,工质的成分变为燃烧产物,成分有变化,容积数量即物质的量也发生变化;1300K高温分解。

2 .气体流动阻力：实际循环每个循环工质必须更换,工质在进、排气行程中流经进、排

气管, 进、排气道和进、排气门, 有一定流阻损失。气缸中和分开式燃烧室的柴油机中, 空气流入和流出燃气副室, 也都会引起一定的流阻损失。

3 .传热损失：理想循环中,假设工质与气缸盖、活塞顶、气缸壁等受热件没有热交换。

实际循环,必须对这些受热件进行有效的冷却才能保证内燃机的可靠运转, 部分热量从冷却系统中传出去, 使循环的热效率和循环的比功都有所下降。

4 .燃烧不及时、后燃及不完全燃烧损失：燃烧不可能是瞬时的, 它必然需要一定的时

间才能完成这一过程。

5 .漏气损失：理想循环中, 工质的数量是完全不变的。在实际循环中, 活塞环与气缸

壁之间常有微量工质漏出, 一般约为总量的0 .2%。

5.四冲程内燃机的工作原理：1 .进气行程：排气门关闭, 随着活塞下行气缸内产生低压,

从进气门吸入空气和汽油的混合气。在柴油机中, 吸入的仅是新鲜空气。2 .压缩行程：进、排气门关闭, 活塞上行压缩气缸内的气体。在柴油机中, 把空气压缩到燃料自燃温度以上。3 .膨胀行程(作功行程)当活塞快到上止点时, 用火花塞点燃混合气使之燃烧。

在柴油机中, 此时燃料以雾化状态喷射到气缸内, 和高温空气接触而自行着火燃烧。燃烧所产生的高压气体, 把活塞往下推而作功4 .排气行程：当活塞到下止点稍前一些时, 排气门开启, 排气溢出, 气缸内压力下降, 活塞上行把膨胀完了的燃气排出气缸外。这样就完成一个循环, 然后又重复以上过程,使发动机连续不断地运转。在四冲程内燃机中, 只有一个行程作功, 其余三个行程是依靠飞轮的惯性、或其他气缸工作来推动的。

6.二冲程内燃机的工作原理：在压缩行程中, 由于活塞下部产生低压,从E 把混合气吸到

曲柄箱内。接着在作功行程将结束时, 当活塞越过排气口A, 燃气被排出, 然后, 活塞继续下行, 扫气口S 与曲柄箱经通道O 相通, 此时在曲柄箱内已被压缩的混合气流入气缸, 把气缸内的燃气扫出并取而代之, 将其称为扫气过程。这个过程一直继续到压缩行程, 直到活塞先后把扫气口和排气口遮堵住为止。

7.内燃机标定性能的主要指标。

（1）标定功率是指在标定工况下, 内燃机连续运行时允许发出的最大功率, 根据国家标准对标定功率分类进行标定,。

（2）标定转速是指在标定工况下, 发出标定功率时内燃机相应的曲轴转速。

（3）标定油耗率是指在标定工况下, 发出标定功率时内燃机所具有的有效油耗率。

（4）比质量和比容积是指在单位标定功率下内燃机所具有的质量和容积, 是用以评价、比内燃机轻重、紧凑、设计合理性的重要指标。

（5）大修期是指从新机到进行第一次大修或者两次大修间内燃机累计运行的时间, 是表征内燃机可靠性与寿命的重要指标。

8.内燃机指示参数：是表征燃料燃烧释放出来的热能转变为机械能完善程度的一组参数。

（1）平均指示压力pi：平均指示压力就是内燃机在一个工作循环中每单位气缸工作容积( 即活塞排量) , 活塞所获得的指示功, 即Wi/ Vs 。主要因素一般有如下五个方面：

1 .增压度

2 .过量空气系数

3 .换气质量

4 .油气混合的完善程度

5 .燃烧完善的程度

（2）指示功率：Ni每单位时间内作用于活塞上的指示功称为内燃机的指示功率Ni。内燃机每缸每循环作用在活塞上的指示功为Wi = 103 pi FS = 103 pi Vs ( kJ )

Ni 与pi 一样, 提高增压度, 增加进缸充量; 提高换气质量, 减少废气残存量;

完善油、气的混合; 保证良好的燃烧过程, 都是提高指示功率的有效途径。

（3）指示效率ηi 是评价内燃机工作循环的一个经济性参数, 也是衡量气缸内燃料燃烧所应释放出的热能有效转换成指示功的程度的一个尺度。

（4）指示油耗率gi是内燃机每小时发出1kW指示功率时所消耗的燃料量。

9.内燃机的有效参数：包括平均有效压力pe有效功率Ne有效效率ηe 及有效油耗率ge 。

（1）平均有效压力pe ：平均有效压力pe 是一个假想的不变的压力。用pe 作用在活塞上, 在一个活塞行程所做的功, 等于一个循环中经内燃机曲轴所输出的有效功。因此,平均有效压力pe 本身已考虑了内燃机热力的及机械的一切损失在内。和pi 的定义相仿, pe 是相应于内燃机在一个循环中每个单位气缸工作容积在内燃机曲轴上所输出的有效功。

（2）有效功率Ne ：是内燃机实际输出的功率。有效功率Ne 一般可以直接用电力测功器或水力测功器测出。对于船用柴油机, 也可以用扭力测功仪测出。

有效效率ηe 和有效油耗率ge 又统称为内燃机的经济性参数, 用这两个参数可以比较不同内燃机或不同工况的经济性。