求内燃机的构造.急

求内燃机的构造.
急

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内燃机是一种动力机械,它是通过使燃料在机器内部燃烧,并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机.
广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机,也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等,但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机.
活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍.活塞式内燃机将燃料和空气混合,在其气缸内燃烧,释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气.燃气膨胀推动活塞作功,再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出,驱动从动机械工作.
内燃机的发展历史
活塞式内燃机自19世纪60年代问世以来,经过不断改进和发展,已是比较完善的机械.它热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好,所以获得了广泛的应用.全世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃机为动力.海上商船、内河船舶和常规舰艇,以及某些小型飞机也都由内燃机来推进.世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位,它在人类活动中占有非常重要的地位.
活塞式内燃机起源于用火药爆炸获取动力,但因火药燃烧难以控制而未获成功.1794年,英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力,并且第一次提出了燃料与空气混合的概念.1833年,英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞作功的设计.
之后人们又提出过各种各样的内燃机方案,但在十九世纪中叶以前均未付诸实用.直到1860年,法国的勒努瓦模仿蒸汽机的结构,设计制造出第一台实用的煤气机.这是一种无压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机.勒努瓦首先在内燃机中采用了弹力活塞环.这台煤气机的热效率为4%左右.
英国的巴尼特曾提倡将可燃混合气在点火之前进行压缩,随后又有人著文论述对可燃混合气进行压缩的重要作用,并且指出压缩可以大大提高勒努瓦内燃机的效率.1862年,法国科学家罗沙对内燃机热力过程进行理论分析之后,提出提高内燃机效率的要求,这就是最早的四冲程工作循环.
1876年,德国发明家奥托运用罗沙的原理,创制成功第一台往复活塞式、单缸、卧式、3.2千瓦(4.4马力)的四冲程内燃机,仍以煤气为燃料,采用火焰点火,转速为156.7转/分,压缩比为2.66,热效率达到14％,运转平稳.在当时,无论是功率还是热效率,它都是最高的.
奥托内燃机获得推广,性能也在提高.1880年单机功率达到11～15千瓦(15～20马力),到1893年又提高到150千瓦.由于压缩比的提高,热效率也随之增高,1886年热效率为15.5%,1897年已高达20～26％.1881年,英国工程师克拉克研制成功第一台二冲程的煤气机,并在巴黎博览会上展出.
随着石油的开发,比煤气易于运输携带的汽油和柴油引起了人们的注意,首先获得试用的是易于挥发的汽油.1883年,德国的戴姆勒创制成功第一台立式汽油机,它的特点是轻型和高速.当时其他内燃机的转速不超过200转/分,它却一跃而达到800转/分,特别适应交通动输机械的要求.1885～1886年,汽油机作为汽车动力运行成功,大大推动了汽车的发展.同时,汽车的发展又促进了汽油机的改进和提高.不久汽油机又用作了小船的动力.
1892年,德国工程师狄塞尔受面粉厂粉尘爆炸的启发,设想将吸入气缸的空气高度压缩,使其温度超过燃料的自燃温度,再用高压空气将燃料吹入气缸,使之着火燃烧.他首创的压缩点火式内燃机(柴油机)于1897年研制成功,为内燃机的发展开拓了新途径.
狄塞尔开始力图使内燃机实现卡诺循环,以求获得最高的热效率,但实际上做到的是近似的等压燃烧,其热效率达26％.压缩点火式内燃机的问世,引起了世界机械业的极大兴趣,压缩点火式内燃机也以发明者而命名为狄塞尔引擎.
这种内燃机以后大多用柴油为燃料,故又称为柴油机.1898年,柴油机首先用于固定式发电机组,1903年用作商船动力,1904年装于舰艇,1913年第一台以柴油机为动力的内燃机车制成,1920年左右开始用于汽车和农业机械.
早在往复活塞式内燃机诞生以前,人们就曾致力于创造旋转活塞式的内燃机,但均未获成功.直到1954年,联邦德国工程师汪克尔解决了密封问题后,才于1957年研制出旋转活塞式发动机,被称为汪克尔发动机.它具有近似三角形的旋转活塞,在特定型面的气缸内作旋转运动,按奥托循环工作.这种发动机功率高、体积小、振动小、运转平稳、结构简单、维修方便,但由于它燃料经济性较差、低速扭矩低、排气性能不理想,所以还只是在个别型号的轿车上得到采用.
内燃的组成
往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动装置等.
气缸是一个圆筒形金属机件.密封的气缸是实现工作循环、产生动力的源地.各个装有气缸套的气缸安装在机体里,它的顶端用气缸盖封闭着.活塞可在气缸套内往复运动,并从气缸下部封闭气缸,从而形成容积作规律变化的密封空间.燃料在此空间内燃烧,产生的燃气动力推动活塞运动.活塞的往复运动经过连杆推动曲轴作旋转运动,曲轴再从飞轮端将动力输出.由活塞组、连杆组、曲轴和飞轮组成的曲柄连杆机构是内燃机传递动力的主要部分.
活塞组由活塞、活塞环、活塞销等组成.活塞呈圆柱形,上面装有活塞环,借以在活塞往复运动时密闭气缸.上面的几道活塞环称为气环,用来封闭气缸,防止气缸内的气体漏泄,下面的环称为油环,用来将气缸壁上的多余的润滑油刮下,防止润滑油窜入气缸.活塞销呈圆筒形,它穿入活塞上的销孔和连杆小头中,将活塞和连杆联接起来.连杆大头端分成两半,由连杆螺钉联接起来,它与曲轴的曲柄销相连.连杆工作时,连杆小头端随活塞作往复运动,连杆大头端随曲柄销绕曲轴轴线作旋转运动,连杆大小头间的杆身作复杂的摇摆运动.
曲轴的作用是将活塞的往复运动转换为旋转运动,并将膨胀行程所作的功,通过安装在曲轴后端上的飞轮传递出去.飞轮能储存能量,使活塞的其他行程能正常工作,并使曲轴旋转均匀.为了平衡惯性力和减轻内燃机的振动,在曲轴的曲柄上还适当装置平衡质量.
气缸盖中有进气道和排气道,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轴上的进、排气凸轮,通过挺柱、推杆、摇臂和气门弹簧等传动件分别加以控制的,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.
内燃机的排气过程和进气过程统称为换气过程.换气的主要作用是尽可能把上一循环的废气排除干净,使本循环供入尽可能多的新鲜充量,以使尽可能多的燃料在气缸内完全燃烧,从而发出更大的功率.换气过程的好坏直接影响内燃机的性能.为此除了降低进、排气系统的流动阻力外,主要是使进、排气门在最适当的时刻开启和关闭.
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.
内燃机性能主要包括动力性能和经济性能.动力性能是指内燃机发出的功率(扭矩),表示内燃机在能量转换中量的大小,标志动力性能的参数有扭矩和功率等.经济性能是指发出一定功率时燃料消耗的多少,表示能量转换中质的优劣,标志经济性能的参数有热效率和燃料消耗率.
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.