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第六章 其他常見機器設備

第一節(jié)　內(nèi)燃機

一、概述

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

(一)內(nèi)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(huán)沖程數(shù)分類：可分為四沖程、二沖程內(nèi)燃機。

3、按照汽缸數(shù)和排列方式分類：可分為單缸和多缸內(nèi)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(nèi)燃機。

5、按照冷卻方式分類：可分為水冷、風冷內(nèi)燃機。

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

(二)內(nèi)燃機基本名詞術(shù)語

1.工作循環(huán)：進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣。這一系列連續(xù)的過程稱為內(nèi)燃機的工作循環(huán)。

2.上、下止點：活塞在汽缸內(nèi)做往復運動時的兩個極端位置稱為止點?；钊x曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠的位置稱為上止點，離曲軸旋轉(zhuǎn)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?cè)莘e：

(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(nèi)表面形成的容積，稱為汽缸總?cè)莘e，用 Va 表示。

(3)汽缸總?cè)莘e = 汽缸工作容積 + 燃燒室容積 ，即：

Va=Vh+Vc

6.壓縮比：汽缸總?cè)莘eV a與燃燒室容積Vc之比，表示氣體在汽缸內(nèi)被壓縮的程度。

ε=Va/ Vc=1+(Vh /Vc)

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

(三)內(nèi)燃機型號

1.型號表示方法如圖6-2所示。

2.型號含義

內(nèi)燃機產(chǎn)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(fā)動機。

內(nèi)燃機型號由阿拉伯數(shù)字、漢語拼音字母和根據(jù)氣缸布置所規(guī)定的象形字符號組成。

(1)首部：產(chǎn)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(yè)代號。每種符號一般用一個或兩個字母表示。

(2)中部：由缸數(shù)符號、氣缸布置形式符號、沖程符號和缸徑符號組成。氣缸數(shù)和缸徑用數(shù)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(jié)構(gòu)特征符號及用途特征符號。

(4)尾部：區(qū)分符號。

首部和尾部符號根據(jù)具體情況允許不表示。由國外引進的內(nèi)燃機產(chǎn)品，若保持原結(jié)構(gòu)性能不變，允許保留原產(chǎn)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(shù)、汽缸直徑，是必不可少的;

(2)結(jié)構(gòu)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(nèi)燃機基本工作過程

四沖程內(nèi)燃機工作過程

四沖程內(nèi)燃機每個工作循環(huán)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(guān)閉，活塞由上止點運動到下止點，曲軸旋轉(zhuǎn)180°，新鮮氣體吸入氣缸。

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

3.做功沖程。由于內(nèi)燃機燃料燃燒，使缸內(nèi)氣體壓力和溫度急劇提高。氣缸內(nèi)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(zhuǎn)180°。膨脹功經(jīng)連桿由曲軸輸出，從而把燃料的熱能變?yōu)闄C械功。

4.排氣沖程。為了使能量轉(zhuǎn)換過程連續(xù)地進行下去，缸內(nèi)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(nèi)燃機經(jīng)過進氣、壓縮、膨脹和排氣過程，完成一個工作循環(huán)。當活塞再次由上向下運動時，又開始了下一個工作循環(huán)。

由此可見，四沖程內(nèi)燃機在一個工作循環(huán)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(nèi)燃機曲軸每轉(zhuǎn)兩周只有半周是由膨脹氣體的作用使曲軸旋轉(zhuǎn)，其余一周半則靠慣性維持轉(zhuǎn)動，所以曲軸轉(zhuǎn)速是不均勻的。

在多缸四沖程內(nèi)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(fā)生，如四缸內(nèi)燃機，曲軸每轉(zhuǎn)半周便有一個氣缸在做功。這樣內(nèi)燃機氣缸數(shù)增多，不僅功率增加，工作轉(zhuǎn)速也更加平穩(wěn)。

三、汽油機與柴油機的主要區(qū)別(重點)

汽油機與柴油機在結(jié)構(gòu)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(nèi)部混合，稱為內(nèi)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(nèi)被壓縮，產(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)代汽油機廣泛采用電掛點火定時技術(shù)(點燃)

燃料的霧化與混合氣的形成方法：

柴油在燃燒室內(nèi)由噴油器霧化， 采用電控噴射技術(shù)，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(yōu)化噴油規(guī)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(jié)構(gòu) 　因燃燒壓力高，機件強度大， 因燃燒壓力低，

構(gòu)造堅固，較笨重 機件強度低，構(gòu)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(zhuǎn)速 較低 較高

四、內(nèi)燃機主要性能指標(重點)

內(nèi)燃機的性能通常用動力性能和經(jīng)濟性能指標表示;動力性能參數(shù)是扭矩與功率;經(jīng)濟性能參數(shù)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(nèi)燃機的主要性能指標之一。

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

1.15分鐘功率。允許連續(xù)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(fā)出最大功率的汽車、軍用車輛、快艇等用途的內(nèi)燃機。

2.1小時功率。允許連續(xù)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(nèi)燃機車、大型載貨汽車、船舶等用途的內(nèi)燃機。

3.12小時功率。允許連續(xù)運行12小時的最大有效功率，適用于在12小時內(nèi)連續(xù)運轉(zhuǎn)，而且要充分發(fā)揮功率的拖拉機、農(nóng)業(yè)排灌、內(nèi)燃機車、移動式發(fā)電機組等用途的內(nèi)燃機。

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

除持續(xù)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(nèi)燃機每發(fā)出 1 千瓦的功率，在1 小時內(nèi)所消耗的燃料量(克)。

(四)有效熱效率

轉(zhuǎn)換成內(nèi)燃機有效的熱量與所消耗燃料熱量之比。

內(nèi)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(nèi)燃機的熱效率偏于高值。

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（責任編輯：中大編輯）

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