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往復活塞式內燃機
鎖定
往復活塞式內燃機是指活塞在氣缸內作往復直線運動的活塞式內燃機。這種內燃機具有效率高、體積小、質量輕和功率大等一系列優點，現在技術比較成熟 ，被極其廣泛地用作汽車動力。
- 中文名
- 往復活塞式內燃機
目錄
- ▪ 工況
- ▪ 負荷率
- 3 四衝程汽油機工作原理
- ▪ 進氣衝程
- ▪ 壓縮衝程
- ▪ 作功衝程
- ▪ 排氣衝程
- 4 四衝程柴油機工作原理
- ▪ 進氣衝程
- ▪ 壓縮衝程
- ▪ 做功衝程
- ▪ 排氣衝程
- 5 二衝程汽油機工作原理
- ▪ 第一行程
- ▪ 第二行程
- 6 二衝程柴油機工作原理
- ▪ 第一行程
- ▪ 第二行程
- 7 汽油機與柴油機的比較
- 8 二衝程與四衝程內燃機比較
往復活塞式內燃機基本內容
往復活塞式示意圖
往復活塞式內燃機基本概念
往復活塞式內燃機工作循環
活塞式內燃機的工作循環是由進氣、壓縮、做功和排氣等四個工作過程組成的封閉過程。週而復始地進行這些過程，內燃機才能持續地作功
往復活塞式內燃機上、下止點
往復活塞式內燃機活塞行程
上、下止點間的距離 S 稱為活塞行程。曲軸的回轉半徑 R 稱為曲柄半徑。顯然，曲軸每回轉一週，活塞移動兩個活塞行程。對於氣缸中心線通過曲軸迴轉中心的內燃機，其 S=2R 。
往復活塞式內燃機氣缸工作容積
上、下止點間所包容的氣缸容積稱為氣缸工作容積。
往復活塞式內燃機內燃機排量
內燃機所有氣缸工作容積的總和稱為內燃機排量。
往復活塞式內燃機燃燒室容積
活塞位於上止點時，活塞頂面以上氣缸蓋底面以下所形成的空間稱為燃燒室，其容積稱為燃燒室容積，也叫壓縮容積。
往復活塞式內燃機氣缸總容積
氣缸工作容積與燃燒室容積之和為氣缸總容積。
往復活塞式內燃機壓縮比
氣缸總容積與燃燒室容積之比稱為壓縮比 e 。 壓縮比的大小表示活塞由下止點運動到上止點時，氣缸內的氣體被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮終了時氣缸內的氣體壓力和温度就越高。?
往復活塞式內燃機工況
內燃機在某一時刻的運行狀況簡稱工況，以該時刻內燃機輸出的有效功率和曲軸轉速錶示。曲軸轉速即為內燃機轉速。
往復活塞式內燃機負荷率
內燃機在某一轉速下發出的有效功率與相同轉速下所能發出的最大有效功率的比值稱為負荷率，以百分數表示。負荷率通常簡稱負荷。
往復活塞式內燃機四衝程汽油機工作原理
四衝程往復活塞式內燃機在四個活塞行程內完成進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程，即在一個活塞行程內只進行一個過程。因此，活塞行程可分別用四個過程命名。
往復活塞式內燃機進氣衝程
活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時排氣門關閉，進氣門開啓。在活塞移動過程中，氣缸容積逐漸增大，氣缸內形成一定的真空度。空氣和汽油的混合物通過進氣門被吸入氣缸，並在氣缸內進一步混合形成可燃混合氣。??
往復活塞式內燃機壓縮衝程
進氣衝程結束後，曲軸繼續帶動活塞由下止點移至上止點。這時，進、排氣門均關閉。隨着活塞移動，氣缸容積不斷減小，氣缸內的混合氣被壓縮，其壓力和温度同時升高。
往復活塞式內燃機作功衝程
壓縮衝程結束時，安裝在氣缸蓋上的火花塞產生電火花，將氣缸內的可燃混合氣點燃，火焰迅速傳遍整個燃燒室，同時放出大量的熱能。燃燒氣體的體積急劇膨脹，壓力和温度迅速升高。在氣體壓力的作用下，活塞由上止點移至下止點，並通過連桿推動曲軸旋轉作功。這時，進、排氣門仍舊關閉。??
往復活塞式內燃機排氣衝程
排氣衝程開始，排氣門開啓，進氣門仍然關閉，曲軸通過連桿帶動活塞由下止點移至上止點，此時膨脹過後的燃燒氣體(或稱廢氣)在其自身剩餘壓力和在活塞的推動下，經排氣門排出氣缸之外。當活塞到達上止點時，排氣行程結束，排氣門關閉。
往復活塞式內燃機四衝程柴油機工作原理
四衝程柴油機的工作循環同樣包括進氣、壓縮、作功和排氣等四個過程，在各個活塞行程中，進、排氣門的開閉和曲柄連桿機構的運動與汽油機完全相同。只是由於柴油和汽油的使用性能不同，使柴油機和汽油機在混合氣形成方法及着火方式上有着根本的差別。
往復活塞式內燃機進氣衝程
在柴油機進氣行程中，被吸入氣缸的只是純淨的空氣。
往復活塞式內燃機壓縮衝程
因為柴油機的壓縮比大，所以壓縮行程終了時氣體壓力高。
往復活塞式內燃機做功衝程
在壓縮行程結束時，噴油泵將柴油泵入噴油器，並通過噴油器噴入燃燒室。因為噴油壓力很高，噴孔直徑很小，所以噴出的柴油呈細霧狀。細微的油滴在熾熱的空氣中迅速蒸發汽化，並藉助於空氣的運動，迅速與空氣混合形成可燃混合氣。由於氣缸內的温度遠高於柴油的自燃點，因此柴油隨即自行着火燃燒。燃燒氣體的壓力、温度迅速升高，體積急劇膨脹。在氣體壓力的作用下，活塞推動連桿，連桿推動曲軸旋轉作功。
往復活塞式內燃機排氣衝程
排氣行程開始，排氣門開啓，進氣門仍然關閉，燃燒後的廢氣排出氣缸。
往復活塞式內燃機二衝程汽油機工作原理
二衝程內燃機的工作循環是在兩個活塞行程即曲軸旋轉一週的時間內完成的。在四衝程內燃機中，常把排氣過程和進氣過程合稱為換氣過程。在二衝程內燃機中換氣過程是指廢氣從氣缸內被新氣掃除並取代的過程。這兩種內燃機工作循環的不同之處主要在於換氣過程。
往復活塞式內燃機第一行程
當活塞還處於下止點時，進氣孔被活塞關閉，排氣孔和掃氣孔開啓。這時曲軸箱內的可燃混合氣經掃氣孔進入氣缸，掃除其中的廢氣。隨着活塞向上止點運動，活塞頭部首先將掃氣孔關閉，掃氣終止。但此時排氣孔尚未關閉，仍有部分廢氣和可燃混合氣經排氣孔繼續排出，稱其為額外排氣。當活塞將排氣孔也關閉之後，氣缸內的可燃混合氣開始被壓縮。直至活塞到達上止點，壓縮過程結束。
往復活塞式內燃機第二行程
在壓縮過程終了時，火花塞產生電火花，將氣缸內的可燃混合氣點燃。燃燒氣體膨脹作功。此時排氣孔和掃氣孔均被活塞關閉，惟有進氣孔仍然開啓。空氣和汽油經進氣孔繼續流入曲軸箱，直至活塞裙部將進氣孔關閉為止。隨着活塞繼續向下止點運動，曲軸箱容積不斷縮小，其中的混合氣被預壓縮。此後，活塞頭部先將排氣孔開啓，膨脹後的燃燒氣體已成廢氣，經排氣孔排出。至此作功過程結束，開始先期排氣。隨後活塞又將掃氣孔開啓，經過預壓縮的可燃混合氣從曲軸箱經掃氣孔進入氣缸，掃除其中的廢氣，開始掃氣過程。這一過程將持續到下一個活塞行程中掃氣孔被關閉時為止。
往復活塞式內燃機二衝程柴油機工作原理
往復活塞式內燃機第一行程
當活塞還處於下止點位置時，進氣孔和排氣門均已開啓。掃氣泵將純淨的空氣增壓到0.12～0.14MPa後，經空氣室和進氣孔送入氣缸，掃除其中的廢氣。廢氣經氣缸頂部的排氣門排出。當活塞上移將進氣孔關閉的同時，排氣門也關閉，進入氣缸內的空氣開始被壓縮。活塞運動至上止點，壓縮過程結束。
往復活塞式內燃機第二行程
當壓縮過程終了時，高壓柴油經噴油器噴入氣缸，並自行着火燃燒。高温高壓的燃燒氣體推動活塞作功。當活塞下移2/3行程時，排氣門開啓，廢氣經排氣門排出。活塞繼續下移，進氣孔開啓，來自掃氣泵的空氣經進氣孔進入氣缸進行掃氣。掃氣過程將持續到活塞上移時將進氣孔關閉為止。
往復活塞式內燃機汽油機與柴油機的比較
四衝程汽油機與四衝程柴油機的共同點是：
1)每個工作循環都包含進氣、壓縮、作功和排氣等四個活塞行程，每個行程各佔180°曲軸轉角，即曲軸每旋轉兩週完成一個工作循環。
2)四個活塞行程中，只有一個作功行程，其餘三個是耗功行程。顯然，在作功行程曲軸旋轉的角速度要比其他三個行程時大得多，即在一個工作循環內曲軸的角速度是不均勻的。為了改善曲軸旋轉的不均勻性，可在曲軸上安裝轉動慣量較大的飛輪或採用多缸內燃機並使其按一定的工作順序依次進行工作。
兩者不同之處是：
1)汽油機的可燃混合氣在氣缸外部開始形成並延續到進氣和壓縮行程終了，時間較長。柴油機的可燃混合氣在氣缸內部形成，從壓縮行程接近終了時開始，並佔小部分作功行程，時間很短。
2)汽油機的可燃混合氣用電火花點燃，柴油機則是自燃。所以又稱汽油機為點燃式內燃機，稱柴油機為壓燃式內燃機。
往復活塞式內燃機二衝程與四衝程內燃機比較
1)曲軸每轉一週完成一個工作循環，作功一次。當曲軸轉速相同時，二衝程內燃機單位時間的作功次數是四衝程內燃機的兩倍。由於曲軸每轉一週作功一次，因此曲軸旋轉的角速度比較均勻。
2)二衝程內燃機的換氣過程時間短，僅為四衝程內燃機的1/3左右。另外，進、排氣過程幾乎同時進行，利用新氣掃除廢氣，新氣可能流失，廢氣也不易清除乾淨。因此，二衝程內燃機的換氣質量較差。
