內燃機

基本參數

發展歷史

活塞式內燃機起源于荷蘭物理學家惠更斯用火藥爆炸獲取動力的研究，但因火藥燃燒難以控制而未獲成功。1794年，英國人斯特里特提出從燃料的燃燒中獲取動力，并且第一次提出了燃料與空氣混合的概念。1833年，英國人賴特提出了直接利用燃燒壓力推動活塞作功的設計。 汽油和柴油等產生的熱轉化機械動力的理論。這為內燃機的發明奠定了基礎。活塞式內燃機自19世紀60年代問世以來，經過不斷改進和發展，已是比較完善的機械。它熱效率高、功率和轉速范圍寬、配套方便、機動性好，所以獲得了廣泛的應用。全世界各種類型的汽車、拖拉機、農業機械、工程機械、小型移動電站和戰車等都以內燃機為動力。海上商船、內河船舶和常規艦艇，以及某些小型飛機也都由內燃機來推進。世界上內燃機的保有量在動力機械中居首位，它在人類活動中占有非常重要的地位。

之后人們又提出過各種各樣的內燃機方案，但在十九世紀中葉以前均未付諸實用。直到1860年，法國的勒努瓦模仿蒸汽機的結構，設計制造出第一臺實用的煤氣機。這是一種無壓縮、電點火、使用照明煤氣的內燃機。勒努瓦首先在內燃機中采用了彈力活塞環。這臺煤氣機的熱效率為4%左右。

英國的巴尼特曾提倡將可燃混合氣在點火之前進行壓縮，隨后又有人著文論述對可燃混合氣進行壓縮的重要作用，并且指出壓縮可以大大提高勒努瓦內燃機的效率。1862年，法國科學家羅沙對內燃機熱力過程進行理論分析之后，提出提高內燃機效率的要求，這就是最早的四沖程工作循環。

1876年，德國發明家奧托（Otto）運用羅沙的原理，創制成功第一臺往復活塞式、單缸、臥式、3.2千瓦(4.4馬力)的四沖程內燃機，仍以煤氣為燃料，采用火焰點火，轉速為156.7轉/分，壓縮比為2.66，熱效率達到14%，運轉平穩。在當時，無論是功率還是熱效率，它都是最高的。

奧托內燃機獲得推廣，性能也在提高。1880年單機功率達到11～15千瓦(15～20馬力)，到1893年又提高到150千瓦。由于壓縮比的提高，熱效率也隨之增高，1886年熱效率為15.5%，1897年已高達20～26%。1881年，英國工程師克拉克研制成功第一臺二沖程的煤氣機，并在巴黎博覽會上展出。

隨著石油的開發，比煤氣易于運輸攜帶的汽油和柴油引起了人們的注意，首先獲得試用的是易于揮發的汽油。1883年，德國的戴姆勒（Daimler）創制成功第一臺立式汽油機，它的特點是輕型和高速。當時其他內燃機的轉速不超過200轉/分，它卻一躍而達到800轉/分，特別適應交通動輸機械的要求。1885～1886年，汽油機作為汽車動力運行成功，大大推動了汽車的發展。同時，汽車的發展又促進了汽油機的改進和提高。不久汽油機又用作了小船的動力。

1892年，德國工程師狄塞爾（Diesel）受面粉廠粉塵爆炸的啟發，設想將吸入氣缸的空氣高度壓縮，使其溫度超過燃料的自燃溫度，再用高壓空氣將燃料吹入氣缸，使之著火燃燒。他首創的壓縮點火式內燃機(柴油機)于1897年研制成功，為內燃機的發展開拓了新途徑。

狄塞爾開始力圖使內燃機實現卡諾循環，以求獲得最高的熱效率，但實際上做到的是近似的等壓燃燒，其熱效率達26%。壓縮點火式內燃機的問世，引起了世界機械業的極大興趣，壓縮點火式內燃機也以發明者而命名為狄塞爾引擎。

這種內燃機以后大多用柴油為燃料，故又稱為柴油機。1898年，柴油機首先用于固定式發電機組，1903年用作商船動力，1904年裝于艦艇，1913年第一臺以柴油機為動力的內燃機車制成，1920年左右開始用于汽車和農業機械。

早在往復活塞式內燃機誕生以前，人們就曾致力于創造旋轉活塞式的內燃機，但均未獲成功。直到1954年，聯邦德國工程師汪克爾（Wankel）解決了密封問題后，才于1957年研制出旋轉活塞式發動機，被稱為汪克爾發動機。它具有近似三角形的旋轉活塞，在特定型面的氣缸內作旋轉運動，按奧托循環工作。這種發動機功率高、體積小、振動小、運轉平穩、結構簡單、維修方便，但由于它燃料經濟性較差、低速扭矩低、排氣性能不理想，所以還只是在個別型號的轎車上得到采用。

發展趨勢

從2013年2月下旬我國機械工業行業市場交易情況可以看出，節后出現采購旺季。其中，內燃機以及配附件市場景氣度回暖，以18%的市場交易份額位列第二位。

分析認為，內燃機及配件制造是汽車、摩托車、船舶制造、工業機械以及農機等行業的配套產品，其產品性能必須滿足下游行業的需要，同時這些行業的運行狀況及景氣程度將直接影響內燃機及配件產品的市場需求，具體分析如下：

1、汽車用內燃機前景預測

內燃機產品產量按配套使用用途預計，“十二五”期間，預計車用內燃機年產量達到3000萬臺。

2、摩托車及船舶用內燃機前景預測

內燃機產品產量按配套使用用途預計，“十二五”期間，年摩托車用汽油機達到2600萬臺。

3、工程機械用內燃機前景預測

“十二五”期間，產品產量按配套使用用途預計，年工程機械用內燃機達100萬臺。

系統機構

發動機是一種由許多機構和系統組成的復雜機器。無論是汽油機，還是柴油機；無論是四行程發動機，還是二行程發動機；無論是單缸發動機，還是多缸發動機。要完成能量轉換，實現工作循環，保證長時間連續正常工作，都必須具備以下一些機構和系統。

（1） 曲柄連桿機構

曲柄連桿機構是發動機實現工作循環，完成能量轉換的主要運動零件。它由機體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。在作功行程中，活塞承受燃氣壓力在氣缸內作直線運動，通過連桿轉換成曲軸的旋轉運動，并從曲軸對外輸出動力。而在進氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量又把曲軸的旋轉運動轉化成活塞的直線運動。

（2） 配氣機構

配氣機構的功用是根據發動機的工作順序和工作過程，定時開啟和關閉進氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進入氣缸，并使廢氣從氣缸內排出，實現換氣過程。配氣機構大多采用頂置氣門式配氣機構，一般由氣門組、氣門傳動組和氣門驅動組組成。

（3）燃料供給系統

汽油機燃料供給系統的功用是根據發動機的要求，配制出一定數量和濃度的混合氣，供入氣缸，并將燃燒后的廢氣從氣缸內排出到大氣中去；柴油機燃料供給系的功用是把柴油和空氣分別供入氣缸，在燃燒室內形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。

（4） 潤滑系統

潤滑系統的功用是向作相對運動的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實現液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機件的磨損。并對零件表面進行清洗和冷卻。潤滑系通常由潤滑油道、機油泵、機油濾清器和一些閥門等組成。

（5） 冷卻系統

冷卻系統的功用是將受熱零件吸收的部分熱量及時散發出去，保證發動機在最適宜的溫度狀態下工作。水冷發動機的冷卻系通常由冷卻水套、水泵、風扇、水箱、節溫器等組成。

（6） 點火系統

在汽油機中，氣缸內的可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的氣缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內。能夠按時在火花塞電極間產生電火花的全部設備稱為點火系，點火系通常由蓄電池、發電機、分電器、點火線圈和火花塞等組成。

（7） 起動系統

要使發動機由靜止狀態過渡到工作狀態，必須先用外力轉動發動機的曲軸，使活塞作往復運動，氣缸內的可燃混合氣燃燒膨脹作功，推動活塞向下運動使曲軸旋轉。發動機才能自行運轉，工作循環才能自動進行。因此，曲軸在外力作用下開始轉動到發動機開始自動地怠速運轉的全過程，稱為發動機的起動。完成起動過程所需的裝置，稱為發動機的起動系。汽油機由以上兩大機構和五大系統組成，即由曲柄連桿機構，配氣機構、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、點火系和起動系組成；柴油機由以上兩大機構和四大系統組成，即由曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系、潤滑系、冷卻系和起動系組成，柴油機是壓燃的，不需要點火系。

往復活塞式內燃機的組成部分主要有曲柄連桿機構、機體和氣缸蓋、配氣機構、供油系統、潤滑系統、冷卻系統、起動裝置等。

氣缸是一個圓筒形金屬機件。密封的氣缸是實現工作循環、產生動力的源地。各個裝有氣缸套的氣缸安裝在機體里，它的頂端用氣缸蓋封閉著。活塞可在氣缸套內往復運動，并從氣缸下部封閉氣缸，從而形成容積作規律變化的密封空間。燃料在此空間內燃燒，產生的燃氣動力推動活塞運動。活塞的往復運動經過連桿推動曲軸作旋轉運動，曲軸再從飛輪端將動力輸出。由活塞組、連桿組、曲軸和飛輪組成的曲柄連桿機構是內燃機傳遞動力的主要部分。

活塞組由活塞、活塞環、活塞銷等組成?；钊蕡A柱形，上面裝有活塞環，借以在活塞往復運動時密閉氣缸。上面的幾道活塞環稱為氣環，用來封閉氣缸，防止氣缸內的氣體漏泄，下面的環稱為油環，用來將氣缸壁上的多余的潤滑油刮下，防止潤滑油竄入氣缸?；钊N呈圓筒形，它穿入活塞上的銷孔和連桿小頭中，將活塞和連桿聯接起來。連桿大頭端分成兩半，由連桿螺釘聯接起來，它與曲軸的曲柄銷相連。連桿工作時，連桿小頭端隨活塞作往復運動，連桿大頭端隨曲柄銷繞曲軸軸線作旋轉運動，連桿大小頭間的桿身作復雜的搖擺運動。

曲軸的作用是將活塞的往復運動轉換為旋轉運動，并將膨脹行程所作的功，通過安裝在曲軸后端上的飛輪傳遞出去。飛輪能儲存能量，使活塞的其他行程能正常工作，并使曲軸旋轉均勻。為了平衡慣性力和減輕內燃機的振動，在曲軸的曲柄上還適當裝置平衡質量。

常有術語

工作循環：內燃機熱能和機械能的轉換，通過活塞在氣缸中的，連續的進氣，壓縮，動力和排氣過程。每臺機器的過程稱為一個工作循環。

活塞沖程：上、下止點之間的最小直線距離，稱為活塞的行程（或活塞沖程），曲軸與連桿大端的連接中心到曲軸的旋轉中心之間的最小直線距離稱為曲柄的旋轉半徑。

上止點和下止點：活塞在氣缸中移動時，最高的點叫上止點（或叫上死點），最低的叫下止點。

工作容積：活塞從上止點運動到下一個點，稱為氣缸容積（活塞排量移）。

壓縮比：就是發動機混合氣體被壓縮的程度，用壓縮前的氣缸總容積與壓縮后的氣缸容積（即燃燒室容積）之比來表示空氣充滿氣缸，氣壓縮比越大，表明活塞運動時，在一定的范圍內氣體被壓縮得越厲害，其氣體的溫度和壓力就越高，內燃機的效率也越高。

結構分類

1. 根據所用燃料分： 汽油機、柴油機、天然氣（CNG）、LPG發動機、乙醇發動機等，另有雙燃料發動機（dual fuel engine）和靈活燃料發動機（Bi-fuel engine）。

2. 根據缸內著火方式分： 點燃式、壓燃式

3. 根據沖程數分：二沖程、四沖程

4. 根據活塞運動方式分 ： 往復式、旋轉式

5. 根據氣缸冷卻方式分 ： 水冷式、風冷式

6. 根據氣缸數目分 ：單缸機、多缸機

7. 根據內燃機轉速分：低速(<300r/min)、中速(300 ~ 1000 r/min)、高速(>1000 r/min)；

8. 根據進氣充量壓力分：自然吸氣式、增壓式

9. 根據汽缸排列方式，內燃機可以分為直列、斜置、對置、V形和w形。

內燃機的分類方法很多，按照不同的分類方法可以把內燃機分成不同的類型，下面讓我們來看看內燃機

主要是怎樣分類的。

著火方式

內燃機根據缸內著火方式的不同可以分為點燃式發動機和壓燃式發動機。

點燃式發動機具有三大結構和五大系統。三大結構分別為曲柄連桿、配氣機構和機體， 五大系統分別為供油、冷卻、潤滑、起動和點火。

壓燃式發動機具有三大結構和四大系統。 三大機構分別為曲柄連桿、配氣機構和機體，四大系統分別為供油、冷卻、潤滑、起動。

內燃機按照所使用燃料的不同可以分為汽油機和柴油機。使用汽油為燃料的內燃機稱為汽油機；使用柴油為燃料的內燃機稱為柴油機。汽油機與柴油機比較各有特點；汽油機轉速高，質量小，噪音小，起動容易，制造成本低；柴油機壓縮比大，熱效率高，經濟性能和排放性能都比汽油機好。

按照行程

內燃機按照完成一個工作循環所需的行程數可分為四沖程內燃機和二沖程內燃機。把曲軸轉兩圈(720°)，活塞在氣缸內上下往復運動四個行程，完成一個工作循環的內燃機稱為四沖程內燃機；而把曲軸轉一圈(360°)，活塞在氣缸內上下往復運動兩個行程，完成一個工作循環的內燃機稱為二沖程內燃機。汽車發動機廣泛使用四沖程內燃機。

冷卻方式

內燃機按照冷卻方式不同可以分為水冷發動機和風冷發動機。水冷發動機是利用在氣缸體和氣缸蓋冷卻水套中進行循環的冷卻液作為冷卻介質進行冷卻的；而風冷發動機是利用流動于氣缸體與氣缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介質進行冷卻的。水冷發動機冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應用于現代車用發動機。

氣缸數目

內燃機按照氣缸數目不同可以分為單缸發動機和多缸發動機。僅有一個氣缸的發動機稱為單缸發動機；有兩個以上氣缸的發動機稱為多缸發動機。如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發動機?，F代車用發動機多采用四缸、六缸、八缸發動機。

氣缸排列

內燃機按照氣缸排列方式不同可以分為單列式和雙列式)。單列式發動機的各個氣缸排成一列，一般是垂直布置的，但為了降低高度，有時也把氣缸布置成傾斜的甚至水平的；雙列式發動機把氣缸排成兩列，兩列之間的夾角<180°(一般為90°)稱為V型發動機，若兩列之間的夾角=180°稱為對置式發動機。

增壓方式

內燃機按照進氣系統是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)式發動機和強制進氣(增壓式)發動機。汽油機常采用自然吸氣式；柴油機為了提高功率有采用增壓式的。

船用機

船用內燃機可用柴油、汽油、煤油或煤氣、天然氣作燃料。燒煤氣的叫煤氣機，汽油機、煤氣機功率小，僅用在小型船舶上。

工作原理

氣缸蓋中有進氣道和排氣道，內裝進、排氣門。新鮮充量(即空氣或空氣與燃料的可燃混合氣)經空氣濾清器、進氣管、進氣道和進氣門充入氣缸。膨脹后的燃氣經排氣門、排氣道和排氣管，最后經排氣消聲器排入大氣。進、排氣門的開啟和關閉是由凸輪軸上的進、排氣凸輪，通過挺柱、推桿、搖臂和氣門彈簧等傳動件分別加以控制的，這一套機件稱為內燃機配氣機構。通常由空氣濾清器、進氣管、排氣管和排氣消聲器組成進排氣系統。

為了向氣缸內供入燃料，內燃機均設有供油系統。汽油機通過安裝在進氣管入口端的化油器將空氣與汽油按一定比例(空燃比)混合，然后經進氣管供入氣缸，由汽油機點火系統控制的電火花定時點燃。柴油機的燃油則通過柴油機噴油系統噴入燃燒室，在高溫高壓下自行著火燃燒。

內燃機氣缸內的燃料燃燒使活塞、氣缸套、氣缸蓋和氣門等零件受熱，溫度升高。為了保證內燃機正常運轉，上述零件必須在許可的溫度下工作，不致因過熱而損壞，所以必須備有冷卻系統。

內燃機不能從停車狀態自行轉入運轉狀態，必須由外力轉動曲軸，使之起動。這種產生外力的裝置稱為起動裝置。常用的有電起動、壓縮空氣起動、汽油機起動和人力起動等方式。

內燃機的工作循環由進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣等過程組成。這些過程中只有膨脹過程是對外作功的過程，其他過程都是為更好地實現作功過程而需要的過程。按實現一個工作循環的行程數，工作循環可分為四沖程和二沖程兩類。

四沖程是指在進氣、壓縮、做功（膨脹）和排氣四個行程內完成一個工作循環，此間曲軸旋轉兩圈。進氣行程時，此時進氣門開啟，排氣門關閉。流過空氣濾清器的空氣，或經化油器與汽油混合形成的可燃混合氣，經進氣管道、進氣門進入氣缸；壓縮行程時，氣缸內氣體受到壓縮，壓力增高，溫度上升；膨脹行程是在壓縮上止點前噴油或點火，使混合氣燃燒，產生高溫、高壓，推動活塞下行并作功；排氣行程時，活塞推擠氣缸內廢氣經排氣門排出。此后再由進氣行程開始，進行下一個工作循環。

二沖程是指在兩個行程內完成一個工作循環，此期間曲軸旋轉一圈。首先，當活塞在下止點時，進、排氣口都開啟，新鮮充量由進氣口充入氣缸，并掃除氣缸內的廢氣，使之從排氣口排出；隨后活塞上行，將進、排氣口均關閉，氣缸內充量開始受到壓縮，直至活塞接近上止點時點火或噴油，使氣缸內可燃混合氣燃燒；然后氣缸內燃氣膨脹，推動活塞下行做功；當活塞下行使排氣口開啟時，廢氣即由此排出，活塞繼續下行至下止點，即完成一個工作循環。

內燃機的排氣過程和進氣過程統稱為換氣過程。換氣的主要作用是盡可能把上一循環的廢氣排除干凈，使本循環供入盡可能多的新鮮充量，以使盡可能多的燃料在氣缸內完全燃燒，從而發出更大的功率。換氣過程的好壞直接影響內燃機的性能。為此除了降低進、排氣系統的流動阻力外，主要是使進、排氣門在最適當的時刻開啟和關閉。

實際上，進氣門是在上止點前即開啟，以保證活塞下行時進氣門有較大的開度，這樣可在進氣過程開始時減小流動阻力，減少吸氣所消耗的功，同時也可充入較多的新鮮充量。當活塞在進氣行程中運行到下止點時，由于氣流慣性，新鮮充量仍可繼續充入氣缸，故使進氣門在下止點后延遲關閉。

排氣門也在下止點前提前開啟，即在膨脹行程后部分即開始排氣，這是為了利用氣缸內較高的燃氣壓力，使廢氣自動流出氣缸，從而使活塞從下止點向上止點運動時氣缸內氣體壓力低些，以減少活塞將廢氣排擠出氣缸所消耗的功。排氣門在上止點后關閉的目的是利用排氣流動的慣性，使氣缸內的殘余廢氣排除得更為干凈。

用途應用

工作指標

1.動力性能指標：發出多大功率，功率/扭矩儲備多大。

2.經濟性能指標：單位功率單位時間內的燃油消耗量。

3.可靠性與耐久性指標：大修或更換零件之間的最長運行時間與無故障長期工作能力。

4.環保性能指標（NOx、HC、CO、微粒、噪聲）：單位功率單位時間內有害物排放量。

優缺點

內燃機的利用范圍

內燃機的利用范圍很是遍及。地面上各類運輸車輛（汽車、拖沓機、內燃機車等），礦山、建筑及工程等機械，就是因為國家的限電所以造就了很多地方用自備電源發電，水上運輸可作內河及海上船舶的主機和輔機。在軍事方面，如坦克、裝甲車、步兵戰車、重兵器牽引車和各類水面艦艇等方面都大量利用內燃機。

內燃機和外燃機相比較，具有很多優點：

①內燃機的熱能利用率高。增壓柴油機的最高熱效率可達46%。而蒸氣機僅有11~16%。

②功率范圍廣，適應性能好，最小的內燃機功率不到0.73千瓦，最大的內燃機功率可達34000千瓦。

⑤結構緊湊，重量輕，體積小，燃料和水的消耗量也少。

④使用操作方便，起動快。在正常情況下，一般的柴油機和汽油機能夠在3~5秒的時問內起動，并能在短時間內謎到全負荷運轉，而且操作比。簡單安全。在石油工業中，石油勘探工作都在野外，流動性大，對于動力設備的選擇和要求是:其有足夠大的功率、結構緊湊、重量輕、便于搬運和安裝、燃料和水的消耗少。因此內燃機在石油勘探工作中得到廣泛的應用。

內燃機的缺點是：

⑴對燃料要求較高高速內燃機一般利用汽油或輕柴油作料，并且對燃料的潔凈度要求嚴格。

⑵對環境的污染也愈來愈嚴重。

⑶布局復雜，發展空間——機電行業的多來源業務經營路線及通過長期大量的潛在客戶積累與轉化的方式。

性能發展

內燃機性能主要包括動力性能和經濟性能。動力性能是指內燃機發出的功率(扭矩)，表示內燃機在能量轉換中量的大小，標志動力性能的參數有扭矩和功率等。經濟性能是指發出一定功率時燃料消耗的多少，表示能量轉換中質的優劣，標志經濟性能的參數有熱效率和燃料消耗率。

內燃機未來的發展將著重于改進燃燒過程，提高機械效率，減少散熱損失，降低燃料消耗率；開發和利用非石油制品燃料、擴大燃料資源；減少排氣中有害成分，降低噪聲和振動，減輕對環境的污染；采用高增壓技術，進一步強化內燃機，提高單機功率；研制復合式發動機、絕熱式渦輪復合式發動機等；采用微處理機控制內燃機，使之在最佳工況下運轉；加強結構強度的研究，以提高工作可靠性和壽命，不斷創制新型內燃機變氣門，變升程，變相位，甚至停掉幾個缸的技術，都沒能做到在行進中連續變缸徑，但有等效的。

這種發動機有一個桶形缸體，桶底后，桶底中間有圓孔。還有一個缸體，好像一根筷子穿過一張厚的圓餅并粘合，筷子就是軸，這個軸也穿過桶形缸體底部的孔，餅形體也納入桶中，封閉成一個空心圓柱體的缸腔。這個缸腔的容積是可以變化的，比如只要固定桶，用機械裝置或者液壓裝置抽動軸就可以實現。

桶底從圓孔的邊到桶的內壁割條縫，插入一個矩形板；餅面從圓邊到軸割條縫，也插入一塊矩形板，兩塊矩形板可以把缸腔一分為二，成為兩個密封缸腔，第一密封缸腔和第二密封缸腔。其中一個密封缸腔從桶壁的矩形板本側開口，充入高壓氣體，或充入油氣混合物并點燃；第二密封腔從桶壁上與前一開口相隔一個矩形板的位置開口放氣。固定桶，矩形板就牽引餅和筷子轉動，反過來也行。

第一個密封腔從最小、充氣到轉過一定相位（轉角）就停止供氣，可以用閥門或者控制油氣供應量來實現。由于高壓氣體膨脹，裝置會繼續轉動，第一密封缸腔內的氣壓會降低，直到稍微低于環境氣壓，這樣會產生轉動阻力。于是第二個矩形板需要在頭部靠近邊緣開一個孔，安裝單向閥，向內補氣。如果當初的氣壓適當，在第二塊矩形板轉到第二開口的時候，第一密封缸腔的氣壓正好等于或接近于環境氣壓，這是最經濟的。第三種情況是還有少量余壓。

當兩個矩形板快要相遇的時候，需要避讓。于是從桶的裙部內圓刻成曲線滑槽，裝上滑動塊，滑動塊與第二塊矩形板連接；從軸穿出桶底的一側套裝一個空心圓柱體，外圓面刻曲線滑槽，裝上滑動塊，與第一塊矩形板連接。滑槽由圓和擺線構成，控制矩形板前沖、頂住和抽回。桶底和餅都夠厚，所以不會抽脫。第二塊矩形板在轉動方向上，和餅一塊轉動；在軸向上，則由桶上的滑槽控制，所以變換容積的時候仍能抵住桶的底部。同樣道理，第一塊矩形板總是能抵住餅的內表面。

這種裝置在一個著力面上沿弧形軌跡，把高壓氣體的內能轉化為動能，是一種動力機械裝置。反過來，也可以在機械的帶動下反向轉動，制取壓縮空氣，或者作為一個剎車器。做一個容量小的壓氣裝置，制取高壓油氣，配上點火裝置，再做一個容量動力機械裝置，將燃燒后大量高溫高壓氣體的內能轉化為動能，就是一臺發動機。

它做功的軌跡是一段弧，而且可以無級的改變容量，也就意味著可以改變發動機排量。配合油門，可以改變燃燒后氣壓，靈活改變轉速；改變排量，配合變速器，在一定范圍內可以適應各種負荷，而且采取上述“最經濟的”方式。如果多套矩形板對置使用，可以減輕軸的彎曲；它是連續排氣的，因而噪音低；可以多套缸錯相聯軸，動力平穩。它可以最大限度的減少余壓排放，而且在不同負載下都能采取最經濟的工況，所以是好用節能技術。

作為一類發動機，不同于蒸汽機、活塞發動機和三角轉子發動機。叫作“可變容弧缸發動機。”

理論研究

三種理論

（1）等容加熱循環（Otto循環）；對應于點燃式內燃機

（2）等壓加熱循環（Brayton循環）；對應于燃氣輪機

（3）混合加熱循環（Diesel 循環）；對應于柴油機

理論循環

將實際循環進行若干簡化，便于進行定量分析的理想循環。

研究目的

（1）用簡單公式闡明工作過程中各基本熱力參數間的關系，以明確提高ηit的基本途徑；

（2）確定ηit的理論極限；以判斷內燃機工作過程的完善程度以及改進潛力。

（3）分析比較不同的熱力循環方式的經濟性和動力性。

簡化假設

（1）空氣作為工質，理想氣體；

（2）不考慮工質更換及泄露損失，忽略進、排氣流動損失及影響；

（3）理想的絕熱等熵過程；工質與外界不進行熱量交換；

（4）理想的加熱、放熱過程。

船舶應用

柴油機動力裝置是現代船舶上的主要動力裝置。現代船舶和艦艇的主機是船用柴油機，燒煤氣的叫煤氣機，汽油機、煤氣機功率小，僅用在小型船舶上。

機械損失

平均機械損失壓力pmm:發動機單位氣缸工作容積一個循環所損失的功?？梢杂脕砗饬繖C械損失的大小。即：

一、機械損失的組成：

1．活塞與活塞環的摩擦損失：占摩擦損失的主要部分，約為：45-65%

2．軸承與氣門機構的摩擦損失：包括所有主軸承、連桿軸承和凸輪軸軸承等的摩擦損失。軸承直徑越大，轉速越高，損失越大。15-30%。

3．驅動附屬機構的功率消耗：指為保證發動機工作所必不可少的部件總成，如冷卻水泵總成（風冷發動機中則是冷卻風扇）、機油泵、噴油泵、調速器等；占10-20%。

4．流體摩擦損失：為克服油霧、空氣阻力及曲軸箱通風等將消耗一部分功。

5．驅動掃氣泵及增壓器的損失：二沖程或機械增壓發動機中，要加上對進氣進行壓縮而帶來的損失。10-20%

分配情況

機械損失名稱

占Pm的百分比%

占Pi的百分比%

摩擦損失其中活連桿、活塞環 軸承及曲軸 配氣機構

60～7545～6515 ～ 202～3

8 ～ 20

驅動各種附件損失 其中 水泵 風扇 機油泵 電器設備

10～20 2～8 6～3 1～2 1～2

1 ～5

帶動機械增壓器損失

6 ～ 10

泵氣損失

10～20

2～4

總功率損失

10～30

損失測定

1．示功圖法：運用示功圖算出Pi值，從測功器測出發動機的有效功率Pe，從而算出產Pm、 hm及Pmm值。

問題：誤差來源于P—V圖上活塞上止點位置正確地確定以及測量誤差。此外，各個氣缸存在的不均勻性，這也會引起一定的誤差。示功圖法當上止點位置能得到精確校正時才能取得較滿意的結果。局限：只能測量整體機械損失。

2．倒拖法：當發動機以給定工況穩定運行，冷卻水、機油溫度到達正常數值時，切斷對發動機的供油，將電力測功器轉換為電動機，以給定轉速倒拖發動機，并且維持冷卻水和機油溫度不變，這樣測得的倒拖功率即為發動機在該工況下的機械損失功率。

與實際運行的差異：(1)氣體壓力在膨脹行程中大幅度下降，使活塞、連桿。曲軸的摩擦損失有所減少；(2) 由于排氣過程中溫度低、密度大，使Pp比實際的還大；(3)倒拖在膨脹、壓縮行程中，存在充量向氣缸壁的傳熱損失，在測量該工況的有效功率時，這部分傳熱損失已被考慮在內。

綜合結果是：倒拖時所消耗的功率要超過柴油機的實際機械損失，在低壓縮比發動機中，誤差大約為 5%，在高壓縮比發動機中，誤差可高達（15—20）%，因而此方法適用于低壓縮比的汽油機。

3．滅缸法：內燃機調整到給定工況穩定工作后，先測出其有效功率Pe，之后在噴油泵齒條位置或節氣門不變的 下，停止某一氣缸工作，并用減少制動力矩的辦法迅速將轉速恢復到原來的數值，并重新測定其有效功率Pe’。如果滅缸后其他各缸的工作情況和發動機機械損失沒有變化，則被熄滅的氣缸原來所發出的指示功率為（Pi)x。依次將各缸滅火，最后可以從各缸指示功率的總和中求得整臺發動機的指示功率。

局限：只能使用于柴油多缸機。

4．油耗線法：保證發動機轉速不變，逐漸改變供油，測出每小時耗油量B與負荷pme變化關系，繪成負荷特性曲線，延長直線段于橫坐標的相交，此交點到原點的距離為平均機械損失壓力pmm。

只能適用于pmm 與ηit 不隨負荷變化，只適用于柴油機。

總之；倒拖法只能用于配有電力測功器的情況，不適用于大功率發動機，較適用于測定壓縮比不高的汽油機的機械損失。對于排氣渦輪增壓柴油機，由于倒拖法和滅缸法破壞了增壓系統的正常工作，只能用示功圖法、油耗線法來測定機械損失。對于排氣渦輪中增壓、高增壓的柴油機（pb>0．15MPa），除示功圖外，尚無其他適用的方法可取代。

注意問題

1、循環加注潤滑油或不同品質的油摻兌使用

2、選用的潤滑油粘度較高

3、單向流量控制閥或通風軟管損壞后隨意拆除

4、大容量的蓄電池壽命長

5、隨意加添電解液

6、隨便調高發電機的端電壓

7、空氣濾清器長期短路或隨便更換不同規格的濾

8、經常在大功率、高溫狀態下熄火

9、高壓油泵內的潤滑油加注或更換不合理

10、噴油器噴油壓力調整過高

11、隨意拆除散熱器上的空氣蒸氣閥

12、隨意更換火花塞

燃料使用

燃油是發動機的動力源，也是造成發動機故障的主要因素，潔凈的燃油不含水份和雜質是極重要的，否則會造成噴油泵和油嘴嚴重磨損甚至損壞。

在我國燃油質量問題一直是造成發動機壽命降低和故障的主要原因，所以在使用進口發動機盡量使用優質低含硫燃油，在無法達到要求的情況下可改造輸油管路，在油水分離器前加一級粗濾或油水分離器，以不影響發動機輸出功率為準選擇濾芯等級。

在使用劣質燃油的情況下必須定期清洗燃油箱，否則容易在油箱中因劣質燃油含有水份和雜質多，會在油箱壁和箱底結積，長期沒清洗的情況下造成結積泥皮脫落，工作中進入燃油管路，致使管路或燃油濾芯等堵塞，在日常維護中要做到良好的保養習慣，排放油箱沉積水雜質和油水分離器中沉積水。

污染

空氣污染

內燃機（例如往復式內燃機）在工作時會由于含碳燃料的不完全燃燒而排放大氣污染物。內燃機的最重要排放物是二氧化碳、水汽和一些碳黑顆粒物。取決于工作狀況和油氣比例，內燃機還會排放一氧化碳、氮氧化物、硫化物（主要是二氧化硫）和一些未燃燒的碳氫化合物。

噪音污染

內燃機工作時會產生顯著的噪音污染。比如公路上的汽車會產生噪音，飛機飛行時也會產生噴氣噪音（尤其是超音速飛機）?；鸺l動機產生的噪音最大。