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内燃机原理和构造(共57张)

一、内燃机概述

(1)内燃机作为一种将燃料的化学能转换为机械能的发动机，自19世纪末发明以来，就成为了现代工业和交通运输领域的核心动力来源。根据工作原理的不同，内燃机主要分为汽油机和柴油机两大类。其中，汽油机以其轻巧和高效的特点广泛应用于小型汽车、摩托车等交通工具中，而柴油机则以高扭矩和燃油经济性著称，主要应用于大型货车、船舶和工程机械等领域。据统计，全球每年约有超过10亿辆内燃机车辆运行，这些车辆每年消耗的燃料超过2000亿升。

(2)内燃机的工作原理基于热力学原理，通过将燃料和空气的混合物在气缸内压缩并点燃，产生高温高压的燃气推动活塞运动，进而带动曲轴旋转，实现机械能的输出。这个过程需要精确控制燃油喷射、点火时机、空气供给和排气排放等多个环节。以现代汽油机为例，其压缩比通常在8:1到12:1之间，热效率可以达到30%到40%。而柴油机的压缩比更高，一般在14:1到22:1之间，热效率可以达到40%到45%。例如，一些高端柴油发动机的热效率甚至超过了50%。

(3)内燃机的发展历程伴随着工业革命的脚步，从早期的蒸汽机到后来的内燃机，每一次技术的突破都极大地推动了人类社会的发展。以汽车工业为例，内燃机的应用使得汽车从奢侈品变为普通家庭交通工具，极大地缩短了人们出行的时间，扩大了人们的活动范围。此外，内燃机还为电力、农业、建筑等领域提供了强大的动力支持。据统计，全球内燃机产业每年的产值超过5000亿美元，是推动全球经济的重要力量之一。随着科技的进步，新能源技术的发展和环保要求的提高，内燃机产业也在不断进行技术创新，以适应新的发展需求。

二、内燃机工作原理

(1)内燃机工作原理基于燃烧室内的燃料混合物在高温高压下自燃，产生推动活塞运动的动力。这一过程分为四个冲程：进气、压缩、做功和排气。在进气冲程中，活塞向下运动，进气门打开，空气和燃油混合物被吸入气缸。随后，在压缩冲程中，活塞向上运动，进气门关闭，混合物被压缩，温度和压力升高。点火后，混合物燃烧产生高温高压气体，推动活塞向下运动，进入做功冲程。最后，在排气冲程中，活塞再次向上运动，排气门打开，将燃烧后的废气排出气缸。

(2)内燃机的点火方式有压燃式和点燃式两种。压燃式点火通常用于柴油机，通过提高压缩比，使空气温度达到柴油的自燃点，无需外部点火装置。而点燃式点火则用于汽油机，通过火花塞产生电火花点燃混合物。点火时机对内燃机的性能至关重要，通常由点火正时机构控制。点火过早或过晚都会影响发动机的动力输出和燃油经济性。

(3)内燃机的工作循环中，燃烧室内的温度和压力达到峰值时，活塞受到最大的推力。这个阶段称为功率输出阶段，此时内燃机的转速和扭矩达到最大值。内燃机的热效率是衡量其性能的重要指标，热效率越高，能量损失越少。为了提高热效率，内燃机的设计和制造过程中，需要考虑燃烧效率、冷却效率、机械损失等因素。通过优化燃烧室形状、提高压缩比、改进冷却系统等方法，可以有效提高内燃机的热效率。

三、内燃机构造与部件

(1)内燃机的构造复杂，主要由气缸体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴、凸轮轴、点火系统、燃油喷射系统、冷却系统、润滑系统、排气系统等部件组成。气缸体是内燃机的核心部件，它承受着燃烧产生的高温高压气体，因此需要具备良好的强度和耐热性。气缸盖与气缸体相连，其上设有燃烧室、进气门、排气门等，用于控制气体的流动。活塞是气缸内的运动部件，其上下运动通过连杆带动曲轴旋转，实现机械能的输出。曲轴则是内燃机的动力输出轴，将活塞的往复运动转换为旋转运动。凸轮轴则通过控制气门的开闭，实现进气和排气的过程。

(2)点火系统是内燃机的重要组成部分，其作用是在适当的时刻点燃混合气体。现代汽油机通常采用电子点火系统，包括点火线圈、点火控制器、火花塞等。点火线圈负责将低压电流转换为高压电流，点火控制器根据发动机的工作状态调整点火时机。火花塞则将高压电流点燃混合气体，产生燃烧。柴油机的点火方式为压燃式，通过提高压缩比，使空气温度达到柴油的自燃点。燃油喷射系统负责将燃油喷入气缸，喷射方式有直喷和间接喷射两种。直喷系统直接将燃油喷入燃烧室，而间接喷射系统则先将燃油喷入进气道，再与空气混合后进入燃烧室。

(3)内燃机的冷却系统主要作用是降低发动机在工作过程中产生的热量，防止发动机过热。冷却系统包括冷却液、水泵、散热器、风扇等部件。冷却液在发动机内部循环，吸收热量后流经散热器，风扇将空气吹过散热器，将热量带走。水泵负责将冷却液从散热器送回发动机内部。润滑系统则负责在内燃机运行过程中，为各个运动部件提供足够的润滑油，减少磨损，延长使用寿命。润滑系统包括机油、机油泵、机油滤清器、油底壳等部件。机油泵将机油从油底壳抽出，通过机油滤清器过滤后，送至各个需要润滑的部件。排气系统