内燃机
什么是内燃机
什么是内燃机
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内燃机是一种动力机械， 内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料 在机器内部燃烧， 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。 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 也包括旋转叶轮式的燃气轮机、 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 式发动机等， 塞式内燃机。
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• 1876年，德国发明家奥托运用罗沙的原理，创 年 德国发明家奥托运用罗沙的原理， 制成功第一台往复活塞式、单缸、卧式、 千 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， 马力)的四冲程内燃机，仍以煤气为燃料， 马力 的四冲程内燃机 采用火焰点火，转速为156.7转/分，压缩比为 采用火焰点火，转速为 转分 2.66，热效率达到 ％，运转平稳。在当时， ％，运转平稳 ，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。 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 奥托内燃机获得推广，性能也在提高。 年单机功率达到11～ 千瓦 千瓦(15～ 马力 马力)， 年单机功率达到 ～15千瓦 ～20马力 ，到 1893年又提高到 年又提高到150千瓦。由于压缩比的提高， 千瓦。 年又提高到 千瓦 由于压缩比的提高， 热效率也随之增高， 年热效率为15.5%， 热效率也随之增高，1886年热效率为 年热效率为 ， 1897年已高达 ～26％。 年已高达20～ ％。 ％。1881年，英国工程 年已高达 年 师克拉克研制成功第一台二冲程的煤气机， 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。 在巴黎博览会上展出。
第一章 内燃机基本构造和原理
（5）气缸工作容积：活塞从一个止点运动到另一个止点所 扫过的容积。一般用Vh表示： Vh= πD2· S ×10-6/4 （L） 式中：D－气缸直径，单位mm；
S－活塞行程，单位mm；
（6）燃烧室容积：活塞位于上止点时，其顶部与气缸盖之间的 容积。一般用Vc表示。 （7）气缸总容积：活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的 容积。一般用Va表示，显而易见，气缸总容积就是气缸工作容积 和燃烧室容积之和，即Va＝Vc＋Vh。
（8）发动机排量：多缸发动机的各气缸工作容积的总和。 一般用VL表示： VL = Vh × i 式中：Vh－气缸工作容积； i － 气缸数目。
（9）压缩比：是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值， 即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。一般用ε表示。 ε= Va / Vc 式中：Va － 气缸总容积； Vh － 气缸工作容积；Vc － 燃烧室 容积； （10）工作循环：包括进气、压缩、作功和排气过程，即 完成进气、压缩、作功和排气四个过程叫一个工作循环。
二、四冲程柴油机的工作原理
四行程柴油机和四行程汽油机的工作过 程相同，每一个工作循环同样包括进气、 压缩、作功和排气四个行程，由于柴油 机使用的燃料是柴油，粘度大，不易蒸 发，自燃温度低，故可燃混合气的形成、 着火方式、燃烧过程以及气体温度压力 的变化都和汽油机不同。
喷油器
进气门
排气门
纯空气
喷油泵
第一章 内燃机基本构造与原理
发动机：是将其它形式的能量转化为机械能的 机器。 热力发动机：将热能转化为机械能的机器。 热力发动机包括内燃机和外燃机。 内燃机：分为活塞式内燃机和燃气轮机。 活塞式内燃机：分为往复和旋转活塞式内燃 机。
第一节 内燃机的分类
活塞式内燃机的分类 1、按燃料分类：汽油发动机和柴油发动机 2、按冲程分类：四冲程发动机和二冲程发动机 3、按冷却方式分类：水冷发动机和风冷发动机 4、按气缸数目分类：单缸发动机和多缸发动机 5、按进气方式：增压和非增压 6、按点火方式：压燃和点燃 7、按转速：高速和低速 8、按气缸排列方式:立式、卧式、V型、对置式 9、按用途：汽车、拖拉机、船用和工程机械用
内燃机的构造及工作原理
内燃机的构造及工作原理内燃机，也称为发动机，是现代交通工具和许多家用电器的核心部件。
不同于蒸汽机等外燃机，内燃机是一种热力机械，即从燃烧燃料产生热能，通过能量转换产生动力，输出机械能和热能的发动机。
在本文中，我们将深入探讨内燃机的构造及工作原理。
一、内燃机的构造内燃机由多个部件组成，每个部件的构造和功能不同，协同工作，在发动机运转过程中，才能将燃油能转化为动力输出。
以下是内燃机的主要构造：1. 缸体及缸盖内燃机的主体部分是缸体和缸盖，彼此连接成为整体。
缸体是一个长圆柱形的筒体，里面有一个圆柱形的容积，即为缸内。
缸内的形状和大小根据不同的燃烧室形状和大小而定。
缸盖则作为缸体的顶部，封闭了缸内。
2. 活塞及活塞环活塞是内燃机中主要的运动部件，是一个圆柱体，材质通常是铝或铸铁。
活塞上开有一个小孔，称为活塞销穴，可用来固定活塞销。
活塞上还有一个凸起，称为活塞头。
活塞环被固定在活塞上沿着活塞径向走向。
活塞环的作用是密封气缸，确保活塞在缸内运动时气体不会泄漏。
3. 活塞销活塞销是将活塞与活塞连杆连接在一起的部件。
它是一根圆形的轴，材质通常是钢或铬合金钢。
活塞销的工作原理是将活塞上的动力传递到连杆上，然后通过曲轴将动力传递到发动机的其他部件。
4. 连杆连杆是将活塞与曲轴连接在一起的零件，它的长度和形状取决于缸距和曲轴。
通过连接活塞上的活塞销和曲轴上的曲轴销，连杆转化活塞上的往复运动成为曲轴上的旋转运动。
5. 曲轴曲轴是内燃机的关键部件之一，是一个大型的旋转轴。
它类似于一个长方形的轴，上面有几个凸起，具有不同长度的曲柄臂。
它的作用是将来自连杆的线性力转变为旋转力，使发动机产生动力输出。
6. 气门与点火系统气门系统由进气门和排气门组成，控制着油气混合物的进出。
点火系统包括点火线圈和火花塞，控制着燃料的燃烧。
二、内燃机的工作原理内燃机的工作原理是当燃料和空气混合物在发动机的燃烧室中被点燃时，发生爆炸，使空气和燃料混合物的压力快速增加。
简述内燃机的工作过程
简述内燃机的工作过程
内燃机的工作过程可以分为以下四个冲程：
1. 吸气冲程：活塞下行形成气缸内压力小于大气压的差，这个压力差使空气进入气缸。
对于汽油机，吸入的是汽油和空气的混合物；对于柴油机，吸入的是纯空气。
2. 压缩冲程：吸气冲程完成后，活塞上行压缩空气达到一定温度，使燃料燃烧。
对于柴油机，由于压缩的工质是纯空气，压缩比高于汽油机，压缩终点的温度和压力都大大超过柴油的自燃温度，使其自燃。
3. 做功冲程：燃烧的空气使活塞下行，从而将热能转换成机械能。
这种转换是通过连杆活塞组和曲轴实现的，高温高压的燃气推动活塞下行，通过连杆使曲轴做圆周运动。
4. 排气冲程：在飞轮惯性的驱动下，活塞上行将燃烧后的废气从打开的排气阀门中排出。
当活塞行至上终点位置时，整个内燃机的工作循环完成。
这四个冲程中，只有做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的。
在压缩冲程中，机械能转化为内能；在做功冲程中，内能转化为机械能。
内燃机做功原理
内燃机做功原理内燃机是一种将燃料燃烧产生的化学能转化为机械能的装置。
内燃机的工作原理是通过燃料的燃烧产生高温高压气体，然后利用气体的膨胀驱动活塞运动，从而实现对机械设备的驱动。
内燃机的工作过程主要分为四个循环：吸气循环、压缩循环、燃烧循环和排气循环。
首先，在吸气循环中，活塞从上死点开始向下运动，汽缸内的气门打开，燃料和空气混合物通过进气阀进入汽缸。
然后，在压缩循环中，活塞向上运动，将燃料和空气混合物压缩，使其温度和压力升高。
接下来，在燃烧循环中，当活塞接近上死点时，点火系统点燃混合物，产生火焰。
火焰的膨胀推动活塞向下运动，从而转化为机械能。
最后，在排气循环中，活塞再次向上运动，将燃烧后的废气排出汽缸，完成一个循环。
内燃机利用燃料的燃烧产生的高温高压气体驱动活塞运动，从而做功。
具体来说，当燃料和空气混合物燃烧时，产生的高温高压气体会迅速膨胀，推动活塞向下运动。
这个过程中，燃料的化学能被转化为气体的内能和机械能。
内燃机的功率主要取决于燃料的燃烧速率和气体的膨胀程度。
同时，内燃机的效率也是一个重要指标，它表示内燃机输出的机械功与燃料所含化学能之间的比值。
内燃机的做功原理与循环过程密切相关。
在吸气循环中，活塞的下行运动使得燃料和空气混合物进入汽缸；在压缩循环中，活塞的上行运动将混合物压缩到高压状态；在燃烧循环中，点火系统点燃混合物，产生火焰推动活塞向下运动；在排气循环中，活塞再次向上运动，将废气排出汽缸。
通过这个循环过程，内燃机不断地将燃料的化学能转化为机械能，实现对机械设备的驱动。
内燃机的做功原理是现代工业中非常重要的一部分。
它广泛应用于汽车、飞机、船舶等交通工具，以及发电机组、工程机械等设备中。
通过不断改进内燃机的设计和优化燃烧过程，可以提高内燃机的效率和性能，减少能源消耗和环境污染。
内燃机的做功原理是将燃料的化学能转化为机械能的过程。
通过燃料的燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动，实现对机械设备的驱动。
九年级物理内燃机_图文
吸气
冲程和工作循环
压缩
做功
排气
内燃机（汽油机）的工作原理
吸气冲程：
进气门打开， 排气门关闭，活塞 向下运动，汽油和 空气的混合物进入 气缸。Βιβλιοθήκη 内燃机（汽油机）的工作原理
压缩冲程：
进气门和排气 门都关闭，活塞向 上运动，燃料混合 物被压缩。
内燃机（汽油机）的工作原理
做功冲程：
在压缩冲程结 束时，火花塞产生 电火花，使燃料猛 烈燃烧产生高温高 压的气体。高温高 压的气体推动活塞 向下运动，带动曲 轴转动，对外做功 。
2 ．燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃 料是柴油。
3 ．吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体， 柴油机只吸进空气。
4 ．点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃 式点火。
２.柴油机 1）定义：用柴油做燃料的内燃机。 2）构造：喷油嘴、进气门、排气门、活塞、气 缸、连杆、曲轴。
3）工作原理： 4）点火方式：压燃式。 二、内燃机的启动
九年级物理内燃机_图文.ppt
内燃机
汽车是我们生活中不可缺少的交通工具，汽车上的 发动机就是内燃机的一种。由于它是将燃料燃烧产生的 内能转化为机械能的装置，我们把它叫做热机。燃料在 气缸里燃烧的叫内燃机。
内燃机分为汽油机和柴油机，通过燃烧汽油和柴油 来推动活塞，提供动力。
汽油机
柴油机
内燃机的
三、内燃机的应用
１.汽油机的应用
２.柴油机的应用
做功冲程
在压缩冲程末，从喷油嘴 喷出的雾状柴油遇到热空气立 即猛烈燃烧，产生高温高压的 燃气，推动活塞向下运动，并 通过连杆带动曲轴转动。
2.内燃机的启动
内燃机不能自行启动。开始运转时，要靠外 力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动 活塞运动，然后内燃机才能自己工作。
内燃机的启动原理
内燃机的启动原理引言：内燃机是一种利用燃料燃烧后的高温高压气体对活塞进行往复运动，从而驱动发动机工作的设备。
内燃机的启动是整个发动机运转的起点，其启动原理是通过一系列步骤和机械装置来实现的。
一、压缩冷启动原理当内燃机处于冷启动状态时，燃料和气体的压缩比较低，导致燃烧不稳定，难以启动。
为了解决这个问题，内燃机通常采用压缩冷启动的原理。
其步骤如下：1. 燃料供给：冷启动时，燃料供给系统会自动喷入适量的燃料进入燃烧室。
2. 气缸压缩：活塞在下行过程中，通过曲柄连杆机构将活塞带动，将气体压缩到一定程度。
3. 燃烧点火：点火系统会在气体压缩到一定程度时，通过点火装置进行火花点火，引燃燃料和气体混合物。
4. 燃烧扩散：点火后，火焰会迅速扩散到整个燃烧室，使燃料和气体完全燃烧。
5. 活塞运动：燃烧后的高温高压气体会推动活塞向下运动，完成一次工作循环。
二、压缩热启动原理当内燃机处于热启动状态时，燃料和气体的压缩比较高，燃烧比较稳定，启动相对容易。
压缩热启动的原理如下：1. 活塞位置：在热启动之前，活塞必须处于适当的位置，以保证燃料和气体的压缩比较高。
2. 燃料喷射：热启动时，燃料供给系统会向燃烧室喷入适量的燃料和气体混合物。
3. 气缸压缩：活塞在上行过程中，通过曲柄连杆机构将活塞带动，将燃料和气体混合物压缩到高压状态。
4. 燃烧点火：点火系统会在气体压缩到高压状态时，通过点火装置进行火花点火，引燃燃料和气体混合物。
5. 燃烧扩散：点火后，火焰会迅速扩散到整个燃烧室，使燃料和气体完全燃烧。
6. 活塞运动：燃烧后的高温高压气体会推动活塞向下运动，完成一次工作循环。
三、电启动原理除了压缩冷启动和压缩热启动，内燃机还可以采用电启动的原理来实现启动。
电启动的原理如下：1. 电源供给：启动时，电瓶或外部电源会提供电能给发动机的起动电机。
2. 起动电机：起动电机会将电能转化为机械能，通过齿轮传动装置将机械能传递给曲轴，使曲轴开始转动。
内燃机四冲程能量转换
内燃机四冲程能量转换
内燃机是指将化学能转化为机械能的热力发动机。
其工作原理是通过燃烧燃料与空气的混合物,获得高温高压的燃气,利用燃气的膨胀做功。
目前,绝大多数内燃机都采用四冲程工作循环,包括吸气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。
1. 吸气冲程:活塞向下运动,气缸内形成负压,混合气体被吸入气缸内。
在此过程中,化学能被带入气缸。
2. 压缩冲程:活塞向上运动,混合气体在气缸内被压缩,压力和温度升高。
3. 燃烧冲程:当活塞达到上止点时,火花塞放电引燃混合气体。
燃料的化学能释放出热能,高温高压的燃气对活塞做功,将热能转化为机械能。
4.排气冲程:活塞向下运动,排出燃烧后残余的燃气,为下一个循环做准备。
通过上述四个冲程,内燃机实现了化学能到热能,再到机械能的转换过程。
其中,燃烧冲程是能量转换的关键环节,化学能转化为热能,热能又被部分转化为机械能。
发动机的效率主要取决于燃烧的完全程度和热量利用率。
内燃机通过周期性的吸气、压缩、燃烧和排气,将化学燃料的能量转化为有用的机械能,推动汽车、船舶等运输工具以及发电机组等设备运转。
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w12 w34 w45
Rg
1
T1
1
p2 p1
1
p3
v4
v3
Rg
1
T4
1
p5 p4
1
或 wnet qnet q1 q2
q1 q23 q34 cV T3 T2 cp T4 T3
q2 q51 cV T5 T1
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热工基础
2） 对理论可逆循环进行分析，步骤:
➢根据循环特点，画出循环过程的p-v图及T-s图； ➢根据过程特点，由已知状态参数确定未知状态参数； ➢由确定的状态参数，计算循环的输出功及热效率； ➢获得影响经济性的主要因素和改进途径，指导实际循环。 3） 分析实际循环与理论循环的偏离程度，找出实际损失的 部位、大小、原因及改进办法。
1
1
1
1
可见：绝热指数 定值
ρ 一定时： ↑、t↑ 一定时： ↑、 t↓
3、提高热效率的措施
1）尽量减小不可逆损失 理想化 2）增大压缩比 ε= 16 ↑ 25 3）减少定压预胀比
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热工基础
主要内容
（一）热能间接利用：热能和机械能之间的转换规律研究
热力学基本定律 工质的热力性质 工质的热力过程
（二）热能直接利用：热量传递过程的基本规律研究
导热 对流换热 辐射换热
（三）热工基础理论的实际应用
热力设备（喷管和扩压管、换热器、压气机） 热力循环
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热工基础
循环概述
热力循环：工质从某一初态出发经历一系列热力状态
3
混合物；
1-2 ， 压 缩 过 程 ， 压 缩 汽 缸 内 的 混 合
气体，到达2点的位置，电火花点燃
2
混合气体； 4
1 ′ 2-3，燃烧过程，燃烧速度较快，活
0
1 塞在左上点位置速度较慢，近似一个 定容升压过程；
3-4 ， 膨 胀 过 程 ， 高 温 高 压 的 燃 气 推 动活塞下行，对外膨胀做功。
2、分类
按燃料：煤气机(gas engine) 汽油机(gasoline engine; petrol engine) 柴油机(diesel engine)
按点火方式：点燃式(spark ignition engine) 压燃式(compression ignition engine)
按冲程：二冲程(two-stroke ) 冲程——活塞在气缸内从一个止点位置 四冲程(four-stroke ) 移动到另一个止点位置。
变化后又回到原来初态的热力过程，即封Байду номын сангаас的热力过
程，叫热力循环。
p
1 .循环分类
动力循环 正循环 （热－机）
内燃机循环 燃气轮机装置循环 蒸汽动力循环
1 2
wnet
3 4
m
nv
p
2
制冷循环 制冷循环
逆循环
热泵循环
（机－热）
1
wnet
3 4
m
nv
2/41
热工基础
2. 动力循环分类
按工质
气体动力循环：内燃机、燃气轮机 工质：空气为主的燃气，理想气体
t
1
q2 q1
1
T3
T5 T1
T2 T4
T3
利用 、、 表示 t
1
1-2
定熵过程：T2
T1
v1 v2
T1 1
2-3 定容过程：T3
T2
p3 p2
T2
T1 1
3-4
定压过程：T4
T3
v4 v3
T3
T1 1
5-1 定容过程：T5
T1
p5 p1
T1
热效率：
热工基础
为分析影响因素，引入特性参数：
压缩比 (compression ratio) 定容升压比(pressure ratio) 定压预胀比 (cutoff ratio)
v1
v2 p3
p2
v4
v3
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热工基础
4、循环热效率
t
wnet q1
wnet w12 w23 w34 w45 w51
蒸汽动力循环：汽轮机 工质：水蒸气等，实际气体
按结构
活塞式 piston engine 汽车，摩托，小型轮船
叶轮式 gas turbine cycle 航空，大型轮船，移动电站，联合循环的顶循环
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热工基础
3. 分析(动力)循环的一般方法
分析动力循环的目的 在热力学基本定律的基础上，分析循环能量转换的经济性，
4*
5*
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热工基础
二、定压加热理想循环(Diesel cycle)
1、 p-v图及T-s图
压缩比
v1
v2
定压预胀比 v3
v2
2、循环热效率
t
1
q2 q1
q2 cV T4 T1
q1 cp T3 T2
t
1
T4 T1
T3 T2
21/41
热工基础
t
1
1
1
1
1
1 t
t
1
1
1
1
1
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热效率：t
1
1
1
1
1
可见：绝热指数 定值 、 一定时： ↑、t↑ 、 一定时： ↑、 t↑ 、 一定时： ↑、 t↓
5、提高热效率的措施
1）尽量减小不可逆损失 理想化 2） 增大压缩比 ε= 16 ↑ 25 3） 增加定容增压比 4） 减少定压预胀比
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第五章 热工基础的应用
5－1 喷管和扩压管 5－2 换热器及其热计算 5 － 3 压气机 5－4 内燃机的基本构造及循环 5－5 燃气轮机装置及循环 5－ 6 蒸汽动力装置及循环
5－7 制冷装置及循环
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热工基础
5-4-1 内燃机的基本构造
1、内燃机的定义：
将燃料产生的热能转变为机械能的热力发动机，燃料燃烧产生热能 及热能转变为机械能的过程都是在气缸内进行，故称内燃机。
v4 v3
k 1 T4
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热工基础
t
1
(T4
T4 T1
T1
)
v1 v2
k 1
1
1
1
可见：绝热指数 定值 ， ↑、t↑
压缩比 定值
↑、t↑
升压比 ↑，t不变，wnet ↑
4、提高热效率的措施
1）尽量减小不可逆损失 理想化 2）增大压缩比 爆燃 ε= 5 ~ 10
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热工基础
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热工基础
3、内燃机基本构造
气缸体——内燃机的主体，安装其他零件、 部件和附件的支撑骨架。
活塞连杆组件——内燃机的重要部件， 实现功的输入输出
曲轴飞轮组件——将连杆传来的作用 力转变为扭矩输出。
配气机构——包括进、排气阀和凸轮轴。
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热工基础
5-4-2 汽油机循环
1、汽油机实际循环
0-1 ， 进 气 过 程 ， 吸 入 空 气 与 汽 油 的
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热工基础
3、定容加热理想循环(Otto cycle)
q1 cV T3 T2
q2 cV T4 T1
t
1
q2 q1
1 T4 T1 T3 T2
为分析影响因素，引入特性参数：
压缩比
v1
v2
定容升压比
p3
p2
T2
v1 v2
k 1 T1
v1 v4 v2 v3
T3
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5-4-2 汽油机循环
1、汽油机实际循环
3
4-1′，排气过程，活塞运行到下止点，排气 阀打开，废气在压差的作用下迅速排出，近 似一个定容降压过程；
1′-0，排气过程，活塞自下止点上行，排出
废气。
2
4
1 ′ 循环特点：
0
1
➢开式循环(open cycle)；
➢进气、压缩、燃烧、膨胀、排气均为不可
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热工基础
一、混合加热理想循环——萨巴德循环
1、实际循环
p3 4 2
0
5 1' 大气压 1
V
01 吸气（空气） 12 压缩 23 喷油、燃烧 34 燃烧 45 膨胀作功 5 1′ 0 排气
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热工基础
2、实际循环的简化
p3 4
简化：引入假设
1. 工质：空气(数量不变，定比热，理想气体)
5-4-3 柴油机循环
根据内燃机燃烧过程的特点，可以分为三类：
1、定容加热理想循环——把燃料燃烧过程简化为可逆定容 加热过程的循环，又称奥托循环 汽油机
2、定压加热理想循环——把燃料燃烧过程简化为可逆定压 加热过程的循环，又称狄塞尔循环 柴油机
3、混合加热理想循环——把燃料燃烧过程分解成可逆定容 和可逆定压加热两个过程的循环，又称萨巴德循环 柴油机
寻求提高经济性的方向及途径。
分析动力循环的方法 1） 第一定律分析法
以第一定律为基础，以能量的 数量守恒为立足点，以热效率 为经济性指标。
2）第二定律分析法
以第一定律和第二定律为依据， 从能量的数量和质量两个方面进 行综合分析。
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热工基础
分析动力循环的一般步骤
1）实际循环（复杂不可逆）抽象、简化 可逆理论循环
逆；
➢各环节中工质成分稍有变化。
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2、汽油机实际循环的简化
3
假设：
1. 工质：空气(定比热，理想气体)
2. 进、排气：无压差，0-1和1 ′-0抵消，闭口循环