内燃机的组成 往复活塞式内燃机主要由曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动装置等部分组成。气缸是一个圆筒形的金属部件,其内部被气缸套封闭,形成一个密封空间,活塞可以在其中进行往复运动。活塞的一端封闭气缸,另一端则与连杆相连,活塞在气缸内的运动经过连杆转换为曲轴的旋转运动,进而通过飞轮输出动力。
活塞组由活塞、活塞环和活塞销等组成。活塞环的作用是在活塞运动时密封气缸,防止气体泄漏,活塞销则将活塞与连杆连接。连杆大头端分成两半,由连杆螺钉连接,与曲轴的曲柄销相连。连杆在工作时,小头端随活塞往复运动,大头端则随曲柄销旋转,连杆本身则进行复杂的摆动运动。
曲轴的作用是将活塞的往复运动转换为旋转运动,并通过飞轮传递动力。飞轮能够储存能量,使活塞在其他行程中正常工作,并使曲轴旋转平稳。为了平衡惯性力和减轻内燃机的振动,曲轴的曲柄上还适当安装平衡质量。
气缸盖中有进气道和排气道,内装进、排气门。新鲜充量(空气或空气与燃料的可燃混合气)经空气滤清器、进气管、进气道和进气门充入气缸。膨胀后的燃气经排气门、排气道和排气管,最后经排气消声器排入大气。进、排气门的开启和关闭由凸轮轴上的进、排气凸轮控制,这一套机件称为内燃机配气机构。通常由空气滤清器、进气管、排气管和排气消声器组成进排气系统。
内燃机的供油系统负责向气缸内供入燃料。汽油机通过化油器将空气与汽油按一定比例(空燃比)混合,然后供入气缸,由点火系统控制的电火花定时点燃。柴油机的燃油则通过喷油系统喷入燃烧室,在高温高压下自行着火燃烧。
内燃机在工作过程中会产生大量热量,因此必须具备冷却系统以保证零件在许可的温度下工作,不致因过热而损坏。内燃机从停车状态转入运转状态需要起动装置,如电起动、压缩空气起动、汽油机起动和人力起动等。
内燃机的工作循环包括进气、压缩、燃烧膨胀、排气等过程。其中,只有膨胀过程是对外作功的过程,其他过程都是为更好地实现膨胀过程而需要的过程。根据实现一个工作循环的行程数,工作循环可分为四冲程和二冲程两类。
四冲程内燃机在进气、压缩、膨胀和排气四个行程内完成一个工作循环,曲轴旋转两圈。进气行程时,进气门开启,排气门关闭,空气或空气与汽油混合形成可燃混合气,经进气管道、进气门进入气缸;压缩行程时,气缸内气体受到压缩,压力增高,温度上升;膨胀行程时,压缩上止点前喷油或点火,使混合气燃烧,产生高温、高压,推动活塞下行并作功;排气行程时,活塞推挤气缸内废气经排气门排出。
二冲程内燃机在两个行程内完成一个工作循环,曲轴旋转一圈。首先,活塞在下止点时,进、排气口都开启,新鲜充量由进气口充入气缸,并扫除气缸内的废气,使之从排气口排出;随后活塞上行,将进、排气口均关闭,气缸内充量开始受到压缩,直至活塞接近上止点时点火或喷油,使气缸内可燃混合气燃烧;然后气缸内燃气膨胀,推动活塞下行作功;当活塞下行使排气口开启时,废气即由此排出活塞继续下行至下止点,即完成一个工作循环。
内燃机的排气过程和进气过程统称为换气过程。换气的主要作用是尽可能把上一循环的废气排除干净,使本循环供入尽可能多的新鲜充量,以使尽可能多的燃料在气缸内完全燃烧,从而发出更大的功率。换气过程的好坏直接影响内燃机的性能。为此除了降低进、排气系统的流动阻力外,主要是使进、排气门在最适当的时刻开启和关闭。
一些新型的内燃机技术,如变气门、变升程、变相位等,都是为了提高内燃机的性能和效率。例如,一种新型的发动机技术,它采用桶形缸体和可变缸径的设计,通过机械或液压装置调整缸腔容积,实现发动机排量的变化,以适应不同的负载和工况,提高燃油经济性和动力性能。