百科首頁 > 正文

內(nèi)燃機（將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的機器）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-16

來源：網(wǎng)絡(luò)整理

精選百科

本文由作者推薦

內(nèi)燃機

將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的機器

內(nèi)燃機（Internal Combustion Engine），是一種動力機械，它是通過使燃料在機器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力發(fā)動機。一臺完整的內(nèi)燃機依據(jù)不同的類型可能包含曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃料供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、進氣道和壓縮機、燃燒室和渦輪、噴管及加力燃燒室等等。同時內(nèi)燃機具有熱效率高，即油耗率低，經(jīng)濟性好；功率范圍廣，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；啟動快、操作簡單等優(yōu)點，在水陸交通、航空動力、工程機械、軍用艦艇以及農(nóng)業(yè)機械中得到了廣泛地應(yīng)用。除此以外，內(nèi)燃機在工作時也會產(chǎn)生排放污染以及噪聲污染，需要在此基礎(chǔ)上做出相應(yīng)地發(fā)展。

基本信息

中文名

內(nèi)燃機

英文名

Internal Combustion Engine

運用領(lǐng)域

水路交通,航空動力,工程機械,軍用艦艇,農(nóng)用機械

發(fā)展歷史

1794年，英國的斯特里特提出一種概念，即從燃料中獲取動力，并且首次發(fā)表了將空氣與燃料混合的概念。

1833年，英國的賴特提出要直接利用燃燒產(chǎn)生的壓力去推動活塞做功。

19世紀(jì)中期，科學(xué)家對將汽油、煤氣以及柴油等產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)化為機械動力的理論進行了完善，其為內(nèi)燃機的發(fā)明打下了基礎(chǔ)。

1860年，法國的勒努瓦模通過仿照蒸汽機的結(jié)構(gòu)，設(shè)計并制造出來了首臺實用的煤氣機，其是一種無壓縮、電點火和使用照明煤氣的內(nèi)燃機。

1862年，法國科學(xué)家羅莎在對內(nèi)燃機熱過程進行理論分析后，提出了提高內(nèi)燃機效率的要求，這是最早的四沖程工作循環(huán)。

1866年，德國發(fā)明家歐云利用羅莎的原理，成功制造了第一臺往復(fù)活塞式、單缸、臥式、3.2千瓦的四沖程內(nèi)燃機，仍然使用煤氣作為燃料并用火焰點火。

1881年，巴黎博覽會上展出了由英國工程師克拉克發(fā)明的首臺二沖程煤氣機。

1892年，受面粉廠粉塵爆炸的啟發(fā)，德國工程師迪塞爾想象：將吸入氣缸的空氣高度壓縮，直到超過燃料的自燃溫度，然后用高壓空氣將燃料吹入氣缸，使其著火燃燒。他于1897年創(chuàng)造了壓燃式內(nèi)燃機（柴油機），為內(nèi)燃機的發(fā)展開辟了新的途徑。

1898年，柴油機首先應(yīng)用于固定式發(fā)動機組。

1903年，柴油機用于為商船提供動力。

1904年，柴油機被用于艦艇。

1913年，世界上制成首臺以柴油機為動力的內(nèi)燃機車。

1920年，柴油機開始用于農(nóng)業(yè)機械和汽車中。

1954年，聯(lián)邦德國工程師汪克爾解決了密封問題，并于1957年研制出旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機。

基本結(jié)構(gòu)

內(nèi)燃機主要包含汽油機和柴油機，其中汽油機由”兩大機構(gòu)、五大系統(tǒng)“組成，分別是曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃料供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、點火系統(tǒng)和啟動系統(tǒng)。柴油機由”兩大機構(gòu)、四大系統(tǒng)“組成（不包含點火系統(tǒng)）。而噴氣發(fā)動機作為利用牛頓第三定律工作的內(nèi)燃機，其結(jié)構(gòu)主要包含進氣道、壓氣機、燃燒室與渦輪、噴管及加力燃燒室。

曲柄連桿機構(gòu)及機件零件

內(nèi)燃機的主要運動機構(gòu)之一便是曲柄連桿機構(gòu)，其將作用于活塞上的力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S向外輸出的扭矩，并且將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動，可以驅(qū)動汽車車輪的旋轉(zhuǎn)。具體來講，柴油機中的曲柄連桿機構(gòu)主要由機體組、活塞連桿組、曲輪飛輪組、平衡機構(gòu)所構(gòu)成。

機體組

機體組是由汽缸體、汽缸套、氣缸墊以及氣缸套所構(gòu)成。

汽缸體

氣缸體是整個內(nèi)燃機的骨架，其一般使用鑄鐵制造。很多重要零件例如曲軸、凸輪軸、調(diào)速器、平衡機構(gòu)、機油濾清器以及水箱和油箱等都在其上安裝。內(nèi)燃機工作時，活塞會在氣缸套中做往復(fù)直線運動，所以氣缸套是燃料膨脹和燃燒的區(qū)域。由于其承受著內(nèi)燃機燃燒所生成的高壓、高溫，同時與活塞環(huán)發(fā)生摩擦，所以為了獲得優(yōu)秀的耐磨性和高強度一般用優(yōu)質(zhì)合金鑄鐵制造。

氣缸套

氣缸套一般分為與汽缸體制成一體式、干式、濕式三種，干式氣缸套的外表面不會與冷卻水直接接觸，濕式氣缸套外表面則會直接與冷卻水接觸。

氣缸蓋

氣缸蓋用來將氣缸的頂部進行密封，其一般用鑄鐵進行制造。在它的內(nèi)外表面會加工相應(yīng)的孔和面來進行進氣門、排氣門、噴油器、搖臂排氣管和空氣濾清器的安裝。

氣缸墊

氣缸墊是為了使得汽缸蓋和氣缸墊之間保持緊密結(jié)合，所以一般會在它們之間進行安裝以防止漏水、漏氣現(xiàn)象的發(fā)生。

活塞連桿組

活塞

活塞包括活塞頂部、活塞頭部、活塞裙部以及活塞槽部。氣缸中的氣體壓力大部分是由活塞所承受的，并且通過活塞銷將壓力傳遞給連桿進而使曲軸轉(zhuǎn)動，氣缸蓋、氣缸壁還會與活塞頂部一起組成燃燒室。由于活塞工作時直接與高溫氣體相接觸，并且承受的氣體壓力也非常大，所以其被要求具有足夠的強度和剛度，能夠可靠地傳力、導(dǎo)熱性能好，并且可以耐高溫、高壓，耐磨損，具有較輕的自重以盡可能減少往復(fù)慣性力。

活塞環(huán)

活塞環(huán)可分為氣環(huán)和油環(huán)。空氣環(huán)和活塞一起保證氣缸壁與活塞之間的密封，防止大量高溫高壓氣體從曲軸箱中泄漏出來。油環(huán)將機油均勻分布在氣缸壁上，刮掉多余的油，并使其流回曲軸箱，以減少油耗，達到了減少活塞組與氣缸壁之間摩擦的目的。活塞環(huán)在高溫、高壓、高速條件下工作，潤滑條件差，因此要求它們具有良好的彈性和耐磨性，對氣缸壁的磨損低。因此，活塞環(huán)大多由合金鑄鐵材料制成，并且第一道氣環(huán)大多采用鍍鉻或噴鉬處理。

活塞銷

活塞銷一般被用來將連桿小頭和活塞相連接，將活塞上承受的氣體壓力傳遞給連桿，一般采用低碳合金鋼或者低碳鋼進行制造，并且其中心孔可以分為圓柱形、兩段截錐形以及一段圓柱和兩段截錐形的組合型等。除此以外，活塞銷的連接方式可以分為全浮式和半浮式。

連桿組

連桿是將活塞所承受的力傳遞給曲軸的部件，其使得活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。連桿由連桿小頭、連桿大頭以及桿身三部分所組成，其中連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連接，可分為整體式和分開式（平分或斜分）兩種。V型發(fā)動機的連桿結(jié)構(gòu)通常分為主副連桿、并列式連桿和叉形連桿。

曲輪飛輪組

曲軸

曲軸是發(fā)動機的重要組成部分，它的作用是承受連桿所傳遞的力，從而形成繞自身軸線旋轉(zhuǎn)的扭矩，然后通過飛輪將其輸出成為車輛的動力。除此此外，它還用于驅(qū)動發(fā)動機的氣體分配機構(gòu)和其他輔助設(shè)備，包括風(fēng)扇、發(fā)電機、轉(zhuǎn)向油泵、空調(diào)壓縮機、冷卻水泵等。

飛輪

飛輪是一個外緣鑲嵌有優(yōu)質(zhì)中碳鋼齒圈的鑄鐵圓盤，其具有很大的轉(zhuǎn)動慣量。飛輪的作用是將曲軸的一部分能量儲存在發(fā)動機做功沖程中，從而克服其他沖程中的各種阻力，使曲柄連桿機構(gòu)越過上、下止點，保證曲軸的角速度和輸出扭矩盡可能均勻；同時，它還使發(fā)動機能夠克服短期過載。除此此外，飛輪常用作摩擦式離合器的驅(qū)動部件。

平衡機構(gòu)

內(nèi)燃機的平衡實際上就是想辦法將旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力盡可能地在內(nèi)部相互平衡，使得振動減小，同時減輕軸承的載荷。

單缸機的平衡

新系列的內(nèi)燃機中，平衡效果較好的一種平衡方法是雙軸式，一般用于1105型、190型、195型柴油機上。

兩缸機的平衡

兩缸機的平衡方式可以分為：飛輪和皮帶輪上設(shè)有平衡重或者在曲柄上設(shè)有平衡重。

三缸機的平衡

三缸機通常在一、三缸的曲柄上添加平衡重，稱其為部分平衡法。

四缸機的平衡

四缸機上通常在曲柄上設(shè)有平衡重，主要用來消除曲軸的附加載荷。

配氣機構(gòu)

配氣機構(gòu)的作用是根據(jù)發(fā)動機各氣缸的工作循環(huán)和點火順序，定期打開和關(guān)閉進、排氣門，使新鮮的可燃混合氣體（汽油機）或空氣（柴油機）及時進入氣缸，廢氣及時排出。同時，當(dāng)閥門關(guān)閉時，可以密封氣缸中的高壓氣體。目前，應(yīng)用最為廣泛的氣體分配機構(gòu)是氣門—凸輪式氣體分配機構(gòu)，簡稱氣門式配氣機構(gòu)。

燃料供給系統(tǒng)

燃料供給系統(tǒng)是內(nèi)燃機中的關(guān)鍵性技術(shù)，其主要將空氣和燃料按比例地混合起來以獲得最佳的燃燒反應(yīng)。柴油機和汽油機具有兩種完全不同的混合氣形成方式。該系統(tǒng)中的主要包括噴油嘴、噴油器、輸油泵、調(diào)速器、燃燒室等。柴油機采用將燃料和空氣在氣缸內(nèi)相遇并且混合的內(nèi)部混合氣形成方式，在其氣缸外部分別有一個空氣供給系統(tǒng)和燃料供給系統(tǒng)。汽油機采用的是讓空氣和燃料在氣缸之外就相遇，并且均勻地將其混合成具有理想比例的可燃混合物再輸送進氣缸的外部混合氣形成方式。

冷卻系統(tǒng)

內(nèi)燃機中的冷卻系統(tǒng)主要用于將內(nèi)部的高溫機件進行降溫處理，使其熱量迅速地擴散到大氣中去。而冷卻系統(tǒng)又可以劃分為風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)。風(fēng)冷系統(tǒng)將高溫零部件的熱量直接擴散到大氣當(dāng)中。風(fēng)冷系統(tǒng)的主要部件為：風(fēng)扇、溫度調(diào)節(jié)裝置以及導(dǎo)流罩等。一般情況下，吹氣冷卻作為風(fēng)冷內(nèi)燃機的首選方式，只有一小部分內(nèi)燃機因為總體布局的緣故而選擇吸氣冷卻的方式。水冷系統(tǒng)將高溫零部件的熱量先傳遞給水，再由水將其擴散到大氣當(dāng)中。水冷系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于裝載機械中，其主要部件為：水泵、風(fēng)扇、分水管、散熱器和在氣體缸和汽缸蓋中鑄出的水套。

潤滑系統(tǒng)

內(nèi)燃機的潤滑系統(tǒng)主要包括機油泵、油底殼、機油濾清器、集濾器等部件。其作用是可以在內(nèi)燃機工作時，將足量的清潔潤滑油（或稱為機油）連續(xù)輸送到各運動部件的摩擦面，摩擦面之間形成油膜，實現(xiàn)液體潤滑，從而降低摩擦阻力，降低功耗，減少部件磨損，達到提高發(fā)動機工作可靠性和耐久性的目的。依據(jù)內(nèi)燃機中各個運動件不同的工作條件，可以采用不同的潤滑方式：飛濺潤滑、壓力潤滑、潤滑脂潤滑。

點火系統(tǒng)

點火系統(tǒng)是汽油機上面獨有的一個系統(tǒng)，主要部件包括：蓄電池、點火開關(guān)、點火線圈、火花塞等。其主要功能是按照一定的時間間隔往氣缸內(nèi)添加電火花以將其中的可燃混合氣進行點燃，點火方式也從最早的磁電機點火、熱管點火、蓄電池點火發(fā)展到今天的電子點火。

啟動系統(tǒng)

中小型的內(nèi)燃機啟動方式有柴油機的汽油啟動，人力啟動、電動機啟動和輔助發(fā)電機啟動。啟動系統(tǒng)的主要部件包括：蓄電池、啟動機和啟動繼電器等。其主要功能是將靜止的內(nèi)燃機進行啟動并變成自行運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

進氣道與壓氣機

進氣道及壓氣機是渦輪噴氣發(fā)動機的主要結(jié)構(gòu)，其中壓氣機由定子葉片和轉(zhuǎn)子葉片相互交錯組成。二者的主要作用就是在空氣進入到壓氣機之前，將其調(diào)整到能夠使發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

燃燒室與渦輪

空氣在經(jīng)過壓氣機壓縮之后就會進入到燃燒室與煤油進行混合燃燒，其中壓氣機與渦輪的轉(zhuǎn)速一致。

噴管及加力燃燒室

噴管的形狀結(jié)構(gòu)決定了最終排出的氣流狀態(tài)。

燃料及氧化劑

內(nèi)燃機對燃料的要求較高。其僅限于氣體燃料和液體燃料，并且以液體燃料為主。煤、木炭和木柴等固體燃料由于燃燒后產(chǎn)生的灰分很多，故不宜直接當(dāng)作內(nèi)燃機的燃料。其中火箭噴氣發(fā)動機與其它類型的內(nèi)燃機不同，由于它需要在大氣層以外的真空環(huán)境中工作，所以無法從周圍的環(huán)境中吸收氧氣，其本身自帶燃料和氧化劑，依靠氧化劑來助燃。

氣體燃料

主要包含工業(yè)煤氣、天然氣、石油氣以及從動植物廢料中提取出來的甲烷等等。由于氣體燃料一般產(chǎn)自來源豐富的地區(qū)，所以為了節(jié)省儲存成本，經(jīng)常將其用在固定式的內(nèi)燃機中。

液體燃料

內(nèi)燃機使用的液體燃料主要是汽油和柴油，也包含甲醇、乙醇（酒精）、重油和一些動植物油等被用作替代燃料，但這些替代燃料的使用效果往往比柴油和汽油差，因此這些替代燃料一般不單獨使用。

氧化劑

內(nèi)燃機的氧化劑可以分為空氣、氧氣和硝酸，絕大多數(shù)的內(nèi)燃機都是利用空氣作為氧化劑，而火箭噴氣發(fā)動機使用液態(tài)空氣、液態(tài)氧氣和硝酸當(dāng)作氧化劑。

工作原理

能量轉(zhuǎn)換

活塞式內(nèi)燃機主要是將空氣和燃料進行混合，使其在氣缸內(nèi)燃燒，由其燃燒產(chǎn)生的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生高壓高溫的燃氣，燃氣的膨脹推動活塞做功，再利用曲柄連桿機構(gòu)或者其他機構(gòu)將機械能輸出，使從動機械運轉(zhuǎn)。柴油機和汽油機是生活中常見的，其在工作過程中將內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，即通過做功改變內(nèi)能。

旋轉(zhuǎn)葉輪式發(fā)動機在工作時，其工質(zhì)直接推動安裝在軸上的葉輪來帶動軸旋轉(zhuǎn)并向外界輸出動力。例如噴氣式發(fā)動機是將吸入的空氣進行壓縮，然后與燃料混合進行燃燒，進而產(chǎn)生強大的反作用力來推動飛機高速飛行。

冷卻方式

把水當(dāng)作傳熱介質(zhì)，將加熱機構(gòu)的熱量散發(fā)到大氣中，稱為水冷內(nèi)燃機。被加熱部件的熱量利用空氣直接分散到大氣中，稱為風(fēng)冷內(nèi)燃機。

優(yōu)點及缺點

優(yōu)點

熱效率高，即油耗率低，經(jīng)濟性好。增壓柴油機的最高熱效率可達46%。而蒸氣機僅有11~16%。
功率范圍廣，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，尺寸小。最小的內(nèi)燃機功率不到0.73千瓦，最大的內(nèi)燃機功率可達34000千瓦。
啟動快、操作簡單。一般情況下，汽油機或者柴油機能夠在3~5秒內(nèi)啟動，并且在短時間內(nèi)就可以達到全負荷運轉(zhuǎn)。

缺點

噪聲大，排放出的污染氣體較多。一般來說燃料在內(nèi)燃機中氧化燃燒后排出二氧化碳和水蒸氣，還有微量的
及
，其中二氧化碳是主要的溫室氣體。
對燃料的要求高。內(nèi)燃機直接燃燒的燃料僅限于氣體燃料和液體燃料，并且以液體燃料為主。
結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件需要較高的加工精度。

應(yīng)用領(lǐng)域

隨著工業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自從有了柴油機，鐵路運營比以前更加方便，在各國也逐漸普及。柴油內(nèi)燃機也裝載在車輛、船舶和其他交通工具上，得到了廣泛的應(yīng)用。噴氣式發(fā)動機和燃氣輪機具有尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、振動小、扭矩特性小的優(yōu)點，所以是航空領(lǐng)域中主要的動力裝置。由于內(nèi)燃機主要是依靠燃料在氣缸內(nèi)的直接燃燒而產(chǎn)生巨大的能量來推動活塞做功，所以其在礦山、建筑等領(lǐng)域的工程機械中也得到了廣泛地應(yīng)用。盡管所有國家都在大力發(fā)展核燃氣輪機動力裝置，但柴油發(fā)動機在輕型船舶中仍然占主導(dǎo)地位。核潛艇、導(dǎo)彈艇、魚雷艇、巡邏艇、掃雷艇、登陸艇和大多數(shù)常規(guī)潛艇及輔助艦艇中仍然使用柴油機作為主要動力，只有少數(shù)水面艦艇使用柴-燃組合裝置。除此以外，農(nóng)業(yè)如果想邁入機械化和集約化，其內(nèi)燃機的應(yīng)用將會是必不可少的推力，也是必不可少的一個環(huán)節(jié)。

環(huán)境污染

排放污染

內(nèi)燃機產(chǎn)生污染的來源主要包含CO、HC、

、

、碳煙以及鉛化合物等等。CO是一種無色無味的有毒氣體，

包含一氧化氮和二氧化氮，其都會對人體造成危害，HC則不僅僅對人眼和呼吸系統(tǒng)有刺激作用，其對農(nóng)作物也有害。

噪聲污染

內(nèi)燃機的噪聲污染污染主要是物理污染，其來源于燃料的燃燒過程、氣體流動以及機械傳動三方面。噪聲會對人的生理及心理健康造成危害，高強度的噪聲甚至?xí)ㄖ锂a(chǎn)生破壞，例如噴氣式飛機的噪聲能夠震碎附近建筑物的玻璃。

發(fā)展動向

現(xiàn)代內(nèi)燃機產(chǎn)品不再是傳統(tǒng)意義上的機械產(chǎn)品，它融合了機械和電子技術(shù)，形成了技術(shù)密集型的高科技產(chǎn)品。在石油資源短缺和環(huán)境惡化日益嚴峻的形勢下，節(jié)能和環(huán)保成為21世紀(jì)內(nèi)燃機面臨的兩大挑戰(zhàn)，關(guān)系到內(nèi)燃機的生存和發(fā)展，因此如何提高動力性、經(jīng)濟性和減少排放是內(nèi)燃機研究的首要任務(wù)。未來的內(nèi)燃機發(fā)展不僅僅會趨于低能耗、低污染，還會趨向于智能化。21世紀(jì)是”電子技術(shù)“廣泛應(yīng)用的時代，由于電子技術(shù)的控制面更廣，具有更高的精度，可以大大提高內(nèi)燃機的工作效率，所以內(nèi)燃機的電控技術(shù)勢必會伴隨著電子技術(shù)的發(fā)展得到進一步提升。

內(nèi)燃機相關(guān)的文章

菊屬（桔梗目菊科下的屬）

菊屬（學(xué)名：Dendranthema (DC.) Des Moul.）英名：Florists Chrysanthemum，菊科的一屬。約100種，多可供觀賞，主要原產(chǎn)舊大陸亞熱帶及溫帶地區(qū)。栽培種的頭狀花序較野生種大得多。該屬多數(shù)植物葉芳香，互生。頭狀花序上盤花和邊花同時存在或缺邊花。受人喜愛的觀賞

湯學(xué)忠（中國公路自行車運動員）

湯學(xué)忠（1969年3月31日－），中國公路自行車運動員，北京亞運會自行車男子公路計時賽178公里個人冠軍得主。

拿破侖·波拿巴（法蘭西第一帝國建立者）

拿破侖·波拿巴（Napoléon Bonaparte，1769年8月15日-1821年5月5日），拿破侖一世，出生于科西嘉島，創(chuàng)立法蘭西第一帝國，是十九世紀(jì)法國偉大的軍事家、政治家、法學(xué)家，執(zhí)政期間被稱為“法國人的皇帝”。

埃及鎊（埃及的流通貨幣）

埃及鎊是埃及的官方貨幣，其紙幣單位為埃及鎊，輔幣單位為皮阿斯特。1埃及鎊可以兌換0.383至0.4326元人民幣，硬幣種類有1、5、10的皮阿斯特，紙幣有分5、10、25、50的皮阿斯特及1、5、10、20、50、100的埃及鎊。1鎊等于100皮亞斯特或1000米利姆。自2022年7月6日起，新的1

波波娜水電站

波波娜水電站，位于新疆和田地區(qū)的郎如鄉(xiāng)和烏魯瓦提水利樞紐下游的喀拉喀什河上，工程由攔河壩、泄水建筑物和發(fā)電引水系統(tǒng)及電站廠房等主要建筑物組成。