内燃机

内燃机（Internal combution engine  ），是动力机的一种，它是在机器中燃烧燃料，将释放的热能直接转化为动力的热机。一台完整的内燃机可以根据不同的类型包括曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统、启动系统、进气道和压缩机、燃烧室和涡轮、喷管和加力燃烧室等。同时，内燃机热效率高，即油耗低、经济性好、功率范围广、结构紧凑、重量轻、启动快、操作简单等优点，在水陆交通、航空动力、工程机械、它已广泛应用于军用船舶和农业机械。此外，内燃机在工作时还会产生排放污染和噪声污染，因此需要相应发展。 

内燃机主要包括汽油机和柴油机，其中汽油机由”两大机构、五大系统“分别组成曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统和起动系统。柴油机由”两大机构、四大系统“组成（不包含点火系统）牛顿公司生产的内燃机根据第三定律，喷气发动机的结构主要包括进气口、压气机、燃烧室与涡轮、喷管和加力燃烧室。

曲柄连杆机构

内燃机的主要运动机构之一是曲柄连杆机构，它将作用在活塞上的力转化为曲轴输出的扭矩，将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动，从而带动汽车车轮的转动。具体而言，柴油发动机中的曲柄连杆机构主要由主体组构成、活塞连杆组、曲轮飞轮组、平衡机构所构成。

机体组

发动机缸体由缸体组成、汽缸套、气缸垫和气缸套。

汽缸体

气缸体是整个内燃机的骨架，一般由铸铁制成。曲轴等许多重要零件、凸轮轴、调速器、平衡机构、机油滤清器水箱和油箱都装在上面。内燃机工作时，活塞会在缸套内做往复直线运动，所以缸套是燃油膨胀燃烧的区域。因为它承受内燃机燃烧产生的高压、高温，同时与活塞环发生摩擦，因此为了获得优异的耐磨性和高强度，它一般由优质合金铸铁制成。

气缸套

气缸套通常与气缸体是一体的、干式、湿式有三种，干式气缸套的外表面不会直接接触冷却水，而湿式气缸套的外表面会直接接触冷却水。

气缸盖

气缸盖用于密封气缸顶部，一般由铸铁制成。相应的孔和表面将在进气门的内表面和外表面上加工、排气门、喷油器、摇臂排气管和空气滤清器的安装。

气缸垫

气缸垫是为了保持气缸盖和气缸垫紧密结合，因此通常安装在它们之间以防止漏水、漏气现象的发生。

活塞连杆组

活塞

活塞包括活塞顶部、活塞头部、活塞裙和活塞槽。气缸内的气体压力大部分由活塞承担，压力通过活塞销传递给连杆，使曲轴旋转气缸盖、气缸壁也将与活塞顶部形成一个燃烧室。由于活塞工作时与高温气体直接接触，承受的气体压力也很大，因此要求有足够的强度和刚度来可靠地传递力、良好的导热性和耐高温性、高压，耐磨，重量轻，以尽量减少往复惯性力。

活塞环

活塞环可分为气环和油环。气环和活塞共同确保气缸壁和活塞之间的密封，以防止大量高温高压气体从曲轴箱中泄漏出来。油环将机油均匀分布在气缸壁上，刮掉多余的机油并使其流回曲轴箱，从而减少机油消耗，达到减少活塞组与气缸壁之间摩擦的目的。活塞环在高温、高压、高速工作时润滑条件差，因此要求它们具有良好的弹性和耐磨性以及对气缸壁的低磨损。所以活塞环多采用合金铸铁，第一气环多采用镀铬或喷钼处理。

活塞销

活塞销通常用于连接连杆的小端和活塞，并将活塞上的气体压力传递给连杆一般由低碳合金钢或低碳钢制成，其中心孔可分为圆柱体、两段截锥以及一段圆柱体和两段截锥的组合等。此外，活塞销的连接方式可分为全浮动和半浮动。

连杆组

连杆是将活塞承受的力传递给曲轴的部件，使活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。连杆由连杆小头、连杆大头和杆体，其中连杆大头与曲轴的连杆轴颈连接，分为整体式和分体式（平分或斜分）两种。V型发动机的连杆结构通常分为主连杆和副连杆、平行连杆和叉形连杆。

曲轮飞轮组

曲轴

曲轴是发动机的重要部件，其作用是承受连杆传递的力，从而形成绕自身轴线旋转的扭矩，再通过飞轮作为车辆的动力输出。此外，它还用来驱动发动机的配气机构和其他辅助设备，包括风扇、发电机、转向油泵、空调压缩机、冷却水泵等。

飞轮

飞轮是铸铁圆盘，外缘镶嵌优质中碳钢齿圈，转动惯量大。飞轮的作用是在发动机的做功冲程中储存曲轴的部分能量，以便在其他冲程中克服各种阻力，使曲柄连杆机构走过去、下止点确保曲轴的角速度和输出扭矩尽可能一致；同时，它使发动机能够克服短期过载。此外，飞轮常被用作摩擦离合器的驱动部件。

平衡机构

其实内燃机的平衡就是想办法在内部尽可能地平衡旋转惯性力和往复惯性力，从而减少振动，减轻轴承的负荷。

单缸机的平衡

在新系列内燃机中，平衡效果较好的一种平衡方式是双轴式，一般用于1105型、190型、在195柴油机上。

两缸机的平衡

双缸发动机的平衡模式可分为：配重安装在飞轮和皮带轮上或曲柄上。

三缸机的平衡

三缸机通常在一、在三缸机的曲柄上增加配重称为部分平衡法。

四缸机的平衡

四缸发动机通常在曲柄上有一个平衡块，主要用来消除曲轴的附加载荷。

配气机构

配气机构的作用是根据发动机每个气缸的工作循环和点火顺序有规律地打开和关闭进气口、排气阀，以便新鲜可燃混合气体（汽油机）或空气（柴油机）及时入缸，及时排出废气。同时，当阀门关闭时，钢瓶内的高压气体可以被密封。目前，应用最广泛的配气机构是阀门—凸轮式配气机构，简称阀式配气机构。

燃料供给系统

燃油供给系统是内燃机中的一项关键技术，主要是将空气和燃油按比例混合以获得最佳燃烧反应。柴油机和汽油机有两种完全不同的混合气形成形式。该系统主要包括喷油器、喷油器、输油泵、调速器、燃烧室等。柴油机采用燃油和空气在缸内相遇混合的内部混合气形成方式，缸外分别有一个供气系统和一个供油系统。汽油发动机采用空气和燃料在气缸外相遇的外部混合气形成方式，将它们均匀混合成理想比例的可燃混合气，然后输送到气缸内。

冷却系统

内燃机中的冷却系统主要用于冷却内部的高温部件，使它们的热量能够迅速扩散到大气中。冷却系统可分为风冷系统和水冷系统。空气冷却系统直接将高温部件的热量扩散到大气中。空气冷却系统的主要部件有：风扇、温度调节装置和圆顶等。一般来说，吹风冷却是风冷内燃机的首选，只有少部分内燃机因为整体布局而选择吸气冷却。水冷系统首先将高温部件的热量传递给水，然后水将其扩散到大气中。水冷系统广泛应用于装载机械，其主要部件如下：水泵、风扇、分水管、铸造在气缸和气缸盖中的散热器和水套。

润滑系统

内燃机的润滑系统主要包括机油泵、油底壳、机油滤清器、集滤器等部件。它的作用是在内燃机工作时清洁足够的润滑油（或称为机油）不断输送到运动零件的摩擦面，在摩擦面之间形成油膜，实现液体润滑，从而降低摩擦阻力功耗和零件磨损，达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的。根据内燃机各运动部件的不同工况，可以采用不同的润滑方式：飞溅润滑、压力润滑、润滑脂润滑。

点火系统

点火系统是汽油发动机上的一个独特系统，其主要部件包括：蓄电池、点火开关、点火线圈、火花塞等。它的主要作用是以一定的时间间隔向气缸内加入电火花，点燃其中的可燃混合物，点火方式也是从最早的万磁王开始、热管点火、电池点火已经发展到今天的电子点火。

启动系统

中小型内燃机可用汽油或人力起动、电动机启动和辅助发电机启动。启动系统的主要组件包括：蓄电池、起动机和起动机继电器等。它的主要功能是启动静止的内燃机，使其进入自运行状态。

内燃机

进气道与压气机

进气道和压气机是涡喷发动机的主要结构，其中压气机由相互交错的定子叶片和转子叶片组成。它们的主要作用是在空气进入压缩机之前，将空气调节到可以使发动机正常运转的状态。

燃烧室与涡轮

空气经压缩机压缩后将进入燃烧室与煤油混合燃烧，其中压缩机和涡轮的转速相同。

喷管和加力燃烧室

喷嘴的形状和结构决定了最终的排气气流状态。

燃料及氧化剂

内燃机对燃料的要求更高。它仅限于气体燃料和液体燃料，而且主要是液体燃料。煤、木炭木柴等固体燃料燃烧后灰分高，不宜直接用作内燃机燃料。其中，火箭喷气发动机不同于其他类型的内燃机因为它需要在大气层外的真空环境中工作，所以无法从周围环境中吸收氧气它有自己的燃料和氧化剂，依靠氧化剂支持燃烧。

气体燃料

主要含有工业气体、天然气、从动植物废料中提取的液化石油气和甲烷等。由于气体燃料通常在资源丰富的地区生产，因此为了节省存储成本，气体燃料通常用于固定式内燃机。

液体燃料

内燃机使用的液体燃料主要是汽油和柴油，也包括甲醇、乙醇（酒精）重油和一些动植物油被用作替代燃料，但这些替代燃料的使用效果往往比柴油和汽油差，因此这些替代燃料一般不会单独使用。

氧化剂

内燃机的氧化剂可分为空气、氧气和硝酸，大多数内燃机使用空气作为氧化剂，而火箭喷气发动机使用液态空气、液氧和硝酸用作氧化剂。

能量转换

活塞式内燃机主要是混合空气和燃料，使其在气缸内燃烧其燃烧产生的热能使气缸产生高压高温气体气体的膨胀推动活塞做功，然后通过曲柄连杆机构或其他机构输出机械能，使被驱动的机械运转。柴油发动机和汽油发动机在生活中很常见，它们在工作过程中将内能转化为机械能，即通过做功改变内能。

旋转叶轮发动机工作时，其工作介质直接推动安装在轴上的叶轮，带动轴旋转并向外界输出动力。例如，喷气式发动机将吸入的空气压缩，然后与燃料混合燃烧，然后产生强大的反作用力推动飞机高速飞行。

冷却方式

以水作为传热介质并将加热机构的热量辐射到大气中的称为水冷式内燃机。被加热部件的热量通过空气直接散发到大气中，这被称为风冷内燃机。

优点

热效率高，即油耗低，经济性好。增压柴油机的最高热效率可达46%而蒸汽机只有11~16个%

功率范围宽结构紧凑重量轻体积小。最小内燃机功率小于0.73千瓦，内燃机最大功率可达34万千瓦。

启动快、操作简单。一般来说，汽油发动机或柴油发动机可以在35秒内启动，并且它可以在短时间内满负荷运行。

缺点

噪音大，排放更多的污染气体。一般来说，燃料在内燃机中氧化燃烧后，会排放二氧化碳和水蒸气，还有微量的二氧化碳，其中二氧化碳是主要的温室气体。

对燃料的要求高。内燃机的直接燃烧燃料仅限于气体燃料和液体燃料，以液体燃料为主。

结构复杂，零件加工精度要求高。

随着工业科技的发展，铁路运行比以前更加方便，在各国逐渐普及。柴油内燃机也装载在车辆上、轮船和其他交通工具已经被广泛使用。喷气式发动机和燃气轮机体积很小、重量轻、结构简单、振动小、转矩小的特点，所以是航空领域的主要动力装置。由于内燃机主要依靠燃料在气缸内直接燃烧产生巨大能量推动活塞做功，因此用于矿山、它也被广泛应用于建筑和其他领域的工程机械。

虽然各国都在大力发展核能燃气轮机动力装置，但在轻型船舶中，柴油机仍占主导地位。核潜艇、导弹艇、鱼雷艇、巡逻艇、扫雷艇、在登陆舰和大多数常规潜艇及辅助舰艇中，柴油发动机仍被用作主要动力，只有少数水面舰艇使用木柴-燃组合装置。此外，农业要想进入机械化和集约化，其内燃机的应用将是不可或缺的推力和不可或缺的环节。