內燃機

內燃機（Internal combution engine  ），是動力機的一種，它是在機器中燃燒燃料，將釋放的熱能直接轉化為動力的熱機。一臺完整的內燃機可以根據不同的類型包括曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系統、冷卻系統、潤滑系統、點火系統、啟動系統、進氣道和壓縮機、燃燒室和渦輪、噴管和加力燃燒室等。同時，內燃機熱效率高，即油耗低、經濟性好、功率范圍廣、結構緊湊、重量輕、啟動快、操作簡單等優點，在水陸交通、航空動力、工程機械、它已廣泛應用于軍用船舶和農業機械。此外，內燃機在工作時還會產生排放污染和噪聲污染，因此需要相應發展。 

內燃機主要包括汽油機和柴油機，其中汽油機由”兩大機構、五大系統“分別組成曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系統、冷卻系統、潤滑系統、點火系統和起動系統。柴油機由”兩大機構、四大系統“組成（不包含點火系統）牛頓公司生產的內燃機根據第三定律，噴氣發動機的結構主要包括進氣口、壓氣機、燃燒室與渦輪、噴管和加力燃燒室。

曲柄連桿機構

內燃機的主要運動機構之一是曲柄連桿機構，它將作用在活塞上的力轉化為曲軸輸出的扭矩，將活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉運動，從而帶動汽車車輪的轉動。具體而言，柴油發動機中的曲柄連桿機構主要由主體組構成、活塞連桿組、曲輪飛輪組、平衡機構所構成。

機體組

發動機缸體由缸體組成、汽缸套、氣缸墊和氣缸套。

汽缸體

氣缸體是整個內燃機的骨架，一般由鑄鐵制成。曲軸等許多重要零件、凸輪軸、調速器、平衡機構、機油濾清器水箱和油箱都裝在上面。內燃機工作時，活塞會在缸套內做往復直線運動，所以缸套是燃油膨脹燃燒的區域。因為它承受內燃機燃燒產生的高壓、高溫，同時與活塞環發生摩擦，因此為了獲得優異的耐磨性和高強度，它一般由優質合金鑄鐵制成。

氣缸套

氣缸套通常與氣缸體是一體的、干式、濕式有三種，干式氣缸套的外表面不會直接接觸冷卻水，而濕式氣缸套的外表面會直接接觸冷卻水。

氣缸蓋

氣缸蓋用于密封氣缸頂部，一般由鑄鐵制成。相應的孔和表面將在進氣門的內表面和外表面上加工、排氣門、噴油器、搖臂排氣管和空氣濾清器的安裝。

氣缸墊

氣缸墊是為了保持氣缸蓋和氣缸墊緊密結合，因此通常安裝在它們之間以防止漏水、漏氣現象的發生。

活塞連桿組

活塞

活塞包括活塞頂部、活塞頭部、活塞裙和活塞槽。氣缸內的氣體壓力大部分由活塞承擔，壓力通過活塞銷傳遞給連桿，使曲軸旋轉氣缸蓋、氣缸壁也將與活塞頂部形成一個燃燒室。由于活塞工作時與高溫氣體直接接觸，承受的氣體壓力也很大，因此要求有足夠的強度和剛度來可靠地傳遞力、良好的導熱性和耐高溫性、高壓，耐磨，重量輕，以盡量減少往復慣性力。

活塞環

活塞環可分為氣環和油環。氣環和活塞共同確保氣缸壁和活塞之間的密封，以防止大量高溫高壓氣體從曲軸箱中泄漏出來。油環將機油均勻分布在氣缸壁上，刮掉多余的機油并使其流回曲軸箱，從而減少機油消耗，達到減少活塞組與氣缸壁之間摩擦的目的。活塞環在高溫、高壓、高速工作時潤滑條件差，因此要求它們具有良好的彈性和耐磨性以及對氣缸壁的低磨損。所以活塞環多采用合金鑄鐵，第一氣環多采用鍍鉻或噴鉬處理。

活塞銷

活塞銷通常用于連接連桿的小端和活塞，并將活塞上的氣體壓力傳遞給連桿一般由低碳合金鋼或低碳鋼制成，其中心孔可分為圓柱體、兩段截錐以及一段圓柱體和兩段截錐的組合等。此外，活塞銷的連接方式可分為全浮動和半浮動。

連桿組

連桿是將活塞承受的力傳遞給曲軸的部件，使活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉運動。連桿由連桿小頭、連桿大頭和桿體，其中連桿大頭與曲軸的連桿軸頸連接，分為整體式和分體式（平分或斜分）兩種。V型發動機的連桿結構通常分為主連桿和副連桿、平行連桿和叉形連桿。

曲輪飛輪組

曲軸

曲軸是發動機的重要部件，其作用是承受連桿傳遞的力，從而形成繞自身軸線旋轉的扭矩，再通過飛輪作為車輛的動力輸出。此外，它還用來驅動發動機的配氣機構和其他輔助設備，包括風扇、發電機、轉向油泵、空調壓縮機、冷卻水泵等。

飛輪

飛輪是鑄鐵圓盤，外緣鑲嵌優質中碳鋼齒圈，轉動慣量大。飛輪的作用是在發動機的做功沖程中儲存曲軸的部分能量，以便在其他沖程中克服各種阻力，使曲柄連桿機構走過去、下止點確保曲軸的角速度和輸出扭矩盡可能一致；同時，它使發動機能夠克服短期過載。此外，飛輪常被用作摩擦離合器的驅動部件。

平衡機構

其實內燃機的平衡就是想辦法在內部盡可能地平衡旋轉慣性力和往復慣性力，從而減少振動，減輕軸承的負荷。

單缸機的平衡

在新系列內燃機中，平衡效果較好的一種平衡方式是雙軸式，一般用于1105型、190型、在195柴油機上。

兩缸機的平衡

雙缸發動機的平衡模式可分為：配重安裝在飛輪和皮帶輪上或曲柄上。

三缸機的平衡

三缸機通常在一、在三缸機的曲柄上增加配重稱為部分平衡法。

四缸機的平衡

四缸發動機通常在曲柄上有一個平衡塊，主要用來消除曲軸的附加載荷。

配氣機構

配氣機構的作用是根據發動機每個氣缸的工作循環和點火順序有規律地打開和關閉進氣口、排氣閥，以便新鮮可燃混合氣體（汽油機）或空氣（柴油機）及時入缸，及時排出廢氣。同時，當閥門關閉時，鋼瓶內的高壓氣體可以被密封。目前，應用最廣泛的配氣機構是閥門—凸輪式配氣機構，簡稱閥式配氣機構。

燃料供給系統

燃油供給系統是內燃機中的一項關鍵技術，主要是將空氣和燃油按比例混合以獲得最佳燃燒反應。柴油機和汽油機有兩種完全不同的混合氣形成形式。該系統主要包括噴油器、噴油器、輸油泵、調速器、燃燒室等。柴油機采用燃油和空氣在缸內相遇混合的內部混合氣形成方式，缸外分別有一個供氣系統和一個供油系統。汽油發動機采用空氣和燃料在氣缸外相遇的外部混合氣形成方式，將它們均勻混合成理想比例的可燃混合氣，然后輸送到氣缸內。

冷卻系統

內燃機中的冷卻系統主要用于冷卻內部的高溫部件，使它們的熱量能夠迅速擴散到大氣中。冷卻系統可分為風冷系統和水冷系統。空氣冷卻系統直接將高溫部件的熱量擴散到大氣中。空氣冷卻系統的主要部件有：風扇、溫度調節裝置和圓頂等。一般來說，吹風冷卻是風冷內燃機的首選，只有少部分內燃機因為整體布局而選擇吸氣冷卻。水冷系統首先將高溫部件的熱量傳遞給水，然后水將其擴散到大氣中。水冷系統廣泛應用于裝載機械，其主要部件如下：水泵、風扇、分水管、鑄造在氣缸和氣缸蓋中的散熱器和水套。

潤滑系統

內燃機的潤滑系統主要包括機油泵、油底殼、機油濾清器、集濾器等部件。它的作用是在內燃機工作時清潔足夠的潤滑油（或稱為機油）不斷輸送到運動零件的摩擦面，在摩擦面之間形成油膜，實現液體潤滑，從而降低摩擦阻力功耗和零件磨損，達到提高發動機工作可靠性和耐久性的目的。根據內燃機各運動部件的不同工況，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

點火系統是汽油發動機上的一個獨特系統，其主要部件包括：蓄電池、點火開關、點火線圈、火花塞等。它的主要作用是以一定的時間間隔向氣缸內加入電火花，點燃其中的可燃混合物，點火方式也是從最早的萬磁王開始、熱管點火、電池點火已經發展到今天的電子點火。

啟動系統

中小型內燃機可用汽油或人力起動、電動機啟動和輔助發電機啟動。啟動系統的主要組件包括：蓄電池、起動機和起動機繼電器等。它的主要功能是啟動靜止的內燃機，使其進入自運行狀態。

內燃機

進氣道與壓氣機

進氣道和壓氣機是渦噴發動機的主要結構，其中壓氣機由相互交錯的定子葉片和轉子葉片組成。它們的主要作用是在空氣進入壓縮機之前，將空氣調節到可以使發動機正常運轉的狀態。

燃燒室與渦輪

空氣經壓縮機壓縮后將進入燃燒室與煤油混合燃燒，其中壓縮機和渦輪的轉速相同。

噴管和加力燃燒室

噴嘴的形狀和結構決定了最終的排氣氣流狀態。

燃料及氧化劑

內燃機對燃料的要求更高。它僅限于氣體燃料和液體燃料，而且主要是液體燃料。煤、木炭木柴等固體燃料燃燒后灰分高，不宜直接用作內燃機燃料。其中，火箭噴氣發動機不同于其他類型的內燃機因為它需要在大氣層外的真空環境中工作，所以無法從周圍環境中吸收氧氣它有自己的燃料和氧化劑，依靠氧化劑支持燃燒。

氣體燃料

主要含有工業氣體、天然氣、從動植物廢料中提取的液化石油氣和甲烷等。由于氣體燃料通常在資源豐富的地區生產，因此為了節省存儲成本，氣體燃料通常用于固定式內燃機。

液體燃料

內燃機使用的液體燃料主要是汽油和柴油，也包括甲醇、乙醇（酒精）重油和一些動植物油被用作替代燃料，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會單獨使用。

氧化劑

內燃機的氧化劑可分為空氣、氧氣和硝酸，大多數內燃機使用空氣作為氧化劑，而火箭噴氣發動機使用液態空氣、液氧和硝酸用作氧化劑。

能量轉換

活塞式內燃機主要是混合空氣和燃料，使其在氣缸內燃燒其燃燒產生的熱能使氣缸產生高壓高溫氣體氣體的膨脹推動活塞做功，然后通過曲柄連桿機構或其他機構輸出機械能，使被驅動的機械運轉。柴油發動機和汽油發動機在生活中很常見，它們在工作過程中將內能轉化為機械能，即通過做功改變內能。

旋轉葉輪發動機工作時，其工作介質直接推動安裝在軸上的葉輪，帶動軸旋轉并向外界輸出動力。例如，噴氣式發動機將吸入的空氣壓縮，然后與燃料混合燃燒，然后產生強大的反作用力推動飛機高速飛行。

冷卻方式

以水作為傳熱介質并將加熱機構的熱量輻射到大氣中的稱為水冷式內燃機。被加熱部件的熱量通過空氣直接散發到大氣中，這被稱為風冷內燃機。

優點

熱效率高，即油耗低，經濟性好。增壓柴油機的最高熱效率可達46%而蒸汽機只有11~16個%

功率范圍寬結構緊湊重量輕體積小。最小內燃機功率小于0.73千瓦，內燃機最大功率可達34萬千瓦。

啟動快、操作簡單。一般來說，汽油發動機或柴油發動機可以在35秒內啟動，并且它可以在短時間內滿負荷運行。

缺點

噪音大，排放更多的污染氣體。一般來說，燃料在內燃機中氧化燃燒后，會排放二氧化碳和水蒸氣，還有微量的二氧化碳，其中二氧化碳是主要的溫室氣體。

對燃料的要求高。內燃機的直接燃燒燃料僅限于氣體燃料和液體燃料，以液體燃料為主。

結構復雜，零件加工精度要求高。

隨著工業科技的發展，鐵路運行比以前更加方便，在各國逐漸普及。柴油內燃機也裝載在車輛上、輪船和其他交通工具已經被廣泛使用。噴氣式發動機和燃氣輪機體積很小、重量輕、結構簡單、振動小、轉矩小的特點，所以是航空領域的主要動力裝置。由于內燃機主要依靠燃料在氣缸內直接燃燒產生巨大能量推動活塞做功，因此用于礦山、它也被廣泛應用于建筑和其他領域的工程機械。

雖然各國都在大力發展核能燃氣輪機動力裝置，但在輕型船舶中，柴油機仍占主導地位。核潛艇、導彈艇、魚雷艇、巡邏艇、掃雷艇、在登陸艦和大多數常規潛艇及輔助艦艇中，柴油發動機仍被用作主要動力，只有少數水面艦艇使用木柴-燃組合裝置。此外，農業要想進入機械化和集約化，其內燃機的應用將是不可或缺的推力和不可或缺的環節。