标题：往复活塞式内燃机
基本结构
往复活塞式内燃机的工作腔称作气缸，气缸内表面为圆柱形。在气缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。因此，当活塞在气缸内作往复运动时，连杆便推动曲轴旋转，或者相反。同时，工作腔的容积也在不断的由最小变到最大，再由最大变到最小，如此循环不已。气缸的顶端用气缸盖封闭。在气缸盖上装有进气门和排气门，进、排气门是头朝下尾朝上倒挂在气缸顶端的。通过进、排气门的开闭实现向气缸内充气和向气缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴控制。凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮或链条驱动。进、排气门和凸轮轴以及其他一些零件共同组成配气机构。通常称这种结构形式的配气机构为顶置气门配气机构。现代汽车内燃机无一例外地都采用顶置气门配气机构。构成气缸的零件称作气缸体，支承曲轴的零件称作曲轴箱，气缸体与曲轴箱的连铸体称作机体。
基本术语
工作循环
活塞式内燃机的工作循环是由进气、压缩、做功和排气等四个工作过程组成的封闭过程。周而复始地进行这些过程，内燃机才能持续地作功
上、下止点
活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点。在上、下止点处，活塞的运动速度为零。
活塞行程
上、下止点间的距离 S 称为活塞行程。曲轴的回转半径 R 称为曲柄半径。显然，曲轴每回转一周，活塞移动两个活塞行程。对于气缸中心线通过曲轴回转中心的内燃机，其 S=2R 。
气缸工作容积
上、下止点间所包容的气缸容积称为气缸工作容积。
内燃机排量
内燃机所有气缸工作容积的总和称为内燃机排量。
燃烧室容积
活塞位于上止点时，活塞顶面以上气缸盖底面以下所形成的空间称为燃烧室，其容积称为燃烧室容积，也叫压缩容积。
气缸总容积
气缸工作容积与燃烧室容积之和为气缸总容积。
压缩比
气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比 e 。 压缩比的大小表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内的气体被压缩的程度。压缩比越大，压缩终了时气缸内的气体压力和温度就越高。?
工况
内燃机在某一时刻的运行状况简称工况，以该时刻内燃机输出的有效功率和曲轴转速表示。曲轴转速即为内燃机转速。
负荷率
内燃机在某一转速下发出的有效功率与相同转速下所能发出的最大有效功率的比值称为负荷率，以百分数表示。负荷率通常简称负荷。
四冲程汽油机工作原理
四冲程往复活塞式内燃机在四个活塞行程内完成进气、压缩、作功和排气等四个过程，即在一个活塞行程内只进行一个过程。因此，活塞行程可分别用四个过程命名。
1.进气行程 
活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时排气门关闭，进气门开启。在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内形成一定的真空度。空气和汽油的混合物通过进气门被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。??
2.压缩行程?
进气行程结束后，曲轴继续带动活塞由下止点移至上止点。这时，进、排气门均关闭。随着活塞移动，气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压缩，其压力和温度同时升高。
3.作功行程
压缩行程结束时，安装在气缸盖上的火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃，火焰迅速传遍整个燃烧室，同时放出大量的热能。燃烧气体的体积急剧膨胀，压力和温度迅速升高。在气体压力的作用下，活塞由上止点移至下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。这时，进、排气门仍旧关闭。??
4.排气行程?
排气行程开始，排气门开启，进气门仍然关闭，曲轴通过连杆带动活塞由下止点移至上止点，此时膨胀过后的燃烧气体(或称废气)在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸之外。当活塞到达上止点时，排气行程结束，排气门关闭。
四冲程柴油机工作原理
四冲程柴油机的工作循环同样包括进气、压缩、作功和排气等四个过程，在各个活塞行程中，进、排气门的开闭和曲柄连杆机构的运动与汽油机完全相同。只是由于柴油和汽油的使用性能不同，使柴油机和汽油机在混合气形成方法及着火方式上有着根本的差别。
1.进气冲程
在柴油机进气行程中，被吸入气缸的只是纯净的空气。
2.压缩冲程
因为柴油机的压缩比大，所以压缩行程终了时气体压力高。
3.做功冲程
在压缩行程结束时，喷油泵将柴油泵入喷油器，并通过喷油器喷入燃烧室。因为喷油压力很高，喷孔直径很小，所以喷出的柴油呈细雾状。细微的油滴在炽热的空气中迅速蒸发汽化，并借助于空气的运动，迅速与空气混合形成可燃混合气。由于气缸内的温度远高于柴油的自燃点，因此柴油随即自行着火燃烧。燃烧气体的压力、温度迅速升高，体积急剧膨胀。在气体压力的作用下，活塞推动连杆，连杆推动曲轴旋转作功。
4.排气冲程
排气行程开始，排气门开启，进气门仍然关闭，燃烧后的废气排出气缸。
二冲程汽油机工作原理
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二冲程内燃机的工作循环是在两个活塞行程即曲轴旋转一周的时间内完成的。在四冲程内燃机中，常把排气过程和进气过程合称为换气过程。在二冲程内燃机中换气过程是指废气从气缸内被新气扫除并取代的过程。这两种内燃机工作循环的不同之处主要在于换气过程。?
1.第一行程?活塞在曲轴带动下由下止点移至上止点。?
当活塞还处于下止点时，进气孔被活塞关闭，排气孔和扫气孔开启。这时曲轴箱内的可燃混合气经扫气孔进入气缸，扫除其中的废气。随着活塞向上止点运动，活塞头部首先将扫气孔关闭，扫气终止。但此时排气孔尚未关闭，仍有部分废气和可燃混合气经排气孔继续排出，称其为额外排气。当活塞将排气孔也关闭之后，气缸内的可燃混合气开始被压缩。直至活塞到达上止点，压缩过程结束。?
2.第二行程?活塞由上止点移至下止点。?
在压缩过程终了时，火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃。燃烧气体膨胀作功。此时排气孔和扫气孔均被活塞关闭，惟有进气孔仍然开启。空气和汽油经进气孔继续流入曲轴箱，直至活塞裙部将进气孔关闭为止。随着活塞继续向下止点运动，曲轴箱容积不断缩小，其中的混合气被预压缩。此后，活塞头部先将排气孔开启，膨胀后的燃烧气体已成废气，经排气孔排出。至此作功过程结束，开始先期排气。随后活塞又将扫气孔开启，经过预压缩的可燃混合气从曲轴箱经扫气孔进入气缸，扫除其中的废气，开始扫气过程。这一过程将持续到下一个活塞行程中扫气孔被关闭时为止。?
二冲程柴油机工作原理
1．第一行程?活塞由下止点移至上止点。
当活塞还处于下止点位置时，进气孔和排气门均已开启。扫气泵将纯净的空气增压到0.12～0.14MPa后，经空气室和进气孔送入气缸，扫除其中的废气。废气经气缸顶部的排气门排出。当活塞上移将进气孔关闭的同时，排气门也关闭，进入气缸内的空气开始被压缩。活塞运动至上止点，压缩过程结束。
2．第二行程?活塞由上止点移至下止点。
当压缩过程终了时，高压柴油经喷油器喷入气缸，并自行着火燃烧。高温高压的燃烧气体推动活塞作功。当活塞下移2/3行程时，排气门开启，废气经排气门排出。活塞继续下移，进气孔开启，来自扫气泵的空气经进气孔进入气缸进行扫气。扫气过程将持续到活塞上移时将进气孔关闭为止。
汽油机与柴油机的比较
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四冲程汽油机与四冲程柴油机的共同点是：
1)每个工作循环都包含进气、压缩、作功和排气等四个活塞行程，每个行程各占180°曲轴转角，即曲轴每旋转两周完成一个工作循环。?
2)四个活塞行程中，只有一个作功行程，其余三个是耗功行程。显然，在作功行程曲轴旋转的角速度要比其他三个行程时大得多，即在一个工作循环内曲轴的角速度是不均匀的。为了改善曲轴旋转的不均匀性，可在曲轴上安装转动惯量较大的飞轮或采用多缸内燃机并使其按一定的工作顺序依次进行工作。?
两者不同之处是：?
1)汽油机的可燃混合气在气缸外部开始形成并延续到进气和压缩行程终了，时间较长。柴油机的可燃混合气在气缸内部形成，从压缩行程接近终了时开始，并占小部分作功行程，时间很短。?
2)汽油机的可燃混合气用电火花点燃，柴油机则是自燃。所以又称汽油机为点燃式内燃机，称柴油机为压燃式内燃机。?
二冲程与四冲程内燃机比较
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1)曲轴每转一周完成一个工作循环，作功一次。当曲轴转速相同时，二冲程内燃机单位时间的作功次数是四冲程内燃机的两倍。由于曲轴每转一周作功一次，因此曲轴旋转的角速度比较均匀。?
2)二冲程内燃机的换气过程时间短，仅为四冲程内燃机的1/3左右。另外，进、排气过程几乎同时进行，利用新气扫除废气，新气可能流失，废气也不易清除干净。因此，二冲程内燃机的换气质量较差。?
3)曲轴箱换气式二冲程内燃机因为没有进、排气门，而使结构大为简化。?
传输机构发展综述
曲柄连杆机构的缺陷、能源危机，加上近些年来出现的许多新技术、新传动部件等激发了研究者新的灵感，国内外许多学者也一直热衷对内燃机功率进行研究。曲柄连杆机构及其派生类曲柄连杆机构把活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动的必要条件是L ≥ R + e，式中 L 为连杆长度，R 为曲柄半径，e 为偏心距。曲柄连杆机构的轴向组合即为直列多缸结构，径向组合则有水平对置、V 型、W 型、X 型和星型结构，这些结构都已成熟地应用在商品生产中。近年来，曲柄连杆的派生类如无连杆类、双曲柄连杆机构、多连杆机构等由于其独特的优点引起了国内外研究者的广泛关注。
（1）无连杆类；（2）双曲柄连杆机构；（3）多连杆机构；（4）内摆线传动机构。筒型类筒型内燃机已有批量生产的机型，这种内燃机的气缸中心线与转轴中心线平行并呈筒状布置，应用空间结构变活塞的往复运动为轴的转动，又称为轴向活塞式内燃机。在相近功率、转速、缸径、缸数等条件下，与常规内燃机对比，筒形内燃机单位功率质量可以减小 50%~60%，其截面积是前者的三分之一，因此在航空、水中兵器等对内燃机重量、体积要求苛刻的领域成为人们关注的焦点。筒形内燃机存在的问题是机组功率受缸数限制，在一个横截面内不宜缸数过多。
筒型内燃机通过采用输出功率的转动轴与活塞运动轴线平行的机构产生动力，可以被设计成转轴式、转缸式或缸轴同时相对旋转式。实现此类功能的核心机构有几类，主要有凸轮式内燃机、斜盘式内燃机、摆盘式内燃机等。
端面凸轮式：凸轮活塞内燃机气缸轴线与凸轮轴（输出轴）轴线平行，使用双头活塞，中间是空间凸轮轴。通过活塞往复运动使得推杆推动凸轮轴旋转。凸轮活塞内燃机的活塞完成一个工作循环主轴仅仅旋转一周，所以可以用主轴直接带动气门的开闭。活塞通过滚轮推动端面凸轮使轴旋转，在 MK-46 鱼雷内燃机上有应用。
斜盘式]：斜盘与轴刚性连接一起转动，有单斜盘或双斜盘式。它们在液压泵，汽油机，热气机上有应用。
摆盘式：活塞推动摆盘做滚摆运动，从而带动 Z 字型弯轴旋转，在压气机，热气机上有应用。齿条-齿轮类齿条-齿轮类方案由来已久，兰诺研制成的第一台煤气机便以齿条-齿轮作为功率传输机构。100 多年来，齿条传动形式不断得到丰富和发展，其应用于内燃机功率传输机构的技术瓶颈也逐步有了一些解决措施。