引擎的构造.ppt

51104 胡睿憲 蒸汽機是最主要的外燃機。對於活塞式蒸汽機而言，它主要利用水蒸氣在低溫中冷凝產生的相對於大氣壓力的負壓、水在高溫下蒸發的壓力來推動活塞或是兩者兼具。紐可門製造的蒸汽機就屬於第一類，這類蒸汽機浪費了液態水轉化為蒸汽過程中的能量，壓力較小（不超過大氣壓），因而效率、動力都很低，但同是也很安全，不易發生爆炸。這類引擎一開始也只是在燃料豐富的煤礦內用作抽水。而增加了冷凝裝置的蒸汽機則把汽缸內蒸汽引導入冷凝器內進行冷凝而不用對汽缸整體進行冷卻。雙動式蒸汽機使用高壓蒸汽，通過換氣閥使高壓蒸汽從活塞的兩個方向輪流驅動活塞運動[11]。多漲式蒸汽機是將已經做過功，仍然有一定溫度的蒸汽導入到另一個活塞中繼續工作的一種活塞蒸汽機。對於旋轉式蒸汽機而言，利用高溫蒸汽的動能推動葉輪旋轉是其主要工作方式。現在火力發電站、核電站都普遍採用這種工作方式[12]。也可以經由太陽能加熱水來產生動力發電。[13]或者是裝載在船上作為船隻動力來源。 活塞內燃機的工作過程有四個步驟：吸氣、壓縮、燃燒、排氣。 內燃機工作時需要讓燃料和空氣在汽缸內燃燒。所以，必須要吸入空氣，並將其與燃料混合起來。這混合一過程可以發生在汽缸外，也可發生在汽缸內。以前，燃料依靠機械作用直接噴射，現在的引擎基本使用電子裝置控制噴射過程，這樣可以有利於引擎的工作過程更加平穩。引擎活塞的抽吸作用就足以吸入空氣，但是對於大功率引擎來說，飽和工作狀態下需要更多的空氣來輔助燃燒。這時就可以採用壓氣機來吸入更多的空氣。這一過程被稱為增壓，常見渦輪增壓主要為機械增壓與渦輪增壓。機械增壓就是利用電機或引擎本身動力帶動壓氣機運轉完成增壓過程，渦輪增壓則是利用引擎排出的高溫廢氣來帶動渦輪旋轉，再通過渦輪帶動壓氣機吸入更多空氣。由於渦輪增壓不需要浪費額外的能源就可增大引擎功率，現在已經廣泛運用在乘用車輛上。此外還有慣性增壓、氣波增壓、衝壓式增壓等不同的增壓原理。[18]需要在不同稀薄程度大氣中工作的航空引擎甚至採用多級增壓系統來滿足對空氣的需求。由於提升燃料供給只需增大泵給量即可，所以提升引擎的極限功率一般都是在增大進氣量上下功夫。例如著名的氮氧加速系統，就是通過向燃料與空氣的混合氣體中加入 除了應用在輕型摩托車、小型割草機等便攜工具上的小型、微內燃機外，大部分活塞式內燃機都為多缸引擎。汽缸根據排列方式不同，可分為直列式、V型、W型（可看為兩台V型引擎交錯）、星型（多用於航空引擎）、水平對置、X型、倒V型（多用於航空引擎）等。內燃機在工作過程中會隨著活塞的運動產生震動，將汽缸間的夾角加大將可有助於汽缸之間抵消相互運動。夾角增大到180度時就成了水平對置引擎，此種引擎是運行最穩定的引擎類型之一。[26]然而由於現在引擎設計和製造工藝和控制技術的進步，水平引擎的優勢已不如以前明顯。同時水平對置引擎還有會因為地球引力產生偏置磨損（活塞底部磨損更嚴重）等缺點，現已逐漸不再使用。航空星型引擎也具有良好的穩定性能，數個汽缸（一般為奇數）按圓周排列，共用同一個飛輪。然而製造工藝較為複雜，截面積也較大，不利於降低風阻。轉子引擎由德國汪克爾博士發明，採用不間斷旋轉方式運動。它利用轉子形腔的體積變化來完成壓縮、燃燒、做功、排氣四個過程[27]。最早使用在德國NSU（奧迪汽車前身之一）的RO 80車款上[28]。因為轉子引擎在工作過程中多個行腔分別完成不同的工作過程，因此對於單個轉子來說，燃燒做功是連續的。