新 型 内 燃 机 的 创 新 设 计
本科生课程考试成绩单
（试卷封面）
院 系 学生姓名 课程名称 授课时间 机械工程学院 廖宇轩 专业 学号 机械创新设计 2011年 9 月 至 2011年 12 月 周学时 2 学分 2 机械工程及自动化 02008211 简 要 评 语 考核论题 总评成绩 （含平时成绩） 备注 任课教师签名： 日 期：
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新 型 内 燃 机 的 创 新 设 计
新型内燃机的创新设计
导语： 动力机械中的燃气机按其工作方式分为内燃机和外燃机两大类。自 19
世纪60 年代第一台实用的内燃机诞生以来，内燃机已发展了多种形式，并在国民经济各部门和国防工艺中得到了广泛的应用。
一、 什么是内燃机：
内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。
广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。
活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。
二、 往复式内燃机的特点：
目前，应用最广泛的往复式内燃机由气缸、活塞、 连杆、曲轴等主要机件和其他辅助设备组成。
活塞式发动机的主体是曲柄滑块机构。它利用气体燃爆使活塞1 在气缸3 内往复移动，经连杆2推动曲轴4 做旋转运动，输出转矩。进气阀5和排气阀6 的开启由专门的凸轮机构控制。活塞式发动机工作时具有吸气、压缩、做功(燃爆)、排气4 个冲程，如图所示，其中，只有做功冲程输出转矩，对外做功。
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三、为什么要进行内燃机的创新设计—往复式内燃机的技术矛盾
往复式活塞发动机存在以下明显的缺点：
(1) 工作机构及气阀控制机构组成复杂，零件多；曲轴等零件结构复杂，工艺性差。
(2) 活塞往复运动造成曲柄连杆机构较大的往复惯性力，此惯性力随转速的平方增长，使轴承上的惯性载荷增大，系统由于惯性力不平衡而产生强烈振动。往复运动限制了输出轴转速的提高。
(3) 曲轴回转两圈才有一次动力输出，效率低。 活塞式发动机的四个冲程 上述问题引起了人们改变现状的愿望，社会的需求促进产品的改造和创新，多年来，在原有发动机的基础上不断开发了一些新型发动机。
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四、 非往复式发动机的特点与应用：
（一）无曲轴式活塞发动机：
无曲轴式活塞发动机采用机构替代的方法，以凸轮机构代替发动机中原有的曲柄滑块机构，取消原有的关键件曲轴，使零件数量减少，结构简单，成本降低。
日本名古屋机电工程公司生产的二冲程单缸发动机采用无曲轴式活塞发动机，如图所示。
其关键部件是圆柱凸轮动力传输装置。一般圆柱凸轮机构是将凸轮的回转运动变为从动杆的往复运动，而此处利用反动作，即当活塞往复运动时，通过连杆端部的滑块在凸轮槽中滑动而推动凸轮转动，经输出轴输出转矩。活塞往复两次，凸轮旋转360°。系统中没有飞轮，控制回转运动平稳。这种无曲轴式活塞发动机若将圆柱凸轮安装在发动机的中心部位，可在其周围设置多个气缸，制成多缸发动机。通过改变圆柱凸轮的凸轮
轮廓形状可以改变输出轴的转速，达到减速增矩的目的。这种凸轮式无曲轴发动机已用于船舶、重型机械、建筑机械等行业。
（二）旋转式内燃发动机：
在改进往复式发动机的过程中，人们发现如果能直接将燃料的动力转化为回转运动必将是更合理的途径。类比往复式蒸汽机到蒸汽轮机的发展，许多人都在探索旋转式内燃发动机的建造。1910 年以前，人们曾提出过2000 多个旋转式发动机的方案，但大多因机构复杂或无法解决气缸密封问题而不能实现。直到1945 年德国工程师汪克尔经长期研究，突破了气缸密封这一关键技术，才使旋转式发动机
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首次运转成功。 1、 工作原理：
汪克尔所设计的旋转式发动机简图如图所示，它由椭圆形的缸体1、三角形转子2(转子的孔上有内齿轮)、外齿轮3、吸气口4、排气口5 和火花塞6 等组成。
旋转式发动机在运转时同样也有吸气、压缩、燃爆(做功)和排气4 个动作，如图10.5所示。当转子转一周时，以三角形转子上的AB 弧进行分析:
(1) 吸气：转子处于如图10.5(a)所示位置时，AB 弧所对的内腔容积由小变大,
产生负压效应，由吸气口将燃料与空气的混合气体吸入腔内。
(2) 压缩：转子处于如图10.5(b)所示位置时，内腔由大变小，混合气体被压缩。 (3) 燃爆：高压状态下，火花塞点火使混合气体燃爆并迅速膨胀，产生强大的压 力驱动转子，并带动曲轴输出运动和转矩，对外做功。
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