十三、内燃机

　　(一)类型及工作原理

　　1、概念：

　　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。

　　2、分类：

　　(1)内燃机有复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机、自由活塞式发动机和旋转叶轮式的喷气式发动机，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，在其汽缸内燃烧，释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，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。

　　(2)内燃机根据缸内着火方式的不同可以分为点燃式发动机和压燃式发动机。

　　点燃式发动机具有三大结构和五大系统。三大结构分别为曲柄连杆、配气机构和机体，五大系统分别为供油、冷却、润滑、起动和点火。

　　压燃式发动机具有三大结构和四大系统。三大机构分别为曲柄连杆、配气机构和机体，四大系统分别为供油、冷却、润滑、起动。

　　(3)内燃机按照所使用燃料的不同可以分为汽油机和柴油机。

　　使用汽油为燃料的内燃机称为汽油机;使用柴油为燃料的内燃机称为柴油机。汽油机与柴油机比较各有特点：汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低;柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。

　　3、工作原理

　　柴油机和汽油机通过将内能转化为机械能，是通过做功改变内能。

　　(二)燃料

　　汽油和柴油是目前汽车最常用的燃料。通过石油炼制获得的汽油和柴油，能量密度高，价格低，不易变质，便于运输，因此非常适用于点燃式发动机和压燃式发动机。

　　汽油是汽油机的燃料。汽油是石油制品，在常温下为无色至淡黄色的易流动液体，很难溶解于水，易燃，馏程为30℃至220℃。汽油最重要的理化性能是抗爆性，用辛烷值表示。其次是挥发性，它对于发动机的冷起动、瞬态工况和燃油蒸发排放都有较大影响。在我国国家标准中采用研究法辛烷值(RON)来划分车用汽油牌号，按辛烷值从低到高划分为90号、93号、97号等牌号。

　　柴油是柴油机的燃料。柴油也是复杂烃类的混合物。在石油蒸馏过程中，温度在200-350℃之间的馏分即为柴油。柴油分为轻柴油和重柴油。

　　目前国内开发使用的发动机代用燃料包括天然气、液化石油气、甲醇、乙醇、生物质燃料、氢气以及二甲基醚等。

　　(三)热力学第二定律

　　1、定义：又称“熵增定律”。不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。

　　2、应用：第二类永动机不可能实现(违背热力学第二定律的永动机称为第二类永动机)。

　　(四)电动机与发动机的区别和优势

　　发动机(Engine)是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，而电动机(Motor)是把电能转换成机械能的一种设备。

　　主要优势：

　　1、节约能源。就汽车本身而言，电机和高压输电的效率比内燃机要高得多。至于发电，正如马斯克所说，发电使用的燃气轮机和蒸气轮机拥有比汽油机更高的效率，因此更为节能。

　　2、成本低。目前市面上主流的电动汽车百公里电耗均低于20度。如此计算，电耗远低于同级别汽油车。更何况，现在还有峰谷电价，可以在夜间用谷电充电，成本更低。

　　3、污染小。相对于汽油车产生的大量氮氧化物和二氧化硫，电动汽车可以说完全零污染。唯一的污染产生于发电过程，不过这可以在发电厂集中处理，进而危害更小。

　　(五)汽车尾气构成及危害

　　1、成分：汽车尾气主要是指从排气管排出的废气。废气中含有 150～200种不同的化合物，其中对人危害最大的有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅的化合物及颗粒物。

　　2、黑烟：产生黑烟的故障原因有很多，其中最主要的原因是燃烧不好。排气管冒黑烟意味着尾气中含有过多的碳颗粒，燃油燃烧后的主要产物首先是二氧化碳和一氧化碳，当有一部分化合物受高温分解，并没有完成燃烧过程，直接排出到尾气。

　　3、危害：有害气体扩散到空气中造成空气污染。汽车尾气的颗粒物中含有强致癌物苯并(a)芘，当空气中的苯并(a)芘浓度达到0.012微克/立方米时，居民中得肺癌的人数就会明显增加。汽车尾气对植物也有毒害作用，尾气中的二次污染物臭氧、过氧乙酯基硝酸脂，可使植物叶片出现坏死病斑和枯斑。乙烯可影响植物的开花结果。汽车尾气对甜菜、菠菜、西红柿、烟草的毒害更为严重。公路两侧的农作物减产与汽车尾气的污染明显相关。

　　十四、汽车传动系统

　　(一)定义

　　汽车发动机与驱动轮之间的动力传递装置称为汽车的传动系。传动系包括离合器、变速器、传动轴、主减速器、差速器及半轴等部分。

　　(二)变速器

　　汽车变速器是由变速传动机构和操纵机构组成。它的主要原理是通过不同尺寸及齿数的齿轮互相啮合，为不同车速提供必需的动力输出。变速箱内有多个不同的齿轮，通过不同大小的齿轮组合一起，就能实现对发动机转矩和转速的调整。用低转矩可以换来高转速，用低转速则可以换来高转矩。

　　(三)齿轮传动的杠杆原理

　　把齿轮简化成杠杆，把齿轮与齿轮的接触点作为杠杆的力臂尽头，把齿轮的圆心作为杠杆原点，大的齿轮力臂长，所以外力想让它转动比较容易，相反地通过大齿轮带动别的齿轮当然就吃力了。

　　另一个角度是从做功来算。齿轮的本质就是杠杆，大齿轮周长大，如果发动机带着大齿轮转动一圈，做得功就多些，带着小齿轮，做功就少些，这就是大妈拉小车，同样是转一圈，小齿轮走的路程小，就相对容易一些。

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