내연기관은 동력기의 일종으로, 기계 안에서 연료를 연소시키고, 그 속에서 방출되는 열을 직접 동력으로 바꾸는 열기이다.
넓은 의미에서 내연 기관은 왕복 피스톤 내연 기관, 회전 피스톤 엔진 및 자유 피스톤 엔진뿐만 아니라 회전 임펠러 가스 터빈 및 제트 엔진도 포함합니다. 그러나 내연 기관은 일반적으로 피스톤 내연 기관을 나타냅니다.
왕복동 피스톤은 가장 흔한 피스톤 내연 기관이다. 피스톤 내연 기관은 연료와 공기를 혼합하여 실린더 안에서 연소하고, 방출되는 열로 인해 실린더에 고온 고압 가스가 발생한다. 기체팽창은 피스톤의 일을 추진한 다음 크랭크 링크기구나 기타 기구를 통해 기계공을 출력하여 구동된 기계를 움직이게 한다.
내연 기관의 발전 역사
피스톤 내연기관은 1960 년대 출범한 이래 끊임없는 개선과 발전을 거쳐 이미 비교적 완벽한 기계이다. 열 효율이 높고, 전력과 회전 속도 범위가 크고, 매칭이 편리하고, 기동성이 좋기 때문에 널리 사용되고 있습니다. 세계 각지의 각종 자동차, 트랙터, 농업기계, 공사기계, 소형 이동발전소, 전차는 모두 내연기관을 동력으로 한다. 해양상선, 내하선박, 재래식 선박, 그리고 일부 소형 비행기도 내연기관에 의해 추진된다. 내연기관의 수는 세계 동력기계의 1 위를 차지하며 인류 활동에서 매우 중요한 위치를 차지하고 있다.
피스톤 내연기관은 화약 폭발로 동력을 얻었지만 화약 연소로 통제하기 어려워 성공하지 못했다. 1794 년 영국인 스트렛 (Streeter) 은 연료 연소로부터 동력을 얻고 연료와 공기가 섞이는 개념을 처음으로 제시했다. 1833 년 영국인 라이트는 연소 압력을 직접 이용해 피스톤을 밀어 넣는 디자인을 제안했다.
이후 사람들은 각종 내연 기관 방안을 제시했지만, 19 세기 중엽에야 실행에 옮겼다. 1860 년까지 프랑스인 르노일은 증기기관의 구조를 모방하여 최초의 실용적인 가스 엔진을 설계했다. 이것은 비압축, 전기 점화, 가스에 불을 붙이는 내연 기관이다. Lenoir 는 먼저 내연 기관에 탄성 피스톤 링을 사용했다. 이런 가스기의 열효율은 약 4% 이다.
영국의 Barnett 는 점화 전에 가연성 혼합물을 압축하는 것을 주장한 뒤, 가연성 혼합물을 압축하는 중요한 역할을 논술하고, 압축은 lenoir 내연기관의 효율을 크게 높일 수 있다고 지적했다. 1862 년 프랑스 과학자 로사는 내연 기관의 열 과정을 이론적으로 분석한 뒤 내연 기관의 효율을 높여야 한다는 요구를 제시했다. 이것이 최초의 4 행정 작업주기다.
1876 년 독일 발명가 오토는 최초의 왕복피스톤, 단일 실린더, 데스크탑, 3.2 kW (4.4 HP) 4 행정 내연 기관을 성공적으로 만들어 가스를 연료로 사용하고 화염 점화, 회전 속도156. 당시 전력이든 열효율이든 가장 높았습니다.
오토 내연 기관은 이미 보급되었고 성능도 향상되고 있다. 1880 독립 실행형 전력은11~15kw (15 ~ 20hp), 에 도달했습니다 압축비가 증가함에 따라 열효율도 증가합니다. 1886 의 열효율은 15.5%, 1897 중 20 ~ 26% 에 달했다. 188 1 년, 영국 엔지니어 클라크가 첫 2 행정 가스 엔진을 개발해 파리 박람회에 전시하는 데 성공했다.
석유가 발달하면서 가스보다 운송과 휴대가 더 쉬운 휘발유와 디젤이 주목받고 있다. 우선, 휘발성 휘발유는 이미 시험해 보았다. 1883 년 독일 다임러는 첫 번째 수직 휘발유 엔진을 성공적으로 제조했는데, 이 엔진은 무게가 가볍고 속도가 빠른 것이 특징이다. 당시 다른 내연 기관의 회전 속도는 200 회전을 넘지 않았지만 800 회전으로 뛰어올라 운송기계의 요구에 특히 적합하다. 1885 ~ 1886 년 동안 휘발유 엔진이 자동차 동력으로 성공적으로 가동되어 자동차 발전을 크게 촉진시켰다. 동시에 자동차의 발전은 휘발유 엔진의 개선과 개선을 촉진시켰다. 얼마 지나지 않아 휘발유 엔진이 다시 배의 동력으로 사용되었다.
1892 년, 독일 엔지니어 디젤은 밀가루 공장의 분진 폭발에서 영감을 받아 실린더를 흡입하는 공기를 고도로 압축하여 연료의 자연 연소 온도를 초과하게 한 다음 고압 공기로 연료를 실린더에 불어서 불을 붙일 것을 구상했다. 그의 첫 번째 압연식 내연 기관 (디젤 엔진) 은 1897 년에 성공적으로 개발되어 내연 기관의 발전을 위한 새로운 길을 열었다.
디젤기관은 내연 기관이 가장 높은 열효율을 얻기 위해 카노 사이클을 이루도록 시도하기 시작했지만 실제로는 열효율의 26% 에 달하는 대략적인 등압 연소를 달성했다. (윌리엄 셰익스피어, 디젤기관, 디젤기관, 디젤기관, 디젤기관, 디젤기관, 디젤기관) 압연식 내연기관의 출현은 세계 기계공업에 큰 관심을 불러일으켰고, 압연식 내연기관도 발명자의 이름을 디젤기관으로 명명했다.
이런 내연기관은 앞으로 디젤을 연료로 많이 사용하기 때문에 디젤엔진이라고도 한다. 1898 디젤 엔진이 처음으로 고정식 발전기에 사용, 1903 년 상선 동력으로 사용, 1904 년 선박에 설치,19/KLOC-
왕복동 피스톤 내연 기관이 탄생하기 전부터 사람들은 회전식 피스톤 내연 기관을 만들려고 시도했지만 모두 실패했다. 1954 년까지 연방 독일 엔지니어 왕켈이 밀봉 문제를 해결한 후에야 1957 년에 왕켈 엔진이라는 회전피스톤 엔진을 개발했다. 삼각형에 가까운 회전 피스톤이 있어 특정 프로파일의 실린더 내에서 회전하여 오토 순환에 따라 작동합니다. 이런 엔진은 전력이 높고, 부피가 작고, 진동이 적고, 운행이 안정적이며, 구조가 간단하고, 수리가 편리하다는 장점이 있다. 그러나 연비 부진으로 저속 토크가 낮고 배기 성능이 좋지 않아 개별 차종에서만 사용한다.
내연 성분
왕복피스톤 내연 기관의 부품은 주로 크랭크 커넥팅로드 메커니즘, 본체 및 실린더 헤드, 가스 분배 메커니즘, 연료 공급 시스템, 윤활 시스템, 냉각 시스템 및 시동 장치로 구성됩니다.
원통은 원통형 금속 부품입니다. 밀폐 실린더는 작업순환을 실현하고 동력을 발생시키는 원천이다. 실린더 라이너가 있는 각 실린더는 기체에 설치되며 상단은 실린더 헤드로 닫힙니다. 피스톤은 실린더 라이너 내에서 왕복하며 실린더 아래쪽에서 실린더를 밀봉하여 볼륨 변화의 규칙적인 밀폐 공간을 형성할 수 있습니다. 연료가 이 공간에서 연소되어 생긴 기체 동력이 피스톤 운동을 구동한다. 피스톤의 왕복 운동은 커넥팅로드를 통해 크랭크축을 움직이게 하고 크랭크축은 플라이휠 끝에서 동력을 출력합니다. 피스톤 그룹, 커넥팅로드 그룹, 크랭크 샤프트 및 플라이휠로 구성된 크랭크 커넥팅로드 메커니즘은 내연 기관의 동력 전달의 주요 부품입니다.
피스톤 그룹은 피스톤, 피스톤 링 및 피스톤 핀으로 구성됩니다. 피스톤은 원통형이며 피스톤 왕복 운동 시 실린더를 밀봉할 수 있도록 피스톤 링이 있습니다. 위의 피스톤 링은 에어 링이라고 불리며 실린더를 밀봉하여 실린더 안의 가스 누출을 방지하는 데 사용됩니다. 하부 링은 오일 링이라고 하며 실린더 벽에 남아 있는 윤활유를 긁어내어 윤활유가 실린더로 빠져나가는 것을 방지하는 데 사용됩니다. 피스톤 핀은 원통형으로 피스톤과 커넥팅로드의 작은 머리에 핀 구멍을 뚫고 피스톤과 커넥팅로드를 연결합니다. 커넥팅로드의 큰 끝은 반으로 나뉘며 커넥팅로드 나사로 연결되고 크랭크 샤프트의 크랭크 핀에 연결됩니다. 커넥팅로드가 작동 할 때 커넥팅로드의 작은 끝은 피스톤 왕복 운동과 함께 움직이고 커넥팅로드의 큰 끝은 크랭크 샤프트 축을 중심으로 크랭크 핀과 함께 회전하며 커넥팅로드의 크기 끝 사이의 바 몸체는 복잡한 스윙 운동을 수행합니다.
크랭크축의 역할은 피스톤의 왕복 동작을 회전 동작으로 변환하고 크랭크축 후면에 설치된 플라이휠을 통해 확장 스트로크를 전달하는 것입니다. 플라이휠은 에너지를 저장하여 피스톤의 다른 스트로크가 정상적으로 작동하고 크랭크축이 일정한 속도로 회전하도록 할 수 있다. 관성력의 균형을 맞추기 위해 내연기관의 진동을 줄이기 위해 크랭크축의 크랭크에도 적절하게 배합된 블록이 장착되어 있다.
실린더 헤드에는 공기 흡입구와 공기 배출구가 있고, 공기 흡입구와 배출 밸브는 실린더 헤드 내부에 설치되어 있다. 신선한 충전량 (공기 또는 가연성 공기와 연료 혼합물) 은 공기 필터, 흡기, 입구 및 흡기 밸브를 통해 실린더로 충전됩니다. 팽창한 가스는 배기 밸브, 배기관, 배기관을 거쳐 결국 배기 소음기를 통해 대기로 배출된다. 흡기 및 배기 도어의 열기 및 닫기는 캠 샤프트의 흡기 및 배기 캠이 레버, 종동륜, 스윙 암 및 밸브 스프링과 같은 전동 조립품을 통해 제어됩니다. 이 부품 세트를 내연 기관의 밸브 메커니즘이라고 합니다. 일반적으로 흡기 및 배기 시스템은 공기 필터, 흡기, 배기관 및 배기 소음기로 구성됩니다.
연료를 실린더에 공급하기 위해서 내연 기관은 급유 시스템을 갖추고 있다. 휘발유 엔진은 흡기관 수입단에 설치된 기화기를 통해 공기와 휘발유를 일정 비율 (공연비) 에 따라 혼합한 다음 흡기관을 통해 실린더에 공급되어 일정한 간격으로 휘발유 엔진 점화 시스템에 의해 제어되는 불꽃에 불을 붙입니다. 디젤기관의 연료는 디젤기관의 연료 분사 시스템을 통해 연소실로 분사되어 고온의 고압에서 자발적으로 연소한다.
내연 기관 실린더 내 연료의 연소로 피스톤, 실린더 라이너, 실린더 헤드 및 밸브가 가열되어 온도가 상승합니다. 내연 기관의 정상적인 작동을 보장하기 위해 위 부품은 과열로 손상되지 않고 허용 온도에서 작동해야 하므로 냉각 시스템을 갖추어야 합니다.
내연 기관은 자동으로 정지 상태에서 작동 상태로 전환할 수 없으며 크랭크 샤프트를 외부 힘으로 돌려야 시작할 수 있습니다. 이런 외부 힘을 생성하는 장치를 시동 장치라고 한다. 일반적으로 사용되는 방법은 전기 시동, 압축 공기 시동, 휘발유 엔진 시동 및 수동 시동입니다.
내연 기관의 작업 주기는 흡기, 압축, 연소 팽창, 배기 등의 과정으로 구성되어 있다. 이 과정에서 팽창 과정만 대외업무의 과정이며, 업무 과정을 더 잘 실현할 수 있는 다른 과정이 필요하다. 하나의 작업 주기를 구현하는 스트로크 수에 따라 작업 주기는 4 스트로크와 2 스트로크의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
4 스트로크는 급기, 압축, 팽창, 배기 4 개의 스트로크에서 작업 주기를 완료하는 동안 크랭크축이 두 번 회전하는 것을 말합니다. 흡기 스트로크에서는 흡기 밸브가 열리고 배기 도어가 닫힙니다. 공기 필터를 통과하는 공기, 또는 기화기와 휘발유가 혼합되어 형성된 가연성 혼합물은 흡기 기관과 흡기 밸브를 통해 실린더로 들어갑니다. 압축 스트로크에서는 실린더 안의 가스가 압축되고, 압력이 증가하고, 온도가 높아진다. 팽창 스트로크는 압축 정지점 전에 스프레이를 뿌리거나 불을 피워 혼합물을 태우고 고온고압을 발생시켜 피스톤을 아래로 밀어 넣는 것이다. 배기 스트로크에서 피스톤은 실린더의 배기가스를 배기 밸브를 통해 배출한다. 그 후 다음 작업 주기는 흡기 스트로크로 시작됩니다.
2 스트로크는 크랭크 축이 일주일 동안 회전하는 두 스트로크에서 하나의 작업 사이클을 완료하는 것을 의미합니다. 첫째, 피스톤이 하점에 있을 때, 흡입구와 배출구가 모두 열리고, 신선한 충전량이 흡입구에서 실린더로 채워지고, 실린더 안의 배기가스가 빠져나와 배출구에서 배출된다. 그런 다음 피스톤이 올라가면 공기 흡입구와 배기구가 닫히고 실린더 안의 충전량이 압축되어 피스톤이 정지점에 가까워져 실린더 안의 가연성 혼합기가 연소됩니다. 그런 다음 실린더 내의 가스 팽창이 피스톤을 아래로 밀어 넣습니다. 피스톤이 아래로 움직이는 배기구가 열리면 배기가스가 피스톤에서 배출되어 계속 아래로 내려가 작동 주기를 완료합니다.
내연 기관의 배기 과정과 흡기 과정을 통칭하여 환기 과정이라고 한다. 환기의 주요 역할은 가능한 한 이전 순환의 배기가스를 배제하는 것이다. 이렇게 하면 이 순환에 가능한 많은 신선한 충전량을 제공할 수 있어 가능한 많은 연료가 실린더 안에서 완전히 연소되어 더 많은 동력을 생산할 수 있다. 환기 과정의 좋고 나쁨은 내연 기관의 성능에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 흡기 및 배기 시스템의 유동 저항을 줄이는 것 외에도 주로 가장 적절한 시간에 흡기 및 배기 도어를 열고 닫는 것입니다.
실제로 피스톤 하행 시 흡입구가 더 크게 열리도록 진입점을 열기 전에 흡입구를 열어 흡기 프로세스 시작 시의 흐름 저항을 줄이고, 흡입소비 전력을 줄이며, 동시에 더 많은 신선한 충전량을 충전할 수 있습니다. 피스톤이 흡기 스트로크에서 하점까지 운행할 때, 기류의 관성으로 인해 신선한 충전량이 여전히 실린더에 충전될 수 있기 때문에, 흡기 밸브는 하점점 후 폐쇄를 지연시킨다.
배기문도 하점점 전에 미리 열립니다. 즉, 팽창스트로크 후에 배기를 시작합니다. 이것은 실린더 안의 높은 기체 압력을 이용하여 배기가스가 자동으로 실린더에서 흘러나오게 하여 피스톤이 하점점에서 상점까지 움직일 때 실린더 안의 기체 압력이 낮아 피스톤이 배기가스를 실린더에서 밀어내는 데 소모되는 작업을 줄인다. 정지점을 올리고 배기문을 닫는 목적은 배기류의 관성을 이용하여 실린더 안에 남아 있는 배기가스를 더욱 깨끗하게 하는 것이다.
내연 기관의 성능은 주로 동력 성능과 경제 성능을 포함한다. 동력 성능은 내연 기관이 방출하는 동력 (토크) 으로, 내연 기관이 에너지 변환에서 차지하는 양을 나타냅니다. 동적 성능을 표시하는 매개변수에는 토크 및 동력이 포함됩니다. 경제성능이란 일정한 동력을 생산할 때의 연료 소모량으로, 에너지 전환의 품질을 나타낸다. 경제적 성능을 나타내는 매개변수는 열효율과 연료 소비율이다.
내연 기관의 미래 발전은 연소 과정 개선, 기계적 효율 향상, 열 손실 감소, 연료 소비율 감소에 초점을 맞출 것이다. 비 석유 제품 연료를 개발하고 이용하여 연료 자원을 확대하다. 배기 가스의 유해 성분을 줄이고, 소음과 진동을 줄이고, 환경오염을 줄인다. 고증압 기술을 채택하여 내연 기관을 더욱 강화하고 독립 실행형 전력을 높인다. 복합 엔진, 단열 터빈 복합 엔진 등을 개발하다. 마이크로프로세서는 최적의 조건에서 내연 기관의 작동을 제어하는 데 사용됩니다. 구조강도 연구를 강화하고, 업무의 신뢰성과 수명을 높이며, 끊임없이 새로운 내연기관을 창조하다.