新型內燃機的創新設計本科生課程考試成績單(卷子封面)系機械工程學院專家機械工程與自動化學生姓名廖宇軒學號課程名稱機械創新設計上課時間2011年9月至2011年12月周學時2單位2珍妮想要評價語言審查論題總評定成績(包括平日的成績)備注班主任老師的簽名：日期：新型內燃機的創新設計導向：動力機械的燃氣發動機根據其工作方式分為內燃機和外燃機兩種。 自19世紀60年代首次出現實用內燃機以來，內燃機已經發展了多種形式，廣泛應用于國民經濟各部門和國防技術。一、什么是內燃機內燃機是在機械內部燃燒燃料，將其熱能直接轉換為動力的動力機械。廣義的內燃機不僅包括往復活塞式內燃機、旋轉活塞式發動機、自由活塞式發動機，還包括旋轉葉輪式燃氣輪機、噴氣式發動機等，通常內燃機是指活塞式內燃機。活塞式內燃機往復活塞式是最普遍的。 活塞式內燃機將燃料和空氣混合，在其氣缸內燃燒，放出的熱能使氣缸內產生高溫高壓的氣體。 氣體膨脹驅動活塞工作，通過曲柄連桿機構和其他機構輸出機械工作，驅動從動機械。二、往復式內燃機的特點：現在使用最廣泛的往復式內燃機有氣缸、活塞、由連桿、曲軸等主要部件和其他輔助設備組成。活塞式發動機的主體是曲柄滑塊機構。 由于氣體爆炸，使活塞1在氣缸3內往復移動，通過連桿2使曲軸4旋轉運動，輸出轉矩。 進氣門5和排氣門6的打開由專用的凸輪機構控制。 活塞式發動機有進氣、壓縮、工作(爆炸)、排氣4個行程，如圖所示，只有工作行程輸出扭矩，工作對象。三、為什么內燃機創新設計往復式內燃機技術矛盾往復式活塞發動機存在以下明顯缺點(1)動作機構及閥門控制機構結構復雜，零件多的曲軸等零件結構復雜，工藝性差。(2)活塞的往復運動引起曲柄連桿機構的較大往復慣性力，該慣性力隨轉速的平方而增加，增大軸承上的慣性負荷，系統在慣性力的不平衡下產生強振動。 往復運動限制了輸出軸轉速的提高。(3)曲軸旋轉2圈后才輸出動力，效率差。活塞式發動機的四沖程上述問題引起了人們改變現狀的愿望，社會需求促進了產品的改造和創新，多年來一直在現有引擎的基礎上開發新引擎。四、非往復式發動機的特點和應用：(1)無曲柄式活塞發動機：無曲柄式活塞發動機采用替代機構的方法，發動機傳統曲柄滑塊機構替代凸輪機構，取消傳統鍵曲軸，減少零件數量，結構簡單，成本降低。名古屋機電工程公司制造的2沖程單缸發動機，如圖所示采用無曲軸式的活塞發動機。其重要部件是圓柱凸輪動力傳遞裝置。 一般的圓筒凸輪機構將凸輪的旋轉運動改變為從動桿的往復運動，這里，當反轉動作、即活塞往復運動時，連桿端部的滑塊在凸輪槽中滑動，從而凸輪旋轉，經由輸出軸輸出轉矩。 活塞往復兩次，凸輪旋轉360圈。 系統沒有飛輪，平穩地控制旋轉運動。 該無曲柄活塞發動機在將圓筒凸輪安裝在發動機的中心部時，在其周圍設置多個氣缸，可以作為多氣缸發動機。 通過改變圓柱凸輪的凸輪輪廓形狀，可以改變輸出軸的旋轉速度，實現減速增加轉矩。 該凸輪式無曲軸發動機被應用于船舶、重型機械、工程機械等行業。(2)旋轉式內燃機：旺克爾旋轉發動機結構圖研究表明，在改進往復式發動機的過程中，如果能將燃料動力直接轉化為旋轉運動是更合理的方法。 往復式蒸汽機向汽輪機的發展，許多人都在探索建設旋轉式內燃機。 1910年以前，提出了2000多臺旋轉式發動機，但由于機構復雜，無法解決氣缸密封的問題，因此往往無法實現。 到1945年德國工程師范克爾經過長期研究，突破了汽缸密封這一關鍵技術，首次成功地實現了旋轉式發動機。1 .工作原理：如圖所示，萬向節設計的旋轉式發動機的概略圖由橢圓形的缸體1、三角形的轉子2 (轉子的孔中有內齒輪)、外齒輪3、吸氣口4、排氣口5、火花塞6等構成。旋轉式發動機在運轉時，如圖10.5所示，也有進氣、壓縮、爆炸(工作)和排氣4個動作。 當轉子旋轉一周時，用三角形轉子上的AB電弧分析：(1)進氣：當轉子位于圖10.5(a )所示位置時，AB電弧相對的內腔容積變小產生負壓效果，燃料和空氣的混合氣體從吸氣口被吸入腔室內。(2)壓縮：轉子位于圖10.5(b )所示的位置時，內腔變大，混合氣體被壓縮。(3)爆炸：高壓狀態下火花塞點火，使混合氣體爆炸迅速膨脹，產生強壓力用力驅動轉子，驅動曲軸，輸出運動和轉矩，工作。(4)排氣：轉子從圖10.5(c )所示位置到圖10.5(d )所示的位置，內腔容積發生較大變化小，擠出廢氣從排氣口排出。*三角形轉子有3個圓弧面，因此每圈有3個動力行程。2 .旋轉式發動機的設計特點：(一)功能設計。 內燃機的功能是將氣體的能量轉換成旋轉的輸出，通過內部容積的變化完成進氣、壓縮、爆炸、排氣四個動作達到目的。 旋轉式發動機抓住了容積變化的主要特點，通過三角形轉子在橢圓形氣缸中偏心旋轉的方法達到了功能要求。 而且，三角形轉子的各表面和氣缸體的作用相當于往復式發動機的活塞和氣缸，依次順暢地連續工作。 轉子的各個表面兼有開閉吸排氣閥的功能，設計巧妙。(2)運動設計。 偏心三角形轉子如何輸出運動和動力？ 旋轉發動機采用內嚙合行星齒輪機構如圖10.6所示。 三角形的轉子相當于行星內齒輪2，其繞中心外齒輪1繞汽缸體3公轉，同時繞其軸線自轉，連接桿h是發動機的輸出曲軸。 轉子內齒輪與中心外齒輪的齒數比為1.51，轉子旋轉1圈，曲軸旋轉3圈，輸出轉速高。 三角轉子結構表明，曲軸每轉一圈產生動力行程，對于四沖程往復式發動機，曲軸每轉兩圈產生動力行程，旋轉式發動機的功率容量比是四沖程往復式發動機的兩倍。(三)結構設計。 旋轉式發動機結構簡單，只有三角形轉子和輸出軸兩個運動部件。 需要1有汽化器和幾個火花塞，不需要連桿、活塞和復雜的閥控制裝置。 零件數量比往復式發動機少40%，體積減少50%，重量減少1/22/3。3 .旋轉發動機的實用比：旋轉式發動機與傳統往復式發動機相比，在輸出功率相同的情況下，具有小型、輕量、噪音低、轉速范圍寬、結構簡單等優點，但在實用化生產過程中還存在很多需要解決的問題。東澤從德國納佐公司獲得vankel旋轉式發動機的專利后，進行了實用化生產。 經過樣機的運行和大量試驗，發現氣缸發生振動是最重要的問題。 振動的原因不僅與摩擦體本身的材料有關，還與密封片的形狀和材料有關，密封片的振動特性對振動有很大影響。 該公司抓住了這一重要問題，開發出了極硬的滲碳材料作為密封片，成功解決了振動問題。 他們還與眾多廠商合作，開發出了特殊密封片310號、火花塞、化油器、o型圈、消音器等多種零件，采用高級潤滑油，使旋轉式發動機在世界上首次實用化。 100年來，該公司在汽車上生產了120萬臺旋轉式發動機，市場效益很高。五、前景：隨著生產科學技術的發展，必然會