第一章 緒論發(fā)動機

內燃機學鄭劍銘EMAIL:jeffe@TEL

論

§0-1內燃機發(fā)展概況熱機:是將燃料中的化學能轉變?yōu)闄C械功的機器。

內燃機：燃料在機器內部燃燒而將能量釋放并對外做功的機械設備。工質燃燒前為燃油與空氣的混合物，燃燒后為燃燒產物。

往復式活塞內燃機

內燃機

點燃式發(fā)動機壓燃式發(fā)動機燃氣輪機緒

論燃氣輪機兼有內燃機內部加熱和葉片式機械無反復運動機件的雙重優(yōu)點；然而，由于小功率燃氣輪機熱效率較低、加速性能差、突減負荷時易超速、不能用發(fā)動機制動、空氣消耗量大、對空氣純凈度要求高、加上渦輪葉片材料和制造成本均比較高等眾多原因，一直未能在汽車上得到廣泛應用。

緒

論內燃機的熱效率高（是當今熱效率最高的熱力發(fā)動機）、結構簡單、比質量（單位輸出功率的質量）輕、移動方便，因而被廣泛應用于交通運輸（陸地、內河、海上和航空）、農業(yè)機械、工程機械和發(fā)電作為動力。

§0-1內燃機發(fā)展概況1.不同類型發(fā)動機的出現

1860年第一臺內燃機出現，J.J.E.Lenoir制造了大氣壓力式內燃機，指標：η<5%Pmax=4.5kw整機重量大；1876年第一臺四沖程發(fā)動機，Otto研制實用的發(fā)動機。指標：η<14%Pmax=80kw整機重量1250磅1890年第一臺二沖程發(fā)動機，Clerk,Benz等。1892年壓燃式發(fā)動機理論形成，1897第一臺柴油發(fā)動機，DieselRenault,1915

Buchi第一臺渦輪增壓發(fā)動機1957年,第一臺轉子發(fā)動機§0-1內燃機發(fā)展概況2.燃料技術的發(fā)展

煤氣（1860）熱值低，充氣效率低

汽油（1890）產生爆燃爆振

壓縮比<4

抗爆劑的發(fā)現（1923）--汽油生產工藝的改變，產量抗爆性提高，改進了發(fā)動機動力性、經濟性。壓縮比不斷提高<83.環(huán)境要求對內燃機發(fā)展的影響

40年代產生汽車排放污染，1952年Haagen

Smit闡明了污染的根源，60年代，美國歐洲日本建立了汽車排放的標準，汽油噴射、三效催化出現。

噪聲污染：氣動噪聲、燃燒噪聲、輪胎噪聲、振動噪聲?！?-1內燃機發(fā)展概況

二、內燃機技術發(fā)展

1.汽油機技術

1860-1950：一方面提高壓縮比，另一方面大幅度的提高轉速；一直沿著降低油耗、增大升功率、減輕比重量的方向發(fā)展。壓縮比的提高爆燃嚴重添加抗爆劑排氣污染嚴重

60-70年代：主要解決排放與噪聲問題。

主要技術：減少面容比、減少激冷層面積、S/D增大、排氣催化器、補燃、EGR等，但是NOx與CO、HC減低措施相互矛盾?！?-1內燃機發(fā)展概況

稀薄燃燒技術：1915年Ricardo提出（為經濟性和抗爆燃），60年代才為解決排放與經濟性進行研究。稀薄燃燒技術均勻稀混合氣燃燒—采用高能點火，結構簡單非均勻稀混合氣燃燒—分層充氣，分為分隔室、統一室燃燒。SKS分層方案、本田CVCC復合渦流燃燒系統、彗星MK-V等§0-1內燃機發(fā)展概況增壓技術：

增壓比達到2，使HC、NOx、CO下降，油耗下降。電噴技術的廣泛應用:

類型----機械式噴射、電控噴射。多點噴射、單點噴射等§0-1內燃機發(fā)展概況

2.柴油機技術—高功率、高壽命、低油耗、低排放Diesel于1897年研制了第一臺柴油機。1910年Mckechnie完成了燃油高壓噴射系統研制，為康明斯發(fā)動機原型。Benz公司于1922發(fā)明了分開式燃燒室，研制出車用發(fā)動機。1924年MAN公司制成了第一臺直噴式柴油機。1927年BOSCH開始生產標準的噴油泵。1931年三菱公司學習歐洲技術開始生產預燃室、渦流室、直噴發(fā)動機。

§0-1內燃機發(fā)展概況高壽命：依賴設計計算、測試技術、工藝材料等技術發(fā)展。到80`s壽命提高3-6倍。

技術：改善混合氣的形成和增壓系統，控制機械負荷與熱負荷、控制活塞平均速度、減小整機的震動、采用新型材料等。強化混合氣形成強化制造精度減少零部件強化工作頻率強化進氣過程主要技術：改善燃燒系統、提高燃燒效率減少活塞環(huán)數、改良機油品質采用二沖程或提高轉速增加進氣門數、減小氣道阻力、諧振增壓、渦輪增壓等60年代以來柴油機技術發(fā)展遠遠快于汽油機的發(fā)展，發(fā)展的標志：高功率：大型化—增大工作容積或缸數，為36000kW以上,D>1m

強化—指工作過程的有效指標(Pe)和工作頻率的提高(n)?！?-1內燃機發(fā)展概況低油耗：通過提高機械效率和循環(huán)指示效率獲得。

熱效率—30年代為30%--45%。

技術：提高制造精度和表面光潔度，減少輔助系統的消耗，減少活塞環(huán)數，改善燃燒系統，提高燃燒效率，采用增壓技術。低排放：主要排放物HC、CO、NOx和碳煙微粒。Nox和碳煙為主要排放物。

產生的原因：Nox取決于燃燒最高溫度、燃燒室氧氣濃度和生成Nox反應滯留時間。

因而推遲點火和降低燃燒室高溫室主要的手段。補燃增加、排煙增加經濟性下降。

微粒排放兩類：液態(tài)微?！加秃蜐櫥?，冷啟動、怠速低負荷時產生。

固態(tài)微?！煌耆紵a生的碳煙，產生于大負荷?！?-1內燃機發(fā)展概況

技術：采用較強的進氣渦流，加速膨脹初期燃燒，為提高充氣效率，目前有采用中低的渦流比的趨勢，同時提高噴油壓力和霧化程度。改進燃燒室使氣流運動與霧化很好配合。采用電子控制技術—高壓共軌。同缸徑沖程汽油機與柴油機比較§0-1內燃機發(fā)展概況緒

論

§0-2內燃機分類

內燃機：按其不同的特點可分為多種類型一、使用的燃料：1.汽油機：用火花塞點燃，往復活塞式。ε=8-12

2.柴油機：柴油和空氣混合氣通過壓燃自行著火的往復活塞式。3.天然氣發(fā)動機NG4.液化石油氣發(fā)動機LPG5.酒精發(fā)動機6雙燃料多燃料發(fā)動機緒

論

§0-2內燃機分類

二、工作循環(huán)：1.二沖程2.四沖程緒

論

§0-2內燃機分類

三、活塞運動方式：1.往復式2.旋轉式緒

論

§0-2內燃機分類四、冷卻方式：1.液體冷卻2.空氣冷卻緒

論

§0-2內燃機分類五、點火方式：1.壓燃式2.點燃式六、氣缸數量：1.單缸機2.多缸機七、進氣形式：1.非增壓—自然吸氣式2.增壓低增壓：π<1.8

中等增壓：1.8<π<2.5高增壓：2.5<π<3.6

超高增壓：π>3.6

八、混合氣的形成：1.化油器式2.缸內直噴3.進氣管道內噴射4.分層充氣式九、燃燒室形式：1.開式燃燒室2.分隔室燃燒式十、氣門形式與數量：1.二氣門與多氣門2.頂置氣門與側置氣門

§0-2內燃機分類緒

論緒

論

§0-3典型內燃機結構

一.點燃式發(fā)動機1.單缸機主要特點：體積小重量輕，結構簡單，零部件少，應用于小型設備的動力。圖為一臺二沖程風冷發(fā)動機，升功率高于四沖程機，存在掃氣損失，采用混合燃油，存在燒機油，且HC排放高，油耗高?！?-3典型內燃機結構2.多缸機

主要特點：轉矩輸出均勻，平衡好，體積重量較大，應用于車輛。分為直列和V性排列方式，

常用3、4、6、V6、V8、V12缸等。排放與油耗好于二沖程機。圖中所示為一臺四沖程水冷直列三缸機發(fā)動機，采用化油汽供油，單頂置凸輪軸，通過搖臂驅動氣門，齒型帶傳動?！?-3典型內燃機結構

圖為直列四缸四沖程水冷發(fā)動機，化油器供油，頂置凸輪軸，齒型帶傳動、中間軸驅動分電器。§0-3典型內燃機結構

圖為奧迪A4直列四缸四沖程水冷發(fā)動機，球形燃燒室，頂置凸輪軸，齒型帶傳動、中間軸驅動分電器，五氣門、中冷增壓，采用電控噴射以及三效催化劑。110kW/6800rmin-1

pe=1.48MPaAUDIW12engine

§0-3典型內燃機結構二.壓燃式發(fā)動機

主要特點：具有較高的壓縮比，熱效率高，通常采用增壓技術，平均有效壓力高，其熱負荷與機械負荷遠高于汽油機，輸出功率高，油耗低，工作粗暴，低溫點火困難。

常應用于載重貨車、機車和發(fā)電。

圖為四沖程V12缸水冷增壓中冷發(fā)動機，夾角60度，采用直噴ω型燃燒室，Bosch高壓燃油系統，排放低，pe=1.737Mpa，ge=205g/kwh廈船重工船舶主機Sulzer9RTA84C

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