內(nèi)燃機(jī)原理課件

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理北京航空航天大學(xué)汽車系主講：徐斌*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論2主要內(nèi)容1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況2內(nèi)燃機(jī)分類3典型內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)緒論（3學(xué)時(shí)）第1章性能指標(biāo)與影響因素（4學(xué)時(shí)）第2章發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)（4學(xué)時(shí)）第3章發(fā)動(dòng)機(jī)燃料特性（2學(xué)時(shí)）第4章?lián)Q氣過(guò)程（5學(xué)時(shí)）第5章混合氣形成和燃燒（8學(xué)時(shí)）第6章燃料供給與調(diào)節(jié)（4學(xué)時(shí)）第7章使用特性與匹配（2學(xué)時(shí)）復(fù)習(xí)*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論3教學(xué)大綱課程教學(xué)目標(biāo)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理是一門培養(yǎng)學(xué)生具有汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理知識(shí)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)理論設(shè)計(jì)能力的專業(yè)課程。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史和國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)；熟練掌握熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的主要循環(huán)特點(diǎn)、基本工作原理；熟知發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣形成與燃燒技術(shù)，實(shí)驗(yàn)理論與試驗(yàn)方法；使畢業(yè)生能夠成為該領(lǐng)域里的具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的開發(fā)、生產(chǎn)、試驗(yàn)和管理人才主要內(nèi)容

介紹汽車發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展概況；發(fā)動(dòng)機(jī)各性能指標(biāo)；發(fā)動(dòng)機(jī)的主要循環(huán)；燃料特性；換氣過(guò)程分析；混合氣的組織與燃燒；發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料共給與調(diào)節(jié)；發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用與匹配。教學(xué)安排及方式

本課程講授32學(xué)時(shí)，共8周，周學(xué)時(shí)為4。與本課程相關(guān)的獨(dú)立設(shè)置的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)有兩個(gè)：汽車拆裝實(shí)習(xí)：實(shí)習(xí)內(nèi)容為汽車及其發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理發(fā)動(dòng)機(jī)特性*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論4教學(xué)大綱綜合實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為內(nèi)燃機(jī)特性和調(diào)節(jié)考核方式：考試（80%）+平時(shí)作業(yè)考核（20%）參考教材：

汽車構(gòu)造（上、下冊(cè)）（第三版），陳家瑞主編，人民交通出版社，1994.6

車用內(nèi)燃機(jī)原理，秦有方主編，北京理工大學(xué)出版社，1997．7

汽車拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)”（第3版），董敬等，機(jī)械工業(yè)出版社，1997年

“內(nèi)燃機(jī)原理”，唐開元等，譯自“InternalCombustionEngineFundamental”,J.B.Heywood精品課網(wǎng)站：/2005jpk/bhjpk/qcfdjyl/lnst.htm

*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論5本課程定位

發(fā)動(dòng)機(jī)原理

（專業(yè)核心課）發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)技術(shù)內(nèi)燃機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法汽車電子技術(shù)增壓技術(shù)汽車排放與控制汽車與發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造（專業(yè)平臺(tái)課）高等內(nèi)燃機(jī)學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒理論研究生課程本科生課程*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論6緒論§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況

內(nèi)燃機(jī)：燃料在機(jī)器內(nèi)部燃燒而將能量釋放并對(duì)外做功的機(jī)械設(shè)備。工質(zhì)燃燒前為燃油與空氣的混合物，燃燒后為燃燒產(chǎn)物。

本課程主要內(nèi)容：往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)

點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)一、內(nèi)燃機(jī)發(fā)展歷史

1.不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)1860年：第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)，J.J.E.Lenoir制造了煤氣機(jī)，指標(biāo)：η<5%Pmax=4.5kw整機(jī)重量大*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論7緒論

1867年：大氣壓力式內(nèi)燃機(jī)，Otto,Langen

指標(biāo)：η<11%Pmax=28kw整機(jī)重量4000磅

1862：Rochas描述了四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理，

1876年：第一臺(tái)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，Otto研制實(shí)用的發(fā)動(dòng)機(jī)。

指標(biāo)：η<14%Pmax=80kw整機(jī)重量1250磅。*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論8§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況1890年：第一臺(tái)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，Clerk,Benz等

1892年：壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)理論形成，1897第一臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，Diesel

為產(chǎn)生霧化微粒使用壓縮空氣噴射，發(fā)動(dòng)機(jī)體機(jī)重量很大。笨重的第一臺(tái)柴油機(jī)*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論9§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況1907機(jī)械增壓發(fā)明Renault，1915Buchi第一臺(tái)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。1915第一臺(tái)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)原理結(jié)構(gòu)*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論10§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況

1957年第一臺(tái)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，Wankel

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)—Wankel發(fā)動(dòng)機(jī)*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論11§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論12§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況MazdaWankelenginePe=184kWat8500rpmMmax=220Nmat7500rpm*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論13§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況IO/BODCChargeafterICEO/BEDCEC/AODCChargebeforeEO*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論14§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論15§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論16§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況2.燃料技術(shù)的發(fā)展煤氣（1860）熱值低，充氣效率低汽油（1890）產(chǎn)生爆燃爆振壓縮比<4

抗爆劑的發(fā)現(xiàn)（1923）--汽油生產(chǎn)工藝的改變，產(chǎn)量抗爆性提高，改進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性。壓縮比不斷提高<83.環(huán)境要求對(duì)內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的影響

40年代產(chǎn)生汽車排放污染，1952年HaagenSmit闡明了污染的根源，60年代，美國(guó)歐洲日本建立了汽車排放的標(biāo)準(zhǔn)，汽油噴射、三效催化出現(xiàn)。噪聲污染：氣動(dòng)噪聲、燃燒噪聲、輪胎噪聲、振動(dòng)噪聲。*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論17§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況

二、內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展

1.汽油機(jī)技術(shù)

1860-1950：一方面提高壓縮比，另一方面大幅度的提高轉(zhuǎn)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(yán)重添加抗爆劑排氣污染嚴(yán)重60-70年代：汽油機(jī)發(fā)展進(jìn)入不同領(lǐng)域（為改善燃燒所采用的大活塞頂擠氣面積和激冷面積方法行不通了（HC、CO增加），因而主要解決排放與噪聲問(wèn)題。主要技術(shù)：減少面容比、減少激冷層面積、S/D增大、排氣催化器、補(bǔ)燃、EGR等，但是NOx與CO、HC減低措施相互矛盾。*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論18§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況

稀薄燃燒技術(shù)：1915年Ricardo提出（為經(jīng)濟(jì)性和抗爆燃），60年代才為解決排放與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行研究。稀薄燃燒技術(shù)均勻稀混合氣燃燒—采用高能點(diǎn)火，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單非均勻稀混合氣燃燒—分層充氣，分為分隔室、統(tǒng)一室燃燒。SKS分層方案、本田CVCC復(fù)合渦流燃燒系統(tǒng)、彗星MK-V等*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論19§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況增壓技術(shù)：增壓比達(dá)到2，使HC、NOx、CO下降，油耗下降。電噴技術(shù)的廣泛應(yīng)用:

類型----機(jī)械式噴射、電控噴射。多點(diǎn)噴射、單點(diǎn)噴射等*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論20§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況

2.柴油機(jī)技術(shù)—高功率、高壽命、低油耗、低排放Diesel于1897年研制了第一臺(tái)柴油機(jī)。1910年Mckechnie完成了燃油高壓噴射系統(tǒng)研制，為康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)。1924年MAN公司制成了第一臺(tái)直噴式柴油機(jī)。1927年BOSCH開始生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的噴油泵。1931年三菱公司學(xué)習(xí)歐洲技術(shù)開始生產(chǎn)預(yù)燃室、渦流室、直噴發(fā)動(dòng)機(jī)。

*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論21§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況高壽命：依賴設(shè)計(jì)計(jì)算、測(cè)試技術(shù)、工藝材料等技術(shù)發(fā)展。到80`s壽命提高3-6倍。技術(shù)：改善混合氣的形成和增壓系統(tǒng)，控制機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷、控制活塞平均速度、減小整機(jī)的震動(dòng)、采用新型材料等。強(qiáng)化混合氣形成強(qiáng)化制造精度減少零部件強(qiáng)化工作頻率強(qiáng)化進(jìn)氣過(guò)程主要技術(shù)：改善燃燒系統(tǒng)、提高燃燒效率減少活塞環(huán)數(shù)、改良機(jī)油品質(zhì)采用二沖程或提高轉(zhuǎn)速增加進(jìn)氣門數(shù)、減小氣道阻力、諧振增壓、渦輪增壓等60年代以來(lái)柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于汽油機(jī)的發(fā)展，發(fā)展的標(biāo)志：高功率：大型化—增大工作容積或缸數(shù)，為36000kW以上,D>1m

強(qiáng)化—指工作過(guò)程的有效指標(biāo)(Pe)和工作頻率的提高(n)。*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論22§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況低油耗：通過(guò)提高機(jī)械效率和循環(huán)指示效率獲得。熱效率—30年代為30%--45%。技術(shù)：提高制造精度和表面光潔度，減少輔助系統(tǒng)的消耗，減少活塞環(huán)數(shù)，改善燃燒系統(tǒng)，提高燃燒效率，采用增壓技術(shù)。小型柴油機(jī)ge=2.7~4g/kwh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(chǎn)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(yīng)滯留時(shí)間。因而推遲點(diǎn)火和降低燃燒室高溫是主要的手段。補(bǔ)燃增加、排煙增加經(jīng)濟(jì)性下降。微粒排放兩類：液態(tài)微?！加秃蜐?rùn)滑油，冷啟動(dòng)、怠速低負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生。固態(tài)微?！煌耆紵a(chǎn)生的碳煙，產(chǎn)生于大負(fù)荷。*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論23§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況

技術(shù)：采用較強(qiáng)的進(jìn)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(shì)，同時(shí)提高噴油壓力和霧化程度。改進(jìn)燃燒室使氣流運(yùn)動(dòng)與霧化很好配合。采用電子控制技術(shù)—高壓共軌。同缸徑?jīng)_程氣油機(jī)與柴油機(jī)比較*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論24§0-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論25緒論§0-2內(nèi)燃機(jī)分類

內(nèi)燃機(jī)：按其不同的特點(diǎn)可分為多種類型一、使用的燃料：1.汽油機(jī)：用火花塞點(diǎn)燃，往復(fù)活塞式。ε=8-122.柴油機(jī)：柴油和空氣混合氣通過(guò)壓燃自行著火的往復(fù)活塞式。3.天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)NG4.液化石油氣發(fā)動(dòng)機(jī)LPG5.酒精發(fā)動(dòng)機(jī)6雙燃料多燃料發(fā)動(dòng)機(jī)二、點(diǎn)火方式：1.壓燃式2.點(diǎn)燃式三、工作循環(huán)：1.二沖程2.四沖程四、活塞運(yùn)動(dòng)方式：1.往復(fù)式2.旋轉(zhuǎn)式*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論26

§0-2內(nèi)燃機(jī)分類五、冷卻方式：1.液體冷卻2.空氣冷卻六、氣缸數(shù)量：1.單缸機(jī)2.多缸機(jī)七、進(jìn)氣形式：1.非增壓—自然吸氣式2.增壓八、混合氣的形成：1.化油器式2.缸內(nèi)直噴低增壓：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>3.63.進(jìn)氣管道內(nèi)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(shù)量：1.二氣門與多氣門2.頂置氣門與側(cè)置氣門*汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理---緒論27第一章概論§0-3典型內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)一.點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)1.單缸機(jī)主要特點(diǎn)：體積小重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件少，應(yīng)用于小型設(shè)備的動(dòng)力。圖為一臺(tái)二沖程風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)，升功率高于四沖程機(jī)，存在掃氣損失，采用混合燃油，存在燒機(jī)油，且HC排放高，油耗高