第01章 華科內(nèi)燃機(jī)原理緒論

發(fā)動(dòng)機(jī)原理主講教師：葉曉明TEL-mail：yexiaoming_cn@163.com《發(fā)動(dòng)機(jī)原理》教學(xué)大綱一、課程名稱(chēng)發(fā)動(dòng)機(jī)原理（PrinciplesofInternalCombustionEngine）二、課程編號(hào)

822181三、學(xué)時(shí)和學(xué)分40學(xué)時(shí)，2.5學(xué)分四、課程教學(xué)目標(biāo)本門(mén)課程的教學(xué)目標(biāo)，旨在使學(xué)生獲得發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理、現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)清潔燃料、排放控制及電控應(yīng)用技術(shù)方面的必備知識(shí)，初步掌握提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和降低有害排放物的基本方法。培養(yǎng)學(xué)生綜合所學(xué)知識(shí)初步進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)性能設(shè)計(jì)與研究的能力。五、基本教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排第一章緒論（2學(xué)時(shí)）第二章內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)（4學(xué)時(shí)）第三章內(nèi)燃機(jī)的工作指標(biāo)與性能分析（4學(xué)時(shí)）第四章內(nèi)燃機(jī)的燃燒（10學(xué)時(shí)）第五章內(nèi)燃機(jī)的燃料與燃料供給（8學(xué)時(shí)）第六章內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程（4學(xué)時(shí)）第七章內(nèi)燃機(jī)的排放與控制（4學(xué)時(shí)）第八章內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行特性（4學(xué)時(shí)）六、教材及參考書(shū)教材：《內(nèi)燃機(jī)原理》，劉永長(zhǎng)主編，華中科技大學(xué)出版社出版，2001年第1版.參考書(shū)：（1）《內(nèi)燃機(jī)學(xué)》，周龍保主編，機(jī)械工業(yè)出版社，1999年第1版.（2）《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理教程》劉崢、王建昕編著，清華大學(xué)出版社，2001年第1版.（3）《內(nèi)燃機(jī)原理》蔣德明主編，機(jī)械工業(yè)出版社，1988年第2版.（4）《汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)原理》倪計(jì)民編，同濟(jì)大學(xué)出版社，1997年第1版.七、考核方式課堂考試+平時(shí)作業(yè)+課堂討論課外作業(yè)完成一篇關(guān)于內(nèi)燃機(jī)發(fā)展新技術(shù)的報(bào)告，要求字?jǐn)?shù)不少于2千字。1.論文題目a.新技術(shù)在汽油機(jī)中的應(yīng)用（學(xué)號(hào)尾數(shù)為單數(shù)）。b.新技術(shù)在柴油機(jī)中的應(yīng)用（學(xué)號(hào)尾數(shù)為偶數(shù)）。2.內(nèi)容要求可以是綜述，也可以針對(duì)某一具體專(zhuān)題進(jìn)行論述。3.格式要求包括以下幾部分：應(yīng)用背景（概況）、主要內(nèi)容、技術(shù)特點(diǎn)、發(fā)展前景等。4.提交時(shí)間最遲最后一次上課前交，鼓勵(lì)提前交。5.提交形式書(shū)面報(bào)告+電子文檔。第一章緒論1-1內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展歷史重大事件時(shí)間：1784年人物：J·瓦特（J.Watte）國(guó)籍：英國(guó)事件：發(fā)明了蒸汽機(jī)意義：這是一個(gè)劃時(shí)代的重大發(fā)明，拉開(kāi)了產(chǎn)業(yè)革命的序幕，從18世紀(jì)80年代開(kāi)始，人類(lèi)進(jìn)入蒸汽機(jī)時(shí)代。時(shí)間：1876年和1897年人物：N·A·奧托（N.A.Otto）和R·狄賽爾（R.Diesel）國(guó)籍：德國(guó)事件：提出了內(nèi)燃機(jī)循環(huán)，分別推出了汽油機(jī)和柴油機(jī)。意義：為現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，這是繼蒸汽機(jī)之后發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的又一個(gè)里程碑。熱機(jī)、外燃機(jī)及內(nèi)燃機(jī)的定義a.將燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置叫做熱機(jī)。根據(jù)燃料燃燒過(guò)程所處地點(diǎn)不同，熱機(jī)又分為外燃機(jī)和內(nèi)燃機(jī)兩大類(lèi)。b.燃料的燃燒和熱能的釋放都在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸外部發(fā)生，水蒸氣被用來(lái)作為熱能轉(zhuǎn)為機(jī)械能的工質(zhì)的熱機(jī)就叫做外燃機(jī)，如蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)等。c.燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部進(jìn)行燃燒，且發(fā)動(dòng)機(jī)的工質(zhì)就是燃料燃燒后的產(chǎn)物的熱機(jī)稱(chēng)為內(nèi)燃機(jī)，如汽油機(jī)、柴油機(jī)、煤氣機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)等。外燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)蒸汽機(jī)汽輪機(jī)熱機(jī)汽油機(jī)柴油機(jī)煤氣機(jī)…………內(nèi)燃機(jī)的分類(lèi)a.內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)型式很多，根據(jù)基本工作原理可分為往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等。其中以往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的使用最為廣泛，所以，常講的“內(nèi)燃機(jī)”系指這種形式。b.根據(jù)著火方式、燃料類(lèi)別、沖程數(shù)和進(jìn)氣狀態(tài)等的不同，內(nèi)燃機(jī)又常常分為各種不同的類(lèi)型。（1）按著火方式可分為：壓燃式與點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)；（2）按使用燃料的不同又可分為：汽油機(jī)、柴油機(jī)、煤氣機(jī)、多種燃料發(fā)動(dòng)機(jī)……；（3）按沖程數(shù)分為：四沖程內(nèi)燃機(jī)和二沖程內(nèi)燃機(jī)之別；（4）按進(jìn)氣狀態(tài)的不同可分為：增壓內(nèi)燃機(jī)和非增壓（自然吸氣式）內(nèi)燃機(jī)；（5）按照氣缸數(shù)分為：?jiǎn)胃讬C(jī)和多缸機(jī)；（6）按照氣缸排列方式分為：直列式、V型式、W型式、星型式、對(duì)置式等。V型發(fā)動(dòng)機(jī)水平發(fā)動(dòng)機(jī)直列發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃機(jī)對(duì)社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)作用內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)于19世紀(jì)，發(fā)展、應(yīng)用于20世紀(jì)，對(duì)20世紀(jì)的發(fā)展起到了重要的作用。20世紀(jì)社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步是全方位、多層面的。而交通的現(xiàn)代化對(duì)20世紀(jì)的發(fā)展起了至關(guān)重要的作用。蒸汽機(jī)時(shí)代20世紀(jì)40年代內(nèi)燃機(jī)時(shí)代發(fā)達(dá)的交通運(yùn)輸暢通的物資流通廣泛的文化科技交流……20世紀(jì)的飛速發(fā)展（1）汽車(chē)a.汽車(chē)是使用內(nèi)燃機(jī)最早的交通工具，早在1886年德國(guó)人G·本茨（G.Benz）就發(fā)明了世界上第一輛內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)。b.汽車(chē)作為產(chǎn)品，汽車(chē)工業(yè)作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)，帶動(dòng)其他產(chǎn)業(yè)和工業(yè)門(mén)類(lèi)的發(fā)展，并促進(jìn)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是在20世紀(jì)，所以，汽車(chē)被列入20世紀(jì)的重大科技發(fā)明。汽車(chē)是現(xiàn)代物質(zhì)文明的重要標(biāo)志，汽車(chē)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，規(guī)模宏大，發(fā)展極快。圖1-11885年本茨制造的裝有汽油機(jī)的三輪汽車(chē)圖1-21885年戴姆勒制造的裝有汽油機(jī)的自行車(chē)圖1-31886年戴姆勒制造的裝有汽油機(jī)的四輪汽車(chē)圖1-41908年開(kāi)始生產(chǎn)的美國(guó)福特T型轎車(chē)圖1-5德國(guó)大眾公司的甲殼蟲(chóng)式轎車(chē)汽車(chē)標(biāo)志（1）美國(guó)（2）德國(guó)（3）法國(guó)（4）英國(guó)（5）意大利（6）中國(guó)（7）韓國(guó)（8）日本內(nèi)燃機(jī)與汽車(chē)的關(guān)系內(nèi)燃機(jī)是汽車(chē)的“心臟”，汽車(chē)與內(nèi)燃機(jī)相互依存，共同發(fā)展，汽車(chē)性能的好壞、汽車(chē)工業(yè)的興衰，與內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展息息相關(guān)。20世紀(jì)一百年來(lái)，汽車(chē)產(chǎn)品的巨大進(jìn)步，首先緣于內(nèi)燃機(jī)工業(yè)強(qiáng)勁發(fā)展的推動(dòng)，同時(shí)又促進(jìn)了內(nèi)燃機(jī)自身的發(fā)展。沒(méi)有內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展就沒(méi)有汽車(chē)的發(fā)展，這就是汽車(chē)發(fā)展歷史的結(jié)論。汽車(chē)發(fā)展至今，內(nèi)燃機(jī)仍是現(xiàn)代汽車(chē)的最佳原動(dòng)機(jī)。出于能源和環(huán)保的需要，盡管現(xiàn)在有電動(dòng)汽車(chē)、太陽(yáng)能汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)、天然氣汽車(chē)等各種動(dòng)力源汽車(chē)的研制與開(kāi)發(fā)，但受技術(shù)、成本、實(shí)用性等多方面因素的制約，至21世紀(jì)中葉，內(nèi)燃機(jī)在汽車(chē)動(dòng)力中的主導(dǎo)地位不會(huì)有大的改變。（2）機(jī)車(chē)在世界各國(guó)中，鐵路是主要的交通干線(xiàn)，特別是內(nèi)陸國(guó)家，鐵路承擔(dān)著最大的運(yùn)輸量。機(jī)車(chē)使用蒸汽機(jī)長(zhǎng)達(dá)一個(gè)半世紀(jì)以上，直至20世紀(jì)50年代才最終為內(nèi)燃機(jī)所取代。（3）船舶船舶是水上交通的重要交通工具。如機(jī)車(chē)一樣，輪船也是最早使用蒸汽機(jī)的交通工具之一。但隨著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展及其產(chǎn)品性能的不斷提高，船舶柴油機(jī)逐漸取代了蒸汽機(jī)。就世界范圍而言，20世紀(jì)40年代以后，新建的商船已再?zèng)]有蒸汽機(jī)船了。根據(jù)過(guò)去的統(tǒng)計(jì)資料，以柴油機(jī)作為主機(jī)的船舶占世界年造船總量的98%左右，可見(jiàn)內(nèi)燃機(jī)是現(xiàn)代船舶最主要的動(dòng)力裝置。（4）飛機(jī)1903年，美國(guó)賴(lài)特兄弟試飛以汽油機(jī)作為動(dòng)力的飛機(jī)取得成功，這是人類(lèi)第一次實(shí)現(xiàn)上天飛行的夢(mèng)想，開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代航空之先河，具有偉大的歷史意義，最近被美國(guó)《時(shí)代》周刊列入20世紀(jì)文化、科技領(lǐng)域重大事件之一載入史冊(cè)，飛機(jī)也被列入20世紀(jì)的重大科技發(fā)明。由此開(kāi)始，內(nèi)燃機(jī)作為軍用、民用飛機(jī)的動(dòng)力長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)以上。直到戰(zhàn)后航空內(nèi)燃機(jī)才逐漸為燃?xì)廨啓C(jī)所取代。但即使是現(xiàn)在，農(nóng)用飛機(jī)、體育競(jìng)技用飛機(jī)，教練機(jī)、直升機(jī)仍有采用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力的，因此，內(nèi)燃機(jī)對(duì)20世紀(jì)航空事業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了重大的作用。此外，內(nèi)燃機(jī)還廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域，是當(dāng)今用量最大、用途最廣、無(wú)一與之匹敵的最重要的熱能動(dòng)力機(jī)械，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)和人們生活中發(fā)揮著重要的作用。內(nèi)燃機(jī)的優(yōu)越性?xún)?nèi)燃機(jī)問(wèn)世至今已有一百余年的歷史，經(jīng)過(guò)前人艱辛的勞動(dòng)與無(wú)數(shù)次的改進(jìn)，其性能已達(dá)到一個(gè)比較高的技術(shù)水平，主要表現(xiàn)在：A、經(jīng)濟(jì)性：內(nèi)燃機(jī)是所有熱機(jī)中熱效率最高的原動(dòng)機(jī)。現(xiàn)代高性能車(chē)用柴油機(jī)的循環(huán)熱效率已達(dá)40%以上；超長(zhǎng)行程二沖程船用柴油機(jī)的循環(huán)熱效率甚至可高達(dá)50%以上（比油耗150g/(KW·h)）；車(chē)用汽油機(jī)的有效熱效率也可達(dá)33%左右。B、動(dòng)力性：功率覆蓋面大，檔次比較齊全。單機(jī)功率從小于1kW的汽油機(jī)到66000kW的船用柴油機(jī)。C、運(yùn)轉(zhuǎn)特性轉(zhuǎn)速范圍寬，能滿(mǎn)足各種配套機(jī)具的需要。從轉(zhuǎn)速只有70r/min的SulzerRTA68低速船用柴油機(jī)，到9000r/min的波爾舍V8-3000高速賽