第一章绪论发动机.

内燃机学郑剑铭EMAIL:[e-mail]:13950161086绪论§0-1内燃机发展概况热机:是将燃料中的化学能转变为机械功的机器。内燃机：燃料在机器内部燃烧而将能量释放并对外做功的机械设备。工质燃烧前为燃油与空气的混合物，燃烧后为燃烧产物。往复式活塞内燃机内燃机点燃式发动机压燃式发动机燃气轮机绪论燃气轮机兼有内燃机内部加热和叶片式机械无反复运动机件的双重优点；然而，由于小功率燃气轮机热效率较低、加速性能差、突减负荷时易超速、不能用发动机制动、空气消耗量大、对空气纯净度要求高、加上涡轮叶片材料和制造成本均比较高等众多原因，一直未能在汽车上得到广泛应用。绪论内燃机的热效率高（是当今热效率最高的热力发动机）、结构简单、比质量（单位输出功率的质量）轻、移动方便，因而被广泛应用于交通运输（陆地、内河、海上和航空）、农业机械、工程机械和发电作为动力。§0-1内燃机发展概况1.不同类型发动机的出现1860年第一台内燃机出现，J.J.E.Lenoir制造了大气压力式内燃机，指标：η5%Pmax=4.5kw整机重量大；1876年第一台四冲程发动机，Otto研制实用的发动机。指标：η14%Pmax=80kw整机重量1250磅1890年第一台二冲程发动机，Clerk,Benz等。1892年压燃式发动机理论形成，1897第一台柴油发动机，DieselRenault,1915Buchi第一台涡轮增压发动机1957年,第一台转子发动机§0-1内燃机发展概况2.燃料技术的发展•煤气（1860）热值低，充气效率低•汽油（1890）产生爆燃爆振压缩比4•抗爆剂的发现（1923）--汽油生产工艺的改变，产量抗爆性提高，改进了发动机动力性、经济性。压缩比不断提高83.环境要求对内燃机发展的影响•40年代产生汽车排放污染，1952年HaagenSmit阐明了污染的根源，60年代，美国欧洲日本建立了汽车排放的标准，汽油喷射、三效催化出现。•噪声污染：气动噪声、燃烧噪声、轮胎噪声、振动噪声。§0-1内燃机发展概况二、内燃机技术发展1.汽油机技术•1860-1950：一方面提高压缩比，另一方面大幅度的提高转速；一直沿着降低油耗、增大升功率、减轻比重量的方向发展。压缩比的提高爆燃严重添加抗爆剂排气污染严重•60-70年代：主要解决排放与噪声问题。主要技术：减少面容比、减少激冷层面积、S/D增大、排气催化器、补燃、EGR等，但是NOx与CO、HC减低措施相互矛盾。§0-1内燃机发展概况•稀薄燃烧技术：1915年Ricardo提出（为经济性和抗爆燃），60年代才为解决排放与经济性进行研究。稀薄燃烧技术均匀稀混合气燃烧—采用高能点火，结构简单非均匀稀混合气燃烧—分层充气，分为分隔室、统一室燃烧。SKS分层方案、本田CVCC复合涡流燃烧系统、彗星MK-V等§0-1内燃机发展概况•增压技术：增压比达到2，使HC、NOx、CO下降，油耗下降。•电喷技术的广泛应用:类型----机械式喷射、电控喷射。多点喷射、单点喷射等§0-1内燃机发展概况2.柴油机技术—高功率、高寿命、低油耗、低排放•Diesel于1897年研制了第一台柴油机。•1910年Mckechnie完成了燃油高压喷射系统研制，为康明斯发动机原型。•Benz公司于1922发明了分开式燃烧室，研制出车用发动机。•1924年MAN公司制成了第一台直喷式柴油机。•1927年BOSCH开始生产标准的喷油泵。•1931年三菱公司学习欧洲技术开始生产预燃室、涡流室、直喷发动机。§0-1内燃机发展概况•高寿命：依赖设计计算、测试技术、工艺材料等技术发展。到80`s寿命提高3-6倍。技术：改善混合气的形成和增压系统，控制机械负荷与热负荷、控制活塞平均速度、减小整机的震动、采用新型材料等。强化混合气形成强化制造精度减少零部件强化工作频率强化进气过程主要技术：改善燃烧系统、提高燃烧效率减少活塞环数、改良机油品质采用二冲程或提高转速增加进气门数、减小气道阻力、谐振增压、涡轮增压等60年代以来柴油机技术发展远远快于汽油机的发展，发展的标志：•高功率：大型化—增大工作容积或缸数，为36000kW以上,D1m强化—指工作过程的有效指标(Pe)和工作频率的提高(n)。§0-1内燃机发展概况•低油耗：通过提高机械效率和循环指示效率获得。热效率—30年代为30%--45%。技术：提高制造精度和表面光洁度，减少辅助系统的消耗，减少活塞环数，改善燃烧系统，提高燃烧效率，采用增压技术。低排放：主要排放物HC、CO、NOx和碳烟微粒。Nox和碳烟为主要排放物。产生的原因：Nox取决于燃烧最高温度、燃烧室氧气浓度和生成Nox反应滞留时间。因而推迟点火和降低燃烧室高温室主要的手段。补燃增加、排烟增加经济性下降。微粒排放两类：液态微粒—燃油和润滑油，冷启动、怠速低负荷时产生。固态微粒—不完全燃烧产生的碳烟，产生于大负荷。§0-1内燃机发展概况技术：采用较强的进气涡流，加速膨胀初期燃烧，为提高充气效率，目前有采用中低的涡流比的趋势，同时提高喷油压力和雾化程度。改进燃烧室使气流运动与雾化很好配合。采用电子控制技术—高压共轨。同缸径冲程汽油机与柴油机比较§0-1内燃机发展概况绪论§0-2内燃机分类内燃机：按其不同的特点可分为多种类型一、使用的燃料：1.汽油机：用火花塞点燃，往复活塞式。ε=8-122.柴油机：柴油和空气混合气通过压燃自行着火的往复活塞式。3.天然气发动机NG4.液化石油气发动机LPG5.酒精发动机6双燃料多燃料发动机绪论§0-2内燃机分类二、工作循环：1.二冲程2.四冲程绪论§0-2内燃机分类三、活塞运动方式：1.往复式2.旋转式绪论§0-2内燃机分类四、冷却方式：1.液体冷却2.空气冷却绪论§0-2内燃机分类五、点火方式：1.压燃式2.点燃式六、气缸数量：1.单缸机2.多缸机七、进气形式：1.非增压—自然吸气式2.增压低增压：π1.8中等增压：1.8π2.5高增压：2.5π3.6超高增压：π3.6八、混合气的形成：1.化油器式2.缸内直喷3.进气管道内喷射4.分层充气式九、燃烧室形式：1.开式燃烧室2.分隔室燃烧式十、气门形式与数量：1.二气门与多气门2.顶置气门与侧置气门§0-2内燃机分类绪论绪论§0-3典型内燃机结构一.点燃式发动机1.单缸机主要特点：体积小重量轻，结构简单，零部件少，应用于小型设备的动力。图为一台二冲程风冷发动机，升功率高于四冲程机，存在扫气损失，采用混合燃油，存在烧机油，且HC排放高，油耗高。§0-3典型内燃机结构2.多缸机主要特点：转矩输出均匀，平衡好，体积重量较大，应用于车辆。分为直列和V性排列方式，常用3、4、6、V6、V8、V12缸等。排放与油耗好于二冲程机。图中所示为一台四冲程水冷直列三缸机发动机，采用化油汽供油，单顶置凸轮轴，通过摇臂驱动气门，齿型带传动。§0-3典型内燃机结构图为直列四缸四冲程水冷发动机，化油器供油，顶置凸轮轴，齿型带传动、中间轴驱动分电器。§0-3典型内燃机结构图为奥迪A4直列四缸四冲程水冷发动机，球形燃烧室，顶置凸轮轴，齿型带传动、中间轴驱动分电器，五气门、中冷增压，采用电控喷射以及三效催化剂。110kW/6800rmin-1pe=1.48MPaAUDIW12engine§0-3典型内燃机结构二.压燃式发动机主要特点：具有较高的压缩比，热效率高，通常采用增压技术，平均有效压力高，其热负荷与机械负荷远高于汽油机，输出功率高，油耗低，工作粗暴，低温点火困难。常应用于载重货车、机车和发电。图为四冲程V12缸水冷增压中冷发动机，夹角60度，采用直喷ω型燃烧室，Bosch高压燃油系统，排放低，pe=1.737Mpa，ge=205g/kwh厦船重工船舶主机Sulzer9RTA84CNewSulzerDieselRTA-seriesLow-speedTwo-strokeDieselEngines1480-48600kW2000-66120bhp196-54rpm•••Modelplaneengine•CoxPeeWee,0.33cm3•Displacement:0.33cm3Ratedpower:27WBore:7.6mmMax.speed:17500rpmStroke:6.1mmTankvolume:2.2cm3Mass:21g1886.最早实用性汽车德国工程师戴姆勒,奔驰，德意志专利号NO；374351汽车专利证书1903,福特汽车工业公司,1913,流水线作业国民汽车1926.T型车2000万辆290美元/辆14.7KW,1600r/min,八大国民汽车林肯林肯BWMLEXUS保时捷911Cadillac甲壳虫悍马法拉利红旗