內(nèi)燃機原理課件

1、北京航空航天大學汽車工程系汽車發(fā)動機原理北京航空航天大學汽車系北京航空航天大學汽車系主講：徐主講：徐 斌斌汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論2主要內(nèi)容1內(nèi)燃機發(fā)展概況2內(nèi)燃機分類3典型內(nèi)燃機結(jié)構(gòu) 緒緒 論論 （3 3學時）學時）第第1 1章性能指標與影響因素章性能指標與影響因素 （4 4學時）學時）第第2 2章發(fā)動機工作循環(huán)章發(fā)動機工作循環(huán) （4 4學時）學時）第第3 3章發(fā)動機燃料特性章發(fā)動機燃料特性 （2 2學時）學時）第第4 4章?lián)Q氣過程章?lián)Q氣過程 （5 5學時）學時）第第5 5章混合氣形成和燃燒章混合氣形成和燃燒 （8 8學時）學時）第第6 6章燃料供給與調(diào)節(jié)章燃料供給與調(diào)節(jié) （4 4學

2、時）學時）第第7 7章使用特性與匹配章使用特性與匹配 （2 2學時）學時）復習復習汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論3教學大綱n課程教學目標課程教學目標 汽車發(fā)動機原理是一門培養(yǎng)學生具有汽車發(fā)動機原理知識和汽車發(fā)動機理論設計能力的專業(yè)課程。通過該課程的學習，學生應掌握熱力發(fā)動機的發(fā)展歷史和國內(nèi)外動態(tài)；熟練掌握熱力發(fā)動機的主要循環(huán)特點、基本工作原理；熟知發(fā)動機混合氣形成與燃燒技術(shù)，實驗理論與試驗方法；使畢業(yè)生能夠成為該領(lǐng)域里的具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的開發(fā)、生產(chǎn)、試驗和管理人才n主要內(nèi)容主要內(nèi)容 介紹汽車發(fā)動機發(fā)展概況；發(fā)動機各性能指標；發(fā)動機的主要循環(huán)；燃料特性；換氣過程分析；混合氣的組織與燃燒；

3、發(fā)動機的燃料共給與調(diào)節(jié)；發(fā)動機的應用與匹配。n教學安排及方式教學安排及方式 本課程講授32學時，共8周，周學時為4。 與本課程相關(guān)的獨立設置的實踐性教學環(huán)節(jié)有兩個： 汽車拆裝實習：實習內(nèi)容為汽車及其發(fā)動機的結(jié)構(gòu)和工作原理發(fā)動機特性汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論4教學大綱n綜合實驗綜合實驗：實驗內(nèi)容為內(nèi)燃機特性和調(diào)節(jié)n考核方式考核方式：考試（80%）+平時作業(yè)考核（20%）n參考教材：參考教材： 汽車構(gòu)造（上、下冊）（第三版），陳家瑞主編，人民交通出版社， 1994.6 車用內(nèi)燃機原理，秦有方主編，北京理工大學出版社， 19977 汽車拖拉機發(fā)動機”（第3版），董敬等，機械工業(yè)出版社，1997

4、年 “內(nèi)燃機原理”，唐開元等，譯自“Internal Combustion Engine Fundamental”, J.B.Heywood精品課網(wǎng)站：http:/ 汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論5本課程定位發(fā)動機設計發(fā)動機實驗技術(shù)內(nèi)燃機現(xiàn)代設計方法汽車電子技術(shù)增壓技術(shù)汽車排放與控制汽車與發(fā)動機構(gòu)造（專業(yè)平臺課）高等內(nèi)燃機學內(nèi)燃機燃燒理論研究生課程研究生課程本科生課程汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論6緒 論 0-1內(nèi)燃機發(fā)展概況 內(nèi)燃機內(nèi)燃機：燃料在機器內(nèi)部燃燒而將能量釋放并對外做功的機械設備。 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)容本課程主要內(nèi)容：往復式活塞內(nèi)燃

5、機 點燃式發(fā)動機壓燃式發(fā)動機一、內(nèi)燃機發(fā)展歷史 1.不同類型發(fā)動機的出現(xiàn)1860年：第一臺內(nèi)燃機出現(xiàn)，J.J.E.Lenoir制造了煤氣機， 指標：5% Pmax=4.5kw 整機重量大汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論7緒 論 1867年：大氣壓力式內(nèi)燃機，Otto,Langen 指標：11% Pmax=28kw 整機重量4000磅 1862：Rochas描述了四沖程發(fā)動機工作原理， 1876年：第一臺四沖程發(fā)動機，Otto研制實用的發(fā)動機。 指標：14% Pmax=80kw 整機重量1250磅。汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論80-1內(nèi)燃機發(fā)展概況 1890年：第一臺二沖程發(fā)動機，Clerk

6、,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，Diesel 為產(chǎn)生霧化微粒使用壓縮空氣噴射，發(fā)動機體機重量很大。笨重的第一臺柴油機汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論90-1內(nèi)燃機發(fā)展概況1907機械增壓發(fā)明Renault，1915 Buchi第一臺渦輪增壓發(fā)動機。 1915 第一臺渦輪增壓發(fā)動機原理結(jié)構(gòu)汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論100-1內(nèi)燃機發(fā)展概況 1957年第一臺轉(zhuǎn)子發(fā)動機，Wankel 轉(zhuǎn)子發(fā)動機Wankel發(fā)動機汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論110-1內(nèi)燃機發(fā)展概況汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論120-1內(nèi)燃機發(fā)展概況Mazda Wankel en

7、ginePe= 184 kW at 8500 rpmMmax= 220 Nmat 7500 rpm汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論130-1內(nèi)燃機發(fā)展概況IO/BODCCharge after ICEO/BEDCEC/AODCCharge before EO汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論140-1內(nèi)燃機發(fā)展概況汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論150-1內(nèi)燃機發(fā)展概況汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論160-1內(nèi)燃機發(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，改進了發(fā)動機動力

8、性、經(jīng)濟性。壓縮比不斷提高1m 強化指工作過程的有效指標(Pe)和工作頻率的提高(n)。汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論220-1內(nèi)燃機發(fā)展概況低油耗低油耗：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(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ge=2.74g/kwh低排放低排放：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反應滯留時間。 因而推遲點火和降低燃燒室高溫是主要的手段。補燃增加、排煙增加經(jīng)濟性

9、下降。 微粒排放兩類：液態(tài)微粒燃油和潤滑油，冷啟動、怠速低負荷時產(chǎn)生。 固態(tài)微粒不完全燃燒產(chǎn)生的碳煙，產(chǎn)生于大負荷。汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論230-1內(nèi)燃機發(fā)展概況 技術(shù)：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(shù)高壓共軌。同缸徑?jīng)_程氣油機與柴油機比較汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論240-1內(nèi)燃機發(fā)展概況汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論25緒 論 0-2內(nèi)燃機分類 內(nèi)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。=8-12

10、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)動機二、點火方式：1.壓燃式2.點燃式三、工作循環(huán)： 1.二沖程2.四沖程四、活塞運動方式： 1.往復式2.旋轉(zhuǎn)式汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論26 0-2內(nèi)燃機分類五、冷卻方式：1.液體冷卻2.空氣冷卻六、氣缸數(shù)量：1.單缸機2.多缸機七、進氣形式： 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：1.8中等增壓：1.82.5高增壓：2.53.63.進氣管道內(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

11、、氣門形式與數(shù)量： 1.二氣門與多氣門2.頂置氣門與側(cè)置氣門汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論27第一章 概 論 0-3 典型內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)一一.點燃式發(fā)動機點燃式發(fā)動機1.單缸機主要特點：體積小重量輕，結(jié)構(gòu)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。汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論280-3典型內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)2.多缸機 主要特點：轉(zhuǎn)矩輸出均勻，平衡好，體積中量較大，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)

12、動機，采用化油汽供油，單頂置凸輪軸，通過搖臂驅(qū)動氣門，齒型帶傳動。汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論290-3典型內(nèi)燃機結(jié)構(gòu) 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(qū)動分電器。汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論300-3典型內(nèi)燃機結(jié)構(gòu) 圖為奧迪圖為奧迪A4直列四缸四沖程水冷發(fā)動機，球形燃燒室，頂置凸輪軸，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(qū)動分電器，五氣門、中冷增壓，采用電控噴射以及齒型帶傳動、中間軸驅(qū)動分電器，五氣門、中冷增壓，采用電控噴射以及三效催化劑。三效催化劑。110kW/6800rmin-1 pe=1.48MPa汽車工程

13、系*汽車發(fā)動機原理-緒論310-3典型內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論320-3典型內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論33Alfa Romeo 1.9 JTD 16v 0-3典型內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論34薩博9-7X上配備的大型V8發(fā)動機結(jié)構(gòu)發(fā)動機結(jié)構(gòu)圖0-3典型內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論35AUDI W12 engine汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論360-3典型內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)二二.壓燃式發(fā)動機壓燃式發(fā)動機 主要特點：具有較高的主要特點：具有較高的壓縮比，熱效率高，通常壓縮比，熱效率高，通常采用增壓技術(shù)，平均有效采用增壓技術(shù)，平均有效壓力高

14、，其熱負荷與機械壓力高，其熱負荷與機械負荷遠高于器油機，輸出負荷遠高于器油機，輸出功率高，油耗低，工作粗功率高，油耗低，工作粗暴，低溫點火困難。暴，低溫點火困難。 常應用于載重貨車、機常應用于載重貨車、機車和發(fā)電。車和發(fā)電。 圖為四沖程圖為四沖程V12V12缸水冷增缸水冷增壓中冷發(fā)動機，夾角壓中冷發(fā)動機，夾角6060度，度，采用直噴采用直噴 型燃燒室，型燃燒室，BoschBosch高壓燃油系統(tǒng)，排放高壓燃油系統(tǒng)，排放低，低，pe=1.737Mpape=1.737Mpa，ge=205g/kwhge=205g/kwh汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論37Sulzer 9 RTA 84CNew Sul

15、zer瓦西蘭-蘇爾壽, 瑞士公司 DieselRTA-seriesLow-speedTwo-stroke Diesel Engines1480-48600 kW2000-66120 bhp196-54 rpm汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論38Model plane engineCox Pee Wee, 0.33 cm3Displacement: 0.33 cm3Rated power:27W Bore:7.6 mmMax. speed:17 500rpm Stroke:6.1 mmTank volume: 2.2cm3 Mass:21 g汽車工程系*汽車發(fā)動機原理-緒論390-3典型內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)三三.分層充量發(fā)動機分層充量發(fā)動機一種新型綜合汽油機與柴油機優(yōu)點的混合發(fā)動機主要特點：主要特點：1. 1.燃油直接噴射，避免預混燃燒爆燃問題，提高了壓縮比；燃油直接噴射，避免預混燃燒爆燃問題，提高了壓縮比； 2. 2.混合氣由火花塞點燃，避免了燃燒的限制；混合氣由火花塞點燃，避免了燃燒的限制； 3. 3.通過改變供油量調(diào)節(jié)功率，避免了泵氣損失。通過改變供油量調(diào)節(jié)功率，避免了泵氣損失。 圖中所示為圖中所示為CVCCCVCC燃燒系統(tǒng)，分為燃燒系統(tǒng)，分為