內(nèi)燃機(jī)原理課件教材

1、北京航空航天大學(xué)汽車工程系汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理北京航空航天大學(xué)汽車系北京航空航天大學(xué)汽車系主講：徐主講：徐 斌斌汽車工程系17:27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) 緒緒 論論 （3 3學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）第第1 1章性能指標(biāo)與影響因素章性能指標(biāo)與影響因素 （4 4學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）第第2 2章發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)章發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán) （4 4學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）第第3 3章發(fā)動(dòng)機(jī)燃料特性章發(fā)動(dòng)機(jī)燃料特性 （2 2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）第第4 4章?lián)Q氣過(guò)程章?lián)Q氣過(guò)程 （5 5學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）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(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）第第6 6章燃料供給與調(diào)節(jié)章燃料供給與調(diào)節(jié) （

2、4 4學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）第第7 7章使用特性與匹配章使用特性與匹配 （2 2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論3教學(xué)大綱n課程教學(xué)目標(biāo)課程教學(xué)目標(biāo) 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理是一門(mén)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(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、試驗(yàn)和管理人才n主要內(nèi)容主要內(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

3、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。n教學(xué)安排及方式教學(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)特性汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論4教學(xué)大綱n綜合實(shí)驗(yàn)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)n考核方式考核方式：考試（80%）+平時(shí)作業(yè)考核（20%）n參考教材：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， 19977 汽車拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)”（第3版），董敬等，

4、機(jī)械工業(yè)出版社，1997年 “內(nèi)燃機(jī)原理”，唐開(kāi)元等，譯自“Internal Combustion Engine Fundamental”, J.B.Heywood精品課網(wǎng)站：http:/ 汽車工程系17:27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研究生課程本科生課程汽車工程系17:27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)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

5、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(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)：5% Pmax=4.5kw 整機(jī)重量大汽車工程系17:27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)：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)：14% Pmax=80kw 整機(jī)重量1250磅。汽車工程系17:27汽

6、車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論80-1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)汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論90-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況1907機(jī)械增壓發(fā)明Renault，1915 Buchi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)汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論100-1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)汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論1

7、10-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論120-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況Mazda Wankel enginePe= 184 kW at 8500 rpmMmax= 220 Nmat 7500 rpm汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論130-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況IO/BODCCharge after ICEO/BEDCEC/AODCCharge before EO汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論140-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論150-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論160-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況2.燃料技術(shù)的發(fā)展 煤氣（

8、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)。汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論220-1內(nèi)燃機(jī)發(fā)展概況低油耗低油耗：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=2.74g/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

9、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)微粒燃油和潤(rùn)滑油，冷啟動(dòng)、怠速低負(fù)荷時(shí)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(fù)荷。汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論230-1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)比較汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論240-1內(nèi)燃

10、機(jī)發(fā)展概況汽車工程系17:27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。=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)式汽車工程系17:27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

11、.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(jìn)氣管道內(nèi)噴射4.分層充氣式九、燃燒室形式： 1.開(kāi)式燃燒室2.分隔室燃燒式十、氣門(mén)形式與數(shù)量： 1.二氣門(mén)與多氣門(mén)2.頂置氣門(mén)與側(cè)置氣門(mén)汽車工程系17:27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)一一.點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)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。汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論280-3典型內(nèi)

12、燃機(jī)結(jié)構(gòu)2.多缸機(jī) 主要特點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩輸出均勻，平衡好，體積中量較大，應(yīng)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(jī)。圖中所示為一臺(tái)四沖程水冷直列三缸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，采用化油汽供油，單頂置凸輪軸，通過(guò)搖臂驅(qū)動(dòng)氣門(mén)，齒型帶傳動(dòng)。汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論290-3典型內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu) 圖為直列四缸四沖程水冷發(fā)動(dòng)機(jī)，化油器供油，頂置凸輪軸，齒型帶傳動(dòng)、中間軸驅(qū)動(dòng)分電器。汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論300-3典型內(nèi)燃機(jī)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(dòng)機(jī)，球形燃燒室，頂置凸輪軸，直列四缸四沖程水冷發(fā)動(dòng)機(jī)，球形燃燒室，頂置凸

13、輪軸，齒型帶傳動(dòng)、中間軸驅(qū)動(dòng)分電器，五氣門(mén)、中冷增壓，采用電控噴射以及齒型帶傳動(dòng)、中間軸驅(qū)動(dòng)分電器，五氣門(mén)、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汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論310-3典型內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論320-3典型內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論33Alfa Romeo 1.9 JTD 16v 0-3典型內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論34薩博9-7X上配備的大型V8發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖0-3典型內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-

14、緒論35AUDI W12 engine汽車工程系17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論360-3典型內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)二二.壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī) 主要特點(diǎn)：具有較高的主要特點(diǎn)：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，其熱負(fù)荷與機(jī)械壓力高，其熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷遠(yuǎn)高于器油機(jī)，輸出負(fù)荷遠(yuǎn)高于器油機(jī)，輸出功率高，油耗低，工作粗功率高，油耗低，工作粗暴，低溫點(diǎn)火困難。暴，低溫點(diǎn)火困難。 常應(yīng)用于載重貨車、機(jī)常應(yīng)用于載重貨車、機(jī)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(dòng)機(jī)，夾角壓中冷發(fā)動(dòng)機(jī)，夾角6060度，度，采用直

15、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17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論37Sulzer 9 RTA 84CNew Sulzer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17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論38Model plane engineCox Pee Wee, 0.33

16、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17:27汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理-緒論390-3典型內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)三三.分層充量發(fā)動(dòng)機(jī)分層充量發(fā)動(dòng)機(jī)一種新型綜合汽油機(jī)與柴油機(jī)優(yōu)點(diǎn)的混合發(fā)動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：1. 1.燃油直接噴射，避免預(yù)混燃燒爆燃問(wèn)題，提高了壓縮比；燃油直接噴射，避免預(yù)混燃燒爆燃問(wèn)題，提高了壓縮比； 2. 2.混合氣由火花塞點(diǎn)燃，避免了燃燒的限制；混合氣由火花塞點(diǎn)燃，避免了燃燒的限制； 3. 3.通過(guò)改變供油量調(diào)節(jié)功率，避免了泵氣損失。通過(guò)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