內(nèi)燃機(jī)原理第一章課件

1、 內(nèi) 燃 機(jī) 原理主講：主講： 肖肖 平平職稱(chēng)：職稱(chēng)： 副教授副教授院系：院系： 機(jī)械學(xué)院機(jī)械學(xué)院發(fā)動(dòng)機(jī)原理課程教學(xué)大綱 一、課程編號(hào)二、學(xué)時(shí)和學(xué)分 30 學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)三、先修課程 熱力學(xué)、流體力學(xué)、動(dòng)力機(jī)械基礎(chǔ)、渦輪增壓器原理等熱力學(xué)、流體力學(xué)、動(dòng)力機(jī)械基礎(chǔ)、渦輪增壓器原理等四、課程教學(xué)目標(biāo)本課程屬于熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)動(dòng)力機(jī)械專(zhuān)業(yè)方向的專(zhuān)業(yè)本課程屬于熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)動(dòng)力機(jī)械專(zhuān)業(yè)方向的專(zhuān)業(yè)主干課程。本門(mén)課程的教學(xué)目標(biāo)，旨在使學(xué)生獲得主干課程。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)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理工作原理、現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)清潔燃料現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)清潔燃料、排放控制及電控應(yīng)用技排放控制及電控應(yīng)用技術(shù)術(shù)方面的必備

2、知識(shí)，掌握方面的必備知識(shí)，掌握提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性和和降降低有害排放物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)進(jìn)行發(fā)的基本方法。培養(yǎng)學(xué)生綜合所學(xué)知識(shí)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)性能設(shè)計(jì)與研究的能力。動(dòng)機(jī)性能設(shè)計(jì)與研究的能力。第一章第一章 緒論緒論第二章第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的工作指標(biāo)與性能分析發(fā)動(dòng)機(jī)的工作指標(biāo)與性能分析第三章第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)第四章第四章 內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程第五章第五章 內(nèi)燃機(jī)混合氣的形成和燃燒內(nèi)燃機(jī)混合氣的形成和燃燒第六章第六章 內(nèi)燃機(jī)的代用燃料內(nèi)燃機(jī)的代用燃料第七章第七章 內(nèi)燃機(jī)的燃料供給與調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)的燃料供給與調(diào)節(jié)第八章第八章 內(nèi)燃

3、機(jī)污染物的生成與控制內(nèi)燃機(jī)污染物的生成與控制第九章第九章 內(nèi)燃機(jī)的使用特性與匹配內(nèi)燃機(jī)的使用特性與匹配第十章第十章 內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)第十一章第十一章 內(nèi)燃機(jī)的概念設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)的概念設(shè)計(jì)五、 課程內(nèi)容(1)課內(nèi)講授：課內(nèi)講授：30學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 1）內(nèi)燃機(jī)排放氣體分析試驗(yàn)；）內(nèi)燃機(jī)排放氣體分析試驗(yàn)；(2)實(shí)踐環(huán)節(jié)：發(fā)動(dòng)機(jī)原理試驗(yàn)（實(shí)踐環(huán)節(jié)：發(fā)動(dòng)機(jī)原理試驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）3）內(nèi)燃機(jī)油耗檢測(cè)試驗(yàn)；）內(nèi)燃機(jī)油耗檢測(cè)試驗(yàn)；2）柴油機(jī)排放氣體煙度檢測(cè)試驗(yàn)；）柴油機(jī)排放氣體煙度檢測(cè)試驗(yàn)；4）試驗(yàn)地點(diǎn)：汽車(chē)綜合性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)室）試驗(yàn)地點(diǎn)：汽車(chē)綜合性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)室內(nèi)燃機(jī)是將內(nèi)燃機(jī)是將燃料燃燒燃料燃燒釋放出來(lái)的熱能轉(zhuǎn)

4、化為機(jī)械能的一釋放出來(lái)的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種動(dòng)力裝置。由于燃料燃燒在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部進(jìn)行，故稱(chēng)種動(dòng)力裝置。由于燃料燃燒在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部進(jìn)行，故稱(chēng)為內(nèi)燃機(jī)。為內(nèi)燃機(jī)。 第一講第一講 緒緒 論論11 內(nèi)燃機(jī)簡(jiǎn)史p11784年英國(guó)發(fā)明家年英國(guó)發(fā)明家J瓦特瓦特(J. Watte)發(fā)明了蒸汽機(jī)。發(fā)明了蒸汽機(jī)。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。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。德國(guó)人德國(guó)人NA奧托奧托(N.A.Otto)和和R狄賽爾狄賽爾(R.Diesel)提出的提出的內(nèi)燃機(jī)循環(huán)，內(nèi)燃機(jī)循環(huán)，于于1876年和年和1897年分別推出年分別推出了汽油機(jī)和柴油機(jī)，為現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展奠

5、定了基礎(chǔ)。了汽油機(jī)和柴油機(jī)，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。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。 內(nèi)燃機(jī)問(wèn)世至今一百余年來(lái)，經(jīng)過(guò)前人艱辛內(nèi)燃機(jī)問(wèn)世至今一百余年來(lái)，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)較高的勞動(dòng)與無(wú)數(shù)次的改進(jìn)，其性能已達(dá)到一個(gè)較高的技術(shù)水平的技術(shù)水平 ，主要表現(xiàn)在：，主要表現(xiàn)在：A、經(jīng)濟(jì)性：、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)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/(kWh)； 車(chē)用汽油機(jī)

6、的有效熱效率也可達(dá)33%左右。功率覆蓋面大，檔次比較齊全功率覆蓋面大，檔次比較齊全 單機(jī)功率從小于單機(jī)功率從小于1kW1kW的汽油機(jī)到的汽油機(jī)到66000kW66000kW的船的船用柴油機(jī)；用柴油機(jī)； B、動(dòng)力性：、動(dòng)力性：轉(zhuǎn)速范圍寬，能滿足各種配套機(jī)具的需要。轉(zhuǎn)速范圍寬，能滿足各種配套機(jī)具的需要。 從轉(zhuǎn)速只有70r/min的Sulzer RTA68低速船用柴油機(jī)，到9000r/min的波爾舍 V83000高速賽車(chē)汽油機(jī)，車(chē)用柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速也可高達(dá)5000r/min(哥爾夫轎車(chē)柴油機(jī))。 C、 運(yùn)轉(zhuǎn)特性運(yùn)轉(zhuǎn)特性 正因?yàn)檎驗(yàn)樯鲜錾鲜鰞?yōu)勢(shì)，內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用在所有熱優(yōu)勢(shì)，內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用在所有熱機(jī)中一直居于

7、領(lǐng)先地位，機(jī)中一直居于領(lǐng)先地位，無(wú)論是無(wú)論是過(guò)去過(guò)去還是還是現(xiàn)在現(xiàn)在，均廣泛均廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)建設(shè)( (陸、海、空陸、海、空軍的動(dòng)力裝備軍的動(dòng)力裝備) )的各個(gè)領(lǐng)域。從農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車(chē)、的各個(gè)領(lǐng)域。從農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車(chē)、摩托、賽車(chē)、工程機(jī)械、機(jī)車(chē)、戰(zhàn)車(chē)、電站、摩托、賽車(chē)、工程機(jī)械、機(jī)車(chē)、戰(zhàn)車(chē)、電站、艦艇和民用船舶，乃至于飛機(jī)都廣泛采用內(nèi)燃艦艇和民用船舶，乃至于飛機(jī)都廣泛采用內(nèi)燃機(jī)，特別是在水陸交通運(yùn)輸和農(nóng)用動(dòng)力中占有機(jī)，特別是在水陸交通運(yùn)輸和農(nóng)用動(dòng)力中占有壓倒優(yōu)勢(shì)。壓倒優(yōu)勢(shì)。 內(nèi)燃機(jī)作為一種科技產(chǎn)品歷時(shí)百余年，經(jīng)久內(nèi)燃機(jī)作為一種科技產(chǎn)品歷時(shí)百余年，經(jīng)久不衰，現(xiàn)在還充滿

8、發(fā)展活力，無(wú)可替代地邁入不衰，現(xiàn)在還充滿發(fā)展活力，無(wú)可替代地邁入21世紀(jì)。世紀(jì)。 4）新中國(guó)成立后，內(nèi)燃機(jī)工業(yè)得到了恢復(fù)與）新中國(guó)成立后，內(nèi)燃機(jī)工業(yè)得到了恢復(fù)與發(fā)展發(fā)展。12中國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)史 一，內(nèi)燃機(jī)工業(yè)的創(chuàng)建階段1）1901年年 外國(guó)內(nèi)燃機(jī)作為商品進(jìn)入中國(guó)外國(guó)內(nèi)燃機(jī)作為商品進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)市場(chǎng)；2）1908年均和安機(jī)器廠和協(xié)同和機(jī)器廠開(kāi)始年均和安機(jī)器廠和協(xié)同和機(jī)器廠開(kāi)始生產(chǎn)內(nèi)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)燃機(jī)；3）1929年我國(guó)制造出第一臺(tái)功率為年我國(guó)制造出第一臺(tái)功率為26.47KW雙缸柴雙缸柴油機(jī)油機(jī)。4 4）在廢氣渦輪與增壓柴油機(jī)方面，）在廢氣渦輪與增壓柴油機(jī)方面，19581958年新年新中動(dòng)力機(jī)廠成功

9、研制成功我國(guó)第一臺(tái)軸流式排中動(dòng)力機(jī)廠成功研制成功我國(guó)第一臺(tái)軸流式排氣氣渦輪增壓器的柴油機(jī)。渦輪增壓器的柴油機(jī)。二，二，建設(shè)內(nèi)燃機(jī)建設(shè)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)體系階段工業(yè)體系階段1）19581966年，內(nèi)燃機(jī)工業(yè)發(fā)展迅速；年，內(nèi)燃機(jī)工業(yè)發(fā)展迅速；上海柴油機(jī)廠試制成功多用途柴油機(jī)。上海柴油機(jī)廠試制成功多用途柴油機(jī)。2）1959年建成了年建成了洛陽(yáng)第一拖拉機(jī)廠洛陽(yáng)第一拖拉機(jī)廠，生產(chǎn)東，生產(chǎn)東方紅方紅54型履帶式拖拉機(jī)。型履帶式拖拉機(jī)。3）在大功率柴油機(jī)方面，我國(guó)自行設(shè)計(jì)了）在大功率柴油機(jī)方面，我國(guó)自行設(shè)計(jì)了12V180型車(chē)用柴油機(jī)等。型車(chē)用柴油機(jī)等。2 2）近百年來(lái)，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，）近百年來(lái)，我

10、國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，截止截止20012001年底，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)總產(chǎn)量已達(dá)年底，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)總產(chǎn)量已達(dá)2.52.5億億kWkW，品，品種、數(shù)量可滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)種、數(shù)量可滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)日益增長(zhǎng)的需要。日益增長(zhǎng)的需要。三，三，內(nèi)燃機(jī)工業(yè)體系內(nèi)燃機(jī)工業(yè)體系的形成與發(fā)展的新階段的形成與發(fā)展的新階段1）1979年后，內(nèi)燃機(jī)工業(yè)進(jìn)行了一系列調(diào)整整頓工作，年后，內(nèi)燃機(jī)工業(yè)進(jìn)行了一系列調(diào)整整頓工作，通過(guò)引入市場(chǎng)機(jī)制，推行全面質(zhì)量管理，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)通過(guò)引入市場(chǎng)機(jī)制，推行全面質(zhì)量管理，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和對(duì)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造等，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)水平技術(shù)和對(duì)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造等，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)水平有了明顯提高。這一時(shí)期

11、是我國(guó)內(nèi)燃機(jī)發(fā)展史上的鼎盛有了明顯提高。這一時(shí)期是我國(guó)內(nèi)燃機(jī)發(fā)展史上的鼎盛時(shí)期，引進(jìn)與開(kāi)發(fā)了時(shí)期，引進(jìn)與開(kāi)發(fā)了很多的新產(chǎn)品。很多的新產(chǎn)品。13內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用與分類(lèi)內(nèi)燃機(jī)的種類(lèi)很多，它們可以按如下不同方式分類(lèi)：1）按燃料分：汽油機(jī)、柴油機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)、液化石）按燃料分：汽油機(jī)、柴油機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)、液化石油氣發(fā)動(dòng)機(jī)、酒精發(fā)動(dòng)機(jī)、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)等。油氣發(fā)動(dòng)機(jī)、酒精發(fā)動(dòng)機(jī)、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)等。2）按缸內(nèi)著火方式分：壓燃式、點(diǎn)燃式；）按缸內(nèi)著火方式分：壓燃式、點(diǎn)燃式；3）按沖程分：四沖程、二沖程；）按沖程分：四沖程、二沖程；4）按活塞運(yùn)動(dòng)方式分：往復(fù)活塞式、旋轉(zhuǎn)活塞式；）按活塞運(yùn)動(dòng)方式分：往復(fù)活塞式、旋轉(zhuǎn)活

12、塞式；5）按汽缸數(shù)分：?jiǎn)胃住⒍喔?；）按汽缸?shù)分：?jiǎn)胃住⒍喔祝?010）按燃燒室設(shè)計(jì)分：開(kāi)式燃燒室、分隔式燃燒室。）按燃燒室設(shè)計(jì)分：開(kāi)式燃燒室、分隔式燃燒室。 6 6）按冷卻方式分：液體冷卻、空氣冷卻、復(fù)合冷卻。）按冷卻方式分：液體冷卻、空氣冷卻、復(fù)合冷卻。7 7）按轉(zhuǎn)速分：低速、中速、高速；）按轉(zhuǎn)速分：低速、中速、高速；8 8）增壓程度：非增壓、增壓（底增壓、中增壓、高增壓）增壓程度：非增壓、增壓（底增壓、中增壓、高增壓、超高增壓）、超高增壓）9 9）按混合氣準(zhǔn)備方式分：化油器式、進(jìn)氣管或進(jìn)氣道噴）按混合氣準(zhǔn)備方式分：化油器式、進(jìn)氣管或進(jìn)氣道噴射、缸內(nèi)直接噴射。射、缸內(nèi)直接噴射。 現(xiàn)在能源問(wèn)題

13、已是世界矚目的問(wèn)題，能源現(xiàn)在能源問(wèn)題已是世界矚目的問(wèn)題，能源危機(jī)將日益深化；環(huán)境污染日趨惡化，已引起危機(jī)將日益深化；環(huán)境污染日趨惡化，已引起人們的嚴(yán)重關(guān)注和不安，能源與環(huán)境已成為人們的嚴(yán)重關(guān)注和不安，能源與環(huán)境已成為2121世紀(jì)制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。世紀(jì)制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)目在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的同時(shí)，保持潔凈環(huán)境將是各國(guó)面臨的一大標(biāo)的同時(shí)，保持潔凈環(huán)境將是各國(guó)面臨的一大挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)。 內(nèi)燃機(jī)面臨能源與環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)內(nèi)燃機(jī)面臨能源與環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn) 19931993年，我國(guó)已由石油出口國(guó)變成了石油凈進(jìn)口年，我國(guó)已由石油出口國(guó)變成了石油凈進(jìn)口國(guó)。國(guó)。20002000年，我國(guó)石油需求的缺口達(dá)

14、到年，我國(guó)石油需求的缺口達(dá)到40004000萬(wàn)萬(wàn)t,t,到到20102010年需求缺口將達(dá)到年需求缺口將達(dá)到90009000萬(wàn)萬(wàn)t t左右，這就是我國(guó)在左右，這就是我國(guó)在2121世紀(jì)所面對(duì)的能源形勢(shì)。世紀(jì)所面對(duì)的能源形勢(shì)。內(nèi)燃機(jī)正面臨著節(jié)約能源內(nèi)燃機(jī)正面臨著節(jié)約能源、提高能源、提高能源利用率的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。利用率的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 能源挑戰(zhàn)能源挑戰(zhàn) 環(huán)境問(wèn)題是當(dāng)代人類(lèi)面臨的四大社會(huì)問(wèn)題環(huán)境問(wèn)題是當(dāng)代人類(lèi)面臨的四大社會(huì)問(wèn)題( (糧食、人口、糧食、人口、環(huán)境、能源環(huán)境、能源) )之一。大氣污染是環(huán)境污染最重要的一個(gè)方面，之一。大氣污染是環(huán)境污染最重要的一個(gè)方面，也是控制與治理較為困難的一面。城市人煙稠密，大

15、氣污染尤也是控制與治理較為困難的一面。城市人煙稠密，大氣污染尤為嚴(yán)重，在城市大氣污染中，內(nèi)燃機(jī)的有害物排放量約占為嚴(yán)重，在城市大氣污染中，內(nèi)燃機(jī)的有害物排放量約占6060以上，因此，內(nèi)燃機(jī)排放是城市大氣環(huán)境的主要污染源。隨著以上，因此，內(nèi)燃機(jī)排放是城市大氣環(huán)境的主要污染源。隨著汽車(chē)保有量的增加，城市大氣環(huán)境污染程度有增無(wú)減，已經(jīng)成汽車(chē)保有量的增加，城市大氣環(huán)境污染程度有增無(wú)減，已經(jīng)成為我國(guó)城市環(huán)境治理中的為我國(guó)城市環(huán)境治理中的重中之重重中之重。 為了控制大氣污染，美國(guó)、日本、歐共體各國(guó)都制定了嚴(yán)為了控制大氣污染，美國(guó)、日本、歐共體各國(guó)都制定了嚴(yán)格的內(nèi)燃機(jī)排放法規(guī)。如表格的內(nèi)燃機(jī)排放法規(guī)。如表1

16、 11 1所示的為歐洲現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)。所示的為歐洲現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)。表表1 12 2所示的是我國(guó)車(chē)用柴油機(jī)的排放所示的是我國(guó)車(chē)用柴油機(jī)的排放標(biāo)準(zhǔn)限值標(biāo)準(zhǔn)限值 。環(huán)境挑戰(zhàn)環(huán)境挑戰(zhàn) 表11 歐洲車(chē)用柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn) g/kWh，煙度單位 實(shí)施時(shí)間 CO HC NOx PM 煙度歐： 1992 4.5 1.1 8.0 85kW, 0.612 85kW, 0.360歐： 1996.10 4.0 1.1 7.0 0.25 1998.10 4.0 1.1 7.0 0.15 歐： 1999.10（僅EEVs） 1.5 0.25 2.0 0.02 0.15 2000.10 2.1 0.66 5.0 0.10/0.13

17、* 0.8歐： 2005.10 1.5 0.46 3.5 0.02 0.5 歐： 2008.10 1.5 0.46 2.0 0.02 0.5 注：*用于每缸排量小于0.75升和額定功率轉(zhuǎn)速高于3000r/min的發(fā)動(dòng)機(jī) 表12 我國(guó)車(chē)用柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn) g/kWh 實(shí)施時(shí)間 CO HC NOx PM 85kW 85kW歐: 2000.10.1 4.5 1.1 8.0 0.61 0.36歐: 2005.10.1 4.0 1.1 7.0 0.15 0.15 1m 隨著能源短缺和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，內(nèi)燃機(jī)正面隨著能源短缺和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，內(nèi)燃機(jī)正面臨著排氣凈化法規(guī)和燃油耗法規(guī)進(jìn)一步強(qiáng)化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，

18、臨著排氣凈化法規(guī)和燃油耗法規(guī)進(jìn)一步強(qiáng)化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，從而促進(jìn)了各種基礎(chǔ)研究和應(yīng)用從而促進(jìn)了各種基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的開(kāi)展研究的開(kāi)展。內(nèi)燃機(jī)當(dāng)前的發(fā)展水平內(nèi)燃機(jī)當(dāng)前的發(fā)展水平 內(nèi)燃機(jī)經(jīng)歷一百余年的發(fā)展，有兩個(gè)重要的發(fā)內(nèi)燃機(jī)經(jīng)歷一百余年的發(fā)展，有兩個(gè)重要的發(fā)展階段是具有劃時(shí)代意義的：展階段是具有劃時(shí)代意義的： 一是一是20世紀(jì)世紀(jì) 50年代初興起的增壓技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品年代初興起的增壓技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品上的上的廣泛應(yīng)用（機(jī)械增壓、渦輪增壓）廣泛應(yīng)用（機(jī)械增壓、渦輪增壓）。 二是二是20世紀(jì)世紀(jì)70年代開(kāi)始的電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)在內(nèi)燃年代開(kāi)始的電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)在內(nèi)燃機(jī)研制中的應(yīng)用，這兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)至今機(jī)研制中的應(yīng)

19、用，這兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)至今都方興未艾。都方興未艾。一、內(nèi)燃機(jī)綜合性能的進(jìn)展 2.在在Pe=30007500kW 較大型內(nèi)燃機(jī)中，四較大型內(nèi)燃機(jī)中，四沖程柴油機(jī)在生產(chǎn)成本上優(yōu)于二沖程柴油機(jī)，而油沖程柴油機(jī)在生產(chǎn)成本上優(yōu)于二沖程柴油機(jī)，而油耗二者不相上下，耗二者不相上下，1. 在中、低速大型動(dòng)力裝置中幾乎毫無(wú)例外地采在中、低速大型動(dòng)力裝置中幾乎毫無(wú)例外地采用柴油機(jī)。用柴油機(jī)。 (一一)用于機(jī)車(chē)、船舶及固定式裝置的中、低速柴油用于機(jī)車(chē)、船舶及固定式裝置的中、低速柴油機(jī)機(jī) 3. 3.在在Pe=7500Pe=750066000kW66000kW范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，低速低速長(zhǎng)行程或超長(zhǎng)長(zhǎng)行程或超長(zhǎng)行程二沖程柴油機(jī)

20、在近行程二沖程柴油機(jī)在近1010年中得到了發(fā)展，年中得到了發(fā)展，n=200-n=200-60r/min 60r/min 以下時(shí)，具有倒車(chē)直接耦合能力，適用于直接以下時(shí)，具有倒車(chē)直接耦合能力，適用于直接驅(qū)動(dòng)船舶螺旋槳，從而可提高推進(jìn)效率。驅(qū)動(dòng)船舶螺旋槳，從而可提高推進(jìn)效率。 4.中速四沖程柴油機(jī)大修期達(dá)中速四沖程柴油機(jī)大修期達(dá)t= 1200015000h；中速?gòu)?qiáng)載柴油機(jī)中速?gòu)?qiáng)載柴油機(jī) m=1.36kg/kW。汽油機(jī)仍是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)機(jī)型，由于其汽油機(jī)仍是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)機(jī)型，由于其升功率高升功率高、工作柔、工作柔和平穩(wěn)、噪聲低、比容積小和比質(zhì)量輕，所以在轎車(chē)和輕型車(chē)和平穩(wěn)、噪聲低、比容積小和比

21、質(zhì)量輕，所以在轎車(chē)和輕型車(chē)上占有優(yōu)勢(shì)。在油耗方面，由于多氣門(mén)技術(shù)和燃油噴射系統(tǒng)的上占有優(yōu)勢(shì)。在油耗方面，由于多氣門(mén)技術(shù)和燃油噴射系統(tǒng)的采用，目前小轎車(chē)汽油機(jī)的燃油消耗較過(guò)去有較大幅度的降低。采用，目前小轎車(chē)汽油機(jī)的燃油消耗較過(guò)去有較大幅度的降低。目前歐洲和日本小轎車(chē)的百公里平均油耗一般在目前歐洲和日本小轎車(chē)的百公里平均油耗一般在5.55.56.5L6.5L之之間，部分機(jī)型甚至達(dá)到了間，部分機(jī)型甚至達(dá)到了5L5L以下，而且各汽車(chē)公司還正以下，而且各汽車(chē)公司還正 在為在為研制成油耗為研制成油耗為3L/100km3L/100km的小型轎車(chē)而努力。的小型轎車(chē)而努力。 (二二)高速車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)高速車(chē)用發(fā)動(dòng)

22、機(jī) 1.車(chē)用汽油機(jī)車(chē)用汽油機(jī) 在載貨車(chē)的運(yùn)行費(fèi)中，燃料費(fèi)約占在載貨車(chē)的運(yùn)行費(fèi)中，燃料費(fèi)約占7070，通常柴，通常柴油車(chē)的運(yùn)行油耗比汽油機(jī)車(chē)要低油車(chē)的運(yùn)行油耗比汽油機(jī)車(chē)要低(30(3040)40)，可達(dá)到可達(dá)到小于小于200 g/kW.h200 g/kW.h。近年來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是大量發(fā)展柴油車(chē)，近年來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是大量發(fā)展柴油車(chē)，車(chē)用柴油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：小排量?jī)?nèi)燃車(chē)用柴油機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：小排量?jī)?nèi)燃機(jī)的柴油機(jī)化、機(jī)的柴油機(jī)化、 直噴化及其向轎車(chē)領(lǐng)域的擴(kuò)展；分直噴化及其向轎車(chē)領(lǐng)域的擴(kuò)展；分開(kāi)式燃燒室柴油機(jī)的直噴化；直噴式柴油機(jī)的開(kāi)式燃燒室柴油機(jī)的直噴化；直噴式柴油機(jī)的( (渦輪渦輪)

23、 )增壓化；渦輪增壓直噴式柴油機(jī)再加進(jìn)氣中冷器；電增壓化；渦輪增壓直噴式柴油機(jī)再加進(jìn)氣中冷器；電子控制技術(shù)的應(yīng)用等。子控制技術(shù)的應(yīng)用等。2.車(chē)用柴油機(jī)小缸徑系列機(jī)型也采用直噴燃燒方式，把經(jīng)濟(jì)性放在首位，在整機(jī)性能上已有較大提高，以滿足用戶的需要。 22kW級(jí)的代表機(jī)型為久保田公司的KND3200型柴油機(jī)； 洋馬公司的HS95型柴油機(jī)； 久保田公司的E70型柴油機(jī)。(三)小型通用柴油機(jī) 1950 1950年增壓技術(shù)才開(kāi)始在柴油機(jī)上采用并作為產(chǎn)品年增壓技術(shù)才開(kāi)始在柴油機(jī)上采用并作為產(chǎn)品提供市場(chǎng)。提供市場(chǎng)。5050年代，增壓度約為年代，增壓度約為5050，四沖程機(jī)的平均，四沖程機(jī)的平均有效壓力約有效

24、壓力約 在在0.70.70.8MPa0.8MPa之間，無(wú)中冷，處于一個(gè)技之間，無(wú)中冷，處于一個(gè)技術(shù)水平較低的發(fā)展術(shù)水平較低的發(fā)展階段。階段。二、增壓技術(shù)的發(fā)展二、增壓技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)在，大功率柴油機(jī)已是現(xiàn)在，大功率柴油機(jī)已是“無(wú)機(jī)不增壓無(wú)機(jī)不增壓”，國(guó)外車(chē)用，國(guó)外車(chē)用柴油機(jī)柴油機(jī)60以上為增壓機(jī)型，車(chē)用汽油機(jī)采用渦輪增壓以上為增壓機(jī)型，車(chē)用汽油機(jī)采用渦輪增壓或機(jī)械增壓的機(jī)型也逐年增多，增壓技術(shù)對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的或機(jī)械增壓的機(jī)型也逐年增多，增壓技術(shù)對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的提高起了劃時(shí)代的作用。提高起了劃時(shí)代的作用。 目前增壓比可達(dá)到單級(jí)目前增壓比可達(dá)到單級(jí)5 5以上，超高增壓系統(tǒng)單以上，超高增壓系統(tǒng)單級(jí)可達(dá)到級(jí)

25、可達(dá)到1010以上，平均有效壓力可達(dá)以上，平均有效壓力可達(dá)3.3MPa3.3MPa以上，功以上，功率可提高率可提高2 24 4倍，油耗也可大大降低。倍，油耗也可大大降低。 渦輪增壓技術(shù)在車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中的應(yīng)用日益擴(kuò)渦輪增壓技術(shù)在車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中的應(yīng)用日益擴(kuò)大，特別是近十幾年來(lái)的發(fā)展更為迅速，車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)大，特別是近十幾年來(lái)的發(fā)展更為迅速，車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器在設(shè)計(jì)、制造和材料等方面都得到了長(zhǎng)足發(fā)展。增壓器在設(shè)計(jì)、制造和材料等方面都得到了長(zhǎng)足發(fā)展。 20 20世紀(jì)世紀(jì)7070年代開(kāi)始的電子技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用具有年代開(kāi)始的電子技術(shù)在內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用具有劃時(shí)代的意義。進(jìn)入劃時(shí)代的意義。進(jìn)入9090年代，內(nèi)

26、燃機(jī)電年代，內(nèi)燃機(jī)電 控技術(shù)已有了很控技術(shù)已有了很大的發(fā)展，其主要目標(biāo)是保持內(nèi)燃機(jī)各運(yùn)行參數(shù)的最佳值，大的發(fā)展，其主要目標(biāo)是保持內(nèi)燃機(jī)各運(yùn)行參數(shù)的最佳值，以求得內(nèi)燃機(jī)以求得內(nèi)燃機(jī)功率、燃油耗和排放性能的最佳平衡，功率、燃油耗和排放性能的最佳平衡，并監(jiān)并監(jiān)視運(yùn)行工況。視運(yùn)行工況。三、電子控制技術(shù)的應(yīng)用三、電子控制技術(shù)的應(yīng)用 內(nèi)燃機(jī)采用電子控制，已達(dá)到接近理想的最佳控制運(yùn)內(nèi)燃機(jī)采用電子控制，已達(dá)到接近理想的最佳控制運(yùn)行的程度，因而增大了在現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)上的使用價(jià)值。行的程度，因而增大了在現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)上的使用價(jià)值。 共軌式噴油系統(tǒng)不再采用傳統(tǒng)高壓油泵脈動(dòng)供油共軌式噴油系統(tǒng)不再采用傳統(tǒng)高壓油泵脈動(dòng)供油的原理

27、的原理, ,而是通過(guò)高壓共用管道，或共軌蓄壓式或液力而是通過(guò)高壓共用管道，或共軌蓄壓式或液力增壓式形成高壓。采用壓力時(shí)間式燃油計(jì)量原理，用增壓式形成高壓。采用壓力時(shí)間式燃油計(jì)量原理，用電磁閥控制噴射過(guò)程。共軌式噴油系統(tǒng)是電磁閥控制噴射過(guò)程。共軌式噴油系統(tǒng)是2020世紀(jì)世紀(jì)8080年年代末期才開(kāi)始研制的新型高壓噴射系統(tǒng)代末期才開(kāi)始研制的新型高壓噴射系統(tǒng), ,與電控技術(shù)緊與電控技術(shù)緊密結(jié)合，其特點(diǎn)是在整個(gè)柴油機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)噴油壓力密結(jié)合，其特點(diǎn)是在整個(gè)柴油機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)噴油壓力有較大柔性，可以預(yù)噴有較大柔性，可以預(yù)噴,p=100-200MPa,p=100-200MPa。在今后。在今后5 51010年內(nèi)

28、將取代部分直列泵而獲得大的發(fā)展。現(xiàn)有柴油機(jī)年內(nèi)將取代部分直列泵而獲得大的發(fā)展?，F(xiàn)有柴油機(jī)在改用共軌式噴油系統(tǒng)時(shí)，結(jié)構(gòu)上改動(dòng)不大，其應(yīng)用在改用共軌式噴油系統(tǒng)時(shí)，結(jié)構(gòu)上改動(dòng)不大，其應(yīng)用前景將十分廣闊。前景將十分廣闊。四、柴油機(jī)共軌式電控噴油系統(tǒng) 現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品已不是傳統(tǒng)意義上的機(jī)械產(chǎn)品，現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品已不是傳統(tǒng)意義上的機(jī)械產(chǎn)品，它將機(jī)械與電子技術(shù)融為一體，形成技術(shù)密集型的高它將機(jī)械與電子技術(shù)融為一體，形成技術(shù)密集型的高科技產(chǎn)品。汽車(chē)是內(nèi)燃機(jī)的主要市場(chǎng)科技產(chǎn)品。汽車(chē)是內(nèi)燃機(jī)的主要市場(chǎng)，全球各大汽車(chē)全球各大汽車(chē)廠激烈角逐環(huán)保型汽車(chē)，廠激烈角逐環(huán)保型汽車(chē)，GMGM公司首先推出了柴油公司首先推出了柴油/

29、/電動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)，其后豐田公司也推出了汽油汽車(chē)，其后豐田公司也推出了汽油/ /電動(dòng)汽車(chē)搶先在日電動(dòng)汽車(chē)搶先在日本上市，這種混合動(dòng)力汽車(chē)已表現(xiàn)出良好的燃油經(jīng)濟(jì)本上市，這種混合動(dòng)力汽車(chē)已表現(xiàn)出良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和超低污染性和超低污染排放的性能排放的性能。純電動(dòng)汽車(chē)是努力追求的。純電動(dòng)汽車(chē)是努力追求的目標(biāo)，但高效電池、價(jià)格、使用方便性等是亟待解決目標(biāo)，但高效電池、價(jià)格、使用方便性等是亟待解決的困難問(wèn)題，這種零污染車(chē)的上市還尚待時(shí)日。的困難問(wèn)題，這種零污染車(chē)的上市還尚待時(shí)日。面向面向21世紀(jì)的內(nèi)燃機(jī)世紀(jì)的內(nèi)燃機(jī)一、一、21世紀(jì)內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的展望世紀(jì)內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的展望 新技術(shù)、新材料、新工藝將為內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展帶來(lái)

30、新技術(shù)、新材料、新工藝將為內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法發(fā)展很快，計(jì)算機(jī)新的機(jī)遇?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法發(fā)展很快，計(jì)算機(jī) 技術(shù)、現(xiàn)技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、現(xiàn)代計(jì)算方法、知識(shí)工程、圖形學(xué)等多個(gè)代設(shè)計(jì)理論、現(xiàn)代計(jì)算方法、知識(shí)工程、圖形學(xué)等多個(gè)學(xué)科、多種技術(shù)的交叉、融學(xué)科、多種技術(shù)的交叉、融 合，發(fā)展了合，發(fā)展了CADCAD、CFDCFD、FEAFEA、CAECAE、CATCAT、CAPPCAPP等設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析方面的現(xiàn)代等設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析方面的現(xiàn)代技術(shù)方法，使技術(shù)方法，使 這些方法在內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用成為可這些方法在內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用成為可能，進(jìn)而發(fā)展概念設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)更趨合理能，進(jìn)而發(fā)展概念

31、設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)更趨合理 、更加完善，達(dá)到設(shè)計(jì)最佳化，這是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)今后發(fā)展更加完善，達(dá)到設(shè)計(jì)最佳化，這是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)今后發(fā)展的重要方面。的重要方面。 新材料的發(fā)展和應(yīng)用必將促進(jìn)新材料的發(fā)展和應(yīng)用必將促進(jìn) 內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的巨大內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的巨大進(jìn)步，這是不容置疑的。結(jié)構(gòu)陶瓷材料在內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)進(jìn)步，這是不容置疑的。結(jié)構(gòu)陶瓷材料在內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用、陶瓷內(nèi)燃機(jī)、用、陶瓷內(nèi)燃機(jī)、 陶瓷渦輪對(duì)提高內(nèi)燃機(jī)受熱零件的陶瓷渦輪對(duì)提高內(nèi)燃機(jī)受熱零件的耐熱、耐磨性能，提高零件的熱強(qiáng)度，減少熱損失，提耐熱、耐磨性能，提高零件的熱強(qiáng)度，減少熱損失，提高高 熱效率，減輕重量，改善瞬態(tài)特性等，都表現(xiàn)出明熱效率，減輕重量，改善瞬態(tài)特性等，都表現(xiàn)出明顯的效果。顯的效果。 此外，像陶瓷此外，像陶瓷/ /金屬?gòu)?fù)合材料、金屬?gòu)?fù)合材料、耐熱高強(qiáng)度金屬?gòu)?fù)合材料、金屬?gòu)?fù)合材料、耐熱高強(qiáng)度塑料、塑料、 功能梯度材料、碳纖維、納米材料等的開(kāi)發(fā)研究，現(xiàn)功能梯度材料、碳纖維、納米材料等的開(kāi)發(fā)研究，現(xiàn)已初見(jiàn)端倪。今后其他新型材料的發(fā)現(xiàn)已初見(jiàn)端倪。今后其他新型材料的發(fā)現(xiàn) 與發(fā)展是無(wú)法預(yù)測(cè)的。與發(fā)展是無(wú)法預(yù)測(cè)的。未來(lái)內(nèi)燃機(jī)在新材料應(yīng)用的推動(dòng)