内燃机学 第一讲

1、内内 燃燃 机机 学学 张纪鹏 教学目的及教学内容 教学目的 教学内容 其它 教学目的 对车辆所用主要动力内燃机的结构组成、 工作原理介绍。 使学生掌握内燃机结构组成、工作过程、 发展新技术以及设计方法等内容。 第一章第一章. 概论概论 第二章第二章. 内燃机工作指标内燃机工作指标 第三章第三章. 内燃机工作循环内燃机工作循环 第四章第四章. 内燃机的充量更换内燃机的充量更换 第五章第五章. 内燃机混合气的形成与燃烧内燃机混合气的形成与燃烧 第六章第六章. 内燃机的燃料供给与调节内燃机的燃料供给与调节 第七章第七章. 污染物的生成与控制污染物的生成与控制 第八章第八章. 内燃机的特性与匹配内燃

2、机的特性与匹配 第九章第九章 内燃机动力学内燃机动力学 第十章第十章. 内燃机总体设技内燃机总体设技 第十一章第十一章. 内燃机主要零部件设计内燃机主要零部件设计 第十二章第十二章 内燃机的发展方向内燃机的发展方向 教教 学学 内内 容容 其他 教学课时：34h 作业：查阅相关资料 考试方式： 地点：新305 时间： 218周（9.52011.12.19），授课16 周，考试第18周（ 2011.12.19 ） 第一章第一章 概概 论论 内燃机内燃机: 将将燃料燃料在机器在机器内部内部 燃烧燃烧，使，使化学能化学能转变转变 为为热能热能，再转变为，再转变为机机 械能械能的的 一种动力机械一种动

3、力机械 装置。装置。 1.1 内燃机内燃机 的用途的用途 作为下述机械的动力：作为下述机械的动力： 汽车、拖拉机汽车、拖拉机 船舶船舶 飞机飞机 坦克坦克 发电机组发电机组 工程机械及其他机械。工程机械及其他机械。 1.2 内燃机发展简史内燃机发展简史 1860年，莱诺依尔；年，莱诺依尔；1867年，年，奥托奥托和浪琴：和浪琴： 大气压力式内燃机（煤气机）大气压力式内燃机（煤气机） 1876年，年，奥托奥托： 四冲程循环的内燃机四冲程循环的内燃机 1890年克拉克和罗伯逊、德国的卡尔年克拉克和罗伯逊、德国的卡尔奔驰：奔驰： 二冲程内燃机二冲程内燃机 1892年德国鲁道夫年德国鲁道夫狄塞尔狄塞尔

4、： 压燃式发动机压燃式发动机柴油机柴油机 1957年汪克尔：年汪克尔： 转子发动机转子发动机 艾蒂安艾蒂安勒努瓦勒努瓦( Lenoir )(莱诺依尔莱诺依尔) 大气压力式内燃机（煤气机）大气压力式内燃机（煤气机） 比利时籍 法国发明家 勒努瓦是第一个设计和制造 出用照明瓦斯作为燃料的内 燃机。 1860年年，他把这台内燃机 装上一辆小的运输车，于是 这辆运输车就成了世界上第 一辆用内燃机驱动的“不用 马拉的车子”。 奥托奥托(1876年年) 四冲程循环的内燃机四冲程循环的内燃机 尼科劳斯尼科劳斯.奥古斯特奥古斯特.奥托奥托（1832一一 1891）德国工程师。）德国工程师。1876年年，制成，

5、制成 第一台第一台四冲程循环的煤气内燃机四冲程循环的煤气内燃机。使。使 汽车和其后飞机的问世成为可能。汽车和其后飞机的问世成为可能。 1861年受法国勒努瓦发明的启发开始 研究发动机。 1866年提出四冲程内燃机的“奥托循奥托循 环环”理论。 1872年建立道依茨发动机制造公司。 1878年展出了第一台实用的四冲程内 燃机。 1890年克拉克年克拉克 二冲程内燃机二冲程内燃机 戈特利布.戴姆勒 1872年年，戴姆勒戴姆勒设计出四冲程发动机设计出四冲程发动机。 1883年年，戴姆勒戴姆勒(Gottlieb Daimler 1834-1900)和威尔赫威尔赫 姆姆迈巴赫迈巴赫（WilhelmMay

6、bach）合作，成功研制世界上第 一台真正實用的汽油發動機真正實用的汽油發動機，這是一台立式單汽缸發動機， 採用電點火，每分鐘750轉。 w1884年研製出新型的 發動機，並在1885年4月 3日取得了德國的發動機 生產專利權。 1886年戴姆勒和邁巴赫又成功地將一台排氣量 為462cc，功率為08千瓦的汽油發動機安裝 在一輛四輪馬車上，每小時可以行駛16公里， 車上能乘坐4個人。 汽车的诞生日与汽车之父汽车的诞生日与汽车之父 卡尔卡尔. .本茨本茨（1844-1926） 1885年年制造了三轮乘坐车。并在1886年1月29日申请了 发明专利，这天成为了汽车的诞生日汽车的诞生日 。 他领来了生

7、产奥托四冲程煤气发动机的营业执照，经过 研制，于1879年12月31日制造出第一台单缸煤气发动机 （转速为200转/分，功率约为0.7千瓦）。 1878年开始研究新型内燃机， 1879年首次研制成功火花塞点火内燃 机。 1882年开始尝试把发动机安装在三轮 车上，1885年他的三轮车研制成功。 1887年率先把汽车作为商品出售。 1892年德国鲁道夫年德国鲁道夫狄塞尔狄塞尔 压燃式发动机压燃式发动机柴柴 油机油机 狄塞尔（1858 1913）德国工程师。 1897年年制造了第一 台柴油机。 汪克尔汪克尔 FF汪克尔汪克尔博士 19571957年年，与当时欧洲屈指可 数的两轮车制造商NSU合作，

8、 完成了世界上首次仅由回转 运动构成的发动系统-DKM型 汪克尔转子发动机。 于19581958年年，提高其实用性能， 完成了KKM型转子发动机的设 计。KKM型转子发动机就是现 在的转子发动机的雏形。 1.2.1 内燃机的发展及新技术 1、汽车及内燃机的发展、汽车及内燃机的发展 2、20世纪世纪60年代内燃机技术的重要标志年代内燃机技术的重要标志 3、20世纪世纪70年代内燃机技术的重要标志年代内燃机技术的重要标志 4、20世纪世纪80年代年代90年代初内燃机技术上的年代初内燃机技术上的 重要标志重要标志 5、近年内燃机发展的要求、近年内燃机发展的要求 6、内燃机发展新技术、内燃机发展新技术

9、 1.2.1.1 汽车及内燃机的发展汽车及内燃机的发展 内燃机的出现促进了汽车的发展，汽车的大发展又 带动了内燃机的飞速发展。 1、初期：、初期：内燃机的发明期 2、中期：、中期：约在20世纪2040年代，汽车蓬勃发展 期。 3、70年代后年代后 n20世纪世纪70年代：年代：节能，排放控制。 n21世纪：世纪：高新技术广泛应用于汽车时期。 （1）汽车及内燃机的发展）汽车及内燃机的发展初期初期 初期初期，汽车只是作为行走的机器，着重 于可靠性可靠性，不追求豪华、舒适。 19111927年福特汽车公司共生产出 1500万辆万辆“T”型型轿车，当时的售价为每 辆295美元。 （2）汽车及内燃机的发

10、展）汽车及内燃机的发展中期中期 中期：约在20世纪20年代40年代，汽车得到了蓬勃 发展。 大众汽车厂用流水线生产的“甲壳虫甲壳虫”，其产量超过 福特“T”型轿车数百万辆。 20世纪世纪5070年代年代，汽车的空前发展和繁荣时期。它 追求速度、舒适、豪华。发动机的功率和转速增加很追求速度、舒适、豪华。发动机的功率和转速增加很 多多，产品产品从单一或较少品种到多样性多样性。在汽车的高速、 高功率要求下，形成了形成了60年代内燃机技术上的重要发年代内燃机技术上的重要发 展展。 （3）汽车及内燃机的发展）汽车及内燃机的发展70年代后年代后 20世纪世纪70年代年代出现的石油危机石油危机促进人们寻找

11、代用燃料，降低油耗代用燃料，降低油耗，从而出现了一系列节能节能 措施：如采用稀薄燃烧、高能点火等。在这一 时期，汽车的排放排放开始受到遏制。 21世纪世纪，高新技术广泛应用于汽车时期高新技术广泛应用于汽车时期，要求 并带动内燃机向高经济性、低公害、资源再生高经济性、低公害、资源再生 利用的方向发展。 1.2.1.2 60年代内燃机技术上的重要标志年代内燃机技术上的重要标志 20世纪世纪60年代是年代是内燃机技术加速发展时期内燃机技术加速发展时期，其，其 技术特征是：技术特征是： 1）三层轴瓦。）三层轴瓦。 2）过共晶）过共晶SiAL活塞，并使用恒范钢片活塞，并使用恒范钢片(： nvarplat

12、ten)和开槽，使活塞与缸套间隙减小。和开槽，使活塞与缸套间隙减小。 3）活塞环镀层。）活塞环镀层。 4）轴颈的感应淬硬或氮化。）轴颈的感应淬硬或氮化。 5）凸轮冷激处理。）凸轮冷激处理。 （转下页）（转下页） 6）使用在屈服极限范围内工作的螺钉。）使用在屈服极限范围内工作的螺钉。 7）可靠的气缸密封垫。）可靠的气缸密封垫。 8）液力挺柱。）液力挺柱。 9）单腔化油器）单腔化油器分腔化油器分腔化油器电控电控 化油器。化油器。 10）汽油喷射。）汽油喷射。 11）晶体管点火。）晶体管点火。 12）轴向与径向式分配式喷油泵。）轴向与径向式分配式喷油泵。 1.2.1.3 70年代内燃机技术的重要标志

13、年代内燃机技术的重要标志 70年代，环保与石油危机环保与石油危机给车用内燃机的发展带来了 巨大影响。 人们已注意到了汽车带来的环境污染环境污染，产生了汽车实 现环保的意识。 1）1964年开始使用闭式曲轴箱通风。 2）1966年公布了工况法排放测试法规，限制汽车有 害气体排放。 3）1972年年大众汽车公司展出了三效催化转换器。 （转下页）（转下页） 4）1973年起使用热转换器(氧化转换器)。 5）1975年起使用三效催化转换器。 6）1976年年起使用三效催化转换器与氧传 感器、废气再循环、空气二次喷射技术。 7）在能源方面，1973年的石油危机使人们 认识到资源的有限性资源的有限性与合理

14、利用自然资源合理利用自然资源 的必要性的必要性，促进代用能源的应用。 1.2.1.4 80年代、年代、90年代初内年代初内 燃机技术上的重要标志燃机技术上的重要标志 总的目标目标使汽车更快、更舒适、更经济、更清洁、 更安全 内燃机技术上的主要措施及趋向： 1）增压旁通技术，解决动态性能差的问题。 2）采用多气门。四气门比二气门能提高功率与转 矩15，油耗可降低5%。 3）发达国家电控取代化油器式汽油机。 （转下页）（转下页） 4）可变压缩比。 5）可变气门面积与正时控制。 6）高强度、低密度材料的使用使内燃机不断 轻量化。 7）进一步降低柴油机微粒排放。 8）其它发动机的开发与改善。如电动汽车

15、、 电喷二冲程内燃机、太阳能汽车、氢气发动机 汽车等。 1.2.1.5 内燃机的未来1高经济性高经济性 采用高效率的内燃机工作循环。高增压、中冷 循环，内燃机与涡轮复合循环等。 改进进气系统，进气系与内燃机进行良好的动 态匹配。 采用多气门内燃机。气门正时也可随工况而自 动调节。 改进燃烧室及燃烧过程。 （转下页）（转下页） 改进燃油供给系。汽油机实现缸内喷射，柴 油机采用高喷射压力，燃油的喷油正时和喷油 规律实现可控与调节。 采用稀薄燃烧，高能点火。空燃比在20以上， 点火能量在100一120mJ以上。 采用能量再生系统。 降低运动机件的摩擦损失。 降低内燃机与汽车质量。每降低汽车质量 10

16、0 kg，汽车百公里油耗可减小0607L。 1.2.1.6 内燃机的未来2低公害低公害 1）降低油耗，可降低汽车有害气的排放和总排放量。 2）采用三效催化转换器及闭环控制。 3）预热降低内燃机在冷起动或怠速时的HC、CO排 放量。 4）开发在起动和怠速运转时废气停止排出的装置。 5）开展排放新技术研究。 6）柴油机微粒过滤器实用化。 （转下页）（转下页） 7）采用增压、中冷的内燃机技术。 8）研究和采用含氧燃料（汽油C5C11烷、烯烃类， CH4，甲醇CH3OH、乙醇C2H5OH，二甲醚 CH3OCH3）。 9）实施内燃机工作过程的监控，以防止可能出现 的失火。 10）应用混合动力形式。 11）使用新型动力及绿色新能源。 12）采取各种降噪声、隔噪声措施。 13）制造过程中实现资源的回收、再利用。 1.3 内燃机的分类 1） 燃料燃料 2） 着火方式着火方式 3）冲程数）冲程数 4）活塞运动方式）活塞运动方式 5）冷却方式）冷却方式 6）气缸数）气缸数 7）气缸排列）气缸排列 8）燃烧室形式）燃烧室形式 9）气门、凸轮轴布