发动机简介及现状

Internal Combustion Engine&Parts

0引言

“日新月异，沧海桑田”，当世界上第一辆“三轮奔驰”诞生时，何曾想过百年之后的汽车行业？乘用车最高时速可达到250公里以上，据宝马740Li数据证实，从静止加速到100公里/小时只需5.7秒，百公里油耗仅为

7.5升。而这一切的变化很大程度上归功于汽车的心脏——

—发动机。

1发动机概述

顾名思义，发动机作为汽车的动力源，是一种能够把其他形式能转化为机械能的机器。一般由两个机构、五个系统组成，其中机构包括机体及曲柄连杆机构和配气机构，系统包括燃油供给系统、燃油供给系统、点火系统（柴油机通常没有此系统）、冷却系统、润滑系统、起动系统。

发动机（汽油机）工作原理正是这两个机构、五个系统的密切协同，在进气行程可燃混合气吸入气缸；压缩行程中气缸活塞向上止点移动，使混合气温度、压力上升；作功行程由气缸盖上火花塞发出电火花，点燃所压缩的可燃气体，推动活塞迅速向下止点移动，通过曲柄连杆机构对外作功；排气行程在作功行程接近终了时，排气门开启，由于缸内压力高于大气压力，高温废气自由排出气缸；经过上述四个行程完成一个工作循环，这便是大部分汽车发动机的四冲程工作原理。

2发动机发展史

回顾发动机产生和发展的百年历史，它经历了蒸汽机、外燃机和内燃机三个发展阶段，从最初蒸汽机通过蒸汽推动活塞和曲柄连杆机构工作（化学能转化为空气内能，又由空气的内能转化为机械能），到可燃混合气直接在缸内燃烧推动活塞作功。前前后后一个多世纪都见证着人类智慧的结晶。

蒸汽机时代：其起于19世纪初，止于19世纪70年代的第一次工业革命，资本主义的机器大革命开始出现，1768年瓦特制成了一台单动作蒸汽机；1770年居纽制作了一辆三轮蒸汽机车；1814年斯蒂芬森自己动手制作的世界上第一台蒸汽机车开始运行；为内燃机的发明奠定了基础，迈出了开拓性的一步。

内燃机时代：内燃机以其效率高、结构紧凑、机动性强、运行维护简单的优点著称于世，内燃机发展至今约有一个半世纪的历史。最早出现的内燃机是法国里诺发明以煤气为燃料的煤气机，从而取代复式蒸汽机的蒸汽；1862年，法国工程师罗切斯提出了著名的等容燃烧四冲程循

环，但其并没有对理论进行实物验证；1883年，德国人奥

姆勒和卡尔·本茨根据奥托内燃机的理论原理，自发研制

出具有现代意义的汽车发动机；直到1886年，世界上第一

辆“三轮奔驰”搭载的卧式单杠二冲程汽油发动机诞生时，

人类的代步工具又得到划时代的跨越。

3发动机现状

到十九世纪末，主要的集中活塞式内燃机大体上进入

了实用阶段，并且很快显示出巨大生命力。其中有两个划

时代意义的发展阶段：第一个阶段，1926年瑞士人布希提

出的废气涡轮增压理论，利用发动机排出的废气能量来驱

动压气机达到增压的功效，在50年代后此技术在内燃机

上广泛应用；这一阶段主要以提高功率和比功率适应运输

的需求、解决汽油机的爆震燃烧问题、在汽油机上装备增

压器的研发等方面对内燃机进行改造，并在60年代初整

体取得显著成果。第二个阶段，70年代开始的电子技术及

计算机在发动机的研制中的应用，其中1967年德国博世

公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统开创了

电控技术在汽车发动机上应用，为内燃机技术的改进提供

了条件。

从经济层面来看，世界上内燃机的拥有量大大超过了

任何其它的热力发动机，在国民经济中占有相当重要的地

位。现代内燃机更是成为了当今用量最大、用途最广、无一

与之匹敌的最重要的热能机械。纵观2016年，中国乘用车

零售总销量呈现双位数增长，拉动国内车用汽油发动机销

售量整体上扬。根据中国汽车协会统计数据显示，2016

年，统计在内的49家企业车用汽油发动机累计完成销售22156363台，同比增长14.68%。销量前十位的企业中，前四位的销量总和突破百万大关。未来内燃机行业依然前景

广阔。

4结束语

近年来，人们过于追求物质生活的需要，而忽略能源

消耗和环境保护问题。特别是汽车行业的蓬勃发展，虽然

带动了经济发展，但同样也导致石油短缺、环境破坏、全球

温室效应等问题。因此节能和环保依然是全球汽车行行业

不可回避的两大主题，也是汽车内燃机发展的双重目的。

展望未来，一方面汽油机缸内直喷作为新技术前景喜人，

不仅实现了高负荷、尤其是低负荷下的燃油消耗的节能作

用，动力还有很大提高；另一方面关于新能源电力汽车的

研发也逐渐投入现实应用，其清洁无污染的特点符合国家

持续性发展理念，也是世界汽车发展的必然趋势。

发动机简介及现状

刘忠辉

（解放军陆军军事交通学院学员十二队）

摘要:发动机作为一种动力源，目前已经在汽车与机车、航空、工程机械、航舶等方面广泛应用，其中几乎所有的汽车发动机都采用内燃机，本文将从发动机的概述、发动机历史、发动机的现状和未来发展三个方面进行简要阐述。

关键词:发动机；汽车；发展史；内燃机

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作者简介:刘忠辉（1995-），男，重庆人，学员，本科。

0引言

发动机测试技术是内燃机研究、开发过程中一个必不可少的环节和重要手段。随着发动机技术的发展和内燃机性能研究的不断深入，对发动机测试技术的要求也越来越高，使得动态测量、分析技术越来越多地被应用于发动机的前期研究。其中缸压和气缸进排气压力等边界条件的测试，成为分析与研究内燃机燃烧和工作过程的重要手段。本文开发了一套汽油机测试系统，能同步采集气缸及气缸进气、排气的压力数据，基于虚拟仪器技术，开发基于NI 高速采集卡的汽油机多通道燃烧分析系统[1]。

1系统结构与工作原理

系统利用已有的NI 高速采集板卡和激光传感器，配置了瑞士KISTLER 公司的火花塞式缸内压力传感器、进排气压力传感器和相应的电荷放大器，可测量气缸压力，进气压力，排气压力，并可进行缸内压力升高率、瞬时放热率、累计放热率等的分析计算。

图1

系统结构框图

1.1激光传感器及上止点信号测量

发动机瞬态参数测量中，一般均以曲轴转角而不是以时间作为基准，因为发动机的转速波动较为严重，即使在工况稳定运转时，角加速度在曲轴旋转的过程中并不为零，从而使得发动机在转过相同角度时所用的时间并不相等，简单地以时间作为变量进行瞬态数据的采集，不能准确地反映曲轴在旋转到某一位置时内燃机的状态[2]。因此，精确地感应曲轴转角的位置并加以测量，对于内燃机的瞬态测量非常重要。同时为了减少上止点相位的偏差，上止点信号传感器应尽量选用迟滞效应较小、灵敏度较高的传感器，并尽量安装在被测气缸的附近，以避免曲轴扭转变形对上止点标定产生影响；本文使用灵敏度较高的激光传感器来感应转速触发信号，并采用倒拖法来确定上止点，通过测量倒拖时的气缸纯压缩曲线和曲轴转角信号，利用数据分析软件来计算修正，从而确定最终的上止点[3]。

如图2所示，图中黄色曲线为曲轴转角触发信号，其

“革命尚未成功，同志仍需努力”，21世纪内燃机的发展必然面临各种挑战，它将朝着节能减排、提高舒适度、提

高功率动力、降低百公里消耗等方面继续前行，为造福人类不断努力。

参考文献:

[1]赵静.内燃机发展史及未来趋势[J].中国高新技术企业，

2012，17.

[2]莽超.决战2010：涡轮增压年[J].汽车与运动，2010.[3]赵萍.内燃机车的节能环保[J].现代零部件，2013.[4]王冬梅，段京华.汽车发动机构造[M].时代出版传媒股份有限公司，安徽科学技术出版社，2009.

[5]祝刘洪.汽油机缸内直喷技术的研究现状及发展方向[J].现代机械，2009.

基于NI 采集卡的数据采集及燃烧分析系统的

开发与应用

Development and Application of Data Acquisition and Combustion Analysis System Based on

NI Acquisition Card

刘鹏LIU Peng ;阎希成YAN Xi-cheng ;秦静QIN Jing ;贾滨JIA Bin

（天津内燃机研究所，天津300072）

（Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute ，Tianjin 300072，China ）

摘要:介绍了多功能高速多通道内燃机数据采集分析系统的结构、工作原理、功能特点及应用实例。该系统基于NI 高速采集卡，

可对内燃机的多个动态参数同时高速连续采样，并进行燃烧计算分析，提高采样精度和试验效率，为优化发动机的工作过程提供了重要的手段。

Abstract:This paper introduces the multi-function internal combustion engine high-speed multi-channel data acquisition and analysis system,structure,working principle,features and application examples.The system is based on high-speed acquisition card,which can take high -speed continuous sampling for dynamic parameters of the internal combustion engine,calculation and analysis of combustion,improving the sampling accuracy and test efficiency in order to optimize the working process of the engine.

关键词:内燃机；测试；燃烧分析

Key words:internal combustion engine ；test ；combustion analysis

图2

纯压缩曲线与转角触发信号