内燃机原理课件

（3学时） 学时） （4学时） 学时） （2学时） 学时） （5学时） 学时） （8学时） 学时） （4学时） 学时） （2学时） 学时）
•第1章性能指标与影响因素 （4学时） 第 学时）
1内燃机发展概况 2内燃机分类 3典型内燃机结构
汽车工程系
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教学大纲
课程教学目标
汽车发动机原理是一门培养学生具有汽车发动机原理知识和 汽车发动机理论设计能力的专业课程。通过该课程的学习，学生 应掌握热力发动机的发展历史和国内外动态；熟练掌握热力发动 机的主要循环特点、基本工作原理；熟知发动机混合气形成与燃 烧技术，实验理论与试验方法；使毕业生能够成为该领域里的具 有创新意识和创新能力的开发、生产、试验和管理人才
主要技术：
改善燃烧系统、提高燃烧效率 减少活塞环数、改良机油品质 采用二冲程或提高转速 增加进气门数、减小气道阻力、谐振 增压、涡轮增压等
强化工作频率 强化进气过程
高寿命：依赖设计计算、测试技术、工艺材料等技术发展。到80`s寿 高寿命 命提高3-6倍。 技术：改善混合气的形成和增压系统，控制机械负荷与热负荷、 控制活塞平均速度、减小整机的震动、采用新型材料等。
北京航空航天大学汽车工程系
汽车发动机原理
北京航空航天大学汽车系 主讲： 主讲：徐 斌
主要内容
• 绪 论 •第2章发动机工作循环 第 •第3章发动机燃料特性 第 •第4章换气过程 第 •第5章混合气形成和燃烧 第 •第6章燃料供给与调节 第 •第7章使用特性与匹配 第 •复习 复习
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汽车发动机原理---绪论
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§0-1内燃机发展概况 二、内燃机技术发展 1.汽油机技术 汽油机技术 • 1860-1950：一方面提高压缩比，另一方面大幅度的提高转速； 一直沿着降低油耗、增大升功率、减轻比重量的方向发展。
压缩比的提高 爆燃严重 添加抗爆剂 排气污染严重
• 60-70年代：汽油机发展进入不同领域（为改善燃烧所采用的 大活塞顶挤气面积和激冷面积方法行不通了（HC、CO增加） ， 因而主要解决排放与噪声问题。 主要技术：减少面容比、减少激冷层面积、S/D增大、排气催 化器、补燃、EGR等，但是NOx与CO、HC减低措施相互矛盾。
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§0-1内燃机发展概况 • 1890年：第一台二冲程发动机， Clerk,Benz等 • 1892年：压燃式发动机理论形成， 1897第一台柴油发动机，Diesel 为产生雾化微粒使用压缩空气喷射， 发动机体机重量很大。
笨重的第一台柴油机
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§0-1内燃机发展概况
• 稀薄燃烧技术：1915年Ricardo提出（为经济性和抗爆燃）， 60年代才为解决排放与经济性进行研究。 稀薄 燃烧 技术
均匀稀混合气燃烧—采用高能点火，结构简单 非均匀稀混合气燃烧—分层充气，分为分隔室、统 一室燃烧。 SKS分层方案、本田CVCC复合涡流燃烧系统、彗星 MK-V等
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§0-1内燃机发展概况
低油耗：通过提高机械效率和循环指示效率获得。 低油耗 热效率—30年代为30%--45%。 技术：提高制造精度和表面光洁度，减少辅助系统的消耗，减少活塞环数， 改善燃烧系统，提高燃烧效率，采用增压技术。小型柴油机ge=2.7~4g/kwh 低排放：主要排放物HC、CO、NOx和碳烟微粒。Nox和碳烟为主要排放物。 低排放 产生的原因：Nox取决于燃烧最高温度、燃烧室氧气浓度和生成Nox反 应滞留时间。 因而推迟点火和降低燃烧室高温是主要的手段。补燃增加、排烟增加经 济性下降。 微粒排放两类：液态微粒—燃油和润滑油，冷启动、怠速低负荷时产生。 固态微粒—不完全燃烧产生的碳烟，产生于大负荷。
§0-1内燃机发展概况
•1907机械增压发明Renault， 1915 Buchi第一台涡轮增压 发动机。
1915 第一台涡轮 增压发动机原理结 构
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§0-1内燃机发展概况 转子发动机—Wankel发动机
• 1957年第一台 转子发动机， Wankel
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§0-1内燃机发展概况 •增压技术： 增压比达到2，使 HC、NOx、CO下降， 油耗下降。 • •电喷技术的广泛应 用: 类型----机械式喷 射、电控喷射。多点 喷射、单点喷射等
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§0-1内燃机发展概况
主要内容
介绍汽车发动机发展概况；发动机各性能指标；发动机的主 要循环；燃料特性；换气过程分析；混合气的组织与燃烧；发动 机的燃料共给与调节；发动机的应用与匹配。
教学安排及方式
本课程讲授32学时，共8周，周学时为4。 与本课程相关的独立设置的实践性教学环节有两个： 汽车拆装实习：实习内容为汽车及其发动机的结构和工作原理 发动机特性
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§0-1内燃机发展概况
Charge after IC
IO/BODC
EO/BEDC
EC/AODC
Charge before EO
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§0-1内燃机发展概况
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§0-1内燃机发展概况
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§0-1内燃机发展概况 Mazda Wankel engine
Pe= 184 kW at 8500 rpm Mmax= 220 Nm at 7500 rpm
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§0-3典型内燃机结构 2.多缸机 主要特点：转矩输出均 匀，平衡好，体积中量较 大，应用于车辆。分为直 列和V性排列方式， 常用3、4、6、V6、 V8、V12缸等。排放与油 耗好于二冲程机。
图中所示为一台四冲程水冷 直列三缸机发动机，采用化 油汽供油，单顶置凸轮轴， 通过摇臂驱动气门，齿型带 传动。
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§0-1内燃机发展概况
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绪ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
论
§0-2内燃机分类
内燃机：按其不同的特点可分为多种类型
一、使用的燃料：1.汽油机：用火花塞点燃，往复活塞式。ε=8-12 2.柴油机：柴油和空气混合气通过压燃自行着火的往复活塞式。 3.天然气发动机NG 4.液化石油气发动机LPG 5.酒精发动机 5. 6双燃料多燃料发动机 二、点火方式： 1.压燃式 2.点燃式 三、工作循环： 1.二冲程 2.四冲程 四、活塞运动方式： 1.往复式 2.旋转式
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§0-2内燃机分类
五、冷却方式： 1.液体冷却 2.空气冷却 六、气缸数量： 1.单缸机 2.多缸机 七、进气形式： 1.非增压—自然吸气式 2.增压 低增压：π<1.8 中等增压：1.8<π<2.5 高增压：2.5<π<3.6 2.5<π<3.6 超高增压：π>3.6 八、混合气的形成： 1.化油器式 2.缸内直喷 3.进气管道内喷射 4.分层充气式 九、燃烧室形式： 1.开式燃烧室 2.分隔室燃烧式 十、气门形式与数量： 1.二气门与多气门 2.顶置气门与侧置气门
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本课程定位
高等内燃机学
研究生课程
内燃机燃烧理论
发动机设计 发动机原理
（专业核心课）
汽车电子技术
发动机实验技术
汽车排放与控制
内燃机现代设计方法
本科生课程
增压技术
汽车与发动机构造（专业平台课）
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绪
论
§0-1内燃机发展概况 内燃机：燃料在机器内部燃烧而将能量释放并对外做功的机械设备。 内燃机
工质燃烧前为燃油与空气的混合物，燃烧后为燃烧产物。 点燃式发动机 压燃式发动机
本课程主要内容： 本课程主要内容 往复式活塞内燃机 一、内燃机发展历史
1.不同类型发动机的出现 •1860年：第一台内燃机出现，J.J.E.Lenoir制造了煤气机， 指标：η<5% Pmax=4.5kw 整机重量大
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教学大纲
综合实验：实验内容为内燃机特性和调节 考核方式：考试（80%）+平时作业考核（20%） 参考教材： 参考教材： 汽车构造（上、下册）（第三版），陈家瑞主编，人民交 通出版社， 1994.6 车用内燃机原理，秦有方主编，北京理工大学出版社， 1997．7 汽车拖拉机发动机”（第3版），董敬等，机械工业出版 社，1997年 “内燃机原理”，唐开元等，译自“Internal Combustion Engine Fundamental”, J.B.Heywood 精品课网站： http://jpk.buaa.edu.cn/2005jpk/bhjpk/qcfdjyl/lnst.htm
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§0-3典型内燃机结构
图为直列四缸四冲程水冷发动机，化油器供油，顶置凸轮 轴，齿型带传动、中间轴驱动分电器。
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§0-3典型内燃机结构
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§0-1内燃机发展概况
60年代以来柴油机技术发展远远快于汽油机的发展，发展的标志： •高功率 高功率：大型化—增大工作容积或缸数，为36000kW以上,D>1m 高功率 强化—指工作过程的有效指标(Pe)和工作频率的提高(n)。
强化混合气形成 强化制造精度减少零部件
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第一章 概 论
§0-3 典型内燃机结构
一.点燃式发动机 1.单缸机 点燃式发动机 主要特点：体积小重量轻， 结构简单，零部件少，应用 于小型设备的动力。
图为一台二冲程风冷发动机， 升功率高于四冲程机，存在扫 气损失，采用混合燃油，存在 烧机油，且HC排放高，油耗高。
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• 1867年：大气压力式内燃机，Otto,Langen 指标：η<11% Pmax=28kw 整机重量4000磅 • 1862：Rochas描述了四冲程发动机工作原理， • 1876年：第一台四冲程发动机，Otto研制实用的发动机。 指标：η<14% Pmax=80kw 整机重量1250磅。
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§0-1内燃机发展概况
技术：采用较强的进气涡流，加速膨胀初期燃烧，为提高充气效率， 目前有采用中低的涡流比的趋势，同时提高喷油压力和雾化程度。改进燃 烧室使气流运动与雾化很好配合。采用电子控制技术—高压共轨。 同 缸 径 冲 程 气 油 机 与 柴 油 机 比 较
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§0-1内燃机发展概况 2.燃料技术的发展 • 煤气（1860）热值低，充气效率低 • 汽油（1890）产生爆燃爆振 压缩比<4 • 抗爆剂的发现（1923）--汽油生产工艺的改变，产量抗爆 性提高，改进了发动机动力性、经济性。压缩比不断提高<8 3.环境要求对内燃机发展的影响 • 40年代产生汽车排放污染，1952年Haagen Smit阐明了污 染的根源，60年代，美国欧洲日本建立了汽车排放的标准，汽 油喷射、三效催化出现。 • 噪声污染：气动噪声、燃烧噪声、轮胎噪声、振动噪声。
2.柴油机技术 柴油机技术—高功率、高寿命、低油耗、 柴油机技术 低排放 •Diesel于1897年研制了第一台柴油机。 •1910年Mckechnie完成了燃油高压喷射系统 研制，为康明斯发动机原型。 •Benz公司于1922发明了分开式燃烧室，研 制出车用发动机。 •1924年MAN公司制成了第一台直喷式柴油机。 •1927年BOSCH开始生产标准的喷油泵。 •1931年三菱公司学习欧洲技术开始生产预燃 室、涡流室、直喷发动机。