第1章发动机原理

1、主讲：卢伟2021-12-142/13本课程是车辆工程专业本科生继汽车构造课程之后的一门专本课程是车辆工程专业本科生继汽车构造课程之后的一门专业基础课，是本专业汽车构造、汽车理论和汽车设计三门主业基础课，是本专业汽车构造、汽车理论和汽车设计三门主干课程的必要辅助课程，是专业必修课。干课程的必要辅助课程，是专业必修课。 本课的目的是使学生通过学习，掌握本课的目的是使学生通过学习，掌握内燃机性能评价指标内燃机性能评价指标，内燃机内燃机特性以及影响因素特性以及影响因素；了解；了解提高内燃机性能指标的途径提高内燃机性能指标的途径和措施和措施；为合理使用、正确调整和使用内燃机以及深入研究；为合理使用、正

2、确调整和使用内燃机以及深入研究打下一定的理论基础，同时初步掌握内燃机的试验方法和实打下一定的理论基础，同时初步掌握内燃机的试验方法和实验技能。验技能。本课程主要讲授内燃机的本课程主要讲授内燃机的工作指标工作指标、内燃机的、内燃机的工作循环工作循环、内、内燃机的燃机的换气过程换气过程、内燃机、内燃机混合气的形成和燃烧混合气的形成和燃烧、内燃机的、内燃机的燃燃料供给与调节料供给与调节、内燃机、内燃机污染物的生成与控制污染物的生成与控制、内燃机的、内燃机的使用使用特性与匹配特性与匹配等，旨在培养学生的专业工作能力。等，旨在培养学生的专业工作能力。汽车发动机原理汽车发动机原理课程简介课程简介2021-

3、12-143/13绪论绪论第一节第一节 内燃机在国民经济中的作用内燃机在国民经济中的作用第二节第二节 内燃机的发展内燃机的发展第三节第三节 本课程的任务、要求和学习方法本课程的任务、要求和学习方法 2021-12-144/13第一节第一节 内燃机在国民经济中的作用内燃机在国民经济中的作用 几个基本概念几个基本概念热机热机：将燃料中的化学能转变为机械能的机械。：将燃料中的化学能转变为机械能的机械。内燃机内燃机：燃料在机器内部燃烧而将能量释放做功的机：燃料在机器内部燃烧而将能量释放做功的机械。械。工质工质：燃烧前是燃料与空气，燃烧后是燃烧产物。：燃烧前是燃料与空气，燃烧后是燃烧产物。2021-12

4、-145/13一、内燃机的特点一、内燃机的特点1. 1. 热效率高热效率高蒸汽机：可达蒸汽机：可达16%16%内燃机：内燃机：汽油机：汽油机：35%35%柴油机：柴油机：45%45%2.2.功率范围广、适应性好功率范围广、适应性好单机功率：单机功率：3.653.6510104 4kWkWPePe1kW1kW可以满足各种不同用途的要求。可以满足各种不同用途的要求。3.3.结构紧凑，重量轻，机动性好，特别适用于移动机械。结构紧凑，重量轻，机动性好，特别适用于移动机械。4.4.起动快。起动快。3 36s6s，并可很快达到全负荷运行。，并可很快达到全负荷运行。5.5.维护简单，操作方便。维护简单，操作

5、方便。 6.6.对燃料要求高。汽油、柴油和石油储量有限。对燃料要求高。汽油、柴油和石油储量有限。7.7.排放与噪声等公害问题。排放与噪声等公害问题。第一节第一节 内燃机在国民经济中的作用内燃机在国民经济中的作用2021-12-146/13二、应用领域二、应用领域交通运输交通运输农业机械农业机械工程机械工程机械发电动力发电动力第一节第一节 内燃机在国民经济中的作用内燃机在国民经济中的作用2021-12-147/13第二节第二节 内燃机发展内燃机发展一、内燃机的发展史一、内燃机的发展史发明时间：十九世纪六十年代发明发明时间：十九世纪六十年代发明 出现顺序：煤气机、汽油机、柴油机出现顺序：煤气机、汽

6、油机、柴油机18601860年，法国人莱诺依尔年，法国人莱诺依尔(Lenoir)(Lenoir)，大气压，大气压力式内燃机，煤气机，火花点燃。没有压缩力式内燃机，煤气机，火花点燃。没有压缩行程，热效率低于行程，热效率低于5%5%，最大功率为，最大功率为4.5 kW4.5 kW。18671867年奥托（年奥托（OttoOtto）和浪琴）和浪琴( (LangenLangen) )发明了发明了一种更为成功的大气压力式内燃机。一种更为成功的大气压力式内燃机。18761876年，年，OttoOtto四冲程循环的内燃机，包括：四冲程循环的内燃机，包括：进气、着火前压缩、膨胀与排气。热效率进气、着火前压缩、

7、膨胀与排气。热效率14%14%，质量减少近质量减少近70%70%，有效地投入工业使用，形成，有效地投入工业使用，形成内燃机工业。内燃机工业。2021-12-148/13第二节第二节 内燃机发展内燃机发展一、内燃机的发展史一、内燃机的发展史18901890年，英国的克拉克（年，英国的克拉克（ClerkClerk）和罗伯逊）和罗伯逊（RobsonRobson）、德国的卡尔）、德国的卡尔. .奔驰（奔驰（Karl Karl BenzBenz），发明二冲程内燃机。），发明二冲程内燃机。18921892年，德国的工程师鲁道夫年，德国的工程师鲁道夫. .狄塞尔狄塞尔（Rudolf DieselRudolf

8、 Diesel），申请了柴油机专利。大），申请了柴油机专利。大压缩比无爆燃，热效率比当时的其它机械高压缩比无爆燃，热效率比当时的其它机械高一倍。其构想一倍。其构想5 5年后变为一个实际机器。年后变为一个实际机器。19571957年，汪克尔（年，汪克尔（WankelWankel），试验了发明的），试验了发明的转子发动机。转子发动机。2021-12-149/13二、内燃机燃料二、内燃机燃料燃料在发动机发展中起了重要的作用，最早燃料在发动机发展中起了重要的作用，最早用的是煤气。用的是煤气。19001900年后，汽油和燃料中的轻馏份油成为商年后，汽油和燃料中的轻馏份油成为商品，出现了各种各样的化油器。

9、品，出现了各种各样的化油器。19051905年前，爆燃限制，压缩比较低（年前，爆燃限制，压缩比较低（4 4），汽），汽油供应与性能尚能满足要求。油供应与性能尚能满足要求。1907-19151907-1915年，汽油需求量增加了年，汽油需求量增加了5 5倍，需要倍，需要增加从原油中提炼出来的汽油产量。威廉增加从原油中提炼出来的汽油产量。威廉. .伯伯尔顿（尔顿（WillianmWillianm Burton Burton）发明重油热裂技术，）发明重油热裂技术，提高了汽油的产量。提高了汽油的产量。热裂油沸点高，冷起动困难。热裂油沸点高，冷起动困难。19121912年发明了年发明了起动机，较好地解决

10、了这一问题。起动机，较好地解决了这一问题。第二节第二节 内燃机发展内燃机发展2021-12-1410/13二、内燃机燃料二、内燃机燃料第一次世界大战以后，对爆震问题有了进一第一次世界大战以后，对爆震问题有了进一步的了解，通用公司发现了步的了解，通用公司发现了四乙铅四乙铅的抗爆作的抗爆作用，用，19231923年将它用作汽油的添加剂。年将它用作汽油的添加剂。尤金尤金. .荷德莱（荷德莱（Eugene Eugene HoudryHoudry）发明了）发明了催化催化裂化裂化法，提高了汽油的产量，同时使汽油获法，提高了汽油的产量，同时使汽油获得越来越好的抗爆性使发动机的压缩比不断得越来越好的抗爆性使发

11、动机的压缩比不断增加，动力性与燃油经济性得到了提高。增加，动力性与燃油经济性得到了提高。为了减少内燃机对日益短缺的石油基燃料的为了减少内燃机对日益短缺的石油基燃料的依赖，各国正在开展替代燃料的研究，以取依赖，各国正在开展替代燃料的研究，以取代汽油和柴油，如燃用天然气、甲醇、乙醇代汽油和柴油，如燃用天然气、甲醇、乙醇合成汽油、合成柴油以及二甲醚等。合成汽油、合成柴油以及二甲醚等。第二节第二节 内燃机发展内燃机发展2021-12-1411/13三、内燃机增压技术三、内燃机增压技术19021902年，法国的路易斯年，法国的路易斯. .雷诺（雷诺（Louis Louis RenaultRenault）

12、提出了机械增压技术。）提出了机械增压技术。19071907年美国宾夕法尼亚的一家工厂试制成功年美国宾夕法尼亚的一家工厂试制成功了世界上第一台增压发动机。了世界上第一台增压发动机。19151915年，瑞士工程师阿尔弗雷德年，瑞士工程师阿尔弗雷德. .波希波希（Alfred Alfred BuchiBuchi）将增压器的机械驱动改造）将增压器的机械驱动改造成为发动机的排气涡轮驱动，它是第一台用成为发动机的排气涡轮驱动，它是第一台用于内燃机的涡轮增压器的雏形。二次世界大于内燃机的涡轮增压器的雏形。二次世界大战后，增压技术开始在压燃式发动机得到广战后，增压技术开始在压燃式发动机得到广泛的应用，并逐步扩

13、展到汽油机中。泛的应用，并逐步扩展到汽油机中。第二节第二节 内燃机发展内燃机发展2021-12-1412/13四、法规四、法规排放法规排放法规：近：近3030年，影响发动机设计和运行年，影响发动机设计和运行的主要因素是的主要因素是发动机的排放发动机的排放。美国加州首先。美国加州首先建立了汽车排放标准。建立了汽车排放标准。6060年代在美国，接着年代在美国，接着在欧洲、日本，相应确立了汽车排放标准。在欧洲、日本，相应确立了汽车排放标准。噪声噪声：内燃机也是一个重要的噪声源，噪声：内燃机也是一个重要的噪声源，噪声来自空气动力效应、燃烧过程中气体的压力来自空气动力效应、燃烧过程中气体的压力和旋转、往

14、复零部件的机械激励等。和旋转、往复零部件的机械激励等。7070年代年代末，国际上开始制订车辆噪声法规，以降低末，国际上开始制订车辆噪声法规，以降低噪声对环境的污染。噪声对环境的污染。经济性经济性：7070年代初，由于石油危机导致原油年代初，由于石油危机导致原油价格成倍上涨，引起对发动机燃油经济性的价格成倍上涨，引起对发动机燃油经济性的重视，但由于要控制重视，但由于要控制排放排放污染，因而增加了污染，因而增加了改进燃油经济性的困难。改进燃油经济性的困难。第二节第二节 内燃机发展内燃机发展2021-12-1413/18五、五、 内燃机发展现状与趋势内燃机发展现状与趋势（一）发展现状（一）发展现状发

15、动机排放：超低排放要求发动机排放：超低排放要求发动机动力性：发动机动力性：80kW/L80kW/L经济性：经济性：3L/100km3L/100km使用寿命：柴油机使用寿命：柴油机70-8070-80万万kmkm第二节第二节 内燃机发展内燃机发展2021-12-1414/13五、五、 内燃机发展现状与趋势内燃机发展现状与趋势（二）发展趋势（二）发展趋势直喷柴油机直喷柴油机柴油电控燃油喷射：高压共轨、单体泵柴油电控燃油喷射：高压共轨、单体泵汽油机电控燃油喷射技术：汽油机电控燃油喷射技术：PFI/MPI（进气道喷射（进气道喷射/多点燃油喷多点燃油喷射）、射）、GDI（缸内直喷）（缸内直喷）多气门多气

16、门可变技术：停缸、可变气门可变技术：停缸、可变气门排气净化新技术：排气净化新技术：TWC（三效催化剂）、（三效催化剂）、DOC（）、（）、DPF（）、（）、LNT（）、（）、SCR（）（）发动机增压中冷与强化发动机增压中冷与强化新材料新材料灵活燃料灵活燃料混合动力用小排量发动机混合动力用小排量发动机新型燃烧技术向高效低排发展新型燃烧技术向高效低排发展广泛采用废气再循环：广泛采用废气再循环：EGR排放法规强制性要求采用排放法规强制性要求采用OBD技术（车载诊断系统）技术（车载诊断系统）第二节第二节 内燃机发展内燃机发展2021-12-1415/13一、任务一、任务 研究内燃机中研究内燃机中热功转换的基本规律热功转换的基本规律和和提高性能的主要措施提高性能的主要措施。即。即以以性能指标为研究对象，深入到工作循环的各个阶段，分析影响性能指性能指标为研究对象，深入到工作循环的各个阶段，分析影响性能指标的各种因素，从中找出一般规律，研究提高性能指标的具体措施，标的各种因素，从中找出一般规律，研究提高性能指标的具体措施，指出努力的方向指出努力的方向。二、学习方法二、学习方法 发动机原理是一门理论性和实践性都很强的课程，很多规律是从发动机原理是一门理论性和实践性都很强的课程，很多规律是从试验中得出的。因此学习时要