内燃机原理-第1章.ppt

内 燃 机 原 理 沈阳航空工业学院 动力与能源工程学院 徐让书 第1章??概 论 内燃机是将燃料的化学能转变为机械功的一种热力发动机 区别于外燃机，内燃机是燃料在机器（工质）内部燃烧而将能量释放做功的 本课程讨论的主要是 点燃式发动机（汽油机，尽管它也能燃用其他燃料）和 压燃式发动机（柴油机，也能燃用其他燃料） 内燃机 热效率高（是当今热效率最高的热力发动机） 结构简单 比质量（单位输出功率的质量）轻 移动方便 内燃机简史 1860年，莱诺依尔（J. J. E. Lenoir），1867年，奥托（Nicolaus A. Otto）和浪琴（Eugen Langen） 大气压力式内燃机 1876年，奥托 四冲程循环的内燃机 1890年克拉克（Dlerk）和罗伯逊（James Robson）、德国的卡尔·奔驰（Karl Benz，） 二冲程内燃机 1892年德国鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel） 压燃式发动机—柴油机 1957年汪克尔（F. Wankel） 转子发动机 内燃机简史 内燃机的燃料 最早用来产生机械功的是煤气 1900年之后，汽油和原油中的轻馏分油成为商品，出现了各种各样将这种油料汽化并与空气混合的化油器 高挥发性的油料使发动机起动容易，在寒冷地区使用有较好的性能 1907—1915年，汽油需求量增加了5倍，威廉·伯尔顿（William Burton，1865—1954年）发明了将重油在压力下加热裂解成易挥发轻馏分油的技术，从而大大提高了汽油的产量。但这种汽油沸点较高，使冷起动困难。由于在1912年发明了起动电机，从而较好地解决了这一问题。 第一次世界大战以后，通用汽车公司发现了四乙铅的抗爆作用，1923年美国开始将它用来作为汽油的添加剂 尤金·荷德莱（Eugene Houdry）发明了催化裂化法，既提高了汽油的产量，同时使汽油获得越来越好的抗爆性 内燃机简史 内燃机的增压 1902年法国的路易斯·雷诺（Louis Renault）提出了增加缸内压力的发明专利，也就是后来被广泛接受的机械增压 1907年美国试制成功了世界上第一台增压发动机 1915年，瑞士工程师阿尔弗雷德·波希（Alfred Buchi）将这种增压器的机械驱动改造成为发动机的排气涡轮驱动 第二次世界大战后，增压技术开始在压燃式发动机上得到广泛的应用，并逐步扩展到汽油机中 内燃机简史 近30年来，影响发动机设计和运行的主要因素，是控制发动机对环境的污染 40年代在洛杉矾出现汽车所造成的空气污染事件 光化学烟雾来自日照下的NOx和HC所产生的化学反应；而汽车则是NOx和HC以及CO的主要贡献者 柴油机则是烟气微粒以及HC和NOx的主要来源 美国加州首先建立了汽车排放标准 60年代在美国，接着在欧洲、日本，相应确立了汽车排放标准，从而发展了汽油喷射、三效催化剂、无铅汽油的应用，以控制汽油机的排放。 内燃机也是一个重要的噪声来源 噪声来自空气动力效应、燃烧过程中气体的压力和旋转、往复零部件的机械激励等 70年代末，国际上开始制订车辆噪声法规，以降低噪声对环境的污染。 内燃机简史 70年代初，由于原油价格上涨，引起对发动机燃油经济性的重视 由于要控制排气污染，增加了改进燃油经济性的困难。 为了减少内燃机对日益短缺的石油基燃料的依赖，各国正在进行内燃机燃用代用燃料的研究工作，以逐步取代汽油和柴油，如燃用 天然气、甲醇、乙醇、合成汽油、合成柴油以及二甲基醚（CH3OCH3）等 缸内直喷(GDI)、匀质混合气压缩燃烧(HCCI)等技术 内燃机的基本工作原理 四冲程内燃机工作循环 进气冲程 压缩冲程 作功冲程 排气冲程 四冲程内燃机工作过程 进气过程 压缩过程 燃烧过程 膨胀过程 排气过程 内燃机的基本工作原理 进气过程 由进气门开始开启到进气门关闭 进气门提前开启(10?~40?)CA 活塞下行在气缸内形成真空，空气（汽油机是燃料与空气的混合物）在压力差作用下进入气缸 活塞到达下止点时，空气仍以惯性向气缸内流动，进气门延迟关闭(20?~60?)CA 柴油机 进气终点气缸内压力pa = (0.8~0.95)p0 温度Ta = 300~340K 汽油机 进气终点气缸内压力pa = (0.07~0.09)MPa 温度Ta = 370~400K 内燃机的基本工作原理 压缩过程 由进气门关闭到活塞到上止点 活塞向上运动，气缸内气体被压缩，气体的压力和温度上升 压缩过程中气缸内气体与气缸壁之间存在热交换 柴油机 压缩终点压力pc = 3~5MPa 温度Tc = 750~950K 汽油机 压缩终点压力pc = 0.8~1.4MPa 温度Tc = 600~700K 内燃机的基本工作原理 燃烧过程 柴油机在压缩上止点前(10?~35?)CA时，柴油以高压由喷油器喷入燃烧室，