內燃機學

張紀鵬教學目的及教學內容教學目的教學內容其它教學目的對車輛所用主要動力內燃機的結構組成、工作原理介紹。使學生掌握內燃機結構組成、工作過程、發展新技術以及設計方法等內容。第一章.概論第二章.內燃機工作指標第三章.內燃機工作循環第四章.內燃機的充量更換第五章.內燃機混合氣的形成與燃燒第六章.

內燃機的燃料供給與調節第七章.污染物的生成與控制第八章.內燃機的特性與匹配第九章內燃機動力學第十章.內燃機總體設技第十一章.內燃機主要零部件設計第十二章內燃機的發展方向教學內容其他教學課時：34h作業：查閱相關資料考試方式：地點：新305時間：2~18周（9.5~2011.12.19），授課16周，考試第18周（2011.12.19）第一章概論內燃機:

將燃料在機器內部燃燒，使化學能轉變為熱能，再轉變為機械能的一種動力機械裝置。燃料噴射霧化混合燃燒膨脹活塞作功化學能熱能機械能

1.1內燃機的用途作為下述機械的動力：汽車、拖拉機船舶飛機坦克發電機組工程機械及其他機械。

1.2內燃機發展簡史1860年，萊諾依爾；1867年，奧托和浪琴：大氣壓力式內燃機（煤氣機）1876年，奧托：

四沖程循環的內燃機1890年克拉克和羅伯遜、德國的卡爾·奔馳：二沖程內燃機1892年德國魯道夫·狄塞爾：

壓燃式發動機—柴油機1957年汪克爾：轉子發動機艾蒂安·勒努瓦(Lenoir)(萊諾依爾)大氣壓力式內燃機（煤氣機）比利時籍–法國發明家勒努瓦是第一個設計和制造出用照明瓦斯作為燃料的內燃機。1860年，他把這臺內燃機裝上一輛小的運輸車，于是這輛運輸車就成了世界上第一輛用內燃機驅動的“不用馬拉的車子”。奧托(1876年)四沖程循環的內燃機尼科勞斯.奧古斯特.奧托（1832一1891）德國工程師。1876年，制成第一臺四沖程循環的煤氣內燃機。使汽車和其后飛機的問世成為可能。

1861年受法國勒努瓦發明的啟發開始研究發動機。1866年提出四沖程內燃機的“奧托循環”理論。1872年建立道依茨發動機制造公司。1878年展出了第一臺實用的四沖程內燃機。1890年克拉克二沖程內燃機戈特利布.戴姆勒1872年，戴姆勒設計出四沖程發動機。1883年，戴姆勒(GottliebDaimler1834-1900)和威爾赫姆·邁巴赫（WilhelmMaybach）合作，成功研制世界上第一臺真正實用的汽油發動機，這是一臺立式單汽缸發動機，採用電點火，每分鐘750轉。1884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臺排氣量為462cc，功率為0．8千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。汽車的誕生日與汽車之父卡爾.本茨（1844-1926）

1885年制造了三輪乘坐車。并在1886年1月29日申請了發明專利，這天成為了‘汽車的誕生日’。他領來了生產奧托四沖程煤氣發動機的營業執照，經過研制，于1879年12月31日制造出第一臺單缸煤氣發動機（轉速為200轉/分，功率約為0.7千瓦）。

1878年開始研究新型內燃機，1879年首次研制成功火花塞點火內燃機。1882年開始嘗試把發動機安裝在三輪車上，1885年他的三輪車研制成功。1887年率先把汽車作為商品出售。

1892年德國魯道夫·狄塞爾壓燃式發動機—柴油機狄塞爾（1858－1913）德國工程師。1897年制造了第一臺柴油機。汪克爾F·汪克爾博士1957年，與當時歐洲屈指可數的兩輪車制造商NSU合作，完成了世界上首次僅由回轉運動構成的發動系統-DKM型汪克爾轉子發動機。于1958年，提高其實用性能，完成了KKM型轉子發動機的設計。KKM型轉子發動機就是現在的轉子發動機的雛形。1.2.1內燃機的發展及新技術1、汽車及內燃機的發展2、20世紀60年代內燃機技術的重要標志3、20世紀70年代內燃機技術的重要標志4、20世紀80年代~90年代初內燃機技術上的重要標志5、近年內燃機發展的要求6、內燃機發展新技術1.2.1.1汽車及內燃機的發展內燃機的出現促進了汽車的發展，汽車的大發展又帶動了內燃機的飛速發展。1、初期：內燃機的發明期2、中期：約在20世紀20~40年代，汽車蓬勃發展期。3、70年代后20世紀70年代：節能，排放控制。21世紀：高新技術廣泛應用于汽車時期。（1）汽車及內燃機的發展—初期初期，汽車只是作為行走的機器，著重于可靠性，不追求豪華、舒適。1911—1927年福特汽車公司共生產出1500萬輛“T”型轎車，當時的售價為每輛295美元。（2）汽車及內燃機的發展—中期中期：約在20世紀20年代~40年代，汽車得到了蓬勃發展。大眾汽車廠用流水線生產的“甲殼蟲”，其產量超過福特“T”型轎車數百萬輛。20世紀50—70年代，汽車的空前發展和繁榮時期。它追求速度、舒適、豪華。發動機的功率和轉速增加很多，產品從單一或較少品種到多樣性。在汽車的高速、高功率要求下，形成了60年代內燃機技術上的重要發展。（3）汽車及內燃機的發展—70年代后20世紀70年代出現的石油危機促進人們尋找代用燃料，降低油耗，從而出現了一系列節能措施：如采用稀薄燃燒、高能點火等。在這一時期，汽車的排放開始受到遏制。21世紀，高新技術廣泛應用于汽車時期，要求并帶動內燃機向高經濟性、低公害、資源再生利用的方向發展。1.2.1.260年代內燃機技術上的重要標志20世紀60年代是內燃機技術加速發展時期，其技術特征是：1）三層軸瓦。2）過共晶Si—AL活塞，并使用恒范鋼片(：nvarplatten)和開槽，使活塞與缸套間隙減小。3）活塞環鍍層。4）軸頸的感應淬硬或氮化。5）凸輪冷激處理。（轉下頁）6）使用在屈服極限范圍內工作的螺釘。7）可靠的氣缸密封墊。8）液力挺柱。9）單腔化油器——分腔化油器——電控化油器。10）汽油噴射。11）晶體管點火。12）軸向與徑向式分配式噴油泵。1.2.1.370年代內燃機技術的重要標志70年代，環保與石油危機給車用內燃機的發展帶來了巨大影響。人們已注意到了汽車帶來的環境污染，產生了汽車實現環保的意識。1）1964年開始使用閉式曲軸箱通風。2）1966年公布了工況法排放測試法規，限制汽車有害氣體排放。3）1972年大眾汽車公司展出了三效催化轉換器。（轉下頁）4）1973年起使用熱轉換器(氧化轉換器)。5）1975年起使用三效催化轉換器。6）1976年起使用三效催化轉換器與氧傳感器、廢氣再循環、空氣二次噴射技術。7）在能源方面，1973年的石油危機使人們認識到資源的有限性與合理利用自然資源的必要性，促進代用能源的應用。1.2.1.480年代、90年代初內燃機技術上的重要標志總的目標使汽車更快、更舒適、更經濟、更清潔、更安全內燃機技術上的主要措施及趨向：1）增壓旁通技術，解決動態性能差的問題。2）采用多氣門。四氣門比二氣門能提高功率與轉矩15％，油耗可降低5%。3）發達國家電控取代化油器式汽油機。（轉下頁）4）可變壓縮比。5）可變氣門面積與正時控制。6）高強度、低密度材料的使用使內燃機不斷輕量化。7）進一步降低柴油機微粒排放。8）其它發動機的開發與改善。如電動汽車、電噴二沖程內燃機、太陽能汽車、氫氣發動機汽車等。1.2.1.5內燃機的未來1—高經濟性①采用高效率的內燃機工作循環。高增壓、中冷循環，內燃機與渦輪復合循環等。②改進進氣系統，進氣系與內燃機進行良好的動態匹配。③采用多氣門內燃機。氣門正時也可隨工況而自動調節。④改進燃燒室及燃燒過程。（轉下頁）⑤改進燃油供給系。汽油機實現缸內噴射，柴油機采用高噴射壓力，燃油的噴油正時和噴油規律實現可控與調節。⑥采用稀薄燃燒，高能點火。空燃比在20以上，點火能量在100一120mJ以上。⑦采用能量再生系統。⑧降低運動機件的摩擦損失。⑨降低內燃機與汽車質量。每降低汽車質量100kg，汽車百公里油耗可減小0．6—0．7L。1.2.1.6內燃機的未來2—低公害1）降低油耗，可降低汽車有害氣的排放和總排放量。2）采用三效催化轉換器及閉環控制。3）預熱降低內燃機在冷起動或怠速時的HC、CO排放量。4）開發在起動和怠速運轉時廢氣停止排出的裝置。5）開展排放新技術研究。6）柴油機微粒過濾器實用化。（轉下頁）7）采用增壓、中冷的內燃機技術。8）研究和采用含氧燃料（汽油C5~C11烷、烯烴類，CH4，甲醇CH3OH、乙醇C2H5OH，二甲醚CH3OCH3）。9）實施內燃機工作過程的監控，以防止可能出現的失火。10）應用混合動力形式。11）使用新型動力及綠色新能源。12）采取各種降噪聲、隔噪聲措施。13）制造過程中實現資源的回收、再利用。1.3內燃機的分類1）燃料2）著火方式3）沖程數4）活塞運動方式5）冷卻方式6）氣缸數7）氣缸排列8）燃燒室形式9）氣門、凸輪軸布置10）用途11）轉速:

低速（＜300r/min），

中速（