1、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北京航空航天大学汽车系主讲：徐主讲：徐 斌斌汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论2主要内容1内燃机发展概况2内燃机分类3典型内燃机结构 绪绪 论论 （3 3学时）学时）第第1 1章性能指标与影响因素章性能指标与影响因素 （4 4学时）学时）第第2 2章发动机工作循环章发动机工作循环 （4 4学时）学时）第第3 3章发动机燃料特性章发动机燃料特性 （2 2学时）学时）第第4 4章换气过程章换气过程 （5 5学时）学时）第第5 5章混合气形成和燃烧章混合气形成和燃烧 （8 8学时）学时）第第6 6章燃料供给与调节章燃料供给与调节 （4
2、 4学时）学时）第第7 7章使用特性与匹配章使用特性与匹配 （2 2学时）学时）复习复习汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论3教学大纲n课程教学目标课程教学目标 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n主要内容主要内容 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
3、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。n教学安排及方式教学安排及方式 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汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论4教学大纲n综合实验综合实验：实验内容为内燃机特性和调节n考核方式考核方式：考试（80%）+平时作业考核（20%）n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， 19977 汽车拖拉机发动机”（第3版），董敬等，机械工
4、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:/ 汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论5本课程定位 发动机原理 （专业核心课）发动机设计发动机实验技术内燃机现代设计方法汽车电子技术增压技术汽车排放与控制汽车与发动机构造（专业平台课）高等内燃机学内燃机燃烧理论研究生课程研究生课程本科生课程汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论6绪 论 0-1内燃机发展概况 内燃机内燃机：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。 工质燃烧前为燃油与空气的混合物，燃烧后
5、为燃烧产物。 本课程主要内容本课程主要内容：往复式活塞内燃机 点燃式发动机压燃式发动机一、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：5% Pmax=4.5kw 整机重量大汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论7绪 论 1867年：大气压力式内燃机，Otto,Langen 指标：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：14% Pmax=80kw 整机重量1250磅。汽车工程系3:50汽车发动机原理-
6、绪论80-1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汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论90-1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汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论100-1内燃机发展概况 1957年第一台转子发动机，Wankel 转子发动机Wankel发动机汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论110-1内燃机发展概
7、况汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论120-1内燃机发展概况Mazda Wankel enginePe= 184 kW at 8500 rpmMmax= 220 Nmat 7500 rpm汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论130-1内燃机发展概况IO/BODCCharge after ICEO/BEDCEC/AODCCharge before EO汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论140-1内燃机发展概况汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论150-1内燃机发展概况汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论160-1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
8、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1m 强化指工作过程的有效指标(Pe)和工作频率的提高(n)。汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论220-1内燃机发展概况低油耗低油耗：通过提高机械效率和循环指示效率获得。 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=2.74g/kwh低排放低排放：主要排放物HC、CO、NOx和碳烟微粒。Nox和碳烟为主要排放物。 产生的原因：Nox取决
9、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。汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论230-1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汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论240-1内燃机发展概况汽车工程系3:50汽车发动
10、机原理-绪论25绪 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。=8-122.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NG4.液化石油气发动机LPG5.酒精发动机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.旋转式汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论26 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.增压八、混合气的形成： 1.化油器式2
11、.缸内直喷低增压：1.8中等增压：1.82.5高增压：2.53.63.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汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论27第一章 概 论 0-3 典型内燃机结构一一.点燃式发动机点燃式发动机1.单缸机主要特点：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。汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论280-3典型内燃机结构2.多缸机 主要特点：转矩输出均匀，
12、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。汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论290-3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。汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论300-3典型内燃机结构 图为奥迪图为奥迪A4直列四缸四冲程水冷发动机，球形燃烧室，顶置凸轮轴，直列四缸四冲程水冷发动机，球形燃烧室，顶置凸轮轴，齿型带传动、中间轴驱动分电器，五气门、中冷
13、增压，采用电控喷射以及齿型带传动、中间轴驱动分电器，五气门、中冷增压，采用电控喷射以及三效催化剂。三效催化剂。110kW/6800rmin-1 pe=1.48MPa汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论310-3典型内燃机结构汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论320-3典型内燃机结构汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论33Alfa Romeo 1.9 JTD 16v 0-3典型内燃机结构汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论34萨博9-7X上配备的大型V8发动机结构发动机结构图0-3典型内燃机结构汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论35AUDI W12 engine汽车工程系3:50汽
14、车发动机原理-绪论360-3典型内燃机结构二二.压燃式发动机压燃式发动机 主要特点：具有较高的主要特点：具有较高的压缩比，热效率高，通常压缩比，热效率高，通常采用增压技术，平均有效采用增压技术，平均有效压力高，其热负荷与机械压力高，其热负荷与机械负荷远高于器油机，输出负荷远高于器油机，输出功率高，油耗低，工作粗功率高，油耗低，工作粗暴，低温点火困难。暴，低温点火困难。 常应用于载重货车、机常应用于载重货车、机车和发电。车和发电。 图为四冲程图为四冲程V12V12缸水冷增缸水冷增压中冷发动机，夹角压中冷发动机，夹角6060度，度，采用直喷采用直喷 型燃烧室，型燃烧室，BoschBosch高压燃油
15、系统，排放高压燃油系统，排放低，低，pe=1.737Mpape=1.737Mpa，ge=205g/kwhge=205g/kwh汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论37Sulzer 9 RTA 84CNew Sulzer瓦西兰-苏尔寿, 瑞士公司 DieselRTA-seriesLow-speedTwo-stroke Diesel Engines1480-48600 kW2000-66120 bhp196-54 rpm汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论38Model plane engineCox Pee Wee, 0.33 cm3Displacement: 0.33 cm3Rated p
16、ower:27W Bore:7.6 mmMax. speed:17 500rpm Stroke:6.1 mmTank volume: 2.2cm3 Mass:21 g汽车工程系3:50汽车发动机原理-绪论390-3典型内燃机结构三三.分层充量发动机分层充量发动机一种新型综合汽油机与柴油机优点的混合发动机主要特点：主要特点：1. 1.燃油直接喷射，避免预混燃烧爆燃问题，提高了压缩比；燃油直接喷射，避免预混燃烧爆燃问题，提高了压缩比； 2. 2.混合气由火花塞点燃，避免了燃烧的限制；混合气由火花塞点燃，避免了燃烧的限制； 3. 3.通过改变供油量调节功率，避免了泵气损失。通过改变供油量调节功率，避免了泵气损失。 图中所示为图中所示为CVCCCVCC燃烧系统，分为燃烧系统，分为主副两个燃烧室，副室装有辅助进主副两个燃烧室，副室装有辅助进气装置和火花塞，通过五个火焰孔气装置和火花塞，通过五个火焰孔与主室连通。工作时向副室提供浓与主室连通。工作时向副室提供浓的混合气，向主室提供稀的混合气，的混合气，向主室提供稀的混合气，火焰由副室传向主室，燃烧速度慢，火焰由副室传向主室，燃烧速度慢，燃烧温度低，排温高。有利于减少燃烧温度低，排温高。有利于减少NOxNOx，并在排气中进一步氧化，并在排气中进一步氧化HCHC、COCO。排放好，但经济性没有改善。排放好，但经济性没有改善。
