南昌大学内燃机第一章讲解

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1、2012-2-14,内燃机设计 第一章,1,课程说明,主讲教师：姜水生 办公地点：机电楼D224 联系电话：83969624，18970806297 电子邮箱：jishsh 成绩评定：平时考试 考试方式：开闭卷结合,2012-2-14,内燃机设计 第一章,2,课程说明,课程性质：专业主干课 课程意义内燃机专业意义 内燃机发展现状? 汽车动力发展？,2012-2-14,内燃机设计 第一章,3,内燃机工业概况,内燃机是个中间产品, 是许多主机产品的配套动力。 主机的技术和产量发展, 会带动其配套内燃机发展, 而内燃机的技术和产量发展, 也将促进主机产品技术水平和产量提高。 内燃机产业是传统产业改造

2、的基础, 是传统产业借以升级的技术手段。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,4,内燃机配套行业,汽车,火车,船舶,工程机械,军用机械,农业机械,发电装置,2012-2-14,内燃机设计 第一章,5,内燃机与汽车,内燃机一直被认为是汽车的心脏，是汽车的动力源。 它是目前世界上热效率最高，因而也是应用得最为广泛的一种热力机械。 汽车工业的发展离不开内燃机工业的进步，并且二者相互推动，相辅相成。 随着汽车工业的高速发展，我国内燃机行业不断壮大，也为中国成长为汽车大国做出了重要贡献。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,6,2012-2-14,内燃机设计 第一章,7,去年我国汽车产量,201

3、2年中国汽车产销量双双突破1927万辆，不仅蝉联世界第一，而且创全球历史新高。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,8,新能源汽车,1、纯电动汽车（实际上就是电瓶车），早就有； 2、混合动力汽车，其中含有内燃机； 3、燃料电池汽车，产业化还遥遥无期； 结论：在可预见的未来，内燃机仍然是主 要的动力源,2012-2-14,内燃机设计 第一章,9,铁路机车方面,电力机车：1835年出现，1958年我国生产出第一台电力机车。 内燃机车：发明于20世纪初，我国从1958年开始制作内燃机车。 目前内燃机车占优势。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,10,内燃机工业现状,2013年： 年产量达到

4、8000万台（世界的四分之一） 总功率达到18亿千瓦的规模（为78年的60倍） 以内燃机为动力的机械保有量约为2亿（台、辆） 进出口总额突破240亿美元 工业总产值达到4100亿元 从业人员为40万人 我国已经成为了世界内燃机大国 并且正在向内燃机强国的目标迈进。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,11,2014年1-8月国内车用汽油机主要企业生产集中度,2012-2-14,内燃机设计 第一章,12,2014年上半年国内车用柴油机主要企业产销情况,2012-2-14,内燃机设计 第一章,13,2012-2-14,内燃机设计 第一章,14,课程任务,深入了解内燃机活塞组、连杆、曲轴、气缸盖

5、、气缸套、机体和配气机构等零部件的结构形式、材料选用、受力情况和常见故障,同时使学生了解内燃机的总体设计方法，以便正确合理地对内燃机进行设计,为今后的工作打下坚实的基础。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,15,课程主要内容,第一章 内燃机设计总论 第二章 曲柄连杆机构受力分析 第三章 内燃机的平衡 第四章 轴系扭振与噪声 第五章 配气机构设计 第六章 曲轴组设计 第七章 连杆组设计 第八章 活塞组设计 第九章 内燃机滑动轴承设计 第十章 机体与气缸盖设计 第十一章 内燃机辅助系统设计,2012-2-14,内燃机设计 第一章,16,第一章 内燃机设计总论,第一节 内燃机的设计要求 第二节

6、 内燃机类型的选择 第三节 内燃机主要参数的选择 第四节 内燃机开发的一般程序与方法 第五节 现代设计理论与方法 第六节内燃机新技术概述,2012-2-14,内燃机设计 第一章,17,第一节 内燃机的设计要求,机动车是内燃机的最大用户，其次是各种各样工程机械、农业机械动力和小型移动式机具的动力，船舶和机车用内燃机数量较小。不同用途的内燃机有不同的要求。以下论述的内燃机设计要求以车用为依据。 （）动力性要求：功率、转速、使用转速范围、最大转矩及转矩特性,2012-2-14,内燃机设计 第一章,18,功率决定于汽车总质量：,转速使用范围宽。最大转矩及转矩特性应满足汽车动力性要求。,2012-2-1

7、4,内燃机设计 第一章,19,（）环境特性要求,环境性能是指有害排放物及运转噪声等，都必须满足有关法规要求。 有害排放物指：NOx;HC;CO;SO2;微粒等,2012-2-14,内燃机设计 第一章,20,（）燃料经济性要求,内燃机寿命期内的燃料消耗的价值，大约要比内燃机本身价值高两个数量级，由此可见其重要性。评价指标有： bp(额定功率燃油消耗率)； bpmin(外特性最低燃油消耗率)； bmin（万有特性【绝对】最低燃油消耗率）。 汽车用内燃机要特别注意部分负荷和低转速下的燃油经济性，以及非定常工况下的经济性。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,21,燃料经济性要求（续）,另外，燃油

8、经济性还直接与CO2排放有关，所以对其制定法规已成趋势。 在汽车动力性与经济性之间存在矛盾，应作出合理折中。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,22,（4）工作可靠性和使用耐久性,内燃机的可靠性是指在设计规定的使用条件下能够持续工作、不致因故障影响正常运转的能力。 可靠性的考核指标是：保证期内（desiel:1500h;gasline engine:500h）的不停机故障数、停机故障数、更换主要零件数和非主要零件数。一般要求在保证期内不发生主要零部件的故障。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,23,工作可靠性和使用耐久性（续）,内燃机的耐久性或使用寿命是指到首次大修或完全报废为止累

9、计运转小时数（车用内燃机常用车辆里程数表示）。 一般气缸磨损达缸径的0.20.5%或曲轴轴颈磨损约达直径的0.1%时，认为已达到大修极限。 一般车用内燃机大修里程为2050万km，中小型高速柴油机大修寿命为500010000h。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,24,（5）结构、尺寸、质量,对于车用内燃机来说，其结构要紧凑，外形尺寸要小，质量要轻，以便于其在汽车上布置、降低原材料消耗，提高汽车有效负荷能力。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,25,（6）制造工艺性及制造成本,在设计中应尽量考虑产品系列化、零部件通用化和零件设计标准化，以利于提高产品的制造工艺性，降低制造成本。,2

10、012-2-14,内燃机设计 第一章,26,（7）使用方便性,使用方便性是指内燃机的起动性能、保养性能和维修性能等。 上述各要求往往互相矛盾，如紧凑性与耐久性，性能指标与制造成本等。设计者的任务就在于在各种具体情况（市场形势、主要用途、生产条件、使用环境等）下，鉴别哪些要求是基本的，必须得到最大限度满足，再分析其它要求的满足程度如何。内燃机设计就是解决矛盾的过程。有优点必伴随有缺点，应该根据具体的要求找出一个最优化的折中方案，使优点突出，缺点缩小到最低限度。（节末）,2012-2-14,内燃机设计 第一章,27,第二节内燃机类型的选择,内燃机可按所使用的燃料、工作循环冲程数、冷却方式、气缸布置

11、、进气状态等分为很多类型，选型时应进行对比分析。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,28,一、使用燃料的选择汽油机还是柴油机,2012-2-14,内燃机设计 第一章,29,一、柴油机、汽油机或气体燃料发动机 现在广泛使用的内燃机主要是柴油机、汽油机和气体燃料发动机。在选择内燃机时首先碰到的问题就是选择什么内燃机。 从两方面考虑 内燃机本身的技术经济特点和市场需求。 地区或国家对环境和能源应用分布的要求。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,30,燃气发动机： 气体燃料发动机主要使用压缩天然气（Compressed Natural GasCNG）、液化天然气（Liquified Nat

12、ural GasLNG）、液化石油气（Liquified Petrol GasLPG）。 可以汽油/LPG、汽油/天然气切换（Bi-fuel两用燃料）或天然气/柴油混合（Dual Fuel双燃料），也可以单独使用； 辛烷值超过100，单独使用时可以提高压缩比以保证功率不损失； 排放指标比较低、不冒黑烟； 一般情况下使用经济性较好，价格也比汽油便宜； 可以节省石油资源； 燃料供给采用多点电控喷射才能使混和气比较均匀。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,31,使用燃料的选择（续）,所以，轻型移动机具、摩托车、小轿车、5t货车、大客车、公共汽车、农用运输车、工程机械、农业机械、机车、中等以上船

13、舶都用柴油机。 西欧和日本开始在轿车和轻型汽车上应用柴油机。 燃气则有较宽的使用范围。但是燃气汽车续航里程短，大部分地区加气站不如汽、柴油加油站分布广泛，所以燃气汽车多用于城市公交车、城市出租车。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,32,二、冲程数的选择二冲程还是四冲程,四冲程机坚固、可靠、耐磨、经济性好、指标稳定，所以被广泛应用于各领域。 二冲程机的优点是升功率高、转矩变化均匀。因此，在摩托车、摩托艇、喷雾机、割草机等应用很广。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,33,三、冷却方式的选择液体冷却、空气冷却、油冷,水冷内燃机冷却均匀稳定、强化潜力大、工作可靠、所以绝大多数内燃机采用

14、水冷。 风冷内燃机的主要困难是火花塞或喷油器以及排气门附近局部高温热负荷区不易得到足够强度的冷却而影响了可靠性和耐久性，其运转噪声也大。但它的优点是不需要冷却液、不存在泄漏、积垢、结冰等问题。目前风冷主要用于小功率机型，如摩托车、移动式小型动力机。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,34,冷却方式的选择（续）,无冷却或绝热方案由于高强度陶瓷问题尚未突破而无法实用。 油冷方案的采用带来了一系列好处（热应力得到控制、燃油耗率低、无单独的冷却系统）。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,35,四、气缸数和气缸布置的选择,气缸数优点：紧凑轻巧、平衡性好、 运转平顺、起动容易、 加速响应性好

15、缺点：缸径燃油经济性 零件数 可靠性 结构复杂 成本 单缸机：摩托车、小型农用柴油机； 多缸机：绝大多数内燃机使用场合。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,36,气缸数和气缸布置的选择（续）,工程机械与农业机械用内燃机常用2、3、4缸结构，大功率者用6缸结构。 小轿车和轻型车除最小排量车型用2或3缸外，绝大多数用4缸结构，少数高级轿车采用6缸结构（V型）。 中型汽车多用4缸结构，少数用6缸结构。 重型汽车多用6缸结构，少数用8缸或12缸结构。 内燃机车或舰艇等大功率高速柴油机多为12、16缸结构。 在整个内燃机中，4、6缸结构占压倒多数。 6缸以下多为单列式。 单列式包含：直列式、斜置式

16、、卧式等。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,37,五、进气状态的选择自然吸气还是增压,增压：无论是对于柴油机还是汽油机，都是发展趋势。 增压后优点：动力性 经济性 噪声 有害排放 缺点：可靠性、耐久性 加速响应性 汽油机爆燃倾向,节末,2012-2-14,内燃机设计 第一章,38,第三节内燃机主要参数的选择,内燃机的主要参数（如平均有效压力、活塞平均速度、转速、气缸直径、活塞行程等）反映了内燃机的工作性能和设计质量。参数的选择应考虑先进性和现实性。 内燃机功率与主要参数之间关系:,其中， ：最大有效功率（kW）； ：最大功率点缸内平均有效压力（Mpa）；i:气缸数； ：气缸工作容积（L）； :最大功率点曲轴转速（r/min）; :工作循环冲程数。,2012-2-14,内燃机设计 第一章,39,内燃机主要参数的选择,或： 内燃机设计的基本任务是在保证燃料经济性最佳并满足其它基本要求前提下尽可能提高功率输出。,2012-2-14,内燃