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1、12010 FRL, University of Science and Technology 1发动机原理发动机原理Email: FANRLTel: 139 1052 6968Office: 土木环境楼 -1210北京科技大学车辆工程系范让林2010 FRL, University of Science and Technology 2内燃机的发展与地位 内燃机发展历史 内燃机产业的经济地位 内燃机发展方向 课程介绍2010 FRL, University of Science and Technology 3内燃机发展历史 人类使用车辆已有 4000年历史，长期以人力或畜力驱动； 1765
2、年，詹姆斯 .瓦特 发明蒸汽机，开始工业革命； 1769年，法炮兵工程师尼古拉斯 .古诺 制成三轮蒸汽机动车； 1814年，英司蒂芬生 制成在道路上行驶的 蒸汽机动车 ；2010 FRL, University of Science and Technology 4内燃机发展历史 1860年， Lenoir(列诺尔 )发明 了大气压力式 煤气内燃机 ，热效率为3% 1866年， Otto(奥托 )和 Lange (朗琴 )将大气压力式煤气内燃机的 热效率提高到 11% ， 1869年合作建立 Deutz 1876年， Otto提出了 四冲程 循环，内燃机重量减少 70% ，热效率达到 14%
3、，四冲程工作循环因此也称 “奥托循环 ” ，相应发动机称为 “奥托 ”行程发动机 1881年，英国人 Clerk (克拉克 )发明了 二冲程 内燃机，二冲程发动机因此也称 “克拉克 ”行程发动机 1883年，英国人司派尔 在奥托发动机基础上研制了第一台 汽油发动机 1886年 1月 29日，德国工程师卡尔 -本茨为其三轮机动车申请了专利。同年 10月，获得德意志专利权（专利号： 37435a）； 1897年， Diesel(荻塞尔 )发明了 柴油机 ，并由此得名 1957年， Wankel(汪克尔 )发明了 转子发动机2010 FRL, University of Science and Te
4、chnology 5内燃机发展历史卡尔-本茨世界上第一辆汽车1886年获得专利证书2010 FRL, University of Science and Technology 6油料及配套技术的发展 1902年， Renault(雷诺 )提出了 增压技术 1910s， Burton(伯顿 )发明了 压力裂解 轻馏分的石油炼制方法 1912年，发明了 汽车电机 1915年， Buchi(步琦 )制造了 排气涡轮增压器 1920s， Bosch(博世 )发明了 螺线槽式柱塞泵 1920s， Houdry(胡追 )发明了 催化裂解 的汽油提取方法 1923年，四乙铅开始作为 汽油添加剂22010 F
5、RL, University of Science and Technology 7内燃机产业的经济地位 与汽车工业结合 与船舶工业结合 内燃机的应用特点2010 FRL, University of Science and Technology 8与汽车工业结合 汽车保有量以 2.5%年增长率增长， 2000年超过 6亿辆 以美国为例：汽车工业用了全美 75%橡胶、 35%铁、 13%钢、27%铝，是计算机的最大用户，也是石油的最大用户 美国汽车研究经费每年 173亿美元，占全国所有商用科研经费的 12% 全球 50家最大企业中， 13家是汽车企业，还有石油企业未计算在内 美国 17个人中有
6、 一个涉及汽车行业；在发展中国家， 1个汽车装配线上的岗位可带动上下游 19个工作岗位；2010 FRL, University of Science and Technology 9内燃机汽车的主要动力装置CAI: 可控自燃ControlledAutoIgnition2010 FRL, University of Science and Technology 10与船舶工业结合 柴油机可作为船用驱动动力 柴油机可作为船用电站动力 2000 T以上的船用动力 98%是柴油机2010 FRL, University of Science and Technology 11内燃机的应用特点 柴油机
7、是目前热效率最高、应用面最广的热机，中速机油耗率低于 200 g/kWh，超长行程二冲程船用柴油机的热效率可高达 50以上 (比油耗 158 g/kWh) 现代高性能车用柴油机的循环热效率达 45以上，车用汽油机的有效热效率也可达 35左右 与其他热机相比，内燃机是热效率最高的动力机械2010 FRL, University of Science and Technology 12内燃机的应用特点 功率覆盖面大，功率档次比较齐全，转速范围宽；转速从 70 r/min的 Sulzer RTA68低速船用柴油机，到 9000 r/min的波尔舍 V8 3000高速赛车汽油机 内燃机是目前最佳的移动
8、动力源 内燃机是主要的污染源32010 FRL, University of Science and Technology 13内燃机功率和转速覆盖范围宽广2010 FRL, University of Science and Technology 14内燃机用途最广泛的热力机械2010 FRL, University of Science and Technology 15大气环境污染源 环境污染是现代工业社会发展的消极因素。 80年代以来，环境污染愈来愈严重，已引起人们的关注和不安。 环境科学家预计，到 21世纪中叶，大气层的 CO2可能比现在要增加 60，即比工业革命前增加一倍，此外排气
9、中还含有有毒气体 CO、 HC和 NOx及微粒，污染大气，直接危害人体。 环境问题是当代社会面临的四大问题（粮食、人口、环境、能源）之一。大气污染是环境污染最重要的一个方面，也是控制与治理较为困难的一面。在城市大气污染中，内燃机的有害排放量约占 60。内燃机排放是城市大气环境的主要污染源。2010 FRL, University of Science and Technology 16内燃机发展方向一 多气门可变进气系统二 进气道的设计与优化三 电子控制燃油喷射技术四 电控点火定时和爆燃控制五 增压技术六 汽油机稀燃 速燃技术七 汽油机缸内喷射分层燃烧技术八 代用燃料九 排气后处理技术一 柴油
10、机的直喷化一一 燃烧室一二 陶瓷材料一三 混合电动汽车一四 2010 FRL, University of Science and Technology 17课程定位2010 FRL, University of Science and Technology 18课程内容本课程分为两个主要部分： 发动机构造 发动机原理42010 FRL, University of Science and Technology 19课程内容：发动机原理对汽车发动机（内燃机）的共性问题，如动力如何获取和输出，能量如何消耗和利用；两种典型内燃机（汽油机和柴油机）的燃料供给、混合气形成、着火和燃烧；车用内燃机运行特
11、性与性能调控等基本理论进行教学。1. 工作过程 的规律与原理2. 与工作过程有关的 性能分析3. 影响性能各因素及参数的 优选、匹配 原理与方法2010 FRL, University of Science and Technology 201. 工作过程：燃料化学能热能机械能 换气 (泵气 ) 过程 新鲜工质（充量）置换燃烧废气实质：气缸与进排气系统的流动（流体力学、气体动力学） 动力过程 压缩、燃烧、膨胀、作功实质：燃烧与热力循环的热功转换（燃烧学、热力学、传热学） 机械功传输过程 活塞作的机械功经发动机传动系统，由曲轴输出有用功实质：机械系统的能量传递（机械学、摩擦学）2010 FRL,
12、 University of Science and Technology 212. 性能分析涉及与发动机工作过程相关的性能，如动力性、经济性、排放性、冷起动、噪声、振动等，以及与整车的匹配性能，等 性能评价指标（ Pe、 pme、 be、 CO、 HC、NOx、 dp/d等） 性能影响因素 性能变化规律 性能改善的方法和方向2010 FRL, University of Science and Technology 223. 优选与匹配 影响某一性能有多种因素和参数（如燃料、喷雾、燃烧、燃烧室、压缩比等 Pe） 某一因素及参数又影响多种性能（如 Pe, be, NOx, NVH)各因素、各参
13、数之间有折衷、优选、匹配问题2010 FRL, University of Science and Technology 23体系与篇章：发动机原理第一篇 动力输出与能量利用第二篇 燃烧与排放第三篇 运行特性与性能调控第四篇 实验与实习实验一内燃机拆装实习实验二汽油机速度特性与负荷特性实验三柴油机速度特性和负荷特性2010 FRL, University of Science and Technology 241. 篇章之间的相互关系 第一篇是主线和核心（基础篇） 第二篇是主线的延伸、派生问题（基础篇） 第三篇是在前两篇内容的基础上，探讨发动机实际运转特性（应用篇） 第四篇是实践篇，让理论接受
14、实践的检验2. 副线 汽油机与柴油机的对比52010 FRL, University of Science and Technology 25要求与目的1. 要求 对发动机的工作过程有 深入了解 ， 熟知 发动机相关参数的运行范围， 熟练掌握 基本的发动机性能分析方法2. 目的 为今后从事发动机和汽车的研究、开发、生产和管理提供必备的专业理论知识和技术基础 了解解决专业实际问题的思路和方法 为学习其他专业课打下基础2010 FRL, University of Science and Technology 26课时安排总课时： 45学时（ 1）授课： 40学时（ 2）实验课 2次： 5学时（
15、3）期末考试： 笔试 随堂考或期末集中考试（待定） 2010-12-29（周三） 14:5016:50，地点待定2010 FRL, University of Science and Technology 27教材及参考书1） 教材（ 1）刘峥 , 王建昕 . 汽车发动机原理教程 . 北京 : 清华大学出版社 , 2001（ 2）陈培陵 , 李则纯 . 汽车发动机原理 . 北京 : 人民交通出版社 , 2003, 第 2版（第一章 工程热力学基础）2） 参考书（ 3）董敬 , 庄志 , 常思勤 . 汽车拖拉机发动机 . 北京 : 机械工业出版社 , 2004, 第 3版（ 4）周龙保 , 刘巽俊 , 高宗英 . 内燃机学 . 北京 : 机械工业出版社 , 2005, 第 2版（ 5）华自强 , 张忠进 . 工程热力学 . 北京 : 高等教育出版社 , 2000, 第 3版（第一 八章）2010 FRL, University of Science and Technology 28学习方法1. 按专业课的特点和规律学习 多学科的综合应用 热力学、流体力学、化学反应动力学、传热传质学、燃烧学、机械学 形散而意不散 强动力低能耗低排放（ 3目标） 能量加入的 “量 ”和能量转化的 “质 ”（ 2途径） 燃料燃烧排放（ 3环节） 多因素、
