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1、汽车发动机原理,轮船,割草机 / 链锯,轿车,卡车,摩托车,飞机,火车,内燃机用途最广泛的热力机械,学发动机原理的必要性：地位？,E/G的过去、现状、发展趋势： 过去：内燃机的发明，推动现在汽车工业的发展； 汽车工业由推动社会文明的发展。 现在：百年之后de今天是否也推动社会文明的发展？ 现在存在的问题：汽车保有量的增加 交通与安全问题； 能源危机和环境污染。 趋势：如何节能减排实现低碳化？ 新技术的开发：以基本原理为基础,但汽车工业在国民经济中的重要地位不可忽视！,内燃机及新型动力源存在的问题： 根据E/G中存在的问题，提出电动汽车、混合动力等新能源汽车成为发展趋势；但,问题是：产电过程中的
2、能源消耗及污染电池的污染。,为此，发展核能发电站解决点能源问题，但存在： 核污染问题和电池污染。,当进入核能发电+H2燃料电池时代：E/G的寿命 主要问题：核污染、核爆炸, 学习E/G知识的必要性： 还相当长的时间，E/G不会退出历史舞台：40100年？ E/G还有潜力可挖低碳化； 今后相当长的时间，E/G、EV&HV按一定比例共存，其中E/G汽车仍占主流。 E/G的传统技术过时， 关键：基于电控技术的现代内燃机理论及其应用。 国内很缺、国外也不完善；是E/G低碳化的主要途径。,16731712年：赫更斯的内燃机草图纽科门蒸汽机(泵)的问世：动力(源)机械的 雏形； 迎来英国的（工业）产业革命
3、; 17661790年：瓦特蒸汽机的发明； 改进纽科门蒸汽机迎来蒸汽革命；,1.1 内燃机与汽车及其发展史简介,一、蒸汽机的发明 产生汽车的概念内燃机现代汽车,能源利用的初级阶段,动力源的发明：动力机械 工质的：高压蒸汽做功能力,动力源的发明汽车概念的产生促进内燃机的发展： 1770年将蒸汽机装在车上，制作首辆三轮蒸汽机车。车全长7.23米，时速为3.5公里。,锅炉,能量转换原理： 锅炉：煤的燃烧高温烟气 烟气：为高温热源加热水 产生过热蒸汽 推动活塞做功,存在的问题：热效率低； 起动困难； 笨重。,二、汽油机的发明,解决蒸汽机问题的途径：要克服蒸汽机的缺点，必须解决锅炉与汽缸分离的问题使锅炉
4、与汽缸合二为一。 研究内燃机的概念,法国科学家德罗夏：对前人研究的内燃机进行分析后，找到问题的症结：设计方案缺少提高效率的有效途径。并提出提高内燃机效率的两个必要条件：即 点火前要高压压缩过程； 燃料必须迅速膨胀，达到最大膨胀比。,提出四冲程理论：进气压缩燃烧膨胀做功排气。,18621876年：奥托用煤气在内燃机上实现四冲程； 这种煤气机基本上克服了蒸汽机的缺点。它“出于蒸汽机而胜于蒸汽机”。1863年成立“奥托公司”。 奥托循环问世，为现代汽车动力的产生奠定了基础。,奥托的功绩：用透明气缸和手动活 塞、进排气管模型，研究出空气 和煤气的添加方法。 技术创新特点：发明轻质燃料的混合气形成方法。
5、,18821886年：戴姆勒、奔驰汽车问世 1883年发明点火系统，在奥托四冲程煤气机的基础上，研制出一台小型单缸汽油机，转速达700900r/min，功率1.1马力，空气冷却。 奥托发动机最大转速180200r/min。 1885年，将这台小汽油机装在一辆自行车上，制造出第一台摩托车。,1885年，本茨购买了奥托内燃机的专利，把一个四冲程内燃机装在一辆不太稳固的三轮车上，虽在首次试车就撞坏了，但现代汽车史却从此开始。 后又将一台功率0.8马力，单缸2冲程小内燃机装在一辆三轮车上，时速达到15公里。 本茨不断地改进自己的汽车， 几年内就成功地打入市场； 于1887年成立奔驰汽车公司。 戴姆勒汽
6、车比本茨的稍迟些 打入市场，但也获得了成功。,1.三足鼎立时期：19st末20st初 2.1890年世界汽车4200辆:其中,蒸汽机 (17631926)庞大、效率低,电动汽车(18811936) 续驶距离短、成本高,汽油车(1886) 轻,体积小,初期效率低，粗暴,蒸汽车加水/行驶10英里； 电动车充电/行驶30英里； 汽油车加油/150英里； 马车行走1520英里/日， 养马麻烦,第二次巴黎波尔多汽车拉力赛(1895.6)的意义：根据以下对比确立了内燃汽车的地位。,蒸汽车40,电动车38,汽油车22,汽车的三足鼎立：,此阶段汽油车的主要问题：噪声大，无消声器；起动困难,18921912年：
7、柴油机的发明&美国汽车工业的发展时代,柴油机的发明： 18921897,德国.狄塞尔：18921897年从热力学角度全面分析热力循环基础上，将卡诺循环柴油机循环: 4冲程、高、缸内直喷压燃；,背景：蒸气革命创立热力学理论基础，卡诺循环 4冲程理论; 动力机械发展汽车，但效率低; 课题：如何提高动力循环效率,三、柴油机的发明,实际E/G的循环及热平衡： 做功1/3； 排损1/3；冷却损失1/3,热力参数,卡诺循环：于1824年提出,实际中卡诺循环不可实现,只与T有关,卡诺：绝热压缩等温加热 绝热膨胀等温放热,柴油机：绝热压缩混合加热绝热膨胀等容放热,1897年柴油机问世热效率达3640%，世界最
8、高。,提高效率的途径：,1.2 汽车工业的发展阶段,美国汽车工业： 1892年由杜里埃兄弟研制出第一辆汽车美国 1896年福特制造出第一台汽车。 1903年创立福特汽车公司，生产A型车； 1908年推出举世闻名的T型车，其特点： 设计精良、坚固耐用， 维修简便； 1910年创造出汽车生产流水线， “世界生产方式历史性变革”，使汽车大众化。,亨利.福特与其儿子坐在他的T型畅销车内。,当时车价比较：大众化的效果 欧尔德斯摩拜尔1901牌：650美元 凯蒂莱克 1903牌：750美元； 最初T型牌：875美元。,18881916期间：汽车技术不断成熟的阶段。 1888年充气式轮胎发明英，1894年充
9、气是橡胶轮胎法 1889年戴姆勒发明4速变速器； 1891年发明FR驱动方式法奠定汽车基本传动型式 18921897年发明柴油机； 1896年：汽车照明美、石棉制动片英； 1898年发明万向节、主减速器法雷诺取代链传动,进入20世纪后，石油公认为主要燃料，确立汽油车的主导地位飞机的实用化； 1902年盘式英、鼓式制动器法 1908年发明消声器； 1912年发明起动机内燃机汽车的优势 同时这一时期完成：悬架、车身、保险杠、信号灯；使社会普遍形成内燃机汽车概念,这一时期的主要问题：并不是能源与排放，而是燃料的能源密度和一定量燃料所能达到的续驶里程。,内燃汽车迅速发展,19201940年：欧美纷纷汽
10、车公司成立； 生产不同类型汽车； 19451970年：半导体技术的应用；汽车产量； 汽车排放受到重视；洛杉矶烟雾事件 1972现在：微机控制技术的应用汽车电控化； 国际汽车市场重大变化； 保有量突破10亿辆 未来汽车：低碳化为目标的绿色能源汽车,由于有了能源动力革命和轮胎文化产生了现代汽车文化人类文明才有快速的发展环境污染也加速。,远古中世纪：柴薪,未来： 新能源,汽车火车,自动车,Automotive/1896,1886现在:石油,17631926: 煤,锅炉,不同年代能源不同动力源汽车类型不同,21st后中国市场的开放中国汽车工业快速发展，世界各大汽车企业涌入，中国成为世界最大的汽车市场，
11、产销量已排为世界第一位,20st60年代末，日本汽车工业出现奇迹生产物美价廉的小型汽车，世界汽车工业结构发生重大变革,20世纪50年代，拆除欧洲内部关税壁垒。 意义：欧洲市场空前繁荣，欧洲汽车工业快速发展,1914年美国福特实现汽车工艺的流水线。 意义：从手工流水线；使汽车工业走向大众化；,1886年德国戴姆勒和奔驰发明内燃汽车。 意义：从笨重的蒸汽汽车轻便快速的现代汽车；,4,1,2,3,5,世界汽车工业发展史上的几次重大变革,汽车工业与国力,蒸气机发明前：中国强国唐、宋、明朝,蒸气机的发明后：改变社会结构,英国17st末18st：发明蒸汽机并普及大英帝国; 欧洲产业/经济基础 德国18st
12、末19st初：发明内燃汽车二战前强国 美国20st初：汽车大众化/普及(1910)超级大国 日本20st80年代 ：汽车小型/轻量化超级大国 中国21st：市场大开放经济、国力快速发展,The Chery QQ (left) and Daewoo Matiz (right).,The QQ became the center of an industrial copyright and intellectual rights controversy, as General Motors claimed the car was a copy to the Daewoo Matiz.,汽车的成长过
13、程,提高性能,可再生，无污染 汽车新能源：H2？； EV&HV； H2燃料电池,开发多缸机，V型，增压，高转速化,安全性,主动安全: ABS、牵引力控制、稳定控制等 被动安全: 安全带、保险杠、安全气囊,交通事故 社会化； 行驶的凶器,现代汽车发展的几个阶段及现状：二战以来,排放/经济性,环境污染 能源紧缺,1943年洛杉矶烟雾事件；,对汽车的要求： 高速化适应赛车 大众化驾驶性 价格低,1960年美国首次制定汽车排放法规,1966年开始实施排放法规,措施：转子发动机、稀燃、电控等,绿色能源,现在和 将来,1.3 汽车发展对社会环境的影响：,汽车工业发展的负面影响：能源危机、环境污染,按目前技
14、术水平：天然气60年；石油40年；煤100多年,一、能源问题,二、地球环境污染,大气层污染：雾霾,温室效应：冰山消融、沙漠化,交通拥挤：,20202030年：汽车保有量 16亿辆,2020年：电动车保有量2000万辆；占1.25% 电能资源,现代汽车三种能源:,三、内燃机面临的挑战,合成燃料 H2能源,传统发动机存在的问题： 代用燃料发动机存在的问题： EV&HV存在的问题：,内燃机功率和转速覆盖范围宽广,Displacement: 0.33 cm3 Bore: 7.6 mm Stroke: 6.1 mm Max. speed: 17 500 rpm Rated power: 27 W Tan
15、k volume: 2.2 cm3 Mass: 21 g,RTA-series: Low-speed/Two-stroke/Diesel Engines 1480-48600 kW 2000-66120 bhp 196-54 rpm,第一章 发动机的性能,第一节发动机理论循环,第二节四冲程发动机的实际循环,第三节发动机的指示性能指标,第四节发动机的有效性能指标,第五节机械损失与机械效率,第六节热平衡,第一章 发动机的性能,本章要求： 了解：发动机的理论循环和实际循环过程。 理解：发动机的主要性能指标。 掌握：提高发动机性能的基本途径，机械效率的测定方法。,衡量发动机性能的指标：,三个主要 性能
16、指标,动力性,经济性,运转性,（功率、转矩、转速等）,（燃油消耗率等）,（冷起动、排放、噪音等）,实际上，上述指标在一台发动机上难以同时兼顾，必须根据需要权衡利弊；另外，作为一种大众化的消费品，还必须考虑其生产成本、使用维修、可靠耐用等方面。,第一节 发动机的理论循环,四冲程发动机的实际循环：,P,V,发动机实际循环过程非常复杂，进行理论研究时十分困难。,发动机实际循环P-V图,r-a 进气 a-c 压缩 c-z 燃烧 z-b 膨胀作功 b-r 排气,引入空气标准假设，根据不同发动机工作特点，将实际循环简化为等容、等压和混合加热循环。,P,V,P,V,P,V,a,b,c,z,a,b,c,z,a,b,c,z/,z,等容加热循环 （汽油机）,等压加
