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1、第一讲 内燃机学绪论,内燃机结构 内燃机新技术 内燃机学研究内容 内燃机学学习方法 基本要求,2013年2月25日,气缸内油气混合气燃烧产生压力，推动活塞往复运动，通过曲柄连杆机构转化为曲轴的旋转运动进行动力输出的装置。, 重要概念：内燃机工作循环,内燃机定义,内燃机的基本结构,汽油机 两大机构 曲柄连杆机构 配气机构 五大系统 燃料供给系 润滑系 冷却系 起动系 点火系,柴油机 两大机构 曲柄连杆机构 配气机构 四大系统 燃料供给系 润滑系 冷却系 起动系,电控内燃机：电控系统,通常可按下列特征进行分类：着火方式、冲程数、缸数及排列、冷却、工作方式。, 汽油自燃温度高，采用火花塞强制点火，汽
2、油发动机为点燃式内燃机。 柴油自燃温度低，采用高压缩比压燃，柴油发动机为压燃式内燃机。,内燃机分类,曲轴旋转一周完成一个工作循环。由于 换气不彻底，经济性较差，但结构简单， 因此在摩托车上广泛使用。,曲轴旋转二周完成一个工作循环。 四冲程发动机有独立的进气和排气 冲程，换气彻底，在汽车上广泛使 用，并已逐渐用于摩托车。,缸数及排列,常听到的对发动机的叫法,直列发动机,V形发动,水平对置发动机, 转子发动机采用三角转子旋转运动来控制压缩和排放，与传统的活塞往复式发动 机的直线运动迥然不同。 转子发动机取消了无用的直线运动，因而同样功率的转子发动机尺寸较小，重量 较轻， 而且振动和噪声较低，具有较
3、大优势。 三角转子把汽缸分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和 排气，三角转子自转一周，发动机点火做功三次。 还存在气密性、润滑和磨损等一系列技术难题。,内燃机常用术语,上止点 下止点 活塞行程S 燃烧室容积Vc 工作容积Vh 总容积=Vh+Vc 发动机排量=Vh 压缩比 =总容积/燃烧室容积,发动机本体,发动机本体: 发动机本体主要包含缸盖、缸体等零部件 发动机本体既是发动机各机构、各系统的装配基体又同时是发动机 其它机构/系统的组成部分,缸盖,缸体,缸体作用: 是发动机的骨架以及相关零部件的安装基体 发动机燃烧室/冷却水道/润滑油道的组成部分 承受发动机工作时可燃混合气产
4、生的气体力以及发动机运动件的惯性力 承受周期性的热冲击,典型缸体结构图,缸体分类,缸体按照曲轴孔对开的位置是否与缸体下表面同一平面可常分为以下三种: 一般式: 曲轴孔对开位置与缸体下表面同一平面 龙门式: 曲轴孔对开位置高于缸体下表面 隧道式：曲轴孔没有对开，适用于安装滚动轴承的组合式曲轴的缸体形式,各种缸体形式简图,一般式实例RAA/C,一般式实例PWA/C,缸盖,缸盖作用: 密封缸孔上部，并与活塞顶部和缸孔形成燃烧室 承受发动机工作时可燃混合气产生的气体力 承受周期性的热冲击,典型缸盖结构图,缸盖燃烧室分类,发动机燃烧室按照缸盖部分燃烧室的形状可常分为以下三种: 楔形燃烧室: 结构简单、紧
5、凑，在压缩终了时能形成挤气涡流 盆型燃烧室: 结构简单，但不紧凑 半球形燃烧室：结构更加紧凑，散热面积小,各种典型燃烧室简图,曲柄连杆机构,曲柄连杆机构: 曲柄连杆结构主要包含活塞连杆组和曲轴飞轮组两大部分 曲柄连杆机构的主要作用是把活塞的直线往复运动转变为旋转运动 并输出动力,活塞连杆组,活塞连杆组概述: 活塞连杆组主要包含活塞、活塞环、活塞销、连杆总成和连杆轴瓦等。 活塞连杆组的主要作用是承受气缸中的气体爆发压力，并将此力传递给曲轴。,活塞连杆组典型构成,曲轴飞轮组,曲轴飞轮组: 曲轴飞轮组主要包含曲轴、主轴瓦和飞轮(液力变矩器)等零件 曲轴飞轮组的主要作用是承受活塞连杆组传递来的力,并由
6、此造成绕其本身 轴线的力矩,输出旋转运动,曲轴飞轮组典型构成,配气机构,配气机构的作用: 按照发动机各缸工作循环和点火次序的要求，将曲轴的旋转传递给凸轮轴。 凸轮轴上的凸轮适时地控制相应的气门打开或关闭以完成进排气动作，使新 鲜空气及燃烧后的废气及时、充分地进入及排出气缸,配气相位,配气机构的作用: 按照发动机各缸工作循环和点火次序的要求，将曲轴的旋转传递给凸轮轴。 凸轮轴上的凸轮适时地控制相应的气门打开或关闭以完成进排气动作，使新 鲜空气及燃烧后的废气及时、充分地进入及排出气缸,配气相位：就是进、排气门的 实际开闭时刻，通常用相对于 上、下止点曲拐位置的曲轴转 角的环形图来表示。 不同发动机
7、，由于结构形式、 转速各不相同，因此配气相位 也不相同。,供给系统,供给系统的作用是根 据发动机各种不同工况的 要求，将油和空气混合成 一定浓度的可燃混合气， 并按需要输送到各缸燃烧 室内进行燃烧、作功。 供给系统还要将废气 排出。供给系统的特性直 接影响到发动机的工作性 能。 供给系统主要由燃油 供给系统、进气系统和排 气系统组成。,燃油供给系统,燃油供给系统由油箱、燃油滤清器、燃油泵、油管、喷油器和燃油蒸发排放控 制系统等构成。油箱用来储存燃油；燃油滤清器过滤燃油中的杂质与灰尘；燃油泵 将油箱的燃油通过滤清器过滤后加压送到喷油系统，并和燃油压力调节器一起建立 起稳定的燃油压力，保证喷油系统
8、在恒定的燃油压力下工作；燃油蒸发排放控制 （EVAP）系统的作用是尽量减少排入大气的燃油蒸汽。 DHEC生产的各系列发动机都是采用电子控制燃油直接喷射系统，即喷油器在 ECU的控制下将燃油直接喷射到喷油器座或缸盖中，混合新鲜空气后形成可燃混合 气用于发动机工作。,进气系统,进气系统主要由空气滤清器和进气歧管组件组成。空气滤清器的作用是清除流 向进气歧管的空气中的尘土和砂粒，以减少气缸、活塞和活塞环的磨损，提高发动 机的使用寿命。进气歧管组件主要由进气歧管、进气歧管垫、传感器等组成。,排气系统,排气系统主要由排气歧管、排气管、催化转化器、排气消声器等组成。排气系 统的作用是将混合气燃烧后生成的废
9、气经过净化和消声等处理后排放到大气中。,内燃机新技术,内燃机经历了100多年的发展，并且早已成为性能优良，技术成熟，在国民经济各个领域中得到广泛应用的热能动力机械。,但是，由于越来越严重的世界性的石化能源短缺，人类生存环境的恶化以及其他新型动力机械（如燃料电池等）的竞争，使古老的内燃机从以往只要求特定工况性能（包括动力性能、经济性能排放性能、噪声及操纵性能等）优化转到对整个运行范围内的各个工况点的性能优化；,从单纯追求延长大修期寿命转到对整个使用期内的全寿命的检测、故障诊断和维修预测；要求内燃机从过去以经验设计为主的时代过渡到以近代新学科和新技术为基础的计算机辅助设计及制造上来。目前内燃机已基
10、本上实现了上述要求，已成为机电一体化的高科技产品。,内燃机新技术主要体现在燃油喷射系统、点火系统及发动机结构方面的改进上。 内燃机的新技术涉及到提高发动机的经济性、动力性和降低排放等方面。,电控喷射,电控喷射,电控喷射是根据空气流量计实际测定的空气量，通过电子控制精确配置必要的燃油量，使空燃比在发动机工况下达到理想要求。使用电控技术既经济又少公害，进气阻力小又可改善动力性能，应用很普遍。,电子点火系统的应用,双火花塞顺序点火技术,电子点火系统的应用,新一代的微电脑电子点火系出现，淘汰了了原有的点火提前调节装置，用微电脑更精确地控制发动机的最佳点火提前角，使点火系发展到电脑控制阶段。 无分电器电
11、子点火系统完全取消了分电器，每二缸配置一个点火线圈，微电脑根据传感器传送发动机工况的信息，指令点火器准时通断点火线圈低压电流，产生高压点火。,电控节气门系统,多气门,采用多气门，同时相应的驱动凸轮轴有单根顶置和双根顶置，双根顶置的优点是有利于减轻配气机构惯性质量以及气道的布置。多进气门可以提高充气系数，进入气缸的空气量也有相应增加。 四气门发动机还有利于火花塞中央布置，可采用紧凑型燃烧室，改善燃烧，提高经济性，减少污染。,可变气门机构,可变气门机构,可变气门机构,怠速控制模式,稀薄燃烧控制模式,普通燃烧控制模式,低速高负荷控制模式,可变气门机构,借助于电子控制技术优化气门相位和气门升程，即采用
12、可变气门机构，使发动机获得高转速大功率及低转速高扭矩的运转性能。 目前应用较多的最简单的一种是仅改变气门相位而不改变凸轮型线。采用可变气门相位时优化的只是进气迟关角，它提高了最大功率和稳定了怠速。,可变进气系统,为了充分利用气缸在进气过程中产生于进气管内的压力波动，这种系统根据惯性效应和谐振效应所确定的进气管长度、截面积、稳压容积和发动机转速之间的关系设计。 在可变进气系统中有两种不同长度的进气管路，它可以通过电子转换阀门的控制，使发动机在转速低时空气流经细而长的管道，产生大扭矩；高速时空气流经粗而短的进气管，产生大功率。,稀薄燃烧,稀薄燃烧是降低汽油机油耗的有效措施之一。 实现稀燃的着眼点是
13、提高燃烧速度，使混合气在较大空燃比下稳定燃烧。,涡轮增压,涡轮增压是强化发动机提高升功率的一种技术措施。汽油机实现涡轮增压因受燃烧过程爆震影响和高负荷限制，技术难度大，发展迟于柴油机增压。 防止汽油机增压爆震的方法有设置进气放气阀，排气放气阀，可变几何参数涡轮，其中典型的是在增压系统中设置一个排气放气阀装置。,废气净化处理,电子控制技术的发展，已经可以把汽车发动机废气的机内净化以及前处理净化和后处理净化三种方式综合地应用，使汽车有害排放物得到最有效的控制。 在电子控制喷射基础上再在排气管中设置一个三元催化转换器，可以满足不断严格的排放法规要求。 废气再循环是发动机废气前处理方法，主要是降低NOx排放量。,内燃机学研究内容 内燃机学 研究内燃机工质更换和能量转换的基本规律，探索无限逼近热力学理想循环的途径和方案，结合应用的约束条件，寻求最佳性价比的工程方案。,内燃机学讲授内容,绪论 内燃机性能指标 内燃机工作循环 内燃机换气过程 内燃机增压 内燃机压缩与膨胀 内燃机燃烧 内燃机供油系统 内燃机电子控制 内燃机特性与匹配 内燃机排放 内燃机动力学,学习方法,术语及概念的定义，背景，用途 多思考，多问自己为什么，寻找解决问题的其他途径,基本要求,保持课堂安静，请不要随意讲话，有问题请举手示意 保持手机静音状态 上课不要迟到，迟到者不得入教室,
