[交通运输]第一章 概论.ppt

第一章 概 论,主要内容,第一节 内燃机简史 第二节 中国内燃机工业发展简史 第三节 内燃机的应用与分类 第四节 各种内燃机的典型结构,第一节 内燃机简史,基本概念： 热 机是将燃料中的化学能转变为机械功的机器 内燃机是燃料在机器内部燃烧而将能量释放做功的，它的工质在燃烧前是燃油与空气的混合气，在燃烧后则是燃烧产物 本书介绍的主要内容： 本书介绍的主要是点燃式发动机(汽油机，尽管它也能燃用其他燃料)和压燃式发动机(柴油机，也能燃用其他燃料)燃气轮机也是内燃机的一种，但它的工作原理与汽油机和柴油机完全不同，不在本书讨论范围之内由于内燃机的热效率高(是当今热效率最高的热力发动机)、结构简单、比质量(单位输出功率的质量)轻、移动方便，因而被广泛应用于交通运输(陆上、内河、海上和航空)、农业机械、工程机械和发电时作为动力内燃机的特点,内燃机发展历史,大气压力式内燃机,内燃机的出现和发明可以追溯到1860年，莱诺依尔(J.J.E.Lenoir， 1822—1900年)首先发明了一种大气压力式内燃机，煤气和空气在活塞的上半个行程被吸入气缸，然后被火花点燃；后半个行程为膨胀行程，燃烧的煤气推动活塞下行膨胀做功。

活塞上行时开始排气行程(它的示功图见图1—1)，这种发动机在燃烧前没有压缩行程，热效率低于5％，最大功率为4.5kW，1860—1865年共生产了约5000台1867年奥托( Nicolaus A. Otto，1832—1891年)和浪琴(Eugen Langen，1833—1895年)发明了一种更为成功的大气压力式内燃机它利用燃烧所产生的缸内压力升高，在膨胀行程时加一个自由活塞和齿条机构，它们的动量将使气缸内产生真空，然后大气压力推动活塞下行齿条通过滚轮离合器与输出轴相啮合，输出功率这种发动机热效率可达11％，共生产了近5000台改进后大气压力式内燃机,为了克服莱诺依尔和他本人提出的这种大气压力式内燃机热效率低、质量大的缺点，奥托提出了一种四冲程循环的内燃机，即进气、着火前的压缩、膨胀与排气，他的四冲程的原型机于1876年投入运行，这种发动机的热效率提高到了14％，而质量则减少了近70％，从而有效地投入工业使用而形成了内燃机工业至1890年，有50万台机器销往欧洲和美国点燃式内燃机的发明,在1890年前英国的克拉克(Dugald Clerk，1854—1913年)和罗伯逊(James Robson，1833—1913年)、德国的卡尔·奔驰(Karl Benz，1844—1929年)成功地发明了二冲程内燃机，即在膨胀行程末期和压缩行程初期进行进气和排气行程。

二冲程内燃机的发明,1892年德国的工程师鲁道夫·狄塞尔(Rudolf diesel，1858—1913年)提出了一种新型内燃机的专利，即在压缩终了将液体燃油喷入缸内，利用压缩终了气体的高温将燃油点燃，它可以采用大的压缩比和膨胀比，没有爆燃，热效率可以比当时其他的内燃机高一倍这种构想在5年之后终于变为一个实际的机器，即压燃式发动机——柴油机压燃式内燃机的发明,之后，学者们曾提出了各种各样回转式内燃机的结构方案，但一直到1957年才由汪克尔(F.Wankel)成功地试验了他发明的转子发动机这种发动机通过多年的努力和发展，在成功地解决了密封与缸体震纹之后，也在一定领域(如赛车和小型发电机组)获得较好的应用目前日本Mazda公司还生产这种发动机，并应用于汽车上转子发动机的发明,燃料在发动机发展中作用巨大,燃料在发动机发展中起着重要的作用，最早用来产生机械功的是煤气；1900年之后，汽油和原油中的轻馏分油成为商品，山现了各种各样将这种油料汽化并与空气混合的化油器在1905年之前，为避免爆燃，压缩比用得较低(＜4），汽油的性能与供应都不存在问题，高挥发性的油料使发动机起动容易，在寒冷地区使用有较好的性能。

在1907—1915年，汽油需求量增加了5倍，要求增加从原油中提炼出来的汽油产量威廉·伯尔顿(William Burton，1865—1954年)发明了将重油在压力下加热裂解成易挥发轻馏分油的技术，从而大大提高了汽油的产量但这种汽油沸点较高，使冷起动困难由于在1912年发明了起动电机，从而较好地解决了这一问题第一次世界大战以后，对爆燃问题有了进一步的理解，通用汽车公司发现了四乙铅的抗爆作用，1923年美国开始将它用来作为汽油的添加剂尤金·荷德莱(Eugene Houdry)发明了催化裂化法，既提高了汽油的产量，同时使汽油获得越来越好的抗爆性，从而使发动机的压缩比不断增加，改进了发动机的动力性能与经济性能炼油技术进步——推动作用,增压技术的发展,1902年法国的路易斯·雷诺(Louis Renault)提出了增加缸内压力的发明专利，也就是后来被广泛接受的机械增压1907年美国宾夕法尼亚的一家工厂试制成功了世界上第一台增压发动机，它采用了曲轴通过传动带驱动一个直径为8in(约203mm)的离心式压气机的机械增压方案1915年，瑞士工程师阿尔弗雷德·波希(Alfred Buchi)将这种增压器的机械驱动改造成为发动机的排气涡轮驱动，这是第一台用于内燃机的涡轮增压器的雏形。

第二次世界大战后，增压技术开始在压燃式发动机上得到广泛的应用，并逐步扩展到汽油机中环保是影响发动机的设计与运转因素,20世纪40年代在洛杉矶出现汽车所造成的空气污染事件后，1952年哈琴·史密特(A.J.Haagen Smit)阐明了光化学烟雾来自日照下的氮氧化合物和碳氢化合物所产生的化学反应，而汽车则是氮氧化合物和碳氢化合物以及一氧化碳的主要贡献者，柴油机则是烟气微粒和氮氧化合物的主要来源美国加州首先建立了汽车排放标准 20世纪60年代在美国，接着在欧洲、日本，相应确立了汽车排放标准，从而发展了汽油喷射、三效催化剂、无铅汽油的应用，以控制汽油机的排放 内燃机也是一个重要的噪声来源，噪声来自空气动力效应、燃烧过程中气体的压力和旋转、往复零部件的机械激励等70年代末，国际上开始制订车辆噪声法规，以降低噪声对环境的污染能源危机 ——推动节油技术、代用燃料,70年代初，由于石油危机导致原油价格成倍上涨，引起对发动机燃油经济性的重视，但由于要控制排气污染，因而增加了改进燃油经济性的困难为了减少内燃机对日益短缺的石油基燃料的依赖，各国正在进行内燃机燃用代用燃料的研究工作，以逐步取代汽油和柴油，如燃用天然气、甲醇、乙醇、合成汽油、合成柴油以及二甲基醚(CH3OCH3)等。

我国环保与节能现状,在我国，随着车辆保有量的迅速增加，汽车造成的对环境的污染越来越严重，我国已经制订了一系列排放与噪声法规来限制它们对环境的污染，这些法规将越来越严格我国正在推广使用无铅汽油以及发展汽油喷射、三效催化技术，2000年已停止生产有铅汽油，同时大力发展代用燃料的基础和应用研究，以求改善人们的生存环境及缓解石油基燃料短缺的矛盾内燃机工作者 仍然大有作为！！！,内燃机和汽车给世界带来了现代物质文明，在经过了超过一个世纪的发展之后，它的发展远远没有达到其顶点，在动力性、经济性以及排污控制方面还在不断地改进新材料的出现导致内燃机可以进一步减轻质量、降低成本和热损失，新型的综合了汽油机和柴油机的优点的缸内直喷式汽油机（GDI——Gasoline Direct Injection）、均质混和气压缩燃烧(HCCI——Homogeneous Charge Compression Ignition)、各种代用燃料轻质发动机等都将会有很好的应用前景这些都对内燃机工作者提出了新的挑战第二节 中国内燃机工业发展简史,1908年，广州均和安机器厂，制成第一台煤气机 1915年，广州协同和机器厂，制成第一台烧球式柴油机，至今，近百年 中国发展的历史可以概括为：内燃机工业创建阶段、建设内燃机工业体系阶段和内燃机工业体系的形成与发展新阶段,一、内燃机工业创建阶段 （1908~1957）,1901年冬，上海出现出现外国人带入的汽车，外国内燃机作为商品进入我国口岸 当时，上海有20个洋行，经营30多种型号的内燃机 1908—均和安机器厂—5.88kW单缸卧式煤气机 1917—协同和机器厂—29.4kW烧球式柴油机 1924—上海新祥和机器厂—11.76kW等5种低速四冲程柴油机 1929—上海新中工程公司—26.27kW双缸柴油机 1939—上海新中工程公司—47.79kW的4缸机和1800r/min的车用柴油机 以上表明，当时具备生产单缸机、多缸机、车用发动机的能力，但是，技术指标落后，能耗大，故障多，关键部件需要进口 1949年，全国内燃机总生产能力为7000kW，1908~1949累计生产不足14万kW。

1949年之前,一、内燃机工业创建阶段 （1908~1957）,1949年之后,上海柴油机厂试制成功110系列柴油机 天津动力机厂试制成功4146柴油机 上海、天津建立油泵油嘴生产点 1952年内燃机产量达到近3万kW 1956长春建立第一汽车制造厂，其发动机为CA10 六缸发动机，功率为66kW 同年，南京汽车厂开始生产NJ—50型4缸汽油机，功率为37kW 1957年，内燃机产量达到50万kW，初具规模,二、建设内燃机工业体系阶段 （1958~1978）,1959年成立农业机械部，1965年改为第八机械工业部，对内燃机规划发展起了重要作用，其间，上海柴油机厂试制成功135系列柴油机，可进行多种用途配套 1959—洛阳—第一拖拉机厂—东方红54型履带拖拉机机4125柴油机（引进前苏联先进技术和专用机床、流水线，引进了国际先进的油泵油嘴生产技术）；天津拖拉机厂—引进生产东方红40拖拉机和4105柴油机；北京内燃机总厂—铁牛55型拖拉机的4115柴油机；自行研制了165、175、195系列农用柴油机 大功率方面，自行设计12V185机车用柴油机、6250Z型增压柴油机（发电、船舶用）、6300系列柴油机（船用、发电、排灌） 增压技术方面，1958年新中动力机厂—研制成功第一台轴流式T250X排气涡轮增压器和882kW的8L350Z型柴油机，之后有关单位开发了10号和12号径流式增压器,1958~1966 进步迅速,二、建设内燃机工业体系阶段 （1958~1978）,基本停留在20世纪60年代甚至倒退到50年代水平！,1966！,三、内燃机工业体系的形成与发展新阶段（1979~现在）,1978年拨乱反正，整顿、质量管理、引进、技改 上海通用—GM2.0L的L34和3.4L的LNJ汽油机 上海大众—PASSAT—8LBBG（V6）和8LAW481Q增压汽油机 一汽—6102、488、EA113 二汽—康明斯B系列柴油机、TU3轿车汽油机 南汽—依维柯Sofim柴油机 ………………,现状总结,内燃机工业取得了长足的进步，截至2001年底，我国内燃机总产量达到2.5亿kW，品种数量能够满足国民经济发展之需要 与国际先进水平相比较，性能、质量、可靠性、自主开发能力还存在很大差距 2000年开始实施国I（相当于欧洲I号）标准；目前实施国Ⅲ（相当于欧洲Ⅲ号），配套技术相继采用；2010前后，排放标准与国际接轨 为减少汽车和内燃机对对石油基燃料的依赖，国家鼓励发展代用清洁燃料汽车,,据北京环保局2005年12月23日新闻发布会消息，2005年12月30日以后，现在欧2规格汽车不许上牌照！也不再受理满足欧3要求但不带OBD系统的轻型汽油车上目录！ 已经上了北京市欧3目录但不带OBD的车型可以销售至2006年11月30日，就是说，自2006年12月1日起北京上牌的所有轻型汽油车必须带OBD的欧3规格车！ 2010前后，排放标准与国际接轨 为减少汽车和内燃机对对石油基燃料的依赖，国家鼓励发展代用清洁燃料汽车,第三节 内燃机的应用与分类,按照燃料来分,汽油机,柴油机,CNG发动机,LPG发动机,酒精发动机,双燃料发动机,灵活燃料发动机,,,,,,,,,。