《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 绪论 能量转换:发动机一燃料的化学能丶热能→≯机械能 机械能、电能等一高级能源;热能一低级能源 《发动机原理》课研究:热能→>机械能(转换效率:理论上小于100% 机械能→热能(转换效率:理论上可达100% 发动机:内燃机和外燃机 车用发动机:间歇工作式发动机 四个冲程中只有一个冲程做功,做功不连续 燃气轮机:连续工作式发动机 分 (一)种 1往复活塞式(普遍) 2转子式一汪克尔式( THE WANKEL ENGINE) 早在19世纪就有人设想过,但泄漏问题是这种发动机发展的致命弱点。它 结构紧凑,运转平稳,是高速车用发动机的发展方向之一。1956年德国工程师 汪克尔制造出样机。目前日本已用于小轿车上,时速200kmh左右。但光泄漏 损失就要占30%以上。目前我国苏杭等地已经生产出了样机。与往复式比较应 特别注意的一点是,往复式活塞在上下止点都稍有短暂的停留,与一般认为的 观点相反,运动方向的这些改变并不影响它的效率;也就是说,在这个过程中, 并没有什么固有的损失。旋转式比往复式的优越之处主要是几何形状上的紧凑 性及由此而引起的一些优越之处,并非直接在气体动力学和热力学方面有何优 越之处。 3摆动活塞式( ROCKING PISTON ENGINE) 1979年日内瓦发动机展览会上,展出了瑞士索罗图恩的萨尔茨曼(W Saleman)设计部门的摆动活塞式发动机。 4斯特林( THE STIRLING ENGINE 18316年由罗伯特·斯特林设想在气缸外部燃烧的一种热力发动机(外燃机), 是现代发动机引人注目的一种。 5自由活塞式( FREE PISTON ENGINE) 只相当于涡轮发动机的燃气发生器。 (二)往复活塞式发动机的分类 我们这门课主要研究目前汽车上广泛应用的往复式活塞发动机 1按用途分类 (1)灌溉(抽水)用点工况
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 1 ― 绪 论 能量转换：发动机－燃料的化学能→热能→机械能 机械能、电能等－高级能源；热能－低级能源 《发动机原理》课研究：热能→机械能 （转换效率：理论上小于 100%） 机械能→热能 （转换效率：理论上可达 100%） 发动机：内燃机和外燃机 车用发动机：间歇工作式发动机 四个冲程中只有一个冲程做功，做功不连续。 燃气轮机：连续工作式发动机 一 分 类 （一） 种 类 1 往复活塞式 （普遍） 2 转子式－汪克尔式 （THE WANKEL ENGINE） 早在 19 世纪, 就有人设想过, 但泄漏问题是这种发动机发展的致命弱点。它 结构紧凑，运转平稳，是高速车用发动机的发展方向之一。1956 年德国工程师 汪克尔制造出样机。目前日本已用于小轿车上，时速 200 km/h 左右。但光泄漏 损失就要占 30%以上。目前我国苏杭等地已经生产出了样机。与往复式比较应 特别注意的一点是，往复式活塞在上下止点都稍有短暂的停留，与一般认为的 观点相反，运动方向的这些改变并不影响它的效率；也就是说，在这个过程中， 并没有什么固有的损失。旋转式比往复式的优越之处主要是几何形状上的紧凑 性及由此而引起的一些优越之处，并非直接在气体动力学和热力学方面有何优 越之处。 3 摆动活塞式 （ROCKING PISTON ENGINE） 1979 年日内瓦发动机展览会上，展出了瑞士索罗图恩的萨尔茨曼（W. Salemann ）设计部门的摆动活塞式发动机。 4 斯特林 （THE STIRLING ENGINE） 1816 年由罗伯特·斯特林设想在气缸外部燃烧的一种热力发动机（外燃机）， 是现代发动机引人注目的一种。 5 自由活塞式 （FREE PISTON ENGINE） 只相当于涡轮发动机的燃气发生器。 （二）往复活塞式发动机的分类 我们这门课主要研究目前汽车上广泛应用的往复式活塞发动机。 1 按用途分类 （1） 灌溉（抽水）用 点工况
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 (2)电站用n= const.线工况固定式柴油机或机组 (3)船舶用Ne=kn3(螺旋桨曲线)线工况大型、低速柴油机 (4)汽车、拖拉机用变工况-面工况中小型、高速柴油机 (5)发动机车大型高速柴油机组 (6)工程机械(矿山机械、建筑、石油钻探)多变型 (7)坦克V型、多缸机 (8)飞机星型(径向式)已基本不用 面工况 2按燃油种类分类 汽油机,柴油机 3按点火方式分类 自行着火(压燃式),外源点火(点燃式) 4按工作循环分类 四冲程,二冲程 5按冷却方式分类 水冷,风冷 6按汽缸排列分类 直列式,卧式,V型,星型(径向式) 7按汽缸数目分类 单缸机,多缸机(2,3,4,5,6,8,10,12,14,16缸…) 8按转速分类 (1)低速:n1500r/min
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 2 ― （2） 电站用 n = const. 线工况 固定式柴油机或机组 （3） 船舶用 Ne = k n 3 （螺旋桨曲线） 线工况 大型、低速柴油机 （4） 汽车、拖拉机用 变工况-面工况 中小型、高速柴油机 （5） 发动机车 大型高速柴油机组 （6） 工程机械 （矿山机械、建筑、石油钻探） 多变型 （7） 坦克 V 型、多缸机 （8） 飞机 星型 （径向式） 已基本不用 2 按燃油种类分类 汽油机，柴油机 3 按点火方式分类 自行着火 （压燃式），外源点火 （点燃式） 4 按工作循环分类 四冲程，二冲程 5 按冷却方式分类 水冷，风冷 6 按汽缸排列分类 直列式，卧式，V 型，星型 （径向式） 7 按汽缸数目分类 单缸机，多缸机 （2，3，4，5，6，8，10，12，14，16 缸…） 8 按转速分类 （1） 低速: n 1500 r/min
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 但没有明确的界限 9按增压分类 增压,非增压 10按能源分类(代用燃料) 压缩天然气,液化天然气,液化石油气,氢气, 甲醇,乙醇,二甲醚,植物油, 电瓶,太阳能 优缺点 (一)优点 有效热效率高 蒸汽机11~16%,蒸汽轮机30%, 汽油机30%,柴油机40%,增压柴油机46%以上 2功率范围广 Ne=0.6~35000kw 3比重量小,升功率大(体积小、重量轻) 比重量:柴油机3.7kg/kw,车用汽油机1.37kg/k 4起动性好 可很快达到全负荷 (二)缺点 1对燃料要求高 石油紧张,汽油、柴油价格高:要求一定的标号 2噪声、排污 3结构较复杂 三现代发动机的发展 60年代以前:动力性,可靠性,耐久性 70~80年代经济性,动力性 90年代口号:清洁,经济,安全 1相关学科日益增多,学科之间相互渗透 2标准化,系列化,通用化(三化) 3新材料,新工艺,新产品 4使用计算机设计、计算零部件及其配合,精密、准确、优化 5设计、零部件生产商分散→集中→>分散 由分散的小公司到集中的大型脱拉斯,如今又分散到小公司,其主要原因是 优
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 3 ― 但没有明确的界限。 9 按增压分类 增压，非增压 10 按能源分类 （代用燃料） 压缩天然气，液化天然气，液化石油气，氢气， 甲醇，乙醇，二甲醚，植物油， 电瓶，太阳能 二 优缺点 （一） 优点 1 有效热效率高 蒸汽机 11～16%，蒸汽轮机 30%， 汽油机 30%，柴油机 40%，增压柴油机 46%以上 2 功率范围广 Ne = 0.6～35000 kw 3 比重量小，升功率大 （体积小、重量轻） 比重量: 柴油机 3.7 kg/kw，车用汽油机 1.37 kg/kw 4 起动性好 可很快达到全负荷 （二） 缺点 1 对燃料要求高 石油紧张，汽油、柴油价格高；要求一定的标号。 2 噪声、排污 3 结构较复杂 三 现代发动机的发展 60 年代以前: 动力性，可靠性，耐久性 70～80 年代: 经济性，动力性 90 年代口号: 清洁，经济，安全 1 相关学科日益增多，学科之间相互渗透 2 标准化，系列化，通用化 （三化） 3 新材料，新工艺，新产品 4 使用计算机设计、计算零部件及其配合，精密、准确、优化 5 设计、零部件生产商 分散→集中→分散 由分散的小公司到集中的大型脱拉斯，如今又分散到小公司，其主要原因是 优
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 化产品,节省开支,降低成本。甚至象丰田、宝马这样的超级企业有时也需 合 作开发新产品 6电控应用日益增多,混合气制备更加完善 7检测设备与手段先进 8低排放的代用燃料发动机正在普及,零排放的正在开发并进入实用 四本课程的研究对象和任务 (一)对象 本课程以性能指标作为研究对象 深入到工作过程的各个阶段,分析影响性能指标的各种因素,找出规律, 研究提高性能指标的措施与途径。 (二)性能指标 1动力性指标(功率、扭矩、转速) 2经济性指标(燃料和润滑油的消耗量及消耗率) 3运转性指标(冷起动性、噪声和排气品质) 衡量发动机的质量,还要考虑可靠性,耐久性,加工容易,操纵维修方便, 成本核算等,全面综合评定。 (三)工作过程 发动机冲程(四个):吸气→压缩→做功→、排气 热力过程(五个):吸气→压缩≯燃烧→膨胀→排气 燃烧→膨胀为能量转换过程 (四)任务 研究热力过程,热力循环,整机性能 明确基本概念,基本技能。培养综合分析问题的能力 (五)单位制 我国的法定计量单位
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 4 ― 化产品，节省开支，降低成本。甚至象丰田、宝马这样的超级企业有时也需 合 作开发新产品。 6 电控应用日益增多，混合气制备更加完善 7 检测设备与手段先进 8 低排放的代用燃料发动机正在普及，零排放的正在开发并进入实用 四 本课程的研究对象和任务 （一） 对象 本课程以性能指标作为研究对象 深入到工作过程的各个阶段，分析影响性能指标的各种因素，找出规律， 研究提高性能指标的措施与途径。 （二） 性能指标 1 动力性指标 （功率、扭矩、转速） 2 经济性指标 （燃料和润滑油的消耗量及消耗率） 3 运转性指标 （冷起动性、噪声和排气品质） 衡量发动机的质量，还要考虑可靠性，耐久性，加工容易，操纵维修方便， 成本核算等，全面综合评定。 （三） 工作过程 发动机冲程 （四个）: 吸气 → 压缩 → 做功 → 排气 热力过程 （五个）: 吸气 → 压缩 → 燃烧 → 膨胀 → 排气 燃烧 → 膨胀 为能量转换过程 （四） 任务 研究热力过程，热力循环，整机性能 明确基本概念，基本技能。培养综合分析问题的能力。 （五） 单位制 我国的法定计量单位