《内燃机原理》课件

内燃机原理探索内燃机的奥秘，从基本原理到现代应用内燃机的分类按工作循环分类按点火方式分类12主要分为四冲程发动机和两冲程发动机四冲程发动机完成一个可分为汽油机和柴油机汽油机使用火花塞点燃混合气，而柴油工作循环需要四个冲程，而两冲程发动机则只需要两个冲程机则利用压缩热自燃燃料按气缸数分类按冷却方式分类34内燃机可以根据气缸数量进行分类，例如单缸发动机、双缸发动内燃机可分为水冷式发动机和风冷式发动机水冷式发动机使用机、四缸发动机等等水作为冷却介质，风冷式发动机则利用气流进行冷却四冲程发动机的工作循环进气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程活塞从上止点向下运动，进进气门关闭，活塞向上运动点火装置点燃混合气，混合排气门打开，活塞向上运动气门打开，新鲜空气进入气，压缩气缸内的混合气气燃烧膨胀，推动活塞向下，将燃烧后的废气排出气缸缸运动，输出动力两冲程发动机的工作循环进气和压缩1活塞向下运动时，进气口打开，新鲜混合气被吸入汽缸，同时活塞将气体压缩做功和排气2火花塞点燃混合气，推动活塞向上运动，产生动力同时，排气口打开，废气被排出汽缸扫气和进气3活塞向上运动时，排气口关闭，进气口打开，新鲜混合气进入汽缸，将废气排出此过程称为扫气发动机的功率和效率功率单位时间内发动机完成的功，反映了发动机做功的快慢，通常用马力（hp）或千瓦（kW）表示效率发动机输出功率与燃料燃烧释放能量之比，反映了发动机能量转换的效率，通常用百分比表示发动机的功率影响因素转速气缸容积进气量燃油质量发动机转速越高，单位时间内气缸容积越大，每次做功的燃进气量越大，参与燃烧的空气燃油的热值越高，单位质量的完成的工作循环次数越多，输气量越多，输出功率也越大量越多，燃烧更充分，输出功燃油燃烧释放的能量越多，输出功率也越大率也越大出功率也越大燃料供给系统燃料储存燃料过滤燃料储存在燃料箱中，通过燃料泵将燃料过滤器用于过滤燃料中的杂质，燃料输送到发动机防止堵塞喷油嘴燃料输送燃料喷射燃料通过燃料管路输送到喷油嘴，保喷油嘴将燃料喷射到气缸内，并根据证燃油的及时供应发动机的工况调节喷油量和喷油时间化油器原理混合气形成1汽油从油箱流入化油器，在气流作用下被雾化并与空气混合，形成可燃的混合气气流控制2节气门控制进气量，影响混合气的浓度喷油量调节3油门控制油量，调节发动机转速化油器通过机械结构将汽油雾化并与空气混合，形成可燃混合气，供给发动机燃烧化油器利用气流的真空作用，将汽油吸入，并通过喷嘴喷出，形成细小的油滴，与空气混合混合气的浓度由节气门控制，油量由油门控制化油器是一种比较简单的燃料供给系统，但其工作性能受环境温度和湿度影响较大，混合气质量也难以精确控制汽油喷射系统电子控制单元ECU1控制喷油器和点火系统喷油器2精确控制燃油喷射量燃油压力调节器3稳定燃油压力燃油泵4将燃油输送到喷油器汽油喷射系统利用电子控制单元ECU来精确控制燃油喷射量，提升燃油效率和发动机性能喷油器根据ECU的指令，将燃油喷入气缸，形成最佳的燃油-空气混合比燃油压力调节器确保稳定的燃油压力，而燃油泵则将燃油输送到喷油器柴油喷射系统高压油泵1将燃油加压到很高的压力，并按发动机运行的需要定时、定量地将燃油输送到喷油器喷油器2在高压油泵的压力作用下将燃油喷入气缸控制单元3根据发动机的运行状态控制燃油喷射的时机和喷油量点火系统功能组成点火系统是内燃机中必不可少的点火系统通常包括以下组件点部件，它的主要功能是将低压电火开关、点火线圈、分电器（仅能转化为高压电能，并在适当的限于老式发动机）、火花塞和点时机产生火花，点燃燃烧室内的火线混合气，从而启动发动机工作原理当发动机启动时，点火开关接通电路，电流通过点火线圈，产生高压电，高压电通过分电器分配到各个气缸的火花塞，产生火花点燃混合气，推动活塞做功点火过程和火焰传播火花塞点火当点火线圈产生高压电时，火花塞的电极间隙被击穿，产生电火花，点燃混合气火焰传播电火花点燃混合气后，火焰以一定的速率向周围未燃混合气传播，形成火焰前锋燃烧速度火焰传播的速度称为燃烧速度，它受混合气成分、温度、压力等因素的影响燃烧过程火焰传播过程中，混合气不断燃烧，释放能量，推动活塞做功，完成燃烧过程点火时间的影响提前点火延迟点火如果点火时间过早，燃料在活塞到达压缩终点前就已燃烧，产生如果点火时间过晚，燃料在活塞经过压缩终点后才开始燃烧，燃爆震，会导致发动机功率下降，排放增加，甚至损坏发动机烧效率降低，发动机功率下降，排放增加发动机的着火与燃烧点火1发动机中的燃烧过程始于燃料的点火点火可以通过火花塞或压缩热量实现火花塞在汽油发动机中使用，它通过电火花点燃燃料混合物压缩热量在柴油发动机中使用，它通过压缩气体产生的热量点燃燃料燃烧2点火后，燃料与空气混合物开始燃烧燃烧是一个快速放热过程，产生高温高压气体，推动活塞运动，进而转化为机械功火焰传播3燃烧反应在燃烧室中迅速传播，形成火焰前沿火焰前沿的速度取决于燃料混合物的成分、温度和压力等因素火焰传播过程影响着发动机燃烧效率和排放燃烧结束4随着燃烧反应的进行，燃料完全燃烧，燃烧过程结束燃烧过程结束后，燃烧室内的气体膨胀，推动活塞完成工作循环火花塞的作用点火导电绝缘火花塞是内燃机点火系统中最重要的组成火花塞通过其中心电极和侧电极之间的高火花塞的外壳通常由陶瓷材料制成，其作部分，它在发动机工作时负责点燃可燃混压电火花，将电能转化为热能，引燃气体用是将高压电火花隔离，防止火花塞的金合气，使发动机能够正常运转混合物属外壳与发动机缸体之间发生短路压缩燃料发动机的着火压缩热1燃料被压缩至高温，达到自燃温度喷油2在压缩末期喷入燃料混合气3燃料与高温空气混合着火4燃料自燃，产生爆炸压力压缩燃料发动机依靠压缩热来点燃燃料当燃料被压缩至高温，达到自燃温度时，就会与高温空气混合并发生自燃，产生爆炸压力推动活塞工作汽缸内燃烧过程的控制点火正时1控制点火时间，确保最佳燃烧效率燃烧室形状2优化燃烧室形状，提高燃烧速度和效率燃料喷射3精准控制燃料喷射时间和量，保证最佳燃烧进气量4调节进气量，控制燃烧强度汽缸内燃烧过程是内燃机能量转换的关键环节，而燃烧过程的控制对于提高燃油经济性、降低排放污染至关重要通过精确控制点火正时、优化燃烧室形状、精准控制燃料喷射以及调节进气量等措施，可以有效地控制汽缸内燃烧过程，实现高效、清洁的燃烧发动机的进、排气系统进气系统排气系统进气系统负责将新鲜空气吸入气缸，为燃烧提供氧气进气系统排气系统负责将燃烧后产生的废气排出气缸，降低气缸压力，为主要包括空气滤清器、进气管、节气门和进气歧管等部件空气下次进气做准备排气系统主要包括排气歧管、排气管、消声器滤清器过滤空气中的杂质，防止灰尘进入气缸，保护发动机进等部件排气歧管收集各个气缸的废气，排气管将废气排放到大气管将空气输送到节气门，节气门控制进入气缸的空气量，进气气中，消声器降低废气排放时的噪音歧管将空气分配到各个气缸机油系统的作用润滑冷却机油在发动机内部循环，对所有机油可以带走发动机部件的热量运动部件进行润滑，减少摩擦，，降低其温度，防止发动机过热降低磨损，延长发动机使用寿命清洁密封机油可以带走发动机内部的杂质机油可以填补活塞环和缸壁之间，防止积碳和磨损颗粒的堆积，的缝隙，提高密封性，降低油耗保持发动机内部清洁水液冷系统的作用/散热提高效率水/液冷系统通过循环冷却液，将发维持发动机工作温度在最佳范围内，动机产生的热量带走，有效降低发动提高燃烧效率，降低油耗，提升动力机温度，防止过热现象发生性能保护零件防止发动机过热导致零件磨损、变形甚至损坏，延长发动机使用寿命增压系统的原理增加进气量提高燃烧效率12增压系统通过压缩空气，提高更多的空气意味着更多的氧气进入发动机的空气密度，从而参与燃烧，提高燃烧效率，进增加进气量而提升发动机的功率输出提升扭矩3增压系统在低转速时就能提供更大的扭矩，使发动机在低转速下也能获得较强的动力输出增压器的种类和工作原理涡轮增压器机械增压器利用发动机排气能量驱动涡轮，带动由曲轴带动增压器，直接压缩进气压缩机增压容积式增压器利用转子旋转产生真空，吸入空气并压缩涡轮增压器的工作过程废气驱动发动机排出的废气驱动涡轮叶轮，将废气的能量转化为机械能压缩空气涡轮叶轮带动压缩机叶轮旋转，将吸入的空气压缩，提高空气密度增压效果压缩后的空气进入发动机气缸，增加燃油燃烧量，提升发动机的功率和扭矩发动机的性能参数发动机的性能参数是衡量发动机性能的重要指标，包括最大功率、最大扭矩、排量、压缩比、燃油消耗等这些参数反映了发动机的动力性能、经济性能和环保性能例如，最大功率反映了发动机的输出能力，最大扭矩反映了发动机的加速能力，排量反映了发动机的尺寸，压缩比反映了发动机的燃烧效率，燃油消耗反映了发动机的经济性发动机性能测试方法台架试验道路试验台架试验是指在专门的试验台上对发动机进行测试，可以模拟发道路试验是指在实际道路上对发动机进行测试，可以测试发动机动机在实际工作条件下的运行状态，并对发动机性能进行评估在不同工况下的实际性能表现，例如加速、爬坡、怠速等道路台架试验可以分为两种类型试验可以分为两种类型•冷态试验测试发动机在冷启动状态下的性能•定速试验测试发动机在不同车速下的性能•热态试验测试发动机在热车状态下的性能•加速试验测试发动机在不同负载下的加速性能发动机的噪音与振动噪音来源振动来源发动机噪音主要来自燃烧过程中发动机振动主要来自活塞、连杆的气体膨胀和排气过程中的气流、曲轴等部件的往复运动和旋转冲击，以及活塞、连杆、曲轴等运动，以及燃烧过程中的压力波部件的机械运动产生的振动动噪音和振动的来源燃烧过程机械运动12内燃机燃烧过程中的压力波动活塞、连杆、曲轴等运动部件和爆炸声是主要噪音来源燃的摩擦和碰撞会产生机械噪音烧不稳定、点火提前角不当以气门开启和关闭、齿轮啮合及混合气质量不佳都会加剧噪以及轴承的磨损都会加剧振动音和噪音进排气系统辅助系统34进气和排气过程产生的气流噪水泵、油泵、风扇等辅助系统音也是主要噪音来源进气管的运转也会产生噪音这些系路的设计、排气消声器的效率统的安装位置、结构设计以及以及气门关闭时间都会影响噪运转效率都会影响噪音水平音发动机噪音的控制措施消声器隔音材料减振器消声器是控制发动机噪音的重要部件，通在发动机舱和车身之间使用隔音材料，例发动机自身的振动会产生噪音，使用减振过阻尼、共振和吸收等原理来降低排气噪如隔音棉、隔音板等，可以有效阻隔发动器可以减少发动机振动，从而降低噪音声常用的消声器类型包括阻性消声器、机噪音的传播常用的减振器类型包括橡胶减振器、金属共振消声器和吸收性消声器弹簧减振器等振动控制措施减震器平衡系统减震器可以吸收和衰减发动机产生的平衡系统可以减少发动机旋转部件的振动能量，减少振动传递到车身和其质量不平衡，从而降低振动他部件隔振器发动机悬置隔振器可以将发动机与车身隔离，减发动机悬置可以吸收发动机振动，防少振动传递到车身止振动传递到车身发动机性能的优化提高热效率降低排放12通过改进燃烧过程，降低摩擦采用先进的燃油喷射技术、排损失，优化冷却系统等措施，气净化系统等措施，可以有效可以提升发动机热效率，减少减少发动机排放的污染物，满燃油消耗足日益严格的排放法规提升动力性能降低噪音和振动34通过增压技术、优化进气系统优化发动机结构，采用隔音材等措施，可以提升发动机功率料，改进机油润滑系统等措施和扭矩，增强车辆的加速性能，可以降低发动机噪音和振动和爬坡能力，提升驾乘舒适度环境因素对发动机性能的影响气温气压高温会降低空气密度，导致进气量减高气压会导致进气量增加，提高发动少，进而影响发动机的功率输出此机的功率输出低气压则会降低进气外，高温还会导致机油粘度降低，润量，影响发动机性能海拔越高，气滑效果变差，加速发动机磨损低温压越低，发动机功率输出也会下降会增加燃油的粘度，影响燃油雾化效果，导致启动困难和燃烧不完全同时，低温还会导致机油粘度增加，流动性变差，影响润滑效果湿度空气质量高湿度会降低空气密度，影响进气量空气中含有灰尘、颗粒物等污染物会，进而影响发动机的功率输出此外影响进气质量，导致燃烧不完全，增，高湿度还会导致燃料蒸发损失增加加排放污染此外，空气中的硫含量，影响燃烧效率过高还会腐蚀发动机零件发动机的可靠性设计耐久性测试环境适应性测试严格的零部件质量控制通过模拟实际使用环境，进行长时间、高测试发动机在不同温度、湿度、海拔等环对发动机的所有零部件进行严格的质量检强度测试，评估发动机的耐用性和可靠性境条件下的性能，确保其在各种环境下都测和筛选，确保每个部件都符合设计要求能稳定运行，并具有良好的可靠性柴油机的优点与缺点优点缺点•效率高柴油机热效率高，燃油经济性好，比汽油机更省油•噪声大柴油机工作时噪声较大，需要进行隔音降噪处理•扭矩大柴油机在低速时就能产生较大扭矩，具有较好的爬•启动困难柴油机启动时需要预热，启动过程比较麻烦坡能力和牵引能力•排放污染柴油机排放的污染物较多，特别是颗粒物污染，•结构简单柴油机结构相对简单，维护保养方便需要进行排放治理•使用寿命长柴油机耐用，使用寿命长•维修成本高柴油机维修保养成本较高汽油机的优点与缺点优点缺点•结构简单，维护方便•热效率较低，油耗较高•启动容易，加速性能好•排放污染物较多，对环境造成较大负面影响•噪音和振动较小•抗爆性要求高，对燃料品质要求较高•燃料来源广泛，价格相对便宜•功率密度相对较低，重量相对较重发动机的排放污染物一氧化碳碳氢化合物氮氧化物颗粒物CO HCNOx PM无色无味的气体，具有毒性，主要包括甲烷、乙烷、丙烷等主要包括一氧化氮NO和二主要包括碳黑、金属颗粒等，会与血液中的血红蛋白结合，，是形成光化学烟雾的重要物氧化氮NO2，是形成酸雨和会造成大气污染，影响人体健降低血液的携氧能力，导致人质，对人体呼吸道有刺激作用光化学烟雾的主要物质，对人康，导致呼吸系统疾病体缺氧，严重时会造成死亡体呼吸道有刺激作用，并能导致肺部疾病排放污染物的危害对环境的危害对人类健康的危害内燃机排放的污染物，如二氧化碳、氮氧化物、颗粒物等，会造空气污染会引起呼吸系统疾病、心血管疾病、癌症等疾病，尤其成空气污染，导致雾霾、酸雨等环境问题，影响生态系统，危害对儿童、老人和病人危害更大此外，汽车尾气中的铅等重金属人体健康也会对人体造成损害排放污染物的治理措施尾气净化技术燃料改进12三元催化器是目前应用最为广使用清洁燃料，如乙醇汽油和泛的尾气净化装置，能够将汽生物柴油，可以有效减少有害油发动机排出的有害气体，如气体排放此外，提高燃料品一氧化碳、碳氢化合物和氮氧质，降低硫含量，也有助于降化物，转化为无害的二氧化碳低污染物排放、水和氮气发动机优化混合动力技术34优化发动机燃烧过程，提高燃混合动力汽车通过汽油发动机烧效率，可以有效降低燃料消和电动机协同工作，可以有效耗和污染物排放例如，采用降低燃料消耗和污染物排放稀薄燃烧技术、可变气门正时技术等未来内燃机的发展趋势提升燃油效率，降低排放，并发展新型内燃机技术，如可变探索新型燃料，如生物燃料、与其他动力系统，如电动汽车改善性能，以满足日益严格的气门正时技术、缸内直喷技术合成燃料等，以减少对传统化和燃料电池汽车等，协同发展排放法规和消费者对燃油经济、增压技术以及混合动力技术石燃料的依赖，并降低排放，并逐渐向混合动力和插电式性的需求等，以提高发动机效率，降低混合动力技术过渡排放，并提高动力性能节能减排技术提高燃烧效率废气再循环（）EGR优化燃烧室形状、喷油策略和点火系统，最大限度地提高燃料燃将部分废气重新引入燃烧室，降低燃烧温度，减少氮氧化物排放烧效率，减少排放三元催化转化器混合动力技术将废气中的有害气体（如CO、HC、NOx）转化为无害物质，降结合内燃机和电动机，提高燃油经济性，降低排放低排放污染新能源汽车的发展节能减排能源多元化新能源汽车是节能减排的重要方向，新能源汽车可以利用多种能源，如电可以有效降低汽车尾气排放，减少对力、氢能、生物燃料等，减少对传统环境的污染化石燃料的依赖技术创新新能源汽车的发展推动了相关技术的进步，例如电池技术、电机技术、控制技术等新能源汽车的技术特点节能环保高效动力智能化新能源汽车主要依靠电力驱动，相比传电动机具有高扭矩、高效率的特点，使新能源汽车搭载了先进的控制系统和智统燃油汽车排放更少，甚至零排放，有新能源汽车拥有更强的加速性能和更低能化技术，可以实现自动驾驶、远程控助于减少环境污染的能耗制等功能混合动力汽车的工作原理混合动力系统1结合了燃油发动机和电动机燃油发动机2提供主要的动力电动机3提供辅助动力电池组4为电动机提供能量控制系统5协调各个部件的运作混合动力汽车利用燃油发动机和电动机协同工作，在不同工况下选择最佳动力来源，以实现节能环保的目标燃油发动机提供主要动力，而电动机则在加速、起步和爬坡等需要额外动力的时刻提供辅助动力电池组为电动机提供能量，并可通过再生制动技术回收能量，提高燃油经济性控制系统负责协调各个部件的运作，确保汽车能够高效、平稳地行驶燃料电池汽车的技术特点零排放高能效燃料电池汽车使用氢气作为燃燃料电池汽车的能量转换效率料，在反应过程中只产生水和较高，可以达到60%以上，远少量热量，不会排放二氧化碳高于传统燃油汽车的能量转换等有害气体，是真正意义上的效率，这使得燃料电池汽车具零排放汽车有较高的续航里程和较低的能源消耗低噪音燃料电池汽车没有发动机，行驶过程中几乎没有噪音，这使得燃料电池汽车更加安静，也更加环保总结与展望内燃机作为人类社会的重要动力来源，在未来仍将发挥重要作用，但随着环境保护和能源效率的提升，内燃机技术也将不断发展未来内燃机将更加注重节能减排，提高燃烧效率，降低排放污染同时，混合动力、燃料电池等新能源技术也将进一步发展，与内燃机形成互补，共同推动汽车行业的绿色发展。