发动机的历 史与发展 BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY 内燃机基本结构、概念 回顾 n何谓内燃机？ n内燃机基本结构、原理回顾 n一个重要参数：压缩比 讲解内容 n一 发动机的诞生 n二 军用动力与近代史 n三 内燃机行业前途问题 一 发动机的诞生 惠更斯绘制的发动机设 计方案图（1673年） n1. 第一台发动机 设计者惠更斯：(荷兰物理学家， 法国巴黎凡尔塞宫的汲水总管。发现了土 星光环、动量守恒，发明钟摆，提出光的 波动学说等) 凡尔塞宫：耗水3000m3/天 （ 来自塞那河） n火力内燃机 n（1673设计 1685研制出来） 一 发动机的诞生 n需求是第一位的，技术推动是第二位的。 12年后 1685惠更斯的学生根据老师的原理图， 设计并研制了14台直径12m的水车，满足了凡尔塞宫 供水的要求。 意大利人的达芬奇于1509年绘出了 类似的火力发动机（设计构想）！ 2 第一台蒸 汽机 n纽科门蒸汽机（1712英 国铁匠），设计者巴黎医 学院学生巴平 ） 蒸汽力赫更斯的火力发 动机的火药爆炸膨胀力 需求推动煤矿排水。 英国铁匠纽科门 2 第一台蒸汽机 参数与指标 H10m，D=1454mm， S=2100mm，Pe=25马力， n=9r/min，=1，e200MPa；喷压独立于发动机转速；调节 喷油率的形状，实现理想喷油规律。 n实现多级喷射（在压缩上止点附近，34ms内， 精确控制喷射5、6次；实现不同的目的） n众多微小精密对。（电控喷油器、泵、共轨腔调节装置） Injection Rate - 60TDC+ 60 + 120 CA 柔性内燃机 结构可变的柔性内燃机，在工况变化频繁的车用内燃 机特别是小轿车用汽油机上得到广泛的采用。因为车用内 燃机对动力性、加速性、起动性、排放性等要求要高。 车用内燃机可变机构主要有： 1. 可变压缩变压缩 比 2. 可变进变进 气系统统 3. 可变变配气机构 4. 可变进进气涡涡流 5. 可变供油(或喷油)定时 6. 可变增压系统 7. 可调冷却、润滑系统 综合管理系统 结构柔性内燃机 性能弹性内燃机 综合智能内燃机 难度：高速、准确、可调 宝马可变配气机构 问题3：内燃机还有创新的空间 吗？ （1）目前，内燃机还有许多问题没有解决或没能真 正解决,还远远没有达到人们对它的要求。例如： HCCI（柴油均值预混合燃烧方式），等 内燃机企业不创新就不可能生存！ 迅速提高的排放要求是目前内燃机新技术迅速 推出、应用的主要动力之一。 除排放之外，下一个技术推动力应该是噪声问 题、可再生代用燃料问题，等。 内燃机高、新技术 新型动力 n绝热内燃机 绝热复合式内燃机 n回热式内燃机 自由活塞内燃机 n 内燃机高、新 技术 新概念燃烧方式 n均匀充量压缩燃烧HCCI n低温预混合燃烧MK n预混压缩点火燃烧PCI n当量燃烧 n汽油机分层燃烧系统 n 汽油机缸内直喷燃烧控制系统 汽油机缸内滚流 控制与分层燃烧 1.直喷均质燃烧 2. 3.直喷稀薄分层燃烧 4.直喷扩散燃烧 内燃机高、新 技术 石油重整汽油RFG 重整柴油RFD LPG CNG LNG 二甲醚DME 甲醇 F-T柴油 H2 乙醇 大豆甲酯 天然气 天然气 生物质：玉米等 大豆 B20、B30、B50 RFD M15、M20 RFG F-T50 RFD E10、E15、E20 RFG 汽油 机、 柴油 机、 燃料 电池 燃料 的来 源 F-T柴油是用Fischer-Tropsch法从天然气、 煤或生物质（如玉米秆）中制成的柴油 二甲醚DME 、甲醇也可从天然气、煤或生 物质（如玉米秆）中制成 从大豆油残渣脂化后生成大豆甲酯或大豆 乙酯 燃料设计采用多种燃料（包括清洁燃 料在内），按一定比例混合，制成混合燃 料，使其综合的理化性能最适合某类发动 机的需要。 燃料 内燃机高、新技 术 供油技术 n电控单体泵 n泵喷嘴 nPT供油系统 n高压供轨系统 n 特色循环 n米勒循环 n阿特金森循环 n增压中冷循环 n 康明斯公司 内燃机高、新技术 可变机构 n电磁式气门驱动 n电液式气门驱动 n可调工作循环 n多气门技术 n Siemens可变进变进 气机构 1-蓄压室 ；2-电磁阀 3-液力挺柱 ；4-凸轮 5-摇臂 ；6-气门弹簧 7-进气门 内燃机高、新技术 混合动力 n电-内燃机 n液压储能 n飞轮电机 n压缩空气动力 n 新材料应用 n陶瓷、钛合金 n碳素纤维 n纤维增强塑料 n粉末冶金材料 n复合材料 n 内燃机高、新技术 主动控制 n主动减振技术 n主动降噪技术 n 增压技术 n超高增压技术 n顺序增压 n断缸技术 n可调增压技术 n 后处理技术 n微粒捕捉器与再生 nNOX催化转换器 n快速响应的氧化催 化转换系统 n冷EGR n 问题3：内燃机还有创新的空间吗？ （续） （2）汽车是所有发达国家的支柱产业，投资力度大，（ 技术）竞争激烈。强烈的需求是内燃机不断改进、创新 的原动力。 汽车、发动机行业能带动十几几十行业（服务 、油、橡胶、玻璃、电器、化工，）。 每增加1个汽车工业工人，则增加710位相关行 业的就业1：710 德国1/7的工人直接或间接为汽车服务； 资金吞吐量非常大。 问题4：国外内燃机水平高在哪 里？ 不断研究、不断尝试新技术；不断投入、不断应用新技 术；不断吸收各行各业的新技术；将“小”问题做精做深。 企业注重创新。 例： Nissan直列4缸汽油机采用了可变进气系统； Audi的V6汽油机的可变进气管结构； 三菱发动机的高速、低速可切换凸轮； 丰田的进气涡流可调； 德国大众的3升路波车（高压共轨等） 汽油机缸内直喷、电控管理、诊断系统等等已经应用得很 普及。 真正的国产发动机几乎没有采用更新的技术。 在汽车、发动机上成功采用一些高技术会带来十分丰厚 的利润回报。 法国标致