内燃机效率及其潜在技术
内燃机的未来发展趋势
内燃机的未来发展趋势
内燃机的未来发展趋势主要包括以下几个方面：
1. 燃料效率提升：为了减少能源消耗和排放物的产生，内燃机将朝着更高的燃料效率方向发展。
这包括提高热效率、减少摩擦损失和热损失，采用轻量化材料等。
2. 新能源混合应用：随着清洁能源的发展和应用，内燃机将逐渐与新能源技术，如电动汽车、氢能源等进行混合应用。
这就是我们常说的混合动力车。
3. 发动机控制系统智能化：借助先进的传感器和控制系统，内燃机将越来越智能化。
通过实时监测和调整参数，如燃烧过程、气门控制等，可以提高动力输出和燃料效率，减少排放物的产生。
4. 低碳燃料的应用：为了减少温室气体排放，内燃机将应用更多的低碳燃料，如生物燃料、合成燃料等。
这些新型燃料可以减少对有限资源的依赖，并降低对环境的影响。
5. 污染物排放控制：内燃机将继续改进排放控制技术，以满足严格的排放标准。
采用先进的催化剂、颗粒捕集器等装置可以有效减少有害气体和颗粒物的排放。
总的来说，内燃机的未来发展趋势是以提高燃料效率、减少排放物产生和适应新
技术的发展方向，以满足更严格的环境要求。
内燃机及其效率(讲义)(解析版)
浙教版中考科学一轮复习--内燃机及效率内燃机冲程、内燃机效率【知识点分析】一.内燃机1.定义：燃料在机器汽缸内燃烧的热机。
汽油机和柴油机是两种常见的内燃机。
2.常见的内燃机：汽油机和柴油机3.汽油机工作原理：气缸吸入汽油和空气的混合物，经火花塞点火将内能转化为机械能，推动着活塞运动。
4.柴油机工作原理：气缸吸入空气，经喷油嘴把柴油喷进高温的气缸点燃，将内能转化为机械能，推动着活塞运动。
5.内燃机的工作：对于内燃机的活塞上下运动我们把内燃机的工作分为四个冲程，作为一个工作循环，转两圈，做一次功，只有做功冲程是对外做功，其他冲程都是靠惯性完成6.内燃机的工作（以汽油机的图示为例）（1）吸气冲程---进气门打开，排气门关闭，活塞向下，将空气吸入气缸（汽油机吸入的是汽油和空气的混合物）（2）压缩冲程---进气门关闭，排气门关闭，活塞向上，压缩气缸里的气体（将机械能转化为内能）（3）做功冲程---进气门关闭，排气门关闭，活塞向下，气缸里燃料燃烧（将内能转化为机械能，汽油机需要火花塞点火，柴油机压燃）（4）排气冲程---进气门关闭，排气门打开，活塞向上，将气缸里的气体排出7.汽油机与柴油机的区别：（1）缸内吸入的气体：汽油机吸入的是空气与汽油的混合气体，柴油机吸入的是空气（2）点火方式：汽油机在压缩冲程结束通过火花塞电子打火点燃，柴油机是压缩冲程结束通过喷油嘴喷入柴油蒸气后直接压燃（3）结构上：汽油机的火花塞，柴油机有喷油嘴。
（4）效率上：柴油机的效率高于汽油机（5）体积上：柴油机更大，功率也相对大些。
【例题分析】1．如图甲，迅速下压活塞，玻璃筒底部的棉花燃烧，图乙是汽油机的某一冲程，关于这两个过程，下列说法正确的是（）A．图乙是汽油机的压缩冲程B．图甲和图乙的能量转化情况相同C．图乙中是汽油机做功冲程D．随着技术的进步，图乙汽油机的效率能达到100%【答案】C【解析】AC．由图乙可知，进气门、排气门均关闭，活塞向下运动，火花塞点火，所以此冲程是做功冲程，故A错误，不符合题意；故C正确，符合题意；B．图甲是活塞对玻璃筒内的空气做功，空气内能增加，温度升高，从而使棉花燃烧，所以图甲的能量转化是机械能转化成内能；图乙是高温高压燃气对活塞做功，燃气内能减少，温度降低，所以图乙的能量转化是内能转化成机械能，故B错误，不符合题意；D．在热机中，由于摩擦、向外散热等因素，总存在着能量损失，热机的效率不可能达到100%，所以随着技术的改进，图乙汽油机的效率也不能达到100%，故D错误，不符合题意。
内燃机燃烧效率的提高
内燃机燃烧效率的提高一、引言内燃机是利用燃料经过燃烧释放能量驱动活塞运动来产生动力的一种机械设备。
燃烧过程是内燃机能量转换的关键环节，且其效率决定了发动机的性能和燃料利用率。
因此，如何提高内燃机的燃烧效率是一个非常重要的问题。
二、内燃机的燃烧过程内燃机燃烧过程是将空气和燃料混合在一起，在燃烧室中进行高温高压下的燃烧反应，将化学能转化为热能推动活塞运动，从而产生动力。
简而言之，内燃机的燃烧过程包括燃料的氧化和燃烧产物的放出。
燃料主要分为液体燃料和气体燃料，其中，最常用的液体燃料是汽油和柴油，最常用的气体燃料是天然气和液化石油气。
三、内燃机燃烧效率的影响因素内燃机燃烧效率受到多种因素的影响，其中最主要的因素包括下列三个方面。
1. 空燃比空燃比是燃油进入燃烧室时，与氧气混合的比例。
理论上，当燃料与氧气的比例为化学计量比时，可以得到最大的燃烧量。
此时的空燃比称为化学计量空燃比。
但是，实际上化学计量空燃比并不一定能够实现最高的燃烧效率。
通常情况下，随着空燃比的升高，燃烧产物中氧化物含量下降，产生的热量也会降低，同时也会增加不完全燃烧产物的生成，燃烧效率反而降低。
2. 点火提前角点火提前角是指点火正时提前于最佳点火正时的角度。
在正时点后适当提前点火可以使燃气在燃烧室内完成燃烧，从而产生更高的压力来推动活塞，提高发动机性能。
但是，点火提前角过大会导致正常燃烧失控，甚至会出现爆震现象；而点火提前角过小则会降低燃烧效率。
3. 发动机排放系统发动机排放系统是控制发动机废气中有害成分排放的装置，包括三元催化剂、再生式净化器、DNOX系统等。
发动机排放系统工作正常对发动机燃烧效率的提高起着至关重要的作用。
如果腐蚀、老化或堵塞阻塞了排放系统中的某些部件，就会影响排气量，限制燃烧室内气流的正常运动，降低燃烧效率。
四、提高内燃机燃烧效率的措施目前，有多种方法可以提高内燃机燃烧效率，包括下列三个方面。
1. 优化进气和排气系统优化进气和排气系统可以加强内燃机的吸气和排气能力，从而加强燃料混合，提高空燃比。
提高内燃机效率的方法
提高内燃机效率的方法
内燃机是现代工业中最常用的动力装置之一，其效率的提高对于节能减排和环保具有重要意义。
以下是提高内燃机效率的几种方法： 1. 提高压缩比：内燃机的压缩比越高，燃料的燃烧效率就越高，能量转化率也就越高。
因此，提高内燃机的压缩比是提高其效率的重要手段之一。
2. 优化燃烧室设计：燃烧室的设计对于内燃机的效率有着重要的影响。
通过优化燃烧室的形状、大小和喷油系统等，可以使燃料更加充分地燃烧，提高内燃机的效率。
3. 采用高效燃料：内燃机的燃料种类也会影响其效率。
采用高效燃料，如天然气、液化石油气等，可以提高内燃机的效率，同时也有利于环保。
4. 采用先进的点火系统：点火系统的先进程度也会影响内燃机的效率。
采用先进的点火系统，如电子点火系统、火花塞等，可以提高内燃机的点火效率，从而提高其效率。
5. 采用涡轮增压系统：涡轮增压系统可以提高内燃机的进气压力，从而提高其效率。
通过采用涡轮增压系统，可以使内燃机在相同的排量下输出更大的功率，同时也可以降低其燃油消耗。
提高内燃机效率是一个复杂的过程，需要从多个方面入手。
通过优
化内燃机的设计、采用高效燃料、先进的点火系统和涡轮增压系统等手段，可以有效地提高内燃机的效率，从而实现节能减排和环保的目标。
现代内燃机实现高热效率的主要技术方案
现代内燃机实现高热效率的主要技术方案下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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提高内燃机效率的方法
提高内燃机效率的方法
1.优化燃油供应：使用高质量的燃油，并确保燃油系统保持良好状态。
2. 提高压缩比：通过增加压缩比来提高燃烧效率，但需注意引擎组件的承受能力。
3. 优化点火系统：使用高能量火花塞、点火线圈等，确保燃烧发生在正确的时机。
4. 优化进气系统：使用空气过滤器、进气道加热、增加进气道长度等措施，可提高燃油燃烧效率。
5. 采用高效率的排气系统：使用高流量的排气管、增加排气道长度等，可减少排气阻力，提高发动机效率。
6. 优化冷却系统：确保引擎工作温度在最佳区间，以提高燃烧效率。
7. 采用先进的控制系统：使用最先进的控制系统，例如电脑控制系统，以优化燃油供应、点火系统和排气系统等。
8. 保养和维护：定期更换机油和滤清器，清洁空气滤清器和进气道，以确保引擎处于最佳状态。
- 1 -。
内燃机效率及其潜在技术共36页
(EC)NO.715/2019） • 2019年低于95g/km • 2019-2019年轻型商用车的CO2排放比2019年降低14%，
2020年进一步减少28%，达到147g/km; • 美国能源部也要求大幅度提高内燃机效率，2020年重型
• △可变进排气门定时和升程
• △可变进排气管长度
• △可变涡轮系统（T,S,2S,Se,....)
• △电控共轨燃油系统
•
—多脉冲喷射
•
—可变喷油压力
•
—可变喷油规律
• △可变压缩比
• △可变冷却系统
可变气门机构减少泵吸损失
内燃机智能控制技术要素（2）
2.智能控制系统
△发动机电子管理系 统（ECU）
石油问题可以严重 地影响经济；
未来的发展除了受 排放法规影响之外之
外，重要因素是燃料 的供给和价格；
CO2减排和气候变化
1. CO2减排——气候变化； 2. 城市大气污染； 3. 能源安全；
14
7
1850 (280 ppmv) (T = 0 C)
Historical emissions
Projected carbon path
△传感器及信息处理 技术
△基于模型的控制技
内燃机智能控制技术要素（3）
燃烧的控制
缸内温度的动态 变化
缸内混合气的自 燃特性
调整新鲜空气温度 调整喷油时刻 调整喷油压力 变化气门定时 变化压缩比 废气再循环
多种特性的燃料混合 燃料添加剂 调整均质程度(多次喷油) 废气再循环
内燃机的效率最高60%！超高热效率的RCCI发动机技术
内燃机的效率最高60%！超高热效率的RCCI发动机技术
法律顾问：赵建英律师
RCCI，燃油反应活性控制压燃技术，在
HCCI的基础上采用分层燃烧的方式，在汽缸
中形成不同的燃烧层，使每个燃烧层拥有合理
的配比，提升了均质燃烧的可控性，并减少爆
震几率、提升热效率。
据美国威斯康星大学的
论文介绍，该技术支持下，柴油发动机的指示
热效率能够达到60%，汽油机热效率也高达
53%。
友情提示，建议在wifi下欣赏，留着流量学知识！
End
视频翻译：@狗松仔
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0.36 0.32
HC(Kw/h)
20 2.2
29.1% 63.8kg/m3
3.5deg 2.5deg 22.5% 17.8%
2.0
HC(g/kWh)
HC (g/kWh)
2.0 1.8 1.6 1.4 1.2
RIVCT SOI; -65,-50,-35 RIVCT SOI: -65,-48,-30
0.28
减少摩擦损失 灵活高压喷射
结构轻量化
可变压比
优化动力传动系统
全可变气门
增加压缩比，燃烧室
代用燃料 (CH4,H2,SynFuels) 增压，小型化
优化气体交换过程 均质稀燃
3.典型技术路线
3.典型技术路线
内燃机智能控制技术
发展智能型内燃机是节能减排的重要技术。 智能控制是把先进燃烧技术与现代计算机技 术、信息技术，控制技术紧密结合的新技术。 先进燃烧技术是核心和基础。 计算机技术、信息技术和控制技术像神经中 枢一样，将燃烧控制的“思想”通过控制内 燃机的可变附件系统，实现内燃机燃烧过程 保持最优的运行状态。 现代内燃机可变附件系统，包括可变进排气
42
=0.69
• 在柴油机中燃 烧纯汽油，仍 然需要高的喷 油压力！ • 高喷油压力带 来高效率。
120 140
ITEg (%)
40 100
Pcr (MPa) 不同当量比下，ITEg随喷射压力的变化关系
• 相同循环喷油量和燃烧相位时，随着喷射 压力增大，指示热效率增大。
CI发动机混合和化学反应率的协同控制
“化学反应率与混合率协同 控制技术”： 一方面开发混合率促进技术； 同时开发化学反应率抑制技 术；
浓度（化学当量比）
4
15%
3
传统柴油机燃烧 10%
5% 1%
碳烟 生成区
2
500 ppm
1
混合率与化学反应率 协同控制
5000 ppm
混合率促进技术：
增压，燃油喷射系统，燃 烧室等
3.典型技术路线 （美国交通能源技术计划）
3.典型技术路线 （美国交通能源技术计划）
先进燃烧技术，排放控制，余热回收
电动，混合动力系统（内燃机，电池技术）
生物燃料、燃料混合燃 料 1升乙醇可代替 0.7升汽油
先进材料 车重每减少10% （50% 以内），油 耗减少6%-8%
典型的节能技术
PPC部分预混压燃燃烧 传统柴油机
47.0 46.5 46.0 45.5 45.0
63.8kg/m3
29.1%
22.5%
54
Soot(g/kwh)
51
ITEg(%)
0.030 0.028 50 0.026
48 46
SOI: -65,-48,-30
48
EGR: 69% EGR: 50%
Wh)
45 单次早喷预混燃烧策略 0.010 42 -45 平均指示压力 ~0.5MPa -45 0.008
Billions of Tons of Carbon Emitted per Year
3. 能源安全；
pa th
14
ed ct e j
rb ca
on
Pr
o
7 Historical emissions
Period of petroleum depletion
1850 (280 ppmv) (T = 0 C)
48kg/m3
1.5 1.0 0.5 0.0
2.14bar 0.24 EGR:65%
0.20 0.16
54 1.0
ITEg (%)
2.23bar EGR:65%
48.0 47.5
3.5deg
2.5deg 17.8%
RIVCT 52 SOI; -65,-50,-35
RIVCT
ITEg(%)
2.23bar
Pin:2.4bar EGR:39% CA50=13.5~15.5CA ATDC
48
fuel mass:119mg fuel mass:129mg fuel mass:138mg fuel mass:148mg fuel mass:158mg
46
=0.54 =0.57 =0.61
44
=0.65
2.关于柴油机/内燃机热效率的极限 的讨论
• 2010年3月，在美国能源部要求下召开的 美国汽车研究委员会（USCAR）学术会议 综合了29位权威专家的意见，形成了“关 于车用内燃机效率的总结报告”，其结论 是： • 活塞式内燃机最大有效热效率，不考虑摩 擦损失可以达到60%（当前是40%或略 高）； • 现在的内燃机由于非约束（非平衡）的燃 烧过程造成损失约为20-25%；内燃机经过 根本性改造，最大热效率可望超过60%，
减少
– CO2是最主要排放物
CO2减排将是内燃机技术未来发展的主要影响因素
石油资源可提供50100年？ 政治冲突的根源； 石油问题可以严重 地影响经济； 未来的发展除了受 排放法规影响之外之 外，重要因素是燃料 的供给和价格； CO2减排和气候变化
1. CO2减排——气候变化；效 率的强制规定
• 2007年欧盟颁布了强制性汽车CO2排放法规: • 2012年轿车的CO2平均排放低于130g/km（Regulation’ (EC)NO.715/2007） • 2015年低于95g/km • 2014-2017年轻型商用车的CO2排放比2007年降低14%， 2020年进一步减少28%，达到147g/km; • 美国能源部也要求大幅度提高内燃机效率，2020年重型 柴油机热效率由当前的40% 提高到55%; • 我国也在进一步完善车辆燃油消耗法规，但与上述国际 先进内燃机油耗法规存在很大差距。
3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
High Density-LTC
48kg/m3 29.1%
CO(Kw/h)
Speed:1600rpm Pcr:160 MPa IVCT:-60 deg.ATDC IMEPg:~2.2MPa
63.8kg/m3 3.5deg 22.5% 2.5deg 17.8%
2.关于柴油机/内燃机热效率的极限 的讨论
卡诺循环： 内燃机循环
• 闭口循环 • 必须将工质的热量释放至环境
• 开口系统，有化学过程，气体 交换过程 • 没有把热量排给环境实现热力 学循环的要求 • 理论上： • 实际上：摩擦、燃烧的不可逆 损失；材料；成本等限制
引自：
2.关于柴油机/内燃机热效率的极限 的讨论
2012中国商用车柴 油机技术发展研讨会
内燃机效率及其潜在技术
苏万华教授/院士 天津大学内燃机国家重点实验室 2012.05.23
主要内容
1. 2. 3. 4. 提高内燃机热效率的重要意义 关于柴油机/内燃机热效率的极限的讨论 典型的技术和技术路线 结论
1.提高内燃机效率的重要意义
• 内燃机在未来几十年仍将是移动式动力装 置的主要原动机[1,2]。
• 提高内燃机效率可以有效减少石油供应紧 张的压力，缓解由于CO2排放带来的环境压 力。 • 近几年CO2排放带来的气候变化问题受到广 泛关注。提高内燃机效率已经替代内燃机 排放控制成为内燃机技术最具挑战的课题。
提高柴油机的经济性成为新的挑战
– 有害气体排放物已经减 少98%以上：
• 发动机排出的NOx、PM、 uHC、CO污染物大幅度
柴油机燃烧过程混合率与化学反应率协同控制 的工程化技术：
4.0 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -100 -80 -60 20 0 100 80 60 40
曲轴转角（°CA）
-40
-20
0
20
40
5.多脉冲灵活燃油 喷射技术和高压共 轨燃油系统技术
3 喷油速率（mm /ms）
控制信号 （V）
3.5
控制信号 喷油规律
120
4.多尺度高混合率燃 烧室技术
6.发动机智能“协同”控 制系统（硬件和软件，控 制策略）
50 Single early injection 40
CO(g/kWh)
CO(g/kwh)
Speed:1600rpm
30
Pcr:160 MPa
20 Pb:1.59bar 10 IVCT:-146 deg.ATDC IMEPg:~0.5MPa 0
柴油机燃烧过程混合率与化学反应率协同控制 的工程化技术：
气门摇臂 内阀 下端盖回油1孔 底座回油1孔 底座 弹簧 缸头 下端盖 推杆 凸轮轴 底座回油2孔 活塞 下端盖进油孔 底座进油孔 进油管
下端盖回油2孔
1.进气门推迟关闭系统
3.两级涡轮高增压系统匹 配和控制技术
2.高、低压尾气再循环 （氧浓度控制）系统
内燃机智能控制技术要素（2）
2.智能控制系统
△发动机电子管理系 统（ECU） △传感器及信息处理 技术
△基于模型的控制技
内燃机智能控制技术要素（3）
燃烧的控制
缸内温度的动态 变化
缸内混合气的自 燃特性
调整新鲜空气温度 调整喷油时刻 调整喷油压力 变化气门定时 变化压缩比 废气再循环
多种特性的燃料混合 燃料添加剂 调整均质程度(多次喷油) 废气再循环
• 美国橡树国家重点实验室的C. S. Daw[8]等人在 2010年美国汽车研究委员会（USCAR）举办的 讨论会议中指出：现在的内燃机因“非约束燃 烧”损失20~25%的化学能 ，而通过对现有内 燃机循环、内燃机机构以及燃烧过程进行“根 本性”的改造，热效率可达到85%。 • 美国橡树国家重点实验室的David L. Greene以及 美国田纳西大学的Howard H. Baker[9]在2011年 美国能源部举办的DEER年会上预测，2050年汽 车效率可能提高到70%。