内燃机学4.4
内燃机学 第四章
ηmk ηm0
p mmk 1 p mik p mm0 1 p mi0
将pmmk≈pmm0以及定义式 pmm0=pmi0(1-ηm0)代入后
φck Tb 0.25 φc0 T0
2、增压内燃机性能的估算
– 降低进气门处的流动损失，
1. 降低进气门处的流动损失 – 进气门座处的流通截面， 是进气流道中截面最小、 流速最高的地方，该处的 局部阻力最大，与阻力系 数ξ有关和该处的流动速 度vs的平方成正比，即
可以从降低气门座处的流 速和改善气门座处的流动 情况以提高流量系数入手 解决。过高的气体流速， 会发生气体阻塞现象。 – 定义平均进气马赫数Ma 2 D Cm vs Ma d μ c cs s sm s
排气提前角 90 75 P/MPa 40 P/MPa 60 n = 3400rpm 3200 2800 2400 2000
上止点Βιβλιοθήκη 下止点活塞行程活塞行程
平均排气损失压力
平均进气损失压力 n
六、充量系数分析式
– 进气门关闭时（以下标a表
七、提高充量系数的措施
– 在发动机的结构确定的前
示）缸内气体的总质量为 ma ＝ m1 + mr ＝(1 + φr)m1
– 经济性能指标（有效燃油
的过量空气系数保持不变的情 况下，有
消耗率）
1 be ηit ηm
Pek ρsk ηitk φck ηmk Pe0 ρs0 ηit0 φc0 ηm0 b ek ηit0 ηm0 b e0 ηitk ηmk
下表“0”和“k”分别表示增压前 后的参数
内燃机原理第三章.4h
`
(3-19)
将gi，Ni，mL及L'代入上式，整理后得： H pi i v s `u 103 Lo 将上式代入（3-15），化简得： 1 H u Vs ni i Ni v s ` 30 Lo z 二. 影响pi与Ni的因素
(3-20)
单缸指示功率为：
四、道路功率 指车用内燃机为克服汽车轮胎滚动摩擦阻力和车辆气动阻 力所消耗的功率。道路功率的近似计算式为：
1 2 N r f R m A g a f D FA v A v A 2
（3-4）
式中，fR——滚动阻力系数，凭经验确定(0.012＜ fR ＜ 0.015）3;mA——车辆质量；g——重力加速度； a 环境空气密 度；fD——气动阻力系数，凭经验确定(对于汽车,0.3＜ fD ≤0.5)3; fA—车辆最大横截面积；vA——车辆速度。 五、平均指示压力
wi pi 103 MPa ，即为单位气缸工作容积所作的指示 Vs
功，代入式(3-3)，可得
Ni Z pi 103 2Vs n
MPa （3-6）
六、油耗率gi与效率 i gi--表示内燃机每小时每单位指示功率所消耗的燃料量。 m g i i 103 g/kW•h （3-7） N
十、增压压力PK与增压比π k
PK : 在环境状态下，空气经压气机压缩后压气机的出口压力 或进入气缸前的压力。 π k ：在环境状态下，空气经压气机压缩后的出口压力比上环 境压力。 十一、机械效率 m
m ：内燃机输出的有效功率比上指示功率
Ne Ne Nm m 1 Ni Ne N m Ni
第三章 内燃机的工作指标与性能分析
3-1 内燃机的工作指标 内燃机的工作指标是指内燃机处于正常运行状态下，描述 和表征内燃机性能和工作状态的一组参数。 一、标定性能的主要指标 标定工况，是指内燃机在标准大气条件下，其动力性能和 经济性能达到设计指标时所处的运行状态。 标定性能指标是指在标定工况下表征内燃机工作性能的主 要指标,比如： 标定功率――标定工况下内燃机发出的功率。 标定转速――标定工况下内燃机相应的曲轴转速。 标定油耗率――标定工况下内燃机发出单位功率所消耗的 油量。 比质量――单位标定功率下内燃机所具有的质量。 比容积――单位标定功率下内燃机所具有的容积。
燃烧学--高等内燃机
教材: 内燃机燃烧科学与技术，自编教材，2004年4月。
教材中的第1、3、4、5、6、7、11、12、15章参考文献：(1) 蒋德明著。
内燃机燃烧与排放学。
西安交通大学出版社，2001.7(2) 傅维镳等。
燃烧学。
高等教育出版社，1989.4(3) 张平编著。
燃烧诊断学。
兵器工业出版社，1988.12(4) 徐旭常等编。
燃烧理论与燃烧设备。
清华大学热能工程系，1988.10(5) 何学良等编著。
内燃机燃烧学。
机械工业出版社，1990.5。
TK407.9/2(6) 龚允怡编。
内燃机燃烧基础。
机械工业出版社，1989。
TK401/16(7) 陈家骅等编。
内燃机燃烧。
哈尔滨船舶工程学院出版社，1986。
TK413.2/2(8) 陈义良等编译。
燃烧原理。
航空工业出版社，1992。
TK16/17(9) 常弘哲等编。
燃料与燃烧。
上海交通大学出版社，1993。
(10) 魏道远主编。
内燃机燃烧与排放控制。
中国铁道出版社，1992。
TK401/19(11) 魏象仪编。
内燃机燃烧学。
大连理工大学出版社，1992。
TK401/20(12) 解茂昭著。
内燃机计算燃烧学，大连理工大学出版社，1995.12(13) 岑可法著。
高等燃烧学，浙江大学出版社，2002.12北京理工大学图书馆馆藏参考文献：(1) 许晋源等。
燃烧学。
机械工业出版社，1990.5。
TK16/4=2(2) (美)威廉斯著。
燃烧理论－化学反应流动系统的基础理论。
科学出版社，1990.6。
0643.2/2=2(3) 何学良等编著。
内燃机燃烧学。
机械工业出版社，1990.5。
TK407.9/2(4) 张斌全编著。
燃烧基础理论。
北京航空航天大学出版社，1990.8。
0643.2/16(5) 周力行著。
湍流两相流动与燃烧的数值模拟。
清华大学出版社，1991。
TK121/5(6) 芩可法等编。
燃烧流体力学。
水利电力出版社，1991。
TK16/14(7) (美)肯尼斯著。
2024年《内燃机》课件教科版物理
2024年《内燃机》课件教科版物理一、教学内容本课件依据教科版物理教材第十一章《热机》第二节“内燃机”进行设计。
详细内容包括内燃机的工作原理、内燃机的类型与结构、内燃机的功率及效率、内燃机的污染与控制。
二、教学目标1. 让学生理解内燃机的工作原理，掌握内燃机的各个组成部分及其作用。
2. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力，学会计算内燃机的功率和效率。
3. 增强学生的环保意识，了解内燃机排放污染物的危害及控制方法。
三、教学难点与重点重点：内燃机的工作原理、功率和效率的计算。
难点：内燃机各个组成部分的协同工作原理，内燃机排放污染物的控制方法。
四、教具与学具准备1. 教具：内燃机模型、示功器、燃油燃烧实验装置、尾气分析仪器。
2. 学具：计算器、笔记本、教材。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过展示一辆汽车发动机的拆解实物，让学生初步了解内燃机的组成。
2. 知识讲解：（1）内燃机的工作原理：通过动画演示，讲解四冲程内燃机的工作过程。
（2）内燃机的类型与结构：介绍常见的内燃机类型，如汽油机、柴油机，以及它们的结构特点。
（3）内燃机的功率及效率：讲解功率和效率的计算公式，并结合实例进行计算。
3. 例题讲解：以一道计算内燃机功率和效率的题目为例，引导学生运用所学知识解决问题。
4. 随堂练习：让学生完成教材课后练习题，巩固所学内容。
5. 互动环节：组织学生进行小组讨论，探讨如何降低内燃机的排放污染物。
六、板书设计1. 内燃机工作原理2. 内燃机类型与结构3. 功率和效率计算公式4. 例题解答步骤5. 课后作业布置七、作业设计1. 作业题目：计算一辆轿车的内燃机功率和效率，并提出降低排放污染的建议。
2. 答案：内燃机功率和效率的计算结果，以及降低排放污染的建议。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课学生对内燃机的工作原理和计算方法掌握较好，但对内燃机排放污染物的控制方法理解不够深入，需要在以后的教学中加强引导。
柴油机培训
1.2 固定机件
1.2.3机体 (2) 设计要求:
a.有足够强度,能承受交变冲击力和各种力矩作用. b.有足够的刚度,变形量小,不致使缸套变形产生活塞拉缸现象. c.新设计的柴油机采用内置冷油器,使油道、水道内置而减少 外置管道,减少三漏,减少零件数.合理的水道、油道布置更为 重要.
(3) 材料:
(2) 材料:
a.白合金：锡锑铜合金或铝锡锑铜合金. 强度低,耐磨性、嵌芷性、顺应性均好 ,主要 用于大型低速柴油机. b.铜基合金:铜铝合金或铝青铜合金. 承载能力大,疲劳强度高,表面性能差,主要 用于中高速大功率柴油机. c.铝基合金:钢背铝基合金表面镀铝锡合金的三层合金. 厚度薄、强度高、抗疲劳性好,有一定表 面性能,中小型柴油机使用较广.
燃烧室
3 供油系统 3.3 工作状况 3.3.1 燃油箱
1.1.2 连杆部件
设计要求:连杆的断裂一会损坏整个柴油机,二会
出现人身事故. (1)足够的疲劳强度. (2)足够刚度. (3)轴瓦、衬套有足够的耐磨性和抗疲劳性.
材料:优质碳钢(35、45) 、优质合金钢35CrMoA 、 42CrMoA 、18Cr2NiWA.
1.1.3 活塞部件
组成 : 主要
1.1.1曲轴组件
工作状况:
a. 燃烧气体膨胀压力 b. 活塞连杆机构往复惯性力、曲轴离心惯性力 c. 高速旋转
结构形式:
a.整体式:主轴颈、曲柄箱和曲柄臂组成一个整体,例 如114 、121 、G6135. b.组合式(圆盘式): 主轴颈由两个曲柄臂合成一个圆 盘,圆盘外面装滚柱式主轴承.例135 、180.其强度 高、刚性好、质量大、成本高、噪音大. c.套合式:主轴颈、曲柄销及曲柄臂单独制造,热套成 整体,通常用于低速大型柴油机.
2024版内燃机原理、结构PPT课件
3
噪声水平
内燃机运转时产生的噪声强度，通常以分贝（dB） 为单位。
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优化设计策略
提高压缩比 通过提高发动机的压缩比，增加燃烧 室温度和压力，提高热效率。
优化燃烧室形状
改进燃烧室形状，使燃料与空气混合 更充分，提高燃烧效率。
降低排放和噪音
提高燃油利用率和动力性 能
喷油器设计和控制策略是 关键
22
涡轮增压技术
01
02
03
04
利用废气驱动涡机功率
改善燃油经济性和排放 性能
涡轮增压器与发动机的 匹配和优化是重点
23
可变气门正时技术
根据发动机工况调整气门开闭时机 降低泵气损失，提高燃油经济性
分类
根据燃料种类和着火方式的不同， 内燃机可分为汽油机、柴油机和气 体燃料发动机等。
4
发展历程及现状
发展历程
内燃机的发展经历了外燃机向内燃机 的转变，以及多次技术革新和改进， 如燃油直喷技术、缸内直喷技术、涡 轮增压技术等。
现状
内燃机已成为现代交通运输、工业生产、 农业机械等领域的主要动力来源，同时 也在不断地进行技术升级和改进，以提 高效率、减少污染。
定期检查和更换火花塞和点火线圈，以确保 点火系统正常工作，提高燃烧效率。
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故障诊断与排除方法
发动机启动困难 检查点火系统、燃油系统和气缸压力，
找出启动困难的原因并进行修复。
发动机异响 检查气门间隙、曲轴轴承和连杆轴承 等部件，找出异响的原因并进行修复。
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目录(内燃机学)
第六章 内燃机的替代燃料 第一节 替代燃料概述 第二节 含氧燃料 第三节 合成油 第四节 气体替代燃料 第五节 替代燃料的生命周期分析
第七章 内燃机的燃料供给与调节 第一节 概述 第二节 柴油机燃料供给与调节系统 第三节 柴油机喷油泵结构参数的确定 第四节 柴油机喷油器的结构和参数 第五节 柴油机的异常喷射现象 第六节 柴油机的工况调节与调速器 第七节 柴油机燃料供给与调节系统 第八节 点燃式内燃机燃料供给系统 第九节 电控汽油喷射系统 第十节 气体燃料供给系统
第一章 概论 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 内燃机分类 第四机的工作指标 第一节 示功图与指示性能指标 第二节 有效性能指标 第三节 机械损失与机械效率 第四节 排放指标 第五节 提高内燃机动力性能与经济性能
第三章 内燃机的工作循环 第一节 内燃机的理论循环 第二节 内燃机的燃料及燃烧热化学 第三节 内燃机的实际循环 第四节 内燃机的热平衡 第五节 内燃机工作过程的热力学模型
第四章 内燃机的换气过程 第一节 四冲程内燃机的换气过程 第二节 四冲程内燃机的换气损失 第三节 提高内燃机充量系数的措施 第四节 内燃机的增压 第五节 二冲程内燃机的换气
第五章 内燃机混合气的形成 第一节 内燃机缸内的气体流动 第二节 点燃式内燃机的燃烧 第三节 点燃式内燃机的燃烧室 第四节 压燃式内燃机的燃烧 第五节 压燃式内燃机的燃烧室 第六节 均质充量压缩着火燃烧发动机
第八章 内燃机污染物的生成 第一节 概述 第二节 污染物的生成机理和影响因素 第三节 内燃机的排放控制 第四节 内燃机的排气后处理 第五节 排放法规 第六节 OBD技术简介
第九章 内燃机的使用特性与匹配 第一节 内燃机的工况 第二节 内燃机的负荷特性 第三节 内燃机的速度特性 第四节 内燃机的万有特性 第五节 内燃机的功率标定及大气校正 第六节 内燃机与工作机械的匹配
《内燃机学》第4版课后习题答案
《内燃机学》课后习题答案（第4版）第一章概论1-1.内燃机发明对工业进程的影响。
①内燃机的发明，既给传统的动力机械创造了新的动力源，又推动了一大批新兴工业产业（例如交通运输、发电、工程机械等）落地生根，在一定程度解放了生产力，促进了人类工业文明的发展。
②内燃机的发明，带动了包括石油炼制、钢铁、汽车等一大批上下游企业的产生与发展，给国民经济发展创造了新支柱，并推动很多国家走上了工业化道路。
1-2.内燃机燃料和润滑油对内燃机技术进步的影响。
①内燃机的燃料众多，常见的有汽油、柴油、煤油、气体燃料等，不同的燃料物理化学性质不同，对内燃机的要求也不同，根据内燃机的实际工作情况合理选择不同的燃料，不仅可以提高内燃机的动力性、经济性，降低排放，还能带动内燃机新型燃烧技术的发展与完善。
②内燃机内部的摩擦副众多，工作时的摩擦损失不仅会降低内燃机的机械效率，还会加剧零部件的摩擦，降低内燃机寿命。
采用润滑油对关键零部件进行润滑，对于提高内燃机效率、延长寿命极为重要。
1-3.内燃机引进技术消化和吸收存在的问题。
国外内燃机于1901年开始进入中国市场，随后中国的一些工厂开始借鉴仿制，经历了由单缸到双缸，由低速到高速的过程。
新中国成立后，我国通过自主研发、仿制和接受援建，成立了一大批内燃机骨干企业，内燃机工业初具规模。
20世纪60年代，我国的内燃机由仿制转为自主研制生产，由小批量生产转为大批量生产，功率大大提高，并逐渐在农业、发电、船舶等领域得以应用。
20世纪80年代后，内燃机行业进行了一系列调整和改革，技术水平有所提高，很多合资企业出现，新型内燃机的研制受到重视，并逐渐融入了世界内燃机工业体系。
1-4.车用内燃机发展技术分析。
内燃机作为一种热动力装置，发明之初人们更倾向于它的动力性能与热效率，前期的一系列改进与创新也主要围绕效率和动力性能展开，并逐渐对其他方面的性能进行优化。
经历了一个半世纪的发展，在燃烧理论的指导下，通过材料、机械加工、燃料、电控等技术的发展与完善，其动力性、经济性、耐久性等技术指标的强化程度不断提高，满足了绝大部分固定和移动用途的要求，取得了广泛的应用。
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生物柴油对重型发动机排放的影响
排 放 变 化 率
生物柴油的体积百分比
14
合成油
CTL（Coal-to-liquid） 合成方法：
直接液化 与 间接液化（F-T）
15
直接液化
450℃，20MPa
催化剂
分离
直接液化合成油的芳烃含量较高。
16
F—T反应
17
F-T合成油
① ② 直链饱和烃和分支异构饱和烃，烯烃含量较少，硫含量 极少，十六烷值高。 密度比柴油小，但低热值比柴油高，两者乘积之比为 0.96，因此在使用合成油时，燃油系统不必作更多的改 动。 合成油可以和普通柴油以任何比例互溶，成为混合油。
性 能
沸 点 （0.1Mpa，℃） 密度（kg/m3） 气化热（-20℃，kJ/kg） 自燃温度（℃） 十六烷值 空燃比 低热值（MJ/kg） 运动粘度（mm2/s）
二甲醚
-24.8 670 460 235 63 9.0 31.75 0.15
柴油
180 830 290 250 50 14.3 43.0 3.0
10
二甲醚燃料特性
1. 二甲醚的十六烷值比一般柴油高，自燃温度比一般柴油低，因此它 特别适合作为柴油的替代燃料使用，它滞燃期短，有利于减少NOx 排放和降低燃烧噪声。 二甲醚分子结构中没有C-C键，只有C-H和C-O键，此外它含氧 34.8%，因此在任何工况下均可实现无烟燃烧。 二甲醚蒸发潜热约为柴油的1.6倍,它有利于降低气缸内燃烧的最高 温度，使NOx排放下降。 二甲醚的沸点低，喷入气缸后可立即气化，因此二甲醚对喷油系统 的喷射压力要求不高。 二甲醚的热值低，密度小，燃料循环供给量较大。 二甲醚的润滑性差，需要重点考虑燃料系统润滑性问题。 二甲醚发动机可以通过EGR控制NOx排放，而不会造成PM排放的 增加。由DOC进行后处理，从而满足欧VI排放。
11
2. 3. 4. 5. 6. 7.
生物柴油 bio-diesel
12
生物柴油应用
燃料 柴油 B10 B20 B30 功率变化百分比 0 -0.26 -1.41 -2.74 油耗平均变化百分比 0 1.28 3.36 3.79
注：以柴油机的功率和油耗作为比较基准
① 浊点、凝点或冷滤点较高，低温流动性差。 ② 氧化安全性差，易产生胶质。 ③ 发动机容易形成积碳，导致磨损增加。
③
① 低温特性较差。 ② 润滑性较差。 ③ 对浸油弹性体有影响。
18
发动机燃用合成油与常规柴油时NOx和PM 排放的变化
绝大部分数据点都位于NOx 和PM同时降低的方框内; NOx 平均降低13%,PM平均降低26%。
19
气体替代燃料
Gaseous Alternative Fuel
天然气
液化石油气
第四节 内燃机的替代燃料
Alternative Fuel Overview
1
选择原则
资源是否丰富、稳定，最好能够再生； 生产工艺简单，投资不大，燃料成本低； 与现有内燃机技术体系和基础设施的兼 容； 生产过程对环境友好； 可显著改善内燃机的尾气排放； 对内燃机的动力性和经济性影响不大，能 有所改进更好。
8
二甲醚 Dimethyl ether, DME
5000
丙烷
4000
丁烷 பைடு நூலகம்甲醚
kPa 压力
3000 2000 1000 0 -100
-50
0
50 温度 ℃
100
150
200
9
二甲醚 Dimethyl ether, DME
700
600
Density /kgm-3
500 400 300 200 100 0 200 250 300 Temperature / K 350 400 450
2
分类
醇、醚、酯类等含氧燃料 合成油 气体燃料
3
选用燃料的重要参数
自燃温度、辛烷值、十六烷值、与汽油 或柴油的互溶性与稳定性； 低热值，化学计量空燃比； 燃料的粘度与润滑性； 与弹性密封材料的兼容性； 燃料本身及燃烧排放物的毒性； 燃料本身的生物降解性.
4
含氧燃料Oxygenated Fuel
氢气
20
醇类燃料 二甲醚 生物柴油
5
醇类燃料 Alcohols
醇类燃料：甲醇、乙醇和生物丁醇 燃料性能：小分子，高含氧，辛烷值高
适合点燃式应用
6
醇类燃料 Alcohols
内燃机应用：
① 汽油掺混； ② 单独作为点燃式发动机燃料 ③ 双燃料，如柴油引燃
7
二甲醚 Dimethyl ether, DME