发动机的历史与发展

发动机的历史发动机的历史与发展与发展BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY 内燃机基本结构、概念回顾内燃机基本结构、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：压缩比讲解内容讲解内容n一一 发动机的诞生发动机的诞生n二二 军用动力与近代史军用动力与近代史n三三 内燃机行业前途问题内燃机行业前途问题一一 发动机的诞生发动机的诞生惠更斯绘制的发动机设惠更斯绘制的发动机设计方案图（计方案图（1673年）年）n1. 第一台发动机第一台发动机 设计者惠更斯惠更斯：(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：耗水凡尔塞宫：耗水3000m3/天天 （来自塞那河） n火力内燃机火力内燃机n（1673设计 1685研制出来）一一 发动机的诞生发动机的诞生n需求是第一位的，技术推动是第二位的。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 第一台蒸汽机第一台蒸汽机n纽科门蒸汽机纽科门蒸汽机（1712英英国铁匠）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需求推动煤矿排水。煤矿排水。英国铁匠纽科门英国铁匠纽科门2 第一台蒸汽机第一台蒸汽机参数与指标参数与指标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。喷油率的形状，实现理想喷油规律。n实现实现多级喷射（在压缩上止点附近多级喷射（在压缩上止点附近，34ms内，精内，精确控制喷射确控制喷射5、6次；实现不同的目的）次；实现不同的目的）n众多微小精密对。众多微小精密对。（电控喷油器、泵、共轨腔调节装置）（电控喷油器、泵、共轨腔调节装置）Injection Rate- 60TDC+ 60 + 120 CA 柔性内燃机柔性内燃机 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 1. . 可变压缩比可变压缩比 2. 2. 可变进气系统可变进气系统 3. 3. 可变配气机构可变配气机构 4. 4. 可可变变进气涡流进气涡流 5. 5. 可可变供油变供油( (或喷油或喷油) )定时定时 6. 6. 可变增压系统可变增压系统 7. 7. 可调冷却、润滑系统可调冷却、润滑系统 综合管理系统综合管理系统结构结构柔性内燃机柔性内燃机性能性能弹性内燃机弹性内燃机综合综合智能内燃机智能内燃机难度：高速、准确、可调难度：高速、准确、可调宝马可变配气机构宝马可变配气机构问题问题3 3：内燃机内燃机还有创新的空间吗？还有创新的空间吗？（1 1）目前，内燃机还有许多问题没有解决或没能真）目前，内燃机还有许多问题没有解决或没能真正解决正解决, ,还远远没有达到人们对它的要求。例如：还远远没有达到人们对它的要求。例如：HCCIHCCI（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！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。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。题、可再生代用燃料问题，等。内燃机高、新技术内燃机高、新技术w新型动力新型动力n绝热内燃机绝热内燃机 绝热复合式内燃机绝热复合式内燃机n回热式内燃机回热式内燃机 自由活塞内燃机自由活塞内燃机n%63%38e内燃机高、新技术内燃机高、新技术w新概念燃烧方式新概念燃烧方式n均匀充量压缩燃烧均匀充量压缩燃烧HCCIn低温预混合燃烧低温预混合燃烧MKn预混压缩点火燃烧预混压缩点火燃烧PCI n当量燃烧当量燃烧n汽油机分层燃烧系统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直喷燃烧控制系统汽油机缸内滚流汽油机缸内滚流控制与分层燃烧控制与分层燃烧1.直喷均质燃烧直喷均质燃烧2. 3.直喷稀薄分层燃烧直喷稀薄分层燃烧4.直喷扩散燃烧直喷扩散燃烧内燃机高、新技术内燃机高、新技术石油重整汽油RFG重整柴油RFDLPG 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 RFGF-T50 RFDE10、E15、E20 RFG汽油汽油机、机、柴油柴油机、机、燃料燃料电池电池燃料燃料的来的来源源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。w燃料燃料内燃机高、新技术内燃机高、新技术w供油技术供油技术n电控单体泵电控单体泵n泵喷嘴泵喷嘴nPTPT供油系统供油系统 n高压供轨系统高压供轨系统nw特色循环特色循环n米勒循环米勒循环n阿特金森循环阿特金森循环n增压中冷循环增压中冷循环n康明斯公司康明斯公司内燃机高、新技术内燃机高、新技术w可变机构可变机构n电磁式气门驱动电磁式气门驱动n电液式气门驱动电液式气门驱动n可调工作循环可调工作循环n多气门技术多气门技术nSiemensSiemens可变进气机构可变进气机构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、新技术内燃机高、新技术w混合动力混合动力n电电- -内燃机内燃机n液压储能液压储能n飞轮电机飞轮电机n压缩空气动力压缩空气动力nw新材料应用新材料应用n陶瓷、陶瓷、钛合金钛合金n碳素纤维碳素纤维n纤维增强塑料纤维增强塑料n粉末冶金材料粉末冶金材料n复合材料复合材料n内燃机高、新技术内燃机高、新技术w主动控制主动控制n主动减振技术主动减振技术n主动降噪技术主动降噪技术nw增压技术增压技术n超高增压技术超高增压技术n顺序增压顺序增压n断缸技术断缸技术n可调增压技术可调增压技术nw后处理技术后处理技术n微粒捕捉器与再生微粒捕捉器与再生nNOX催化转换器催化转换器n快速响应的氧化催快速响应的氧化催化转换系统化转换系统n冷冷EGREGRn问题问题3 3：内燃机内燃机还有创新的空间吗？还有创新的空间吗？（续）（2 2）汽车是所有发达国家的支柱产业，投资力度大，（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。的原动力。 汽车、发动机行业能带动十几汽车、发动机行业能带动十几 几十行业（服务几十行业（服务、油、橡胶、玻璃、电器、油、橡胶、玻璃、电器、化工，、化工，）。 每增加每增加1 1个汽车工业工人，则增加个汽车工业工人，则增加710710位相关行位相关行业的就业业的就业1 1：710710 德国德国1/71/7的工人直接或间接为汽车服务；的工人直接或间接为汽车服务； 资金吞吐量非常大。资金吞吐量非常大。 问题问题4 4：国外内燃机水平高在哪里？：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；将术；不断吸收各行各业的新技术；将“小小”问题做精做深。问题做精做深。企业注重创新。企业注重创新。例：例： Nissan Nissan直列直列4 4缸汽油机采用了可变进气系统；缸汽油机采用了可变进气系统； Audi Audi的的V6V6汽油机的可变进气管结构；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；三菱发动机的高速、低速可切换凸轮； 丰田的进气涡流可调；丰田的进气涡流可调； 德国大众的德国大众的3 3升路波车（高压共轨等）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。普及。 真正的国产发动机几乎没有采用更新的技术。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。的利润回报。 法国标致法国标致