熱能與動力工程導論(已修改)

　

【正文】 內燃機部分 (張文孝 ) 2022年 10月 熱能與動力工程導論 熱能與動力工程所包含的領域 ? 蒸汽機、鍋爐、火車； ? 汽輪機與水力發電廠、 燃氣輪機 與熱力發電廠； ? 流體機械； ?內燃機； ? 汽車； ? 渦輪機（蒸汽透平）； ? 船舶輔助機械、船舶動力裝置； ? 船舶電氣設備與系統； ? 核反應堆、核電站； ? 制冷與空調； ?能源工程與新能源。 主要內容 ? 船舶柴油機簡介 ? 內燃機技術的誕生、發展與趨勢 ? 國內外內燃機主要企業 ? 國內內燃機主要研究機構 ? 內燃機技術專題 ? 燃氣輪機簡介 ? 論文寫作格式與要求 ? 新能源技術簡介 學習要求 ? 講授 4學時 ? 寫 2022字左右的論文一篇 (亦可選其它部分內容 )（ A4紙打印） ?船舶柴油機的最新發展技術綜述； ?現代轎車新技術綜述； ?汽車排放與環境； ?汽車節能與能源危機。 參考題目 內燃機技術的誕生、發展與趨勢 ?內燃機的誕生 ?內燃機技術發展的兩次飛躍 ?內燃機今后的發展趨勢 內燃機的誕生 ? 1860年， 萊諾依爾（ )首先發明了一種大氣壓力式內燃機，煤氣和空氣在活塞的上半個行程被吸入氣缸，然后被火花點燃；后半個行程為膨脹行程，燃燒的煤氣推動活塞下行膨脹做功。熱效率5%，最大功率 。 ? 1867年， 奧托 (Nicolaus )和浪琴(Eugen Langen)發明了更成功的大氣壓力式內燃機。熱效率達 11%。 內燃機的誕生 ? 1876年， 奧托又提出了一種四沖程循環的內燃機，使熱效率提高到 14%，而質量減少了近 70%。 ? 1890年， 英國的克拉克 (Dugald Clerk)、 羅伯遜(James Robson)和德國的卡爾 .奔馳 (Karl Benz)發明了二沖程內燃機。 ? 1892年， 德國工程師魯道夫 .狄塞爾 (Ludolf Diesel)提出了柴油機的專利，并在 5年后變成了現實。 ? 1957年， 由汪克爾發明了轉子發動機（賽車上用）。 ? 燃料的發展也促進了內燃機的一步步發展。 內燃機技術發展的兩次飛躍 ?50年代的增壓技術 ?70年代的電子與計算機技術 內燃機今后的發展趨勢 ? 能源工程 節能 ? 環境工程 改善排放 具體有如下發展方向 多氣門可變進氣系統 進氣道設計 電子控制燃油噴射技術 電控點火定時與爆燃控制 電控EGR技術 增壓技術 汽油機稀燃速燃技術 汽油機缸內噴射分層燃燒技術 代用燃料 排氣后處理技術 柴油機的直噴化 米勒循環發動機 陶瓷材料 CAD技術 混合電動汽車 燃燒室 內燃機今后的發展趨勢 ? 內燃機產業關鍵技術分析 [內燃機工程 1999年第 2期 ] ? 上海內燃機研究所翁祖亮對 “十五 ”規劃期間我國應優先發展的 9類內燃機關鍵技術進行了分析，并提出了各類技術應研究的主要內容及目標建議。 ? 1. 內燃機現代設計技術 借助計算機分析設計方法設內燃機設計優化，借助軟、硬件支撐使設計工作更快、更準確。設計文件通過計算機網絡使各項計算分析工作和各種零部件設計平行進行，從而縮短設計過程。還可以利用各種快速成型技術，直接由計算機輔助設計 (CAD)制成零件樣品和加工工具。現代設計技術的應用使研制階段所需進行的修改工作大大減少。 (1) 計算機輔助設計 (CAD) (2) 快速成型技術 (3) 有限元分析 (4) 可靠性分析 (5) 發動機循環模擬 (6) 計算流體動力學 (CFD) (7) 磨損預測 (8) 軸承軌跡分析 (9) 運動學和動力學分析 內燃機今后的發展趨勢 ? 2. 車用柴油機廢氣凈化技術 柴油機是經濟性最好的熱能動力機械，廣泛用于國民經濟的各個領域。但是在柴油機氣缸內燃燒所產生的 HC、 CO、 NOx和顆粒物 PM等有害排放物，已成為城市大氣的主要污染源。通過采用機內和機外凈化技術措施，使車用柴油機有害廢氣排放減少到國家排放法規要求的水平。 ? 國外現在控制柴油機有害排放物的重要技術 (1) 降低 NOx的技術 (2) 減少 HC排放的技術 (3) 減少 PM排放的技術 (4) 達到極低排放值時需采取的措施 (5) 機外凈化措施 ? 主要研究內容及目標 (1) 柴油機排放生成機理和控制技術的研究 (2) 高壓噴射技術的研究 (3) 高速直噴燃燒技術的研究 (4) 渦輪增壓和中冷技術的研究 (5) 電控技術的研究 (6) 多氣門、頂置凸輪配氣系統的研究 (7) 低硫分柴油的開發 (8) 機外凈化措施的研究 目標是在 2022年使我國車用柴油機達到歐洲 I號排放法規的要求；在 2022年達到歐 II排放法規的要求 。 內燃機今后的發展趨勢 ? 3. 車用發動機增壓技術 渦輪增壓技術是通過渦輪增壓器提高進氣密度可以全面改善發動機的動力性、經濟性以及排放指標等綜合性能，給內燃機發展注入強勁動力。被譽為內燃機發展史上的一個里程碑。 ? 4. 氣體燃料內燃機技術 ? 5. 車用柴油機電控技術 ? 6. 柴油機共軌式噴油技術 ? 7. 多氣門和頂置凸輪軸技術 ? 8. 內燃機噪聲控制技術 ? 9. 汽油噴射技術 內燃機今后的發展趨勢 ? 國際汽車界看好中國內燃機市場 姜微 20220510 09:11:45 美國福特汽車公司專家吉姆 克拉克在今天開幕的中國國際內燃機及制造技術研討暨展覽會上說：“中國汽車工業巨大的市場潛力，將極大地拉動內燃機產業的發展，并將加速提高中國汽車工業和內燃機制造業的技術水平。” 現任福特公司研究實驗室動力工程部主任的克拉克認為，隨著中國汽車需求的持續增長，中國的內燃機工業面臨著前所未有的發展機遇。 據悉，美國等發達國家已決定自二００四年起實施新的尾氣排放標準，重新劃定轎車、輕型卡車、重型貨車和柴油發動機汽車等的尾氣排放限額。屆時轎車的排放將比現有標準再降低百分之七十。目前，各汽車廠商除了尋找新的可替代能源外，更多地把突破的重點放在發動機性能的改善上。 研討會上，來自德國大眾、沃爾沃、博世等著名汽車及零部件企業的專家分別作了世界內燃機發展趨勢對中國汽車工業的影響、未來十年的內燃機先進技術、現代柴油噴射技術等專題報告。專家一致認為，中國內燃機工業有望與汽車行業同步實現發展和提高。 內燃機今后的發展趨勢 ? 過去一年中，中國汽車用柴油機、汽油機增勢明顯，內燃機總產量達一百八十一點五萬臺，銷售為一百零一點二六萬臺，均達到了兩位數以上的增幅。 專家預測，今年中國汽車市場總需求將達到 二百三十七萬輛左右，中國內燃機市場的需求也將呈現較大的增長。 美國西南研究院發動機部總監羅赫特 費歇說，中國政府對環保的要求及新排放標準的實施，新能源的不斷開發和應用，將對中國內燃機工業實施“綠色動力”的目標產生深遠影響。這使中國汽車工業中的發動機市場，日益成為全球汽車制造商關注的焦點。福特、德國大眾、上汽、一汽等百余家汽車企業的組團參展并洽談，顯示了這些企業對汽車動力及其技術性能的關注，以及對中國汽車市場的信心。 內燃機今后的發展趨勢 ? 10年內，汽車動力將發生新的技術革命中國汽車工程學會名譽理事長張興業訪談錄 當前，我們正處在一個創新的時代，以電子和信息技術為核心的汽車工業技術革新、技術發明層出不窮。日前，張興業理事長在中國汽車工程學會舉辦的汽車技術年會上指出，預計在 21世紀第一個十年內，世界汽車業的科技進步將由量變到質變，發生新的技術革命。那時，人們看到的技術創新將比過去 100年還要多。 內燃機今后的發展趨勢 ? 節能和環保推動汽車技術創新 目前，世界各國都把節約燃料和降低排放作為研究的重點并取得令世人注目的成績。德國將在 2022年生產百公里油耗僅 1升的經濟型轎車。屆時，歐洲將執行歐 IV標準， HC、NOx、 PM是現行的 1/5；美國將執行 Tier2標準，達到 ULEV， 加州從 2022年起，提高零排放和接近零排放標準車的比重。因此可以預言，未來的 10年中，現代小型直噴柴油機、混合動力驅動系統、氫燃料電池和復合火花點火汽油機將成為世界汽車技術研究的主要對象。 內燃機今后的發展趨勢 ? 計算機控制技術的創新將引起汽車結構的重大變化 張興業在談到未來世界汽車工業的技術革命時指出，快速作用的、以傳感器為基礎的計算機控制的發動機、變速箱、制動及轉向，將引起汽車結構的重大變化。 他說， SiemensVDO汽車公司提供給 “ 寶馬 ” 的電子氣門機構，能夠連續改變進氣門升程，從 ， 可以分別適應怠速、減速和全負荷運轉等各種工況。特別在低速時消除節氣門，可降低泵氣損失，增加發動機的效率。 VDO供應的電子氣門控制器與 40MHz、 32bit發動機的主計算機形成網絡，可以在 ，以及一系列的發動機控制系統。并且還與其他控制系統連接在一起，形成總線（ CAN） 控制。這種線控制系統已開始在生產中采用，并實現了制動的智能化。 國外內燃機主要企業 ? 寶馬 歐寶 福特 大眾 現代 本田 凌志 奧迪 ? 尼桑 林肯 馬自達 保時捷 通用 克萊斯勒 ? 勞斯萊斯 藍波基尼 古典野馬 ? 底特律柴油機公司 康明斯發動機 卡特批勒 ? 泰勒達因 大陸發動機公司 日本電裝公司 ? 日本 KKK 京都陶瓷 英國 Lucas 德國 MTU ? 德國曼海母 德國 Deutz 瑞典蘇爾壽 ? 英國羅爾斯 羅依斯發動機公司 日本三菱公司 ? 法國 Uni 國內內燃機主要企業 1 山東渤海活塞集團 專業生產活塞，內燃機曲軸，活塞專用機床等。 無錫威孚股份有限公司 主要生產內燃機燃油噴射系統產品，共 5大類， 23個系列、400多個品種規格。 天津夏利內燃機制造分公司 主要生產 “ 天內牌 ” 系列微型發動機。 山東萊動內燃機有限公司 主要生產各種型號的內燃機 。 上海柴油機股份有限公司 系制造 13 D11 C121等系列中等功率高速柴油機的國有特大型企業。 中國廣西柳發股份有限公司 生產各種內燃機。 山東淄博柴油機廠 生產 300、 L250、 6210Z、 Z6170系列船用柴油機。 昆明云內動力股份有限公司 主要產品為 100、 102系列柴油機，是 13噸級農用車、輕型車的理想配套動力。 揚動股份有限公司 生產單缸、多缸柴油機。 國內內燃機主要企業 2 江蘇江動集團有限公司 江蘇鹽城，生產中、小功率柴油機。 東風汽車公司柴油發動機廠 東風康明斯系列柴油機等產品。 常柴集團有限公司 生產柴油機，以及拖拉機、園藝機、聯合收割機等系列農用機械。 大連船用柴油機廠 生產大型船舶柴油機。 四川省峨眉柴油機股份有限公司 專門研制和生產單缸柴油機的大型專業企業。 儀征雙環活塞環有限公司 汽車配件發動機配件柴油機配件機械活塞環。 武進柴油機廠 產品有類五菱牌柴油機。 寧波中策動力機電集團 生產各種型號的柴油機和柴油發電機組、聯合收割機、烘谷機、塑料加工機械。 大連柴油機股份有限公司 為一汽生產配套柴油機。 內燃機