内燃机发展趋势-热工学课程论文

西南大学热工学论文本科课程论文题目内燃机发展趋势课程热工学专业机械制造及其自动化班级2012级1班学号姓名联系方式2014年12月6日西南大学热工学论文西南大学热工学论文1摘要内燃机的出现为汽车的发展提供了基础，汽车行业的繁荣促进了内燃机的改进和提高。文章通过内燃机的发展历程、内燃机现有研究情况，展望了未来内燃机制造技术、代用燃料在高经济性、低公害方面的发展方向。内燃机是近代工业文明发展的产物，以其简单、经济取代了蒸汽机，通过科学家的不断研究，内燃机已经成为现代交通运输工具的主要动力。内燃机也一直是重要的研究课题之一。关键词：内燃机；展望；发展；低公害西南大学热工学论文2目录摘要..........................................................................1第1章绪论.....................................................................31.1本论文的背景和意义.......................................................31.2本论文的主要内容.........................................................31.3本论文的结构安排.........................................................3第2章内燃机发展趋势.............................................................42.1降低油耗..................................................................42.1.1改进供油系统.......................................................42.1.2减改进进气系统.....................................................42.1.3实现油、气最佳混合.................................................42.1.4采用增压、中冷.....................................................42.1.5降低润滑油的消耗量..................................................42.1.6电控燃油喷射系统：..................................................42.2提高内燃机热效率..........................................................42.3在燃烧室内安装电热塞......................................................52.4柴油机微粒过滤器及再生....................................................52.5含氧燃油..................................................................62.6内燃机与电动机的混合动力..................................................62.7使用新型动力..............................................................72.8降噪声、隔噪声措施........................................................7结论..........................................................................8参考文献..........................................................................9西南大学热工学论文3第1章绪论1.1本论文的背景和意义距今100多年的时候，内燃机才刚刚发问世，如果站在现在的角度来看，那时候的内燃机存在着太多的弊端。可是，经过这100多年来的发展，内燃机已经被改造地越来越趋于完美。内燃机的出现促进了汽车的发展。汽车的大发展又带动了内燃机的飞速发展。回望100多年来内燃机发展的轨迹。其重要的技术标志与汽车的发展、人类的需要息息相关。20世纪70年代出现的石油危机使人们认识到自然资源的有限性与合理利用自然资源、促进国民经济可持续发展的迫切性，人们纷纷寻找代用燃料，降低油耗，从而出现了一系列节能措施：如降低车速与功率，减小汽车体积与质量，采用稀薄燃烧、高能点火等等。在这一时期，尽管汽车数量不断增加。但汽车的排放开始受到遏制，资源开始合理利用。在世纪之初的近2年～3年，我们可以看到高新技术正逐步地、广泛地使用在汽车上，它不但展示了当今汽车的技术状态，而且提示了未来汽车发展的趋势，也要求并带动内燃机向高经济性、低公害、资源再生利用的方向发展。发展的最终目的就是不断的解决现有的不足进而趋于完美而且，我们完全有理由相信他还有着很大的发展空间。内燃机在当今生产工具中的地位是无可替代的，如果把蒸汽机的发明认为是第一次动力革命,那么内燃机的问世当之无愧是第二次动力革命。因为它不仅是动力史上的一次大飞跃，而且其应用范围之广、数量之多也是当今任何一种别的动力机械无与伦比的。正如马克思所说，生产工具的发展必须适应生产力的发展。因此，在未来生产力高速发展的同时，内燃机的发展决不可掉队。1.2本论文的主要内容通过查阅书籍、论文，研究内燃机发展过程、存在的缺陷、改进措施。1.3本论文的结构安排首先分别介绍了汽油机和柴油机的发展史。然后对比国内外内燃机发展的先进技术、高端车型，从提高发动机动力性、降低排放、提高舒适性的角度分析内燃机依旧存在的缺点及改进措施。西南大学热工学论文4第2章内燃机发展趋势2.1降低油耗2.1.1改进供油系统A.改进燃油喷射参数：可利用延迟喷油定时、提高喷油速率、减少喷油嘴压力室容积、改进喷油器结构、适当增加喷油嘴喷孔的数目及减少孔径、缩短喷孔长度等参数的修改达到目的。B.采用高压喷油系统：提高喷油压力，改善燃油雾化、油气混合，缩短燃烧持续期以改善排放。C.采用泵—喷嘴结构：泵—喷嘴结构具有高的喷油压力和喷油能量，不易发生：次喷油和穴蚀，喷油持续期较短等，能提高燃油经济性，降低排放，特别是降低了HC、碳烟和微粒的排放。D.采用喷油始点可变的喷油泵。2.1.2减改进进气系统A.组织适当的进气涡流强度；B.改变气门重叠度；C.改善进气系统，改变进气状态；D.采用谐振进气系统；E.采用可变涡流进气系统；F.通过对进气系统的改进而达到降低油耗的目的。2.1.3实现油、气最佳混合借助高的喷油压力和细小的喷孔直径提供优质的雾化燃油，改善燃烧。2.1.4采用增压、中冷中、小功率柴油机，采用废气涡轮增压，在增压度较高时，采用中冷以降低NO排放。采用可变几何截面涡轮增压器可在全工况范围内改善柴油机性能。2.1.5降低润滑油的消耗量可达到进一步净化柴油机废气，降低油耗的目的。2.1.6电控燃油喷射系统：通过电子控制喷油量和喷油定时，使柴油机在任何工况下均能有最佳的喷油量、喷油定时和进气量，从而大大改善燃油的经济性，降低油耗。2.2提高内燃机热效率采用高效率的内燃机工作循环。如米勒(Miller)循环，高增压、中冷循环，内燃机与涡轮复合循环等。改进进气系统，减小进气阻力，采用低涡流的进气道。进气系与内燃机进行良好的动态匹配，充分利用进气的脉动或共振能量，使内燃机的转矩特性可在宽广的转速范围内有较大的提高(可提高10％)，进气管、进气采用CAD、CAM、CAT技术。3)采用多气门内燃机。小轿车内燃西南大学热工学论文5机从传统的二气门增加到3个、4个甚至5个气门，以弥补高速时气门时面值大幅下降(低10％～40％)的需要，气门正时也可随工况而自动调节。改进燃烧室及燃烧进程。改进燃烧室形状及结构参数，提高压缩比。在燃烧过程的研究手段上，采用可视化模拟实验，利用先进的激光技术和高速摄影。出现了三维流动与燃烧模型对燃烧过程进行仿真计算的各种大型软件。5)改进燃烧供给系。电控汽油机有将汽油喷在气道内发展到直接喷在燃烧室内(像柴油机那样)的倾向。柴油机则采用高喷射压力(配低空气涡流)的喷油系统，如共轨式、蓄压式、单体泵等。其最高喷射压力从目前的近100MPa提高到120MPa～150MPa。在提高喷射压力的同时，燃油的喷油正时和喷油速率也可实现控制与调节。有喷孔数进一步增加、喷孔直径进一步减小已达0．11mm～0．12mm的趋势。对喷孔的形状也在进行研究，从单一的圆形到其它形状，如长方形或夹气喷孔。另一方面，可改变喷射规律，如采用先少喷后多喷的型线凸轮，多次间隙喷射等方式。6)采用稀薄燃烧，高能点火。空燃比在20以上，点火能量在100MJ。120n1J以上。7)采用能量再生系统。如串接在内燃机和变速器之间的电动机——发电机和电容器等装置的能量再生系统。当汽车加速时，电流回流到电动机内帮助内燃机对汽车加速；汽车停止时，系统将内燃机关闭：汽车准备行驶时内燃机重新平衡地起动，由于内燃机不处于怠速运转，汽车具有最佳的经济性。8)降低运动机件的摩擦损失。降低内燃机与汽车质量。每降低汽车(包括内燃机)质量100Kg，汽车百公里油耗可减小O．6L～0．7L。2.3在燃烧室内安装电热塞在严寒时期发动机冷却时，电热塞为提升启动性能提供热能。同时，要求电热塞具有快速升温和持久保持高温状态的特性。目前正积极研究陶瓷加热器，在所述陶瓷加热器的尖端侧安放有限定在其中的加热元件，并且其在轴线方向伸长；圆柱型金属外壳，其具有轴孔，在所述轴孔中安放所述陶瓷加热器的后端部分，和在所述轴孔中直接或经另一部件保持所述陶瓷加热器；和中轴，其包括在其中限定的中轴后端部分和在其中限定的中轴尖端部分，所述陶瓷加热器以机械方式刚性接合到所述加热器连接部分，其中在所述中轴中形成应力缓和部分，其在所述加热器连接部分和所述中轴后端部分之间的区域上具有最小直径。对于金属电热塞预热时间1秒钟温度可达850摄氏度以上；后加热时间，发动机启动后，电热塞保持温度（850摄氏度）180秒钟时间以减少污染物；运行温度在大约1000摄氏度。而陶瓷电热塞5秒钟温度可达900摄氏度以上；发动机启动后，电热塞保持温度（900摄氏度）600秒钟时间以减少污染物；运行温度在大约1150摄氏度。2.4柴油机微粒过滤器及再生一种用于柴油机微粒过滤器的再生设备，该过滤器过滤从车辆柴油发动机中排出的废气中的微粒，该再生设备包括：状况检测传感器，用于检测柴油机微粒过滤器的状况；车速传感器，用于检测车辆速度，以及控制器，该控制器存储了一张图，该图定义柴油发动机预先确定的运行范围，在该范围内可再生过滤器。控制器被编程为将柴油发动机的运行点修改到预先确定的运行范围内的、并维持车辆速度的一个点。控制器还被编程为控制柴油发动机以在修改的运行点实现发动机转速；在修改的运行点基于维持的车辆速度和发动机转速设置自动变速器的目标速度比；以及将自动变速器的速度比控制到目标速度比。柴油车主动再生微粒过滤器系统，是由氧化型催化器（DOC）、微粒过滤器（DPF）、燃料喷射系统、添加剂注射系统、电子监视与控制系统（ECU）组成。系统通过DOC和DPF，捕获废气中的碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和微粒（PM），同时通过监控装置（ECU）对排气系统进行在线监视并进行再生。再生时自动向排气管喷入柴油燃料，燃料蒸汽在DOC中氧化放热使排气温度西南大