汽车发动机PPT课件

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1、从内燃机草图从内燃机草图蒸汽机发明蒸汽机发明汽车的发展汽车的发展内燃机内燃机一、内燃机概念的形成一、内燃机概念的形成赫更斯的草图赫更斯的草图 产生于产生于1673年，赫更斯在凡尔赛宫用水过程中借助动力来代替体力劳动过程中年，赫更斯在凡尔赛宫用水过程中借助动力来代替体力劳动过程中的构想。的构想。 第一章第一章 绪论绪论 内燃机的发展史内燃机的发展史凡尔赛宫塞纳河赫更斯赫更斯：荷兰物理学家：荷兰物理学家负责庭院里的树木浇水负责庭院里的树木浇水和喷水池的喷水和喷水池的喷水从塞纳河提水。从塞纳河提水。第1页/共27页1509年，意大利人雷欧那德年，意大利人雷欧那德.达芬奇绘出类似达芬奇绘出类似的火药发

2、动机草图，但没有试制。的火药发动机草图，但没有试制。赫更斯的内燃机草图赫更斯的内燃机草图:自方案问世后，经自方案问世后，经12年后的年后的1685年，用年，用14台直径台直径12m的水车完成，并满足凡尔赛宫一天的水车完成，并满足凡尔赛宫一天3000m3的的用水要求。用水要求。第2页/共27页当时科学背景：当时科学背景： 十六世纪末和十七世纪初的三大实验：十六世纪末和十七世纪初的三大实验： 英国包尔塔的英国包尔塔的蒸汽压力蒸汽压力实验；实验； 托里拆利和巴斯噶的托里拆利和巴斯噶的大气压力大气压力实验；实验； 那末格里凯的那末格里凯的真空作用真空作用实验。实验。三大实验的作用：三大实验的作用： 人

3、们开始认识蒸汽、大气和真空的相互作用。人们开始认识蒸汽、大气和真空的相互作用。 这些重大的实验成果为这些重大的实验成果为早期蒸汽早期蒸汽动力技术的开发奠定了牢固的动力技术的开发奠定了牢固的科学科学实验实验基础基础。第3页/共27页第一次技术创新：法国物理学家工程师巴本（第一次技术创新：法国物理学家工程师巴本（Denis Papin 1647-1712），最先应），最先应用蒸汽动力技术。用蒸汽动力技术。 从火药发动机演变到蒸汽机从火药发动机演变到蒸汽机; 将当时欧洲炼铁场广泛使用的活塞式风箱将当时欧洲炼铁场广泛使用的活塞式风箱将将箱变为汽缸；把风箱中的活塞变箱变为汽缸；把风箱中的活塞变为汽缸中的

4、活塞。为汽缸中的活塞。二、蒸汽机发明二、蒸汽机发明三次技术革新三次技术革新实验：先将汽缸底部注入少量水，加热。当汽缸内的水沸腾后，蒸汽推动活塞实验：先将汽缸底部注入少量水，加热。当汽缸内的水沸腾后，蒸汽推动活塞慢慢上升；然后，从汽缸底部抽掉火，汽缸内蒸汽慢慢冷凝慢慢上升；然后，从汽缸底部抽掉火，汽缸内蒸汽慢慢冷凝汽缸内产生真空，汽缸内产生真空，在大气压力推动下，活塞慢慢下降。在大气压力推动下，活塞慢慢下降。第4页/共27页结论：结论： 利用蒸汽压力、大气压力、真空的相互作用，可以推动汽缸内活塞作往返直利用蒸汽压力、大气压力、真空的相互作用，可以推动汽缸内活塞作往返直线运动。线运动。 这种运动所

5、产生的机械动力可以带动其他机械运动。这种运动所产生的机械动力可以带动其他机械运动。 发明带有活塞的蒸汽泵后，考虑到蒸汽压力大可能会使汽缸爆炸，于发明带有活塞的蒸汽泵后，考虑到蒸汽压力大可能会使汽缸爆炸，于1680年发明了安全阀。年发明了安全阀。第一台可以把热能转变为机械能的实验型蒸汽泵，于第一台可以把热能转变为机械能的实验型蒸汽泵，于1680年在英国试验成功。年在英国试验成功。第5页/共27页 第二次技术突破：第二次技术突破：英国机械工程师英国机械工程师赛维利赛维利（T.Savery 1650-1715）。）。 设计依据：基于包尔塔的蒸汽力原理，其蒸汽泵主要由汽缸与锅炉组成。设计依据：基于包尔

6、塔的蒸汽力原理，其蒸汽泵主要由汽缸与锅炉组成。特点：汽缸中未采用活塞，只是在其中接有吸水管、排水管和进汽管。特点：汽缸中未采用活塞，只是在其中接有吸水管、排水管和进汽管。与与巴本汽缸不同点巴本汽缸不同点原理：原理：蒸汽蒸汽从锅炉经汽管进入汽缸后被从锅炉经汽管进入汽缸后被冷却冷却时所造成的时所造成的真空真空把矿井中的水从把矿井中的水从吸水吸水管中吸进来管中吸进来再将再将蒸汽蒸汽注入汽缸，由进入汽缸的蒸汽注入汽缸，由进入汽缸的蒸汽压力压力把水从排水管把水从排水管中中排出排出。第6页/共27页第三次技术革新：托马斯第三次技术革新：托马斯纽可门（纽可门（Thomas Newcomen）针对赛维利蒸汽泵

7、两大）针对赛维利蒸汽泵两大缺点改进缺点改进: 缺点一：热效率太低。缺点一：热效率太低。 改进措施：冷却水不直接进入汽缸，而是通过一个细小龙头向汽缸内喷水冷却。改进措施：冷却水不直接进入汽缸，而是通过一个细小龙头向汽缸内喷水冷却。 缺点二：只是一种抽水泵，不输出动力。缺点二：只是一种抽水泵，不输出动力。 改进措施：引入活塞装置。靠蒸汽压力、大气压力和真空度的相互作用推动活改进措施：引入活塞装置。靠蒸汽压力、大气压力和真空度的相互作用推动活塞作往复式机械运动塞作往复式机械运动对外输出功对外输出功蒸汽机。蒸汽机。 1712年纽可门蒸汽机问世。年纽可门蒸汽机问世。第7页/共27页纽可门蒸汽机原型：纽可

8、门蒸汽机原型： 将气缸和活塞置于锅上部；将气缸和活塞置于锅上部； 加热锅产生的蒸汽导入汽缸，推动活塞上升；加热锅产生的蒸汽导入汽缸，推动活塞上升； 向气缸喷水，关闭阀门，缸内蒸汽被冷却变成向气缸喷水，关闭阀门，缸内蒸汽被冷却变成水，产生真空，活塞下降，抽水泵抽水。水，产生真空，活塞下降，抽水泵抽水。第8页/共27页三、蒸汽革命三、蒸汽革命蒸汽汽车时代蒸汽汽车时代詹姆斯詹姆斯瓦特：瓦特： 瓦特掌管格拉斯哥大学实验教具的机械员。瓦特掌管格拉斯哥大学实验教具的机械员。 1764年受命格拉斯哥大学教学用纽可门年受命格拉斯哥大学教学用纽可门发动机的修理工作。发动机的修理工作。在修理纽可门蒸汽机中，发现其

9、两大缺点：在修理纽可门蒸汽机中，发现其两大缺点： 燃料消耗量大而效率低燃料消耗量大而效率低只能作往复直线运动。只能作往复直线运动。 因此，除了用于矿井抽水之外，无其他用途，浪费蒸气达八成以上。因此，除了用于矿井抽水之外，无其他用途，浪费蒸气达八成以上。故障诊断故障诊断第9页/共27页第一个专利：第一个专利：启蒙：启蒙：1765年的春天，针对纽可门蒸汽机年的春天，针对纽可门蒸汽机热效率低的原因热效率低的原因是蒸汽在缸内冷凝造成是蒸汽在缸内冷凝造成的的能否让蒸汽在缸外冷凝能否让蒸汽在缸外冷凝产生采用分离冷凝器的初步设想。产生采用分离冷凝器的初步设想。解决措施：利用蒸汽具有解决措施：利用蒸汽具有“弹

10、性弹性” 特点，把汽缸和另一个容器相连接，让蒸汽特点，把汽缸和另一个容器相连接，让蒸汽接入其中，就不需要一再冷却汽缸，而浪费许多热量。接入其中，就不需要一再冷却汽缸，而浪费许多热量。同年设计一个与汽缸分离的冷凝器，并在汽缸外面加绝热套同年设计一个与汽缸分离的冷凝器，并在汽缸外面加绝热套汽缸保持在高温汽缸保持在高温工作状态。工作状态。第10页/共27页其特点：冷凝器与汽缸间用一个其特点：冷凝器与汽缸间用一个调节阀调节阀相连相连 二者二者既能连通又能分开。既能连通又能分开。 这样，把做功后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使缸内产生真空，避免这样，把做功后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使缸内产生真

11、空，避免汽缸在一冷一热过程中热量损耗。汽缸在一冷一热过程中热量损耗。p从从1766年年1769年受他人赞助制出第一台样机。同年，瓦特因发明冷凝器而年受他人赞助制出第一台样机。同年，瓦特因发明冷凝器而获得在革新纽可门蒸汽机过程中的第一项专利。获得在革新纽可门蒸汽机过程中的第一项专利。第11页/共27页带冷凝器的蒸汽机虽试制成功，但相对纽可门蒸汽机，除了热效率显著提高外，带冷凝器的蒸汽机虽试制成功，但相对纽可门蒸汽机，除了热效率显著提高外，还是无法作为真正的动力机械。还是无法作为真正的动力机械。致命缺陷：活塞只能作往复直线运动。致命缺陷：活塞只能作往复直线运动。第一个专利的问题第一个专利的问题17

12、81年，在参加圆月学社活动过程中，受到天王星以及由此引出的行星绕日圆周年，在参加圆月学社活动过程中，受到天王星以及由此引出的行星绕日圆周运动，或钟表中齿轮的圆周运动的启发运动，或钟表中齿轮的圆周运动的启发想到把活塞往复直线运动变为旋转运动就可以使动力传给任何工想到把活塞往复直线运动变为旋转运动就可以使动力传给任何工作机械。作机械。第12页/共27页同年，研制出一套同年，研制出一套“太阳和行星太阳和行星”齿轮联动装置；齿轮联动装置； 活塞的直线运动转变为齿轮的旋转运动；活塞的直线运动转变为齿轮的旋转运动； 为使轮轴圆周运动更加均匀，安装一个飞轮。为使轮轴圆周运动更加均匀，安装一个飞轮。p这一机构

13、的重大革新，瓦特蒸汽机才真正成为动力机械。这一机构的重大革新，瓦特蒸汽机才真正成为动力机械。p1781年底，以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。年底，以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。p直线运动直线运动旋转运动旋转运动第13页/共27页方案措施：让蒸汽从两端进入和排出，就可以让蒸汽即能推动活塞向上运动又能推方案措施：让蒸汽从两端进入和排出，就可以让蒸汽即能推动活塞向上运动又能推动活塞向下运动动活塞向下运动 效率就可以提高一倍。效率就可以提高一倍。第三项专利：第三项专利：针对蒸汽机效率不高的原因：蒸汽单项运动；针对蒸汽机效率不高的原因：蒸汽单项运动；即从一端进入、另

14、一端出来。即从一端进入、另一端出来。p1782年，试制出一种带有双向装置的新汽缸年，试制出一种带有双向装置的新汽缸p获得第三项专利。获得第三项专利。第14页/共27页 1784年以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的高压蒸汽机综合组装，取得第四年以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的高压蒸汽机综合组装，取得第四项专利；项专利； 1788年，又发明离心调速器和节气阀；年，又发明离心调速器和节气阀； 1790年，发明汽缸示功器。年，发明汽缸示功器。 至此完成了蒸汽机发明的全过程至此完成了蒸汽机发明的全过程蒸汽动力装置蒸汽动力装置。在改进纽可门蒸汽机过程中的三次飞跃在改进纽可门蒸汽机过程中的三次飞跃三个

15、专利，首次把引入汽缸的蒸汽由低三个专利，首次把引入汽缸的蒸汽由低压变为高压压变为高压纽可门蒸汽机纽可门蒸汽机瓦特蒸汽动力装置。瓦特蒸汽动力装置。迎来蒸汽革命迎来蒸汽革命第15页/共27页四、奥托循环四、奥托循环瓦特蒸汽机存在的问题：瓦特蒸汽机存在的问题： 蒸汽机体积庞大，热效率低。蒸汽机体积庞大，热效率低。要克服这一缺点，必须解决锅炉与汽缸分离的要克服这一缺点，必须解决锅炉与汽缸分离的问题问题使锅炉与汽缸合二为一。使锅炉与汽缸合二为一。前期探索工作：如前期探索工作：如利用燃烧烟气冷却后产生的真空来抽水；利用燃烧烟气冷却后产生的真空来抽水；利用火药在汽缸内爆炸时产生的压力来驱动活塞；利用火药在汽

16、缸内爆炸时产生的压力来驱动活塞；用氢气和空气的混合燃料来推动活塞。用氢气和空气的混合燃料来推动活塞。 根源根源途径途径第16页/共27页对前人的研究成果进行深入分析后，找到问题的对前人的研究成果进行深入分析后，找到问题的症结：设计方案缺少提高效率的有效途径。症结：设计方案缺少提高效率的有效途径。法国科学家德罗夏，立志要法国科学家德罗夏，立志要“站在瓦特肩膀上站在瓦特肩膀上”，解决这些问题。，解决这些问题。他认为高效率内燃机，必须具备两个必要条件：他认为高效率内燃机，必须具备两个必要条件： 第一，点火前要高压第一，点火前要高压压缩过程；压缩过程； 第二，燃料必须迅速膨胀，达到最大膨胀比。第二，燃

17、料必须迅速膨胀，达到最大膨胀比。实现的具体方案：把活塞运动分成实现的具体方案：把活塞运动分成4个冲程，即个冲程，即 进气进气压缩压缩点火燃烧膨胀做功点火燃烧膨胀做功排气。排气。四冲程理论的建立：四冲程理论的建立：第17页/共27页德国商人奥托一直关注内燃机研制情况。德国商人奥托一直关注内燃机研制情况。从蒸汽机的广泛应用中，从蒸汽机的广泛应用中，看到内燃机的发展前途；看到内燃机的发展前途；从德罗夏的理论设计中看到希望。从德罗夏的理论设计中看到希望。p奥托对德罗夏方案，反复研读，深刻领会其设计思想；并全心投入内燃机奥托对德罗夏方案，反复研读，深刻领会其设计思想；并全心投入内燃机的研制工作。的研制工

18、作。 他虽建立四冲程理论，但未能制造出他虽建立四冲程理论，但未能制造出! 第18页/共27页 奥托的实验：奥托的实验：目的目的在发动机气缸里实现烟囱冒烟现象。在发动机气缸里实现烟囱冒烟现象。手段手段用透明气缸和手动活塞以及侧式进排气管模型，用透明气缸和手动活塞以及侧式进排气管模型，将香烟的烟放入进气阀反复观察将香烟的烟放入进气阀反复观察结果：研究出空气与煤气的添加混结果：研究出空气与煤气的添加混 合方法合方法巧合？本田稀燃技术巧合？本田稀燃技术 1983第19页/共27页 同时，同时，1858年法国人里诺发明了燃气机：年法国人里诺发明了燃气机： 用煤气和空气的混合气取代蒸汽机的蒸汽；用煤气和空

19、气的混合气取代蒸汽机的蒸汽； 用电池和感应线圈产生电火花用电池和感应线圈产生电火花点燃混合气。点燃混合气。 此煤气机此煤气机: 有气缸、活塞、连杆、飞轮等。是内燃机的初级产品，但压缩比为零。有气缸、活塞、连杆、飞轮等。是内燃机的初级产品，但压缩比为零。 奥托受里诺煤气机启发，认为如果用液体燃料，其用途将更为拓宽，为此设计了奥托受里诺煤气机启发，认为如果用液体燃料，其用途将更为拓宽，为此设计了汽化器。汽化器。 1862年年2月，奥托制造出一台四冲程样机。月，奥托制造出一台四冲程样机。 1863年获得专利，并建立年获得专利，并建立“奥托公司奥托公司”。第20页/共27页 1876年，又设计出一种改

20、进型点火系统，同年年，又设计出一种改进型点火系统，同年5月研制出第一台四冲程内燃机，月研制出第一台四冲程内燃机，翌年获得专利权翌年获得专利权实现四冲程理论实现四冲程理论奥托循环。奥托循环。 此后，英国科学家对奥托四冲程内燃机进行改进此后，英国科学家对奥托四冲程内燃机进行改进在一台内燃机中加上一个气在一台内燃机中加上一个气缸缸多缸机；多缸机； 从而使输出的动力更均匀。从而使输出的动力更均匀。第21页/共27页 1882年年戴姆勒戴姆勒离开奥托公司离开奥托公司 目的：把奥托发动机应用到交通工具上。目的：把奥托发动机应用到交通工具上。 1883年，发明点火系统，在奥托四冲程年，发明点火系统，在奥托四

21、冲程煤气机的基础上，研制出一台小型单缸煤气机的基础上，研制出一台小型单缸汽油机汽油机转速达转速达700900r/min；功率功率1.1马力，空气冷却马力，空气冷却 奥托发动机最大转速奥托发动机最大转速180200r/min。 1885年，将这台小汽油机装在一辆年，将这台小汽油机装在一辆自行车上，自行车上，制造出第一台摩托车。制造出第一台摩托车。五、汽油机汽车问世五、汽油机汽车问世 第22页/共27页 1886年将小汽油机和转向器装在一辆四轮车上。年将小汽油机和转向器装在一辆四轮车上。 该车气缸总排量为该车气缸总排量为469cm3，时速达到了，时速达到了16公里。公里。 这辆车的性能：这辆车的性

22、能： 有风扇冷却；有风扇冷却； 内燃机下垫着减振橡胶块；内燃机下垫着减振橡胶块； 还有发动机预热系统。还有发动机预热系统。 成为第一辆实用汽车之一。成为第一辆实用汽车之一。 从此用小汽油机驱动车从此用小汽油机驱动车“马车的机械化马车的机械化”。 第23页/共27页 1885年，本茨购买了奥托内燃机的专利，把一个四冲程内燃机装在一辆不太稳年，本茨购买了奥托内燃机的专利，把一个四冲程内燃机装在一辆不太稳固的三轮车上，开创现代汽车史。固的三轮车上，开创现代汽车史。 后又将一台功率后又将一台功率0.8马力，单缸马力，单缸2冲程小内燃机装在一辆三轮车上，时速达到冲程小内燃机装在一辆三轮车上，时速达到15

23、公里。公里。 第24页/共27页亨利亨利福特：美国发明家和农民企业家福特：美国发明家和农民企业家 1892年由杜里埃兄弟研制出第一辆汽车美国年由杜里埃兄弟研制出第一辆汽车美国 1896年福特制造出第一台汽车。年福特制造出第一台汽车。 1903年创立福特汽车公司，生产年创立福特汽车公司，生产A型车；型车； 1908年推出举世闻名的年推出举世闻名的T型车，其特点：型车，其特点： 设计精良、坚固耐用，设计精良、坚固耐用， 维修简便；维修简便； 1910年创造生产流水线，年创造生产流水线， “世界生产方式历史性变革世界生产方式历史性变革”，使汽车大众化。，使汽车大众化。 六、福特六、福特汽车工业时代汽

24、车工业时代第25页/共27页 汽车工业史上的三次变革汽车工业史上的三次变革 1914年美国福特汽车公司的汽车装配流水线带来了汽车年美国福特汽车公司的汽车装配流水线带来了汽车工业史上的第一次变革。工业史上的第一次变革。 第二次变革发生在第二次变革发生在20世纪世纪50年代。拆除当时欧洲内部的年代。拆除当时欧洲内部的关税壁垒，使欧洲市场空前繁荣，有力地推动了汽车制造关税壁垒，使欧洲市场空前繁荣，有力地推动了汽车制造工业的发展。工业的发展。20世纪世纪60年代末，日本汽车工业创奇迹，生产物美价廉年代末，日本汽车工业创奇迹，生产物美价廉汽车，使得世界汽车工业发生第三次变革。汽车，使得世界汽车工业发生第三次变革。亨利亨利.福特与其儿子坐在他的福特与其儿子坐在他的T型畅销车内。型畅销车内。 当时车价比较：当时车价比较： 欧尔德斯摩拜尔欧尔德斯摩拜尔1901牌：牌：650美元美元 凯蒂莱克凯蒂莱克 1903牌：牌：750美元；美元； 最初最初T型牌：型牌：875美元。美元。第26页/共27页感谢您的观看。第27页/共27页