《工程概论》
内燃机功能剖析
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1、内燃机概述
1.1 内燃机的发展概况
◆内燃机的先驱
1794年，英国的斯垂特首次提出燃料与空气混合成可燃混合气的原理。
1801年，法国化学家菲利浦·勒本采用煤干馏得到的煤气和氢气做燃料，制成一台活塞发动机，从此内燃机迈出开拓性的一步。
1824年，法国的萨迪?卡诺提出了热机的循环理论。
1860年，法国技师雷诺尔研制了第一台二冲程实用化煤气机，从此开始了内燃机商品化生产。
1862年，法国铁路工程师罗彻斯，发表了等容燃烧的四冲程发动机理论，即进气、压缩、做功、排气，并指出压缩混合气是提高热效率的重要措施。
1862年1月16日他的发明获得法国专利，他并没有造出实物来说明他的理论。
◆奥托内燃机
德国工程师尼古拉斯·奥托，22岁时弃商，开始从事煤气发动机的试验工作。
1866年，奥托研制出具有划时代意义的立式活塞式四冲程奥托内燃机。翌年，此物荣获巴黎博览会金质奖章。
1876年，奥托对四冲程内燃机又作了改进，试制出第一台实用活塞式四冲程内燃机。1877年8月4日取得专利，并成批投入生产。
奥托还提出了内燃机的工作原理，即“奥托循环”，他利用活塞的四个冲程，把进气、压缩、做功及排气融为一体，使内燃机的结构紧凑和简化，从而推动了小型内燃机的实用化。奥托创建的内燃机工作原理，一直在现代汽车发动机上沿用至今。
不过，奥托的内燃机以煤气为燃料，体积较大，重量约1t，还不能用在汽车上。
◆戴姆勒的小型内燃机
戴姆勒长期担任奥托创建的道依茨发动机公司技术工作。戴姆勒对汽油机更感兴趣，并认为奥托内燃机虽质量大、转速低，但只要稍加改进就可装在汽车上使用。奥托看到煤气机销路好，并认为内燃机在汽车上应用没有前途，不同意戴姆勒对他的内燃机进行改进。
1883年8月15日，戴姆勒和迈巴赫在奥托四冲程发动机的基础上，通过改进开发出了第一台卧式汽油机。
他们再接再厉，把发动机的体积尽可能缩小，终于制成了世界上第一台轻便小巧的化油器式、电点火的小型汽油机，转速达到了当时创记录的750r/min。
这也是世界上第一台立式发动机，取名为“立钟”。他们在1885年4月3日取得德国专利。戴姆勒把这台发动机装在一辆自行车上，1885年8月29日、戴姆勒取得了这辆“骑式双轮车”的德国专利。这实际上是世界上第一辆摩托车。
通过近一百年的努力，到19世纪80年代，小型内燃机终于在技术上取得了突破，已经可以实用化了。内燃机的发明与完善为内燃机汽车的发明提供了动力来源。内燃机的发明为汽车的诞生奠定了坚实的基础。
就这样，内燃机诞生了。时至今日，虽然现代内燃机在功率、油耗、稳定性等性能都有很大程度提高，但基本工作原理完全没有变化。有关内燃机的历史先介绍到这里，下篇我们会详细其工作原理和特性。
1.2内燃机的工作原理
内燃机简介
内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。
活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃
烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞做功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。
◆内燃机工作原理
燃料在气缸内燃烧，所产生的燃气直接推动活塞做功。开始，活塞向下移动，进气阀开启，排气阀关闭，汽油与空气的混合气进入气缸。当活塞到达最低位置后，改变运动方向而向上移动，这时进排气阀关闭，缸内气体受到压缩。压缩终了，电火花塞将燃料气点燃。燃料燃烧所产生的燃气在缸内膨胀，向下推动活塞而做功。当活塞再次上行时，进气阀关闭，排气阀打开，做功后的烟气排向大气。重复上述压缩、燃烧，膨胀，排气等过程，周期循环，不断地将燃料的化学能转化为热能，进而转换为机械能。
2、内燃机的组成机构
2.1内燃机运动原理
内燃机在实际工作时，由热能到机械能的转变是无数次的连续转变。而每次能量转变，都必须经历进气、压缩、做功和排气四个过程。每进行一次进气、压缩、做功和排气叫做一个工作循环。
若曲轴每转两圈，活塞经过四人冲程完成一个工作循环的为四冲程内燃机；若曲轴每转一圈，活塞只经过两个冲程就完成一个工作循环的为二冲程内燃机。
◆四冲程内燃机运动原理（以柴油机为例）
?进气冲程
进气冲程是实现吸进新鲜空气的过程。靠飞轮旋转惯性的作用车动曲轴，将活塞由上止点位置逐渐拉向下止点，这时通过配气机构开启进气门、关闭排气门，随着活塞向下移动，气缸内的容积逐渐增大，产生真空吸力，新鲜空气不断地被吸进气缸。活塞移动到下止点（即活塞移动一个冲程），进气冲程结束，进气门关闭。
?压缩冲程
在飞轮带动下，曲轴继续旋转推动活塞由下止点向上止点运动。这时进、排气门均关闭，在活塞移动中气缸内的容积逐渐减小，而气体的压力和温度逐渐升高。当活塞移动到上止点时，至此活塞移动了第二个冲程，曲轴累计回转了一圈，压缩冲程终了。
?做功冲程
当压缩冲程接近终了时，进、排气门继续关闭，喷油器开始向气缸内喷入雾状柴油，在气缸内高温空气的作用下，油雾很快被蒸发，并与高温空气混合成可燃混合气体而迅速自行着火燃烧，放出大量热能，使气缸内气体受热发生猛烈膨胀，从而产生很大的推力迫使活塞从上止点向下止点运动，并通过连杆使曲轴旋转，从而带动飞轮旋转，起储能作用，将柴油发出的热能转变为曲轴旋转的机械能。随着活塞向下止点运动，气缸内气体的压力和温度下降。至活塞移动到下止点，曲轴累计回转了一圈半，做功冲程终了。
?排气冲程
由飞轮带动，曲轴继续旋转，活塞由下止点移向上止点，通过配气机构开启排气门，气缸中燃烧后的废气被向上运动的活塞挤压，经排气门排出气缸，活塞到达上止点时，排气冲
程结束，排气门关闭。至此，活塞移动了四个冲程，曲轴累计回转两圈。
上述四个冲程完成后，即完成了一个工作循环。当活塞再次从上止点移向下止点时，又开始了第二个工作循环。这样周而复始，柴油机连续运转，不断向外输出动力。在这个工和循环中曲轴回转了两圈，活塞经过了四个冲程，所以称这种柴油机为四冲程柴油机。
◆二冲程内燃机的工作过程
四冲程内燃机的曲轴旋转两圈，活塞经过了四个冲程才完成一个工作循环；而二冲程内燃机的曲轴转一圈，活塞经过两个冲程就可完成一个工作循环，这是四冲程与二冲程内燃机的基本区别。
?第一冲程
当活塞从下止点向上止点运动时，活塞起着一个上挤下吸的作用。在运动中活塞关闭了换气孔和排气孔，在活塞的上部使进入气缸内燃机混合气受到压缩。当活塞继续上升，活塞的下部将进气孔打开时，开始吸气，由于曲轴箱的容积不断增加，产生吸力，化油器中的可燃混合气便被吸入曲轴箱。
?第二冲程
当活塞接近上止点时，火花塞点燃被压缩的可燃混合气，活塞起着上推下压作用。在活塞上方燃气膨胀产生的压力使活塞向下移动而做功。当活塞继续向下移动时，在活塞的下方首先关闭气孔，使曲轴箱内的可燃混合气受到挤压，当继续向下移动时，排气孔被打开，气缸中的废气受到燃气压力的作用自行排出。当活塞再向下移动时，换气孔被打开，曲轴箱内受挤压的可燃气体经换气孔进入气缸，并帮助驱扫废气。该扫气过程实际上是排气和进气两个工作过程的结合，一直到活塞经过下止点后，再向上运动将换气孔和排气孔封闭后才结束。
由此可知，二冲程汽油机没有一个单独的进气和排气冲程，进气和排气过程分别是与压缩和做功的过程同时进行的。所以，二冲程汽油机曲轴转一圈，活塞走两个冲程即完成一个工作循环
。
能量转换
内燃机四个冲程中只有第二三个冲程才有能量转换。吸气冲程、排气冲程是靠飞轮惯性来运转的.
压缩冲程：机械能→内能
做功冲程：内能→机械能
2.2内燃机运动传递路线图
2.3 内燃机包含的基本机构
往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动装置等。
2.3.1 曲柄滑块机构
◆运动原理
曲柄滑块机构又称曲柄连杆机构，是往复式内燃机的主要工作机构。曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。在做功冲程，它将燃料燃烧产生的热能活塞往复运动、曲轴旋转运动而转变为机械能，对外输出动力；在其他冲程，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次做功创造条件。
◆实现功能
曲柄连杆机构的作用是提供燃烧场所，把燃料燃烧后气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩，不断输出动力。
?将气体的压力变为曲轴的转矩。
?将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。
2.3.2 齿轮机构
◆运动原理
齿轮机构是现代机械中应用最广泛的一种传动机构，它可以用来传递空间任意两轴间的运动和动力。与其它传动机构相比，齿轮机构的优点是：结构紧凑、工作可靠、传动平稳、效率高、寿命长、能保证恒定的传动比，而且其传递的功率和适用的速度范围大。故齿轮机构广泛用于机械传动中。
◆实现功能
用来传递空间任意两轴间的运动和动力，而且其传递的功率和适用的速度范围大。齿轮机构两齿轮啮合，轮齿是逐渐进入接触，逐渐脱离接触。
2.3.3 凸轮机构
凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。
◆运动原理
由凸轮的回转运动或往复运动推动从动件作规定往复移动或摆动的机构。凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有盘形凸轮、圆柱凸轮和移动凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，因而属于空间凸轮。从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从动件等。尖端从动件能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触，可实现任意运动，但尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中。为了使从动件与凸轮始终保持接触，可采用弹簧或施加重力。具有凹槽的凸轮可使从动件传递确定的运动，为确动凸轮的一种。一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。它与液压和气动的类似机构比较，运动可靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。
一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。它与液压和气动的类似机构比较，运动可靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。但凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂。
实现功能
一般情况下凸轮是主动的，但也有从动或固定的凸轮。多数凸轮是单自由度的，但也有双自由度的劈锥凸轮。凸轮机构结构紧凑，最适用于要求从动件作间歇运动的场合。它与液压和气动的类似机构比较，运动可靠，因此在自动机床、内燃机、印刷机和纺织机中得到广泛应用。但凸轮机构易磨损，有噪声，高速凸轮的设计比较复杂。
3、内燃机的设计及分析
3.1 内燃机的设计流程
3.2内燃机的性能分析
◆动力性指标
动力性能是指内燃机发出的功率(扭矩)，表示内燃机在能量转换中量的大小，标志动力性能的参数有扭矩和功率等。判断此项指标主要靠通过计算内燃机的有效功率、最大转矩和最大转矩转速以及转速。
◆经济性指标
经济性能是指发出一定功率时燃料消耗的多少，表示能量转换中质的优劣，标志经济性能的参数有热效率和燃料消耗率。当消耗一定的燃料产生的热效率越大标志着内燃机的性能越优良。
?油消耗率
一般车用内燃机燃油消耗率为汽油机：250——380g/kwh 柴油机：200——260g/kwh. 现在出现的缸内直喷汽油机最低可达200 g/kwh甚至更低。
?机油消耗率
机油的价格远高于燃料油，并且要求在两个保养期之间不添加机油，一般车用内燃机机油消耗率为1.3——2.6之间。
◆可靠性耐久性指标
可靠性是指在规定的运转条件下具有持续工作不会因故障而影响正常运转的能力；耐久性是指从开始使用到大修期的时间。可靠性越高，耐久性越好的内燃机性能更好。
◆质量、外形尺寸
质量、外形尺寸是评价设计的紧凑型和金属利用程度的指标。不同用途的内燃机对质量和外形的要求不尽相同。汽车要求外形要小，而机械工程需要的拖拉机外形则可能需要大一点。
◆低公害指标
噪声越低，有害气体排放越少的内燃机质量越加优良。
4、内燃机与同类机械的比较
◆与蒸汽机的比较
蒸汽机是将蒸汽的能量转化为机械功的往复式动力机械。直到20世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。
现代蒸汽机的最大的优点是它几乎可以利用所有的燃料将热能转化为机械能。不像内燃机那样它对其燃料不挑剔。此外没有蒸汽机的话原子能无法被使用。原子反应堆即不直接产生机械能，又不直接产生电能，原子反应堆实际上只是加热水，这个水被沸腾后的蒸汽通过蒸汽机来转化为有用的功。蒸汽不一定需要通过燃烧来产生，比如使用太阳能聚热器也可以产生蒸汽推动蒸汽机。
蒸汽机的弱点是：离不开锅炉，整个装置既笨重又庞大；新蒸汽的压力和温度不能过高，排气压力不能过低，热效率难以提高；它是一种往复式机器，惯性力限制了转速的提高；工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。
因此，抛弃了笨重锅炉的内燃机，最终以其重量轻，体积小、热效率高和操作灵活等优点，在船舶和机车上逐渐取代了蒸汽机。汽轮机则以其热效率高、单机功率大、转速高、单位功率重量轻和运行平稳等优点，将蒸汽机排挤出了电站。
接着电动机又以其使用方便，代替了蒸汽机在工业设备中的应用。然而小功率蒸汽机热效率比汽轮机高，所以在产煤区或只有劣质燃料的地区或某些特殊场合，蒸汽机仍有发挥作用的余地。
◆与汽轮机的比较
汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。
与往复式蒸汽机相比，汽轮机中的蒸汽流动是连续的、高速的，单位面积中能通过的流量大，因而能发出较大的功率。大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽压力和温度，故热效率较高。19世纪以来，汽轮机的发展就是在不断提高安全可靠性、耐用
性和保证运行方便的基础上，增大单机功率和提高装置的热经济性。而相比于内燃机来说，内燃机则具有体积效功率高的优点。
发动机的性能指标 发动机的性能指标用来表征发动机的性能特点，并作为评价各类发动机性能优劣的依据。同时，发动机性能指标的建立还促进了发动机结构的不断改进和创新。因此，发动机构造的变革和多样性是与发动机性能指标的不断完善和提高密切相关的。 一、动力性指标 动力性指标是表征发动机作功能力大小的指标，一般用发动机的有效转矩、有效功率、转速和平均有效压力等作为评价发动机动力性好坏的指标。 1.有效转矩 发动机对外输出的转矩称为有效转矩，记作Te，单位为N·m 。有效转矩与曲轴角位移的乘积即为发动机对外输出的有效功。 2.有效功率 发动机在单位时间对外输出的有效功称为有效功率，记作pe 单位为KW。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的有效功率可以用台架试验方法测定，也可用测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后用公式计算出发动机的有效功率pe： 式中：Te—有效转矩，N·m； n—曲轴转速，r/min。 3.发动机转速 发动机曲轴每分钟的回转数称为发动机转速，用n 表示，单位为r/min 。发动机转速的高低，关系到单位时间内作功次数的多少或发动机有效功率的大小，即发动机的有效功率随转速的不同而改变。因此，在说明发动机有效功率的大小时，必须同时指明其相应的转速。在发动机产品标牌上规定的有效功率及其相应的转速分别称作标定功率和标定转速。发动机在标定功率和标定转速下的工作状况称作标定工况。标定功率不是发动机所能发出的最大功率，它是根据发动机用途而制定的有效功率最大使用限度。同一种型号的发动机，当其用途不同时，其标定功率值并不相同。有效转矩也随发动机工况而变化。因此，汽车发动机以其所能输出的最大转矩及其相应的转速作为评价发动机动力性的一个指标。 4.平均有效压力 单位气缸工作容积发出的有效功称为平均有效压力，记作pme，单位为MPa 。显然，平均有效压力越大，发动机的作功能力越强。 二、经济性指标 发动机经济性指标包括有效热效率和有效燃油消耗率等。 1.有效热效率 燃料燃烧所产生的热量转化为有效功的百分数称为有效热效率，记作ηe。显然，为获得一定数量的有效功所消耗的热量越少，有效热效率越高，发动机的经济性越好。 2.有效燃油消耗率 发动机每输出1kW 的有效功所消耗的燃油量称为有效燃油消耗率，记作be，单位为g/（kW·h）。 式中：B—发动机在单位时间内的耗油量，kg/h； Pe—发动机的有效功率，kW。 显然，有效燃油消耗率越低，经济性越好。 三、强化指标
2020年【内燃机】行业调 研分析报告 2020年2月
目录 1. 内燃机行业概况及市场分析 (6) 1.1 内燃机行业市场规模分析 (6) 1.2 内燃机行业结构分析 (6) 1.3 内燃机行业PEST分析 (7) 1.4 内燃机行业发展现状分析 (9) 1.5 内燃机行业市场运行状况分析 (10) 1.6 内燃机行业特征分析 (11) 2. 内燃机行业驱动政策环境 (12) 2.1 市场驱动分析 (12) 2.2 政策将会持续利好行业发展 (14) 2.3 行业政策体系趋于完善 (14) 2.4 一级市场火热，国内专利不断攀升 (15) 2.5 宏观环境下内燃机行业的定位 (15) 2.6 “十三五”期间内燃机建设取得显著业绩 (15) 3. 内燃机产业发展前景 (16) 3.1 中国内燃机行业市场规模前景预测 (17) 3.2 内燃机进入大面积推广应用阶段 (18) 3.3 中国内燃机行业市场增长点 (18) 3.4 细分化产品将会最具优势 (19) 3.5 内燃机产业与互联网等产业融合发展机遇 (19) 3.6 内燃机人才培养市场大、国际合作前景广阔 (20)
3.7 巨头合纵连横，行业集中趋势将更加显著 (21) 3.8 建设上升空间较大，需不断注入活力 (22) 3.9 行业发展需突破创新瓶颈 (22) 4. 内燃机行业竞争分析 (24) 4.1 内燃机行业国内外对比分析 (24) 4.2 中国内燃机行业品牌竞争格局分析 (26) 4.3 中国内燃机行业竞争强度分析 (26) 4.4 初创公司大独角兽领衔 (27) 4.5 上市公司双雄深耕多年 (28) 4.6 互联网巨头综合优势明显 (28) 5. 内燃机行业存在的问题分析 (30) 5.1 政策体系不健全 (30) 5.2 基础工作薄弱 (30) 5.3 地方认识不足，激励作用有限 (30) 5.4 产业结构调整进展缓慢 (30) 5.5 技术相对落后 (31) 5.6 隐私安全问题 (31) 5.7 与用户的互动需不断增强 (32) 5.8 管理效率低 (32) 5.9 盈利点单一 (33) 5.10 过于依赖政府，缺乏主观能动性 (34) 5.11 法律风险 (34)
2020年中国内燃机行业市场现状及发展趋势中国内燃机行业面临着较大压力 内燃机发展至今，已经有一百多年的历史了。内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。近年来，新能源汽车的发展给传统内燃机技术带来了巨大挑战，在节能减排政策力度不断加大的背景下，内燃机行业面临着较大的压力。 1、2019年中国内燃机销量首次跌下5000万台 我国是内燃机大国，产销量持续排名全球第一。近年来，随着国家工业现代化进程的深入推进，我国在能源和环境保护等重大战略需求方面也面临着严峻的挑战。而在环保政策趋紧的背景下，我国内燃机市场整体呈下滑趋势。2014-2019年，我国内燃机销量从6038.34万台下降到4712.3万台，2019年首次跌下5000万台。2020年前10个月我国内燃机累计销量达到3696.06万台，同比下降2.66%;同期，内燃机行业累计功率完成204688.28万千瓦，同比增长5.61%。
2、汽油机持续占领市场 分燃料类型来看，长久以来，一直是汽油机占领市场。2019年，在我内燃机销量中，汽油机销量为4173万台，与上年相比有所下滑，占总销量的比重为88.56%;柴油机销量约为536万台，与上年基本持平，占总销量的比重为11.44%。2020年前8个月，汽油机
和柴油机的销量分别为2387万台和400万台，占比分别为85.58%、14.42%。 3、乘用车及摩托车占据过半应用市场 内燃机作为制造业链条上重要的一环，是乘用车、商用车、工程机械、农业机械、发电设备、铁路、船舶等工业领域最为核心的组成部分，其中，乘用车和摩托车是最大的应用领域。2020年前8个月，乘用车用内燃机和摩托车用内燃机销量分别为1046.47万台、941.03万台，分别占总销量的37.5%、33.7%。 内燃机是汽车的核心，19世纪80年代，第一辆内燃机汽车被发明出来，传统意义上的汽车才正式诞生。在随后的百余年里，尽管汽车的样式已经发生了翻天覆地的变化，但汽车的“心脏”依旧是内燃机。
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【编号】1029967 【价格】纸质版：7600元电子版：7800元纸质＋电子版：8000元 【优惠价】￥7020 元 【电话】400 612 8668、0、0传真：0 【邮箱】 【网址】 【提示】如需英文、日文等其他语言版本报告，请向客服咨询。 《中国内燃机产业行业研究分析预测报告（2017年版）》依托多年来对内燃机行业的监测研究，结合内燃机行业历年供需关系变化规律、内燃机产品消费结构、应用领域、内燃机市场发展环境、内燃机相关政策扶持等，对内燃机行业内的重点企业进行了深入调查研究，采用定量及定性等科学研究方法撰写而成。 中国市场报告网发布的还向投资人全面的呈现了内燃机重点企业和内燃机行业相关项目现状、内燃机未来发展潜力，内燃机投资进入机会、内燃机风险控制、以及应对风险对策。 第一章内燃机产业概述 第一节内燃机产业定义 第二节内燃机产业发展历程 第三节内燃机分类情况 第四节内燃机产业链分析 一、产业链模型介绍 二、内燃机产业链模型分析 第二章中国内燃机产业发展环境分析 第一节中国经济环境分析 第二节内燃机产业相关政策 一、国家“十三五”产业政策
二、其他相关政策 第三节中国内燃机产业发展社会环境分析 第三章中国内燃机产业供需现状分析 第一节内燃机产业总体规模 第二节内燃机产能概况 一、2013-2017年内燃机产能分析 二、2017-2022年内燃机产能预测 第三节内燃机产量概况 一、2013-2017年内燃机产量分析 二、2017-2022年内燃机产量预测 第四节内燃机市场需求概况 一、2013-2017年内燃机市场需求量分析 二、2017-2022年内燃机市场需求量预测 第五节内燃机进出口分析 第四章中国内燃机产业总体发展状况 第一节中国内燃机产业规模情况分析 一、产业单位规模情况分析 二、产业人员规模状况分析 三、产业资产规模状况分析 四、产业市场规模状况分析 第二节中国内燃机产业财务能力分析 第三节产业竞争结构分析 一、现有企业间竞争
第十二章 内燃机特性 内燃机的各种性能指标（Ne 、g e 、Me 、G ）随工况（n 、负荷）不同而变化的关系，称为内燃机的特性。 目的：根据其特性合理调整，配套，使用内燃机；客观、准确地评价内燃机的动力性和经济性；了解特性曲线的变化规律及其影响因素，寻求改善发动机性能的途径。 特性：负荷特性、速度特性、调速特性、万有特性，燃料调节特性、供油点火提前角调整特性等。 曲线：将各种指标，随工况变化的关系，用曲线在直角坐标系中表示出来，叫内燃机的特性曲线。 第一节 速度特性 当油门固定不变时，内燃机各性能指标，随n 变化而变化的关系，称为速度特性。 目的：研究n 与各指标的变化规律；找出Nemax 、Memax 、g emax 所对应的转速，确定常用转度范围；为调整调速器提供依据。 将油门固定在标定功率位置时，测得的特性，称为外特性或全负荷特性。 外特性确定内燃机的最大功率。 将油门在标定功率以内的任何位置所测得的特性称为部分特性。 部分特性确定车用发动机的经济转速范围。P 192图12－3 n min ：怠速下的最低稳定转速，称为最低空转转速。 n min ：满负荷下的最低稳定转速。 n Me ：最大扭矩转速。 n ge ：最低燃油消耗转速。 n en ：标定转速。 n r ：调速器起作用转速。 n rmax ：最高空转速。 车用机的稳定范围是：n Me---- n en 中速g e 最低，低速和高速g e 高。 一 汽油机速度特性 1 汽油机的外特性 制作：将油门置于最大位置。不断增大负荷至满负荷。测取8－10个点，同时记录，g e 、n 、 Ne 。 Me 曲线：∵e h kp Pe iV Me =?=τ3.318，m i CH c Pe ηα ηη= 式中：C-常数，充气系数-CH η，指示热效率-i η， 空气过量系数-α，机械效率-m η 最初随着↓↑↑m n ηη,,CH
汽车发动机行业分析报告
正文目录 1. 政策驱动，节能减排技术升级迫切 (4) 1.1. 燃料消耗量和双积分 (4) 1.2. 国六排放标准 (5) 2. 发动机技术升级的主要方向 (6) 2.1. 提高热效率 (6) 2.1.1. 热效率的现状和未来 (6) 2.1.2. 提升发动机热效率的技术路径 (8) 2.2. 电气化辅助技术 (15) 2.2.1. 混合动力技术 (16) 2.2.2. 48V系统 (16) 3. 发动机先进技术应用进展 (17) 3.1. 国际先进发动机技术应用案例 (17) 3.2. 自主品牌先进发动机技术现状 (19) 3.3. 国内新车公告燃料消耗量 (20) 4. 投资机会 (21)
图表目录 图1：主要国家燃料消耗标准对比 (4) 图2：第四阶段燃料消耗量限值（GB 27999-2014） (5) 图3：发动机的能量损失和热效率 (6) 图4：世界先进发动机的热效率 (7) 图5：GDI应用趋势 (8) 图6：GDI+PFI双喷射系统 (8) 图7：汽油机EGR系统 (9) 图8：汽油机EGR燃油经济性 (10) 图9：可变截面涡轮增压器 (11) 图10：TT Clubsport Turbo Concept车型采用电动涡轮增压与普通涡轮增压双增压发动机 (12) 图11：奥迪Q7采用电动涡轮增压的三涡轮增压发动机 (12) 图12：缸盖集成排气歧管 (15) 图13：48V系统的功能和优势 (16) 图14：丰田Dynamic Force Engine 2.5L四缸自然吸气发动机 (17) 图15：基于涡轮增压和停缸等技术的凯迪拉克LSY 2.0T发动机 (18) 图16：大众EA211 TSI evo1.5L发动机 (19) 图17：新车公告燃料消耗量情况 (20) 表1：燃料消耗量限值 (5) 表2：DVVL和CVVL技术 (13) 表3：汽车水泵 (14) 表4：混合动力（HEV）典型车型参数对比 (16) 表5：自主品牌先进发动机现状（2016-2017中国心十佳发动机） (19) 表6：新车公告燃料消耗量达标车型型号数量 (21)
我国内燃机行业现状及发展趋势分析 2012-10-09 13:25 来源：钢联资讯试用手机平台 9日，江苏江淮动力股份有限公司发布公告，公司拟发行1亿元短期融资券，其募集说明书对公司所处的内燃机行业状况及竞争情况进行了分析。 内燃机行业在机械工业中是跨行业、跨部门最多的一个行业。内燃机是各种汽车、摩托车、拖拉机、工程机械、农业机械、船舶、内燃机车、内燃发电设备、地质石油钻机等产品的主要配套动力，是各种配套产品的“心脏”。内燃机行业的发展，对工业、农业以及人民生活都有重大影响。 （一）内燃机行业情况 （1）我国内燃机行业基本情况 1908年我国自制的第一台内燃机诞生，经过一个多世纪的发展，我国内燃机工业从无到有，一步步发展壮大，逐步建立了一个比较完整的内燃机工业体系，对我国国民经济各部门的发展和人民生活水平的提高做出了很大的贡献，并且推动了相应配套工业技术水平的提高和发展。特别是改革开放后，内燃机行业根据国民经济发展要求，不断对产品结构和企业结构进行调整，通过自行研制开发和引进国外先进技术，发展了一大批新产品；在国家出台有关排放法规和节能要求后，通过各种途径先后开发出一批满足欧I、欧II、欧III的发动机，生产出了一批可供汽车、摩托车、工程机械、船舶、农业机械、铁道内燃机车、内燃发电设备、石油钻机等产品选择配套的发动机机型，产品的结构趋向合理，产品质量和技术经济水平明显提高。当前中国的内燃机工业体系已从量的变化转向质的提升，并在调整中不断得到提升和加强。 目前，国内出现了十几家市场占有率较高、有一定市场竞争能力和发展势头的大型企业或企业集团，一些产品的产量已向这些企业集中。同时，通过引进国外的先进设备和技术，中国内燃机行业已经呈现了多元化的发展。近年来，中国经济保持了强劲的增长势头，在宏观经济持续向好的形势下，内燃机行业的大部分生产和销售指标都保持了较快的增长。随着世界经济的回暖，我国内燃机产品的进出口也有所增长，但是国际内燃机市场的竞争也在不断加剧。由于在高端技术上与国外的大厂商仍有较大的差距，产品技术将成为制约我国内燃机产品发展的一个瓶颈。 全国内燃机行业（包括主机和配附件）生产企业约有1,000家左右，其中主机近300家，配附件约700家，行业市场化程度高，市场竞争比较激烈，高端技术产品企业由于其技术优势，在行业中市场份额相对较高。 截至2011年末，我国单缸柴油机生产企业有100余家，其行业集中度高，市场份额集中在少数企业中，年产销量在50万台以上的企业有4家，为第一梯队；年产销量在10-50
内燃机气缸套行业分 析报告 2010年6月
目录 一、行业管理体制和产业政策 (5) 1、行业管理体制 (5) 2、产业政策 (5) 二、气缸套行业整体发展水平及发展趋势 (6) 1、行业整体发展水平 (6) 2、行业发展趋势 (6) （1）气缸套行业整合进一步加剧 (7) （2）发动机零部件趋向全球采购 (7) （3）专业化和规模化提高行业集中度 (7) （4）新材料、新工艺、新技术提升行业技术水平 (8) 三、气缸套行业市场情况 (8) 1、行业竞争格局 (8) 2、行业内主要企业与市场份额 (9) 3、进入气缸套行业的主要障碍 (9) （1）技术障碍 (9) （2）质量体系、过程审核和产品认可等认证严格 (10) （3）主机配套市场对供应商综合实力要求较高 (11) 四、市场供求状况及变动原因 (11) 1、国际市场 (12) （1）国际市场的汽车需求状况 (12) （2）美国汽车产销量恢复状况 (14) 2、国内市场 (15) （1）国内市场的需求状况 (15) （2）终端产品分类的市场需求状况 (17)
五、行业利润水平的变动趋势及变动原因 (22) 六、影响气缸套行业发展的有利因素与不利因素 (23) 1、影响气缸套行业发展的有利因素 (23) （1）世界各国推出的汽车扶持政策 (23) （2）中国内燃机工业“十一五”发展规划有利于内燃机配件的发展 (24) （3）中国经济的快速发展为行业发展提供了良好的外围环境 (25) （4）固定资产投资稳步增长为汽车产业发展提供了保障 (26) （5）汽车发动机轻型化为气缸套行业发展提供新的发展空间 (26) 2、国内气缸套行业发展的不利因素 (27) （1）参与国际竞争加剧了行业竞争压力 (27) （2）技术升级导致行业竞争格局分化 (28) 七、本行业的技术水平、技术特点和技术发展水平与趋势 (28) 1、行业技术水平及技术特点 (28) 2、行业技术发展趋势 (29) （1）气缸套材料的多元化使可靠性逐渐提高 (29) （2）降低排放，加速产品更新换代 (29) （3）气缸套表面处理及改性技术广泛应用 (30) 八、行业经营模式 (30) 1、主机配套市场 (30) （1）第三方认证过程 (32) （2）二方审核过程 (33) 2、售后维修市场 (34) 九、行业的周期性和季节性特征 (34) 十、行业与上、下游行业的关联性 (35) 十二、行业主要企业简况 (36)
litens汽车集团的torqfiltr曲柄振动控制技术专利，通过使用弧形弹簧分离机构从发动机扭振中解耦（分离）驱动系统惯量。该产品尺寸较小但却包含了一个由一系列的组件构成的复杂机构，通过复杂的摩擦接触而非固定连接方式来传送动力到各个部件。但是该产品必须被频繁地定制，从而实现给指定的汽车发动机传递最优性能的目的。在过去，这一直是一项耗时、不断试错的过程。 近期，litens开发了能够准确模拟torqfiltr运转的技术：在初始样件试制前，能够精确评估可供选择的设计（思路、产品等）的性能，并且迭代出最优设计。litens公司cae技术和材料工程方面的首席工程师stevejia博士说：“msc软件公司的marc非线性有限元分析（fea）软件已经被用于准确预测设计（思路、产品等）在动力载荷条件下部件是如何移动和相互作用的”，他还说：“很难估计虚拟产品开发（vpd）已经为我们节约了多少成本，但是我们确信这个数字每年高达上百万美元。” 一、动力拉伸控制 高度静力载荷和动力载荷对皮带的拉伸作用显著降低了传动皮带的寿命、附件结构的承载寿命，增加噪声，浪费燃油，同时增重、提高成本。litens指出，在传送过程中通过控制机构进行预设（静力）并运行（动力）皮带拉伸，会使得驱动系统在各种条件下能够更为高效、安静，并传输最大的动力。 litens torqfiltr通过调节弹簧对系统惯量的刚度来控制系统共振频率。由于弹簧刚度相对传统的橡胶分离结构较软，来自发动机振动的大部分在传到皮带前已经被吸收掉了。这会导致在驱动系中的所有部件分离，由于较少且小的激励，驱动系统中的各个部件都只具有很小的共振峰值。torqfiltr弹簧由钢材制成，不会像橡胶材料一样老化。另外，对于自动离合系统消除了皮带由橡胶减震器共振带来的变化，因此不需要单独的单向离合器。 二、设计挑战 jia博士说，该设备遇到了巨大的设计挑战，首先，设计者需要完全了解在动力载荷条件下设计的特性，以确保在第一时间提交最合适的产品。其次，需要确定、考察接触机构的作用―反作用力、应力以及各个部件的变形的幅值、位置和方向，以便获得最优设计。第三，由于成本竞争激烈且汽车行业又是一个重量敏感的行业，因此需要在设计阶段减掉不必要的材料，以达到最小化重量。jia博士说：“我们能够确定曲柄从物理实验解耦（分离）的整体动力性能，然而可以从物理试验获取的信息是很有限的，因为没有价格合理的有效的传感器能告诉我们在小装配体的内部发生了什么，我们只能猜测内部可能发生的事情，例如接触位置、力、应力以及各个部件的变形等。” 三、选择合适的仿真技术 litens已经评估了一系列不同的仿真技术。大变形动力学仿真系统，例如msc的adams 软件针对复杂机构提供了优异的仿真结果。然而，他不是用来处理本次应用中涉及的弹塑性非线性分析的产品。市场上众多的有限元分析软件多数局限于线形材料属性和小应变以及小转动。虽然一些软件包声称能够处理非线性问题，然而实际不具备可靠的求解此类问题并且连续变化部件间的接触条件、大转动、滑动摩擦接触以及弹塑性材料行为的能力。 事实上，marc设计之初就是专用于求解各种非线性问题的产品，能够针对高度非线性（如：材料非线性、大应变、大位移以及接触等）问题获得稳定的收敛解。同时，marc还提供多物理场分析能力，能够使工程师模拟各种耦合问题，例如：结构、热、流体、声、电以及磁场间的耦合问题等。 具体来说，litens分析专家从公司的设计工程师处获得了详细的计算机辅助设计模型（三维模型），然后将这些几何模型导入到patran中（公司选择patran作为前处理器）。此过程最大的挑战是：在前处理中协调细部的网格。例如，一方面，分析专家需要考虑离合器
第一章内燃机的循环及性能评价指标 1内燃机是在气缸内将燃料的化学能通过燃烧转为热能，再通过曲柄连杆机构将热能转化为机械的动力装置.根据完成一次能量转换所需的行程数不同，内燃机分四冲程机和二冲程机2内燃机对外输出功需要的环节：第一环节：混合气的形成并导入气缸的过程.第二环节:燃烧放热过程.第三环节:能过量的传递过程。 3三种理论循环：等容丶等压丶混合加热循环，①当加热量和压缩比相同时放热Qp>Qm>Q v ②.加热量和最高压力一定时，Qv>Qm>Qp③最高压力和最高温度一定时Qv=Qm=Qp 4四冲程内燃机的实际循环热效率取决于混合气形成方式和燃烧放热规律，以及压缩比的最佳匹配.汽油机是均匀混合气以火焰传播形式迅速燃烧，柴油机根据混合气的形成特点家燃烧分预混合燃烧和扩散燃烧 5论循环的评价:常用循环热效率（是指热力循环所获得的理论功与为获得该理论功所加入的总热量之比）评价动力机械设备在能量转换过程中所遵循理论循环的经济性，用循环平均压力(是指单位气缸工作容积所做的循环功)评价循环的做工能力. 6四冲程内燃机的实际循环：由进气行程（过程）丶压缩行程（过程）丶做功行程（燃烧过程和膨胀过程）以及排气过程（过程）4个行程5个过程组成。评价指标：内燃机性能评价指标有两大类，即以活塞做功为基础评价气缸内热功转换的完善程度的指示指标；和以曲轴飞轮端对外输出的有效功为基础，从实用角度评价对外做功的有效指标。实际循环做功能力的评价指标主要有平均指示压力（定义为单位气缸工作容积所做的指示功）和指示功率（指发动机单位时间所做的指示功）。实际循环的经济指标有指示热效率和指示燃油消耗率。 7内燃机有效性能指标：①动力性指标a有效功率（克服运动件的摩擦损失功率以及驱动冷却风扇丶机油泵等附件所消耗的功率损失后，经曲轴对外输出的有用功。称指示功率在传递过程中所有内部消耗功率的总和为机械损失功率）b平均有效压力（单位气缸工作容积输出的有效功）②经济性指标a有效热效率（实际循环对外输出的有效功与未获得此有效功率所消耗的热量之比）③排放指标 8机械损失:内燃机的机械损失①摩擦损失62%-75%②驱动附件的损失10%-20%③泵气损失9机械损失的测定a倒拖法b示功图法c灭缸法 10 排气提前角如何影响发动机性能？①如果加大排气提前角，排气初期缸内压力和温度更高，超临界排气声速更高。排气量更多，缸内更多具有做工能力的气体排出缸外直接影响发动机的动力性和经济性②如果为了保证缸内已燃气体充分膨胀做功，而推迟（减小）排气提前角滞后，自由阶段排出的废气量减少，大部分留给强制排气阶段，使活塞推动废气排出时的损失增加，同样不利于发动机的动力性和经济性。存在着最佳的排气提前角，而且由于超临界排气速度与发动机转速无关，所以碎发动机转速的提高，超临界排气阶段所占的曲轴转角增加，因此，排气提前角随发动机转速的升高应适当提前。 11何为气门叠升现象？四冲程发动机在进气上止点，由于进气门提前开启丶排气门迟后关闭而造成排气门同时开启现象，称气门叠开现象。配气相位图又称配气定时图。 12（非）增压发动机为何有较小较大的气门叠升角？①对量调节的非增压点燃式发动机。通过节气门开度来控制负荷，进气管压力总是低于大气压力，小负荷进气管负压更大，此时进气提前角过大，高温废气可能倒流到进气管。由于这种量调节式发动机进气过程进入气缸的是混合气，容易造成气管回火，因此气门叠升角不宜过大。②质调节的压燃式柴油机，由于进气过程中进入的是纯空气，无节气门等节流损失，进气管压力始终接近于大气压力，采用较大的气门叠升角。③增压柴油机进气压力大于大气压力，新鲜空气在增压差的作用下进入气缸，采用较大的气门叠升角，使一部分空气通过气缸直接排到排气管。这个进气通过气缸直接排到排气管的现象称为扫气过程。扫气可以排除废气提高充气效果降低温度提高可靠性
实验一汽车发动机性能检测 一、实验目的 1、了解汽车发动机台架、测功机、油耗计的结构、工作原理及使用方法； 2、了解测功机、油耗计的种类及测量原理； 3、了解汽车发动机的检测容和方法，掌握测试发动机转速特性的方法； 4、掌握发动机各项参数的检测方法以及检测结果分析方法； 5、分析实验中可能出现的问题，并作出预案，以备出现紧急情况时及时处置。 二、实验设备与工具 1、桑塔那AJR型发动机1台 2、FC2000发动机自动测控系统 GW电涡流测功机 FC2010A测控仪自动控制单元 FC2110油门/励磁驱动单元 3、FC2210智能油耗仪 三、实验课时与分组 3学时、8~10人一组 四、FC2000发动机自动测控系统简介 FC2000发动机自动测控系统由GW电涡流测功机、FC2010测控仪（包括FC2010A测控仪自动控制单元、FC2110油门/励磁驱动单元等）、FC2020数据采集系统、FC2310角行程油门执行器、FC2000系统软件等组成。FC2010A测控仪自动控制单元、FC2110油门/励磁驱动单元则是测控系统在
主要控制元件。 FC2010A 测控仪自动控制单元控制面板见下图1所示。 图1 FC2010A 测控仪自动控制单元控制面板 各键作用如下： 1．SET------ 设置键，用于测量参数标定值、报警值、PID 参数值的设定 2． ------- 移位键（选项键），选择需要修改的项目 3． ------- 数值增加键，当项目选中后，增加该项目的数值 4． ------- 数值减小键，当项目选中后，减小该项目的数值 5． ------- 回车确认键，当项目修改完毕，确认该项目的修改 扩展功能键，当前可用于测量油耗的开始，当按下此键时，液晶显示屏上的“油 耗”会闪烁，表示测量油耗动作已经开始。 7．液晶显示屏------显示测量、控制参数的设定值和测量值 转矩、转速、功率、油耗率、机油温度、机油压力、出水温度、排气温度、油门(或气门)开度百分数、励磁电流(或水门)开度百分数。 8．M------ 转矩设定、控制旋纽，设定、控制发动机转矩；当转动此旋扭时，液晶显示屏 上的转矩的显示值是控制值，当停止旋转1~2秒后，恢复显示测量值。 9．M/n------ 测功机恒转矩、油门恒转速控制方式键。 10．M/P------ 测功机恒转矩、油门位置控制方式键。 11．n/P ------ 测功机恒转速、油门位置控制方式键。 12．n------ 转速设定、控制旋纽，设定、控制发动机转速；当转动此旋扭时，液晶显示屏 上的转速的显示值是控制值，当停止旋转1~2秒后，恢复显示测量值。 13．n/M------ 测功机恒转速、油门恒转矩控制方式键。 14．M/n 2------ 测功机恒转矩(设定转矩=K*n 2)、油门位置控制方式键，即推进特性控制 方式。 P1/P------ 测功机恒位置、油门恒位置控制方式键。 15．P------ 油门、励磁、水门位置调节旋纽，设定油门、励磁、水门位置；当转动此旋扭 时，液晶显示屏上的油门或电流的显示值是控制值，当停止旋转1~2秒后，恢复显示测量值。 FC2010发动机测控仪 长沙湘仪动力测试仪器有限公司 转速 r/min 转矩 N.m 功率 kW 油压 kPa 油门 % 水温 ℃ 油温 ℃ 电流 % 排温 ℃ 油耗 g/kw.h FUN CONTROL /P SET 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 M n P REM PRT M/n M/P n/M M/n 2 n/P P1/P 17
第十二章内燃机特性 内燃机的各种性能指标（Ne、g e、Me、G）随工况（n、负荷）不同而变化的关系，称为内燃机的特性。 目的：根据其特性合理调整，配套，使用内燃机；客观、准确地评价内燃机的动力性和经济性；了解特性曲线的变化规律及其影响因素，寻求改善发动机性能的途径。 特性：负荷特性、速度特性、调速特性、万有特性，燃料调节特性、供油点火提前角调整特性等。 曲线：将各种指标，随工况变化的关系，用曲线在直角坐标系中表示出来，叫内燃机的特性曲线。 第一节速度特性 当油门固定不变时，内燃机各性能指标，随n变化而变化的关系，称为速度特性。 目的：研究n 与各指标的变化规律；找出Nemax、Memax、g emax所对应的转速，确定常用转度范围；为调整调速器提供依据。 将油门固定在标定功率位置时，测得的特性，称为外特性或全负荷特性。 外特性确定内燃机的最大功率。 将油门在标定功率以内的任何位置所测得的特性称为部分特性。 部分特性确定车用发动机的经济转速范围。P192图12－3 n min：怠速下的最低稳定转速，称为最低空转转速。 n min：满负荷下的最低稳定转速。 n Me：最大扭矩转速。 n ge：最低燃油消耗转速。 n en：标定转速。 n r：调速器起作用转速。 n rmax：最高空转速。 车用机的稳定范围是：n Me---- n en 中速g e最低，低速和高速g e高。
一 汽油机速度特性 1 汽油机的外特性 制作：将油门置于最大位置。不断增大负荷至满负荷。测取8－10个点，同时记录，g e 、n 、 Ne 。 Me 曲线：∵e h kp Pe iV Me =?=τ3.318，m i CH c Pe ηα ηη= 式中：C-常数，充气系数-CH η，指示热效率-i η， 空气过量系数-α，机械效率-m η 最初随着↓↑↑m n ηη,,CH 当以↑CH η为主时，↑Me ，随↑↑CH n η,速度减慢，↓m η加快。 当两作用相等时，Me 最大。 当↑n 到一定，↓↓↓Me m CH ,,ηη Ne 曲线：∵n Me C Ne **= 当↑n 起主导作用时，↑Ne 。随↓Me 的加快；↑Ne 减慢，当↓Me 与↑n 作用相等，Ne 最大。 e g 曲线：∵ 310?=Ne G g e 最初↑Ne 快，↓e g 。随负荷↑G ↑Ne ↑。当两者作用相等时，e g 最小。随后Ne ↑减慢，g e 开始↑。 2 汽油机的部分速度特性 由图可见，随↓n 最大Ne 内移，Me ↑。故光数负荷能力上升。但注意：不同工油点，Memax 和Nemax 的数值不同。 二柴油机的速度特性 1柴油机的外特性 Me 随n 的变化，决定于Δg,i n ,m η. 随n ↑,∵泵油速度特性，Δg ↑;涡流增强，燃烧好↑i η慢。但↑n ,摩擦损失↓↑m η,故Me 变化较小。 Ne ：n Me C Ne **=起初Me,↑n ,↑Ne 。 当Me 开始↓，↑Ne 减慢。当Me ↓与↑n 作用相等时，Ne 最大。