動力系統(tǒng)4.1燃氣輪機4.2

內燃機4.3燃料電池4.4斯特林機4.5不同動力技術比較教學目標：熟悉內燃機構造；掌握內燃機的工作原理；掌握內燃機熱力循環(huán)原理；掌握燃氣內燃機分布式能源系統(tǒng)工作性能問題引入：什么是內燃機？什么是內燃機？內燃機（InternalCombustion

Engine）是燃料在機器內部燃燒而將能量釋放做功的發(fā)動機。它的工質在燃燒前是燃油、燃氣與空氣的混合氣，在燃燒后則是燃燒產物。。內燃機的分類：內燃機分類方式很多，通常按燃料、用途、活塞運動方式、點火方式、氣缸布置形式等分類。內燃機的分類：1、燃料分類汽油機、柴油機、天然氣發(fā)動機（LNG和CNG）、液化石油氣發(fā)動機、酒精發(fā)動機、雙燃料發(fā)動機（吸入天然氣，噴入柴油點火）。內燃機的分類：2、按氣缸內的著火方式壓燃式（壓縮點火）和點燃式（強制點火）。同學們知不知道兩者的區(qū)別？壓燃式內燃機吸入的是空氣,進行壓縮燃燒，其壓縮比相對較高,“更有力量”,大馬力的發(fā)動機都采用壓燃式。點燃式吸入的是空氣和燃料{常是汽油}，再進行點燃,優(yōu)點是速度比較快,所以高速發(fā)動機都采用點燃式。內燃機的分類：3、按冷卻方式水冷和風冷。（汽車和工用機械）多用水冷。內燃機的分類：4、按沖程數(shù)二沖程（Two-stroke）和四沖程（Four-stroke）。沖程：當完成熱能轉變?yōu)闄C械能的一個工作循環(huán)時，活塞所需的行程。內燃機的分類：5、活塞的運動方式往復活塞式（Reciprocatingengine）旋轉活塞式（Rotaryengine）內燃機的分類：6、按氣缸數(shù)目單氣缸、多氣缸內燃機的分類：7、按轉速低速機（<300r/min）；中速機（300~1000r/min）；高速機（>1000r/min）發(fā)動機轉速的高低，關系到單位時間內作功次數(shù)的多少或發(fā)動機有效功率的大小，即發(fā)動機的有效功率隨轉速的不同而改變。因此，在說明發(fā)動機有效功率的大小時，必須同時指明其相應的轉速。內燃機的分類：8、按增壓程度非增壓（自然吸氣Naturallyaspiration）增壓（Supercharging:Turbo,Mechanical）低增壓（πb<1.8）中增壓（πb=1.8~2.5）高增壓（πb=2.5~3.6）超高增壓（πb>3.6）內燃機的分類：9、按氣缸排列立式、臥式、直列式、V型、W型、對置氣缸或對置活塞式、H形、王字形、X形、星形。內燃機的分類：10、按燃燒室設計分：開式（如浴盆形、楔形、半球形、碗形、ω形等）；分割式（具有輔助燃燒室，如渦流室、預燃室等）。按進排氣門、凸輪軸設計和布置分：2氣門、4氣門（或多氣門，3、4、5氣門）頂置氣門、側置氣門頂置凸輪軸、下置凸輪軸內燃機的分類：11、按用途分：輪船割草機/

鏈鋸發(fā)電廠轎車卡車摩托車飛機火車謝謝內燃機的構造內燃機的構造內燃發(fā)動機組成部分主要有氣缸-曲軸箱組、曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供應系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、啟動裝置和有害物排放控制系統(tǒng)等。如果汽油機，還包括點火系統(tǒng)；若為增壓內燃機，還應有增壓系統(tǒng)。內燃機的構造1、氣缸體-曲軸箱組包括氣缸蓋、氣缸體、曲軸箱等。同曲柄連桿機構、配氣機構、冷卻和潤滑系統(tǒng)相連。內燃機的構造2、曲柄連桿機構是內燃機傳遞運動和動力的機構。把活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動，從而輸出動力。主要包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、曲軸、飛輪等。曲柄連桿機構內燃機的構造3、配氣機構是讓空氣或混合氣按要求在特定時刻進入氣缸，并讓燃燒后的廢氣排出氣缸，保證內燃機換氣循環(huán)順利進行。主要由進排氣門、氣管及其傳遞機構（氣門挺柱、推桿、凸曲軸及正時齒輪）組成。內燃機的構造4、燃油系統(tǒng)是讓燃油以一定壓力進入燃燒室，與空氣混合后進行燃燒。內燃機的構造噴油器內燃機的構造化油器化油器的功用是在發(fā)動機任何轉速、任何負荷、任何大氣狀況下，向發(fā)動機供給一定數(shù)量且成分符合發(fā)動機工況要求的可燃混合氣。內燃機的構造5、點火系統(tǒng)包括火花塞、點火線圈、電源設備及傳感器、微機控制器和配電器等。內燃機的構造6、潤滑系統(tǒng)減少運動件之間的摩擦生熱和零件磨損。由機油濾清器、機油道、機油泵和機油散熱器。內燃機的構造7、冷卻系統(tǒng)保證內燃機的正常工作溫度。水冷和風冷兩種。內燃機的構造8、啟動裝置Startingdeviceofinternalcombustion

engine起動機、傳動機和操作系統(tǒng)。使內燃機由靜止過渡到自行運轉所需的裝置。內燃機本身不能自行起動，必須靠外力旋轉曲軸，直到曲軸達到內燃機氣缸開始著火所需的轉速以后，內燃機才能由自己發(fā)出的功維持穩(wěn)定運轉。內燃機的構造簡易圖謝謝內燃機的工作原理內燃機的工作循環(huán)由進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣過程組成。這些過程中只有膨脹過程是對外作功的過程，其他過程都是為更好地實現(xiàn)作功過程而需要的過程。按實現(xiàn)一個工作循環(huán)的行程數(shù)，工作循環(huán)可分為四沖程和二沖程兩類。內燃機的工作原理四沖程：內燃機的工作原理四沖程：進氣行程時，此時進氣門開啟，排氣門關閉。流過空氣濾清器的空氣，或經化油器與汽油混合形成的可燃混合氣，經進氣管道、進氣門進入氣缸；壓縮行程時，氣缸內氣體受到壓縮，壓力增高，溫度上升；膨脹行程是在壓縮上止點前噴油或點火，使混合氣燃燒，產生高溫、高壓，推動活塞下行并作功；排氣行程時，活塞推擠氣缸內廢氣經排氣門排出。此后再由進氣行程開始，進行下一個工作循環(huán)。內燃機的工作原理四沖程：內燃機的工作原理兩沖程：謝謝內燃機循環(huán)熱力學分析柴油機混合加熱理想循環(huán)——薩巴德循環(huán)絕熱壓縮—定容加熱—定壓加熱—絕熱膨脹—定容放熱定壓加熱理想循環(huán)——狄塞爾循環(huán)絕熱壓縮-定壓加熱-絕熱膨脹-定容放熱燃氣/汽油機定容加熱理想循環(huán)——奧托循環(huán)絕熱壓縮-定容加熱-絕熱膨脹-定容放熱內燃機的優(yōu)缺點優(yōu)點：熱效率高。30%-50%，尤其是柴油機。功率范圍較廣，1kW~10000kW。結構緊湊，比質量較小。缺點：對燃料要求高。汽油、輕柴油。排放污染嚴重，噪音。結構復雜，零部件加工精度要求較高。內燃機系統(tǒng)介紹內燃機熱泵技術最初以大型機組為主，在20世紀80年代中后期實現(xiàn)了中小型空氣源機組的商業(yè)化批量生產。受過去的能源政策、技術經濟環(huán)境、能源供應狀況及價格等因素制約，我國的內燃機熱泵技術發(fā)展較晚。內燃機系統(tǒng)介紹廣義的燃氣內燃機不僅包括往復活塞式內燃機、旋轉活塞式發(fā)動機和自由活塞式發(fā)動機，還包括旋轉葉輪式的燃氣輪機、噴氣式發(fā)動機等。但通常我們所指的是活塞式燃氣內燃機，以往復式最為普遍。謝謝·內燃機分布式供能系統(tǒng)簡化后的工作原理：·內燃機分布式供能系統(tǒng)工作原理詳解：活塞式燃氣內燃機將燃料和空氣混合，在其氣缸內燃燒，釋放出的熱能使氣缸內產生高溫高壓的燃氣，燃氣膨脹推動活塞做功，再通過曲桿連桿機構或其他機構將機械功輸出，驅動從動機械做功或利用發(fā)電裝置發(fā)電，1—3過程。·內燃機分布式供能系統(tǒng)做功后的煙氣依然有400-550℃，我們通過煙氣余熱回收裝置（如余熱鍋爐、煙氣型吸收式空調機組、煙氣-水換熱器等）對這部分高溫煙氣的熱量進行進一步利用。引入進水后，還可以得到蒸汽和熱水，并用于供熱。利用后的排煙溫度一般為120℃以下。·內燃機分布式供能系統(tǒng)內燃機的另一特點是會產生80-110℃的缸套冷卻水，這一部分能量可以利用缸套水熱交換器進行換熱利用，可以得到熱水，也可以用來為吸收式制冷設備提供冷凍水。內燃機還有一部分的產物是40~65℃的潤滑油冷卻水，但品質太低，僅僅可以用以生活熱水、泳池加熱等低熱場合的利用，熱量可以利用板式熱交換器獲取。·內燃機分布式供能系統(tǒng)同學們認為，余熱占到總能量的多少呢？這些余熱中又有多少可以為我們利用呢？系統(tǒng)能量利用率分析：·內燃機分布式供能系統(tǒng)分析：燃氣加熱生成的熱量僅有38%可用以機械功輸出，而62%的熱量以煙氣、缸套水和潤滑油冷卻水的形式排出。如果沒有后續(xù)的利用，將會產生很高的能量浪費。輸出的機械功，排除少量的發(fā)電機能量損失，大部分可轉變?yōu)殡娔埽偟陌l(fā)電率約為36.5%（一般情況）。從一次排放的熱量分析來看，缸套水和潤滑油冷卻水占得熱量比重很大，甚至超過高溫煙氣，但其品質要遠低于高溫煙氣，這也是采用內燃機的一個不利結果。通過引入余熱回收裝置（余熱鍋爐、換熱器等），可以很好的對余熱進行利用；排除掉5%的輻射熱散失和約7.5%的煙氣余熱損失，仍有占總量49.5%的熱量可以進行余熱回收（占總余熱的80%），這對能量利用率的提高具有十分重要的影響。·內燃機分布式供能系統(tǒng)余熱回收裝置發(fā)電機燃氣發(fā)動機熱泵系統(tǒng)QaQyQwWbQcWhQ12QeQ11EhQa=燃料燃燒產生的熱量；Wb=向壓縮機輸出的功；Wh=向發(fā)電機輸出的功；Qy=發(fā)動機排出的余熱量；Qe=蒸發(fā)器從冷源吸收的熱量；Qc=冷凝器向熱源釋放的熱量；Eh=發(fā)電機發(fā)電量；Q12=發(fā)電機的熱量損失；Qw=余熱回收的熱量；Q11=發(fā)動機最終排出的熱量；·內燃機分布式供能系統(tǒng)要求：必須準確的畫出內燃機獨立供能系統(tǒng)的能量流示意圖，并準確說明各項的含義，以及它們之間的關系。除此之外，還必須弄清的問題：Wb和Qc、Qe的關系

？什么是制熱/熱泵系數(shù)？什么是制冷系數(shù)？·內燃機分布式供能系統(tǒng)Wb=向壓縮機輸出的功；Nb=壓縮機的輸入功；Qe=蒸發(fā)器從冷源吸收的熱量；Qc=冷凝器向熱源釋放的熱量；余熱回收裝置發(fā)電機燃氣發(fā)動機熱泵系統(tǒng)QaQyQwWbQcWhQ12QeQ11EhNb·內燃機分布式供能系統(tǒng)1.分析供熱運行工況制熱系數(shù)COPh——熱泵的制熱量比上發(fā)動機向壓縮機輸出的功。折算制熱系數(shù)COPhz——熱泵的制熱量+余熱回收的熱量，再比上發(fā)動機向壓縮機輸出的功。·內燃機分布式供能系統(tǒng)2.分析制冷運行工況制冷系數(shù)COPr——熱泵的制冷refrigeration量比上發(fā)動機向壓縮機輸出的功。折算制冷系數(shù)COPrz——熱泵的制冷量+余熱回收的熱量，再比上發(fā)動機向壓縮機輸出的功。余熱回收裝置發(fā)電機燃氣發(fā)動機熱泵系統(tǒng)QaQyQwWbQcWhQ12QeQ11EhNb·內燃機分布式供能系統(tǒng)要搞清楚四個效率，它們是怎么定義的？發(fā)動機效率余熱回收裝置發(fā)電機燃氣發(fā)動機熱泵系統(tǒng)QaQyQwWbQcWhQ12QeQ11EhNb·內燃機分布式供能系統(tǒng)發(fā)動機與壓縮機的