发动机原理与汽车理论（第4版）课件.ppt

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1、2022/12/23,发动机原理与汽车理论,张西振 高元伟,高等职业教育汽车运用与维修技术专业规划教材,主 编,2/21,课程内容概述,第一章 发动机原理基础知识第二章 发动机的换气过程第三章 汽油机的燃料与燃烧第四章 柴油机的燃料与燃烧第五章 发动机的特性第六章 汽车的动力性第七章 汽车的制动性第八章 汽车的使用经济性第九章 汽车的操纵稳定性第十章 汽车的舒适性第十一章 汽车的通过性第十二章 汽车性能的合理使用,第一章 发动机原理基础知识,2022/12/23,第一章 发动机原理基础知识,第一节 气体的热力性质第二节 热力学第一定律第三节 热力学第二定律第四节 发动机的循环第五节 发动机的性

2、能指标第六节 发动机的机械效率,返回到首页,第一节 气体的热力性质,一、基本概念,二、基本状态参数,三、理想气体状态方程,温度 压力 比体积,工质 热力系统 热力状态 热力过程,P-V 图,一、基本概念,工质：实现热能与机械能相互转换的物质,热力过程：工质从某一初始状态变化到另一状态所经历 的过程。,热力状态：工质在某一时刻所处的宏观状况,热力系统：作为研究对象的某一宏观尺寸范围内的工质。,二、基本状态参数,比体积：单位质量的气体所占的容积v=V/mv-气体的比体积V-气体总容积m-气体的质量,温度：描述物体的冷热程度摄氏温度 (t ）开氏温度（T K) t=T-273）,压力：单位体积上所受

3、的垂直作用力（kPa）,对于1kg理想气体 pv=RT对于mkg理想气体 pV=mRT(R-气体常数),三、理想气体状态方程,第二节 热力学第一定律,一、功、热量、内能,二、 具 体 表 述,功,1kg气体：dw=pAdx=pdvmkg气体：V=mv,定义：当气体的压力和容积发生变化时，气体与外界之间相互传递的机械能。单位：J KJ 符号：W 功的正负：容积增加，对外做功，为正 容积减少，外界对物体做功，为负,热量,定义：温度不同的物体相互接触，会有热量的传递。单位：J KJ 符号：q、Q比热：单位量的物体温度变化1K时吸收或放出热量 c=dq/dT 1kg气体从T1变化到T2 mkg气体从T

4、1变化到T2热量的正负：吸收热量为正、放出热量为负,定义：气体内部所具有的能量的总和。单位：J KJ 符号：u、U内能变化：1kg气体从T1变化到T2 mkg气体从T1变化到T2热量的正负：内能增加为正、内能减少为负,内 能,具体描述,表述：热和功可以相互转换，为了要获得一定量的功，必须消耗一定量的热；反之，消耗一定量的功，必会产生一定量的热。能量平衡方程：1kg气体由状态1变化到状态2 mkg气体由状态1变化到状态2,定义、分类、热力循环P-V图,热力循环,循环评定指标,具体表述,循环热效率、循环平均压力,开尔文-普朗克表述克劳修斯表述,第三节 热力学第二定律,热力循环,定义：工质从某一初态

5、出发，经过一系列的中间状态变化，又回复到原来状态的全部过程称为热力循环。（即封闭的热力过程）热力循环的分类：按循环进行的方向和产生的效果正向循环：将热能转换为机械能的循环 ，又称为热机循环（或动力循环）。如蒸汽动力装置循环、内燃机及燃气轮机装置循环等。逆向循环：消耗机械能将热量从低温物体传递到高温物体的循环。按循环的目的不同，又可分为制冷循环和供热循环（即热泵循环）。,热力循环P-V图,A-C-B过程中，为膨胀过程,工质从热源吸收热量Q1，对外做功W1.B-D-A过程中，为压缩过程，外界对气体做功W2，工质向冷源放出热量Q21kg工质的循环过程中做的静功：w0=q1-q2mkg工质的循环过程中

6、做的静功：Wo=Q1-Q2,循环评定指标,循环热效率：定义：热功转化效率。说明：热功转换过程的热量利用度。,循环平均压力：定义：单位汽缸工作容积所做的循环功。说明：循环的动力性。,气缸工作容积,热力学第二定律,开尔文表述不可能建造一种循环工作的机器，其作用只是从单一热源取热并全部转变为功，而不引起其它变化。,克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。,第四节 发动机的循环,研究目的：分析影响发动机性能的各种因素，找出改善发动机循环、提高发动机性能的一般规律。,进气过程,实际循环,理想循环,两种循环区别,燃烧过程,压缩过程,膨胀过程,排气过程,实际循环的简化,柴油机理想循环

7、,汽油机理想循环,理想循环影响因素,实际循环与理想循环的主要差别在于实际循环存在各种损失,21/20,一、发动机的实际循环,发动机的实际循环：连续不断的把热能转换为机械功的循环。四冲程发动机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气5个过程组成。通常用气缸内工质的压力p随气缸容积V（或曲轴转角）而变化的图形,来表示气缸内工质的实际工作情况。,22/20,-V图和p-图,结论：进气、压缩、燃烧、膨胀、排气,23/20,进气过程进行的好坏用实际进入气缸的新鲜工质的数量评价。由pV=mRT可以看出：气缸容积一定时，提高进气终了压力、降低进气终了温度可增加进气量。进气量的增加意味着循环加热量的增加，在

8、循环热效率一定时，可增加循环净功，从而提高发动机动力性。,结论：进气,24/20,发动机的实际压缩过程，是一个复杂的热力过程(吸热-绝热-放热)。总体来说，缸内气体的放热量大于其吸热量。实际工作中，常测量压缩终了的压力。压缩终了的压力过低，说明气缸密封不良，其主要原因一般是气门密封不良、活塞和气缸磨损严重等。,结论：压缩,25/20,汽油机及燃气发动机的燃烧接近定容加热过程。柴油机燃烧接近混合加热过程（同时存在定容加热和定压加热）。燃烧过程放出的热量越多，放热时越靠近上止点，则热效率越高。在实际燃烧过程中，不仅有散热损失，不完全燃烧损失，而且还存在非瞬时燃烧损失。,结论：燃烧,26/20,燃烧

9、过程,27/20,发动机的实际膨胀过程与压缩过程很相似，也是一个复杂的热力过程（吸热量大于放热量、吸热量等于放热量、吸热量小于放热量）。总体来说，缸内气体的吸热量大于放热量。膨胀过程不仅有散热损失和漏气损失，还有补燃损失。膨胀过程终了b点的压力和温度越低，说明气体膨胀和热量利用越充分。,结论：膨胀,28/20,由于排出的废气具有一定的压力和较高的温度，故存在排气损失。 由于排气系统有阻力，使排气终了的压力略高于大气压力。 实际工作中，也常用排气温度作为检查发动机工作状态的技术指标，排气终了温度偏高，说明发动机工作不良，热功转换效率低。,结论：排气,29/20,二、发动机的理想循环,1.实际循环

10、的简化2.柴油机的理想循环3.汽油机的理想循环4.理想循环的影响因素,30/20,1. 实际循环的简化,1）假设工质为理想气体，其比热为定值。2）假设压缩和膨胀过程均是绝热过程。 3）假设燃烧过程为定容加热过程或定压加热过程，废气带走热量为定容放热过程。4）假设气缸内工质的数量不变，不考虑进、排气过程，并忽略漏气的影响。5）忽略实际过程中存在摩擦等能量损失。,31/20,柴油机的理想循环-混合加热循环。由5个热力过程组成: 循环净功为W。根据热力学中热量和循环热效率的计算公式可求出混合加热循环的热效率为：,2.柴油机的理想循环,32/20,式中：压缩比， 压力升高比， 预胀比， k绝热指数，

11、k为定值，其值取决于气体的原子数，单：k=1.67，双：k=1.4，三：k=1.3。 根据热力学公式和循环平均压力可求出混合加热循环的平均压力为：,33/20,3.汽油机的理想循环,汽油机的理想循环-定容加热循环。由4个热力过程组成:（=1） 循环净功为W 。将=1代入混合加热循环计算式中：定容加热循环的热效率为：定容加热循环的平均压力为：,34/20,4.理想循环的影响因素,（1）压缩比。 提高,循环热效率t和平均压力pt提高。(2）压力升高比和预胀比。在定容加热循环中，压力升高比增加，循放加热量增加(在一定时)，使循环净功W0和循环放热量Q2均相应增加, 所以循环热效率不变，但循环平均压力

12、提高；在混合加热循环中(在和总加热量一定时) ，提高，预胀比减小，循环热效率和平均压力提高。（3）绝热指数k。在一定时，k增加，循环热效率提高；混合气浓度增加，循环平均压力提高。（4）进气终了的压力p1。在其它参数一定时，p1提高，气缸内的最高温度和压力都提高，所以循环平均压力也提高。,35/20,三、实际循环与理想循环的差别,（1）实际气体存在的损失wk（2）泵气损失wr（3）提前排气损失w （4）非瞬时燃烧损失wz （5）传热损失wb （6）运动摩擦和不完全燃烧等损失结论：实际循环的热效率低于理论循环。,36/20,一、指示性能指标,二、有效性能指标,第五节 发动机的性能指标,三、发动机其

13、他性能评定,38/28,指示性能指标是以气缸内工质对活塞所作的有用功为基础的性能指标，只能评定发动机实际工作循环进行的质量好坏。 1.平均指示压力2.指示功率3.指示燃油消耗率4.指示热效率,一、指示性能指标,39/28,平均指示压力:指单位气缸工作容积在每一循环中所作的指示功，用符号pi来表示。发动机每循环作功的多少与气缸工作容积有关，所以用平均指示压力能更准确地评定发动机循环动力性的好坏。,1.平均指示压力,40/28,指示功率:指发动机在单位时间内所作的全部指示功，用Pi来表示，单位为W、kW。,2.指示功率,41/28,指示燃油消耗率:指单位指示功的耗油量，又称指示比油耗，用gi来表示

14、，单位为（g/kWh）。 Pi -指示功率为（kW） GT-每小时耗油量（kg/h）,3指示燃油消耗率,42/28,指示热效率:指发动机实际循环指示功与所消耗燃料的热量之比。,4指示热效率,43/28,有效性能指标是以发动机输出轴上输出的功率为基础的性能指标，能够评定整机工作性能的好坏。 1.有效功率2.有效转矩3.平均有效压力4.升功率、比质量、强化系数5.有效燃油消耗率6.有效热效率,二、有效性能指标,44/28,有效功率是指发动机输出轴上输出的功率，用Pe表示，单位为W或kW。Pe= PiPm机械损失功率主要包括摩擦损失、驱动附件的损失和泵气损失。机械损失功率和有效功率可通过发动机实验测

15、得。,1.有效功率,45/28,有效转矩是指发动机输出轴上输出的转矩，用符号Me表示，单位是Nm。式中：Me有效转矩，Nm； n 发动机转速，r/min。,2有效转矩,46/28,平均有效压力是指单位气缸工作容积所输出的有效功，用符号pe来表示，单位为Pa或kPa。,3平均有效压力,47/28,1）升功率（PL ）：指在标定工况下，每升气缸工作容积所发出的有效功率 ，单位为kW/L。2）比质量（me ）：指发动机的净质量与有效功率的比值，单位是kg/kW。 3）强化系数：指平均有效压力pe与活塞平均速度Cm的乘积。,4升功率、比重量和强化系数,48/28,有效燃油消耗率:指单位有效功的的燃油消

16、耗量，又称有效比油耗，用ge来表示，常用单位为g/kWh。式中：Pe-有效功率（kW）； GT-每小时耗油量为（kg/h）,5有效燃油消耗率,49/28,有效热效率:指发动机实际循环有效功与所消耗热量之比。,6有效热效率,50/28,1排放性能:有害气体、颗粒（指发动机排出的除水以外任何液态和固态微粒）。2噪声：我国噪声标准中规定轿车噪声不得大于84dB 。 3冷起动性能：指发动机在低温条件下起动的可靠性，它直接影响发动机的燃料经济性、使用寿命和驾驶员的劳动强度等。我国标准规定，不采用特殊的低温起动措施，汽油机在10、柴油机在5以下的气温条件下，接通起动机，15 s内发动机应能顺利起动。,三、

17、发动机其他性能评定,一、机械效率,二、机械损失的组成及测定,第六节发动机的机械效率,三、影响机械效率的因素,52/28,机械效率是指曲轴输出的有效功（或功率）与指示功（或功率）的比值，用符号m表示 。根据机械效率、有效热效率和指示热效率的定义式，可得三者之间的关系 :由有效燃油消耗率和有效热效率的关系式可得 :,一、机械效率,53/28,机械损失的组成：摩擦损失、驱动附件损失、泵气损失。机械损失的测定(倒拖法) ：将发动机与电力测功机相连，电力测功机测定的倒拖功率即机械损失功率。,二、机械损失的组成及测定,54/28,1点火提前角或供油提前角2发动机转速 3发动机负荷4润滑油粘度5发动机工作温

18、度6发动机的技术状况,三、影响机械效率的主要因素,55/28,提前角过大，由于提前燃烧的损失增加(压缩消耗功增加)，使循环指示功减少；同时也会增加缸内最高压力，使活塞侧压力和轴承负荷增大，摩擦损失增加，使机械效率降低。提前角过小，使后燃损失（上止点后的燃烧损失）增加，循环指示功也减少；虽然最高燃烧压力下降, 机械损失减少，但比例小，所以机械效率也下降。最佳的提前角应根据转速和负荷合理选择。,1点火提前角或供油提前角,56/28,转速提高，各磨擦表面间的相对运动速度提高,运动件惯性力加大，摩擦损失增加；同时转速提高，使泵气损失及驱动附件损失也增加。所以转速提高，机械效率下降。根据试验统计，机械损

19、失功率与转速平方近似成正比，所以转速越高，机械效率下降越快，,2发动机转速,57/28,负荷通常指发动机的外部阻力矩，常用平均有效压力、有效功率、有效扭矩或油门开度来表示。 在转速一定时，在中小负荷范围，随负荷增加，机械效率m增长较快。在大负荷范围，机械效率m的增长速度也逐渐缓慢。在怠速时，机械效率m等于零。,3发动机负荷,58/28,润滑油的粘度过大或过小，均会使机械损失增加，机械效率下降。选用润滑油的原则是：在保证润滑可靠的前提下，尽量选用粘度较小的润滑油(减少摩擦损失，改善起动性能)。定期更换。,4润滑油粘度,59/28,发动机的工作温度直接影响润滑油的粘度。发动机的工作温度过高或过低，

20、会使润滑油的粘度过小或过大，均会导致机械损失增加，机械效率下降。发动机的工作温度也直接影响混合气的形成及燃烧过程。温度过低，混合气形成不良，不完全燃烧损失增加，指示功率减小，使机械效率下降。而温度过高，会导致燃烧过程不正常，会使指示功率减小，机械效率下降。,5发动机工作温度,60/28,发动机的技术状况变坏，会导致配合间隙变大，气缸密封不良，使机械损失增加，指示功率下降，机械效率降低。,6发动机的技术状况,第二章 发动机的换气过程,2022/12/23,什么是换气过程？,换气过程对发动机性能的影响？分析原因。,发动机对换气过程的要求？,排废气（排气过程）、吸新气（进气过程）,有重要影响、多进气

21、就可多供燃料提高动力,排气彻底、进气充分，换气损失小,第二章 发动机的换气过程,第一节 四冲程发动机的换气过程第二节 影响换气过程的因素第三节 换气过程对发动机性能 的影响第四节 改善换气过程的措施第五节 发动机的进气控制与增压,返回到首页,第一节 四冲程发动机的换气过程,一、换气过程二、换气损失三、换气过程的评定指标,一、换气过程,四冲程发动机的换气过程是指上一循环排气门开启到下一循环进气门完全关闭的整个过程。 换气过程分为自由排气、强制排气和进气过程三个阶段 。,自由排气强制排气进气、扫气,1.自由排气阶段,排气门开启到气缸内压力接近排气管内压力,定义,排气开始到气缸压力低于1.9倍排气管

22、压力,超临界,超临界结束到排气过程结束,亚临界,占排气时间不长、排气量为总排气量60%多,所占比例,2.强制排气阶段,活塞上行强制排除废气阶段,定义,有排气阻力，缸内压力高出排气管压9.8KP,缸内压力,排气门不是瞬时关闭，故在上止点后关闭,排气门关闭时间,排气门迟后关闭角,取决于排气门开启截面和气流速度（取决于发动机转速）,上止点到排气门完全关闭 ,3.进气过程,早开,晚关,缸内压力变化,利用进气流惯性充分进气 ,上止点前开启 ,4.扫气过程,气门叠开,所占转角,扫气过程定义,进气门与排气门同时开启的现象,利用进气流进一步扫除废气,非增压发动机 增压发动机 ,叠开角的大小,过小过大都不好；增

23、压发动机叠开角可增大,换气过程会有功的损失吗？,二、换气损失,1.换气损失的组成,排气损失,定义,排气损失的组成,排气门提前开启角对排气损失的影响,排气门开启到进气行程中气缸压力达到大气压过程循环功的损失,转速和气门升程一定时，增大、减小,提前排气损失、强制排气损失,最佳排气门提前开启角,使w+x+u最小，通过实验确定 n增加，提前角增大,进气损失,定义,进气损失对功率和热效率的影响,进气过程中克服阻力所消耗的功,影响不大，但影响进气量,泵气损失,属于机械损失,三、换气过程的评定指标,1.残余废气系数,2.充气效率,衡量排气是否彻底,衡量进气是否充分,1.残余废气系数,每循环进气过程结束时，气

24、缸内残余废气量与实际充气量的比例,定义,计算,汽油机r=0.060.16 非增压柴油机 r=0.030.06 增压柴油机 r=0.000.03,数值,2.充气效率,定义,计算,实际充气效率计算,每循环实际充气量m与理论充气量 的比值,流量计测得实际V( /h) 理论充气量,第二节 影响换气过程的因素,一、影响充气效率的因素二、影响残余废气系数的因素,一、影响充气效率的因素,1.进气终了的压力和温度2.排气终了的压力和温度3.大气压力和温度4.压缩比5.配气相位,进气终了压力对充气效率的影响,按公式：,进气阻力（ ）大，进气终了压力低,进气终了压力对充气效率的影响,进气终了温度对充气效率的影响,

25、按公式：,进气终了温度对充气效率的影响,排气终了压力和温度对充气效率的影响,按公式：,实际上：,排气阻力（排气通道的阻力和发动机转速）大，排气终了压力高,按公式：,原因分析,大气压力和温度对充气效率的影响,按公式：,实际上：,原因分析,实际进气量也减少 减小幅度小,理论充气量减少 减小幅度大,压缩比对充气效率的影响,分析：,实际：影响很小,压缩比的选取：,汽油机：保证正常燃烧的前提下，尽可能提高压缩比，提 高热效率。,柴油机：保证正常着火自燃的前提下，不过分最求高压缩 比，以免机件承受的机械负荷大。,配气相位对充气效率的影响,进气门迟后关闭角影响最大，排气门迟后关闭角影响其次。,进气门迟后关闭

26、角过小（不能充分利用气流进气）、过大（进气容易被压出缸外）排气门迟后关闭角过小（不能充分利用气流排气）、过大（易废气到流）,进、排气门迟后关闭角目的：减小进排气损失、利用气流惯性充分进、排气。,最佳的进、排气迟后关闭角应根据进、排气流惯性来确定，而气流惯性取决于发动机的转速,结论,进气终了压力提高，充气效率提高。进气终了温度提高，充气效率下降。排气终了压力提高，充气效率下降。排气终了温度变化对充气效率影响不大。 大气压力降低、大气温度升高，充气效率提高。 压缩比提高，充气效率提高。配气相位：进、排气迟后角过大或过小，充气效率降低。,二、影响残余废气系数的因素,合适的配气相位,第三节 换气过程对

27、发动机性能的影响,充气效率 指示热效率 机械效率,一、理论空气量和过量空气系数二、充气效率和发动机功率,一、 理论空气量和过量空气系数,理论空气量,过量空气系数,指1kg的燃料完全燃烧时所需的最低空气量。(可计算 汽油：15kg；柴油:14.5kg ),过量空气系数：指燃烧1kg燃料实际供给的空气量L与理论空气量L0的比值。,at1 稀混合气；at1 浓混合气；at =1 理论混合气,二、充气效率和发动机功率和转矩的关系,式中：K1、K2对一定的发动机为比例常数 。且K2=9550 K1 。影响发动机动力性指标（Pe和Me）的参数主要有：过量空气系数、充气效率、指示热效率和机械效率。 提高充气

28、效率是提高发动机动力性的重要措施之一。,第四节 改善换气过程的措施,一、减小进气阻力二、减小排气阻力三、降低进气温度四、合理选择配气相位,一、减小进气阻力,1减小进气门处的阻力系数：加大进气门直径:采用多气门结构:适当增加进气门升程:改进配气凸轮线型；适当降低活塞运行速度:减小活塞行程。2减小空气滤清器的阻力系数：定期维护、适时更换3减小进气管道的阻力系数：尽可能采用圆形截面、增大进气道尺寸、减小弯道和流通截面变化、采用进气控制系统。,二、减小排气阻力,1.减小排气门处的阻力：采用加大排气门升程或多排气门结构。2.减小排气管道的阻力：应采用渐扩型，保证排出的气体充分膨胀，降低气缸与排气管内的压

29、力差，使气缸压力迅速下降。,三、降低进气温度,1.在结构布置上，减小进气管受热；2.加强对冷却系统的维护，防止发动机过热；3.热空气供给装置。,四、合理选择配气相位,(1)进气迟后角一定，在某一转速下充气效率最高。,（2）发动机转速变化时，在较低的转速范围内，采用较小的进气门迟后关闭角，可获得较高的充气效率和有效功率。 （3）改变进气门迟后关闭角度，可改变v和Pe随转速的变化关系，从而改变发动机的速度特性,第五节 发动机的进气控制与增压,目的,发动机的进气控制,柴油机的进气控制,汽油机：提高充气效率 柴油机：控制进气量或进气涡流,进气节流控制、进气涡流控制,通常采用动力阀控制,一、发动机的进气

30、控制,汽油机的进气控制通常采用动力阀式，动力阀式进气控制系统通过控制发动机进气道的空气流通截面大小，来适应发动机不同转速和负荷时的进气量需求，从而改善发动机的动力性。,103/53,应用在柴油机上的进气控制主要有进气节流控制和进气涡流控制,气节流控制的方法就是在进气道中安装一个节气门，并由电控执行元件根据 的指令控制节气门的开度，以控制进气量和进气管压力。 在一定转速下，进气涡流的强度主要取决于进气道的结构，一定结构的进气道，只能适应某一转速对进气涡流强度的要求。,二、发动机的进气增压,1.增压的目的:1)降低发动机的质量、体积和制造成本。2)提高热效率，降低油耗率。3)降低排放污染和噪声。4

31、)可补偿高原功率损失。5)提高整机使用经济性。6)改善发动机的特性。,2.进气增压的评定指标:增压度：增压后功率的提高量与增压前功率之比。增压比：增压后的气体压力与增压前的气体压力之比。,3.进气增压系统的类型,按增压比的不同，增压发动机可分为：1）低增压:b1.6 （pme=7001000kPa ）；2）中增压:1.6b2.5（pme=1000 1500kPa）；3）高增压:b 2.5（pme=1500kPa以上）。按增压器装置的结构原理不同，增压发动机可分为：1）机械增压系统；2）废气涡轮增压系统；3）气波增压系统；4）谐波进气增压系统；5）复合增压系统。,4.进气增压对汽油机的影响,对汽

32、油机的不利影响表现在：（1）爆燃倾向加大：汽油机增压后，由于压缩始点压力和温度升高，促使爆燃发生，必须采取降低压缩比、推迟点火时刻等技术措施。负面影响：热效率下降、排温过高等。（2）热负荷加大：汽油机的过量空气系数小，其燃烧温度高，排气温度比柴油机高（300），增压后汽油机的整体温度更高；同时，汽油机气门叠开角不大，扫气作用不明显，所以增压后的汽油机在排气门、活塞等处的热负荷均高于柴油机。,5.进气增压对柴油机的影响,对柴油机的不利影响表现在：1）机械负荷和热负荷加大：燃烧最高压力和温度提高2）低速和加速时排气管冒烟： 低速时，由于增压效果较差，供气量不足；加速时，气流惯性作用，压气机供气滞后

33、，都使混合气过浓，排气管冒烟。,5.进气增压对柴油机的影响,结构上必须采取以下措施：1）适当调整和改进燃料供给系统 ：保证喷油持续时间不变（如加大喷油泵柱塞直径、加大喷油器喷孔直径、提高喷油压力等）；同时适当减小喷油提前角（抑制燃烧最高压力和温度，降低机械负荷和热负荷）。2）适当调整配气相位：适当增加气门叠开角，降低发动机热负荷。试验表明：气门叠开角每增加100，活塞的平均温度下降4。 3）适当减小压缩比：压缩比减小，降低燃烧最高压力和温度。压缩比减小过多，冷起动困难，经济性变差。一般减小1-2个单位。,5.进气增压对柴油机的影响,4）对增压空气冷却：采用中冷器对增压后的空气进行冷却。一方面提

34、高进气密度，使发动机功率提高；另一方面降低进气终了的温度和循环的平均温度，从而降低排气终了温度、热负荷及NOX排量。5）强化冷却系统：增大机油散热器面积；调整水泵容量、提高水泵转速；增大散热水箱面积，降低机械负荷和热负荷。,1增压压力控制系统（1）旁通阀式增压压力控制（2）节流阀式增压压力控制（3）可调叶片式增压压力控制2增压空气供给量控制,三、进气增压控制,第三章 汽油机的燃料与燃烧,2022/12/23,汽油机的燃料与燃烧,汽油机为什么用汽油作为燃料？,燃烧过程对发动机性能的影响？,良好的蒸发性、易点燃,燃烧完全，产生热能多，经济性、动力性好燃烧不完全，经济性、动力性差、排放性差,第三章

35、汽油机的燃料与燃烧,第一节 汽油的使用性能第二节 汽油机混合气的形成 第三节 汽油机的燃烧过程第四节 改善汽油机燃烧过程的措施 第五节 汽油机的排放污染,返回到首页,第一节 汽油的使用性能,由多种碳氢化合物组成，C 85% 、H 15%,成分,含义、影响混合气形成、评定指标、结论,蒸发性,自燃温度：220471 燃烧单位量的汽油放出的热量 （44400KJ）,燃点热值,含义、评定指标、国产汽油的编号,抗爆性,C,汽油的蒸发性,含义：指汽油从液态转变成气态的难易程度。评定指标（通过蒸馏实验测定）：10%馏出温度:影响冷起动性能。此温度低，汽油的蒸发性好，冷起动性能好；但此温度过低，汽油因蒸发过快

36、而形成气阻，使供油不畅，影响发动机正常工作。50%馏出温度:影响暖机时间和加速性能。此温度越低，表明汽 油的平均蒸发性越好，暖机时间越短，加速性能好。90%馏出温度:影响燃烧的完全程度、积炭和润滑油的污染程。 此温度越高，重馏分越多（难以蒸发），不完全燃烧程度增加，排气管冒黑烟；未完全燃烧的燃料使积碳增加；冲刷缸壁油膜，污染润滑油。结论：馏出温度越低，蒸发性越好，对混合气形成和完全燃烧越 有利。蒸发性过好，易产生气阻，且蒸发损失较大。,汽油的抗爆性,含义：汽油对发动机产生爆燃的抵抗能力。评定指标（对比试验方法测定）辛烷值的测定：用抗爆很高的异辛烷（辛烷值为100）和抗爆很低的正庚烷(辛烷值为0

37、）以不同的容积比混合，制成标准燃料（ 异辛烷的含量就是其辛烷值）。当被测汽油和标准燃料抗爆性相同时，标准燃料的辛烷值就是被测汽油的辛烷值。国产汽油编号：辛烷值按测定方法有马达法（MON）和研究法(RON)，同一种汽油研究法值比马达法值高出67个单位。国产汽油采用研究法(RON)进行编号，如92#、 95#、 98#。结论：辛烷值越高，抗爆性越好。,第二节 汽油机混合气的形成,燃料与空气的混合物，混合气中含燃料量的多少称为混合气浓度。混合气的浓度通常用过量空气系数或空燃比来表示。,概念,混合气的浓度对发动机性能的影响发动机的工况发动机各工况对混合气浓度的要求,要求,汽油机混合气的形成过程汽油机混

38、合气形成过程的控制汽油机混合气浓度的控制,形成,混合气的浓度对发动机性能的影响,经济混合气（at =1.05-1.15 ）：可保证汽油可获得足够的空气而实现完全燃烧，发动机性能最好。功率混合气（at =0.85-0.95）：发动机可发出较大功率，但不能完全燃烧，经济性差混合气过稀（at 1.15）或过浓at 0.85）：燃烧速度减慢，经济性和动力性差。无法点燃的混合气浓度（at 1.3-1.4或at 0.4-0.5）混合气无法点燃，发动机无法工作。,发动机的工况,含义：发动机的工作状况。表示：转速和负荷。转速：从最低稳定转速到最高转速。负荷：发动机的外部载荷。可用节气门的开度 表示。节气门全关

39、，负荷为0；节气门 全开，负荷100%。负荷可以从0变化到 100%。,发动机各工况对混合气浓度的要求,怠速工况 ：n=700-900r/min,节气门开度at =0.6-0.8 小负荷工况 ：负荷在25%以下 at =0.7-0.9中等负荷工况 ：负荷在25%-85% at =1.05-1.15大负荷和全负荷工况： 负荷在85%-100% at =0.85-0.95冷起动工况： at =0.2-0.6暖机工况 ：从起动时的极浓减小到稳定转速的浓度加速工况：额外供油总结：发动机负荷：小负荷 中负荷 大负荷 混合气浓度：浓 稀 浓,汽油机混合气的形成过程,按燃油喷射的位置不同分为：单点喷射 ：1

40、-2个喷油器，喷油压力0.07-0.10MPa多点喷射 : 每缸1个喷油器，喷油压力 0.25-0.35MPa缸内喷射：喷油压力 5-11MPa,汽油机混合气形成过程的控制,喷油正时的控制（喷油器开始喷油时刻）：喷油过早，部分燃油沉积在进气管上，不能进入气缸。喷油过迟，混合气形成时间短，混合气质量差。最佳喷油时刻的确定：进气行程开始时刻与喷油结束时刻同步，根据进气行程开始时刻、喷油时间、和发动机转速确定。同步喷油：顺序喷射、分组喷射、同时喷射。异步喷油：起动异步喷油、加速异步喷油。,汽油机混合气浓度的控制,第三节 汽油机的燃烧过程,着火延迟期、明显燃烧期、补燃期,正常燃烧,爆燃、热面点火,不正

41、常燃烧,2022/12/23,着火延迟期,定义：从火花塞跳火开始到形成火焰中心为止。点火提前角（ ）：火花塞跳火到上止点的曲轴转角。所需时间：约占整个燃烧时间的15%左右。,明显燃烧期,最高压力出现时刻对发动机功率、燃油消耗有很大影响。过早、过迟都不宜。最高压力出现在上止点后1215，最理想。,用压力升高率（ ）表征汽油及工作粗暴程度。,定义：从火焰中心形成到汽缸内出现最高压力为止这段时间称为明显燃烧期,补燃期,定义：从出现最高压力开始，到燃料基本燃烧完为止。,参与燃烧的物质：未燃尽的燃料、吸附在缸壁上的混合气层和部分高温分解产物，此阶段继续燃烧、放热。,尽量缩短补燃期：补燃期的热量不能有效转

42、变为功，使排气温度升高，热效率下降。,爆燃,自燃：自行燃烧。爆燃：自燃和火焰传播同时进行，混合气的燃烧速率和缸内压 力升高率急剧上升。火焰传播速度：末端混合气自燃形成的火焰前锋面推进速度， 远远高于正常燃烧的火焰传播速度。爆震的外部特征：1）发出金属振音（敲缸）；2）冷却系统过热（冷却水、润滑油温度均上升），气缸盖温 度上升；3）在轻微爆震时，功率略有增加；4）强烈爆震时，功率下降，转速下降，发动机有较大的噪声 和振动。,汽油机正常燃烧与爆燃的比较,1）使用抗爆性好的燃油。2）降低末端混合气温度和压力（与点火提前角、负 荷、冷却水温度、进气温度、混合气浓度、压缩 比、燃烧室积碳有关）3）合理设

43、计燃烧室，缩短火焰传播距离。4）提高发动机转速，提高火焰传播速度。,防止爆燃的措施：,热面点火,表面点火：在汽油机中，不依靠电火花点火，而是由于炽热表面（如过热的火花塞绝缘体和电极、排气门、更多的是燃烧室表面炽热的沉积物）点燃混合气所引起的不正常燃烧现象。根据表面点火发生时间的不同：早火（相当于提前点火）和后火（危害不大）。防止表面点火的措施：降低缸内温度、减少缸内沉积物可防止表面点火的产生。如高质量燃油和润滑油、适当降低压缩比。,表面点火的示功图,第四节 改善汽油机燃烧的措施,合适的压缩比,合理设计燃烧室,正确选用燃料,蒸发性适中、抗爆性好,适当提高压缩比，爆燃是障碍。,燃烧室紧凑、形成涡流

44、、合理布置火花塞位置,8090,保持发动机温度,精确控制混合气的形成,精确控制混合气浓度和喷油正时,过量空气系数at0.850.95时，混合气稍浓，燃烧速度最快。爆燃倾向增大、排气中NOx、HC、CO含量增加当过量空气系数at =1.051.15时，混合气稍稀，但火焰传播速仍比较高。爆燃倾向、排气污染较小 采用at0.850.95的过浓混合气时，火焰传播速度显著降低，耗油率增加，HC、CO含量增加，燃烧速度慢造成排气管放炮采用过量空气系数at1.051.15的过稀混合气时，火焰传播速度也会明显降低，耗油率增加，燃烧速度慢，HC增加，不会造成排气管放炮 采用过量空气系数at1.31.4和at0.

45、40.5的极稀混合气和极浓混合气，火焰无法传播,点火提前角大小对汽油机爆燃倾向、示功图上最高压力点的位置有很大影响。,精确控制点火提前角,第五节 汽油机的排放污染,二、汽油机排气污染的控制措施,一、汽油机的排气污染物,一、汽油机的排气污染物,汽油机排出废气中的污染物种类和数量与其所用燃料及燃烧过程有关。汽油机排放出的污染物包括 、 和炭烟。其中 、 和是最主要的污染物，已被列为各国法规限制的对象 。,二、汽油机排气污染的控制措施,1.废气再循环()装置 将排气管中的适量废气引流到进气管中，随新鲜混合气一起进入汽缸参加燃烧，利用再循环废气对新鲜混合气的稀释作用和对燃烧速度的抑制作用，降低燃烧的最

46、高温度，以实现减少 生成量的目的。,2.二次空气供给装置 通过该装置将新鲜空气送入排气管内，利用废气中的高温，使排气中的 和 进一步氧化，达到排气净化的目的。,2022/12/23,3.催化转换装置,催化转换装置中装有促使废气中有害物进行氧化或还原反应的催化剂，当废气流经催化器时，通过化学反应使有害气体转化为无害气体，以达到降低排气污染的目的。,第四章 柴油机的燃料与燃烧,2022/12/23,第四章 柴油机的燃料与燃烧,第一节 柴油的使用性能第二节 柴油机混合气的形成 第三节 柴油机的燃烧过程 第四节 改善柴油机燃烧过程的措施第五节 柴油机的排放污染与噪声,返回到首页,第一节 柴油的使用性能

47、,多种烃与少量硫、氮及添加剂组成的混合物。,成分,含义、影响混合气形成、评定指标、结论,发火性,含义、影响混合气形成、评定指标、结论,蒸发性,含义、国产柴油的编号,黏度凝点,一、柴油的发火性,含义：指柴油的自燃能力。评定指标：十六烷值。十六烷值低：发火性差十六烷值高：发火性好，着火延迟期短柴油机工作柔和。十六烷值过高：重质馏分多，蒸发性差，易高温裂解， 冒黑烟、经济性差。车用柴油机：十六烷值4060。,二、柴油的蒸发性,含义：指柴油从液态转变成气态的难易程度。评定指标（通过蒸馏实验测定）：50%馏出温度:馏出温度低，轻馏分多，蒸发性好，有 利于冷启动，但其着火性差。90%、95%馏出温度:馏出

48、温度高，重馏分多，蒸发性差。 导致冒黑烟和积碳。结论：要求柴油的50%馏出温度适宜，90%馏出温度和 95%馏出温度应比较低。,三、黏度,黏度决定其流动性，影响雾化质量和润滑能力。黏度大，滤清困难，流动阻力增加，不易雾化。黏度小，流动性好，容易雾化，但粘度过小使其失去 必要润滑能力，磨损、柴油的露失量增加。,黏度变大,四、凝点,凝点指柴油冷却到开始失去流动性的温度，是评价柴油低温流动性的指标。国产轻柴油的牌号以凝点大小编号。如10号轻柴油的凝点为10。 好的柴油凝点低。选用柴油时，其凝点要比最低环境温度低3 5。,第二节 柴油机混合气的形成,粘度大、不易蒸发，采用高压喷射方法（高压油泵、 喷油

49、器），与缸内高温高压的空气混合形成混合气。混合气的形成时间短且不均匀。喷油和燃烧是同时进行，即边喷油、边雾化、边混合 、边燃烧。,特点,空间雾化混合方式油膜蒸发混合方式,方式,特点： 喷油器以一定压力、一定射程和一定雾化质量将柴油喷入燃烧室并形成油雾，从高温空气中吸热、蒸发、扩散与空气混合形成可燃混合气。要求： 喷油器的喷雾特性（射程、锥角和形状)与燃烧室形状匹配； 燃烧室有一定的涡流，加速混合气的形成；采用多孔喷油器，扩大油雾分布空间。,一、混合方式,1.空间雾化混合方式,含义： 喷油器将大部分柴油喷射到燃烧室壁面上形成油膜，只有小部分柴油直接喷射到空间，这小部分柴油在空间蒸发、扩散与空气混

50、合,首先着火，燃烧室温度迅速上升。油膜在强烈的空气涡流作用下，受热蒸发并与空气混合，形成可燃混合气。特点： 与空间雾化混合方式相比，油膜蒸发混合方式形成的混合气要均匀些；由于分层燃烧，同时燃烧的混合气量少，气缸压力上升缓慢，工作柔和，但动力性稍差。,一、混合方式,2.油膜蒸发混合方式,二、柴油机混合气浓度的控制,现代柴油机电控燃油喷射系统主要以电控共轨式(各缸喷油器共用一个高压油轨)喷油系统为特征，对喷油量的控制通过控制喷油器喷油和停止喷油的时刻或控制喷油压力来实现。,三、柴油机混合气形成过程的控制,喷油正时的控制 分为“位置控制”和“时间控制”两种类型 喷油压力的控制 只有在柴油机共轨式电控