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1、.,汽车理论知识,.,第一节 发动机原理,有效功率 Pe,一、发动机性能指标,发动机曲轴传递的功率称为有效功率 Pe，它是工质所做指示功率，扣除各种损失后的效果。 有效功率通过试验测量得到。,.,1. 发动机动力性能指标,1. 有效扭矩 Te,发动机曲轴输出的扭矩称为有效扭矩 Te。 有效扭矩也可通过试验测量得到。 有效扭矩与有效功率的关系,.,1. 4. 1 发动机动力性能指标,3. 平均有效压力 pme,发动机单位气缸工作容积所做有效功即平均有效压力 pme。,.,1. 4. 3 发动机强化性能指标,1. 升功率 PL,单位气缸工作容积所发出的有效功率即升功率 PL。 （iVs=排量）,升
2、功率衡量发动机容积利用程度,.,1. 4. 2 发动机经济性能指标,1. 有效热效率 he,发动机所做有效功 We 与所消耗燃料热量Q1的比值即有效热效率 he 。,有效热效率用以评价发动机的经济性，表示燃油产生的热量有多少转变为有效功。一般汽油机he=0.20.3，柴油机he=0.30.4,.,ge= GT/pe 1000,2. 有效燃料消耗率 ge （有效比油耗）,发动机在1小时所发出单位有效功率时所消耗燃料质量Q1的比值即有效燃料消耗率 be 。,GT=每小时油耗量 ge值越小，说明发动机曲轴每输出1kmh的功所消耗的燃料越少。,.,二、发动机的实际循环,进气过程0-1,压缩过程1-2,
3、燃烧过程2-3-4,膨胀过程4-5,排气过程5-0,.,汽油机的燃烧过程主要包括着火和燃烧。 一、汽油机的着火 是指可燃混合气在一定温度、压力和浓度条件下，其氧化反应速度突然加速，以致出现火焰的现象。,三、汽油机的燃烧过程,.,1）着火方式 两种方式：自燃着火（自燃）和强迫着火（点燃） 自燃：利用自身积累的热量或活化中心着火。着火后，不需外部任何能量。 点燃：利用点火系向可燃混合气增加能量。包括局部引燃和火焰传播两个阶段。 点燃是在局部混合气内进行的，自燃是在全部混合气内同时发生的。,.,二、正常燃烧过程,汽油机的燃烧过程指从点火开始到燃料基本烧完为止的过程。,一、示功图上的关键点,1、火花塞
4、跳火 2、缸内压力线偏离纯压缩线的始点 3、缸内最高压力点 -点火提前角,.,1、滞燃期（着火延迟期） 从火花塞开始跳火到火焰中心形成滞燃期。 是燃烧的准备阶段，主要进行热量的积累，缸内的压力线与纯压缩线基本重合。 当反应的混合气的温度升高到一定程度后，形成发火区，即火焰中心。 从火花塞跳火瞬时到活塞行至上止点时的曲轴转角，称为点火提前角，用表示。一般为2035。,.,1）特点： A.火花放电时两极电压达1015KV，局部温度3000K，加快了混合气的氧化反应速度。 B.此阶段缸内压力无明显升高。 2）影响滞燃期时间长短的因素：,燃料本身的分子结构和物理化学性质。着火温度和热稳定性越低，着火延
5、迟期越短。 混合气成分。混合过量空气系数=0.80.9着火延迟期最短。 火花塞跳火时缸内压力及温度高，着火延迟期缩短。 电火花强度大，着火延迟时间将减小。另外，与残余废气量、缸内混合气的运动等因素有关。 气缸残余废气量，残余废气越多会使着火延长期变长,.,*从火焰中心形成到示功图上的压力达到最高点为止称为速燃期。,*在均质混合气中，当火焰中心出现后，与其临近的一薄层混合气首先燃烧即形成极薄的火焰层，称为火焰前锋。,*火焰前锋向前推进的方向移动速度，称为火焰传播速度。*火焰传播速度：车用一般3060m/s。 缸内最高燃烧温度可达22002800k，最大压力可达2.94.9MPa,2、速燃期,.,
6、*混合气约8090%在此期间燃烧完毕，温度、压力迅速升高，最高压力在上止点后1215（循环功最多）一般占2030。缸内最高压力点与最高温度点重合。 *急燃期越短，愈靠近上止点，汽油机经济性、动力性越好。但可能导致压力升高率值过高，工作粗暴。,.,3、补燃期,补燃期，图中点3以后，它是指明显燃烧期以后的燃烧，主要有火焰前锋过后未及燃烧的燃料再燃烧，贴附在缸壁上未燃混合气层的部分燃烧以及高温分解的燃烧产物（H2、CO等）重新氧化，这种燃烧已远离上止点，热功转换效率明显降低，大部分热量以增加发动机热负荷的形式释放，后燃期应尽量缩短。 综上所述，汽油机正常燃烧过程是唯一地由定时的火花点火开始，且火焰前
7、锋以一定的正常速度传遍整个燃烧室。,.,三、不正常燃烧,常见的不正常燃烧:爆燃和表面点火。,一、爆燃,(一)现象 1.缸内出现尖锐的金属敲击声 2.油膜破坏,机件磨损加剧； 3.燃烧室、冷却系过热，排温增加； 4.排污增加，严重时排气冒黑烟； 5.压力线出现爆震波。,.,（二）原因,*正常燃烧：有火焰前锋，且逐层向外传，直至燃烧完毕。 *爆燃：在火焰前锋到达之前,末端混合气的温度、压力超过其临界温度、压力而自燃，形成新的火焰中心,火焰传播速度加大(高达8001000m/s),使得缸内局部压力、温度急剧升高,压力来不及平衡,形成冲击波（激波）,冲击波反复撞击缸壁,（激波来回反射，在示功图上形成锯
8、齿形）发出尖锐的敲缸声。 *重载爬坡、急加速时易爆震，换低挡以提高发动机转速可消除爆震。,.,（三）危害,1、机件过载 冲击负荷大，机件的机械负荷增加，使机件变形损坏。噪声增大。 2、机件烧损 汽油机燃烧终了的温度为20002500，由于冷却水和气体附面层 的作用，活塞顶、燃烧室壁和缸壁的温度保持在200300 。爆燃 冲击波破坏燃烧室内附面层和局部高温，使活塞头和气门等烧损， 同时会引起发动机过热。 3、润滑变差 发动机过热，使润滑效果变差，使磨损加剧。 4、积碳增多 高温裂解产生的碳粒形成积炭， 5、功率下降、油耗上升 另外，高温裂解使燃烧产物分解为CO、H2、O2、NO及游离碳增 多，排
9、气冒烟严重。 CO、H2、O2等膨胀过程中重新燃烧，使排 温增高。,.,（四）影响爆燃的因素,有燃料因素、使用因素、结构因素等。 为便于分析，假定： t1 -从火焰中心形成起到火焰前锋传到末端混合气为止的时间。 t2 -从火焰中心形成起到末端混合气自行着火的时间。 所以： 当t1 t2 ，爆燃。,.,1、燃料因素 汽油机的压缩比，应适应汽油辛烷值的要求。 2、使用因素 发动机转速增加，进气速度加快，压缩终了气体的紊流度提高，火焰传播速度加快，爆燃程度减弱；气缸残余废气多，会使混合气自燃温度提高，着火延迟期加长，可减弱爆燃； 过量空气系数在0.850.95时，自燃温度低，着火延迟期短，爆燃最严重
10、；BTDC大，易爆燃；缸内积碳使热阻加大，壁面温度升高，实际压缩比增加，爆燃加重。影响混合气的温度和压力,.,3、结构因素 燃烧室结构能使压缩终了气体紊流速度提高，火焰传播速度加快，能避免爆燃；火花塞的位置和数目使火焰行程缩短，可减少爆燃；使末端气体接触的燃烧室壁强冷却，可减少爆燃；采用小直径的气缸，不易爆燃。,.,（五）减轻爆燃的措施,降低水温和进气温度 降低末温 降低压缩比 推迟点火 增多残余废气,.,二、表面点火,定义：在火花点火式汽油机中，凡是不依靠火花塞点火，而是由燃烧室内炽热表面（如过热的火花塞电极、排气门、积碳）点燃混合气的现象。,分,非爆燃性表面点火,爆燃性表面点火,早燃或早火
11、在火花塞跳火 之前 后燃或后火在火花塞跳火 之后,.,1、非爆燃性表面点火-火焰以正常速度传播,1）后燃 点火后，在火焰传播过程中，炽热表面在火焰到达前点燃混合气，其火焰以正常速度向未燃气体推进。断火后发动机续转就是这种现象。 2）早燃 炽热表面温度较高，在点火前，点燃混合气。由于点燃区域较大，火焰传播速度快，P和P较大，发动机易过热。,.,早燃的危害,压缩负功， 缸内温度， 与缸壁接触面积, 散热量, 有效功率。 另外高温、高压加重了活塞连杆组的机械负荷、热负荷,使用寿命。,., 与爆燃的区别 沉闷的“敲缸声”。 被炽热表面点燃，无压力波产生，而爆燃时为自燃，有压力波产生。 另外:,爆燃,缸
12、内炽热表面产生,缸内温度、压力升高,早燃,非爆燃性表面点火大体是发动机长时间高负荷运转引起的。,.,2、爆燃性表面点火（激爆） 热面点火后火焰以爆燃速度传播。由燃烧室沉积物引起的发动机低速、低负荷运转时，燃烧室表面极易形成导热性很差的沉积物。沉积物被高温火焰包围，急剧氧化而白炽化，将混合气点燃。压力升高率高5倍，最高压力高150%,.,（2）速燃期 从燃烧开始气缸内出现最大压力 时为止 火源中心已经形成，已准备好了的混合气迅速燃烧，在这一阶段由于喷入的柴油几乎同时着火燃烧，而且是在活塞接近上止点，气缸工作容积很小的情况下进行燃烧的，因此，气缸内的压力P迅速增加,温度升高很快。,.,（3）缓燃期
13、 从出现 出现 为止 这一阶段喷油器继续喷油，由于燃烧室内的温度和压力都高，柴油的物理和化学准备时间很短，几乎是边喷射边燃烧。但因为气缸中氧气减少，废气增多，燃烧速度逐渐减慢，气缸容积增大。所以气缸内压力略有下降，温度达到最高值，通常喷油器已结束喷油。,.,（4）后燃期 （补燃期） 缓燃期以后的燃烧 这一时期，虽然不喷油，但仍有一少部分柴油没有燃烧完，随着活塞下行继续燃烧。后燃期没有明显的界限，有时甚至延长到排气冲程还在燃烧。后燃期放出的热量不能充分利用来作功，很大一部分热量将通过缸壁散至冷却水中，或随废气排出，使发动机过热，排气温度升高，造成发动机动力性下降，经济性下降。 因此，要尽可能地缩
14、短后燃期。,.,综上所述，要使燃烧过程进行得好，混合气形成的好环是关键，所以对混合气形成的要求如下： 必须要有足够的空气量和适当的柴油量 因为柴油燃烧放出热量是由于柴油和空气中的氧气在一定温度和压力条件下产生化学作用的结果，所以空气与柴油是放热的两个重要因素。 空气量与柴油量比例不同，所形成的可燃混合气的成分也就不同，一般要求： =1.31.5 过大，混合气过稀，燃烧速度慢，散发热量多，Ne 过小，混合气过浓，燃烧不完全，油耗增加，冒黑烟，经济性变坏。 可见是影响发动机功率和油耗的重要因素。,.,四、柴油机的燃烧过程,柴油机的燃烧大体分四个时期,（1）备燃期 (AB) 从喷油开始开始着火燃烧为
15、止 （2）速燃期 （BC） 从燃烧开始气缸内出现最大压力时为止 （3）缓燃期 （CD) 从最大压力出现最高温度出现为止 （4）后燃期 (DE) 缓燃期以后的燃烧,.,（1）备燃期 (着火延迟期） 从喷油开始开始着火燃烧为止 喷入气缸中的雾状柴油并不能马上着火燃烧，气缸中的气体温度，虽然已高于柴油的自燃点，但柴油的温度不能马上升高到自燃点，要经过一段物理和化学的准备过程。柴油在高温空气的影响下，吸收热量，温度升高，逐层蒸发而形成油气，向四周扩散并与空气均匀混合（物理变化）。 随着柴油温度升高，少量的柴油分子首先分解，并与空气中的氧分子进行化学反应，具备着火条件而着火，形成了火源中心，为燃烧作好了
16、准备。这一时期很短，一般仅为0.00070.003 秒。,.,二、影响柴油机燃烧过程的因素,影响柴油机燃烧过程的因素很多，根据各影响因素的特点，大致可分为燃料、喷油提前角、转速、负荷、增压、喷油规律、喷雾质量7个方面。 1）燃料性质的影响 车用柴油机都使用轻柴油，柴油的发火性、蒸发性、粘度和凝点对燃烧过程有着重要影响。柴油的辛烷值越高，抗爆性越好，越不容易发生爆燃。,.,柴油的蒸发性越强，就越容易汽化，与空气混合形成的混合气质量越好，燃烧速度快，且易于完全燃烧。但蒸发性过强，会出现供油气阻或断油现象，造成共油不足，混合气过稀，燃烧性能下降。 柴油的粘度越低，流动性越好，喷油时雾化性好。但粘度过低会加剧喷油泵和喷油器中零件的磨损。柴油粘度过大，使流动阻力大，雾化不良，混合气燃烧不完全，废气中微粒增加，排气冒黑烟。 柴油在接近凝点时，流动性差，喷雾不良，造成柴油机无法正常工作。,.,柴油机的燃烧过程存在一个着火延迟时期，虽然这个时期很短，但是曲轴在这个时间内旋转角度的变化却是很显著的。 喷油提前角过小： 喷油提前
