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1、汽车发动机原理机械工业出版社主编 吴建华第一章 发动机的性能 发动机的性能指标主要有：动力性能指标（功率、转矩、转速） 、经济性能指标（燃料 及润滑油消耗率） 、运转性能指标（冷启动性能、噪声和排气品质）第一节 发动机理论循环一、三种基本循环假设：1）工质是理想气体，其物理常数与标准状态下的空气物理常数相同2）工质是在闭口系统中做封闭循环3）工质的压缩和膨胀是绝热等熵过程4）燃烧是外界无数个高温热源等容或等压向工质加热，工质放热为等容放热5）循环过程是可逆循环二、循环热效率卩t卩 t=W/Qi =（ Qi -Q2 ）/ QiW 工质所做的循环功（ J）；Q1 循环加热量（ J）；Q2 循环放热
2、量（ J）三、循环平均压力 pt循环平均压力 pt（ kPa） :单位气缸容积所做的循环功。pt =W/VsVs 是气缸工作容积（ L ）；pt随进气终点压力 Pde，压缩比 C,初始膨胀比p 0,等熵指数K和循环热效率的增加 而增加。第二节 四冲程发动机的实际循环 发动机实际循环：进气过程、压缩过程、燃烧过程、膨胀过程、排气过程 实际循环与理论循环比较：1、实际工质的影响2、换气损失换气损失：为了使循环重复进行,必须更换工质,因此而消耗的功。3、燃烧损失1）非瞬时燃烧损失和补燃损失2）不完全燃烧损失3）传热损失4）缸内流动损失第三节 发动机的指示性能指标指示性能指标（指示指标） ：以工质对活
3、塞所做功为计算基准的指标 一、指示功和平均指示压力 指示功 Wi ：气缸内完成一个工作循环所得到的有用功 平均指示压力Pmi :单位气缸容积一个循环所做的指示功 pmi =Wi/Vs Vs(L) 气缸工作容积； pmi (Pa)；Wi(J)；Wi= p mi Vs= p mi n D 2S/4D(m)缸径;S(m)活塞行程；二、指示功率指示功率Pi :发动机单位时间所做的指示功Pi= p mi Vs n i /30 tt =4。pmi (MPa), Vs(L) , n(r/min) , Pi (kW); i 气缸数；t 冲程数，四冲程三、指示热效率和指示燃油消耗率指示热效率n it :发动机实
4、际循环指示功与所消耗的燃料热量的比值n it=Wi/Q i3n it=3.6 x 10 Pi/BHuPi(kW) ; B(kg/h)每小时燃油消耗量；Hu(kJ/kg)燃料的低热值指示燃油消耗率big/(kW h):单位指示功的耗油量3bi=Bx 103/Pin it=3.6x106 /Hu bi第四节 发动机的有效性能指标 有效性能指标(有效指标) :以曲轴输出功为计算基准的指标一、发动机动力性指标1. 有效功和有效功率有效功We：每循环曲轴输出的单杠功量 实际机械损失功 WmWe=Wi-WmPe=Pi-Pm2. 有效转矩Pe=Ttq n/9550Pe(kW) ; Ttq(N m); n(r
5、/min)3. 平均有效压力平均有效压力pme(MPa):发动机单位气缸工作容积输出的有效功Pe= pme Vs n i /30 t = Ttq n/9550二、发动机经济性指标1. 有效热效率有效热效率n et:实际循环的有效功与所消耗的热量的比值n et=We/Q13n et=3.6x 103Pe/BHu2有效燃油消耗率 beg/(kW h)be=Bx 103/Pe6n et=3.6 x 10 /Hu be第五节 机械损失与机械效率一、机械效率机械效率n m：有效功率与指示功率的比值 n m=Pe/Pin et=n it n m二、机械损失的测定 示功图法、倒拖法、灭缸法、油耗线法第六节
6、热平衡一、发动机所耗燃油的热量Q T (kJ/h)QT=BHu二、转化为有效功的热量 Q E(kJ/h)三、传递给冷却介质的热量Q S(kJ/h)四、废气带走的热量 QR(kJ/h)五、燃料不完全燃烧热损失Q B(kJ/h)六、其他热量损失 Q L (kJ/h)QT =QE+QS+QR+QB+QL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一、换气过程 自由排气、强制排气、进气、燃烧室扫气1. 自由排气阶段 自由排气阶段：从排气门打开到气缸压力接近与排气管压力的时期 排气提前角：从排气门打开到下止点的曲轴转角2. 强制排气阶段 排气迟闭角：从上止点到排气门完全关闭的曲轴转角3. 进气
7、过程进气门在上止点之前打开，在下止点之后关闭4. 气门重叠和燃烧室扫气 气门重叠：由于排气门迟后关闭和进气门提前开启，存在进、排气门同时打开的现象 作用：可以利用气流的压差和惯性清除残余废气。二、排气损失失。排气损失 :从排气门提前打开， 知道进气行程开始， 缸内压力到达大气压力前循环功的损分：自由排气损失 W，强制排气损失 Y三、进气损失进气损失X :由于进气系统的阻力，进气过程的气缸压力低于进气管压力。 换气损失：进气损失与排气损失的和。 (W+X+Y ) 泵气损失 (X+Y-u)第二节 四冲程发动机的充量系数充量系数C：每缸每循环实际吸入气缸的新鲜空气质量与进气状态下理论计算充满气 缸工
8、作容积的空气质量比值。第五章 柴油机混合气的形成与燃烧 柴油机具有热效率高、可靠性好、排气污染少、较大功率范围内的适应性等优点。第一节 燃油的喷射与雾化一、喷油系统1. 对喷油系统的要求 喷油系统作用：定时、定量并按一定规律向柴油机各缸供给高压燃油。要求：1）能产生足够高的喷油压力。2）实现要求的喷油规律3）根据柴油机运转工况，精确控制每个循环的喷油量，并自动调节4）避免出现异常喷射现象2. 喷油系统工作原理 直列柱塞式喷油泵燃油供给系统、分配式喷油泵燃油供给系统。油箱T油水分离器T输油泵T燃油滤清器T喷油泵T喷油器T燃烧/油箱3. 喷油泵4. 喷油器 作用：将喷油泵供给的高压燃油喷入柴油机燃
9、烧室内，使燃油雾化成微细的油粒。 孔式喷油器、轴针式喷油器二、喷射与雾化 燃油喷射特性：喷油特性、喷雾特性。1. 喷射过程 喷射过程：从喷油泵开始供油知道喷油器停止喷油的过程 三阶段：（1）喷射延迟阶段 从喷油泵的柱塞顶封闭，进回油孔的理论供油始点起到喷油器的针阀开始升起（喷油始点）为止。喷油延迟角：供油提前角与喷油提前角的差。（2）主喷射阶段 从喷油始点到喷油器端压力开始急剧下降为止。（3）喷油结束阶段 从喷油器端压力开始急剧下降到针阀落座停止喷油为止。该阶段应该干脆、迅速。2. 供油规律与喷油规律 供油速率：单位凸轮轴转角（或单位时间）由喷油泵供入高压油路中的燃油量。 喷油速率：单位凸轮轴
10、转角（或单位时间）由喷油器喷入燃烧室内的燃油量 供油规律：供油速率随凸轮轴转角（或时间）的变化关系 喷油规律：指喷油速率随凸轮轴转角（或时间）的变化关系两种规律的差别原因：（1）燃油的可压缩性（2）压力波传播滞后（3）压力波动（4）高压容积变化3. 喷雾特性与雾化质量 燃油的雾化：指燃油喷入燃烧室内后被粉碎分散为细小液滴的过程 油束的雾化质量：指油束中液滴的细度和均匀度。减小喷孔之境、增大喷油压力是喷射初速度增加、空气密度增大、燃油粘度和表面张力 的减小等，都会是油粒直径减小。不正常喷射现象：（1）二次喷射 指喷油器针阀落座后，在压力波动的影响下再次升起的喷油现象。导致油雾化不良，燃烧不完全，
11、碳烟争夺，并易引起喷孔积碳堵塞，造成经济性下降， 零部件过热等不良后果。（2）断续喷射（3）不规则喷射和隔次喷射（4）滴油现象 避免不正常喷射现象，应尽可能缩短高压油管长度，减小高压容积，以降低压力波动， 减小其影响，并合理选择喷射系统的参数。第二节 燃烧与放热一、柴油机燃烧过程着火落后期（滞燃期） ，速燃期，缓燃期，补燃期1. 着火落后期（滞燃期） 从燃油开始喷入燃烧室内至由于开始燃烧而引起压力升高使压力线明显脱离压缩线开 始急剧上升的点。温度越高或压力越高，着火落后期越短。2. 速燃期从压力脱离压缩线开始急剧上升至达到最大压力。平均压力升高率厶p/ 2最大压力升高率（dp/d 2 ）max
12、3. 缓燃期 从最大压力点至最高温度点。4.补燃期从最高温度点至燃油基本燃烧完应尽量缩短补燃期第三节 混合气形成与燃烧室一。混合气形成1.特点柴油机在进气过程中进入燃烧室的是纯空气，在压缩过程接近终了时柴油才喷入，经过 定准备后即自行着火燃烧。2.方式空气雾化混合、壁面油膜蒸发（1）空气雾化混合 将燃油喷射到空间进行雾化，通过燃油与空气之间的相互运动和扩散，在空间形成可燃 混合气的方式（2）壁面油膜蒸发二、缸内气流运动涡流、挤流、滚流、湍流三。燃烧室 直喷式燃烧室、非直喷式燃烧室1.直喷式 分为半开式、开式（1）浅盆形燃烧室 属于开式（2）3形燃烧室半开式（ 3）挤流缩口形燃烧室半开式（ 4）
13、非回转体燃烧室（ 5）球形燃烧室油膜蒸发混合为主直喷式燃烧室特点：1）燃烧迅速，经济性好，有效燃油消耗率低2）燃烧室结构简单3）对喷射系统要求较高4）半开式燃烧室对进气道要求高5）NOx 排放量较高6）对转速变化较为敏感7）压力升高率大，燃烧噪声大。2. 非直喷式 结构特点：除位于活塞顶部的主燃烧室外，还有位于缸盖内的副燃烧室，两者有通道相 连。（ 1）涡流室燃烧室（ 2）预燃室燃烧室非直喷特点：1）NOx 排放量较低2）燃烧柔和，噪声小3）缸内气流运动强烈，空气利用率好4）对喷射系统要求不高5）一般对燃油不太敏感，有较强的适应性6）经济性差7）冷起动性能较差第六章 汽油机混合气的形成和燃烧第
14、一节 汽油机的燃烧过程一、正常燃烧过程正常燃烧过程：由定时的火花点火开始，且火焰前锋以一定的正常速度传遍整个燃烧室 的过程。1. 正常燃烧过程进行情况 着火落后期、明显燃烧期、补燃期（1）着火落后期 从火花塞点火到火焰核心形成的阶段 应尽量缩短、保持稳定（2）明显燃烧期 火焰由火焰中心燃遍整个燃烧室的阶段（3）后燃期 明显燃烧期终点至燃料基本完全燃烧为止 应使后燃期尽可能短2. 燃烧速率火焰前锋面层流火焰传播、湍流火焰传播二、不规则燃烧 指在稳定正常运转的情况下，各循环之间的燃烧变动和各气缸之间的燃烧差异 循环变动、各缸工作不均匀三、不正常燃烧 指设计或控制不当，汽油机偏离正常点火时间及地点，
15、由此引起燃烧速率急剧上升，压 力急剧增大等异常现象。（1）爆燃 爆燃：类似阶跃的压力变化，形成燃烧室内往复传播的激波，猛烈撞击燃烧室壁面，使 壁面产生振动，发出高频振音（敲缸声）危害： 最高燃烧压力和压力升高率都急剧增大，因而相关零部件所受应力大幅度增加，机械 负荷增大。 爆燃时压力波冲击缸壁破坏了油膜层，导致活塞、气缸或活塞环磨损加剧 爆燃时剧烈无序的放热还使气缸内温蒂明显升高，热负荷及散热损失增加 使动力性和经济性恶化 影响因素：1）燃料性质，辛烷值高，抗爆能力强2）末端混合气的压力和温度。末端混合气的压力和温度增高，则爆燃倾向增大3）火焰前锋传播到末端混合气的时间。提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离，有利 于避免爆燃。（
