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1、学习必备欢迎下载第一章内燃机工作循环与性能指标内燃机的实际工作循环：由进气、压缩、燃烧膨胀、排气四个过程组成，它是周期性地将燃料燃烧所产生的热能转变为机械能的往复过程。基本原理： 内燃机通过进气过程向气缸内吸入新鲜空气或空气与燃料的混合气，通过活塞的压缩行程， 将新鲜充量的温度、压力提高到一个合适的水平，然后燃料以点燃或压燃的方式开始燃烧释放出热能，气缸内气体工质被加热，温度和压力得到进一步提升，同时膨胀推动活塞做功实现由热能到机械能的转变，最后通过排气过程排除已燃废气。理论循环提出的假设： （1）以空气作为循环工质，视其为理想气体，物理及化学性质保持不变，工质比热容为常数；（ 2）循环工质的
2、总质量保持不变（3）将燃烧过程简化为等容或等压的加热过程， 将排气过程简化为等容放热过程；（4）将工质的压缩和膨胀过程看成等熵过程，工质与外界不进行热交换。三种形式的理论循环： （1）定容加热循环，如汽油机（2）定压加热循环，如高增压和低速大型柴油机（ 3）混合加热循环，如高速柴油机理论循环的评价指标：（1）循环热效率t：工质所做循环功W与循环加热量1Q之比，用来评价循环的经济性，即12t11QQWQQ影响t的因素有： 压缩比（随着增大，三种循环的热效率都提高，提高压缩比可以提高循环平均加热温度，降低循环平均放热温度）；绝热指数k（随着 k 值增大，t将提高） ；压力升高比（定压加热循环与定容
3、循环的t均与无关，对于混合加热循环，当1Q与不变时，增大则减小，膨胀过程增加，2Q减少，t提高）；预胀比（值增加，t下降）（2）循环平均压力tp：单位气缸工作容积所做的循环功，用来评价循环的做功能力，即t()SWpkPaV对于定压和定容加热循环，循环平均压力tp随压缩起点压力ap、压缩比、压力升高比预胀比、绝热指数K和热效率t的增加而增加；对于混合加热循环，若1Q不变，增加就是减少，t下降，tp也降低继续膨胀循环： （1）脉冲涡轮增压（2）定压涡轮增压四行程内燃机的实际循环：（1）进气过程：进气压力终点ap一般小于环境大气压力0p，压力差用于克服进气阻力，精选学习资料 - - - - - -
4、- - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 9 页学习必备欢迎下载进气终点的温度aT高于环境大气温度0T（2）压缩过程：复杂多变过程，压缩终了的压力1ncapp，温度11ncaTT，其中，多变指数1n主要受工质与缸壁的热交换及工质泄露情况的影响，当转速提高时，热交换时间缩短，缸壁的传热和气缸泄漏气量减少，1n会增大，当负荷增加时，气缸壁温度升高，传热量减少，1n增大，而当漏气量增加或缸壁温度降低时，1n减小。（3）燃烧与膨胀过程： 实际的加热量小于进入气缸的可燃混合气完全燃烧所能放出的热量，柴油机膨胀比大， 转化为有用功的热量多，热效率高， 故膨胀终了的压力和温度比汽油
5、机小。（4）排气过程：排气终了压力pr大于环境大气压力0p，压力差用来克服排气系统的阻力。实际循环与理论循环相比，工质的比热容增大，存在传热损失、换气损失、燃烧损失、工质泄露损失。内燃机的指示性能指标：（1）平均指示压力pmi：内燃机单位气缸工作容积的指示功，即p/miisWV (MPa)，其中26104sDVSpmi值越高，表明同样大小的气缸工作容积所发出的指示功越多，气缸工作容积的利用程度越好，pmi是衡量实际循环动力性能的一个重要指标。（2） 指示功率iP：内燃机在单位时间内所做的指示功，即26030misiip V ninPWi(kW)其中，行程数，四冲程=4，二冲程=2 n曲轴转速，
6、r/min （3）指示热效率i：发动机实际循环的指示功W与所消耗的燃料热量1Q的比值，即1/iiWQ或33. 61 0iiuPBH其中，uH燃料的低热值，KJ/kg B每小时耗油量，kg/h （4）指示燃料消耗率ib：单位指示功的耗油量，即31 0/iibBP g/(kW h)ib与i成反比，ib值越小，内燃机的经济型越好有效性能指标：（1）有效功率eP：曲轴上所能输出的功率，即指示功率减去机械损失功率精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 9 页学习必备欢迎下载kWeimPPP （)或k)9550tqeT nPW（机械效率m：
7、有效功率与指示功率之比/1/meimiPPPP（2）平均有效压力meP：内燃机工作循环中单位气缸工作容积所发出的有效功，即kW30meseP V inP（）3m10MPatqesTPiV（）meP值越高，表明单位气缸工作容积对外输出的功越多，发动机的动力性越好（3）升功率LP：在标定工况下，内燃机每升气缸工作容积所发出的有效功率。即kW /3030ebmebsbmebbLssPpiV npnPLiVV i（）其中，ebP内燃机的标定功率，kW mebp在标定工况下的平均有效压力，MPa LP值越大，则内燃机强化程度越高，输出一定有效功率的内燃机气缸尺寸越小（4）有效热效率e：内燃机实际循环发出
8、的有效功eW与所消耗的燃料热量1Q的比值即11eimeimWWQQ或33.610eeuPBH（5）有效燃料消耗率eb：单位有效功的耗油量，即310/eebBP g/(kW h)eb与e成反比，eb值越小，内燃机的经济型越好（6）排放性能：包括有害气体（COHC、XNO）和微粒PM(粒径大于0.002m) （7）噪声：轿车车外加速噪声不得大于82 dB 机械损失的测定方法： （1）倒拖法（ 2）示功图法（3）灭缸法（ 4）油耗线法影响机械效率的因素：（1）转速 n：转速 n 提高，机械损失功率mP增加，机械效率m下降。在转速相同的情况下，柴油机的摩擦损失大于汽油机。精选学习资料 - - - -
9、- - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 9 页学习必备欢迎下载（2） 负荷： 转速一定，负荷减少时，平均指示压力mip下降，机械效率下降 （1/mmmmiPP）（3）机油品质和冷却水温度：当内燃机强化程度高，轴承负荷大时，应选用黏度较大的机油；当转速高，配合间隙小时，需要机油的流动性好，宜选用黏度较小的机油；提高水温，对性能有益，受水的沸点影响，水温多在8595 C提高内燃机动力性和经济性的途径：（1）提高平均指示压力mip（采用增压技术、提高循环指示效率i、改善换气过程、提高空气利用率） ； （2）提高内燃机的转速； （3）提高机械效率； （4）采用二行程
10、来提高升功率燃料在气缸中燃烧发出的热量主要有三部分组成：转化为指示功的热量、排气带走的热量、冷却损失的热量第二章内燃机换气过程与增压技术内燃机的换气过程：从排气门开启到进气门关闭的过程，其基本任务是将本循环的燃烧产物排出气缸并为气缸充入下一循环的新鲜充量。四行程内燃机换气过程的四个阶段：（1）自由排气阶段：排气门一般在下止点前的点b处提前开启，利用缸内和排气管内的压差排气。转速越高的内燃机，排气门就越应提前打开。（2）强制排气阶段：排气门一般在上止点后的点r关闭，依靠活塞强制推挤将燃气排出缸内。（3）进气阶段：进气门一般在上止点前某一角度的点r 提前开启，在下止点后的点g 关闭，活塞下行，将充
11、量吸入气缸。（4）气门重叠和燃烧室扫气阶段：活塞在上止点附近时，进、排气门同时开启，进气管与排气管之间的压力差使新鲜充量进入气缸把缸内燃气驱除出去。气门重叠角应取较小值。扫气系数s： 每循环流经气缸总的空气质量km与进气过程结束时实际进入气缸的新鲜空气质量Lm之比，即/skLmm。用来衡量扫气过程中新鲜空气的利用程度。内燃机扫气所消耗的空气质量：pkLmmm，故1/spLmm换气损失： 包括自由排气损失w、强制排气损失x、进气损失y 泵损失： 进气过程气体对活塞做的功和排气过程气体对活塞做的功的代数和，x+y-u 影响换气损失和泵损失的因素：转速，进、排气系统流通阻力残余废气系数r： 进气过程
12、结束时， 气缸内的残余燃气质量rm与气缸内的新鲜充量质量Lm之比，即/rrLmm充气效率 ：进气过程结束时实际进入气缸的新鲜充量质量Lm与在进气状态sp、sT下能充满气缸工作容积sV的新鲜充量质量sm之比，即sLLvLssssRTmVmmp VV气缸的理论充气体积流量vq（3/mh） ：6 0 0 . 0 31 0 02svsVinqinV精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 9 页学习必备欢迎下载影响充气效率的因素：111avsr（1）进气终了的工质密度a：提高进气终了压力ap和降低进气终了温度aT，有利于提高充气效率。（2
13、）残余废气系数r和压缩比：r越大，残余废气对进气阻碍及加热影响越严重，v越低，提高压缩比，可以降低r，有利于提高v。（3）配气定时： 当进气迟闭角一定时，为常数； 若进气迟闭角小于该最佳迟闭角时，a减小；若进气迟闭角过大，a也减小，充气效率降低（4）进气状态：当大气温度高而压力低时，气体密度s也低，v有所提高，但输出转矩反而下降，内燃机动力性下降进气终了温度aT高于进气温度sT，引起温升的原因是：新鲜工质进入内燃机与高温零件接触而被加热，新鲜工质与缸内高温废气混合而被加热。提高充气效率的措施： （1）降低进气系统的阻力损失，以增加ap； （2）降低排气系统阻力损失，以降低r； （3）减少高温零
14、件在进气过程中对新鲜充量的加热以降低aT，提高a；（4）合理利用换气过程的动态效应，提高a二行程内燃机的换气型式：（1）横流扫气：结构简单（2）回流扫气：扫气效果比横流扫气好，适用于高速内燃机（3）直流扫气：扫气效果好，结构复杂二行程内燃机换气过程分三个阶段：（1）自由排气阶段（2）扫气与强制排气阶段（3）过后排气或过后充气阶段二行程内燃机换气过程的评价指标：（1）扫气系数s：换气过程结束后，留在缸内的新鲜空气质量与缸内全部混合气质量的比值。s越大，扫气与四行程效果越好。（2）给气比：每循环流经气缸总的充量质量与扫气状态下充满气缸工作容积的充量质量之比，即表示扫气总量占进气量的比值。二行程内燃
15、机的换气过程相比，存在以下问题：（1）换气时间短， 换气质量较差 （2）进、排气过程同时进行，新鲜充量与废气易于掺混（3）扫气消耗功大，燃烧消耗率较高（4）二行程其汽油机的HC排放高内燃机增压的基本目的：在空气进入气缸之前对其压缩使其密度增大，使同样的气缸工作容积可以容纳更多的新鲜充量，可以多供给燃料，得到更多的输出功率。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 9 页学习必备欢迎下载内燃机的增压： 利用某种能量驱动一压气机对进气进行压缩，提高进气压力， 增加单位体积的进气量，即增加进气密度，以增加进入气缸的空气质量。增压方式：（
16、1）机械增压：内燃机曲轴直接或通过齿轮来驱动压气机，低速增压效果好，结构紧凑，与发动机容易匹配，但燃料消耗率比非增压内燃机略高。（2）废气涡轮增压：涡轮增压器和内燃机之间没有机械连接，而是靠气路相通，废气经过涡轮膨胀做功后再排往大气，压气机靠涡轮发出的功率驱动。能有效回收利用排气能量，内燃机经济性好，但低速运行工况差（3）气波增压：根据压气波的气动原理，利用排气压力波使空气受到压缩，以提高进气压力，结构较简单，适应工况变动范围较大，加速性和低速扭矩特性较好，工作温度不高，但噪声高，效率低，难于良好匹配。（4）复合增压：不同增压器和两个相同增压器的组合，主要用于大排量柴油机内燃机增压技术的优点：
17、（1）提高了进气密度，有效提高了内燃机的升功率，降低了比质量，降低了单位功率的造价，改善了经济性（2）排气能量得到了回收利用，提高了热效率，降低了排气噪声（3）缸内压力和温度水平得到提高，滞燃期短，有利于降低压力升高和燃烧噪声（4）有利于降低HC、CO和碳烟排放（5）有利于内燃机在高原空气稀薄条件下恢复功率（6）技术适应性广内燃机增压存在的缺点：（1）工作压力和温度提高，机械负荷与热负荷加大，影响内燃机的可靠性和耐久性（2）对于废气涡轮增压，低速时排气能量不足，压气机增压效果不好，内燃机的低速转矩受到影响（3）内燃机的加速响应特性不如非增压机型（4）发动机性能的进一步优化受到增压器和中冷器的限
18、制废气涡轮增压器：由离心式压气机和涡轮机构成离心式压气机的工作原理：新鲜充量沿截面收缩的轴向进气道进入工作轮、气流速度略有增加，之后，气流进入工作轮叶片组成的气流通道，在离心力的作用下，新鲜充量得到压缩，压力、 温度和气流速度均有较大的提高，压力提高了的气体沿工作轮径向流出，进入通道截面渐扩的扩压器和出气蜗壳气体动能转化为压力能，压力进一步升高，气流速度相应下降绝热效率： 压气机的等熵压缩功与实际消耗的压缩功之比，用来衡量机械能转换为压力能效率的指标压气机的流量特性（增压器特性）：在压气机转速不变时，增压比和绝热效率随压气机流量的变化关系。气流进入压气机时，产生两种损失：摩擦损失、撞击损失压气
19、机的喘振： 由于流量过小， 在叶片扩压器和工作轮进口处气流与壁面出现分离，产生气流涡旋， 撞击损失开始增大，当流量小于某一数值后，气流的分离现象会扩展到整个扩压器和工作通面，使气流产生强烈振荡和倒流压气机的堵塞： 通过压气机的气体流量随增压比的降低而增加，达到马赫数后增压比继续降低，气体流速也不再增加，即出现堵塞。径流式涡轮机的工作原理：排气经蜗壳引导后均匀进入涡轮，当气流流过喷管时，部分压力能转变为动能， 气体得到加速而压力、温度降低之后，均匀地流入工作叶轮，气体在渐缩的通道中继续膨胀，当气流流过工作叶轮时，气流转弯，在离心力作用下，叶轮的凹面上压力精选学习资料 - - - - - - -
20、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 9 页学习必备欢迎下载增大，在凸面上压力降低，合力产生了转矩，从而驱动叶轮旋转。涡轮机效率：排气在涡轮机中的实际膨胀功与绝热膨胀功之比涡轮增压器的总效率：压气机绝热效率、涡轮机效率及增压器机械效率的乘积涡轮增压系统分为：定压涡轮增压和脉冲涡轮增压定压涡轮增压： 把内燃机所有气缸的排气通过一个体积较大的排气管收集在一起，再引向涡轮的喷管，由于稳压作用，排气总管内的压力振荡较小，进入涡轮的压力基本不变。脉冲涡轮增压： 当某一气缸开始排气后不久，排气管内的压力迅速的升高并接近与汽缸内的压力，排气流入涡轮后，排气管压力迅速下降，之后，其他
21、气缸重复此过程，排气管内的压力形成了周期性脉动，使得涡轮机在进口压力有较大波动下工作。定压增压与脉冲增压的比较：（1）脉冲涡轮增压气流的流动阻力小，排气能量损失比定压增压系统要小（2）脉冲涡轮增压系统可以保证气缸有良好的扫气，而定压增压系统则不能（3）在低速时脉冲增压系统的可用能与定压增压系统大，内燃机加速性能较好（4）脉冲增压系统涡轮的效率较低，定压涡轮全周进气，效率较高（5）脉冲增压系统结构复杂，尺寸较大实施增压存在的问题： （1）混合气的温度和压力升高，易爆燃（2）燃烧温度高，热负荷高（3）汽油机与增压器的匹配困难解决方法：（1）降低压缩比（2）采用增压中冷（3）结构上采用抗爆燃结构（4
22、）加大气门叠开角，用扫气进行冷却改善废气涡轮增压器过渡响应特性的主要措施：（1）合理布置进、排气系统的管长和直径（2）在满足高速性能的要求下，尽可能选择较小的涡轮截面积（3）减小节气门到进气门之间的进气系统容积。燃料的炼制：原油在常压下、温度在30200 C范围内通过蒸馏可获得汽油；常压下蒸馏至270 C左右得到航空煤油，在270360 C蒸馏出来的是柴油，重油是蒸馏的残质。辛烷值 ：表示发动机燃料的抗爆性能好坏的一项重要指标。汽油的辛烷值越高，抗爆性就越好，发动机就可以用更高的压缩比。汽油标号 ：实际汽油抗爆性与标准汽油的抗爆性的比值。标号越高，抗爆性能就越强。所谓90 号、93 号、97
23、号无铅汽油 ,是指它们分别含有90%、93%、97%的抗爆震能力强的“ 异辛烷 ”,也就是说分别含有10%、7%、3%的抗爆震能力差的正庚烷。评定车用汽油的抗爆性可采用的实验工况：马达法、 研究法评价蒸发性的重要指标：馏程和蒸汽压馏程： 汽油馏出温度的范围为了 评价汽油的挥发性，常用馏出10%、50%、90%时的温度为代表。（1）馏出 10%时的温度： 标志着汽油的启动性。10%馏出温度越低，汽油机冷启动性越好，但温度过低，在管路输送时受发动机温度较高部位加热，易变成蒸汽在管路中形成“气阻”现象（小于70 C即可）（2）馏出 50%时的温度 ：标志着汽油的平均蒸发性，影响着发动机的瞬车时间、加
24、速性和工作稳定性，温度越低，说明这种汽油的平均挥发性较好（小于120 C）（3）馏出 90%时的温度： 标志燃料中含有难于挥发的重质成分的数量，温度越低，重质成精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 9 页学习必备欢迎下载分越少，越能够完全挥发，有利于燃烧；温度过高，易在汽缸壁形成积碳（小于190 C）柴油：轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机。轻柴油的牌号：按凝点不同分为10 号、0 号、 -10 号、 -20 号、 -35 号，表示其凝点分别不高于10 C、0 C、-10 C、-20 C、-35 C柴油选用原则：按
25、最低环境温度高出凝点5 C以上，即 -20 号柴油适用于最低环境温度为-15 C的场合。柴油的使用性能指标：（1）十六烷值：评定柴油自燃性好坏的指标。十六烷值越高，柴油的自燃性越好，有利于缩短着火延时即改善冷启动，但燃料分子量加大，蒸发性变差，黏度增加，将导致碳烟排放增多及燃料经济性下降。（40 55 之间合适）（2）馏程： 表示柴油的蒸发性。50%馏出温度低，表明燃料轻馏分多，蒸发快，有利于混合气形成，主要影响柴油机的暖机性能、加速性、工作稳定性。90%和 95%馏出温度标志柴油中所含难于蒸发的重馏分的数量，直接影响燃料能否及时完全燃烧（3）黏度： 表征柴油流动性的尺度，表示抵抗分子间相对运
26、动的能力，影响柴油的喷雾质量，黏度低，有利于燃料和空气混合形成均匀的混合气，但黏度过低会造成润滑状况变坏，磨损增加（20 C时在22.58.0mm/ s）汽油、柴油性能差异对内燃机工作的影响：（1）混合气形成于负荷调节方式的不同：汽油在较低温度下以充裕时间在气缸外部的进气管中形成均匀混合气，而柴油黏度比较好，适宜用喷油嘴向气缸内喷油，使柴油强制雾化形成混合气；汽油采用“量调节 ” ，即通过控制混合气的数量调节汽油机的功率输出，而柴油采用“质调节 ” ，即靠调节喷油量来调节柴油机的功率输出，而吸入的空气量基本不变（2）着火与燃烧上的差异：汽油的自燃温度较高，但汽油蒸汽在外部引火情况下的点燃温度很
27、低，适宜外源点火， 压缩比不能高；柴油易自燃，采用压缩自燃的方式，压缩比不能过低。代用燃料及其特性：（1）气体燃料： 燃烧产生的CO排放量少，未燃HC成分引起的光化学反应低，燃料中几乎不含硫的成分；辛烷值高于汽油，内燃机可采用高压缩比；降低xNO生成；低温启动性及低温运转性能良好，不完全燃烧成分少；储运性能比液体燃料差；储气压力一般打20aMP,使燃料容器加重；热值低，功率会下降10%左右。（2）醇类燃料：所需的理论空气量比汽油少，动力性不降低；汽化潜热时汽油的三倍，增加了进气量，冷启动困难，需要进气预热；辛烷值高，抗爆性能好，对提高压缩比有力；沸点低，产生气阻的倾向比汽油大；有一定的毒性，甲
28、醇对金属也有一定的腐蚀作用（3）生物柴油 ：含硫量低、不含芳香烃，不增加大气中的2CO排放；十六烷值较高，润滑性能好；闪点高，可溶解，污染小；可再生；可与柴油以任何比例相溶。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 9 页学习必备欢迎下载过量空气系数：燃烧 1Kg燃料实际提供的空气量L与理论上所需要的空气量0L之比。过量空气系数定量表述了混合气的浓度，当1时称为理论混合气；当1时称为稀混合气；当1时则为浓混合气。与内燃机的类型、混合气形成方式、内燃机工况、功率的调节方法有关。空燃比 ：气缸内燃烧时的空气量与燃料量的比值，即A/F
29、燃料的热值 ：1Kg 燃料完全燃烧所放出的热量高热值 ：水凝结以后计入水的汽化潜热的热值低热值： 在高温下不计水汽化潜热的热值混合气热值 ：单位质量（体积）可燃混合气完全燃烧时所放出的热量，单位为KJ/Kg 理论混合气热值：当=1 时，燃料与空气所形成的可燃混合气热值反应速度 ：单位时间内单位体积中出现的氧化产物分子数。温度超过或等于1T，没有热量累计，不能引起自燃链锁反应 ：活性中心（即中间产物）再生的反应方式，主要包括链引发、链传播、链中断链引发 ：反应物分子受到某种因素的激发分解成为自由原子或自由基的过程链传播 ：已经生成的自由原子或自由基与反应物作用，又生成新的自由原子或自由基的过程链
30、中断 ：具有反应能力的自由原子或自由基与容器壁或惰性气体分子碰撞，反应能力消失，不再引起反应。链锁反应的特点： （1）有一段活性中心形成并积累的过程（2）即使反应物处于低温下，只要某种原因能够激发出活性中心，便能引起连锁反应（3）反应是自动加速的（4）加入惰性气体，反应速度会降低，加入某些添加剂可使反应加速。内燃机中的燃烧方式：（1）预混合燃烧：层流火焰传播：在预混合气体为精止或流速很低时，混合气被电火花点燃着火后，火焰向四周传播形成一球状的燃烧层，即火焰前锋面。紊流火焰传播：紊流是气流中不同尺度涡旋的不断形成、发展、分解与消失的不稳定流动过程。紊流尺度 ：涡旋翻滚一个周期所作用的空间范围紊流
31、强度 ：用脉动速度的均方根表示紊流能量的物理量，主要影响紊流火焰传播速度。（2）扩散燃烧：柴油机主要燃烧方式（3）爆炸燃烧（4）HCCI燃烧：高效低污染燃烧方式气缸压力升高燃烧三阶段 ： （1）滞燃期（着火延迟期），指电火花跳火到形成火焰中心的阶段（对汽油机工作的影响不大） （2）急燃期（明显燃烧期），指火焰由火焰中心以火焰传播形式烧遍整个燃烧室的阶段（3）后燃期，急燃期终点至可燃混合气基本上完全燃烧点为止质量燃烧速度：单位时间或单位曲轴转角所燃烧的可燃混合气质量。通过控制质量燃烧速度能够控制急燃期的长短及相对的曲轴转角位置。影响燃烧速度的因素：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 9 页
