热工基础与内燃机原理复习重点

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1、热工基础与内燃机原理热工基础与内燃机原理山东农业大学机械与电子学院山东农业大学机械与电子学院山东农业大学机械与电子学院山东农业大学机械与电子学院主主主主 讲：杨讲：杨讲：杨讲：杨 延延延延 强强强强1 目录绪论绪论第一章：气体工质的热力性质第一章：气体工质的热力性质第二章：气体的比热第二章：气体的比热第三章：示功图和性能指标第三章：示功图和性能指标第四章：燃料与燃烧第四章：燃料与燃烧第五章第五章:内燃机的工作循环与机械损失内燃机的工作循环与机械损失第六章：第六章：换气过程换气过程第七章第七章:汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程第八章第八章:柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程第九章：第九章：汽油机混合气

2、的形成汽油机混合气的形成第十章：第十章：柴油机混合气的形成及燃烧室柴油机混合气的形成及燃烧室第十一章：柴油机燃油喷射第十一章：柴油机燃油喷射第十二章：内燃机试验第十二章：内燃机试验第十三章：内燃机特性第十三章：内燃机特性2机械能的获得有很多方法（风能、太阳能、原子核机械能的获得有很多方法（风能、太阳能、原子核能等）所有这些获得机械能的机器称之为发动机，而内能等）所有这些获得机械能的机器称之为发动机，而内燃机是其中的一种，而且属于燃机是其中的一种，而且属于热机（热能转换为机械能）热机（热能转换为机械能）的一种。下面介绍有关热工基础知识。的一种。下面介绍有关热工基础知识。绪论3第一节：基本概念第一

3、节：基本概念热力系统：热力系统：热力学中所指明的要研热力学中所指明的要研究的对象即为热力系统。究的对象即为热力系统。外界：外界：与热力系统有关的周围物质，与热力系统有关的周围物质，统称为外界。系统和外界之间的分统称为外界。系统和外界之间的分界面称边界（可以是真实的、虚构界面称边界（可以是真实的、虚构的、固定的或移动的）。的、固定的或移动的）。第一章第一章气体工质的热力性质气体工质的热力性质 4闭口系统和开口系统：闭口系统和开口系统：系统系统和外界间无物质交换，称为和外界间无物质交换，称为闭口系统；反之为称为开口闭口系统；反之为称为开口系统。系统。绝热系统：绝热系统：与外界没有热量与外界没有热量

4、交换的系统称绝热系统；交换的系统称绝热系统；5第二节：气体工质的基本状态参数工质工质:在热机中实现热能和在热机中实现热能和机械能相互转换的工作物质机械能相互转换的工作物质。热力平衡状态热力平衡状态:系统中气体系统中气体各部分的压力、温度均匀一各部分的压力、温度均匀一致，不随时间而变化的状态。致，不随时间而变化的状态。6n可逆过程和不可逆过程：可逆过程和不可逆过程：无温差传热无摩擦无温差传热无摩擦的平衡过程才具有可逆性。的平衡过程才具有可逆性。状态参数状态参数:标志气体热力状态的各标志气体热力状态的各物理量物理量。常。常用的状态参数主要有用的状态参数主要有6个（压力、温度、比容、个（压力、温度、

5、比容、内能、焓和熵）。内能、焓和熵）。7气体施于容器壁的实际压力称为绝对压力P，压力表测得的数值为表压力Pg。当绝对压力低于大气压力P0时， 绝对压力与大气压力P0的差值称为真空度。当PP0时，P=P0+Pg； P0时，时，dq0为工质吸热过程；为工质吸热过程；当当ds0时，时，dq0为工质放热过程。为工质放热过程。由式由式ds=dq/T可知，可知，dqdsT，对该式积分为，对该式积分为即热力过程中工质获得的热量等于微熵与温度乘积即热力过程中工质获得的热量等于微熵与温度乘积的积分。的积分。17第三章：示功第三章：示功图和性能指标图和性能指标3.1概述概述示功图示功图：汽缸内：汽缸内的气体压力随

6、容的气体压力随容积（或曲轴转角）积（或曲轴转角）变化的坐标图。变化的坐标图。缸内压力与容积缸内压力与容积变化的关系图称变化的关系图称p-v图图.18缸内压力与缸内压力与曲轴转角变曲轴转角变化的关系化的关系图称图称p-图图目的：了解目的：了解内部工作内部工作,探探索影响因素索影响因素,从中找出规从中找出规律律,提出改提出改进措施。进措施。要求：掌握要求：掌握性能指标及性能指标及相互关系相互关系。193.2 示功图示功图四行程机的四行程机的示功图示功图p-v图图r-a进气，进气，a-c压缩，压缩，c-z燃烧，燃烧，z-b膨胀做功，膨胀做功，b-r排气。排气。20一一、基本概念、基本概念Vc燃烧室容

7、积燃烧室容积；Vh汽缸工作容积；汽缸工作容积；Va气缸总容积气缸总容积； 压缩比。压缩比。21二、四冲程二、四冲程发动发动机的工作机的工作过过程程进进气气过过程程排气排气门门关关闭闭进进气气门门开启开启大气大气压压力力线线PVra示功图上止点下止点22进气过程进气过程如图中的r-a曲线。为了使发动机连续运转，必须不断的吸入新鲜工质，即是进气过程。此时进气门打开，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。首先是上一循环中残余废气膨胀，压力由排气终了压力Pr下降到小于大气压力，然后新鲜工质才被吸入气缸。由于进气系统的阻力，进气终了压力Pde一般小于大气压力Pa，其差值用来克服进气阻力。因为气流受到发动

8、机高温零件及残余废气的加热，进气终了温度Tde总是高于大气温度Ta。23压缩过压缩过程程进进气气门门关关闭闭排气排气门门关关闭闭PVra示功图大气大气压压力力线线c上止点下止点24压缩过程压缩过程中进排气门均关闭，活塞由下止点向上止点移动，缸内工质受到压缩，温度、压力均不断上升，工质受压缩的程度由 表示。压缩过程如图a-c曲线，其作用是增大做功过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热功转换效率，同时也为燃烧过程创造有力的条件。在柴油机中，压缩后气体的高温还是保证燃料着火的必要条件。25燃烧过程燃烧过程进进气气门门关关闭闭排气排气门门关关闭闭PVra示功图大气大气压压力力线线cZb上止点下止点活

9、塞在上止点前后开始燃烧，随着燃烧的进行，活塞向下止点开始移动。c26燃烧过程燃烧过程如图中曲线c-z，此时进排气门均关闭，活塞处在上止点前后。这一过程的作用是将燃料的化学能转变为热能，施工至的压力、温度升高。燃烧放出的热量越多，放热时越靠近上止点，热效率越高。柴油机在c点之前开始喷油，汽油机在c点之前点火。27作功作功过过程程进进气气门门关关闭闭排气排气门门关关闭闭PVra示功图大气大气压压力力线线cZb上止点下止点28做功（膨胀）过程做功过程如图z-b，此时进排气门均关闭，高温高压的工质推动活塞，由上止点向下止点移动而膨胀做功，气体的温度和压力也随即迅速降低。做功过程有热交换损失、漏气损失和

10、补然现象。29 排气行程排气行程进进气气门门关关闭闭排气排气门门打开打开PVr示功图大气大气压压力力线线cZb上止点下止点残余残余废废气气PVr示功示功图图大气大气压压力力线线cZb上止点下止点a30排气过程排气过程如曲线b-r，当做功过程接近终点时，排气门打开，废气开始由自身压力自由排气，做功过程结束时，活塞到达下止点。活塞由下止点开始向上止点移动，将气缸内的废气排出。排气过程中，由于排气系统的阻力，排气终了的压力Pr大于大气压力Pa，二者压差用来克服排气阻力。阻力越大，排气终了压力Pr越大，残留在气缸中的废气越多。31工作过程工作过程第一行程：第一行程：活塞在下止点，裙部密封进口，活塞在下

11、止点，裙部密封进口，排气口和换气口打开，气缸充满气体排气口和换气口打开，气缸充满气体.（1）上部：活塞上行，驱赶气上部：活塞上行，驱赶气体，先关换气口（扫气口）再关排气体，先关换气口（扫气口）再关排气口，压缩，压力、温度升高。口，压缩，压力、温度升高。（2）下部：曲轴箱的体积增大、）下部：曲轴箱的体积增大、压力减小，打开进气口，曲轴箱进压力减小，打开进气口，曲轴箱进气。气。第一个行程完成压缩、燃烧和第一个行程完成压缩、燃烧和曲轴箱进气。曲轴箱进气。32第二行程第二行程活塞在上止点，活塞在上止点，燃料燃烧燃料燃烧压力增大、温度升高，活塞下行压力增大、温度升高，活塞下行作功。作功。（1）上部：在燃

12、气高压下活）上部：在燃气高压下活塞下行作功，下行塞下行作功，下行2/3处排气门处排气门打开，排气；然后换气门打开，打开，排气；然后换气门打开，换气。换气。（2）下部：裙部先关进气）下部：裙部先关进气口、压缩曲轴箱气体。口、压缩曲轴箱气体。第二行程完成作功、排气、第二行程完成作功、排气、换气三个过程。换气三个过程。33四、四行程汽油机、柴油机的工作原理比较四、四行程汽油机、柴油机的工作原理比较共同特点：共同特点：（1）每个工作循）每个工作循环环曲曲轴转轴转两周，每行程曲两周，每行程曲轴转轴转半周。半周。（2）只有作功）只有作功过过程程产产生生动动力。力。不同点：不同点： 汽油机汽油机柴油机柴油机

13、汽油与空气缸外混合，汽油与空气缸外混合，进进入气缸的可燃混合气。入气缸的可燃混合气。进进入气缸的是入气缸的是纯纯空气，柴空气，柴油与空气在缸内混合。油与空气在缸内混合。电电火花点燃混合气火花点燃混合气高温气体加高温气体加热热柴油燃柴油燃烧烧有点火系有点火系无点火系无点火系压缩比低压缩比低压缩压缩比高比高柴油机压缩比高于汽油机，燃烧爆发压力大，热能利用率高，柴油机压缩比高于汽油机，燃烧爆发压力大，热能利用率高，柴油机经济性好。柴油机经济性好。34五、二行程和四行程发动机的比较五、二行程和四行程发动机的比较不同特点：不同特点：（1）、每个工作循）、每个工作循环环二行程曲二行程曲轴转轴转1周，四行程

14、周，四行程曲曲轴转轴转2周。相同周。相同转转速下，二行程做功次数速下，二行程做功次数多多1倍，油耗多倍，油耗多1倍。倍。（2）、二行程作功）、二行程作功过过程占程占总总行程行程2/3，1/3行程行程用来排气，所以二行程的用来排气，所以二行程的热热能利用率低，浪能利用率低，浪费费燃油。燃油。（3）四行程排气用活塞赶气，二行程用）四行程排气用活塞赶气，二行程用压压差排气，所以二行程排气不差排气，所以二行程排气不净净，气缸，气缸进进气不足。气不足。因此：二行程的因此：二行程的发动发动机的机的经济经济性比四行程差。性比四行程差。35二、有效指标二、有效指标动力性能指标动力性能指标：有效功率、有效扭矩、

15、平均有效压有效功率、有效扭矩、平均有效压力力。经济性能指标经济性能指标：有效耗油率、有效热效率。有效耗油率、有效热效率。362、有效转矩有效转矩Me:发动机工作时，由功率输出轴输发动机工作时，由功率输出轴输出的扭矩。出的扭矩。式中：式中：Pe-发动机的有效功率（发动机的有效功率（KW）；）；Me-发动机输出转矩（发动机输出转矩（nm）；）；n-发动机转速（发动机转速（r/min）。）。373、平均有效压力平均有效压力Pme：单位气缸工作容积输出的有效单位气缸工作容积输出的有效功为平均有效压力功为平均有效压力。式中式中:Pme单位为单位为Mpa；Vh单位为单位为m3；n单位为单位为r/min；i

16、为缸数。为缸数。柴柴油油机机四四冲冲程程非非增增压压0.6 0.95；四四冲冲程程增增压压0.85 2.6； 二二冲冲程程0.35 1.3；汽汽油油机机四四冲冲程程摩摩托托车车0.9 1.43；四四冲冲程程小小客客车车0.65 1.25；四四冲冲程程载载货货车车0.6 0.85；二二冲冲程程小小型型风风冷冷0.4 0.85384、转速n和活塞平均速度Cm发动机转速增加，单位时间内做出的功增加，同时导致活塞和曲轴连杆机构的磨损加剧寿命下降。 式中：S为活塞行程。 Cm为内燃机强化程度的参数，汽油机Cm值不超过15m/s，柴油机则不超过13m/s。 为提高转速又不使Cm过大，可以减小行程S，即采用

17、较小的行程缸径比（S/D），但S/D过小，造成燃烧室高度减小，燃烧室表面积与容积的比值增大，使混合气形成条件变差，不利于燃烧。 S/D 1时常称为短行程。39经济性能指标1、有效热效率、有效热效率e：加入发动机的燃料燃烧的热量转变加入发动机的燃料燃烧的热量转变为有效功的程度，即实际循环有效功为有效功的程度，即实际循环有效功与所消耗的燃料热量之比与所消耗的燃料热量之比40式中：式中：GT为每小时耗油量，为每小时耗油量，kg/h;Pe为有效功率，为有效功率，kw。2、有效耗油率、有效耗油率ge:发动机单位有效功的耗油量，通发动机单位有效功的耗油量，通常以每千瓦小时的耗油量表示。常以每千瓦小时的耗油

18、量表示。41三、强化指标1、升功率PL 式中Pme为发动机的标定功率。 升功率是评定一台发动机整机动力性能和强化程度的重要指标之一。 类型 PL（KW/L）汽油机 30-70汽车柴油机 18-30拖拉机柴油机 9-15422、比质量Ge 发动机的质量G与所给出的标定功率之比类型 Ge(Kg/KW)汽油机 1.1-4.0汽车柴油机 2.5-9.0拖拉机柴油机 5.5-1.643一、汽油的性质抗爆性抗爆性、蒸发性蒸发性、氧化安定性、抗腐蚀性及清净性等。、氧化安定性、抗腐蚀性及清净性等。1.抗爆性：抗爆性：汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力，用力，用辛烷值辛烷

19、值表示，常用马达法（表示，常用马达法（MON）和研究法）和研究法（RON）测辛烷值。）测辛烷值。辛烷值： 正庚烷 异辛烷 标准油 （抗爆燃能力极弱） （抗爆燃能力极强）某汽油的爆燃性能与某体积百分比例的异辛烷值标准油相同时，标准燃料中异辛烷的百分数定为该汽油的辛烷值。为提高汽油抗爆性，常加入四乙基铅，同时加入导出剂。现在要求使用无铅汽油。442.蒸发性：对混合气的形成质量有很大影响蒸发性：对混合气的形成质量有很大影响蒸发性用汽油蒸发量为10，50，90 和100%时所对应的温度来评定。分别称为10馏出温度，50 馏出温度 ，90 馏出温度和干点。45二、柴油的性质轻柴油用于高速柴油机，重柴油用

20、于中低速柴油机，重油用于大型低速柴油机。汽车用柴油机都是高速机，必须用轻柴油。1.自然性：常用十六烷值来评定。 正十六烷 + -甲基萘 =标准燃料 （自然性最好） （自然性最差） 某种柴油与标准燃料的自然性相同，则标准燃料中正十六烷的百分数即为该种柴油的十六烷值。 十六烷值过高或过低都不好，一般高速柴油机的十六烷值为40-50。463.硫含量硫天然存在于原油中。危害：增加排气中微粒物，不利于环保；装有催化转化器的汽车，硫使其寿命降低；硫燃烧后形成酸雨，不仅腐蚀零件，还污染环境；同时硫还会增加柴油机的磨损。各国标准中对硫含量提出了严格的要求，甚至是零含量。474.低温流动性浊点：标准柴油低温流动

21、性的指标。低温下燃油开始变浑浊(石蜡开始结晶)的温度叫浊点，温度低于浊点时，析出的石蜡堵塞滤芯，熄火。凝点：燃油结晶失去流动性的温度称为凝点。浊点高于凝点5-10摄氏度。我国汽车用轻质柴油按凝点标定柴油牌号：如 10# ，0 # ，-10 # ，-20 # ，-35 # 五个牌号。加入1%的降凝剂，可使凝点降低20-50摄氏度，浊点降低1-5摄氏度。根据硫含量、安定性和酸度等指标将每一牌号柴油又划分为优等级、一等品和合格品三个档次。48二、过量空气系数内燃机中实际提供的空气量往往并不等于理论空气量，为此引入了过量空气系数一般汽油机0.8-1.2，车用高速柴油机1.2-1.6，增压柴油机1.8-

22、2.2。同时，也有用空燃比 （空气量与燃料量的比值）来表示混合气的浓度，49三、燃烧燃烧燃烧预混合燃烧。（预先将燃料和氧混合好）预混合燃烧。（预先将燃料和氧混合好）扩散燃烧。扩散燃烧。（边混合边燃烧）（边混合边燃烧）汽油机：预混合燃烧汽油机：预混合燃烧，混合均匀，由火焰中心向外，混合均匀，由火焰中心向外层燃烧，工作柔和、平稳，为逐渐爆发燃烧。出现层燃烧，工作柔和、平稳，为逐渐爆发燃烧。出现第二火焰中心时产生强烈的压力波，属瞬时爆发燃第二火焰中心时产生强烈的压力波，属瞬时爆发燃烧。烧。柴油机：扩散燃烧柴油机：扩散燃烧，混合不均匀。燃烧是在燃料与，混合不均匀。燃烧是在燃料与空气的边界层进行，同时几

23、处活化粒子浓度较大着空气的边界层进行，同时几处活化粒子浓度较大着火，强大压力波的相互撞击，引起燃烧噪声，为瞬火，强大压力波的相互撞击，引起燃烧噪声，为瞬时爆发燃烧。油粒中心因得不到氧而高温裂解，产时爆发燃烧。油粒中心因得不到氧而高温裂解，产生炭烟。生炭烟。5044燃料的热值热值热值：燃料完全燃烧放出的热量为热燃料完全燃烧放出的热量为热值值.液体燃料以液体燃料以1公斤燃料的焦耳数表公斤燃料的焦耳数表示示.高热值高热值HO：用热量计测出的燃料热值：用热量计测出的燃料热值低热值低热值HU：去除水气的汽化潜热后的热：去除水气的汽化潜热后的热值值一、一、 燃料热值燃料热值51目的：通过对发动机实际循环与

24、理论循环的分析，找出影响性能指标的各种因素，从中归纳出提高整机性能的一般规律。要求：能结合四冲程发动机示功图，分析发动机实际循环和理论循环的区别、影响发动机功率的因素，掌握发动机的指示指标和有效指标；了解机械效率的概念和影响机械效率的因素；了解发动机热平衡分析的内容和意义。第五章第五章:内燃机的工作循环与机械内燃机的工作循环与机械损失损失5251：内燃机的理论：内燃机的理论循环循环吸气、压缩、燃烧、吸气、压缩、燃烧、作功、排气为一个工作作功、排气为一个工作循环，在内燃机的理论循环，在内燃机的理论研究中，为分析循环中研究中，为分析循环中热能转换为机械能过程热能转换为机械能过程的方便性，不考虑各种

25、的方便性，不考虑各种损失，将实际循环简化损失，将实际循环简化出理论循环。出理论循环。53理论循环的假设：理论循环的假设：1.气缸内热力系统为闭口系统，由于进气过程和排气缸内热力系统为闭口系统，由于进气过程和排气过程中工质的状态参数变化不大，故热力计算时，气过程中工质的状态参数变化不大，故热力计算时，可不考虑换气过程。可不考虑换气过程。2.放热过程简化为定容放热过程。放热过程简化为定容放热过程。3.压缩和膨胀过程近似为绝热过程。压缩和膨胀过程近似为绝热过程。4.工质为理想气体，整个循环工质组成成分不变，工质为理想气体，整个循环工质组成成分不变，物性参数为定值。物性参数为定值。5.气缸内无摩擦损失

26、，因而近似为可逆过程。气缸内无摩擦损失，因而近似为可逆过程。目的：目的：通过对理论循环的研究，可得出最大的热量利通过对理论循环的研究，可得出最大的热量利用率，即实际循环的极限；可找出改善其动力性和经济用率，即实际循环的极限；可找出改善其动力性和经济性的途径。性的途径。54 由前面的假设可知，进气过程不作热力分析，压缩和膨胀过程均为定熵过程，排气过程为定容过程，最后内燃机实际循环中的燃烧过程的特点较复杂，下面根据不同内燃机种类分析它们的燃烧过程。 这里，将内燃机分为三类：汽油机、高速柴油机和低速柴油机。 由于汽油机属于均匀混合气的逐渐爆炸燃烧，燃烧速度很快，而在上止点附近容积变化又较小，因此燃烧

27、过程相当于定容过程；低速柴油机燃油质量较差，形成可燃混合气的速度慢，不均匀混合气的扩散燃烧速度很慢，燃烧持续时间长，很接近于定压过程；高速柴油机在燃烧初期，由于部分燃料已于空气混合，而后则由于边喷油、边混合、边燃烧，燃烧速度受到制约，因此燃烧过程兼有逐渐爆炸燃烧和扩散燃烧的特征，对应于气缸的容积变化情况，可以将燃烧过程简化为定容和定压加热两个过程。55一、混合加热循环（一、混合加热循环（萨巴德循环萨巴德循环）：）：高速柴油机定容加热和定压加热并存，为混合加热高速柴油机定容加热和定压加热并存，为混合加热。循环热效率：循环平均指示压力：可见：（可见：（1）提高）提高和和，t提高提高（2）提高）提高

28、、Pa、和和，Pt提高，功率增加。提高，功率增加。Q1pQ1vQ256如图所示，曲线a-c为绝热压缩过程；曲线c-z为定容加热过程；曲线z-z为定压加热过程；曲线z-b为绝热膨胀过程；曲线b-a为定容放热过程。定义：压缩比压力升高比预膨胀比后膨胀比绝热指数Q1pQ1vQ257二二、定容加热循环定容加热循环（奥托循环奥托循环） 汽油机：缸外混合汽油机：缸外混合上止点燃烧迅速、完全上止点燃烧迅速、完全T、P快快容积变化容积变化小小,为等容加热。为等容加热。热效率热效率:循环平均指示压力循环平均指示压力:可见：（可见：（1）提高）提高和和k，t提高提高（2）提高）提高、Pa，使得使得和和Pt提高，功

29、率增加。提高，功率增加。58二、二、定压加热循环（狄赛尔循环）定压加热循环（狄赛尔循环）低速柴油机：缸内边混合边燃烧上低速柴油机：缸内边混合边燃烧上止点后止点后P变化不大，为等压加热。变化不大，为等压加热。可见：可见：（1） 增加，增加，k增加，增加，t增增加加（2）提高）提高Pa、和和k，Pt增加，增加，功率提高。功率提高。Q159实际实际循环循环的损的损失：失：605、其它几项损失涡流和节流损失：气缸内工质由于活塞的高速运动产生涡流，造成压力损失。对于分隔式燃烧室，还会产生节流损失。泄漏损失：气门和活塞环出的泄漏。类型 理论循环热效率 指示热效率汽油机 0.54-0.58 0.30-0.4

30、0柴油机 0.64-0.67 0.40-0.4561三、机械损失的测定方法三、机械损失的测定方法1、示功图法：示功图法：用示功器测得示功图，经计算得用示功器测得示功图，经计算得Pi；由测功器测得实际示功图经计算得Pe; Pm= Pi-Pe。当各缸间的差别和示功图测试过程中引起的误差，结果并不准确，不常使用。2、倒倒拖拖法法:用电力测功器拖动发动机运转，电力测用电力测功器拖动发动机运转，电力测功器的消耗功为发动机的摩擦功。功器的消耗功为发动机的摩擦功。由于气体向缸壁散热，由于气体向缸壁散热，P-V图的压缩线图的压缩线与膨胀线不重合；膨胀线低于压缩线，与膨胀线不重合；膨胀线低于压缩线，出现负功。测

31、得的摩擦功大于实际摩擦出现负功。测得的摩擦功大于实际摩擦功。柴油机功。柴油机大，大，误差误差5-155-15%；汽油机；汽油机5左右。左右。常用于常用于测汽油机测汽油机。623、单缸灭火法单缸灭火法（灭缸法或断缸法）灭缸法或断缸法）：用测功器测得用测功器测得Pe,切断某缸供油切断某缸供油(点火）测得点火）测得Pe1,该缸该缸Pi1= Pe-Pe1,同法得其它各缸指示功。同法得其它各缸指示功。PiPi1Pi2Pi3 Pm= Pi-Pe仅用于无涡轮增压的多缸柴油机。仅用于无涡轮增压的多缸柴油机。4、负荷特性外延法（油耗线法）负荷特性外延法（油耗线法）转速不变，改变油量，做出负荷特性；转速不变，改变

32、油量，做出负荷特性；以负荷为横坐标，油耗为纵坐标做曲线，以负荷为横坐标，油耗为纵坐标做曲线，并延长该线段与横坐标相交，该交点与并延长该线段与横坐标相交，该交点与座标原点的距离为机械损失平均压力座标原点的距离为机械损失平均压力Pm。适用于柴油机。适用于柴油机。63热平衡方程式各项组成热平衡方程式各项组成100% 汽汽油油机机%柴油机柴油机%转变为有效功的热量转变为有效功的热量QeQ25303040废气带走的热量废气带走的热量QgQ30502545冷却介质带走的热量冷却介质带走的热量QcQ12271535其他热量损失其他热量损失QLQ210210也可用热量百分比表也可用热量百分比表 : qe+qc

33、+qg+qL=100%64第六章第六章 换气过程换气过程 目的：目的：换气质量对发动机的动力性、经济性和排放指换气质量对发动机的动力性、经济性和排放指标有重要影响。标有重要影响。本章的目的是研究换气过程的进行情况，分析影响充气本章的目的是研究换气过程的进行情况，分析影响充气量的各种因素、从中寻找减少换气损失、提高充气量的措量的各种因素、从中寻找减少换气损失、提高充气量的措施，以适应发动机日益强化的需要。施，以适应发动机日益强化的需要。要求：要求：掌握掌握四冲程发动机的换气过程四冲程发动机的换气过程，了解进、排气损，了解进、排气损失的相关内容；掌握失的相关内容；掌握充气效率的概念和影响充气效率的

34、因充气效率的概念和影响充气效率的因素素，以及，以及提高发动机充气效率的措施提高发动机充气效率的措施；掌握；掌握二冲程发动机二冲程发动机换气的基本过程换气的基本过程和如何和如何评价评价二冲程发动机的换气效果。二冲程发动机的换气效果。656.1四行程发动机的换气过程及损失四行程发动机的换气过程及损失一、四行程发动机的换气过程一、四行程发动机的换气过程四冲程发动机配气机构均采用气门换气方式，四冲程发动机配气机构均采用气门换气方式，其换气过程包括从上一循环排气门开启到下一循环其换气过程包括从上一循环排气门开启到下一循环进气门关闭的整个过程。运行时，要在短时间内使进气门关闭的整个过程。运行时，要在短时间

35、内使排气干净、进气充足是比较困难的。排气干净、进气充足是比较困难的。为了增加气门开启时间，充分利用气流的流动为了增加气门开启时间，充分利用气流的流动惯性，减少换气过程的损失，改善换气过程，提高惯性，减少换气过程的损失，改善换气过程，提高整机性能，进排气门一般都是整机性能，进排气门一般都是“早开晚关早开晚关”，不受，不受活塞行程的限制。所以整个换气过程超过了两个行活塞行程的限制。所以整个换气过程超过了两个行程，占程，占410CA-480CA。66（一）排气阶段（一）排气阶段排气阶段分为排气阶段分为自由排气、强制排气和惯性排气自由排气、强制排气和惯性排气三个三个阶段。阶段。1.自由排气阶段自由排气

36、阶段：从排气门打开至气缸内压力接近排气管内压力为止从排气门打开至气缸内压力接近排气管内压力为止的一段为的一段为自由排气阶段自由排气阶段。由于排气机构惯性力的限制，若在活塞到达下止点由于排气机构惯性力的限制，若在活塞到达下止点时才打开排气门，则气门开启初期开度较小，废气时才打开排气门，则气门开启初期开度较小，废气不能流畅排出，活塞已开始上行，气缸内压力来不不能流畅排出，活塞已开始上行，气缸内压力来不及下降对活塞造成反压力，增加排气行程所消耗的及下降对活塞造成反压力，增加排气行程所消耗的功。所以排气门提前打开（功。所以排气门提前打开（3080CA）。）。从排气门开始打开到活塞到达下止点这段曲轴转角

37、从排气门开始打开到活塞到达下止点这段曲轴转角称为称为排气提前角排气提前角。672、强制排气阶段、强制排气阶段： 从自由排气阶段结束，活塞上从自由排气阶段结束，活塞上行行至上止点，至上止点，推出废气的一段，推出废气的一段，为为强制排气阶段。强制排气阶段。排气速度与（排气速度与（压差压差）气门开启截）气门开启截面、活塞速度有关。缸内压力大面、活塞速度有关。缸内压力大于排气管压力，由气门节流引起。于排气管压力，由气门节流引起。此阶段虽持续时间较长，但由于此阶段虽持续时间较长，但由于气缸内压力接近大气压力，气体气缸内压力接近大气压力，气体密度低，流速较慢，因此排出废密度低，流速较慢，因此排出废气量较少

38、。气量较少。683、惯性排气阶段：、惯性排气阶段：强制排气阶段接近终了时在上止点附近，废气尚有一强制排气阶段接近终了时在上止点附近，废气尚有一定的流动能量，可利用气流的惯性进一步排出废气。定的流动能量，可利用气流的惯性进一步排出废气。同时，若排气门在上止点关闭，则其必须在上止点之同时，若排气门在上止点关闭，则其必须在上止点之前就开始关闭，这样会产生节流作用，此时活塞还在前就开始关闭，这样会产生节流作用，此时活塞还在上行，增大气缸内压力，使排气消耗的功和废气残余上行，增大气缸内压力，使排气消耗的功和废气残余量都会增大。因此排气门是在活塞过了上止点后才关量都会增大。因此排气门是在活塞过了上止点后才

39、关闭。闭。从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角称为从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角称为排气迟排气迟闭角闭角。一般排气迟闭角为。一般排气迟闭角为10-35CA。69 1、准备进气阶段准备进气阶段为增加进气量，应尽可能增加进为增加进气量，应尽可能增加进气横截面积，减少进气抽吸功，进气横截面积，减少进气抽吸功，进气门应在上止点前、排气尚未结束气门应在上止点前、排气尚未结束时提前打开，作好进气准备。时提前打开，作好进气准备。从进从进气门开启到活塞到达上止点的阶段，气门开启到活塞到达上止点的阶段，叫叫进气准备阶段。进气准备阶段。相应的曲轴转角相应的曲轴转角叫叫进气提前角进气提前角，一般为，一般为52

40、0CA。 由于进气提前角较小，相应开启由于进气提前角较小，相应开启的通道截面也较小，加之缸内残余的通道截面也较小，加之缸内残余废气压力高于大气压力，在此阶段废气压力高于大气压力，在此阶段新鲜气体一般不会进入气缸新鲜气体一般不会进入气缸。（二）进气阶段（二）进气阶段进气阶段可分为进气阶段可分为准备进气、正常进气和惯性进气准备进气、正常进气和惯性进气三个阶段。三个阶段。702、正常进气正常进气阶段阶段：活塞由上止点向下运动至下止点，因压差而进活塞由上止点向下运动至下止点，因压差而进气，为气，为正常进气正常进气阶段。阶段。初期初期气缸内残余废气压力仍高于大气压力，新鲜气缸内残余废气压力仍高于大气压力

41、，新鲜空气不能进入气缸，当气缸内压力小于大气压力空气不能进入气缸，当气缸内压力小于大气压力后，新鲜空气才被吸入气缸。后，新鲜空气才被吸入气缸。由于进气门已提前开启，此时进气通道截面已开由于进气门已提前开启，此时进气通道截面已开启较大，保证大量新鲜空气进入气缸。启较大，保证大量新鲜空气进入气缸。由于进气阻力，活塞到达下止点时，气缸内压力由于进气阻力，活塞到达下止点时，气缸内压力仍低于大气压力。仍低于大气压力。713.惯性进气阶段惯性进气阶段： 为了利用高速进气流的为了利用高速进气流的惯性，增加充气量，减少功惯性，增加充气量，减少功耗，气缸在活塞运行到下止耗，气缸在活塞运行到下止点后才完全关闭进气

42、门。点后才完全关闭进气门。 从活塞由下止点上行至进气从活塞由下止点上行至进气门关闭的一段，利用气流惯门关闭的一段，利用气流惯性进气为性进气为惯性进气惯性进气阶段。阶段。该该阶段曲轴转过的角度称为阶段曲轴转过的角度称为进进气迟闭角，气迟闭角，一般为一般为2050CA。 72 （三）气门重叠角进气门提前打开和排气门落后关闭时期，进排气门同时开启的现象称为气门重叠或气门叠开，相应的曲轴转角，称气门重叠角或气门叠开角。因重叠角较小，进气门开启高度不大，废气又具有一定的惯性，所以废气不会倒流。736.2：充气效率及影响因素评价发动机的换气质量，用残余废气系数和充气效率来衡量。残余废气系数是进气过程结束时

43、气缸内的残余废气量与气缸内的新气量的比值，用 表示。充气效率是每循环实际进入气缸的新鲜充量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量之比 来表示。又称充气系数、充量系数、充量效率或容积效率。充气效率是衡量不同发动机动力性能和进气过程完善程度的重要指标。742、充气效率理论公式、充气效率理论公式式中：式中：压缩比压缩比；PS、TS进气管内的压力和进气管内的压力和温度；温度；Pa、Ta进气终了缸内压力和温度；进气终了缸内压力和温度；残残余废气系数余废气系数柴柴=0.030.06，汽，汽=0.080.10，二行程二行程=0.250.35。充气效率小于。充气效率小于1，一般为，一般为0.750.975二、

44、影响充气效率的因素：二、影响充气效率的因素： 由上式可以看出，进气状态、进气终了状态、残余废气系数、压缩比和配气定时等对充气效率有影响。1、进气状态（大气状态） 进气温度Ts升高，进气压力Ps下降，均会使进气的密度下降，绝对进气量减小。但是由于充气效率是同一进气状态下的相对值，所以进气温度和进气压力变化对充气效率影响不大。762、进气进气终了状态终了状态包括进气终了压力包括进气终了压力Pa和进气终了温度和进气终了温度Ta。进气终了压力进气终了压力：由充气效率公式知道，进气终了压：由充气效率公式知道，进气终了压力力Pa增大，则充气效率增大。增大，则充气效率增大。而进气终了压力大小取决于而进气终了

45、压力大小取决于管道阻力系数和管道内管道阻力系数和管道内气体流速。气体流速。进气终了温度进气终了温度：进气终了温度：进气终了温度Ta增大，充气效率减增大，充气效率减小。小。进气终了温度主要受进气终了温度主要受转速、负荷、缸壁的冷却强度转速、负荷、缸壁的冷却强度及进气温度及进气温度等的影响。等的影响。773、残余废气系数和压缩比气缸中残余废气量增多会恶化燃烧，使充气效率下降。残余废气系数主要受气门叠开角、压缩比、排气终了废气压力、发动机转速等的影响。汽油机在低负荷运转时，节气门小，新鲜充量很小，残余废气系数大大增加，使燃烧不完全，经济性变差。当前电控汽油发动机普遍采用废气再循环技术，根据不同的工作

46、状态控制残余废气系数大小，从而控制尾气中氮氧化物的含量。压缩比增大，余隙容积Vc减小，残余废气量减小，充气效率增大。784、配气定时（配气相位配气相位） 其中其中，进气门的迟闭角对进气，进气门的迟闭角对进气终了压力影响最大。若进气迟闭角终了压力影响最大。若进气迟闭角不变，则转速高时，气流的惯性没不变，则转速高时，气流的惯性没有完全利用；转速低时又会造成气有完全利用；转速低时又会造成气体倒流，从而影响进气压力与发动体倒流，从而影响进气压力与发动机的正常工作。机的正常工作。796.3提高充气效率的措施1、降低进气系统的阻力发动机（非增压）的进气系统由空气滤清器、进气管、进气道和进气门组成。（1）减

47、小进气管、进气道和空气滤清器的阻力进气管和进气道必须保证足够的流通面积、管道内表面光滑、避免急转弯和流通截面突变，以减少阻力。进气管长度尽可能一致，保证每个气缸进气均匀。尽可能使新鲜工质在气缸内形成涡流。80（2）进气门进气系统中，进气门处的通过断面最小且截面变化大，因此流动损失大部分集中于此。进气马赫数M是决定气流性质的重要参数。大量实验结果表明，M有一临界值0.5左右，超过后，充气效率迅速下降。增大气门相对通过面积、提高气门处流量系数及合理配置相位是提高充气效率的主要方法，但要合理控制M值。81增大进气门相对通过面积增大进气门直径，高速发动机可采用较小的行程缸径比S/D，缸径增大，进气门直

48、径相应增大。增加气门数目：三气门、四气门，甚至五气门。提高气门处流量系数改进配气凸轮型线，适当增加进气门升程，或者使气门开闭的更快。改变气门头部结构，改善气门处的流体流动性，减小阻力。822、减少对进气充量的加热（1）进排气管两侧分开布置 避免高温排气管对其加热。（2）增压内燃机燃烧室扫气（3）油冷活塞（4）有的发动机进气歧管采用工程塑料3、降低排气系统阻力（1）排气道一部分做成扩压形，减低气缸和排气管道的压差，降低气缸内压力、减小泵气功。（2）避免排气管道截面突变、急转弯和凸台。（3）在满足消声效果的前提下，尽可能降低消声器的流通阻力。834、合理选择配气定时高转速时，为利用高速气流的惯性增

49、加进气量，应适当推迟进气门关闭时间。转速一定，气流动能一定，则存在相应的最佳进气门迟闭角。传统配气定时是固定不变的，为提高充气效率提出气门可变正时技术，满足全流速范围内提高发动机充气效率。845、谐振进气和可变进气歧管谐振进气和可变进气歧管都是利用进气管的动态效应来提高充气效率。（1）谐振进气谐振进气系统利用一定长度和直径的进气歧管与一定容积的谐振室，在特定的转速下产生大幅值压波，从而增加进气。（2）可变进气歧管一是电控，二是靠一旋转阀来控制到底是细长进气通道还是粗短进气通道进气。856.4二行程发动机的换气过程与与四冲程发动机不同，二冲程发动机完成一个工作四冲程发动机不同，二冲程发动机完成一

50、个工作循环只需要两个行程，活塞每一个向下的行程都是一个循环只需要两个行程，活塞每一个向下的行程都是一个作功过程，同时兼有换气的功能。这样二冲程发动机的作功过程，同时兼有换气的功能。这样二冲程发动机的换气过程就与四冲程发动机有了很大的不同。换气过程就与四冲程发动机有了很大的不同。二行程换气不完善二行程换气不完善是影响发动机性能的重要因素是影响发动机性能的重要因素。二冲程发动机换气过程分为三个阶段：二冲程发动机换气过程分为三个阶段：自由自由排气、强制排气和扫气（或扫气）、额外排气排气、强制排气和扫气（或扫气）、额外排气（或过后排气、后充气）阶段（或过后排气、后充气）阶段。86一、换气过程：一、换气

51、过程：1、自由排气阶段自由排气阶段一般在下止点前一般在下止点前60-75CA，排气口打开到扫气口排气口打开到扫气口打开的一段，排出打开的一段，排出7080废气量，扫气口打开废气量，扫气口打开前，排气压力小于扫气压力，否则倒流。前，排气压力小于扫气压力，否则倒流。872、强制排气和扫气阶段强制排气和扫气阶段扫气口打开到扫气口关闭的一段。在压差扫气口打开到扫气口关闭的一段。在压差的作用下新鲜气体扫赶废气排出气缸，部分新的作用下新鲜气体扫赶废气排出气缸，部分新气会排出。气会排出。883、额外排气阶段额外排气阶段 一般二冲程发动机，排气口一般二冲程发动机，排气口关闭关闭在扫气口在扫气口关闭之关闭之后，

52、这时活塞上行加上气流惯性一部分后，这时活塞上行加上气流惯性一部分废气继续排出。废气继续排出。 有些二冲程发动机排气口关闭在扫气口关闭有些二冲程发动机排气口关闭在扫气口关闭之前，可增加额外进气量。之前，可增加额外进气量。89二、二冲程发动机换气过程特点（1）换气时间短 只占120-150CA，而四冲程占400-500CA。气门重叠角四冲程非增压占换气时间3-8%，增压20-30%，二冲程达到了70-80%，增加了新鲜充量的消耗。（2）进排气过程同时进行 新鲜空气与废气相互掺混，残余废气系数大。（3）扫气耗功大（4）HC排放高90三、扫气泵为了进行工质更换，避免废气倒流，必须提高新鲜工质的压力，而

53、设置扫气泵。起扫气作用的装置有以下三种:（1）曲轴箱扫气：压缩比低，扫气压力仅为108KPa。（2）单独设置扫气泵：转子泵或离心泵，由发动机曲轴驱动。扫气压力有110-150KPa。（3）废气涡轮增压：扫气压力可达140-200KPa。91四、二冲程发动机的换气方案根据新鲜工质根据新鲜工质在气缸内的流在气缸内的流动性质，换气动性质，换气方案主要有三方案主要有三类：类：横流换气、横流换气、回流换气和直回流换气和直流换气。流换气。92目的：燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程。燃烧完全的程度影响热量产生的多少和排出废气的成分，而燃烧时间和时刻又关系到气缸压力变化和热功转换的程度，所以燃烧过程是

54、影响发动机经济性、动力性和排气污染的主要过程。传统汽油机的特点是形成均质混合气，燃烧过程是由定时的火花塞点火，火焰以正常的速度传遍整个燃烧室。燃烧过程要避免不规则燃烧和不正常燃烧。要求：本章要求掌握汽油机的燃烧过程，学会分析影响汽油机燃烧过程的因素，掌握汽油机不正常燃烧的的原因和对策。了解燃烧室设计要求及特点。第七章第七章汽油机的燃烧过程汽油机的燃烧过程937-1正常燃烧正常燃烧火花塞放电时两极电压可达火花塞放电时两极电压可达10-35kV，击穿电极间，击穿电极间隙的混合气，造成电极间电流通过。电火花能量点燃电隙的混合气，造成电极间电流通过。电火花能量点燃电机附近的混合气首先形成火焰中心机附近

55、的混合气首先形成火焰中心，而后火焰前锋，而后火焰前锋以以一定的正常速度一定的正常速度扩散到整个燃烧室扩散到整个燃烧室，气缸内温度和压力，气缸内温度和压力升高。此期间，火焰传播速度及火焰前锋面的形状没有升高。此期间，火焰传播速度及火焰前锋面的形状没有急剧变化，该状况称为急剧变化，该状况称为正常燃烧正常燃烧。94一、燃烧过程的分段P-图，称为燃烧过程的展开示功图。按缸内压力变化图，称为燃烧过程的展开示功图。按缸内压力变化的特征，将燃的特征，将燃烧过程分为三烧过程分为三个时期：个时期：1）滞燃期）滞燃期（着火延迟期、（着火延迟期、着火落后期）着火落后期）2）急燃期）急燃期（明显燃烧期）（明显燃烧期）

56、3）补燃期）补燃期（后燃期）（后燃期）95滞燃期（段）从从火花塞跳火花塞跳火（火（1点）到火点）到火焰中心出现（焰中心出现（2点）的时间或曲点）的时间或曲轴转角称为轴转角称为滞燃滞燃期期（占整个燃烧（占整个燃烧时间的时间的15%）。）。在最佳点火在最佳点火条件下，一般点条件下，一般点火能量只需火能量只需0.2mJ。对较浓。对较浓和较稀的混气，和较稀的混气，点火能量只需点火能量只需3mJ。96急燃期（II段） 从出现火焰中心（从出现火焰中心（2点）开始到缸内出现最高压力（点）开始到缸内出现最高压力（3点）为点）为止止。此时火焰此时火焰由火焰中心烧由火焰中心烧遍整个燃烧室，遍整个燃烧室，因此也称之

57、为因此也称之为火焰传播阶段火焰传播阶段。97燃燃油油80-90在此期间燃烧在此期间燃烧结束，结束，一般一般在上在上止点后止点后1015CA出现最高压力出现最高压力。曲轴每转曲轴每转1时缸内压力升高值时缸内压力升高值/称为称为压压力升高率力升高率（一般在一般在0.2-0.4MPa）。压力升高率。压力升高率不不能过高，过能过高，过高则易工作粗暴高则易工作粗暴。最高压力点最高压力点出现的时刻，对发动机的功率和出现的时刻，对发动机的功率和经济性有重大影响。过早，则引起压缩负功增加，经济性有重大影响。过早，则引起压缩负功增加，压力升高率增加；反之，则膨胀比减小，传热面压力升高率增加；反之，则膨胀比减小，

58、传热面积增大。可通过积增大。可通过调整点火提前角来调整最高压力调整点火提前角来调整最高压力点出现位置点点出现位置点。98补燃期（段）缸内出现缸内出现最高压力最高压力（3点）以后到燃烧完全结束这段时间称为点）以后到燃烧完全结束这段时间称为补燃期补燃期，因少量燃料未充分氧化、燃烧室边缘和汽缸壁上的燃料因少量燃料未充分氧化、燃烧室边缘和汽缸壁上的燃料等继续燃烧，而使等继续燃烧，而使燃烧推迟。补燃使燃烧推迟。补燃使热负荷增加热负荷增加、热效、热效率减小、功率下降率减小、功率下降，若持续时间过长至若持续时间过长至排气门打开时还在排气门打开时还在燃烧，则会产生燃烧，则会产生排排气管气管“放炮放炮”现象，现

59、象，应加强涡流，应加强涡流，使使后后燃期尽可能缩短燃期尽可能缩短。99二、不规则燃烧 汽油机不规则燃烧是指稳定正常运转情况下，各循环之间的燃烧变动和各气缸之间的燃烧差异。前者称为循环间的燃烧变动（或循环波动），后者称为各缸间的燃烧差异（或各缸工作不均匀）。1001.循环间的燃烧变动是点燃式发动机的一大特征，指发动机以某一工况运行时，这一循环和下一循环燃烧过程的进行情况不断变化，具体表现在压力曲线、火焰传播情况及发动机输出功率均不相同。1012.各缸间的燃烧差异各缸工作不均匀是针对多缸发动机而言的。产生燃烧差异的因素：进气量的差别、混合气成分不均匀等。各缸工作不均匀性的存在，使得难以找到对各缸都

60、是最佳的点火提前角和过量空气系数，动力性、经济性、排放性等整机指标难以优化，振动及噪声也会增加。102汽油机的不正常燃烧是指设计不当或控制不当，使之偏离正常点火时间及地点，由此引起燃烧速率急剧上升，压力急剧增大等异常现象。不正常燃烧可分为爆震（或爆燃）和表面点火两类。7-2 不正常燃烧（异常燃烧）103一、一、爆爆震震爆震爆震时，缸内压力曲线出现高频大幅度波动（锯齿时，缸内压力曲线出现高频大幅度波动（锯齿波），同时发动机会产生一种高频金属敲击声，因此波），同时发动机会产生一种高频金属敲击声，因此也称也称爆震为敲缸爆震为敲缸。爆震类似于柴油机，低温多阶段自然。爆震类似于柴油机，低温多阶段自然。1

61、04二、表面点火汽油机中汽油机中，凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面（如排气，凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面（如排气门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气而门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气而引起的不正常燃烧称引起的不正常燃烧称表面点火表面点火。表面点火时表面点火时间是不可控间是不可控制的。制的。在电火花出在电火花出现以前的点现以前的点火称火称早燃早燃（早火早火）。在电火花出在电火花出现以后的点现以后的点火称火称后燃后燃（后火后火）。105影响表面点火的因素：影响表面点火的因素：1.凡是能够使缸内凡是能够使缸内T、P降低的因素，都可预防降低的

62、因素，都可预防表面点火。表面点火。2.选用低沸点汽油和含胶质少的机油。选用低沸点汽油和含胶质少的机油。3.在燃料中添加抑制表面点火的添加剂。在燃料中添加抑制表面点火的添加剂。4.适当降低压缩比。适当降低压缩比。5.选用合格的火花塞和排气门。选用合格的火花塞和排气门。与爆燃的区别：与爆燃的区别：1.被炽热表面点燃，无压力波产生，爆燃时为自被炽热表面点燃，无压力波产生，爆燃时为自燃，有压力波。燃，有压力波。2.沉闷的敲缸声（主要是活塞、连杆、曲轴等的沉闷的敲缸声（主要是活塞、连杆、曲轴等的运动件受到冲击负荷产生振动产生的）。运动件受到冲击负荷产生振动产生的）。106第八章第八章柴油机燃烧过程柴油机

63、燃烧过程目的：柴油机具有热效率高、可靠性好、排气污染少和较大功率范围内的适应性等优点，与汽油机相比，柴油机所用燃料的理化特性决定了燃料供给和着火方式的不同。要求：掌握柴油机燃烧过程及其影响因素，会分析柴油机燃烧过程对柴油机性能的影响。107柴油机的燃烧过程是从压缩末期柴油喷入气缸开始到膨胀做功行程结束燃烧终点为止。在压缩过程末期，喷入气缸的柴油雾状细滴和高温高压空气产生相对运动，并被分解、加热、蒸发扩散而与空气混合，进行着着火燃烧前的一系列物理化学变化。当进行到一定时候，就自行着火燃烧。柴油着火反应是一个很复杂的过程，影响因素很多，至今尚有很多不清楚之处。根据柴油机的燃烧过程外部特征人为把其分

64、为滞燃期（着火延迟期、着火落后期）、速燃期、缓燃期和后燃期（补燃期）四个阶段。并用P-示功图示功图进进行分析讨论。行分析讨论。8-1：柴油机的燃烧过程108一、一、滞燃期滞燃期（）从柴油喷入气缸（从柴油喷入气缸（1点）开点）开始至开始着火（压力线开始离始至开始着火（压力线开始离开压缩线点（开压缩线点（2点），这一点），这一段时期称为段时期称为滞燃期滞燃期。该段柴油。该段柴油尚未着火，只是进行一系列物尚未着火，只是进行一系列物理化学反应。放热量可忽略不理化学反应。放热量可忽略不计。计。缸内气体压力和温度变化仍取缸内气体压力和温度变化仍取决于压缩过程。决于压缩过程。109二、二、速燃期速燃期（段）

65、段） 从压力线离开压缩线（从压力线离开压缩线（2点）点）至缸内出现最高压力（至缸内出现最高压力（3点）为点）为止止。速燃期内做好燃前准备的非速燃期内做好燃前准备的非均质混合气多点大面积同时着火，均质混合气多点大面积同时着火，燃烧迅速，压力、温度迅速升高，燃烧迅速，压力、温度迅速升高，燃烧无组织，为多点燃烧。同时燃烧无组织，为多点燃烧。同时活塞已接近上止点，气缸容积变活塞已接近上止点，气缸容积变化很小，近似化很小，近似定容燃烧。定容燃烧。110三、三、缓燃期缓燃期：（：（）从最高压力（点从最高压力（点3）到出现最）到出现最高温度（高温度（4点）为止。一般喷点）为止。一般喷油在此期间结束，实际循环

66、中油在此期间结束，实际循环中大部分燃油在此期间燃烧，随大部分燃油在此期间燃烧，随着燃烧的进行，空气量和燃油着燃烧的进行，空气量和燃油浓度下降，浓度下降，缸内废气增加，燃缸内废气增加，燃速下降。同时速下降。同时活塞迅速下行，活塞迅速下行，容积增大，但温度还在上升，容积增大，但温度还在上升，压力基本保持不变。此期间压力基本保持不变。此期间出出现最高温度现最高温度16002000，在上止点后在上止点后2035CA出现，出现，放热量达放热量达7080。111四、四、补燃期（补燃期（）从缓燃期终点（温度最高点）从缓燃期终点（温度最高点）至燃油基本烧完为止的阶段。至燃油基本烧完为止的阶段。补补燃期的终点燃

67、期的终点很难确定，一般当放很难确定，一般当放热量达到循环总热量的热量达到循环总热量的95%-97%即可认为补燃期结束。即可认为补燃期结束。由于燃烧时间短暂，混合油不由于燃烧时间短暂，混合油不均匀，导致少量燃油未能及时燃均匀，导致少量燃油未能及时燃烧，而拖到膨胀做功期继续燃烧。烧，而拖到膨胀做功期继续燃烧。若补燃期过长，气缸容积增大，若补燃期过长，气缸容积增大，压力下降，热量得不到有效利用，压力下降，热量得不到有效利用，使得排气温度升高，热损失大，使得排气温度升高，热损失大，零件热负荷大，经济性降低。零件热负荷大，经济性降低。112第九章：汽油机混合气的形成第九章：汽油机混合气的形成目的：混合气

68、的制备必须满足汽油机的工况要求，在混合气的形成方式上，汽油喷射以及逐步取代化油器，在燃烧室结构上，以缸内直喷为代表的稀燃系统也逐渐走向成熟。要求：掌握工况对混合气的要求，了解利用化油器和电控燃油喷射系统制备混合气的工作原理。113114一、一、电控汽油喷射供给系统的分类电控汽油喷射供给系统的分类1.按喷射位置分类按喷射位置分类（1）缸内喷射缸内喷射：喷油器安装在缸盖上，需较高压力（：喷油器安装在缸盖上，需较高压力（3.0-4.0MPa）。）。喷油压力高喷油压力高：对供油系统要求高，成本相应增加。：对供油系统要求高，成本相应增加。喷油器安装喷油器安装：在设计发动机时需保留喷油器安装位置。：在设计

69、发动机时需保留喷油器安装位置。（2）进气管喷射进气管喷射：分为：分为单点喷射和多点喷射单点喷射和多点喷射。单点喷射单点喷射：喷油器安装在节气门段，一个喷油器喷入进气流，：喷油器安装在节气门段，一个喷油器喷入进气流，形成混合气进入进气歧管，再分配到各缸。形成混合气进入进气歧管，再分配到各缸。多点喷射多点喷射：在每缸进气口处都安装一喷油器，由电控单元：在每缸进气口处都安装一喷油器，由电控单元（ECU）控制进行顺序喷射或分组喷射，汽油直接喷射在进气门）控制进行顺序喷射或分组喷射，汽油直接喷射在进气门前方。前方。目前目前多点喷射多点喷射系统是最普遍的喷射系统。系统是最普遍的喷射系统。115单点喷射和多

70、点喷射图单点喷射和多点喷射图116 2.按喷射方式分类按喷射方式分类（1）连续喷射连续喷射：在发动机整个工作过程中连续喷：在发动机整个工作过程中连续喷射燃油。射燃油。特点特点：将燃油喷到进气道内，且大部分燃油是在：将燃油喷到进气道内，且大部分燃油是在进气门关闭时喷射的，所以大部分燃油是在进气道内进气门关闭时喷射的，所以大部分燃油是在进气道内蒸发的。蒸发的。无需考虑发动机的工作顺序，控制系统简单，一无需考虑发动机的工作顺序，控制系统简单，一般常用于机械式或机电结合式燃油喷射系统中。般常用于机械式或机电结合式燃油喷射系统中。（2）间歇喷射间歇喷射（或脉冲喷射）：每缸每次喷射都（或脉冲喷射）：每缸每

71、次喷射都有一限定的持续时间。按有一限定的持续时间。按喷油时序喷油时序又分为又分为同时喷射、同时喷射、分组喷射和按序喷射分组喷射和按序喷射（或顺序喷射）。（或顺序喷射）。特点特点：喷油频率与发动机转速同步，且喷油量只：喷油频率与发动机转速同步，且喷油量只取决于喷油器开启的时间（喷油脉冲宽度）。取决于喷油器开启的时间（喷油脉冲宽度）。ECU根据各种传感器所获得的发动机运行参数状根据各种传感器所获得的发动机运行参数状态变化情况，精确计量发动机所需喷油量，再通过控态变化情况，精确计量发动机所需喷油量，再通过控制脉冲宽度来控制发动机各种工况下的空燃比。制脉冲宽度来控制发动机各种工况下的空燃比。由于间歇喷

72、射方式由于间歇喷射方式控制精度高控制精度高，故被现代发动机，故被现代发动机广泛采用广泛采用。1173.按空气流量测量方法分类按空气流量测量方法分类（1）直接测量空气质量流量的方式，）直接测量空气质量流量的方式，称为称为质量（或体积）流量控制质量（或体积）流量控制的汽油喷的汽油喷射系统。射系统。（2）根据进气管压力和发动机转速，）根据进气管压力和发动机转速，推算吸入的空气量，并计算燃油流量的推算吸入的空气量，并计算燃油流量的速度密度模式，称为速度密度模式，称为速度密度控制速度密度控制的汽的汽油喷射系统。油喷射系统。4.按汽油喷射系统的控制方法分类按汽油喷射系统的控制方法分类分为分为机械控制式、电

73、子控制式和机机械控制式、电子控制式和机电混合控制式电混合控制式三种。三种。118四四、电控汽油喷射供给系统控制原理电控汽油喷射供给系统控制原理汽油机汽油机电控喷射系统一般由电控喷射系统一般由进气系统进气系统、燃料供给系燃料供给系统统和和电子控制系统电子控制系统三部分组成。三部分组成。基本控制原理基本控制原理：电子控制单元（：电子控制单元（ECU）是电控汽油）是电控汽油喷射系统的核心，内装有微型计算机。发动机工作喷射系统的核心，内装有微型计算机。发动机工作状态通过传感器反映给状态通过传感器反映给ECU。在。在ECU内储存着喷油内储存着喷油持续时间、点火时刻、怠速和故障诊断等数据，这持续时间、点火

74、时刻、怠速和故障诊断等数据，这些存储的数据与发动机工况以及计算机程序相匹配。些存储的数据与发动机工况以及计算机程序相匹配。ECU利用这些数据和来自发动机的各种传感信号，利用这些数据和来自发动机的各种传感信号，经过逻辑运算后，输出控制信号给执行器，通过执经过逻辑运算后，输出控制信号给执行器，通过执行器控制发动机工作状态。行器控制发动机工作状态。119第十章第十章柴油机混合气的形成及燃烧室柴油机混合气的形成及燃烧室目的：柴油机燃油供给系统的作用是根据柴油机各种工况的要求，将适量的柴油在适当的时间并以合理的空间形态喷入燃烧室，即对燃油喷入量、喷油时间和油束的空间形态三方面进行有效控制。柴油机燃油供给

75、系统和燃烧室对于混合气的形成、燃烧过程的组织以及形成合理的燃烧放热规律具有重要作用，对柴油机的动力性、经济性和排放有重大影响。要求：掌握柴油机混合气的形成方式。了解柴油机直喷式和分隔式燃烧室的性能特点。12010-1柴油机柴油机燃油的喷射燃油的喷射一、供油系统1.供油系统的组成作用：定时、定量并按一定规律向柴油机各缸供给高压燃油。常见类型：直列柱塞式喷油泵供油系统和分配式喷油泵供给系统。1213.喷油器作用：将喷油泵供给的高压燃油喷入燃烧室，使燃油雾化成为小颗粒，并按一定比例适当地分布在燃烧室内。类型：孔式喷油器和轴针式喷油器两类。孔式喷油器一般用于直喷式燃烧室。轴针式喷油器一般用于分隔式燃烧

76、室中，有标准轴针式和节流轴针式两种。1221 1. .燃油的喷射过程燃油的喷射过程 喷射过程：喷射过程：是从喷是从喷油泵油泵开始供油开始供油，到喷油，到喷油器器终止喷油终止喷油的过程。的过程。 整个整个喷射过程在全喷射过程在全负荷工况下占负荷工况下占15154040CACA。 整个喷射过程分三整个喷射过程分三个阶段：个阶段：喷射延迟喷射延迟阶段、阶段、主喷射主喷射阶段和阶段和喷射结束喷射结束阶段。阶段。123（1）喷射延迟阶段喷射延迟阶段从喷油泵柱塞封闭进从喷油泵柱塞封闭进回油孔开始泵油至喷油回油孔开始泵油至喷油器针阀开启（喷油始器针阀开启（喷油始点）为止。点）为止。从泵油开始至喷油开从泵油开

77、始至喷油开始的曲轴转角称始的曲轴转角称喷油延喷油延迟角迟角。转速越高、高压油管转速越高、高压油管越长喷油延迟角越大。越长喷油延迟角越大。124（2）主喷射阶段主喷射阶段从喷油开始至喷油泵从喷油开始至喷油泵端压力开始急剧下降为端压力开始急剧下降为止。止。绝大部分燃油绝大部分燃油在此在此期间喷入。期间喷入。125（3）喷油结束阶段喷油结束阶段 从喷油器端压力开从喷油器端压力开始急剧下降至针阀落始急剧下降至针阀落座停止供油为止。座停止供油为止。该阶段该阶段雾化效果差，雾化效果差，应尽可能缩短，且应应尽可能缩短，且应干脆、迅速。干脆、迅速。 从喷油泵泵油开始从喷油泵泵油开始到泵油结束所对应的到泵油结束

78、所对应的凸轮轴转角称凸轮轴转角称供油延供油延续角续角。 从喷油器喷油开始从喷油器喷油开始到喷油结束时所对应到喷油结束时所对应的的凸轮凸轮轴转角称轴转角称喷油喷油延续角延续角。1262.供油和喷油规律供油和喷油规律单位凸轮转角（或单位时间）喷油泵供入高压油管的燃油单位凸轮转角（或单位时间）喷油泵供入高压油管的燃油量为量为供油速率供油速率。供油速率随凸轮转角（或时间）的变化关。供油速率随凸轮转角（或时间）的变化关系称系称供油规律供油规律。单位凸轮转角（或单位时间）喷油器喷入燃烧室的燃油量单位凸轮转角（或单位时间）喷油器喷入燃烧室的燃油量为为喷油速率喷油速率。喷油速率随凸轮转角（或时间）的变化关系。

79、喷油速率随凸轮转角（或时间）的变化关系称称喷油规律喷油规律。虽然喷油规律由供油规律决定，但两者之间有明显不虽然喷油规律由供油规律决定，但两者之间有明显不同：同：一一是始点一般差别是始点一般差别8-12CA；二二是喷油持续时间较是喷油持续时间较供油持续时间长；供油持续时间长；三三是最大喷油速率小于大供油速率；是最大喷油速率小于大供油速率；四四是循环喷油量小于循环供油量。是循环喷油量小于循环供油量。127差别原因：一是燃油的可压缩性；二是压力波传播的滞后性；三是压力波动；四是高压容积变化。1283.异常喷射异常喷射（1）二次喷射二次喷射喷油后针阀落座喷油后针阀落座以后以后，在在压力波动的影响下再次

80、升起喷油的现压力波动的影响下再次升起喷油的现象象。易发生在高速、大负荷工况。易发生在高速、大负荷工况。（2）断续喷射断续喷射由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于从喷油器喷出的油量和填由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于从喷油器喷出的油量和填充针阀升起空出的空间油量之和，造成针阀在喷射过程中周期性跳充针阀升起空出的空间油量之和，造成针阀在喷射过程中周期性跳动的现象。动的现象。（3）不规则喷射和隔次喷射不规则喷射和隔次喷射供油量过小，导致循环喷油量不断变动，甚至出现循环不喷油供油量过小，导致循环喷油量不断变动，甚至出现循环不喷油的现象。的现象。易发生在怠速工况。易发生在怠速工况。129（4）滴油现象滴油现

81、象在针阀密封良好的情况下，喷射终了时，由于系统在针阀密封良好的情况下，喷射终了时，由于系统内的压力下降过慢使针阀不能迅速落座，出现燃油流出内的压力下降过慢使针阀不能迅速落座，出现燃油流出的现象。的现象。（5）穴蚀穴蚀当燃油系统中任何点的压力（极低压力）低于该温当燃油系统中任何点的压力（极低压力）低于该温度下的燃油蒸汽压力时度下的燃油蒸汽压力时，形成气泡，而后压力迅速升高形成气泡，而后压力迅速升高使气泡爆裂，产生冲击波，作用于零件表面，多次作用使气泡爆裂，产生冲击波，作用于零件表面，多次作用后后零件表面形成凹坑零件表面形成凹坑。130（1）油束的形成及特性燃油在喷油泵中被压缩后，高压油管的压力高

82、达20-160MPa，速度可达100-400m/s，在高度湍流状态下从喷油器的喷孔喷入燃烧室。燃油在高速流动中，与燃烧室中的高压空气相对运动及湍流的作用下，被粉碎分散成直径为2-50 m的液滴，由大小不同的液滴组成了油束。13113210-2柴油机混合气的形成柴油机混合气的形成柴油的特点柴油的特点：粘度大：粘度大、蒸发性和流动性较汽油差、蒸发性和流动性较汽油差。柴油机混合气形成时间比汽油机短，所以要想柴油机混合气形成时间比汽油机短，所以要想形成均匀混合气必须借助形成均匀混合气必须借助高温、高压喷射和强涡流高温、高压喷射和强涡流气体混合，同时采用较大的过量空气系数保证燃烧气体混合，同时采用较大的

83、过量空气系数保证燃烧完全完全。压缩末期，压缩末期，燃油高压喷散成细微雾状油粒，在燃油高压喷散成细微雾状油粒，在高温下吸热、蒸发、扩散、混合等物理化学变化。高温下吸热、蒸发、扩散、混合等物理化学变化。混合占混合占2060曲轴转角。喷射持续到缓燃期初期，曲轴转角。喷射持续到缓燃期初期，是是边喷射边混合边燃烧边喷射边混合边燃烧的过程。的过程。柴油机柴油机混合气形成方式有混合气形成方式有空间雾化混合空间雾化混合和和油膜蒸发油膜蒸发混合混合两种。两种。133一、一、空间雾化混合空间雾化混合 将燃油喷入燃烧室的空间进行雾化，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。（1）“油找气”的

84、混合方式：多孔（6-12）喷射，混合所需能量来自油束，空气是被动参与进来。 特点：高压燃油喷入静止空气中，通过燃油高度雾化和多个油束覆盖大部分燃烧室。由于不组织进气涡流，进气充量较高，但混合气浓度分布不均匀。 主要在早期的柴油机和目前的大型低速柴油机上应用，过量空气系数大，燃烧时间较长。 无法满足车用高速柴油机的燃烧时间短的特点，且这种混合方式不能保证迅速和完全的燃烧。134（2）油和气相互运动的混合方式：喷孔较少（3-5孔），由于组织进气涡流，在喷油能量和空气旋流的同时作用下，油束的扩散范围迅速扩大。关键是涡流强度和油束的配合。理想情况是相邻油束几乎相接，以使油束尽可能充满燃烧室。涡流太弱，

85、油束扩散范围不够；太强，上游油束的已燃气体又会妨碍下游油束的前端部的燃烧，这种现象称为过强涡流。135（3）分隔式燃烧室的两阶段混合方式第一阶段混合时，利用压缩涡流和较低的压力油束双方的能量，在不十分均匀的混合状态下进行着火燃烧。然后利用高温高压的燃烧气体本身的能量，在主燃烧室内进行第二阶段的混合。136（4）撞击喷射混合方式 通过油束对不同形状壁面的撞击和反弹，使油束的分布范围扩大，在涡流的作用下，快速形成混合气。二、油膜蒸发混合 以球形燃烧室为代表，燃油沿壁面顺气流喷射，在强烈的涡流作用下，在燃烧室的壁面上形成一层很薄的油膜。 这一混合方式中起主要作用的是燃烧室壁面温度、空气相对运动速度和

86、油膜厚度。13710-3气缸内的空气运动气缸内的空气运动气缸内气体气缸内气体运动形式运动形式四种气流运动方式被四种气流运动方式被分别或组合应用于不分别或组合应用于不同的燃烧系统。同的燃烧系统。138一一、涡流、涡流 缸内的缸内的涡流运动涡流运动一直是柴油机混合气形成的一直是柴油机混合气形成的主要手主要手段段，根据形成方法不同，涡流又可分为，根据形成方法不同，涡流又可分为进气涡流和压缩进气涡流和压缩涡流涡流。涡流转速与发动机转速之比称为。涡流转速与发动机转速之比称为涡流比涡流比 ，作，作为衡量涡流强度的指标。为衡量涡流强度的指标。1.1.进气涡流进气涡流 进气过程中形成的绕气缸轴线旋转的有组织的

87、气流进气过程中形成的绕气缸轴线旋转的有组织的气流运动，称为运动，称为进气涡流进气涡流。所以，进气涡流是人为组织的。所以，进气涡流是人为组织的。 进气涡流产生的方法有进气涡流产生的方法有四种四种：导气屏（试验研究用导气屏（试验研究用发动机）、切向进气道（涡流强度要求不高）、螺旋进发动机）、切向进气道（涡流强度要求不高）、螺旋进气道（涡流强度要求较高）、组合进气气道（涡流强度要求较高）、组合进气系统。系统。 139导气屏导气屏引导进气气流以不同角度流入气缸，在气缸壁面引导进气气流以不同角度流入气缸，在气缸壁面的约束配合下产生涡流。结构简单，进气道可不做特殊的约束配合下产生涡流。结构简单，进气道可不

88、做特殊设计，通过改变导气屏的包角和导气屏中点的安装位置设计，通过改变导气屏的包角和导气屏中点的安装位置来调节涡流强度，涡流比来调节涡流强度，涡流比0-40-4，但阻力最大，一般，但阻力最大，一般用于用于试验研究用发动机试验研究用发动机。切向进气道切向进气道形状简单，涡流比形状简单，涡流比1-21-2，适用于，适用于对涡流强度对涡流强度要求不高要求不高的发动机。的发动机。螺旋进气道螺旋进气道形状最复杂，涡流比形状最复杂，涡流比2-42-4，适用于，适用于对涡流强对涡流强度要求较高度要求较高的发动机。的发动机。切向进气道螺旋进气道140组合进气道：在两个进气门的发动机上，采用不同类型（例如一个切向

89、进气道和一个螺旋进气道）或不同角度的两个进气道以组合出所需要的涡流强度和流速分布。 同时混合气的形成，不仅有进气涡流比的影响，还有压缩终点时燃烧室内的涡流比以及上止点后的涡流强度，且后两者对燃烧过程影响更大。2.压缩涡流：进气过程中不产生涡流，而是在压缩过程中由主燃烧室经连通道进入涡流室时，形成强烈的压缩涡流。虽然这种设计不会增大进气阻力和减小充气效率，但压缩过程中会伴随不同程度能量损失，使其热效率降低。14110-4燃烧室燃烧室直接喷射式燃烧室：燃烧室由燃烧室由活塞顶部的凹坑与气缸盖底部活塞顶部的凹坑与气缸盖底部所包围的单一内腔组成，燃烧所包围的单一内腔组成，燃烧室容积全部在活塞顶面上。室容

90、积全部在活塞顶面上。 非直喷式燃烧室（或分隔式燃烧室、分开式燃烧室）：燃烧燃烧室由缸盖内部的室由缸盖内部的预燃室（或涡预燃室（或涡流室）流室）和活塞顶部的凹坑组成，和活塞顶部的凹坑组成，燃烧室容积为两部分之和。燃烧室容积为两部分之和。142一、直接喷射式燃烧室根据活塞顶部凹坑的深浅分为半开式燃烧室和开式燃烧室两类。开式燃烧室有浅盆形，半开式燃烧室有w形、挤流口式、球形、各种非回转体形等。1.浅盆形燃烧室属于开式燃烧室，活塞顶中心呈略有凸起的浅W形或平底的浅盆形，凹坑较浅，凹坑口径与活塞直径之比一般大于0.7。143二、分隔式燃烧室 分隔式燃烧室的结构特点：除位于活塞顶部的主燃烧室外，还有位于缸

91、盖内的副燃烧室，两者之间有通道相连。燃油不是直接喷入主燃烧室，而是喷入副燃烧室内。 典型的分隔式燃烧室有涡流室燃烧室和预燃室燃烧室。1441.涡流室燃烧室涡流室容积占整个压缩室容积的50%-60%。连通道截面积为活塞面积的1%-3.5%。整个燃烧过程包括两次涡流和两次混合燃烧。采用轴针式喷油器，喷油压力低。适用于高速柴油机转速可达5000r/min。1452.预燃室燃烧室 预燃室容积占整个燃烧室容积的35%-45%，连通道截面积占活塞截面积的0.3%-0.6%，都小于涡流室。 燃烧过程与涡流室类似。146内燃机试验所需的设备1、测功设备测功设备：测功器（水力测功器、电力测功器、：测功器（水力测

92、功器、电力测功器、电涡流测功器、液压测功器）、示功仪。电涡流测功器、液压测功器）、示功仪。2、转速的测量转速的测量：转速表（电磁式、光电式、机械式）：转速表（电磁式、光电式、机械式）3、油耗的测量油耗的测量：油耗仪（：油耗仪（容积式、质量式容积式、质量式）秒表。）秒表。4、温度的测量温度的测量：热电偶测温计、水温表、进气温度：热电偶测温计、水温表、进气温度表、环境温度表。表、环境温度表。5、控制系统控制系统：发动机试验综合控制试验台。：发动机试验综合控制试验台。6、附属设备附属设备：启动电机、离合器、冷磨合变速箱、：启动电机、离合器、冷磨合变速箱、油箱、水箱、冷却水池、排水管道、排烟管道、消油

93、箱、水箱、冷却水池、排水管道、排烟管道、消音器、空调器、湿度计、气压表等。音器、空调器、湿度计、气压表等。147第二节：功率与油耗的测量第二节：功率与油耗的测量一、试验台安装的设备和仪器一、试验台安装的设备和仪器(一一)基本设备基本设备：测功器，转速表、油耗测量装置。测功器，转速表、油耗测量装置。(二二)监测仪器监测仪器：冷却水温度计、机油温度计、机油冷却水温度计、机油温度计、机油压力计、湿度计等。压力计、湿度计等。(三三)特殊设备特殊设备：排气温度指示器、气压计、室内温度：排气温度指示器、气压计、室内温度计、示功器、空气流量计、冷却水流量计、废气分析仪、计、示功器、空气流量计、冷却水流量计、

94、废气分析仪、烟度计、声级计、测振仪等。烟度计、声级计、测振仪等。148149第十二章 发动机特性本章要求：了解：发动机特性的基本概念。理解：发动机特性曲线变化的原因。掌握：汽油机、柴油机特性曲线的意义，发动机速度特性和负荷特性曲线的测定方法。150发动机特性：发动机性能指标或工作过程主要参数随调整情况及运转工况而变化的关系。调整特性：性能指标随调整情况而变化的关系，如汽油机点火提前角、柴油机喷油提前角调整特性等。性能特性：性能指标随运行工况而变化的关系。特性用曲线来表示称为特性曲线，它是评价发动机性能的一种简单、方便、必不可少的形式。151发动机特性：工况参数：发动机转速，有效扭矩（负荷）调整

95、参数：柴油机-供油提前角、供油量 汽油机-点火提前角、空燃比发动机的调整特性：柴油机：供油提前角调整特性、燃料（供油量）调整特性。汽油机：点火提前角调整特性、燃料（进气量）调整特性。发动机的性能特性：负荷特性、速度特性、万有特性、调速特性（柴油机）152第一节 发动机特性概述一、发动机的工况定义：发动机的实际运转情况实际上，发动机工况就是研究不同运转情况下，其功率、转矩和转速三者之间的变化关系。1.发动机工况的分类（1）点工况（负荷、转速基本不变）（2）线工况（负荷变化但转速基本不变）（3）面工况（负荷、转速在宽广范围内变化）1532.车用发动机的工况范围（1）上边界线a最大油门位置时，不同转

96、速下发动机所能发出的最大功率，是发动机功率的极限。（2）右边界线b发动机所能承受的最高转速极限。（3）左边界线c发动机能稳定运转的最低转速。154（3）水平边界d不同油门位置的怠速特性，即发动机指示功率与机械损失功率相等（Pe=0）。（4）下边界e发动机停机后的倒拖特性（下坡时的制动能力）。二、发动机功率的标定标定功率：制造厂根据发动机的使用要求（用途、寿命、可靠性、使用条件等），人为规定的该发动机在标况下允许输出的最大功率。155在发动机铭牌上标定的功率，均为使用中允许的最大功率，我国国家标准（GB1105.1-87）规定，按用途和使用特点，发动机功率分为以下四种：（1）15min功率：汽车

97、、摩托车、摩托快艇（2）1h功率：拖拉机、工程机械、船舶（3）12h功率：拖拉机、农业排灌、电站（4）持续功率：农业排灌、电站、船舶、铁路牵引156一、柴油机的负荷特性 定义：保持柴油机转速不变，改变循环供油量时，B、be等随负荷（Pe或Me）变化的关系。 特点： 转速不变，空气充量效率基本不变，改变的是循环供油量，最终改变过量充气系数（空燃比）。 因此，柴油机负荷特性的调整过程称为“质调节”。157二、汽油机的负荷特性二、汽油机的负荷特性定义：保持汽油机转速不变，改变节气门开度时，B、be等随负荷（Pe或Me）变化的关系。 特点： 节气门开度增大，空气充量效率增大，循环供油量增大，浓度基本不

98、变而混合气总量变大。 因此，汽油机负荷特性的调整过程称为“量调节”。158三、柴油机与汽油机负荷特性对比三、柴油机与汽油机负荷特性对比1.柴油机燃油消耗率普遍较低（比汽油机低10%-30%），且小负荷到中负荷的油耗率下降迅速。原因：（1）柴油机不仅压缩比大，过量空气系数也大。（2）汽油机低负荷时采用浓混合气且残余废气多，再加上换气损失大，故油耗率高。2.柴油机低油耗区较汽油机宽。1593.柴油机排气温度较汽油机普遍较低，且随负荷变化较大。原因：（1）柴油机压缩比大，故膨胀比较汽油机大，热效率高。（2）柴油机充量基本不变，循环供油量增大时，放热多，故温度升高较快。 汽油机节气门开度增大时，虽然供

99、油量也增大，但相应进气量也增大，故温度升高较平坦。160定义：保持柴油机油门调节机构位置不变，be、Pe、Me等随转速n的变化关系。 外特性：全负荷（处在最大油量位置）时的速度特性。 标定功率特性（外特性）：当油量调节机构固定在标定（或称额定）功率循环供油量位置时，测得的速度特性为标定功率特性，习惯上也称为外特性。 部分速度特性：当油量调节机构固定在小于标定（或称额定）功率循环供油量各个位置时，测得的速度特性称为部分速度特性。一、柴油机的速度特性一、柴油机的速度特性161二、汽油机的速度特性二、汽油机的速度特性定义：保持汽油机节气门开度固定不动，其Pe、Me、be等随转速变化的关系。外特性：节

100、气门全开时，所测得的速度特性称为外特性。部分速度特性：节气门部分开启时，所测得的速度特性称为部分速度特性。162第四节第四节发动机的转矩适应性发动机的转矩适应性定义：当行驶阻力变化时，在不换挡和加油门的情下，发动机自动降速增矩的特性（常用转矩适应性系数KT和转速适应性系数Kn来表示）163式中：Temax、nm为外特性上最大转矩和对应的转速；Tn、nn为标定转矩和转速。二、转矩储备系数二、转矩储备系数KT、值越大，表明转速值越大，表明转速降低后，转矩增加快，发动降低后，转矩增加快，发动机适应道路阻力变化的能力强。机适应道路阻力变化的能力强。汽油机：汽油机：=10%-30%柴油机：柴油机：=5%

101、-10%164第五节第五节车用柴油机的调速特性车用柴油机的调速特性柴油机转矩特性较汽油机差，常需要专门的柴油机转矩特性较汽油机差，常需要专门的调速调速器器来改善转矩特性。来改善转矩特性。一、一、调速的必要性调速的必要性柴油机柴油机工作特点工作特点：随着转速的升高，其循环供油随着转速的升高，其循环供油量增加；转速降低时，供油量减少量增加；转速降低时，供油量减少。调速器解决的问题调速器解决的问题：（1）控制怠速稳定、防止易熄火控制怠速稳定、防止易熄火（2）防止高速防止高速“飞车飞车”调速器的工作原理调速器的工作原理：让循环供油量的变化符合充让循环供油量的变化符合充量的变化，即转速降低时增加供油量，

102、转速升高量的变化，即转速降低时增加供油量，转速升高时减少供油量。时减少供油量。调速器种类调速器种类（按功能）：（按功能）：两极调速和全程调速两极调速和全程调速。165三、调速器的工作指标三、调速器的工作指标调速器调速过程应具备以下基本性能：（1）转速波动应收敛，避免长时间不稳定工作而“游车”；（2）转速波动不能太大，以免影响动力系统正常工作；（3）过渡时间不能太长。1661.调速率瞬时调速率：稳定调速率： 调速率越小，转速波动越小，柴油机工作就越稳定（通常要求调速率在10%以下）。1672.过渡时间tn过渡时间过小，调速器反应越迅速（通常要求过渡时间5s）。3.不灵敏度由于调速机构存在摩擦等阻

103、力，当负荷（转速）在一定范围内发生变化时，调速器不一定起反应。式中：n2、n1为调速器起作用的上、下限转速； R为调速机构的摩擦阻力，E为调速器产生的推力。 越大，柴油机工作越不稳定（通常低速时 要大），当 时，调速器将失去作用，易“飞车”。168第六节第六节发动机的万有特性发动机的万有特性一、发动机万有特性为了能在一张图上较全面的表示发动机的性能，经常应用多参数的特性曲线称为万有特性。定义：以转速n为横坐标，平均有效压力Pme为纵坐标，在图上画出许多等油耗线和等功率线。169170第十三章 发动机增压本章要求：了解：发动机增压的概念、衡量指标和增压种类；汽油机增压的基本内容。理解：涡轮增压器

104、的结构和工作原理。掌握：废气能量的利用，增压发动机特点。171第一节 发动机增压概述一、基本概念： 增压是利用增压器，将空气或混合气进行压缩后送入气缸，提高充气密度和充气效率，进而提高发动机的动力性和经济性。 可见：提高Pe的有效方法是提高v和s ，增压就是提高充气效率和空气密度，从而提高动力性和经济性。172提高进气充量密度，可以通过提高进气压力和降低温度来实现。把提高发动机进气密度（量）的方法称为增压。增压的实质就是增大进气充量密度（进气气体的密度）。173二、增压术语1.增压压力Pk增压器出口压力称为增压压力。 它与压气机结构、尺寸、转速及效率等因素有关。通常Pk0.17MPa 低增压0

105、.17MPaPk0.25MPa 中增压0.25MPaPk0.35MPa 高增压Pk0.35MPa 超高增压1742.增压比发动机增压后气体压力与增压前气体压力之比，用来表示增压强度。式中：pk为增压后气体压力； p0为增压前气体压力。3.增压度发动机增压后增加的功率与增压前功率之比，用来表示增压后功率提高的程度。式中：Pek为增压后功率；Peo为增压前功率。一般车用发动机增压度在10%-60%之间。175第二节 增压的分类一、按增压比分类：增压比是增压后气体压力k与增压前气体压力之比，即=PkP。低增压低增压：= =1.31.6， Pk0.17MPa 中增压中增压：= =1.62.5，0.17

106、MPaPk0.25MPa ； 高增压高增压：2.52.53.5， 0.25MPa3.5， Pk0.35MPa 。176二、按工作原理分类容积式和离心式。三、按驱动方式分类机械增压和废气涡轮增压。四、按增压系统的结构形式分类机械增压、废气涡轮增压、复合增压、组合增压和气波增压。1771.机械增压特点：压气机由曲轴通过传动装置来驱动。增压器可用离心式压气机、罗茨式压气机、螺旋转子式压气机或滑片转子式压气机等缺点：Pk不宜过大（0.16-0.17MPa，低增压），否则会使油耗率上升。1782.废气涡轮增压原理：利用排气推动涡轮，带动压气机压缩空气。特点：结构简单，工作可靠，充分利用废气能量，可提高功

107、率30%-50%，降低油耗率5%左右（增压度通常在3-5，若需增高则需要多级串联），因而获得广泛应用。1793.复合式增压将废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联起来工作，又被称为复合式发动机。在某些增压较高的发动机上，废气能量除驱动废气涡轮增压器外，尚有多余的能量用于驱动低压废气动力涡轮。该动力涡轮通过齿轮变速箱及液力耦合器与发动机输出轴连接给曲轴功率。1804.组合式涡轮增压原理：增压系统由废气涡轮增压与进气惯性增压组合而成。 该增压系统除废气涡轮增压器外，还有由稳压箱、共振管、共振室等构成的惯性增压系统，利用压力峰值可进一步提高增压后的进气压力。该系统使发动机加速性能好，并改善发动机的低速转矩

108、。1815.气波增压原理：曲轴驱动一个特殊转子，利用高压废气脉冲迫使空气被压缩，从而提高进气压力。特点：结构简单，加工方便，低速时转矩性能好，但体积大、噪音大，且易受进、排气阻力的影响。尚需进一步研究182第三节 废气涡轮增压器的基本结构和工作原理 废气涡轮增压器是利用内燃机排出的部分废气能量，推动涡轮机高速旋转，从而带动安装在同一根轴上的离心式压气机，增大内燃机进气压力的工作机械。 按废气在涡轮机中不同的流动方向，可分为径流式废气涡轮增压器和轴流式废气涡轮增压器两类。 一般车用发动机多采用径流式，以适应高转速及较高响应性能的要求。183一、基本结构径流式涡轮增压器由离心式压气机（包括压气机叶

109、轮、压气机蜗壳等）、径流式涡轮（包括涡轮叶轮、涡轮蜗壳等）和中间体三个主要部分，以及支承装置、密封装置、冷却系统和润滑系统等组成。空气进口空气出口涡轮蜗壳废气出口废气进口压气机叶轮涡轮叶轮184二、径流式涡轮的工作原理1.涡轮结构：喷嘴叶片环、涡轮叶轮（工作叶轮）和涡轮壳。2.涡轮作用：将废气中的能量尽可能多的转变成推动涡轮转动的机械功。1853.涡轮的工作原理进气蜗壳、喷嘴叶片环渐缩通道、涡轮叶片之间渐缩通道、涡轮叶片凹面压力升高和凸面压力下降。可见，经过涡轮后，废气中的能量部分转化为推动涡轮旋转的机械能。1864.涡轮特性涡轮机的主要工作参数有涡轮效率、膨胀比、气体流量和涡轮转速等，并以这

110、些参数及其相互关系来表示涡轮机的工作性能。（1）涡轮效率 ：废气中能量转化为机械功的有效程度，即涡轮获得的轴功与废气总能量之比（一般为0.65-0.85）。式中： 为涡轮获得的轴功； 为废气在涡轮入口处具有的状态内能的总和，可以用焓降来表示。187三、离心式压气机1.压气机结构进气道、工作轮、扩压器、以及出气蜗壳。2.压气机作用利用涡轮产生的机械能压缩空气，使进气压力增大。1883.压气机的工作原理（1）空气被吸入进气管（2）机械能转变为气体压能与动能（工作轮）（3）动能转变为压能（扩压器）（4）动能进一步转变为压能（出气蜗壳）1895.压气机特性曲线（1）堵塞随着增压比的下降，空气质量流量增

111、大，当空气质量流量增大到一定程度（流速达到声速），此时，增压比下降，空气质量流量不在增大。（2）喘振流量（流速）过小，造成气流与壁面分离而产生涡流，引发强烈振荡，危害设备安全。所以，离心式压气机特点是：转速高堵塞，转速低喘振。190第四节 废气涡轮增压的类型一、废气涡轮增压的基本类型恒压增压系统脉冲增压系统191恒（定）压增压与脉冲（变压）增压的特点1.废气能量利用率：脉冲式利用率高，但随着增压比提高，两者的差别逐渐缩小。2.扫气效果：脉冲式可利用排气动力效应提高扫气效果、增加充气量。3.加速性：脉冲式排气容积小，因而废气压力能迅速响应负荷的变化。4.结构：脉冲式结构较为复杂。综上所述，低增压

112、时，采用脉冲增压较为有利；而在高增压时，则是两种系统同时存在。车用发动机大部分在部分负荷下工作，对加速性能和转矩性能要求较高，故高增压的车用发动机上较多采用脉冲增压系统。192二、改善车用增压发动机转矩特性的途径改善的目标：低速要有较高的增压压力，确保良好的低速扭矩特性；高速防止超速，避免热负荷过高。1.进气旁道原理：将部分压缩空气回流，重新排到大气中去，适当降低进气压力，使发动机负荷不致过高。1932.排气旁道原理：将部分废气直接排入大气，适当降低涡轮及压气机转速，使增压压力控制在允许范围内。1943.双蜗壳通道涡轮原理：低速时使用一个进气通道，增加废气流速；高速时使用两个通道，适当降低气流

113、流速，从而将增压器转速保持在适当范围内。1954.可变截面涡轮原理：低速、低负荷时使涡轮流通面积减小，增大气体流速；高速、大负荷时增大涡轮流通截面积，适当降低废气流速。1965.可变喷嘴环原理：低速、低负荷时使喷嘴叶片环流通面积减小，增大气体流速；高速、大负荷时增大喷嘴叶片环流通截面积，适当降低废气流速。197二、改善汽油机增压性能的主要措施1.降低压缩终点的压力和温度：进气中冷、缸内喷水、降低压缩比。增压后的压缩比可按下式进行计算式中： 为增压前压缩比； Pk 为增压后进气压力； P0为增压前进气压力。2.采用抗爆性好（辛烷值高）的汽油。1983.增加增压压力控制系统：使其在宽广的转速和流量

114、变化范围内稳定工作（如进、排气旁通等）。4.减小增压后的“加速滞后”现象：采用脉冲增压、减小进排气管长度、增压器前置（节气门之前）、提高压缩比等措施。5.点火提前角的调整：根据爆震传感器信号，适当推迟点火提前角。6.燃油供给的调整：供油压力要能随增压压力变化而自动调整（增压压力过高时能适当减少供油量）。三、汽油机增压后喷油器的布置（非直喷）1.增压器之前 2增压器之后199第六节 增压发动机的性能一、增压后发动机动力性和经济性假设过量空气系数a和转速n基本不变进气压力增大（进气量多）喷油量增加功率增大（动力性增强）机械损失基本不变非增压发动机受冒烟限制，高负荷期无法通过增大喷油量实现上述性能的

115、改善。机械效率提高经济性好（油耗低）200二、增压后对发动机其他性能的影响1.降低排放和噪音（1）进气量大，燃烧充分，HC和CO降低；但最高燃烧温度和压强增大，NOX增加（需要进气中冷）。（2）废气能量降低，排气噪声降低；另外压缩终点温度和压力升高，着火落后期缩短，压力升高率下降，燃烧柔和，噪音小。2.低速转矩性变差：低速废气能量低，增压效果差。3.加速性能差：增压器转速高，惯性大，加速过程中增压压力上升慢。2014.起动与制动困难（1）启动时无高温、高压废气，增压器不能正常工作，反而成为增加进排气阻力、增大换气损失的累赘；加之增压发动机压缩比较低，启动越发困难。（2）增压发动机一般转速有所降低，下长坡时利用倒拖发动机得到的制动效果也有所降低。202个人观点供参考，欢迎讨论