汽车拖拉机发动机复习要点.docx

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汽车拖拉机发动机复习要点

复习

第一章

一、发动机性能

包括：

经济性、动力性、环保性、工艺性、可靠性、耐久性、维修性

1、理论循环：

三种基本循环：

假设（理想气体、封闭循环、绝热封闭、定容放热）

定容——汽油机

定压——柴油机

混合——低速大型柴油机

2、三种循环：

定容加热循环、定压加热循环、混合加热循环

3、循环热效率：

定容：

t

定压：

（1）为定值t

（2）为定值t

混合：

（1）为定值

t；t。

（2）t；

3、三种循环的比较

相同：

Q2P＞Q2M＞Q2V，tV＞tm＞tP

最高压力相同：

Q2V＞Q2M＞Q2P，tP＞tm＞tV

二、实际循环：

四个行程（进气、压缩、做功、排气）

五个热力过程（进气、压缩、燃烧、膨胀、排气）了解各过程的工作特点。

三、指示指标（平均指示压力、功率、热效率、油耗）

四、有效指标

1、动力性（了解发动机的损失，造成有效指标低于指示指标）

有效功率、扭矩、平均有效压力、转速与活塞平均速度；

2、经济性指标：

热效率、油耗率

3、强化指标：

升功率、强化系数。

4、环境指标：

排放、噪声。

五、机械效率：

概念、汽油机0.7~0.9柴油机0.7~0.85

测定方法：

倒拖、灭缸、油耗线延长、示功图法，了解各种方法的特点与适应范围。

影响机械效率的因素：

1、发动机的结构（气缸直径与行程、活塞组件、曲轴与配气机构）、2、转速、3】、负荷、4、工作条件（水温、油温）、5、附件等。

六、热平衡

热损失：

工质（气体泄漏、不是理想气体、比热不定、成分变化）

换气损失（提前排气、强制排气、强制进气）

传热损失（不是绝热过程）、燃烧损失。

热平衡：

了解热量的分配。

第二章换气过程

一、换气过程：

排气门开启——进气门关闭

1、要求：

1）尽可能排尽废气，尽可能多地充入新气，即充气效率高；

2）换气损失小；

3）适应发动机工况变化；

4）要组织气缸内气流运动。

2、特点：

１、时间短，速度快；

　　２、和混合气形成过程相关联；

　　３、受到空间和结构的限制。

3、换气过程的阶段划分

四行程发动机的换气过程包括从排气门开启到进气门关闭的整个时期，约占410º~480º曲轴转角。

排气分为自由排气强制排期阶段。

4、换气过程几个阶段的特点

根据流动速度，气体流动分为三种情况：

1）超音速流动（超临界状态）

2）音速流动（临界状态）

3）亚音速流动（亚临界状态）

5、气门重叠角

进、排气门同时开启时对应的曲轴转角。

气门重叠的作用

在气门重叠时期，进气管、气缸、排气管互相连通，可以利用气流的压差、惯性或进、排气管压力波的帮助，达到

（1）清除残余废气，增加进气量；

（2）降低高温零件的温度。

6、配气相位定义：

一、进、排气门的角度及其相对与上、下止点的关系，称为配气相位。

排气门早开

（1）加快排气

（2）排气功减小

排气门晚闭，惯性排气。

进气门早开

（1）增加截面

（2）可以扫气

进气门晚闭，惯性进气。

二、换气损失由排气损失和进气损失两部分组成。

排气损失包括自由排气损失和强制排气损失

减少排气损失的主要措施是：

1、减小排气系统阻力和排气门处的流动损失。

2、减少进气损失的主要措施是减小进气系统阻力和进气门处的流动损失。

三、四行程发动机的充气效率

1、充气效率的定义：

充气效率是实际进入气缸的新鲜工质质量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质质量的比值

2、充气效率hv的影响因素：

1）进气系统阻力△pa越低，pa越高，充气效率hv越高。

2）进气终了温度Ta越高，充气效率hμ越低。

3）残余废气系数增加，充气效率hμ降低。

4）配气定时因进气门迟闭，进气终了压力pa和气缸的实际充量却可能因气流惯性提高，使充气效率hμ有所增加。

配气定时应考虑ξpa具有最大值

5压缩比压缩比ε对充气效率hμ影响不大，提高压缩比ε，充气效率hv略微提高

6）大气状态只影响实际进气量，对充气效率hμ影响不大。

3、工况对充气效率hμ的影响

1）n转速增加，新鲜工质被加热时间短，传热量少，Ta下降，对充气效率hμ减小有补偿作用。

2）负荷

对汽油机，负荷减小，节气门关小，节流损失增加，pa降低，充气效率hμ减小。

对柴油机，负荷调节方式为“质调节”，没有节气门，负荷变化与节流损失关系不大，pa基本不变，在不考虑负荷增加引起Ta升高的前提下，充气效率hμ也不变。

实际上，所有发动机都会因为负荷增加使得Ta升高，导致充气效率hμ下降

4、提高充气效率hv的措施，主要是减少进气系统和排气系统的流动阻力。

减少进、排气系统阻力的方法：

1）减小气门处的流动损失：

增大气门直径、减小头部锥角、多气门、增大升程、延长气门开启时间，降低进气门处的流动速度

2）减小气道和气管的流动损失，尽量采用直的气管和气道、排气管

气道和气管的流动阻力与管道的流通截面、内表面粗糙度、几何形状和气流速度有关。

气道和气管应有足够的流通面积，一定的表面光洁程度，避免转弯及截面突变。

3）减小换气系统附件的流动损失

4）改进换气过程的另一重要方面是减少对进气充量的加热。

5）合理选择配气定时

第三章燃料与燃烧

一、燃料

1、了解燃料的种类与特性

2、汽油、柴油的差异：

1、混和气形成的差异：

汽油挥发性好（50℃开始馏出，200℃蒸发完毕），可在较低温度下与空气混和，形成混和气，控制混合气数量，可调节发动机功率；柴油蒸发性差（200℃-350℃），粘性较好，采用高压喷射，靠调节供油量调节发动机功率。

2、着火与燃烧的差异：

汽油，自燃温度高，适合点燃，压缩比不宜过高，以防其自燃；柴油，易自燃，采用压燃方式，压缩比不宜低，燃油喷射与空气混和时间短而不均匀，燃烧喷射燃烧，时间延长。

二、燃烧热化学

1、理论空气量（概念）

2、过量空气系数（概念）

3、常规燃料的理论空气量

汽油和柴油的理论空气量分别为14.9（kg空气/kg汽油）和14.5（kg空气/kg柴油）。

4、空然比

5、燃料的热值（低热值）

1kg燃料完全燃烧所放出的热量，称为燃料的热值

低热值：

燃烧热量不包含水的汽化潜热，则此燃料热值称为燃料低热值QL

三、燃料的燃烧过程

1、燃烧过程的规律有：

质量守恒定律，各种参与反应物质的元素量在燃烧前后是守恒的；

质量作用定律，即反应速度与反应物的浓度或数量有密切联系；

燃料着火燃烧的机理符合有退化分支的链反应等规律。

2、燃烧过程的阶段划分：

混合气形成、着火和明显燃烧

全部燃烧过程：

包括混合气形成、着火准备、明显燃烧和化学反应平衡等四个阶段

3、发动机的混合气形成过程由雾化、蒸发和扩散混合三个阶段组成

浓度在着火界限或燃烧界限内的混合气称为可燃混合气。

4、自燃：

是指在适当的温度、压力的可燃混和气，依靠自身的反应加速，而不借助外部能量，自发引起火焰的过程。

5、烃类燃料的着火过程

燃料温度较低时，燃烧过程经历冷焰-蓝焰-热焰三个阶段，着火过程称为低温多阶段着火。

在较高温度下，烃燃料氧化反应不经过冷焰诱导期和冷焰期。

高温单阶段着火

6、燃料燃烧的两种燃烧方式：

预混燃烧与扩散燃烧。

着火之前，燃料蒸汽和空气已经充分混合，这种混合气称为预混合气，这种混合气的燃烧预混合气的燃烧方式称为预混燃烧；

着火之前，燃料未和空气形成混合充分的混合气，但已有部分可燃混合气形成，同时仍有相当多的燃料保持液态，这种燃烧方式称为扩散燃烧。

7、层流火焰传播和紊流火焰传播的特点

8、预混燃烧过程的两个燃烧现象

缝隙效应与壁面激冷效应

9、喷雾燃烧是油滴群的扩散燃烧和预混气的预混燃烧共存的一种复杂燃烧。

第四章汽油机混合气形成与燃烧

一、概述

1、发动机的燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程。

燃烧过程的基本要求是：

（1）燃烧完全。

充分利用燃油的化学能；尽量减少有害污染物排放。

（2）时机恰当。

在上止点后的10°~20°CA达到最大燃烧压力。

（3）稳定正常。

保证发动机稳定、可靠地工作。

2、汽油机的燃烧分为正常燃烧与不正常燃烧两种

1）正常燃烧：

由火花定时点火开始，火焰前锋以正常速度传播到整个燃烧室

燃烧过程分为三个阶段：

要了解各阶段划分、特点、评价指标

着火延迟期即Ⅰ阶段。

明显燃烧期即Ⅱ阶段。

后燃期即Ⅲ阶段。

2）

汽油机的不规则燃烧是指在稳定正常运转时，汽油机存在同一气缸各循环之间的燃烧差异和各缸之间的燃烧差异。

汽油机的不规则燃烧及其产生的原因

3）燃烧速度及其影响因素：

燃烧速度是指单位时间燃烧的混合气量；

燃烧速度的影响因素：

A、火焰传播速度

（1）紊流运动

（2）混合气成分a=0.85~0.95/a=1.03~1.（3）混合气初始温度

B、火焰前锋面积AT

C、可燃混合气密度

4）汽油机的不正常燃烧、形成、影响、区别

汽油机的不正常燃烧主要是爆震和表面点火。

产生的原因、特征与区别

二、燃烧过程的影响因素

1、汽油的品质：

汽油的蒸发性与抗爆性直接影响燃烧过程

2、混合气成分3、燃烧室结构型式

4、点火提前角

5、冷却水温度

6、压缩比

7、工况1）发动机转速2）发动机负荷

8、其它

燃烧室积碳、气缸直径、气缸盖和活塞材料和大气状态

三、汽油机燃烧室

1、总体目标

（1）经济性好；

（2）排放性能好；

（3）动力性满足需要；

（4）不出现不正常燃烧。

2、技术要求

（1）结构紧凑，面容比小；

（2）充气效率高；

（3）组织适当气流运动；

（4）火焰传播距离短

3、考虑因素

（1）结构紧凑，面容比小

（2）充气效率高

（3）组织气流运动

（4）火焰传播距离短

4、典型汽油机燃烧室

楔形燃烧室

浴盆形燃烧室

半球形燃烧室

碗形燃烧室

5、新型汽油机燃烧室

均质稀混合气燃烧

非均质稀混合气燃烧

双火花塞燃烧室

第五章柴油机混合气形成与燃烧

一、柴油机燃烧过程

1、正常燃烧是指发动机正常工作的燃烧

正常燃烧过程

要求燃油定时、定量并且稳定喷入气缸；

燃油形成混合气的数量与燃烧要求配合。

柴油机正常燃烧过程分为四个阶段：

（1）着火延迟期（1—2）即Ⅰ阶段。

（2）快速燃烧期（2—3）即Ⅱ阶段。

（3）缓燃期（3—4）即Ⅲ阶段。

（4）后燃期（4—）即Ⅳ阶段。

与汽油机相比，柴油机多了一个缓燃期

2、了解各个过程的特点、评价

3、不正常燃烧

喷射时刻过迟、过早；

喷射不稳定：

数量变化或断续喷射；

燃油形成混合气的数量与燃烧要求不配合。

习惯上统称为不正常喷射。

4、柴油机燃烧过程组织的几个矛盾与原因

（1）节能与排放的矛盾

原因：

节能要求燃烧完全，使燃烧温度高，虽然CO、HC和碳烟排放少，但NOX排放多。

（2）碳烟与氮氧化物排放的矛盾

原因：

消除碳烟要燃烧完全，使燃烧温度高，氮氧化物排放多。

而对减少氮氧化物排放有利的措施，又可能导致碳烟；反之亦然。

（3）节能与工作柔和要求的矛盾

原因：

工作柔和要求前期少喷油，会造成后燃严重，经济性和动力性差；如燃烧完全，前期喷油多，则压力升高快，工作粗暴。

二、柴油机混合气形成过程

1、燃油系统

（1）燃油系统的作用：

将燃料定时、定量地喷入气缸，并形成符合燃烧要求的混合气。

（2）喷油泵的作用：

将燃料定时、定量地输送给喷油嘴，并保证稳定的喷射压力。

（3）喷油嘴的作用

将燃料喷射到气缸，并达到一定的雾化质量。

2、喷油泵为什么要加以校正

（1）可能出现“飞车”；

（2）转速下降，循环供油量减少，不能爬坡；

（3）与气缸进气量不配合。

因此喷油泵的速度特性必须校正。

3、喷油过程：

（1）喷油延迟阶段

（2）主喷射阶段（3）停止喷油阶段

4、三种规律

（1）供油规律:

供油速率。

单位时间喷油泵供油量与喷油泵凸轮转角（时间）、的关系

（2）喷油油束主要参数：

射程L/喷雾锥角/前锋宽度

（3）喷油规律:

喷油速率。

单位时间喷油器喷油量与喷油泵凸轮转角（时间）的关系

（4）理想喷油规律：

“先少后多、先慢后快”

5、柴油机的不正常喷射及其危害

（1）二次喷射:

针阀打开二次。

针阀落座后，由于压力波动致使针阀再次打开。

后喷的燃油油压低，雾化不良，积碳增多；容易出现喷孔堵塞；后燃严重，经济性下降；排温高、冒黑烟。

（2）断续喷射（多次喷射）：

针阀振荡，多次开闭。

循环喷油量恰好引起压力波动，并与喷油嘴固有频率发生谐振。

喷油时间正常，但喷油压力低，雾化不良；针阀运动次数多，易磨损；动力性、经济性下降；排气容易冒黑烟。

（3）隔次喷射：

低速、尤其是怠速时，油量少，油压不足，压不开针阀；下一循环时油压凑足，压开针阀喷射。

怠速运转不稳定。

6、柴油机混合气形成特点

（1）　混合气形成时间短；

（2）混合气不均匀；（3）柴油粘度大，不易挥发，必须以高压喷射，边喷射，边混合；。

（4）空气过量，（5）多数情况下，需要组织空气运动。

7、两种混合及其特点：

空间雾化混合与油膜蒸发混合

三、典型柴油机燃烧室

1、总体目标

（1）经济性好；

（2）排放性能好；

（3）动力性满足需要

2、技术要求

（1）结构紧凑，面容比小；

（2）充气效率高；

（3）组织适当气流运动；

（4）燃油油束、气体运动与燃烧室三者要配合。

3、分类（两种类型）直接喷射式、间接喷射式/分隔（室）式的特点

4、了解几种典型的燃烧室结构特点与比较

5、柴油机燃烧过程的影响因素

1、燃料性质：

十六烷值高→着火性能好

2、供油提前角：

对于每一工况，有一最佳提前角．

3、工况：

转速、负荷

4、压缩比

5、燃油喷射、气流运动与燃烧形状配合

6、废气再循环

汽油机与柴油机工作模式的差异：

1、混合气形成方式；

2、着火（点燃、压燃）、燃烧（预混合，预混合与扩散）

3、调节方式：

量与质调节

第六章发动机特性

概念：

发动机性能指标随调整情况及运转工况而变化的关系称为发动机特性。

特性用曲线表示称为特性曲线

工况：

发动机的运行情况，简称工况，点、线、面工况

功率标定

（1）15min功率车用发动机

（2）1h功率工程机械

（3）12h功率拖拉机、农业机械、排灌

（4）持续功率远洋船舶、机车、电站发动机

●标准大气状况：

大气压力：

p0=100kPa

相对湿度：

ø0=30%

大气温度：

T0=298K（25℃）

速度特性（外特性、部分）

发动机性能指标随转速变化的关系称为发动机的速度特性。

曲线分析：

扭矩、油耗、功率的变化；

扭矩储备：

扭矩储备系数，适应性系数，转速储备

负荷特性：

负荷特性：

转速不变，其经济性指标随负荷（可用功率Pe、扭矩Ttq或平均有效压力pme表示）的变化关系。

曲线分析：

油耗随负荷的变化；

发动机扭矩特性

扭矩储备系数扭矩储备系数μ和适应性系数K

转速储备系数φn

万有特性：

多参数性能曲线（等燃油消耗率曲线、等功率线、边界线，区域）

万有特性是以转速n为横坐标，以扭矩Ttq或平均有效压力Pme为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线，组成发动机万有特性。

万有特性的应用分析：

调整特性：

柴油机装调速器的必要性：

保证发动机工作稳定，为防止高速飞车和低速熄火

调速器的几个指标：

稳定调速率：

δ2δ2=（n3-n1）/nb

瞬时调速率：

评定调速器过渡工况的指标δ1=（n2-n1）/nb

不灵敏度ε=（n2′－n1′）/n′

发动机与车辆匹配：

动力性匹配、经济性匹配

动力性匹配：

功率平衡与后备功率（汽车的后备功率越大，汽车的动力性能越好，汽车的经济性能差。

）

经济性匹配：

发动机的经济性能与汽车的经济性能是两个既密切相关又有明显差异的概念。

经济性匹配原则

（1）要求直接挡或超速挡的常用道路阻力曲线接近发动机低油耗区，且范围要大。

（2）高档油耗低。

改善经济性匹配的途径

（1）发动机

（2）挡位（3）行驶车速经济车速应当使g100/ua最小，称为实用车速。

（4）整车技术

废气涡轮增压：

增压的优点，存在困难、增压的方式、分类

废气能量利用：

两种恒压系统与变压系统

增压发动机的性能特点

（1）经济性大大改善；

（2）升功率提高；

（3）低速扭矩性能变差；

（4）增压中冷可以使有害排放物减少；

（5）显著降低发动机噪声；

（6）加速性能变差；

（7）发动机着火与起动性能下降；

（8）发动机制动效果差（相对）。

增压发动机的结构特点

（1）增压器与发动机之间没有机械驱动联系，通过气流传递能量。

（2）增压器与发动机之间要匹配。

（3）发动机结构有所调整变化。

A、循环供油量增加；

B、配气相位调整；

C、压缩比减小；

D、进、排气系统改变；

E、增加压缩空气的冷却。

排放控制

汽车发动机排放的有害物质种类主要是CO、HC、NOX和微粒（PM）

危害有二个方面：

（1）危及人体健康；

（2）破坏环境。

有害排放物生成机理

NOX：

主要要素是：

（1）反应温度

（2）氧气浓度

（3）反应时间

汽油机燃烧温度比柴油机高，因此，反应温度是影响汽油机NOX排放的主要因素；柴油机燃烧的特点是空气充足，燃烧温度比较低，因此，氧气浓度是影响柴油机NOX排放的主要因素

CO：

（1）缺氧与局部缺氧燃烧

（2）CO2的高温离解

（3）水煤气反应

（4）燃烧过程不完善

汽油机CO排放的主要因素是缺氧和燃烧不完善。

柴油机燃烧时空气充足，但混合气浓度不均匀。

局部缺氧和燃烧不完善是柴油机CO排放的主要因素。

汽油机HC：

（1）缸壁激冷效应

燃烧室壁面附近区域的混合气不能燃烧现象称为缸壁激冷效应。

（2）燃烧室缝隙效应

发动机燃烧室缝隙中混合气不能燃烧的现象称为缝隙效应。

（3）燃烧过程不完善

发动机排放的HC主要是燃烧过程中间产物。

燃烧过程不完善，形成HC排放。

（4）扫气和漏气

（5）润滑系统与燃料系统的蒸发

汽油机气缸内是混合气，因此燃烧过程不完善、壁面激冷效应和缝隙效应是汽油机HC排放的主要原因；

柴油机气缸中，壁面区域和缝隙中几乎全部是空气，换气时出现扫气也完全是空气，但是燃烧时混合气浓度不均匀，因此，柴油机的HC排放主要原因是燃烧过程不完善。

微粒

与汽油机相比，温度高并缺氧，柴油机的微粒排放比较突出。

有害排放物生成的影响因素

内因：

燃料品质、混合气浓度、EGR

外因：

点火提前角、压缩比、工况、燃烧室

有害排放物的控制：

针对内因采取的控制措施，前处理净化；

　针对外因采取的控制措施，机内净化；

补救措施，后处理净化，包括排气后处理；

、