发动机原理复习参考资料.docx

1、发动机原理复习参考资料绪论一、提高经济性的措施采用高效率的内燃机工作循环。改进进气系统，减小进气阻力，采用低涡流的进气道。采用多气门内燃机。改进燃烧室及燃烧过程。改进燃油供给系。在提高喷射压力的同时，燃油的喷油正时和喷油速率也可实现控制与调节。另一方面，可改变喷射规律。 6）采用稀薄燃烧，高能点火。采用能量再生系统。降低运动机件的摩擦损失。降低内燃机与汽车质量。二、低公害 其主要技术特征是：降低油耗。所有降低油耗的一切措施可降低汽车有害气的排放和总排放量。采用三效催化转换器及闭环控制。在燃烧室内安装电热塞。开发废气在起动和怠速运转时停止排出的排气装置。开展NO生成和排放计算模型研究，采用动态废

2、气再循环(EGR)控制技术。 柴油机微粒过滤器及再生的试验研究和计算机仿真，以达到实用化。 采用增压、中冷的内燃机技术。 研究和采用含氧燃油。 对内燃机曲轴转速变化进行监控，以探明内燃机内可能出现的失火。 使用内燃机与电动机的混合动力。 12）使用新型动力及新能源。如太阳能汽车，燃用液化气和天然气等。13）采取各种降噪声、隔噪声措施。14）资源的回收、再利用。（四） 性能指标1 动力性指标 （功率、扭矩、转速）2 经济性指标 （燃料和润滑油的消耗量及消耗率）3 运转性指标 （冷起动性、噪声和排气品质） 衡量发动机的质量，还要考虑可靠性，耐久性，加工容易，操纵维修方便，成本核算等，全面综合评定第

3、一章、发动机性能1发动机排量 ：多缸发动机各气缸工作容积的总和（L），称为发动机排量。2压缩比 ：气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比值，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。一般用表示。3示功图：表示活塞在不同位置时气缸内气体压力的变化情况。4循环平均压力pt: 循环平均压力表示单位气缸工作容积所作的循环功，用来评定循环的动力性。5、影响热效率和平均指示压力的因素有： t=f（k，） pt= f1（pa，k，）6、比热（单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能 ）7、热平衡：按照热能在有效功和各项损失方面的数量分配来研究燃料中总热量的利用情况，称为内燃机的热平衡。8、发动机性能指标:

4、 指示指标，有效指标指示指标: 以工质在汽缸内对活塞做功为基础，评价工作循环的质量。有效指标: 以曲轴上得到的净功率为基础，评价整机性能。9、指示功：一个实际循环工质对活塞所做的有用功。指示功大，说明汽缸工作容积大，热功转换有效程度大。10、平均指示压力：内燃机单位汽缸工作容积所做的指示功。 指示功率：内燃机单位时间所做的指示功。11、指示热效率i：实际循环指示功与所消耗的燃料热量之比值。 指示油耗率 ：单位指示功率的耗油量。通常以每千瓦小时的耗油量表示。12、有效功率Ne：从内燃机功率输出轴上得到的净功率即为有效功率。 损失消耗的功率称为机械损失功率Nm。 Ne=Ni-Nm 内燃机的有效功率

5、是由实验测定。13、有效转矩（有效扭矩）：内燃机工作时，由功率输出轴的转矩成为有效转矩Me。 平均有效压力Pe：是内燃机单位气缸工作容积输出的有效功。14、有效热效率：实际循环有用功与所消耗的燃料热量之比值。15、升功率和比质量升功率Nl是内燃机每升工作容积所发出的有效功率比质量Ge是内燃机的净质量G与它所发出的额定功率之比。它表征内燃机质量的利用程度和结构紧凑性。16、强化系数 平均有效压力Pe与活塞平均速度Cm的乘积称为强化系数，写成PeCm。它与活塞单位面积功率成正比。值越大，内燃机的热负荷和机械负荷愈高。17、发动机的机械损失：发动机曲轴输出的功或功率小于其气缸内气体膨胀所作出的功或功

6、率，两者之差称为发动机的机械损失。机械损失包括摩擦损失、泵气损失和驱动附件消耗的功或功率。发动机机械损失最主要构成部分是摩擦损失。而在摩擦损失中，活塞、活塞环与气缸壁面的摩擦以及曲柄连杆机构的摩擦几乎构成全部的摩擦损失。18、机械效率： 机械效率是有效功率与指示功率的比值1 9、过量空气系数表示混合气的浓稀程度。 大 混合气稀； 小 混合气浓 一般，柴油机: 1；汽油机: 1。20、 空燃比表示混合气的浓稀程度。A/F 大 混合气稀；A/F 小 混合气浓 21、 柴油机的燃烧方式, 三相燃料相, 空气相, 燃烧产物相。22、 发动机的理论循环是对其实际循环进行抽象并加以理想化而得到，突出发动机

7、工作过程中最本质、最重要的因素。重要假定：1）、忽略进、排气过程，瞬间完成，假定为封闭循环2）、排气放热简化为可逆的定容放热过程3）、压缩、膨胀过程简化为可逆的绝热过程4）、燃烧过程简化为加热过程可逆定容、定压过程 5）、假定工质为定比热的理想气体空气23、建立理论循环模型的意义：简化内燃机的实际工作过程阐明各基本热力参数间的关系，明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以循环平均压力为代表的动力性的基本途径；确定循环热效率的理论限值，以判断实际内燃机工作；过程的经济性和循环进行的完善程度以及改进潜力。有利于比较内燃机各种热力循环的经济性和动力性。24、 实际循环的简化1 ）忽略进、排气过程2

8、 ）压缩、膨胀过程 （复杂的多变过程） 简化为绝热过程3） 燃烧过程简化为定容加热过程 （23） 和定压加热过程 （34）4） 排气放热简化为定容放热过程5 ）假定工质为定比热的理想气体25 、理想循环热效率和平均指示压力的影响因素的理论指导意义：1）实际内燃机开发的目标之一就是如何改善内燃机的工作过程，使得提高。 2）关于内燃机燃烧过程的分配和控制的问题。从理论上来说，增大燃烧速度，也即增大，可以提高热效率和增加平均压力，这正是所需要的，而实际上，往往要受到实际情况的限制。但理论上的分析为实际工作指出了方向。3）提高pt的有效途径之一是提高pa，如增压技术 26、实际循环与理论循环的比较1）

9、由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程组成。2）实际循环没有理论循环的热效率高。3）实际工质的影响：实际热效率小于理论热效率换气损失：更换工质时消耗功燃烧损失：非瞬时燃烧损失、不完全燃烧损失、化学动平衡热损失、传热损失、缸内流动损失。第二章、内燃机的换气过程一、 内燃机更换气缸内工质的过程，即气缸内排出废气和充入新鲜充量的整个阶段，统称为换气过程。换气过程的质量对内燃机动力性、经济性和排放指标有重要的影响。作用：排出废气，吸入新鲜充量要求：、尽可能排尽废气，尽可能多地充入新气，即充气效率高；、换气损失小；、适应发动机工况变化；分析：、废气排出得越干净，吸入的新气越多，可以多供油，发动机功率大；

10、、废气排出得越干净，吸入的新气越多，燃烧充分，油耗低，热效率高，经济性好；、废气排出得越干净，吸入的新气越多，燃烧充分，排出的有害气体少；、换气损失小，机械损失小，发动机功率大，经济性好；、不同的工况需要的进气量不同，要和发动机工况配合。二、根据气流的特点，换气过程可分为： 自由排气 强制排气 进气 燃烧室扫气自由排气阶段：排气门开启到气缸压力接近了排气管压力的这一时期，称为自由排气阶段，废气依靠自身的压力自行排出。 排气提前角：从排气门开启到活塞至下止点所对应的曲轴转角。自由排气阶段排出的废气量取决于气缸与排气管的压力差。压力差越大排出废气越多。进气提前角：从进气门开启至活塞上行到上止点所对

11、应的曲轴转角三、 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，达到清除残余废气，增加进气量；降低高温零件的温度。四、扫气的作用：1 清除废气, 增加气缸内的新鲜充量。2 降低排气温度。 3 降低热负荷最严重处（如气阀、活塞等）的温度。五、换气损失：理论循环换气功与实际循环换气功之差。 由排气损失和进气损失两部分组成。1排气损失：从排气门提前打开，废气开始排出，直到进气行程开始，气缸内压力达到进气管内压力前，这段过程所损失的循环功。它又可分为两部分：1）自由排气损失w 由于排气门提前打开而引起的膨胀功的减少。2）强制排气损失Y

12、活塞上行强制推出废气所消耗的功。随着排气提前角增大，自由排气损失面积增加，强制排气损失面积减小。非增压作负功；增压作正功。从进气门提前打开，到压缩行程中气缸内压力到达大气压力之前，循环功的损失是进气损失。进气系统的阻力引起进气损失。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。六、柴油机的燃烧方式, 三相燃料相, 空气相, 燃烧产物相。七、充气效率：由于有进气阻力等因素的影响, 实际进入气缸中的新鲜充量必然小于理论上进气状态下充满工作容积的新鲜充量。二者之比称为充气效率,影响充气效率的因素：1 、进气终了压力由于进气系统的阻力而引起气体流动时的压降2、进气阻力 （进气阻力越大充

13、气效率越大） 3、转速（转速越大充气效率越低）4、 负荷5、 进气终了温度八、进气马赫数M：在高速可压缩的流动系统中，决定气流流动性质的最重要参数是M，能反应流动对 的一个特征数。等于进气门处气流平均速度vm与该处音速a的比值，即M=vm/a。九、提高充气效率的措施1、减少进气门处的流动损失2、减小整个进气管道对气流的阻力3、减少对新鲜充量的热传导十、惯性效应定义：利用气流动能进行过后充气增加充气量的效应，称为惯性效应。第三章： 废气涡轮增压一、增压的基本概念定义：利用增压器将空气或可燃混合气进行压缩，再送入发动机气缸的过程。作用：增加每循环进入气缸的新鲜充量密度，使实际充量增加，从而达到提高

14、发动机功率和改善经济性的目的。增压技术的困难1)采用增压使发动机主要零部件的机械负荷与热负荷增高。2)适用的小型增压器发展较晚，而且小型涡轮增压器的效率偏低。3)长期以来增压发动机很难满足车辆对扭矩适应性及瞬变工况的要求。4)车用汽油机增压遇到的困难更多。二、按增压系统的架构形式分类有机械增压系统，废气涡轮增压，复合式发动机.组合式涡轮增压系统，气波增压系统。三、涡轮增压优点：1.在内燃机不做重大改变，重量体积增加很少的情况下，一般可提高功率20%50%，而且容易实现高增压。2.由于压力及消耗的功是涡轮从废气中回收的一部分能量，再加上相对的减少了机械损失和散热损失，提高了机械效率和热效率。使内

15、燃机油耗降低，经济性能有明显提高。3.可降低排放噪声和烟度。4、降低了单位功率的造价。 5、对补偿高原功率损失十分有利。六、废气涡轮增压与非增压性能比较 1由于利用了废气能量，有利于改善整机动力性及经济性 2改善了排放品质 3起动性、加速性变差 4改善低速扭矩特性有一定困难 5热负荷及机械负荷增加七、冷却增压空气 将增压器出口的增压空气加以冷却，一方面可以提高充气密度，从而提高柴油机功率；另一方面也可以降低柴油机压缩始点的温度和整个循环的平均温度，从而降低柴油机的热负荷和排气温度。 冷却增压空气的方法，一般是用水和空气在中间冷却气中进行间接冷却。 在低增压时没有必要设置中间冷却器。八、汽油机涡

16、轮增压的特点1增压度较低。2汽油机压缩比较低（6-9）、过量空气系数范围也较窄（0.85-1.05），燃油经济性较差；3汽油机不能用混合气扫气，故不能用加大扫气来冷却受热零件，所以增压热负荷偏高；4汽油机由于压缩比低，故燃烧后的膨胀做功也不充分，所以汽油机排温较高，对废气涡轮的耐热强度就有更高要求；5汽油机速度范围较宽，功率和废气能量差别也很大，涡轮增压器与汽油机的匹配较柴油机困难，对增压器的性能有更高的要求。九、汽油机涡轮增压的主要措施：1.降低增压比 2.增压压力控制系统 3.减小增压后的“反应滞后”现象 4.燃料供给系统的调整（1.汽油泵2.点火提前角的调整）十、提高发动机单机功率的方法

17、1. 改变发动机结构参数 缸数i，缸径D，冲程S, 冲程数;2 提高转速n及活塞平均运行速度Cm; （充气效率和机械效率下降、燃料经济性、发动机运转可靠性、机件寿命、噪声限制）3 提高平均有效压力Pe。（最经济有效的方法）增压比：增压后气体压力与增压前气体压力之比 增压度：指发动机在增压后增长的功率与增压前的功率之比第四章、燃料与燃烧一、环保燃料：是指对燃料各种成分按照给定的比例控制，达到国家汽车排放第三阶段控制标准必须控制燃料质量。二、燃料种类几成分：液体燃料汽油、柴油、重柴油、醇类和植物油等代用燃料。气体燃料天然气、液化石油气、氢气、沼气。主要是由碳、氢两种元素组成，其体积份额之和占总量的

18、97-98，以碳氢化合物CmHn的形式存在， m=0、n=2时，就成为氢气；而当C含量增加、H含量减少时，则成为重质燃料；当n趋于0时，便成为煤. 三、燃料燃烧是剧烈的氧化反应过程在发动机中，对燃烧有时间和速度要求；为了充分利用燃料，还要求尽可能燃烧完全。四、传统发动机燃料是汽油和柴油新型发动机燃料：已经成熟并得到实际应用的发动机燃料有石油气、天然气和醇类燃料；正开发的燃料主要有二甲醚（DME）、氢气、植物汽油、植物柴油和水煤浆。五、和发动机性能有关的燃油理化指标主要有：（1）反映燃烧性能的有关指标，如柴油的十六烷值、汽油的辛烷值,燃点，馏程等。 （2）反映燃油输送性能、流动性能的有关指标，如

19、粘度、凝点等。（3）和发动机排放性能的有关指标。如杂质、灰分、含硫量、残炭等。 为使燃油完全燃烧，实际供给空气的数量应该不小于理论空气量，即a =1。六、汽油机负荷调节方式是量调节 a = 0.8 1.2 量调节方式是指保持混合气浓度不变，通过调节进入气缸的混合气数量来适应负荷变化。七、柴油机负荷调节方式是质调节 a = 1.2 2.2 质调节负荷方式是指通过改变混合气浓度来调节负荷。对柴油机来说，a 越小，意味着燃烧完善程度越高 无论对汽油机还是柴油机，a 都是反映混合气形成和燃烧完善程度的一个重要指标。从追求燃烧过程完善的角度，应该力求使 a接近于1。八、热值：在标准状态（ 压力为1.01

20、3105 k Pa，温度为25 ）下，1 kg 燃料完全燃烧所放出的热量，称为燃料的热值，若水蒸汽没有凝结，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 ； 水蒸汽凝结后，燃烧热量包含水的汽化潜热，则此燃料热值称为燃料高热值 QH 。混合气热值是指单位体积或单位摩尔数的混合气在完全燃烧放出的热量，混合气热值与混合气浓度即过量空气系数a 有关， a = 1 的混合气热值称为理论混合气热值。九、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。着火燃烧的浓度范围称为着火界限或燃烧界限，浓度在着火界限或燃烧界限内的混合气称为可燃混合气。 燃料燃烧之所以必须满足

21、一定的浓度条件，是因为只有这种情况下，燃料分子和氧气分子才能具有足够高的碰撞概率，发生化学反应，释放热量，维持反应继续进行并保持相当的反应速度。热着火理论的着火条件及影响因素1)压力的影响2)过量空气系数的影响 3)燃料特性的影响火花引燃或燃料加热到自燃温度以上时，可燃混合气并不立即燃烧，需要经过一定的延迟时间，才能出现明显的火焰，放出热量。这个延迟现象称为着火延迟，延迟时间称为着火延迟过程或着火延迟阶段，简称为着火过程或着火阶段。第五章、汽油机混合气形成和燃烧一、汽油机与柴油机相比主要有如下特点: 汽油机 柴油机1 点燃式。 压燃式。2 i影响小。 i影响大。3 进入气缸的是混合气， 进入气

22、缸的是新鲜空气， 混合时间长。 混合时间短。4最高温度高，热负荷大。 最高压力高，机械负荷大。5 压缩比低， = 610。 压缩比高， = 1222。6 有爆燃问题。 有工作粗暴问题。7 组织气流运动的目的是为了 组织气流运动的目的是为了 加速火焰传播，防止爆燃。 进燃油与空气更好地混合。二、汽油机混合气的形成方式主要有化油器式和汽油喷射式两大类三、汽油喷射系统的优点1、汽油喷射系统油量计量与控制的精度高 2、供油系统雾化质量好，改善了燃烧过程 3、电控技术的应用有利于改善瞬态响应性能 4、多点顺序喷射，改善了各缸分配的均匀性 5、取消了化油器喉管，提高了充气效率 四、汽油机的正常燃烧电火花点

23、燃均匀的可燃混合气, 形成火焰中心, 并且火焰从此中心按一定的速率 （一般为2060 m/s ） 连续地传播到整个燃烧室空间, 在此期间火焰传播速率, 火焰前锋形状均没有急剧的变化, 称之为正常燃烧。1.燃烧过程的分段正常燃烧分三个阶段。着火落后期、明显燃烧器、补燃期2.燃烧速度定义:指单位时间内燃烧的混合气数量。燃烧速度影响因素：火焰速度UT 火焰前锋面积AT可燃混合气密度T3.不规则燃烧1）循环间的燃烧变动2）各缸间的燃烧差异五。、汽油机的不正常燃烧不正常燃烧：爆 燃、表面点火、续 走、部分燃烧、失火及发动机工作稳定性注意：爆燃和表面点火产生机理的差异、影响因素（一） 爆燃1 爆燃现象：

24、1) 发出金属振音(敲缸)。 2) 在轻微爆燃时，发动机功率略有增加；强烈爆燃时，发动机功率下降，工作变得不稳定，转速下降，发动机有较大振动。 3) 冷却系统过热(冷却水、润滑油温度均上升)。4) 气缸盖温度上升。 2 产生的原因 终端混合气自燃汽油机的爆燃现象就是终端混合气的自燃现象。轻微爆燃 = 100 300 m/s 强烈爆燃 = 800 2000 m/s 若自燃区占整个燃烧室容积的5%, 则为强烈爆燃。（二） 表面点火：在火花点火式发动机中, 凡是不依靠电火花点火, 而是由于炽热表面 （ 如过热的绝缘体电极、排气阀, 尤其是燃烧室表面炽热的沉积物 ） 点燃混合气的不正常燃烧现象, 均称

25、为表面点火或炽热点火。表面点火大致可分正常（非爆燃性）表面点火和爆燃性表面点火两种。 表面点火和爆燃是两种完全不同的不正常燃烧现象，爆燃是在电火花点火以后，终燃混合气的自燃现象，而表面点火则是炽热物点燃混合气所致。但两者存在着某种相互促进的关系。强烈的爆燃必然增加向气缸壁的传热，从而促成炽热点的形成，导致表面点火；早火又使气缸压力升高比和最高燃烧压力增加，使未燃混合气受到较大的压缩和传热，从而促使爆燃发生。六、最小点火能量出现在理论空燃比附近； 柴油机混合气形成与燃烧 正常燃烧是指发动机正常工作的燃烧，是相对于不正常燃烧而言的。 柴油机正常燃烧过程分为 四个阶段： （1）着火延迟期 （1 2）

26、 即阶段。 （2）快速燃烧期 （2 3） 即阶段。 （3）缓燃期 （3 4） 即阶段。 （4）后燃期 （4 ） 即阶段。 与汽油机相比，柴油机多了一个缓燃期。第六章、 柴油机燃烧分为正常燃烧与非正常燃烧。 一、 正常燃烧是指发动机正常工作的燃烧，是相对于不正常燃烧而言的。 柴油机正常燃烧过程分为 四个阶段： （1）着火延迟期 （1 2） 即阶段。 （2）快速燃烧期 （2 3） 即阶段。 （3）缓燃期 （3 4） 即阶段。 （4）后燃期 （4 ） 即阶段。 与汽油机相比，柴油机多了一个缓燃期。1）着火延迟期 A、特点：过程复杂，有物理准备 形成混合气，有化学准备 氧化反应速度逐渐加快；缸内压力无

27、明显升高。 B、评价指标：着火延迟期长度 Dj12 = j2 -j1 C、影响因素：十六烷值、十六烷值高，着火延迟期短；点火时的缸内气体状态；气体温度和压力越高，着火延迟期越短。 （2）速燃期 A、特点：预混燃烧、多点燃烧；同时又形成混合气；缸内压力急剧升高。 B、评价指标：最高燃烧压力（最高爆发压力）pZ 以及出现时刻j3 。希望j3在上止点后15 20曲轴转角之内。平均压力升高率、表示压力升高的急剧程度 C、燃烧过程：燃烧为预混燃烧，开始是着火延迟期形成的非均质混合气中多点燃烧，后来燃烧的是喷束扩散形成的混合气，转入扩散燃烧。因为是多点燃烧，故燃烧速度快，压力升高率大，工作粗暴，振动强，噪

28、声高。 （3）缓燃期 A、特点：扩散燃烧；可能有边喷射、边形成混合气、边燃烧；缸内压力下降慢。 B、评价指标：最高燃烧温度TZ；缓燃期延续时间Dj34 = j4 - j3；希望尽量缩短C、燃烧过程：比较粗大的油滴独立燃烧，气流运动对完善过程作用极大。如燃烧不好，出现碳烟排放。（4）后燃期特点：燃烧速度慢，燃烧放热因活塞下行不能利用，反而使排气温度升高。后燃虽不能绝对消除，但通过完善燃烧过程，可尽量减少。二、柴油机的不正常燃烧过程正常燃烧过程 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。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

29、气的数量与燃烧要求不配合。习惯上统称为不正常喷射。三、柴油机混合气形成特点 1、混合气形成方式 根据混合气形成原理即对雾化质量的要求，柴油机混合气有两种基本形成方式。 空间雾化混合:利用燃油与空气的相对运动形成混合气。雾化质量越高，混合气形成越快，混合越均匀。 空间雾化形成的混合气，包括完全气相和极其细小油滴。 油膜蒸发混合:利用燃烧室壁面高温使其表面的燃油油膜蒸发形成混合气。燃烧室壁温越高，混合气形成越快。油膜蒸发形成的混合气是完全气相的。2、混合气形成特点 柴油机混合气形成在气缸中进行。这是因为柴油蒸发性差，需要利用气缸内压缩高温的缘故。柴油机混合气形成的特点是：混合气形成时间短；混合气不

30、均匀；空气过量；多数情况下，需要组织空气运动.3、混合气形成过程 空间雾化混合 雾化 蒸发 扩散混合 油膜蒸发混合 蒸发 扩散混合 因此，油膜蒸发混合必须组织空气运动。四、柴油机燃烧室的分类及要求 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统一（室）式：开式、半开式、球型油膜间接喷射式分隔（室）式：涡流室式、预燃室式第七章 内燃机特性一、内燃机的特性是内燃机性能的综合反映。特性的形式有很多，有内燃机调速特性与调整特性(如点火提前角调整特性、供油提前角调整特性)。还有内燃机的基本特性，如负荷特性、速度特性、万有特性等。二、所谓内燃机的特性，就是指上述性能参数随参数调整情况或运转工况变化的规律。性能指标随调整情况变化的特性称为调整特性，如点火提前角调整特性、供油提前角调整特性等；性能指标随运行工况变化的特性称为性能特性，如负荷