发动机原理总结.doc

1，机械损失的组成与测定及测定方法的试用范围一、机械损失的组成部分1. 活塞与活塞环的摩擦损失 2. 轴承与气门机构的摩擦损失3. 驱动附属机构的功率消耗4. 风阻损失5. 驱动扫气泵及增压器的损失二、机械损失的测定1、示功图法一般用于当上止点位置能得到精确校正时才能取得较满意的结果。2、倒拖法这种方法在具有电力测功器的试验条件下方可进行3、灭缸法此法仅适用于多缸发动机。4、油耗线法这种方法不适用于用节气门调节功率的汽油机。倒拖法只能用于配有电力测功器的情况，因而不适用于大功率发动机，而较适用于测定压缩比不高的汽油机的机械损失。对于排气涡轮增压柴油机(pb0.15M Pa），由于倒拖法和灭缸法破坏了增压系统的正常工作，因而只能用示功图法、油耗线法来测定机械损失。对于排气涡轮中增压、高增压的柴油机(pb0.15MPa)，除示功图外，尚无其他适用的方法可取代。2：提高内燃机动力性能与经济性能的途径提高内燃机动力性能与经济性能的途径1. 采用增压技术 从式(237)可以看到，在保持过量空气系数a等参数不变的情况下，增加吸进空气的密度s可以使发动机功率按比例增长2. 合理组织燃烧过程，提高循环指示效率it3. 改善换气过程，提高气缸的充量系数c 4. 提高发动机的转速增加转速可以增加单位时间内每个气缸做功的次数，因而可提高发功机的功率输出；与此同时，发动机的比质量也随之降低。 转速的增长不同程度上受燃烧恶化、充量系数c和机械效率m急剧降低，零件使用寿命和可靠性降低以及发动机振动、噪声加剧等限制。5. 提高内燃机的机械效率提高机械效率可以提高内燃机的动力性能和经济性能，这方面主要靠合理选定各种热力和结构参数，靠结构、工艺上采取措施减少其摩擦损失及驱动水泵、油泵等附属机构所消耗的功率以及改善发动机的润滑、冷却来实现6. 采用二冲程提高升功率 3.理论循环的结论与限制结论1. 提高压缩比c可以提高工质的最高温度，扩大了循环的温度阶梯，增加了内燃机的膨胀比，从而提高了热效率t，但提高率随着压缩比c的不断增大而逐渐降低。2. 增大压力升高比p可以增加混合加热循环中等容部分的加热量，提高了热量利用率，因而可使热效率t提高。3. 增大初始膨胀比0，可以提高循环平均压力，但由于等压部分加热量的增加，导致循环热效率t随之降低，因为这部分热量是在膨胀比不断降低的情况下加入的，做功能力下降。4. 所有提高热效率的措施，以及增加循环始点的进气压力pa，降低进气温度Ta，增加循环供油量等措施，均有利于循环平均压力pt的提高。5.内燃机实际工作条件下的约束和限制1) 结构强度的限制2) 机械效率的限制 3) 燃烧方面的限制4) 排放方面的限制4汽油机的燃烧过程及分析第I阶段称为着火阶段，是指电火花跳火到形成火焰中心的阶段。电火花在上止点前角跳火以后，混合气中并不立即产生火焰。高速摄影表明，在1点亮后，到2点再亮，这段时间约占整个燃烧时间的15左右，但一般是按气缸压力开始与压缩压力相分离的2点计算的，2点与2点相差甚微，它与底片的感光性能及测压仪器的灵敏度有关。第II阶段23称为急燃期，是指火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段，因此也可称为火焰传播阶段。在这一阶段内，压力升高很快，压力升高率为dp/d=0.20.4MPa/()（CA） 一般用压力升高率代表发动机工作粗暴的程度。振动和噪声水平、火焰传播速率与压力升高率密切相关，因此火焰传播速率高的可燃混合气均促使压力升高率增加，同样火花塞位置、燃烧室型式对压力升高率也有影响。 急燃期终点一般为最高压力点3或最高温度点3(有时3和3点重合)；当然，若取放热率骤然下降的时刻作为急燃期终点则更为合理。 最高燃烧压力点3到达的时刻，对发动机的功率、经济性有重大影响。如3点到达过早，则混合气必然过早点燃，从而引起压缩过程负功的增加，压力升高率增加，最高燃烧压力过高。相反，如3点到达过迟，则膨胀比将减小，同时，燃烧高温时期的传热表面积增加，也是不利的。3点的位置可以用点火提前角来调整 第III阶段34称为后燃期，它相当于急燃期终点3至燃料基本上完全燃烧点4为止。 图上的点3表示燃烧室主要容积已被火焰充满，混合气燃烧速度开始降低，加上活塞向下止点加速移动，使气缸中压力从点3开始下降。在后燃期中主要是湍流火焰前锋后面没有完全燃烧掉的燃料，以及附在气缸壁面上的混合气层继续燃烧。此外，汽油机燃烧产物中CO2和H2O 的离解现象比柴油机严重，在膨胀过程中温度下降后又部分复合而放出热量，一般也作后燃看待。(七)汽油机不同工况下燃烧过程的特点（填空题）1、点火提前角不同时的燃烧过程 在汽油机上，保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定，记录功率、燃油消耗率、排气温度随点火提前角的变化，称为汽油机点火提前特性(图512)。转速越大，点火提前角越大2、混合气浓度不同时的燃烧过程在汽油机的转速、节气门开度保持一定，点火提前角为最佳值时调节供油量，记录功率、燃油消耗率、排气温度随过量空气系数的变化曲线，称为汽油机在某一转速和节气门开度下的调整特性在a=0.80.9时，滞燃期最短，火焰传播的平均速率最高。此外，由于a1的混合气燃烧以后的实际分子变更系数增大以及燃料蒸发量增多，使进气温度下降，充量系数有所增大，因此这时最高爆发压力、最高燃烧温度、压力升高率和功率均达到最大值，但同时由于不完全燃烧，燃油消耗率较高。在 a=1.031.1时，燃油消耗率达较佳值，这主要是因为气缸内燃料、空气和残余废气不能绝对均匀混合，因而不可能刚好在 a=1时获得完全燃烧。3、负荷不同时的燃烧过程当节气门关小时，充量系数急剧下降，但留在气缸内的残余废气量不变，使残余废气系数增加，滞燃期增加，火焰传播速率下降，最高爆发压力、最高燃烧温度、压力升高比均下降，冷却水散热损失相对增加，因而燃油消耗率增加。因此，随着负荷的减小，最佳点火提前角要提早(图514)。在传统汽油机中，采用点火提前真空调节器来自动调整。4、转速不同时的燃烧过程当转速增加时，气缸中湍流增加，火焰传播速率大体与转速成正例增加，因而最高爆发压力、压力升高比随转速的变化不大。此外，在转速升高时，由于散热损失减少，进气被加热，使气缸内混合得更均匀，有利于缩短滞燃期。但另一方面，由于残余废气系数增加，气流吹走电火花的倾向增大，又使滞燃期增加。以上两种因素使以秒计的滞燃期与转速的关系不大，但是按曲轴转角计的滞燃期却随转速的增加而增大。因此，在汽油机上均设有点火提前角的离心自动调节装置，使在转速增加时，增大点火提前角。5降低爆燃的措施 防止发动机瀑燃的方法很多，如使用抗爆性高的燃料，降低终燃混合气温度，提高火焰传播速度或缩短火焰传播距离，缩短终燃混合气暴露在高温中的时间等。具体措施如下： 1) 推迟点火； 2) 缩短火焰传播距离最小； 3) 终燃混合气的冷却，使离火花塞最远处的可燃混合气冷却得较好，如减小终燃混合气部分的余隙高度； 4) 增加流动，使火焰传播速度增加，且终燃混合气的散热也好； 5) 燃烧室扫气(如加大进、排气重叠期)的冷却作用可减轻爆燃。6柴油机的燃烧过程极其分析 柴油机的燃烧过程，可以从不同的角度用各种方法进行研究，如高速摄影、光谱分析、采样分析等，但最简便、应用最多的方法是从展开的示功图上分析燃烧过程。因为燃料燃烧后，气缸中压力和温度不断升高，它们是反映燃烧进行情况的重要参数。第I阶段为着火延迟阶段(AB段)。在压缩过程中，气缸中空气压力和温度不断升高，燃料的着火温度因压力升高而不断下降。在上止点前A点喷油嘴针阀开启，向气缸喷入燃料，这时气缸中空气温度高达600，远远高于燃料在当时压力下的自燃温度，但燃料并不是马上着火，而是稍有落后，即到B点才开始着火燃烧，压力才开始急剧升高，B点相当于气体压力曲线与纯压缩曲线分离的地方。从喷油开始(A点)到压力开始急剧升高时(B点)为止，这一段时间称为滞燃期。在滞燃期内，喷入气缸的燃料经历一系列物理化学的变化过程，包括燃料的雾化、加热、蒸发、扩散与空气混合等物理准备阶段以及着火前的化学准备阶段。滞燃期以i 或i 表示，可以从示功图上直接测定。第II阶段为急燃期(BC段)。在这一阶段中，由于在滞燃期内喷入气缸的燃料几乎一起燃烧，而且是在活塞靠近上止点、气缸容积较小的情况下燃烧，因此气缸中压力升高特别快。一般用平均压力升高率来表示压力升高的急剧程度。即P/=(PC-PB)/(C-B)。压力升高速度决定了柴油机运转的平稳性，如果压力升高速度太大，则柴油机工作粗暴，运动零件受到很大的冲击负荷，发动机寿命就要减少。为了保证柴油机运转的平稳性，平均压力升高绿不宜超过0.4MPa(CA)。 第III阶段从压力急剧升高的终点(C点)到压力开始急剧下降的D点为止，称为缓燃期。这一阶段的燃烧是在气缸容积不断增加的情况下进行的，所以燃烧必须很快才能使气缸压力稍有上升或几乎保持不变。第IV阶段从缓燃期的终点(D点)到燃料基本上完全燃烧时(E点)为止，称为后燃期。在柴油机中，由于燃烧瞬间短促，燃料和空气的混合又不均匀，总有一些燃料不能及时烧完，拖到膨胀线上继续燃烧，特别是在高速、高负荷时，由于过量空气少，后燃现象比较严重，有时甚至一直继续到排气过程之中。在后燃期，因活塞正处在下行运动，燃料在较低的膨胀比下放热，所放出的热量不能有效利用，并增加了散往冷却水的热损失，使柴油机经济性下降。此外，后燃增加活塞组的热负荷以及使排气温度增高，所以应尽量减少过后燃烧。7柴油机燃烧室的比较直接喷射式分隔式浅盆形深坑形球形油膜涡流室预燃室燃烧室形状简单一般一般复杂复杂混合气形成方式空间雾化空间雾化为主油膜蒸发空间雾化为主空间雾化空气运动无涡流或弱进气涡流进气涡流较强进气涡流最强压缩涡流燃烧涡流燃料雾化高较高一般较低低喷油嘴多孔612多孔46单孔或双孔轴针式轴针式针阀开启压力/MPa2040182518191015813热损失与流动损失小较小较小大最大起动性易较易难难最难压缩比12151618171916201822a(全负荷)1.62.21.41.71.31.51.31.61.21.6Pme/MPa120.60.80.70.90.60.80.60.8be190218245218245231272245292燃烧噪声高高较低较低最低怠速高适应转速（r.min-1）15004000250050003500适应缸径（mm）200150901301001602008降低柴油机排放的设计要点1. 增压增压技术普遍在车用发动机上采用，“增压+中冷”应用也越来越多；增压是发展低排放柴油机的入门技术。因进气量大，平均过量空气系数大，DS和PM的排放排放下降，但NOx的排放增加，可以采用推迟喷油予以减小。采用“增压+中冷”以降低柴油机的今期温度，不仅可以降低热负荷，又进一步提高空气密度，而且可以强化功率密度，同时降低Tmax，减小NOx的生成。应用空-空中冷器把增压空气温度降到50左右。满足欧I排放标准的柴油机涡轮增压（TC），为改善低速性能，排气旁通；满足欧II增压中冷型（TCA），满足欧III，可变喷嘴涡轮增压器（Variable Nozzle TurochatgerVVT）2. 低排放燃油喷射系统低排放燃油系统是降低排放的关键，应满足以下要求：1. 优化全工况的喷油正时，实现性能与排放之间的最佳折衷；2. 每循环喷油量适应不同工况低排放的运行要求，给出各种调速特性以适应不同工作机械的匹配；3. 优化喷油规律，包括每循环实现多次喷油的可能性；4. 喷雾形状与燃烧室匹配，保证燃烧室内空气的充分利用；5. 燃油喷雾粒度足够且尽可能均匀，保证燃油及时蒸发，并于空气均匀混合。近些年来的进步喷油正时的控制；循环喷油量的控制；优化喷油规律；低排放喷油器；提高喷油压力。3. 气流组织和多气门技术柴油机技术的发展趋势是提高喷油压力，降低进气涡流强度，以减小进气（压力）损失，配合多孔数、小孔径喷油器来获得良好的混合气。每缸4气门的结构过去常用于缸径130一150mm以上的柴油机，现在连缸径80mm左右的4气门直喷柴油机也已研制成功。它的主要优点是扩大进、排气门的总流通截面积，且喷油器可垂直布置在气缸轴线上，不仅改善了喷油器的冷却情况和活塞热应力(2气门机燃烧室在活塞头上偏置使热应力不均匀)，而且解决了由于2气门机喷油器斜置造成的各喷油孔流动条件不同的后果，有利于燃油在燃烧室空间中均匀分布。4. 低排放燃烧室重型车用柴油机和其他大型柴油机大多采取直接喷射燃烧方式，而轿车和轻型车要求转速高以及小型农业机械为使用方便多用非直喷式燃烧方式。由于直喷技术的进步(喷油系统的小型化、高压化和高速化)以及降低油耗和CO2排放的要求，高速的轿车柴油机也开始使用直喷式，并有逐步增长的趋势。5. 排气再循环与汽油机类似，柴油机也可以通过排气再循环(EGR)来降低NOx排放。由于柴油机排气中氧含量比汽油机高，所以柴油机允许并需要较大的EGR率来降低NOx的排放。直喷式柴油机的EGR率可以超过40，非直喷式可达到25。为了防止产生较多的微粒，一般在中、抵负荷时用较大的EGR率，在全负荷时不用，