发动机原理重点课件

1、目录第一章 发动机的性能1一、名词解释1二、发动机性能指标1三、发动机理论循环简化假设原则1五、 三种基本循环的比较3六、发动机有效性能指标3第二章 发动机的换气过程4一、 名词解释4二、换气过程5第三章 发动机废气涡轮增压6一、为什么要增压？增压如何提高发动机的动力性？6二、 改善车用增压发动机转矩特性的途径6三、 限制汽油机增压的主要技术障碍是7四、 废气涡轮增压对发动机其他性能的影响7五、 中冷的目的是什么？7第四章 燃料与燃烧化学7一、名词解释7二、燃烧的基本理论（自己读一下课本）8汽油机与柴油机工作模式的差异8第五章 柴油机混合气的形成和燃烧9一、名词解释9二、燃油的喷射与雾化9三、

2、喷射与雾化（全负荷：油门全开）9四、燃烧与放热10五、燃烧放热规律12六、 柴油机的混合气形成特点和方式12七、缸内气流运动（包括涡流、挤流、湍流、滚流）13八、柴油机燃烧室13十、燃烧过程的优化14第六章 汽油机混合气形成和燃烧16一、名词解释16二、汽油机的燃烧过程17三、 燃烧速度(率)17四、 不规则燃烧18五、 不正常燃烧18六、使用因素对燃烧过程的影响18七、 发动机各种工况对可燃混合气的要求19八、 电控汽油喷射供给系统19九、 燃油喷射的控制20十、汽油机的燃烧室20十一、 稀薄燃烧及缸内直喷式汽油机21第七章 发动机的特性23一、名词解释23二、发动机工况的分类23三、 发动

3、机特性参数间的关系23四、发动机的负荷特性23五、发动机的速度特性25六、发动机的转矩适应性26七、发动机的万有特性27第八章 发动机排放与噪声27一、 名词解释27二、影响汽油机有害排放物生成的主要因素及控制27第一章 发动机的性能一、名词解释1、压缩比：气缸容积与燃烧室容积之比2、平均指示压力：单位气缸容积一个循环所做的指示功3、指示功率：发动机单位时间内所做的指示功4、指示热效率：是发动机实际循环指示功与所消耗的燃料热量的比值5、指示燃油消耗率：单位指示功的耗油量6、有效扭矩：由功率输出轴输出的转矩7、平均有效压力：发动机单位气缸工作容积输出的有效功8、有效热效率：实际循环的有效功与为得

4、到此有效功所消耗的热量的比值9、有效燃料消耗率：每小时单位有效功率所消耗的燃料10、升功率：在标定工况下，发动机每升工作容积所发出的有效功率11、比质量：发动机的质量m与所给出的标定功率之比12、燃油消耗率：发动机每发出1KW有效功率,在1h内所消耗的燃油质量13、示功图：发动机实际循环常用气缸内工质压力P随气缸容积V（或曲轴转角）而变化的曲线14、发动机的指示性能指标：以工质对活塞做功为计算基础的指标15、发动机的有效性能指标：以曲轴输出功为计算基础的性能指标二、发动机性能指标动力性能指标：功率、转矩、转速n经济性能指标：热效率， 燃油消耗率b，每小时燃油消耗量B运转性能指标：冷启动性能、噪

5、声和排气品质补充：发动机的整机性能用有效指标表示，而发动机工作循环的完善程度用指示指标表示。三、发动机理论循环简化假设原则1 假定工质为定比热容的理想气体；2 不计吸气和排气过程（工质的总质量保持不变），假设工质是在闭口系统中作封闭循环；3 压缩、膨胀过程简化为绝热等熵过程；4 把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程，简化为等容加热过程或等压加热过程；5 排气中的实际放热过程简化为等容放热过程；6 忽略过程损失，假设循环过程为可逆循环。理论循环对应的发动机类型定容加热循环汽油机定压加热循环高增压、低速大型柴油机混和加热循环车用高速柴油机四、循环热效率混合加热循环的热效率等容加热循环的热效率等压加

6、热循环的热效率 三种基本理论循环热效率的分析（等容斜率大于等压斜率）P31） 混合加热循环热效率的分析（分析条件：循环总加热量不变。）2）等容加热循环热效率的分析3） 等压加热循环热效率的分析4） 等熵指数对循环热效率的影响柴油机压缩比一般在12 22之间，汽油机压缩比一般在6 12之间5、 三种基本循环的比较1、 压缩比及加热量分别相同时比较（压缩比相同、加热量相同和初态1相同）：等容加热循环热效率最高，而等压加热循环的均最低。欲提高混合加热循环的热效率 ，应增加混合加热循环的等容部分。2、 加热量及循环的最高压力分别相同时比较（加热量相同、初态1相同和循环的最高压力相同）：对于高增压柴油机

7、，为了得到较高的热效率，宜按等压加热循环工作。3、汽、柴油机负荷变化(不同加热量)时的对比：柴油机：由于喷雾压燃后边喷油边燃烧,当负荷下降时，喷油时间缩短，但初期相当于等容燃烧的部分变化不大。这相当于p基本不变而减小，则t提高。汽油机：点火后传播燃烧且无论负荷大小，火焰传播距离不变。当负荷下降时，燃烧速度降低，燃烧时间加长。这相当于p下降而上升，则t降低。六、发动机有效性能指标转速n和活塞平均速度：为了提高转速又不使过大，可以减小行程S。对于高速发动机，在结构上采用较小的行程缸径比（S/D）值。发动机强化指标：（升功率越大越好，比质量越小越好）升功率越大，发动机的强化程度越高。机械损失的测定方

8、法有多种，常用的方法有：示功图法、倒拖法、灭缸法、油耗线法等。课后题：3.提高发动机实际工作循环热效率的基本途径是什么？可采取哪些基本措施？答：提高实际循环热效率的基本途径是：减小工质传热损失、燃烧损失、换气损失、不完全燃烧损失、工质流动损失、工质泄漏损失。提高工质的绝热指数。 可采取的基本措施是：减小燃烧室面积，缩短后燃期能减小传热损失。. 采用最佳的点火提前角和供油提前角能减小提前燃烧损失或后燃损失。采用多气门、最佳配气相位和最优的进排气系统能减小换气损失。 加强燃烧室气流运动，改善混合气均匀性，优化混合气浓度能减少不完全燃烧损失。优化燃烧室结构减少缸内流动损失。采用合理的配缸间隙，提高各

9、密封面的密封性减少工质泄漏损失。11.简述汽油机和柴油机工作循环的区别？答：汽油机和柴油机的工作循环同样有进气，压缩，燃烧，排气四个过程。它们的不同的点：1）汽油机在进气道，进入汽缸内的气体是有一定比例的汽油和空气（称做可燃混合气）；柴油机在进气道，进入汽缸内的气体是纯净的空气。2）在压缩的过程。汽油机与柴油机是没有区别的，只是被压缩的气体，成分不同。3）燃烧过程，汽油机与柴油机的区别较大。汽油本身物质燃点较低，经压缩后给一个高压的电火花就将其点燃了，而且燃烧的速度比柴油快；柴油本身物质密度较大，要在高温和高压的条件下才能自行燃烧，经压缩后的纯净空气正好满足了这个条件，这时即刻向汽缸喷入高压油

10、使其燃烧。柴油的热值比汽油高产生的动力比汽油机大。4）排气过程基本是一样的。废弃物都是二氧化碳和水，但是由于汽油的燃烧速度太快需要加入抗爆剂，因此排放不如柴油机清洁第2章 发动机的换气过程1、 名词解释1、配气相位：发动机进、排气门开闭角度相对于上、下止点的分布2、气门重叠：在四冲程发动机中，由于进气门提前开启和排气门迟后关闭，在上止点附近，存在进排气门同时开启的现象3、充量系数（效率）：指每缸每循环实际吸入气缸的新鲜空气质量与近气状态下理论计算充满气缸工作容积的空气质量的比值4、可变技术：使发动机的某种结构参数可以随工况改变的技术5、残余废气系数：气缸中残余废气质量与实际新鲜充量的质量之比二

11、、换气过程四冲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。换气过程可分为自由排气、强制排气、进气和燃烧室扫气四个阶段。1、自由排气阶段：从排气门打开到气缸压力接近了排气管压力的这个时期特点：排气量与转速无关，时间虽短，排除的废气量60%以上结束的标志: 缸内压力=排气管压力2、强制排气阶段：废气是由活塞上行强制推出进气过程：是活塞下行，缸内容积增加，同时使缸内压力下降使得环境压力-缸内压力进气阻力，从而吸入新鲜工质。3、排气提前角：从排气门开始打开到下止点这段曲轴转角排气迟闭角：从上止点到排气门完全关闭这段曲轴转角进气提前角：进气门一般在上止点前0-40曲轴转角开始打开进气迟闭角

12、：进气门一般在下止点后40-70曲轴转角才关闭4、气门重叠：排气门迟闭和进气门早开气门重叠的作用：通过同时开启的进排气门用新鲜工质将残余废气清扫干净，这个过程为扫气过程。扫气过程的作用:清除残余废气，减少残余废气系数；减低高温零件的温度。气门重叠角以新鲜工质不进入排气管为原则排气损失：包括自由排气损失和强制排气损失。换气损失：排气损失与进气损失之和。3、 影响充量系数的因素1 进气终了时缸内压力Pa：值越高，值越大2 进气终了的温度Ta： 越高，充入气缸的工质密度越小, 值愈低。3 残余废气系数: 增加， 降低，4. 进排气相位角：由于进气门迟闭而1 ,新鲜充量的容积减小,但Pa值却可能因有气

13、流惯性而使进气有所增加,合适的配气定时应考虑Pa具有最大值。5. 压缩比:理论上，。因为，气缸余隙容积，残余废气量相对，故。但压缩比一般不作为提高充量系数的措施。6. 进气状态：进气温度升高，进气压力下降均会使进入气缸充量的密度减小，绝对进气量减少，对充量系数影响不大。4、 提高发动机充量系数的措施（结构一定, 即一定）1. 降低进气系统的阻力 2. 减少对进气充量的加热 3. 降低排气系统流通阻力4. 合理选择进、排气相位角 5. 谐振进气与可变进气支管课后题：影响充量系数的主要因素有哪些？ 答：1.进气门关闭时缸内的压力。 2.进气门关闭时缸内气体温度。 3.残余废气量。 4.进排气相位角

14、。 5.发动机压缩比。 6.进气状态。第三章 发动机废气涡轮增压一、为什么要增压？增压如何提高发动机的动力性？增压：利用增压器将空气或可燃混合气压缩后送入发动机气缸。增压目的：增大每循环进入气缸新鲜气体的密度，使实际充量增大，从而改善发动机的动力性和经济性。增加进入发动机气缸的充量密度从而提高平均有效压力，达到提高发动机功率，改善燃料经济性能和排放性能的目的。按增压系统的结构形式：机械增压系统、废气涡轮增压统、复合增压系统、组合增压系统、气波增压系统等。按增压比分类：低增压、中增压、高增压。2、 改善车用增压发动机转矩特性的途径低速要有较高增压压力，确保良好的低速扭矩特性；高速防止超速，避免热

15、负荷过高。1、 进气旁通：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。2、 排气旁通：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。3、 可变截面涡轮（1） 双涡壳通道涡轮 （2）可变涡壳通道流通截面涡轮（3）变喷嘴环流通截面涡轮3、 限制汽油机增压的主要技术障碍是爆燃、混合气的控制、热负荷和增压器的特殊要求等4、 废气涡轮增压对发动机其他性能的影响1、降低排气污染和噪声 2、低速转矩性能变差3、加速性能变差 4、起动与制动有一定困难5、 中冷的目的是什么？1. 更大动力 2. 减少燃料消耗 3. 降低排放课后题：3为什么增压后

16、需要采用进气中冷技术？ 答：对增压器出口空气进行冷却，一方面可以进一步提高发动机进气管内空气密度，提高发动机的功率输出，另一方面可以降低发动机压缩始点的温度和整个循环的平均温度，从而降低发动机的排气温度、热负荷和NOx的排放。7、 汽油机增压的技术难点有哪些？答：限制汽油机增压的主要技术障碍时：爆燃、混合气的控制、热负荷和增压器的特殊要求等。第四章 燃料与燃烧化学一、名词解释1、着火延迟：火花引燃或加热到燃料自然温度以上时，可燃混合气并不立即燃烧，需要经过一定延迟时间才能出现明显的火焰，放出热量2、过量空气系数：是指燃烧1KG燃料时实际供给的空气量1与理论空气量10之比3、空燃比：是指燃料实际

17、燃烧时所供给的空气质量与燃油质量的比值4、着火方式：引发燃烧过程的手段5、抗暴性：汽油在气缸内燃烧抵抗爆震的能力6、自燃性：在无外界火源时，柴油自行着火的能力7、热值：每千克燃油完全燃烧所放出的热量8、过量空气系数：发动机工作过程中，1kg燃油燃烧时实际供给的空气量L与理论空气量L0之比。9、空燃比：空气质量/流量与燃料质量/流量的比值。对于混合气浓度的调节：柴油机为“质调”，而汽油机为“量调”。二、燃烧的基本理论（自己读一下课本）1、燃烧分为两个阶段：着火与燃烧。2、进入燃烧有两种方法：点燃（汽油机）利用火花塞点燃混合气。自燃（柴油机）利用自身积累的热量或活化中心着火。3、发动机燃烧过程的三

18、个阶段：1）燃油与空气形成可燃混合气；2）点燃可燃混合气，或可燃混合气发生自燃；3）火源扩大到整个可燃混合气，形成全面燃烧。4、着火机理按化学动力学的观点分：热自燃和链锁自燃机理汽油机高温单阶着火；柴油机低温多阶着火汽油机的点火燃烧是预混合燃烧柴油机初始燃烧属于预混合燃烧，后期为扩散燃烧。汽油机与柴油机工作模式的差异第五章 柴油机混合气的形成和燃烧一、名词解释1、供油提前角：从出油阀升起开始供油到活塞到达上止点所对应的曲轴转角2、喷油提前角：从燃油喷入气缸至活塞到达上止点所对应的曲轴转角3、喷油延迟：从高压油泵供油开始到喷油器针阀抬起开始喷油所对应的时期。4、供油速率：单位凸轮轴转角（或单位时

19、间）由喷油泵供入高压油路中的燃油量；5、喷油速率：单位凸轮轴转角（或单位时间）由喷油器喷入燃烧室内的燃油量；6、供油规律：供油速率随凸轮轴转角（或时间）的变化关系。7、喷油规律：喷油速率随凸轮轴转角（或时间）的变化关系。二、燃油的喷射与雾化1、喷油系统作用：定时定量并按一定规律向柴油机各缸供给高压燃油。2、柴油机燃油供给系统的作用：根据柴油机各种工况的需要，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、喷油时刻和油束的空间形态三方面进行控制。3、孔式喷油器主要用于直喷式燃烧室中，轴针式喷油器主要用于分隔式燃烧室三、喷射与雾化（全负荷：油门全开）燃油喷射主要有两类特性指标

20、：喷油特性（规律）：喷油开始时间、喷油持续期、喷油速率变化、喷油压力 喷雾特性：油束贯穿距离、喷雾锥角、喷雾颗粒、油束中燃油浓度、速度等1、 喷射过程：喷油泵开始供油直至喷油器停止喷油的过程它分为喷射延迟阶段、主喷射阶段、喷油结束阶段。（1）喷射延迟阶段：从喷油泵柱塞顶封闭，进回油孔的理论供油始点到喷油器针阀开始升起(喷油始点)为止。供油始点和喷油始点一般用供油提前角和喷油提前角来表示，两者之差称为喷油延迟角。发动机转速越高以及高压油管越长，则喷油延迟角越大。（2）主喷射阶段：从喷油始点到喷油器端压力开始急剧下降为止（3）喷油结束阶段：从喷油器端压力开始急剧下降针阀完全落座 (喷油终点)为止。

21、应尽可能缩短这一阶段，减少这一阶段的喷油量。（干脆、迅速）2、 供油规律与喷油规律（供油规律决定喷油规律）（1）供油规律与喷油规律二者之间差别始点差别822曲轴转角；喷油持续时间较供油持续时间长；最大喷油速率较供油速率低，其形状有明显畸变，循环喷油量也低于循环供油量。（2）两者的差别主要原因： 燃油的可压缩性、压力波传播滞后、压力波动、高压容积变化3、 喷雾特性与雾化质量（1）油束的几何形状主要包括油束射程(又称贯穿距离)和喷雾锥角或油束的最大宽度。（2）贯穿率为相对值，是指油束的贯穿距离与喷孔沿轴线到燃烧室壁距离的比值。贯穿率若大于1，则意味着有一部分燃油喷射到了燃烧室的壁面上。 （3） 影

22、响油束雾化程度的因素有哪些a 油束射程LL太大，导致燃料喷到壁面上多，从而空间混合气太稀。L过小，导致燃料集中，从而混合气分布不均匀，空气利用降低。b 喷雾锥角b孔式喷嘴 油束松散，粒细；轴针式喷嘴 油束紧密，粒粗c 雾化质量（雾化特性）细微度 油滴平均直径 细：雾化好均匀度 油滴最大直径 - 油滴平均直径 匀：雾化好一般情况下：喷雾锥角过大，贯穿距离会减小；喷雾锥角过小，雾化程度会变差。4、 不正常喷射（1） 二次喷射（2）断续喷射（3）不规则喷射和隔次喷射（4）滴油现象如何避免出现不正常喷射？（1）应尽可能地缩短高压油管长度，减小高压容积，以降低压力波动，减少其影响（2）并合理选择喷射系统

23、的参数，如喷油泵柱塞直径、凸轮廓线等四、燃烧与放热1、柴油机燃烧火焰特点：（1）多点大面积着火粗（2）“有焰”燃烧产生碳烟2、燃烧过程的特点（1）高压喷油在汽缸内部形成可燃混合气 （2）压缩自燃。3、柴油机的燃烧过程可分为四个阶段： （1）着火落后期(又称为滞燃期)：从燃油开始喷入燃烧室内（A点）至由于开始燃烧而引起压力升高使压力线明显脱离压缩线开始急剧上升的点（B点）燃烧需要的准备过程：物理准备过程：燃油的雾化、蒸发、扩散及与空气的混合。化学准备过程：低温多阶段着火。特点：压力没有偏离压缩线。着火落后期对柴油机性能的影响：影响着火落后期的主要因素：喷油时缸内的温度和压力：温度越高或者压力越高

24、，则着火落后期越短柴油的自燃性越好（十六烷值越高），则着火落后期越短燃烧室的形式和缸壁温度等喷油量和喷雾特性（2） 速燃期（又称预混合燃烧期）：从开始着火（即从压力偏离压缩线）到出现最高压力。速燃期特点：着火落后期内形成的混合气多点、大面积同时着火，压力和温度急剧上升。，接近等容燃烧，工作粗暴持续喷油，即随喷随燃放热速率主要取决于滞燃期内形成的预混合气多少一般用平均压力升高率和最大压力升高率来表示压力急剧上升的程度，它也是表征内燃机的等容度和粗暴度的指标。控制压力升高率的措施：缩短着火落后期 减少着火落后期内喷入的燃油量，这取决于喷油规律，即先缓后急，可以降低粗暴 减少可能形成可燃混合气的燃油

25、（3） 缓燃期：从最大压力点到最高温度点的时期缓燃期特点：喷油过程基本结束，燃烧速率下降压力开始下降，温度达到最高缓燃期燃烧 “过缓”会造成：等容度，散热，i ；碳烟和微粒排放缓燃期不要缓燃，而应越快越好措施：需加快混合气形成速率，主喷射阶段时间不能太长，且应该断油迅速（4）补燃期（又称后燃期）：从最高温度点起到燃油基本燃烧完时为止。补燃期特点：燃烧速度很慢，所放出的热量很难有效利用，还使排气温度升高，导致散热损失增大，对柴油机的经济性不利。补燃增加有关零件的热负荷。特别是在高速、高负荷工况下，因过量空气系数小，混合气形成和燃烧的时间更短，这种后燃现象就更为严重。如何缩短补燃期呢？五、燃烧放热

26、规律1、理想的燃烧放热规律及其控制一般将燃烧放热始点（相位）、放热持续期和放热率曲线的形状称为放热规律三要素。放热持续期长短主要取决于喷油持续角的大小和扩散燃烧期（缓燃期+后燃期）内混合气形成的快慢和完善程度。柴油机喷油提前的调节规律：首先随转速升高而提前，其次随负荷增大而提前。6、 柴油机的混合气形成特点和方式1. 混合气形成特点（1）混合气不均匀（2）过量空气系数较大（3）混合过程与着火过程和燃烧过程共存。2. 混合气形成基本方式（1）空间雾化混合：将燃油喷向燃烧室空间进行雾化，通过燃油与空气间的相互运动和扩散，在空间形成可燃混合气。（2）壁面油膜蒸发混合七、缸内气流运动（包括涡流、挤流、

27、湍流、滚流）1. 涡流：绕气缸中心线的有规则的气流运动。产生进气涡流运动的方法有：导气屏、切向进气道、螺旋进气道、组合进气系统2. 挤流：当活塞接近上止点时，气缸内的空气被挤入活塞顶部的燃烧室凹坑内，由此产生挤压涡流(挤流)。 3. 湍流：在气缸内形成的无规则的小尺度气流运动称为湍流，也称微涡流。4. 滚流：绕垂直于气缸轴线的有规则的气流运动（与涡流相反），也称纵向涡流八、柴油机燃烧室1、 直喷式燃烧室（统一式）：（1） 浅盆形燃烧室：开式燃烧室，活塞顶中心呈略有凸起的浅形或平底的浅盆形a） 混合气形成主要依靠燃油喷射，对雾化质量有很高要求。故要求高的喷射压力和较多喷孔数目（712）；b）一般

28、不组织或只有微弱的涡轮，气流作用相对较小；c）属于较均匀的空间混合方式，着火落后期内可燃混合气多，因而最高燃烧压力和压力升高率高，工作粗暴，燃烧温度高，噪声大；d）一般适用于缸径较大、转速较低的柴油机；（2）形燃烧室a）利用燃油喷射和空气运动，形成混合气(空间雾化混合)b）对转速的变化较敏感转速高空气运动强度大涡流强度过强或过弱油束贯穿不足或过度-影响混合气形成和燃烧d）滞燃期形成混合气较多，工作粗暴，燃烧噪音大。e) 制造困难。（3） 挤流缩口形燃烧室（4）非回转体燃烧室（5）球形燃烧室：以油膜蒸发混合方式为主。 一般采用单孔喷嘴，并配有螺旋进气道以产生强进气涡流。直喷式燃烧室柴油机的性能持

29、点：由于燃烧迅速，故经济性好，有效燃油消耗率低。燃烧室结构简单，面容比小，散热损失小，没有主、副室之间的流动损失，是经济性好的重要原因。对喷射系统的要求较高，影响可靠性和使用寿命。冷起动性能较好。工作较粗暴，压力升高率大，燃烧噪声大。NOx排放量比分隔式高对转速的变化较为敏感，较难兼顾高速和低速工况的性能。2、非直喷式燃烧室（1）涡流室燃烧室 （2）预燃室燃烧室分隔式燃烧室柴油机的性能持点 ：靠强烈的空气运动来保证混合气质量，空气利用率较高。空气运动随转速提高而增大，高速适应性能好。对喷射系统的要求较低，可以使用轴针式喷油器，喷射压力较低，使喷射系统的制造要求降低，工作可靠性和使用寿命高。燃烧

30、室结构较为复杂。热效率低，经济性差(面容比大,散热损失大,通道节流作用使流动损失较大)。冷起动性也较差(散热损失大,安装电预热塞)。工作较为平稳，燃烧噪声较小。十、燃烧过程的优化1、为什么要优化？怎么去优化？（1）燃烧过程中存在的问题1）混合气形成困难，燃烧不完全。混合气形成时间短，边喷油、边混合、边燃烧，混合极不均匀。 2）工作粗暴，燃烧噪音较大速燃期内，急剧升高的压力直接使燃烧室壁面及活塞、曲轴等机件产生强烈的振动，并通过气缸壁传到外部，形成燃烧噪音。3）排气冒黑烟：主要发生在大负荷工况时，如加速，爬坡时。燃油在高温缺氧下燃烧时易形成碳烟。减少黑烟的主要措施：(1) 增加过量空气系数。但与

31、提高柴油机的动力性相矛盾。(2) 改善混合气的形成。与改善柴油机工作的柔和性相矛盾。4）排气冒蓝烟、白烟：在冷起动及怠速、低负荷运转时，气缸内温度低，燃烧不良，不同直径的柴油微粒随废气排出，受光线的反射呈现不同的颜色。暖机时，一般先冒白烟，后冒蓝烟，然后变为无色。目标：燃烧更完善、更柔和、损失小、排出更清洁。（2）优化基本原则： 1）油气燃烧室的最佳配合； 2）控制着火落后期内的混合气生成量； 3）合理组织燃烧室内的涡流和湍流运动 ； 4）紧凑的燃烧室形状； 5）加强燃烧期间和燃烧后期的扰流； 6）优化运转参数。 优化供油提前角、空燃比（供油量）、压缩比、配气相位、进气涡流强度、增压比、废气再

32、循环等等。2、燃油喷射过程应该如何去优化？燃油喷射过程实质就是喷油规律的优化！对喷油规律的基本要求：（先缓 后急 迅断）一是喷射开始时段的喷油率不能太高；在燃烧开始后，应有较高的喷油率以期缩短喷油持续期，加快燃烧速率。二是尽可能减少喷油系统中的燃油压力波动，以防止不正常喷射现象。课后题：7.试述柴油机燃烧过程，说明压力升高率的大小对柴油机性能的影响答：柴油机燃烧过程：着火延迟期、速燃期、缓燃期和补燃期影响：过大的压力升高率会使柴油机工作粗暴，噪声明显增加，运动零部件受到过大冲击载荷，寿命缩短；过急的压力升高会导致温度明显升高，使氮氧化物生成量明显增加。8.燃烧放热规律三要素是什么？什么是柴油机

33、合理的燃烧放热规律？ 答：一般将燃烧放热始点（相位）、放热持续期和放热率曲线的形状称为放热规律三要素。 合理的放热规律是：燃烧要先缓后急。在初期的燃烧放热要缓慢以降低NOx的排放，在中期要保持快速燃烧放热以提高动力性和经济性能，在后期要尽可能缩短燃烧以便降低烟度和颗粒的排放。 9.简述柴油机的混合气形成的特点和方式答：柴油机在进气过程中进入燃烧室的是纯空气，在压缩过程接近终了时才被喷入，经一定准备后既自行着火燃烧。由于柴油机的混合气形成的时间比汽油机短促得多，而且柴油的蒸发性和流动性都较汽油差，使得柴油难以在燃烧前彻底雾化蒸发并与空气均匀混合，因而柴油机可燃混合气的品质较汽油机差。因此柴油机不

34、得不采用较大的过量空气系数，使喷入燃烧室内的柴油能够燃烧得比较完全柴油机混合气形成方式从原理上来分，有空间雾化混合和油膜蒸发混合两种11柴油机燃烧过程优化的基本原则是什么？ 答：（1）油-气-燃烧室的最佳配合。（2）控制着火落后其内混合气生成量。（3）合理组织燃烧室内的涡流和湍流运动。（4)紧凑的燃烧室形状。（5）加强燃烧期间和燃烧后期的扰流。（6）优化运转参数。 第六章 汽油机混合气形成和燃烧一、名词解释1、燃烧速度：单位时间内燃烧混合气的质量2、火焰速度：火焰锋面移动速度3、燃烧速度(率)：指单位时间燃烧的混合气量4、火焰传播：火焰前锋面的界面明显。以火核为中心呈球面波形式向周围扩展。二、

35、汽油机的燃烧过程1、汽油机燃烧三阶段： （1）着火落后期：从火花塞跳火至压力偏离压缩线的时间或曲轴转角。作用：点燃混合气形成火焰核心；特点：燃烧量小，压力升高不明显。影响长短的因素： （希望：尽量缩短 并保持稳定。）燃料，辛烷值 i ；缸内(p+T) i ；混合气浓度（=0.80.9 时，i最短）；残余废气系数 i 点火能量i。缸内气体流动 （2）明显燃烧期：从火焰核心形成火焰传播到整个燃烧室，也可称为火焰传播阶段。作用：把大量燃料的化学能迅速转变为热能；特点：是汽油机燃烧的主要时期，热量利用率高。明显燃烧期愈短，愈靠近上止点，汽油机经济性、动力性愈好。燃烧特性参数1： 最高燃烧压力（希望出现

36、在上止点的后面）燃烧特性参数2：压力升高=的影响：,i，但NOx，机械损失及热负荷,噪声振动（3） 补燃期：从最高压力点开始到燃料基本完全燃烧为止，又称后燃期。作用：火焰前锋后未及燃烧的燃料再燃烧；贴附在缸壁上未燃混合气层的部分燃烧；高温分解的燃烧产物（H2、CO等）重新氧化。特点：燃烧速度慢，远离上止点，热量利用率低。要求：燃期要短后燃期，i ，排温，甚至“放炮”（应使后燃期尽可能短）3、 燃烧速度(率)（1）汽油机的火焰速度是火焰锋面移动速度。（2）火焰传播方式可分为层流火焰传播和湍流火焰传播。层流火焰燃烧速率：雷诺数Re2300 ，v1m/s ，远远不能满足实际发动机燃烧的要求，实际中发

37、动机火焰传播是以湍流火焰方式进行的。湍流火焰传播：雷诺数Re=23006000所以：提高混合气的湍流程度是改善汽油机燃烧的有效手段。4、 不规则燃烧1、 循环变动:工况一定各个循环的示功不同。引起因素：（1）混合气成分波动（2）气体运动状态波动2、 各缸工作不均匀引起因素：各缸进气充量的不均匀、混合气成分不均匀等。5、 不正常燃烧汽油机的不正常燃烧主要是爆燃和表面点火。1、 爆燃（爆震燃烧 ）：常在压缩比较高时出现。爆燃产生的原因：末端混合气因温度过高自燃。爆燃的危害：（1）机件过载（2）活塞、气缸和活塞环磨损加剧； （3）动力性和经济性恶化 ；（4）排气冒黑烟，补燃增加，排气温度增加。影响因

38、素：（1）燃料性质：辛烷值高的燃料，抗爆燃能力强。（2） 末端混合气的(压力+温度) ，爆燃倾向气缸内(压力+温度) ，爆燃倾向（3）火焰前锋传播到末端混合气的时间：提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离，都会减少火焰前锋传播到末端混合气的时间，这有利于避免爆燃。2、表面点火：在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）点燃混合气的现象，称为。表面点火与爆燃二者的不同点：（1）爆燃是火花塞跳火后末端混合气的自燃现象；表面点火一般是在正常火焰烧到之前由炽热物点燃混合气所致。（2）爆燃时有强烈的压力冲击波，有尖锐的金属敲击声；表面点火没有压力冲

39、击波，敲缸声比较沉闷，主要是由活塞、连杆、曲轴等运动件受到冲击负荷产生振动而造成。六、使用因素对燃烧过程的影响1、点火提前角（1）点火提前角过大，则大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞上行所消耗的压缩功增加，发动机容易过热，有效功率下降。同时由于混合气的压力过高，末端混合气燃烧前的温度较高，爆燃倾向加大。（2）点火提前角过小，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，功率下降，耗油量增多。2、混合气浓度（对燃烧影响极大，必须严格控制）当0.80.9时，、均达最高值，爆燃倾向。当l.031.1时，燃烧完全，be最低。最高温度+富裕空气NOx 。当0.8及1.2时，燃

40、烧不完全，致使（CO、HC、be）工作不稳定 。3、 负荷转速一定，负荷时，进入气缸的新鲜混合气量 而残余废气量基本不变，故。因为残余废气对燃烧反应起阻碍作用，使Um。为保证燃烧过程在上止点附近完成，需增大点火提前角。4、转速一般燃烧过程相当的曲轴转角增加，应该相应加大点火提前角。转速增加时，火焰速度亦增加，爆燃倾向减小。7、 发动机各种工况对可燃混合气的要求1、 稳定工况怠速：很浓混合气；小负荷：较浓混合气；中等负荷：稀混合气；大负荷：加浓混合气；全负荷：功率混合气2、 过渡工况冷起动：极浓混合气；暖机：浓混合气(随温度升高混合气变稀)；加速：及时加浓；急减速：避免混合气过浓8、 电控汽油喷

41、射供给系统1、分类按喷射位置分类：缸内喷射和进气管喷射两种按喷射方式分类：连续喷射和间歇喷射两种按空气流量测量方法分类：质量流量控制（空气质量流量）的汽油喷射系统速度密度控制（进气管压力和发动机转速）的汽油喷射系统节流速度控制（节气门开度和发动机转速）的汽油喷射系统。2、几种电子控制燃油喷射系统的结构D型电控汽油喷射系统：根据进气管压力和发动机转速推算每个循环吸入的空气量（压力型）L型电控汽油喷射系统：根据空气流量计直接测量进气支管的空气量，并和发动机转速计算出需要喷射的燃油量，从而控制喷油器工作。（空气型）9、 燃油喷射的控制燃油喷射控制是ECU的主要控制功能，包括喷油时刻的控制和喷油量的控

42、制。喷油量的控制是通过对喷油器喷油时间的控制来实现的。喷油持续时间的控制分为同步喷射和异步喷射持续时间两种控制方式。十、汽油机的燃烧室1、汽油机燃烧室设计的基本原则（1）结构紧凑：紧凑性评价指标：F/V（表面积/容），F/V越小越好（2）合理的几何形状：适宜的放热速率，廓线圆滑、避免尖凸部，以防止表面点火（3）火花塞布置合理：火花塞至末端混合气的距离最短，爆燃可能性小（蓬型）； 靠近高温炽热区布置，爆燃可能性小（火球型）；便于扫气，以清扫废气，有利于起动及低速低负荷的工作稳定。（4）组织适当的气流运动（5）具有良好的充气性能足够的进排气门流通截面，以使提高v （提高功率），降低进气阻力（降低油

43、耗）2、传统发动机常用的几种燃烧室（1）楔型燃烧室优点：结构较紧凑，火焰传播距离较短；燃烧室气门直径较大，充气性能较好；火花塞布置在楔形高处，对着进、排气门之间，有利于新鲜混合气扫除火花塞附近的废气。缺点：混合气过分集中在火花塞处，使得初期燃烧速度大，工作粗暴，NOx排出量较高。由于挤气面积内的熄火现象，废气中HC的含量亦较多。（2）浴盆型燃烧室特点：有一定的挤气面积，但挤流效果差；火焰传播距离较长，燃烧速度较低，燃烧时间长，经济性、动力性不高，HC排量多。但NOx的排量较少，工艺性好。（3）半球型燃烧室特点：半球形燃烧窒结构紧凑，火焰传播距离也是最短的。气门直径较大，气道转弯较小，充气效率高

44、，且对转速变化不敏感。有较好的动力性和经济性， HC排放量低。缺点：由于火花塞附近有较大容积，使燃烧速率大，压力升高率大，工作粗暴。NOx排放较多。11、 稀薄燃烧及缸内直喷式汽油机汽油机目前一个注目的研究方向是采用稀燃、速燃、层燃技术。主要措施有采用高能点火系统，空气喷 射燃烧系统，火焰喷射燃烧系统以及分层燃 烧等不同方法。只要A/F17，就可以称为稀薄燃烧汽油机。稀燃汽油机分可为两类，一类是非直喷式稀燃汽油机，包括均质稀燃和分层稀燃式汽油机，一般只能在A/F25的范围内工作。而另一类是缸内直喷式稀燃汽油机，可在A/F2550范围内稳定工作。1. 均质稀混合气的燃烧室1) TGP燃烧室（ t

45、urbulence generating pot）丰田2) 双火花塞燃烧室2. 分层燃烧（提高稀燃界限）：在火花塞附近形成具有良好着火条件的较浓的可燃混合气，而在周边区域是较稀混合气或空气。分层往往是通过不同的气流运动和供油方法实现。1) 美国德士古分层燃烧系统(TCCS) 2) CVCC燃烧系统（本田）CVCC燃烧系统是一种分区燃烧方式，有主、副两个燃烧室和两个化油器。3) 轴向分层燃烧系统 4) 滚流(纵涡)分层稀燃系统 （三菱MVV）5) 四气门分层稀燃系统 （AVL）3. 缸内直喷式稀薄燃烧方式1) 福特缸内直喷燃烧系统(PROCO) 2) 4G系列缸内直喷式稀薄燃烧 （三菱GDI）3

46、) 丰田D-4缸内直喷稀燃发动机课后题：4.爆燃的机理是什么？如何避免发动机出现爆燃？ 答：爆燃着火方式类似于柴油机，同时在较大面积上多点着火，所以放热速率极快，局部区域的温度压力急剧增加，这种类似阶越的压力变化，形成燃烧室内往复传播的激波，猛烈撞击燃烧室壁面，使壁面产生振动，发出高频振音（即敲缸声）。 避免方法：适当提高燃料的辛烷值；适当降低压缩比，控制末端混合气的压力和温度；调整燃烧室形状，缩短火焰前锋传播到末端混合气的时间，如提高火焰传播速度、缩短火焰传播距离。 8分析使用因素对燃烧过程的影响？见前面试说明汽油机燃烧室设计的一般要求？见前面11在汽油机上燃烧均质稀混合气有什么优点？它所面

47、临的主要困难时什么？目前解决的途径有哪些？ 答：优点：混合气均匀，燃烧较完全。对燃油共给及喷射系统没特别高的要求。 困难：1为防止爆燃采用较低压缩比导致热效率较低。2）浓混合气的比热容比低导致热效率低。3）只能用进气管节流方式对混合气量进行调节即所谓量调节使得泵气损失较大。4）在化学剂量比附近燃烧，导致有害排放特别是NOx排放较高。5）用三元催化转换器的汽油机，它的过量空气系数a必须控制在1左右，从而限制其性能进一步提高。 解决途径：采用稀薄燃烧汽油机。一类是非直喷式稀燃汽油机，包括均质稀燃和分层稀燃式汽油机，另一类是缸内直喷式稀燃汽油机。12.分析过量空气系数和点火提前角对燃烧过程的影响答：

48、当a=0.8-0.9时，由于燃烧温度最高，火焰传播速度最大，Pe达最大值，但爆燃倾向增大。当a=1.03-1.1时，由于燃烧完全，有效燃油消耗率最低，使用a1的浓混合气工作，由于必然会产生不完全燃烧，所以CO排放量明显上升，当a1.2时，火焰速度缓慢，部分燃料可能来不及完全燃烧，因而经济性差，HC排放量增多且工作不稳定。 点火过迟，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，热效率降低，但爆燃倾向减小，NOx升高，功率、排放量降低。（点火提前角对汽油机的经济性影响较大。据统计，如果点火提前角偏离最佳位置5曲轴转角热效率下降1%；偏离转角10曲轴转角，热效率下降5%

49、；偏离20曲轴转角，热效率下降16%）13何谓稀燃、层燃系统？稀燃、层燃对汽油机有何益处？ 答：稀燃系统就是均质预混合气燃烧，通过采用改进燃烧室、高湍流、高能点火等技术使汽油机的稳定燃烧界限超过=17的系统； 分层燃烧系统就是在更大的情况下，均质混合气难以点燃，为了提高稀燃界限，通过不同的气流运动和供油方法，在火花塞附近形成具有良好着火条件的较浓的可燃混合气，而周边是较稀混合气和空气，分层燃烧低汽油机可稳定工作在=2025范围内。 好处：使燃油消耗率降低，且提高排放性能。 第七章 发动机的特性发动机的工况变化取决于其所带动的工作机械的运转情况。发动机的外特性是一种速度特性。汽车发动机的工况变化

50、范围在转速、功率坐标图上是一个平面。在发动机试验装置中测功机是发动机试验台架的基本设备。万有特性是把发动机的性能参数看作是工况参数的二元函数。小型车用柴油机一般装有全速调速器。一、名词解释1、速度特性：油量调节机构不变时，发动机的各项性能参数随转速而变化的关系曲线2、负荷特性：发动机转速不变时，性能参数随负荷变化的关系3、发动机特性：性能指标（或性能参数）的变化规律4、调整特性：随调整情况而变化的关系二、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、转速在宽广的范围内变化）实际上，发动机工况就是研究不同运行情况下，其功率、转矩和转速

51、三者间的变化关系。第一类工况 ：发电用发动机（线）、灌溉用发动机（点）第二类工况 ：螺旋桨工况（线）第三类工况 ：车用工况（面工况）3、 发动机特性参数间的关系每循环放热量Q（kJ）为四、发动机的负荷特性当转速不变时，发动机性能指标随负荷而变化的关系1、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Te）变化的关系。（1）指示热效率：先增大（混合气由稀变浓，燃烧充分）；后降低（混合气偏浓，燃烧不完全）；（2）机械效率：转速不变，摩擦损失不变，故其随着指示功Pi（负荷）的增大而增大。当超过最大功率点后，随着燃烧急剧恶化，Pi下降，m也下降。（3）燃油消耗率

52、be：先急剧减小（怠速时为，后随i、m的增大而减小）；后逐渐升高（到达最低油耗点后，由于燃烧恶化，油耗随i降低而增大）。2、汽油机的负荷特性定义：保持汽油机转速不变，改变节气门时，B、be、等随负荷（或Te）变化的关系。（1）指示热效率：先增大（节气门开度增大，残余废气减少，燃烧改善）；后降低（大负荷混合气浓，燃烧不完全）；（2）机械效率：转速不变，摩擦损失不变，故其随着指示功（负荷）的增大而增大。（3）燃油消耗率be：先急剧减小（怠速时为，后随、的增大而减小）；后逐渐升高（随着混合气变浓，由于燃烧恶化，油耗随降低而增大）。3、柴油机、汽油机的负荷特性对比（1）柴油机燃油消耗率普遍较低，且小负

53、荷到中负荷的油耗率下降迅速；原因：柴油机不仅压缩比大，过量空气系数也大；汽油机低负荷时采用浓混合气且残余废气多，加之泵气损失大，故油耗率高；（2）柴油机低油耗区较汽油机宽；（3）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：柴油机压缩比大，故膨胀比较汽油机大，热效率高；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，虽然供油量增大，但相应进气也多，故温度升高较平坦；五、发动机的速度特性定义：当油量调节机构（油门位置）不变时，发动机性能指标随转速而变化的关系（用速度特性曲线表示）。外特性：全负荷（处在最大油量位置）时的速度特性。1、柴油机的速度特性

54、定义：保持柴油机油泵调节机构位置不变，测量 Pe 、be、 Te、 等随转速n的变化关系。（1）指示热效率i：先增大（转速提高，雾化混合好、燃烧改善且散热少）；后减小（转速过高，充量降低、燃烧不全与后燃加重）；（2）机械效率m ：随n增大而逐渐减少（转速越高，摩擦损失越大）。（3）有效燃油消耗率be ：先减小后增大（基本随i变化，但高速转速区由于m下降，其升高幅度较大）；（4）循环供油量b：随n增大而逐渐增大（转速越高，压油速率增大，供油压力提高）。（5）有效转矩Te与有效功率Pe：先增大后减小（先随b增大而增大，后因i和m降低而减小）。先增大后减小（ Te*n，最大值出现在max（Te*n）处）。2、汽油机的速度特性定义：保持节气门开度不变，测量 Pe、be、Te、等随转速n的变化关系。3、柴油机、汽