重点回顾合并

1、第一节重点回顾2012.9.29一、理论循环的定义及简化条件在一定的简化条件下将发动机的实际工作循环按燃烧过程不同，抽象为几种典型的热力学可描述的过程，用于获得某些的性能评价指标及各种参数对该指标的影响规律。封闭循环封闭循环-排气、吸气过程为定容放热，无物质交换；绝热绝热-压缩过程、膨胀过程为绝热（等熵），不考虑传热损失；热源加热热源加热-燃烧过程为瞬时热源加热（定容或定压），不考虑燃烧过程的时间损失；理想工质理想工质-工质为空气、不考虑成份变化及数量变化；可逆过程可逆过程-循环中无能量的损失只有能量的转换，可用热力学的循环来表示。二、三种理论循环熵熵-熵是一个重要的状态参数，熵与系统无用能之

2、间有密切的关系。熵是系统无序程度（又称混乱度）的量度，熵值越大，则无序度越大。另一方面，从能量的“质”的观点来看，系统无序度越大，系统能量的“能质”越低，无用能也越大。三、三种理论循环的比较a) Q1， 相同：相同：等容加热速率快，等容加热速率快， Q2pQ2mQ2v tv tm tpb) Q1，pz相同：相同： 不同，即不同，即 p m v Q2vQ2mQ2p tp tm tvc) Tz，pz相同：相同：工质做功能力相同，工质做功能力相同， Q2p=Q2m=Q2v tp tm tv四、推理举例和和对定容加热循环性能的影响对定容加热循环性能的影响第二节重点回顾2012.10.11一、压缩比压缩

3、比发动机气缸总容积与发动机气缸压缩容积之比。汽油机压缩比的设计范围-712柴油机压缩比的设计范围-1422二、发动机的指示指标定义及计算方法指示指标指示指标定义定义计算公式计算公式备注备注指示功Wi/kJ在气缸内完成一个循环所得到的有用功Wi=FiabFi-P-V图曲线闭合所占面积a-示功图纵坐标比例b-示功图横坐标比例平均指示压力pmi/MPa发动机单位气缸工作容积的指示功pmi = Wi/VsVs-气缸工作容积（L）指示功率Pi/kW发动机单位时间内所做的指示功Pi = pmi Vsni/30n-发动机转速(r/min)i-发动机汽缸数-发动机行程数（4 、2）指示热效率i发动机实际循环指

4、示功与所消耗的燃料热量的比值i= Wi/Q1 =3.6106/bihWi-指示功WiQ1-循环加热量h-燃料低热值(kJ/kg)指示燃料消耗率bi/(g.kW-1.h-1)单位指示功的消耗量bi=B103/ PiB-每小时耗油量(kg/h)三、发动机的有效指标定义及计算方法指示指标指示指标定义定义计算公式计算公式备注备注有效功率Pe/kW发动机通过曲轴对外输出的功率Pe=Pi-PmPe=Ttqn/9550Pe=pmeVsin/30Pi-指示功率（kW）Pm-机械损失功率（kW）机械效率m有效功率与指示功率之比m= Pe/Pi =1- Pm/Pi有效转矩Ttq发动机通过曲轴对外输出的转矩Ttq=

5、 Pe9550/nn-发动机转速(r/min)平均有效压力pme单位气缸工作容积输出的有效功pme= 30Pe/Vsin Vs-气缸工作容积（L）i-发动机汽缸数-发动机行程数（4 、2）有效燃料消耗率bi/(g.kW-1.h-1)单位有效功的燃料消耗量be=B103/ PeB-每小时耗油量(kg/h)有效热效率e有效功与所消耗燃料热值之比e=We/Q1 =3.6106/behh-燃料低热值(kJ/kg)四、机械损失主要包括摩擦损失、驱动附件损失和泵气损失。机械损失的测定方法 倒拖法、示功图法、灭缸法和油耗法五、随堂练习 六缸四行程柴油机DS=135140mm，在n=2200r/min时发动机

6、的有效功率 Pe54kW，有效燃料消耗率 be=217 gkW.h，机械效率 =0.75，（柴油低热值hu42500 kJkg）。求该工况下的：1. 指示功率Pi，2. 气缸工作容积VS,3. 平均有效压力Pme，4. 有效转矩Ttq，5. 有效效率 。第三节重点回顾2012.10.18一、配气定时及气门叠开现象气门叠开现象：在进气上止点，因进气提前角和排气迟关角的存在，使进、排气门同时开启的现象。 作用：扫气、冷却，多进气； 缺点：过大时倒流。 二、换、泵气损失三、最佳排气提前角确定排气提前角的原则：确定排气提前角的原则： 使使W+Y最小最小 提前角过大：提前角过大：W过大，过大， 工质做工

7、能力损失工质做工能力损失 ； 提前角过小：自由排气段，排出量少，强制排气阻力提前角过小：自由排气段，排出量少，强制排气阻力 ，Y 第四节重点回顾2012.10.25一、充气效率及影响因素充气效率：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。 影响因素： 进气密度 压缩比，残余废气系数 配气定时 进气状态二、提高充气效率的措施减少进气系统阻力合理选择配气定时进气管长度及气流的动态效应第五节重点回顾2012.11.1一、柴油性能的评价指标十六烷值：评定柴油自燃性好坏的指标，与发动机的粗暴性、起动性密切相关。 测定方法：单缸试验机、标准燃料、十六烷100%，甲基萘0%、被测柴油

8、的自燃性与标准燃料相同。十六烷值的范围： 十六烷值：4565，不宜过大或过小 过大：冒烟 过小：不易着火二、汽油性能的评价指标辛烷值：评定汽油的抗爆性的指标。 测定方法：单缸试验机、标准燃料、异辛烷100%，正庚烷0%、被测汽油的抗爆性与标准燃料相同。辛烷值的表示： 马达法、研究法研究法。三、燃烧热化学过量空气系数：燃烧1kg 燃料实际供给的空气量与理论上所需要的空气量之比，称为过量空气系数。理论空气量的计算公式：/83823. 01/3241221. 01kgkggggLkgkmolgggLOHCOOHCOu 燃烧产物的数量过量空气系数：燃烧1kg 燃料实际供给的空气量与理论上所需要的空气量

9、之比，称为过量空气系数。理论空气量的计算公式：/83823. 01/3241221. 01kgkggggLkgkmolgggLOHCOOHCO第六节重点回顾2012.11.8一、内燃机的燃烧方式预混合燃烧： 层流火焰传播、湍流火焰传播 扩散燃烧： 单滴油滴的扩散燃烧模型、喷雾燃烧模型第七节重点回顾2012.11.15一、汽油机燃烧过程的三个阶段-着火延迟期定义定义从火花塞跳火到压力偏离压缩线（出现火焰，从火花塞跳火到压力偏离压缩线（出现火焰，5放热量）的时间放热量）的时间或曲轴转角或曲轴转角 作用作用火花塞放电点燃混合气形成火焰核心（链引发）火花塞放电点燃混合气形成火焰核心（链引发）火花塞放电

10、特性火花塞放电特性两极电压达两极电压达1015kV；击穿电极间隙的混合气，造成电极间电流通过；击穿电极间隙的混合气，造成电极间电流通过；电火花能量多在电火花能量多在4080mJ；局部温度可达局部温度可达3000K，使电极附近的混合气立即点燃；，使电极附近的混合气立即点燃；形成火焰中心，火焰向四周传播；形成火焰中心，火焰向四周传播；气缸压力脱离压缩线开始急剧上升。气缸压力脱离压缩线开始急剧上升。 一、汽油机燃烧过程的三个阶段-着火延迟期特点特点燃烧量小，压力升高不明显。燃烧量小，压力升高不明显。要求要求尽量缩短着火延迟期并保持稳定。尽量缩短着火延迟期并保持稳定。影响滞燃期的因素影响滞燃期的因素二

11、、汽油机燃烧过程的三个阶段-明显燃烧期定义定义从火焰核心形成（开始燃烧）到最高燃烧压力点（火焰传播到整个从火焰核心形成（开始燃烧）到最高燃烧压力点（火焰传播到整个燃烧室）对应的曲轴转角或时间。燃烧室）对应的曲轴转角或时间。作用作用迅速地把大部分燃料的化学能转变为热能。迅速地把大部分燃料的化学能转变为热能。特点特点是汽油机燃烧的主要时期，热量利用率高。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。明显燃烧期愈短，愈靠近上止点，汽油机经济性、动力性愈好。要求要求在压力升高率（平均压力升高率）不过高（在压力升高率（平均压力升高率）不过高（0.1750.

12、25MPa）（若）（若过高则工作粗暴，机械负荷、热负荷增加对过高则工作粗暴，机械负荷、热负荷增加对NOx排放增加）的前提排放增加）的前提下尽量缩短明显燃烧期（下尽量缩短明显燃烧期（20-40CA）并靠近上止点。）并靠近上止点。三、汽油机燃烧过程的三个阶段-后燃期定义定义从压力最高点到燃料燃烧从压力最高点到燃料燃烧90%以上的时间或曲轴转角。以上的时间或曲轴转角。作用作用火焰前锋后未及燃烧的燃料再燃烧；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；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（高温分解的燃烧产物（H2、CO等）重新氧化。等）重新氧化。特点特点燃烧速

13、度慢，远离上止点，热量利用率低。燃烧速度慢，远离上止点，热量利用率低。要求要求尽量减少后燃期尽量减少后燃期第八节重点回顾2012.11.22一、汽油机不正常燃烧分类分类 爆震爆震和和表面点火表面点火（早燃、后燃）（早燃、后燃）（一）爆震（一）爆震 特征特征：气缸内发出特别尖锐的金属敲击声，亦称之敲缸。：气缸内发出特别尖锐的金属敲击声，亦称之敲缸。 原因原因：处在最后燃烧位置上的那部分未燃混合气（常称末端混合气），：处在最后燃烧位置上的那部分未燃混合气（常称末端混合气），受到压缩和辐射热的作用，加速了先期反应产生了自燃。压力冲击波反受到压缩和辐射热的作用，加速了先期反应产生了自燃。压力冲击波反复

14、撞击缸壁。复撞击缸壁。 影响因素影响因素：1）燃料性质）燃料性质2）末端混合气的压力、温度）末端混合气的压力、温度(压缩比、散热组织）压缩比、散热组织）3）火焰前锋传播到末端混合气的时间）火焰前锋传播到末端混合气的时间 危害危害：1.轻微敲缸时，燃烧定容性改善，发动机功率上升，油耗下降。轻微敲缸时，燃烧定容性改善，发动机功率上升，油耗下降。2.严重时破坏缸壁表面的附面气膜和油膜（摩擦损失增加；气缸盖和活塞顶温度升严重时破坏缸壁表面的附面气膜和油膜（摩擦损失增加；气缸盖和活塞顶温度升高（传热增加）；从而导致冷却系过热，功率降低，耗油率增加。高（传热增加）；从而导致冷却系过热，功率降低，耗油率增加

15、。3.剧烈爆震将造成活塞、气门烧坏，轴瓦破裂，火花塞绝缘体破裂，润滑油氧化成剧烈爆震将造成活塞、气门烧坏，轴瓦破裂，火花塞绝缘体破裂，润滑油氧化成胶质，活塞环卡死。胶质，活塞环卡死。一、汽油机不正常燃烧（二）表面点火（二）表面点火-热点点火热点点火 原因原因：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：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。点火时刻是不可控制的（早燃、晚炽热的沉积物等）点燃混合气的。点火时刻是不可控制的（早燃、晚燃），常见于压缩比燃），常见于压缩比9。 早燃：早燃：火花塞点火之前，炽热表面点燃混合气火花塞点火之前，炽

16、热表面点燃混合气 危害危害1. 由于它提前点火而且热点表面比火花大，燃烧速率快气缸压力、温度增由于它提前点火而且热点表面比火花大，燃烧速率快气缸压力、温度增高，发动机工作粗暴；高，发动机工作粗暴；2. 压缩功增大，向缸壁传热增加，致使功率下降；压缩功增大，向缸壁传热增加，致使功率下降；3. T，P升高；火花塞、活塞等零件过热。升高；火花塞、活塞等零件过热。4. 早燃与爆燃相互促进：早燃与爆燃相互促进：TP升高诱发爆燃，爆燃促进更多热点形成更剧烈升高诱发爆燃，爆燃促进更多热点形成更剧烈的表面点火。的表面点火。 后燃：后燃：是指在火花塞点火之后，炽热表面或热辐射点燃混合气的现象。是指在火花塞点火之

17、后，炽热表面或热辐射点燃混合气的现象。 与爆燃不同，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与爆燃不同，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，没有压力冲击波，所致，没有压力冲击波，“敲缸声敲缸声”比较沉闷，主要是由活塞、连杆、曲轴比较沉闷，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。等运动件受到冲击负荷产生振动而造成。影响因素影响因素 凡是能促使燃烧室温度和压力升高以及促使积炭等炽热点形成的一切条凡是能促使燃烧室温度和压力升高以及促使积炭等炽热点形成的一切条件，都能促成表面点火。件，都能促成表面点火。二、汽油机燃烧室设计要点 结构紧凑结构紧凑 以面容

18、比（以面容比（AV）来表征（）来表征（A/V值越小越好）。值越小越好）。 具有良好的充气性能具有良好的充气性能 主要应考虑进气门、进气道的布置。应允许有较大的进气门直径或进气流主要应考虑进气门、进气道的布置。应允许有较大的进气门直径或进气流通面积，适于多气门布置。通面积，适于多气门布置。 进气流线短，转弯少，使混合气尽可能平直、光顺地流入燃烧室。进气流线短，转弯少，使混合气尽可能平直、光顺地流入燃烧室。 火花塞位置安排适当火花塞位置安排适当 扫除火花塞周围残余废气性要好，使点燃性，低速稳定性好，循环变动小。扫除火花塞周围残余废气性要好，使点燃性，低速稳定性好，循环变动小。 火花塞尽量布置在使末

19、端混合气受热少的位置，如排气门附近。火花塞尽量布置在使末端混合气受热少的位置，如排气门附近。 应使由火花塞传播开的火焰面变化分配合理，确保运转平稳。应使由火花塞传播开的火焰面变化分配合理，确保运转平稳。 火焰传播距离应尽可能短。火焰传播距离应尽可能短。 燃烧室形状合理分布燃烧室形状合理分布 组织适当的紊流运动组织适当的紊流运动第九节重点回顾2012.12.06一、柴油机燃烧过程燃烧过程概述燃烧过程概述分为着火延迟期（又称为滞燃期）、速燃期、分为着火延迟期（又称为滞燃期）、速燃期、缓燃期和补燃期缓燃期和补燃期 。（汽油机的燃烧过程分为着火延迟期、明显燃（汽油机的燃烧过程分为着火延迟期、明显燃烧期

20、和后燃期）烧期和后燃期）二、放热率 dQB/d 放热率 总放热量 QB b a 典型高速柴油机燃烧过程放热率（累积放热量） 第第阶段阶段AB为予混合燃烧阶段为予混合燃烧阶段，放热率一般都很高，历时37CA，与速燃期相对应。 第第阶段阶段BC为扩散燃烧阶段为扩散燃烧阶段，放热率逐渐下降，历时约为40CA，-阶段的放热率约为80%。 第第阶段阶段CD为放热的尾巴为放热的尾巴，可能延至整个膨涨过程放热量约占20%。 大量研究表明，开始燃烧时刻，放热规律曲线形状和燃烧持续时间是放热规律三三要素要素，燃烧始点最佳是使Pmax出现在上止点后78CA，燃烧持续时间最佳为40CA（25-30CA）。三、供油规

21、律及喷油规律 （1）几何供油规律：单位时间（曲轴转角）内油泵的供油量随时间（或曲轴转角）的变化关系。它纯粹是由喷油泵柱塞的几何尺寸和运动规律确定的。()tfdtdbp （2）喷油规律：即喷油速率， 单位时间（曲轴转角）内喷油器喷入燃烧室内的燃油量随时间（曲轴转角）的变化关系；()tfdtdbb 四、不正常喷射现象和穴蚀穴蚀穴蚀在油路中存在压力波动出现极低的压力喷嘴处的高温形成蒸汽泡高压回来气泡破裂形成激波（压力很高，足以破坏金属表面）多次冲击形成小孔破坏配合面及密封。五、燃油喷射和雾化 评价指标：评价指标： 油束几何形状： 油束射程L（又称为贯穿距离）； 油束的最大宽度B； 喷雾锥角：标志油束

22、的紧密程度。 贯穿率： 一部分燃油喷到了燃烧室的壁面。 雾化质量： 细度：用液滴平均直径来表示。直径越小，油束雾化越细。 (SMD表示) 均匀度：油束中液滴大小相同的程度及液滴在油束内分布的均匀程度。(标准方差表示）LL，LL1 第十节重点回顾2012.12.13一、柴油机混合气形成机理 柴油机混合气形成机理柴油机混合气形成机理 利用利用油油（喷油系统）、（喷油系统）、气气（燃烧室、进气道设计带来的涡流和紊流）、（燃烧室、进气道设计带来的涡流和紊流）、室室（紊流、缸内的高温、高压气体）三方面的能量雾化、蒸发形成局部（紊流、缸内的高温、高压气体）三方面的能量雾化、蒸发形成局部可燃混合气。可燃混合

23、气。二、混合气形成分类空间雾化（空间雾化（贯穿度小于贯穿度小于1，无着壁，无着壁）油膜蒸发（油膜蒸发（贯穿度远大于贯穿度远大于1，大部分燃油着壁，缓慢蒸发，大部分燃油着壁，缓慢蒸发）二者结合（二者结合（贯穿度略大于贯穿度略大于1，少部分着壁，以空间雾化为主，少部分着壁，以空间雾化为主） 三、柴油机燃烧室统一式（直接喷射）燃烧室：统一式（直接喷射）燃烧室：由气缸盖底平面、活塞项面及气缸壁所形成的统一空间内，活塞顶上均开有深浅不同、形状各异的凹坑。 开式燃烧室：dk/D0.650.8，dk-喉口直径 半开式燃烧室：dk/D= 0.350.65 分割式（非直喷）燃烧室：分割式（非直喷）燃烧室：整个燃

24、烧室分隔在两个空间，主燃烧室设于活塞顶上，副燃烧室则在气缸盖内，其间用通道相连（通道直径/D小于0.1）。第十一节重点回顾2012.12.20一、发动机工况发动机工况：发动机的运行情况（简称工况）用发动机工况：发动机的运行情况（简称工况）用功率功率和和转速转速表示。表示。恒速工作恒速工作、螺旋桨工作螺旋桨工作、陆上运输陆上运输。恒速工况、线工况、面工况。恒速工况、线工况、面工况。二、发动机性能指标功率功率nKvinpPmivsmee130mivsmetqKvipT2314. 0扭矩扭矩（汽油机）汽油机）燃油消耗率燃油消耗率nKpbBvee4 小时耗油量小时耗油量扭矩（扭矩（柴油机）柴油机）bK

25、Tmitq2miueeKhb1106 . 336三、发动机负荷特性及曲线分析 负荷特性：负荷特性：转速不变，其经济性指标随负荷（可用功率转速不变，其经济性指标随负荷（可用功率Pe、扭矩、扭矩Ttq或平均有效压力或平均有效压力Pme表示）的变化关系。表示）的变化关系。四、负荷特性主要用于评价发动机的经济性同一转速下的最低耗油率愈小，曲线愈平坦，经济性愈好。同一转速下的最低耗油率愈小，曲线愈平坦，经济性愈好。比较柴油机和汽油机负荷特性曲线可知，柴油机经济性好。比较柴油机和汽油机负荷特性曲线可知，柴油机经济性好。）bemin比汽油机低比汽油机低20-30%（柴油机（柴油机t、大）；大）；）柴油机曲线

26、比汽油机曲线平坦（因）柴油机曲线比汽油机曲线平坦（因i的变化趋势相反），相比之下，柴油机部的变化趋势相反），相比之下，柴油机部分负荷时低耗油率区比汽油机宽，因而柴油机比汽油机省油。分负荷时低耗油率区比汽油机宽，因而柴油机比汽油机省油。）汽油机）汽油机B曲线弯曲度较大，柴油机曲线弯曲度较大，柴油机B曲线在中小负荷接近直线。曲线在中小负荷接近直线。在低负荷区耗油率高，接近在低负荷区耗油率高，接近80%负荷时油耗率最低。负荷时油耗率最低。 因此，选用发动机时，在满足动力性要求前提下，不宜装功率过大的发动机以因此，选用发动机时，在满足动力性要求前提下，不宜装功率过大的发动机以提高功率利用率和使用经济性。提高功率利用率和使用经济性。 第十二节重点回顾2012.12.27一、汽油机的速度特性及曲线变化历程分析定义：定义： 汽油机汽油机节气门开度固定不动，其有效功率，其有效功率Pe、转矩、转矩Ttq、燃油消耗率、燃油消耗率be、 每每小时消耗油量小时消耗油量B等随转速等随转速n变化的关系。变化的关系。mivtqKT2二、柴油机的速度特性及曲线变化历程分析定义：定义： 喷油泵油量调节机构（油门拉杆或齿条）位置固定不动，柴油机性能指标（主，柴油机性能指标（主要是功率要是功率Pe、转矩、转矩