汽车发动机原理-教材课件汇总完整版ppt全套课件最全教学教程整本书电子教案全书教案合集最新课件汇编

1、第1章 工程热力学基础知识 热力学是研究能量（特别是热能）性质及其转换规律的科学。它的主要内容包括三部分：（1）工质的性质。（2）热力学基本定律。（3）热力过程和热力循环。状态参数:描述气体热力状态的物理量。第一节 热工转换的基础知识一、工质及其状态参数基本状态参数 ：压力 ；温度 ；比体积 。 工质：热、功转换的“媒介”。 常用的状态参数：压力 ；温度 ；比体积 ；内能 ；焓 ；熵 。（一） 压力p 2 单位：Pa，3压力的表示压力绝对压力相对压力状态参数：绝对压力1 单位面积上所作用的垂直力称为压力p。工程上常用kPa与Mpa。1 Pa=1N/m2 ，1.1 热工转换的基础知识（二） 温度

2、T2 单位：开尔文（K ） 热力学温度与摄氏温度： T = t+To状态参数：热力学温度（绝对温度）。式中：To=273.15K（水的冰点的热力学 温度)。 1温度表示气体冷热的程度。气体分子运动速度愈高，平均动能愈大，温度愈高。1.1 热工转换的基础知识（三） 比体积v单位：m3/kg单位质量的物质所占有的体积。式中： 比体积； mkg的工质占有的体积； 工质的质量。1.1 热工转换的基础知识二、 理想气体状态方程式1理想气体假设：（1）分子不占有体积；（2）分子间无吸引力。发动机所用工质都近似地看作理想气体。.理想气体状态方程1kg理想气体：pv=RT mkg理想气体： pV=mRT 式中

3、： R气体常数J/(kgK)。3. pv图（示功图）pvp1v1v2p21.1 热工转换的基础知识三、热力过程及其功量（一）热力系统和热力过程热力系统：某宏观尺寸范围内的工质作为研究对象，称为热力系统。热力过程：工质由某一状态变化到另一个状态所经历的全部过程的总和。（二）热力过程的功量（示功图） 工质由上止点膨胀到下止点，此过程的功量。pv1.1 热工转换的基础知识设：A活塞截面面积； dx活塞移动距离。工质对活塞作的功为：v增大,w为“+” ,工质对活塞作功。v减小,w为“-” ,活塞对工质作功。工质膨胀过程：dw=pAdx=pdv1.1 热工转换的基础知识四、工质的比热容C （一）定义单位

4、量的物质作单位温度变化时所吸收或放出的热量。式中：dq工质在某一状态下温度变化dT 时所吸收或放出的热量。1.1 热工转换的基础知识1比定容热容Cv：比定容热容:加热时气体容积不变。2比定压热容Cp： 比定压热容:加热时气体压力不变。（二）比定容热容和比定压热容1.1 热工转换的基础知识定容加热工质的比热：加入的热量: Q1=mCv (T2 T1)定压加热工质的比热：加入的热量: Q2=mCp (T2 T1)分析加热过程温度升高相同1.1 热工转换的基础知识 同样使温度升高1（或1K），而定压加热过程需要加入的热量要比定容加热过程大，即CpCv。 绝热指数: K= Cp/ Cv1.1 热工转换

5、的基础知识（三）真实比热容和平均比热容比热容与压力无关，是温度的函数。式中：a、b、c是常数。相应于每一温度下的比热容称为真实比热容。1.1 热工转换的基础知识Cm称为平均比热容。（四）定比热容： 温度变化不大，把比热容看成常数。1.1 热工转换的基础知识第二节 热力学第一定律一、功、热量和内能（一）工质的功量W（二）热量Q（三）工质的内能外界给系统加热Q为“+”，系统放热Q为“”。1工质内部所具有的总能量。pv 1.2 热力学第一定律分子热运动的动能，分子间的吸引作用的位能,内能理想气体分子间无吸引力，无位能。是T的函数。是v的函数。内能是温度的单值函数。 1.2 热力学第一定律 内能为状态

6、参数。只与工质的初、终状态有关，与工质由状态1变化到状态2所经历的过程无关。 mkgQT1T2定容加热mkgQ2T1T2G定压加热pv12 1.2 热力学第一定律2内能的计算 1.2 热力学第一定律（一）热力学第一定律（二）封闭系统能量方程式二、热力学第一定律式中：q外界加给1kg工质的热量（J/kg）； w1kg工质对外界作的功（J/kg）； u1kg工质内能的增量（J/kg）。能量守恒定律 1.2 热力学第一定律三、熵及温熵图熵是一个导出的状态参数，它的定义式是： 式中：dq 系统与外界交换的微元热量； T热力过程时的温度。 熵的定义：熵的增量等于系统在热力过程中交换的热量除以传热时的热力

7、学温度所得的商。熵是状态参数。 1.2 热力学第一定律 1.2 热力学第一定律温熵图 1.2 热力学第一定律第三节 气体的热力过程（二）气体状态参数的变化v1 = v2 或绝对压力与绝对温度成正比式中为压力升高比。一、定容过程（一）定容过程方程式为： v=常数pv=RT 1.3 气体的热力过程定容过程的膨胀功（三）能量变化因dv=0，所以W=0。2 内能1功量 1.3 气体的热力过程3 热量：根据比热容的定义 1.3 气体的热力过程4.熵熵的定义：熵变S为 1.3 气体的热力过程二、定压过程（一）过程方程式 p=常数 （二）气体状态参数的变化比体积与绝对温度成正比。预膨胀比pv=RT 1.3

8、气体的热力过程（三）能量变化1功量：定压过程中气体所作的膨胀功为： 2内能： 1.3 气体的热力过程3热量：根据比热的定义 及Cp=常数 1.3 气体的热力过程4.熵熵的定义：熵变S为 1.3 气体的热力过程三、定温过程（一）过程方程式T=常数，即 pv=常数（二）气体状态参数的变化 1.3 气体的热力过程四、绝热（等熵）过程系统与外界无热交换（一）过程方程式=常数K绝热指数 1.3 气体的热力过程公式推导对求微分： 1.3 气体的热力过程上式乘得：常数常数常数 1.3 气体的热力过程（二）气体状态参数的变化绝热压缩终了温度：同理，绝热膨胀终了温度： 1.3 气体的热力过程（三）能量变化1.功

9、量：2内能：3热量：4.熵： 1.3 气体的热力过程五、多变过程常数多变指数=0，常数定压过程=1，常数定温过程常数绝热过程常数定容过程 1.3 气体的热力过程 第四节 热力学第二定律一、热力循环与热效率（一）热力循环 1.4 热力学第二定律（二）热效率 1.4 热力学第二定律二、热力学第二定律不可能创造出只从热源吸收热量作功而不向冷源放热的热机。热量不可能自发地从冷物体转移到热物体。 1.4 热力学第二定律第2章 发动机工作循环与性能指标发动机循环理想循环实际循环发动机性能经济性动力性可靠耐久性使用维修性排放噪声性加工工艺性经济性、动力性、排放、振动、噪声 主要研究第一节 发动机理论循环 第

10、2章 发动机循环与性能指标一、三种基本循环（一）简化条件：（1）假设工质为理想气体，其比热容为定值。（2）假设工质在闭口系统中作封闭循环。（3）假设压缩与膨胀过程是绝热等熵过程。（4）假设燃烧是定容或定压加热。工质放热为定容放热。（二）理论循环ac绝热压缩；cz定容加热zz定压加热；zb绝热膨胀ba定容放热。高速柴油机近似为混合加热循环。 燃烧过程基本上由定容燃烧和定压燃烧两个阶段组成。1 混合加热循环2定容加热循环 汽油机中混合气燃烧迅速，近似为定容加热循环。 ac绝热压缩；cz定容加热zb绝热膨胀；ba定容放热。3定压加热循环 高增压和低速大型柴油机，工作循环近似为定压加热循环。 受燃烧最

11、高压力的限制，大部分燃料在上止点后压力基本上一定的情况下燃烧。ac绝热压缩；cz定压加热zb绝热膨胀；ba定容放热。二、评定指标 循环热效率 循环平均压力1循环热效率评定循环经济性式中 W 循环所做的功（J）； 循环加热量（J）； Q2循环放出的热量（J）。 2循环平均压力评定循环的做功能力式中 W 循环所做的功（J）； Vs 气缸工作容积（L）。 式中 压缩比 ； 压力升高比； 预膨胀比； K 绝热指数。混合加热循环；混合加热循环循环平均压力式中 压缩始点的压力（kPa）。定容加热循环预膨胀比： =1定压加热循环压力升高比：=1循环平均压力循环热效率三、理论循环分析1 压缩比 Tz 相同,

12、高的aczba比 低的循环 aczba具有较大的平均吸热温度和较低的平均放热温度，所以高的 较高。 定容加热循环热效率与压缩比的关系 较低时， 提高 ， 增长很快；在 较大时，再增加 ， 增加缓慢。汽油机： ，爆燃102绝热指数KK值越大， 愈高 。空气K=1.4，稀混合气K值增大，而混合气中燃料蒸气较多时，K值减小。3压力升高比定容加热循环：Q1增加，正比增大， 若不变，则膨胀比不变， Q2也增加， Q2/Q1不变，不变，但 增大。TS混合加热循环：和不变时，增大,减小， 减小,t提高,也提高。4预膨胀比定压加热循环： Q1增加，增大， 若不变，平均膨胀比减小， Q2增加， t下降。bZb混

13、合加热循环：和不变时，增大, 减小， 增大,t下降,也下降。5.三种理论循环比较（）初态相同，Q1和相等. Q1和循环最高压力相等第二节 四行程发动机的实际循环 第2章 发动机循环与性能指标示功图： 气缸内工质的压力p随气缸工作容积v或曲轴转角变化的图形称为示功图。一、实际循环进行过程第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环 实际循环过程进气过程rra压缩过程ab cc燃烧过程ccz膨胀过程zbb排气过程bbb r第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环进气过程rrapr高于大气压p0：残余废气。进气终了压力pa：一般小于大气压力p0或增压压pk 。进气终了的温度Ta总

14、高于大气温度T0或增压器出口温度Tk 高温机件及残余废气加热。进气系统的阻力。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环压缩过程ab cc压缩过程为多变过程。作用:增大温差，增大膨胀比，热功转换效率提高，有利着火和燃烧。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环工质被压缩的程度用压缩比表示式中 气缸总容积（气缸最大容积）； 燃烧室容积(气缸余隙容积）。压缩比的大致范围是：汽油机 =712柴油机 =1422增压柴油机 =1215 第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环燃烧过程ccz作用：化学能转变为热能，使工质的压力及温度升高，为膨胀创造条件。放热量越多,放热时

15、越接近上止点，则热效率越高。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环燃烧的最高爆发压力pz（pmax）及最高温Tz （Tmax）的数值范围是： pz（MPa） Tz（K） 汽油机 3.06.5 22002800 柴油机 4.59.0 18002200 增压柴油机 9.013.0 柴油机：压缩比高，燃烧的最高爆发压力 pz很高；但相对于燃油的空气量大，最高燃烧温度Tz值反而比汽油机低。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环膨胀过程zbb非绝热过程，有散热损失，漏气损失，补燃和高温热分解； 实际膨胀过程为多变过程。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环 膨胀

16、终点b的压力pb及温度T b的范围是： pb（MPa） T b（K） 汽油机 0.30.6 12001500柴油机 0.20.5 10001200 柴油机膨胀比大，转化为有用功的热量多，热效率高，膨胀终了的温度和压力均比汽油机小。 第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环排气终了压力pr高于大气压po ； 压力差prpo克服排气系统阻力。排气过程bbr第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环二、循环指示功完成一个循环，工质对活塞所做的功。第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环循环指示功：czb bc c代表工质对活塞做的功，故是正功。rb ar r 称为泵

17、气损失，非增压发动机为负功，增压发动机为正功。增压发动机示功图第2章 发动机循环与性能指标2.2 发动机的实际循环第三节 发动机的指示指标 是以工质对活塞做功为基础，用于评定实际循环的好坏。 第2章 发动机循环与性能指标循环指示功：一、平均指示压力pmi循环指示功循环质量气缸工作容积式中 示功图面积；示功图纵坐标比例尺；示功图横坐标比例尺。第2章 发动机循环与性能指标2.3 发动机的指示指标 平均指示压力：式中 指示功（kJ）；气缸工作容积(L)。单位气缸工作容积的指示功。第2章 发动机循环与性能指标2.3 发动机的指示指标二、指示功率P i单位时间所做的指示功。i气缸数；每缸工作容积（L）；

18、发动机转速（r/min）；平均指示压力（ MPa ）。每缸、每循环工质做的指示功（kJ）：发动机指示功率(kW)（i个气缸每秒所作的指示功）为：四行程发动机二行程发动机行程数。式中 第2章 发动机循环与性能指标2.3 发动机的指示指标单位指示功所消耗的燃油量 g/ ( kWh) 。三、指示燃油消耗率bi式中 指示功率（kW）；每小时耗油量(kg/h)。bi值的大致范围是： 柴油机 170205 g/ ( kWh) 汽油机 205320 g/ ( kWh) 第2章 发动机循环与性能指标2.3发动机的指示指标 是实际循环的指示功与所消耗燃料热量之比值。四、指示热效率式中 得到指示功 （kJ）所消耗

19、燃料的热量。1kWh=3.6103kJ，1kWh的功需要消耗的热量是 kJ， 为燃料的低热值(kJ/kg)。低热值：不计汽化潜热，1kg燃油完全燃烧所放出的热量。第2章 发动机循环与性能指标2.3 发动机的指示指标 第四节 发动机的有效指标1有效功率Pe发动机曲轴输出的功率称为有效功率。一、发动机动力性能式中 指示功率（kW）；机械损失功率（kW） 。2有效扭矩功率输出轴输出的扭矩。：从活塞顶到曲轴输出端功率传递中损失的功率。摩擦损失、驱动附件损失、泵气损失等。第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标3平均有效压力发动机单位气缸工作容积输出的有效功。 值的一般范围是： 汽油机 0.

20、71.3MPa 柴油机 0.61.0 MPa增压柴油机 0.92.2 MPa第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标4转速n和活塞平均速度Cm 单位时间作功次数发动机体积，重量，功率 ,式中 S活塞行程（m）；活塞平均速度（m/s）。活塞组的热负荷曲柄连杆机构的惯性力磨损寿命 。不大燃烧室高度 ,混合气形成 ,燃烧第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标二、发动机经济性能式中 每小时的耗油量（kg/h）；有效功率(kW)。1. 有效燃油消耗率 单位有效功（1kWh）的耗油量（g）。第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标2有效热效率发动机的有效功 （kJ）与

21、所消耗燃油热量 之比值及 的大致范围是： 汽油机 0.250.3 270325柴油机 0.30.45 190285g/kWh第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标三、发动机强化指标1升功率 和比质量的措施：提高 和：衡量发动机容积利用率表征质量利用率和结构紧凑性：发动机每升工作容积所发出的有效功率。：发动机干质量与标定功率之比。第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标 和 值的大致范围： 汽油机 3070 1.44.0 汽车柴油机 1830 2.59.0第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标2强化系数 的大致范围是：汽油机 817MPam/s小型高速柴油

22、机 611MPam/s重型汽车柴油机 915MPam/s数值增大是技术进步的标志。第2章 发动机循环与性能指标2.4 发动机的有效指标2.5 发动机环境指标 发动机环境评价指标主要指排气品质、噪声和车内空气污染。由于它关系到人类生存的环境和健康，因此必须制定相应的法规，给予严格控制。 发动机排放对大气的污染已成公害，各国均采取对策并制定相应的控制法规，以限制发动机的排放污染。一、排放性能第2章 发动机循环与性能指标2.5 发动机的环境指标 1排出有害气体 目前主要限制一氧化碳（CO）、各种碳氢化合物（HC）及氮氧化合物（NOx）三种危害最大的气体排放量。 2排气微粒 排气中除水以外的任何液态或

23、固体微粒。一、排放性能第2章 发动机循环与性能指标2.5 发动机的环境指标二、噪声 噪声：指人们不需要并希望设法加以控制和消除掉的声音的总称。 噪声危害 （1）其作用于人的中枢神经系统，使大脑皮层兴奋，抑制失调，产生头疼、脑胀、昏晕、耳鸣、失眠和心慌等症状； （2）影响人的消化系统和内分泌系统。在一定强度的噪声影响下，人们会出现心跳过速、心律不齐、血压增高等症状。第2章 发动机循环与性能指标2.5 发动机的环境指标二、噪声 噪声限值我国噪声标准中规定，轿车噪声不得大于84dB。小汽车（M1类车辆）车外噪声限值为 74 dB(A)。第2章 发动机循环与性能指标2.5 发动机的环境指标三、车内空气

24、污染 车内空气污染 研究表明，车内空气污染有时会高于车外10倍以上，为此，不少国家的环保机构制定了汽车车内环境标准，使得汽车车内各种有害气体的含量有了明确的限值，以确保车内空气污染没有达到对驾乘人员健康产生影响的程度。 第2章 发动机循环与性能指标2.5 发动机的环境指标三、车内空气污染车内污染物 主要有甲醛、甲苯及二甲苯、氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、甲苯二异氰酸酯、总挥发性有机物、可吸入微粒物及细菌等。第2章 发动机循环与性能指标2.5 发动机的环境指标2.6 机械损失与机械效率 1发动机内部运动件的摩擦损失。约占总机械损失的62%75%。 2驱动附属机构的损失。约占总机械损失的

25、10%20%。 3泵气损失。约占总机械损失的10%20%。一、机械损失：机械损失而消耗的功率称为机械损失功率。第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率 二、机械效率曲轴输出的有效功率与指示功率之比值式中 平均机械损失压力（MPa）。第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率 三、机械损失的测定 机械损失功率可通过发动机台架实验测定，常用的实验方法有倒拖法和灭缸法，柴油机还可用油耗线法。. 1.倒拖法 2. 灭缸法 3 .油耗线法（负荷特性法）第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率四、影响机械效率的主要因素1发动机转速摩擦副间相对速度 , 摩擦损失惯性力

26、 ,侧压力和轴承负荷均 ,摩擦损失泵气损失加大驱动附件的机械损失增加第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率四、影响机械效率的主要因素负荷一定， ， 变化不大。由公式可知：转速机械效率。第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率 2发动机负荷 变化不大。，怠速：负荷一定，负荷 ，第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率 3润滑油品质 润滑油的粘度即稠稀程度，它表示了流体分子之间内摩擦力的大小。 选用润滑油粘度的基本原则是：在保证可靠润滑的条件下，尽量选用粘度小的润滑油。4冷却水温度保证发动机水温正常。第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率

27、5.发动机的技术状况 活塞环与缸套磨损后，间隙增大，漏气增多，指示功率Pi下降；轴与轴承之间的磨损，使机油泄露增加，油压下降，运动件工作表面的润滑不良；水道中水垢增多，使气缸工作表面温度升高，破坏油膜。 以上都会使机械效率下降。 第2章 发动机循环与性能指标2.6 机械损失与机械效率第三章 发动机的换气过程换气过程排气过程进气过程 换气过程的任务 排除废气充入尽可能多的新鲜工质 研究的内容换气过程的进行情况 分析影响充气效率的各种因素 提高充气效率减少换气损失方向与措施。找出第一节 四行程发动机的换气过程 一、换气过程 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4104

28、80曲轴转角。换气过程自由排气强制排气进气气门叠开 1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。 排气提前角：从排气门开启到活塞行至下止点所对应的曲轴转角称为，一般为30 80曲轴转角。自由排气阶段超临界状态亚临界状态 （1）超临界状态 排气门开启时，气缸内废气压力较高（0.20.5Mpa），缸内压力与排气管压力之比1.9，排气流动处于超临界状态，可利用废气自身的压力自行排出。 通过排气门口废气的流速等于该状态下的音速（m/s） 在超临界排气时期，废气流量与排气管内压力pr无关，只与气缸内的气体状态及气门开启截面积有关。并且因排气流速甚高，在排气过程中伴有

29、刺耳的噪声，所以排气系统必须装有消声器。式中 K绝热指数； T气体的绝对温度； R气体常数Nm/（kgK）。 排出的废气量决定于气缸内及排气管内的压力差。压力差越大排出废气越多。当到某一时刻气缸内与排气管内压力相等，自由排气阶段结束（一般下止点后1030曲轴转角）。此阶段虽然历程很短，但因排气流速甚高，排出废气量达60%以上。（2）亚临界状态 缸内压力与排气管内压力之比下降到1.9以下时，排气流动转入亚临界状态，废气流速降低，产生的噪音较小。 高速发动机其排气提前角要大一些：在自由排气阶段中，排出的废气量与发动机转速无关。发动机转速高时，在同样的排气时间（以秒计）所相当的曲轴转角增大，因此，高

30、速发动机排气提前角要大。但不宜过大，否则会使排气损失加大。 2强制排气阶段：活塞上行强制推出废气。 缸内平均压力高于排气管平均压力：克服排气门、排气道处的阻力，一般高出10kpa左右。气体的流速越高，此压差越大，消耗的功越多。惯性排气。排气迟闭角，一般为10 35曲轴转角。正常进气 ：活塞下行残余废气膨胀，新鲜气体充入气缸。惯性进气。进气迟闭角：一般为4070曲轴转角。 准备进气。进气提前角：一般为0 30曲轴转角 4.气门叠开 ：进、排气门同时开启。 作用：由于进气管、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，清除残余废气，增加进气量，降低高温零件的温度，但注意

31、不应产生废气倒流现象。 叠开角：进、排气门同时开启时对应的曲轴转角，一般为2080曲轴转角。在增压发动机可达80160的曲轴转角。因其进气压力高。 二、换气损失换气损失由排气损失和进气损失两部分组成。 1. 排气损失 排气损失是从排气门提前打开，直到进气行程开始，气缸内压力到达大气压力之前，循环功的损失。 （1）自由排气损失（图中面积W），是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（图中面积Y），是活塞上行强制推出废气所消耗的功。 减少排气损失的主要措施是：减小排气系统阻力和排气门处的流动损失。 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，如图中b曲线，

32、如排气提前角减少则强制排气损失面积增加，如图中c曲线。所以最有利的排气提前角应使面积（W+Y）之和最小。 2进气损失 进气损失：因进气系统的阻力而引起的功的损失。 排气损失与进气损失之和称换气损失，即图中面积(W+X+Y)。在实际循环示功图中把面积(x+y-d)相当的负功称为泵气损失。这部分损失放在机械损失中加以考虑。第二节 四行程发动机的充气效率第三章 发动机的换气过程式中 m1 、V1实际进入气缸的新鲜工质的质量、体积（进气 状态）； ms 、Vs 进气状态下充满工作容积的新鲜工质的质量、气缸工作容积。 一、充气效率 充气效率是实际进入气缸的新鲜工质的质量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜

33、工质的质量的比值。第三章 发动机换气过程4.2 发动机的充气效率 二、影响充气效率的因素 （一）充气效率v的表达式 1）进气门关闭时缸内气体的总质量ma 假定进气门关闭时气缸容积为（Vs +Vc），此时缸内气体压力、温度、密度为Pa、Ta、a，则缸内气体的总质量为 2）排气门关闭时缸内残余废气的质量 假定排气门关闭时缸内体积为Vr，残余废气的压力、温度、密度为Pr、Tr、 r ，则残余废气的质量为第三章 发动机换气过程4.2 发动机的充气效率3）充入气缸新鲜充量的质量为第三章 发动机换气过程4.2 发动机的充气效率经变换推导得式中 Pa、 Ta进气状态的温度和压力； Ts 、Ps进气终了时的气

34、体温度和压力； 残余废气系数， 即进气过程结束时气缸内残余废气量与气缸内新鲜充量的比值； 压缩比。第三章 发动机换气过程4.2 发动机的充气效率 （二）影响充气效率的因素 1进气终了时的压力Pa Pa对 有重要影响，Pa愈高， 值愈大 Pa=Ps-Pa 式中，pa为气体流动时，克服进气系统阻力而引起的压降(kPa)。一般可写成 式中 管道阻力系数； 进气状态下气体的密度； V管道内气体的流速（m/s）。 可见，pa主要取决于各段管道的阻力系数和气体流速。若大、高时，pa增加，使pca下降。第三章 发动机换气过程4.2 发动机的充气效率转速和负荷对进气压力的影响1）转速当节气门位置一定时，n增加

35、，Pa降低。 2）负荷 汽油机：当节气门关小时，节流损失增加，引起Pa下降。 且Pa 随转速的增加而下降的愈快，即曲线变化愈陡。 柴油机：负荷调节为“质调节”，负荷减小时Pa变化很小。第三章 发动机换气过程4.2 发动机的充气效率 2进气终了的温度Ta 进气终了的温度Ta高于进气状态温度。引起Ta升高的原因是: 1）新鲜工质进入发动机与高温零件接触而被加热。 2）新鲜工质与高温残余废气混合而被加热。 3）在化油器式汽油机上，为了使液体燃料在进气管中蒸发，以便均匀地与空气混合而进入气缸，一般都采用废气或冷却水热量对进气管加热，故空气经过进气管时受热而温度升高。措施：将高温排气管与进气管分置于气缸

36、两侧，控制进气预热，适当加大气门叠开角等，均有利于降低Tca。第三章 发动机换气过程4.2 发动机的充气效率 转速和负荷对Ta的影响 1）转速： 当负荷不变而转速增加时，由于新鲜工质与缸壁等接触时间短，传热量少，所以Ta稍有下降。 2）负荷：当转速不变而增加发动机负荷时，缸壁等零件温度升高，Ta有所上升。 3.残余废气系数 1） 增加， 降低，燃烧恶化，油耗、排放增加， 2）压缩比提高，残余废气系数减小。 3）排气压力高，废气多，充气效率降低。 4）排气系统阻力大，排气压力高，废气多。第三章 发动机换气过程4.2 发动机的充气效率4.配气定时 由 的计算公式可见，由于进气门迟闭而 1 ,新鲜充

37、量的容积减小,但Pa值却可能因有气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 压缩比增加,压缩容积减小,残余废气量随之减小,因而有所增加。第三章 发动机换气过程4.2 发动机的充气效率第三节 提高充气效率的措施 进气系统：空气滤清器或加进气消声器、化油器或喷油器、节气门、进气管、进气道和进气门等组成。 减少各段通道的阻力，增大其流通能力，是提高充气效率，改善发动机性能的主要途径。 一、进气门 1.时面值 气门开启断面与对应开启时间的乘积称为气门开启的时面值。它表示气体流过气门的通过能力。气门开启时间长，开启断面大，则气门开启时面值大，气流通过能力越强，阻力越小。 增

38、大进气门头部直径，减小气门头部锥角，增大气门升程，延长气门开启时间，均可扩大气门开启时面值。第三章 发动机换气过程4.3 提高充气效率的措施 2. 进气马赫数M 进气马赫数M是进气门气流平均速度Vm与该处音速C之比，即M=Vm/C。 M是决定气流流动性质的重要参数。 M值反映气体流动和气门结构尺寸的关系，对充气效率有重要的影响。 第三章 发动机换气过程4.3 提高充气效率的措施 根据一系列试验可知，在正常的配气定时条件下，当超过一定数值时，大约在0.5左右，充气效率急剧下降。因此在可能条件下应控制在最高转速时不超过一定数值，以达到提高充气效率的目的。第三章 发动机换气过程4.3 提高充气效率的

39、措施 3. 气门直径和气门数 进气门直径增大，扩大气流通路截面积增加，v提高。 双气门（一进一排）：进气门直径可达活塞直径的45%50%，气门与活塞面积之比为0.20.25，进气门比排气门大15%20%。 受结构限制，进一步增大比例已很困难。第三章 发动机换气过程4.2 提高充气效率的措施多气门结构 ：缸径大于80mm时，采用二进二排结构； 缸径小于80mm时，采用三进二排结构。 第三章 发动机换气过程4.3 提高充气效率的措施 四气门机与二气门机相比，功率可提高70%，扭矩可提高30%，且响应性比增压机好，故是汽车发动机高功率化的有力措施。第三章 发动机换气过程4.3 提高充气效率的措施 4

40、.气门升程 气门升程增加、改进凸轮型线、减小运动件质量、增加零件刚度，在惯性力允许条件下使气门开闭尽可能快，以增大时面值，提高充气效率。 最大气门升程与阀盘直径之比L/d取0.260.28。 第三章 发动机换气过程4.3 提高充气效率的措施 5.减少气门处的流动损失第三章 发动机换气过程4.3 提高充气效率的措施 二、进气道和进气管 保证足够的流通面积，避免转弯及截面突变，改善表面的光洁程度。汽油机：燃料的雾化、蒸发、分配、压 力波的利用柴油机：形成进气涡流 高转速、大功率时，进气管宜短粗； 中、低速，进气管宜细长。 三、空气滤清器第三章 发动机换气过程4.3 提高充气效率的措施第四节 合理选

41、择配气定时在配气定时各参数中，进气门迟闭角的改变，对充气效率v影响最大。 v在某一转速下达到最高值，此转速下能最好地利用气流的惯性充气。 进气迟闭角增大，v 最大值对应的转速增加第三章 发动机换气过程4.4 合理选择配气定时排气提前角：保证排气损失最小的前提下，尽量 晚开 排气门。 转速增加，排气提前角增大。气门叠开角：可以增加循环充量，提高充气效率， 降低高温零件的热负荷，减少NOx。 第三章 发动机换气过程4.4 合理选择配气定时第五节进气管的动态效应及进气管长度动态效应 由于间歇进、排气，进、排气管存在压力波，在用特定的进气管条件下，可以利用此压力波来提高进气门关闭前的进气压力，增大充气

42、效率。压力波增压系统具有结构简单、惯性小、响应快等优点，适于频繁变工况的车用。 分为惯性效应与波动效应两类 。第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度（1）进气管的惯性效应在进气行程前半期，由于活塞下行的吸入作用，气缸内产生负压，新鲜工质从进气管流入，同时传出负压波，经气门、气道沿进气管向外传播，传播速度为声速。当负压波传到稳压室等空腔的开口端时又从开口端向气缸方向反射回正压波，如果进气管的长度适当，从负压波发出到正压波返回进气门所经历的时间，正好与进气门从开启到关闭所需时间配合，即正压波返回进气门时，正值进气门关闭前夕，从而提高了进气门处的进气压力，达到增压效果 。1. 进

43、气管的动态效应第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度（2）进气管波动效应当进气门关闭后，进气管的气柱还在继续波动，对各气缸的进气量有影响，这称为波动效应。进气门关闭时，进气管内流动的空气因急速停止而受到压缩，在进气门处产生正压波 ，该波在进气管内来回传播。如果使正压波与下一循环的进气过程重合，就能使进气终了时压力升高，因而提高充气效率。第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度转速与管长（一）压力波的固有频率f1（1/s）为 :当发动机转速为n（rmin）时，进气频率f2（1s）为 :第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度转速与管长（二）

44、对惯性效应，发动机进气周期应与压力波半周期相配，即:对波动效应 :当 时，正好与正的压力波相重合，使v 增加。当q2=1，2时，开启期间正好与负的压力波重合，使v 减小。第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度排气管动态效应 排气管内也存在压力波。且排气能量大，废气温度高，故与进气相比，排气压力波的振幅大，传播速度快 。若能在排气过程后期，特别是气门叠开期，使排气管的气门端形成稳定的负压，便可减少缸内残余废气和泵气损失，并有利于新气进入气缸。需要配以长的管路应考虑排气管与消声器、排放装置的组合及车体的安装空间。 第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度排气管

45、动态效应二冲程排动效应管第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度可变技术随使用工况（转速、负荷）变化，使发动机某系统结构参数可变的技术 。为了解决车用发动机既要满足高功率化的要求，又要保证中、低转速，中、小负荷的经济性和稳定性。主要有可变进气管、可变气门定时、可变气门升程、可变进气涡流等技术。第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度1.可变进、排气系统 可变进气管长度系统：进气管长度可调以适用不同转速下的谐振充气。 可变进气道截面系统：进气道截面可以调整适用不同转速下的谐振充气。可变排气道截面系统：在排气管末端装有可变节流阀利于惯性扫气。第三章 发动机换气过

46、程4.5 进气管的动态效应及进气管长度可变进气管 对进气管的要求是：在高转速、大功率时，应配装粗、短的进气管。而在中、低速，最大扭矩时，应配装细、长的进气管。第三章 发动机换气过程4.6 可变技术第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度可变排气管长本田HERP系统第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度Switch-over intake manifold Audi 2.0 FSI第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度Full load performance of an Audi

47、 V6 engine第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度 2. 谐振充气系统：是将一组点火间隔相等的气缸，通过较短的进气管和谐振箱连接在一起，在进气波动的频率和进气系统的固有频率相等时，能取得较好的充气效果的系统，要求各缸点火间隔240CA。可变进气系统谐振充气，只有在很窄转速范围内才有较好的充气效果。涡轮增压内燃机，将谐振转速设计在低转速区，以弥补低速时增压效果较差的缺陷。 利用可变进气系统，谐振充气可在较大的转速范围内有较好的充气效。第三章 发动机换气过

48、程4.5 进气管的动态效应及进气管长度可变进气管转换阀谐振腔方案里卡多公司旋转阀方案可变进气管使所有转速的扭矩均增加，平均可增加 8%，最大扭矩可增大 12%-14% 。第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度可变气门定时 四行程发动机对气门定时的要求是：进气迟闭角与排气提前角应随转速的提高而加大。怠速时，气门叠开角要小，随着转速上升，气门叠开角应加大 。第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度发动机可变气门正时技术(VVT, Variable Valve Timing) 近几十年来，基于提高汽车发动机动力性、经济性和降低排污的要求，许多国家和发动机厂商、科

49、研机构投入了大量的人力、物力进行新技术的研究与开发。目前，这些新技术和新方法，有的已在内燃机上得到应用，有些正处于发展和完善阶段，有可能成为未来内燃机技术的发展方向。 第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度 Alfa Romeo，1980年，首次使用VVT技术；Honda，1989年，首次使用具有可变气门升程能力的VVT技术；BMW，2001年，首次使用VVT技术取代了传统的节气门。 第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度 3.可变配气定时控制机构：VTEC机构：该机构使用了高速和低速二种凸轮，高速凸轮的气门开启时间长，升程大，能改变配气相位也能改变气门

50、升程。低速工作时，低速凸轮单独驱动气门，高速凸轮虽然也驱动中间摇臂，中间摇臂并不驱动气门。高速工作时，液压油的压力驱动液压活塞A和B，使三个摇臂结合成一体，这时三个摇臂都被高速凸轮所驱动，通过可变气门定时，汽油机在高低转速时均能获得大的v ，从而能获得高的功率。第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度3.可变配气定时控制机构：第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度3.可变配气定时控制机构：第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度3.可变配气定时控制机构：第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度3.可变配气定时控制机构：第

51、三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度3.可变配气定时控制机构：第三章 发动机换气过程4.5 进气管的动态效应及进气管长度第六节二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程二行程发动机是曲轴回转一圈，活塞上下两个行程，就完成一个工作循环 。它与四行程发动机的不同之处主要在于换气过程。二行程发动机的换气过程，大约占130150曲轴转角（四行程发动机约占410480曲轴转角）。 第三章 发动机换气过程4.6 二冲程发动机的换气过程一、二行程发动机的换气过程曲轴箱扫气二行程发动机的结构。二行程发动机的压缩和燃烧、膨胀过程(曲轴箱)。二行程发动机的先期排气(避免废气倒流)。 二行程发

52、动机的扫气(新气扫除废气)。二行程发动机的额外排气阶段(尽量避免)。第三章 发动机换气过程4.6 二冲程发动机的换气过程一、二行程发动机的换气过程二行程发动机的配气相位图和示功图第三章 发动机换气过程4.6 二冲程发动机的换气过程二、二冲程发动机与四冲程发动机换气过程的比较四行程的进、排气过程是分开的。总共经历410480曲轴转角；而二行程的换气过程仅相当130150曲轴转角，为四行程的13左右。二行程的换气过程是进、排气过程同时进行，利用新鲜工质来扫除废气。新鲜工质容易与废气相混而损失，废气也不易清除干净。二行程发动机与四行程发动机改进换气过程的主要方向不同(?)。第三章 发动机换气过程4.

53、6 二冲程发动机的换气过程三、扫气泵形式曲轴箱扫气形式 采用单独的扫气泵 废气涡轮增压 结构简单、紧凑 扫气压力仅为1.08kPa左右 仅用于小型汽油机及单缸柴油机 扫气压力140-200kPa 第三章 发动机换气过程4.6 二冲程发动机的换气过程三、扫气泵带动扫气泵要消耗发动机的有效功。 应在尽量低的扫气压力和尽量少的扫气泵供气量的前提下，将废气清除干净和充入更多的新鲜充量。 第三章 发动机换气过程4.6 二冲程发动机的换气过程四、扫气系统的基本形式 1、横流扫气扫气口与排气口布置在气缸圆周的两对面。扫气口有倾斜角，以控制气流方向。 扫、排气定时对称，产生额外排气。换气效果较差。 第三章 发

54、动机换气过程4.6 二冲程发动机的换气过程四、扫气系统的基本形式 2、回流扫气扫气口不是正对着排气口设置，两者常位于气缸同侧 。扫气口有倾斜角，以控制气流方向。 扫、排气定时对称，产生额外排气。克服横流换气中新鲜充量短路的现象，扫气效果比横流好。 第三章 发动机换气过程4.6 二冲程发动机的换气过程四、扫气系统的基本形式 3、直流换气方案扫气口沿切线方向排列，形成气垫，沿气缸轴线运动，将废气推出气缸 。可以实现不对称换气，使排气门关闭较早，以实现过后充气。 扫气效果最好。结构复杂。 第三章 发动机换气过程4.6 二冲程发动机的换气过程五、换气质量的估计 最理想的换气过程应是废气和新鲜充量毫不相

55、混，扫气气流将废气全部挤出。事实上，一部分废气留在气缸里，一部分新鲜空气田排气口跑掉。二行程换气过程研究方向是提高换气质量。四行程换气过程研究方向是提高充气效率。第三章 发动机换气过程4.6 二冲程发动机的换气过程五、换气质量的估计换气质量的评价指标 ：1、 扫气效率s ：2、过量扫气系数（又称给气比） ：3、给气效率t ：第三章 发动机换气过程4.6 二冲程发动机的换气过程五、换气质量的估计汽车二行程发动机参数的大致范围是： 扫气效率如右图扫气压力 Pk=125-196kPa过量扫气系数 =1.2-1.5（曲轴箱换气为0.5-0.9）扫气效率s：直流0.8-0.95，回流0.8-0.9，曲轴

56、箱换气0.72-0.8 第三章 发动机换气过程4.6 二冲程发动机的换气过程六、二行程发动机的特点及应用 优点：二行程发动机做功频率快，升功率比四行程大50%70%。回流扫气二行程发动机的结构简单、保修方便，特别是曲轴箱扫气，无须另带扫气泵。缺点：换气效果差，残余废气系数大，致使经济性，HC排放量、排烟、噪声等性能较低。二行程发动机热负荷高、冷却困难。可靠、耐磨、指标稳定性不如四行程发动机。 第三章 发动机换气过程4.6 二冲程发动机的换气过程194第4章 燃料与燃烧基础知识4.1 发动机燃料与使用特性4.2 燃料燃烧热化学4.3燃料燃烧的基本知识4.1 发动机燃料与使用特性 一、发动机燃料

57、燃料的特性对发动机的功率输出、燃油消耗及工作可靠性和排放性能均有较大的影响，同时不同的发动机对燃料的要求也不相同。 发动机传统的燃料是汽油与柴油，它们都是石油炼制品。 石油主要是由碳，氢两种元素构成，含量约占97%98%，其它还有少量的硫，氧、氮等。石油产品是多种碳氢化合物的混合物，分子式可以写为CnHm，通常称为烃。 根据烃分子中碳原子数的不同，可构成不同相对分子质量、不同沸点的物质。炼制汽油和柴油最简单的方法是利用不同的沸点进行分馏，依次得到石油气、汽油、煤油、轻柴油、重柴油及渣油。 198二、燃料使用特性油品的一大类。复杂烃类(碳原子数约412)的混合物。无色至淡黄色的易流动液体。沸点范

58、围约初馏点30至205，空气中含量为74123gm3时遇火爆炸。主要组分是四碳至十二碳烃类。易燃。汽油的热值约为44000kJ/kg。燃料的热值是指1kg燃料完全燃烧后所产生的热量。一、汽油1992.制备 由石油分馏或重质馏分裂化制得。原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、催化重整等过程都产生汽油组分。一、汽油3、重要性能 最重要的性能为蒸发性和抗爆性。 （1）蒸发性 指汽油在汽化器中蒸发的难易程度。对发动机的起动、暖机、加速、气阻、燃料耗量等有重要影响。汽油的蒸发性由馏程、蒸气压等指标综合评定。 馏程和蒸汽压是评定汽油蒸发性的重要指标。 2013.重要性能 （1）蒸发性馏程。指汽油馏分从初馏

59、点到终馏点的温度范围。馏出温度10馏出温度：从汽油中蒸发出的是的沸点低、高饱和蒸汽压的轻质成分，用来评价汽车的起动品质。50 馏出温度：用来评价加速和暖机性能。90馏出温度：用来评价燃油的燃烧充分性能。一、汽油202一、汽油3.重要性能（1）蒸发性 蒸汽压 在一定的温度下，气液两相处于平衡状态时的蒸气压力称为饱和蒸气压，简称蒸气压。 反映汽油在燃料系统中产生气阻的倾向和发动机起机难易的指标。车用汽油要求有较高的蒸气压，航空汽油要求的蒸气压比车用汽油低。2033.重要性能 （2）抗爆性 指汽油在各种使用条件下抗爆震燃烧的能力。车用汽油的抗爆性用辛烷值表示。辛烷值是这样给定的：异辛烷的抗爆性较好，

60、辛烷值给定为100，正庚烷的抗爆性差，给定为 0，汽油辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料，使其产生的爆震强度与试样相同，标准燃料中异辛烷所占的体积百分数就是试样的辛烷值。辛烷值高，抗爆性好。 辛烷值的实验测定方法有马达法和研究法之分。一、汽油204一、汽油3、重要性能（2）抗爆性马达法规定的试验转速及进气温度比研究法高，所以用马达法测定的辛烷值（MON）比研究法辛烷值（ROM）低。美国认为用辛烷值指数ONI，即（RONMON）2来表征在各种道路行驶（工作情况）时的抗爆性能更合理，并将汽油按ONI分为85、87、89、91、93、95、97共七个等级。2053.重要性能 我国车用汽油的标号