发动机原理总结

第二章、发动机性能指标和工作循环：基本概念：示功图：气缸内工作压力随活塞位置或者曲轴转角的变化关系。升功率：标定工况下，发动机每升气缸工作容积所发出的有效功率；比质量：发动机干质量与所给的标定功率之比。表征的是发动机的质量利用程度和结构紧凑性。机械损失：机械损失的构成：发动机内部运动零件的摩擦损失；驱动附属机构的损失3.泵气损失机械损失（机械效率）的主要影响因素：复习PPT机械损失的测定方法：1.示功图法倒拖法（只应用于测汽油机，不适用与大功率发动机）灭缸法（应用于多缸柴油机）油耗线法排气涡轮增压柴油机不能用倒拖法和灭缸法，因为倒拖法和灭缸法破坏了增压系统的正常工作。提高发动机动力性和经济性的途径：公式：提高途径：1） 增加排量：i,Vs2） 采用增压技术：ps3） 合理组织燃烧过程：nit、«a4） 改善换气过程：«c5） 提高发动机的转速：n6） 提高内燃机的机械效率：nm刀采用二冲程提高升功率：T理论循环：实际循环简化后便于定量分析的假想循环。简化条件：认为工质由单一的理想气体（单、双原子气体）即空气组成，忽略废气及燃油蒸气的影响；燃烧过程简化为由外界无数热源想工质进行的等容、等压或混合加热过程压缩和膨胀过程简化为理想的绝热等熵过程换气过程简化为气门在上、下止点瞬间开关不同加热方式对热效率的影响：P35 （2.1.3三种理论循环热效率的比较）发动机实际循环和理论循环比较，主要损失有哪些？P41实际工质的影响传热损失换气损失燃烧损失（时间损失、后燃损失、不完全燃烧损失）涡流和节流损失6.泄露损失第三章、发动机换气过程充量系数：每循环实际吸入气缸的新鲜充量m】与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量msh之比。配气相位：以曲轴转角表示的进排气门开启时刻以及持续开启时间。换气损失：理论循环与实际循环的换气功之差。影响充量系数的因素：进气终了压力paa进气终了温度Taa残余废气系数配气正时（配气相位中对充量系数影响最大的是进气迟闭角、其次是排气迟闭角）压缩比6.进气状态分析转速和符合是如何影响充量系数的，汽油机与柴油机有什么不同：P68提高充量系数的措施：降低进气系统的阻力1） 减少进气门处损失【增大进气门直径，选择合适的排气门直径；增加气门数目；改变配气凸轮型线（气门升程）；减少气门出的流动损失】；2） 减少进气管道阻力【减少进气道流动阻力、减少进气管流动阻力、减少空滤的流动阻力】合理选择配气相位减小排气系统阻力减少对新鲜充量的热传导进气系统采用电子控制技术【可变进气系统、可变配气相位】第四章、燃烧与燃料热化学：基本概念：理论空气量：L0是指1kg燃料完全燃烧所必需的最低空气量过量空气系数：1kg燃料实际供给空气量L与L0的比值残余废气系数：每循环进气过程结束时气缸内的残余废气量与实际充气量的比值燃料低热值H:单位量燃料完全燃烧生成气态水释放的热量U常规燃料：液体燃料：石油（汽油，柴油）代用燃料：（1）气体燃料：女口：天然气CNG,液化石油气LPG、甲烷、H2、煤气（CO）、沼气。（2） 固体燃料：在燃烧方面还有许多技术上的难题需要克服.如煤浆.（3）液体燃料：a.醇类燃料（甲醇、乙醇）b.植物油燃料（生物柴油）燃料的使用特性：汽油：1.抗爆性：辛烷值、抗爆指数；2.蒸发性：馏程、饱和蒸汽压；3.氧化安定性：实际胶质、诱导期；4.腐蚀性；5.无害性；6.清洁性柴油：1.燃烧性：发火性和抗爆能力。评价指标是柴油自燃点与十六烷值；2.低温流动性：凝点、冷滤点；3.蒸发性：闪点、馏程；4.粘度；5.腐蚀性；6.安定性：贮存安定性、热安定性；7.清洁性汽、柴油主要理化特性的差别：（1） 自燃性—不用点燃而自动着火的性能。对柴油来说，自燃性差，则起动性差，工作粗暴。十六烷值是评价柴油自燃性好坏的指标对汽油来说最重要的是辛烷值，即希望自燃性差，抗爆性好。（2） 挥发性—液体燃料气化的难易程度汽油：物理稳定性差、易挥发，所以用预混合方式燃烧。柴油：物理稳性好，不易挥发，所以用高压喷射喷入柴油，采用扩散燃烧。（3） 热值—能量密度汽Hu44000>柴Hu42500汽油机和柴油机工作模式的差异：（1）混合气形成方式不同：汽油—易气化，在低温（气缸外）下蒸发，预制成均匀混合气；柴油—难气化，用高压喷雾粉碎，高温空气（气缸内）促其雾化；（2）着火及燃烧方式不同：汽油一难自燃，易点燃，用高压电火花点燃；预混合气体中的火焰传播。可在ea=1的条件下完全燃烧。柴油一易自燃，压缩着火（压燃）；扩散燃烧，即边喷油-边混合-边燃烧，所以自燃但不会爆燃，为了完全燃烧，必须ea>1.0（1.2）（3）负荷调节方式不同：汽油机一预混合，ea基本保持不变，量调节；柴油机一循环空气量不变，ea变化（1~8）,质调节。第五章、汽油机混合气形成和燃烧汽油机混合气形成和燃烧的特点：1） 气缸外部形成混合气（预制混合气）2） 外源点火——容易控制点火时间、地点3） 火焰传播式燃烧——火焰传播速度决定燃烧速度影响着火延迟期的因素：料性质：辛烷值Ti个；点火时，缸内温度f压力f-Tid;ea=0.85-0.95时，Ti最短；残余废气系数枷个TTi个；点火能量E个TTi山。爆燃的外部特征：1）金属敲击声；2） 轻微爆燃时：pe略有增加；严重爆燃时：pe下降，n下降，工作不稳定，机身有较大振动；3） 冷却系统过热，气缸盖温度、冷却水温和润滑油温明显上升；4） 严重时甚至冒黑烟爆燃的机理：末端混合气在正常火焰前锋到达前自燃，压力骤升，产生压力冲击波强烈爆燃对汽油机的危害：1）热负荷及散热损失增加；2）机械负荷增大；3）动力性和经济性恶化；4） 磨损加剧；5） 排气异常爆燃的影响因素：核心（t1<t2）凡是使t1减少和t2增加的因素均可抑制爆燃倾向，反之，均使爆燃倾向增加。（详见书上P116-118）使用因素对汽油机燃烧过程的影响：点火提前角的影响点火提前角e个T部分燃料在上止点f压缩负功f»/△«个TPz（爆燃倾向D个）fPedbe个点火提前角0^^燃烧不及时f大部分燃料在膨胀中燃烧一热量利用率低Pedbe个混合气成分的影响恤=0.85-0.95（功率混合气），un个Wi山（爆燃倾向个）Ra<1,Pe个,be个->CO个ea=1.05-1.15（经济混合气）燃烧完全，迅速（及时性f）nit个-be山；ea>1.15，稀混合气，燃烧慢（不及时），补燃fnit—be个，可能出现进气管内回火;ea<0.85（浓混合气）燃烧慢，补燃f燃烧不完全,nitd-be个,可能出现排气管放炮现象。转速nn个-湍流ffun个-燃烧时间缩短，由e=6nt，燃烧占曲轴转角ff热量利用率nitd—泄漏、传热Tc个—Tidnd—泄漏、传热f—湍流d—und负荷负荷（fer个—und—0佳个—Ti个—补燃ffnitd负荷ffec个—erd—Pz,Tz个—爆燃倾向f燃料沉积物的影响用无铅汽油，沉积物f积碳，工作一定时间后，积碳厚度不再增大；用含铅汽油，沉积物f铅化物，碳占10%，厚度不断增加。影响：①沉积物厚度f，在吸压过程，不断加热混合气；热的不良导体，使末端混合气温度f;占一定燃烧容积，£个,D个，表面点火f。大气状态P0d,m1d—ead—und—Ped，be个—Pcd—Pzd—DdT0个,mid—Rad—pind—Ped，be个—Pc个—D个对汽油机燃烧室的设计要求：动力性个经济性个（Pe个bed）；较低的排放污染；不正常燃烧现象d;噪声d;起动性个；允许燃烧较稀混合气。设计时主要考虑因素：结构紧凑（A/v）良好的重充气性能火花塞位置安排适当组织适当的湍流运动⑨各种燃烧室比较（P133，表5-1）第六章、柴油机混合气形成和燃烧柴油机混合气的形成和燃烧的特点：进气是纯空气，混合气在气缸内部形成（混合气形成方式：空间雾化混合、壁面油膜蒸发混合）;混合气形成时间短,占15~30°CA;混合气形成不均匀，整个燃烧室《a=0~8混合气形成与燃烧室紧密相连，压燃，预混合燃烧+扩散燃烧柴油机滞燃期的影响因素：喷油时，缸内温度和压力P个,T个-Tid;燃料性质，十六烷值f—cid；转速、负荷、喷油提前角等都是通过喷油时缸内温度来影响cio（转速个，Tid;喷油提前角为开口向上抛物线，存在最佳喷油提前角）柴油机工作粗暴与汽油机爆燃比较：相同点：在燃烧本质上相同，都是可燃混合气的自燃;不同点：发生的部位不同，汽油机燃烧爆燃发生在燃烧后期，而柴油机工作粗暴发生在燃烧初期。压力,柴油机工作粗暴缸内压力是均匀的，无冲击波产生，而汽油机爆燃时缸内压力不均匀，有冲击波产生。汽油机爆燃，敲缸声高频，清脆，而柴油机工作粗暴敲缸声低频，沉闷。基本定义：几何供油规律：供油速率随喷油泵凸轮轴转角（或时间）变化的关系喷油规律：喷油速率随喷油泵凸轮轴转角（或时间）变化关系柴油机工作粗暴：柴油机不正常喷射：二次喷射、断续喷射、隔次喷射、气穴、滴油二次喷射：喷射终了针阀落座后，在压力波动的影响下针阀再次升起、产生喷射的现象。影响柴油机燃烧过程的因素：燃料性质：主要指十六烷值和馏程一般情况下，十六烷值高，发火性好，但蒸发性差（馏出温度高）工作柔和但冒烟。馏程低，蒸发性好，但发火性差，冒烟d但工作粗暴。供油提前角:e大-喷油早，缸内pj低-较多燃料在上止点前燃烧，压缩负功个TPedTbe个T着火落后期长，粗暴。e小T喷油晚T较多燃料在膨胀冲程中燃烧T热效率dTPed-be个e最佳-TPemax,bemin转速：nf—传热损失，漏气损失（一喷油压力f-雾化个一缸内涡流f以时间计的着火落后期，燃烧持续期（；以转角计的着火落后期，燃烧持续期f—燃烧不及时一niZ，所以车用柴油机都装有供油提前角自动提前器。nI一传热f,泄漏f—混合气不均匀，燃烧/ 一nitI—涡流（一喷油压力/一雾化/负荷：负荷f—每循环供油量gbf,空气量基本不变一QaI—燃烧完全性I，喷油持续性f,燃烧及时性I—nitI负荷f—加热量f,残余废气系数I,壁面温度Twf—着火落后期I—燃烧粗暴I噪音I负荷相对散热损失nit降低柴油机工作粗暴的途径：减少着火落后期Ti,如：个£，用十六烷值高的燃料等；减少着火落后期内的喷油量；减少着火落后期内形成的混合气量（采用油膜蒸发形成混合气）（核心思想就是降低着火落后期形成的混合气）第七章、排气污染与控制发动机排放污染物种类&危害：一氧化碳（CO）:能使血液输氧能力大大降低，使心脏、头脑等重要器官严重缺氧，引起头晕、恶心、头痛，使中枢神经系统受损，慢性中毒，严重时使心血管工作困难；碳氢化合物（HC）：高浓度时会对眼、呼吸道和皮肤有强烈的刺激作用，是光化学烟雾的重要成分；氮氧化物（NO）：NO在我大气中容易被氧化成NO2，NO2毒性很强，是光化学烟雾的x22主要作物；微粒（PM）：致癌，也会导致慢性病、肺气肿、皮肤病以及其他疾病；硫氧化物（SO）：自身有毒，形成酸雨；X二氧化碳（CO2）：温室效应。柴油机&汽油机排放物生成机理：一氧化碳（CO）：燃料不能完全燃烧生成CO。汽油机：ea=1时，燃料完全燃烧，产物为CO2和H20。实际上，*a<1时，部分燃料不能完全燃烧生成CO；*a>1时，理论上不存在CO,但是燃料混合不均匀可能产生CO,而且燃烧后的高温使部分CO2被分解成CO和O2。柴油机：理论上不存在CO,但是混合不均匀和局部缺氧会产生少量的CO。汽油机CO是柴油机的几十倍。碳氢化物（HC）：未燃和未完全燃烧的燃油。HC在汽油机中的生成机理排气HC的生成机理（55〜65%）｛书上只介绍了排气生成机理｝（1）不完全燃烧;（2）壁面淬熄及缝隙效应;（3）壁面油膜和积碳的吸附;非排气HC的生成机理（1）曲轴箱窜气（20〜25%）;（2）燃油蒸发（15〜20%）;HC在柴油机中的生成机理（由机内燃烧产生）（1）混合不均匀;（2）喷油器压力室容积的影响（3）冷启动白烟；比较：汽油机HC排放是柴油机的几十倍。氮氧化合物（NOx）：排气中的NO主要是由空气中所含的氮在高温下氧化而成的。富氧高温和氧与氮在高温中的停留时间是发动机燃烧过程中NO生成的三要素。NO被氧化成NO2。汽油机NOX的排放与柴油机数量级基本相当,柴油机稍高。微粒（PM）：柴油机微粒的排放量比汽油机大几十倍。生成条件是高温和缺氧，由于柴油机混合气极不均匀，尽管总是富氧燃烧，但局部缺氧还是会导致炭烟生成。【汽油机】排放污染物的机内&机外净化技术：机内净化：1.推迟点火时刻；排气再循环EGR；燃烧系统优化设计；提高点火能量；电控汽油喷射技术。机外净化（排气后处理）：1.热反应器；催化转化器；3.NO吸附还原催化剂。x【柴油机】排放污染物的机内&机外净化技术：机内净化：1.推迟喷油时刻；排气再循环；增压及增压中冷；改善喷油特性；改进燃烧方法和燃烧室。机外净化：1.氧化催化转化器；2•柴油机NO还原催化剂；X微粒捕集器。第八章、发动机特性基本概念：发动机工况：发动机在某一转速和负荷状态下的工作状态，简称工况。发动机速度特性：在油量调节机构位置不变的情况下，发动机的性能指标随转速变化的规律。负荷特性：转速不变，其经济性指标随负荷（可用功率Pe、转矩Ttq或平均有效压力Pme表示）的变化关系。万有特性：万有特性是以转速n为横坐标，以转矩Ttq或平均有效压力Pme为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线，组成发动机万有特性。柴油机的调速特性：适应性系数：转矩储备系数：稳态调速率：瞬态调速率：万有特性制取