《汽车发动机原理（第5版）》 教案 第五章 柴油机混合气的形成和燃烧

《发动机动力学》教案《发动机动力学》教案（章节备课）章节第五章柴油机混合气的形成和燃烧理论授课时间5学时教学目的和要求掌握柴油机的燃烧过程与放热规律；了解柴油机与汽油机燃烧过程的异同；掌握柴油的喷射和雾化；掌握柴油机燃油喷射系统的电子控制；了解柴油机的有害排放物及震动和噪声的控制；掌握混合气的形成方法和特点及各种燃烧室的特点；掌握影响燃烧过程的因素；掌握HCCI技术的原理、主要特点、燃烧特性及放热时间的控制；了解HCCI技术的应用和尚待解决的问题。教学重点柴油机燃烧过程的4个阶段及各阶段的特点分析；柴油机着火延迟期的影响因素；柴油机燃烧放热规律的三要素及其控制；柴油机燃油喷射系统的电子控制；柴油的喷射过程，供油规律及其喷油规律；柴油机混合气形成的特点；柴油机燃烧过程的影响因素；HCCI燃烧技术的原理及特点。教学难点柴油机燃烧过程的各阶段特点；燃烧放热规律的三要素；燃油的喷射和雾化；柴油机燃烧室对混合气的形成影响；影响燃烧过程的因素；教学进程（含教学内容、教学方法、辅助手段）第一节柴油机燃烧过程一、燃烧过程概述燃烧的四个时期：即火延迟期（又称为滞燃期）、速燃期、缓燃期和补燃期。二、燃烧放热规律合理的燃烧过程应做到着火延迟期要缩短，速燃期不过急，缓燃期要加快，后燃期不要过长。柴油机与汽油机燃烧过程的对比四、柴油机的有害排放物和噪声振动1.柴油机的有害排放物；2.柴油机的噪声和振动来源；3.控制噪声与振动的措施。第二节柴油喷射及雾化一、供油系统和喷射过程1.柴油机供油系统；2.喷油泵速度特性及其校正；3.喷射过程1）.喷射延迟阶段；2）.主喷阶段；3）.喷射结束阶段。4.供油规律和喷油规律；5.不正常喷射现象和喷射系统中的穴蚀破坏；1）.二次喷射；2）.滴油现象；3）.断续喷射；4）.不规则喷射和隔次喷射。二、燃油的雾化和油束特性1.喷油雾化；2.油束特性。三、对喷射系统的要求1.避免出现不正常喷射现象和穴蚀破坏；2.根据不同的转速和负荷，控制最佳的喷油时刻和燃油量；3.应尽可能实现理想的喷油规律；4.良好的油束特性能满足具体燃烧室的要求；5.喷射系统的强化。四、柴油机电控喷射系统1.电控柴油喷射系统的分类及工作原理;1）.位置控制式喷油系统;2）.时间控制式喷油系统.2.电控柴油喷射系统的组成;3.电控柴油喷射系统的控制功能;1）.喷油量的控制;2）.喷油定时的控制;3）.怠速转速的控制;4）.起动喷油量的控制;5）.各缸喷油均匀性的控制;6）.过渡性能与烟度控制;7）.喷油规律与喷油压力的控制;8）.废气再循环的控制;9）扩展的功能。第三节混合气的形成和燃烧室一、柴油机混合气形成特点和方式1.柴油机混合气形成的三个条件；2.柴油机混合气形成方式。分隔式燃烧室1.涡流室燃烧室2.预燃室燃烧室3.分隔式燃烧室柴油机的性能持点。直喷式燃烧室1.开式燃烧室；2.半开式燃烧室中的空气运动；3.半开式燃烧室；4.直喷式燃烧室柴油机的性能特点。其他燃烧室1.球型油膜燃烧室；2.非回转体燃烧室。不同燃烧室的比较与选用1.重型汽车、大型工程机械用柴油机燃烧室选用；2.轿车柴油机燃烧室选用；3.中、轻型车柴油机燃烧室选用；4.小型拖拉机、农用运输车柴油机燃烧室选用。第四节燃烧过程的影响因素一、燃油喷射、气流运动与燃烧室形状间的配合在燃油喷射、气流运动与燃烧室形状间的配合中，一般应兼顾各方面的要求，并根据具体使用情况有所侧重，寻求一个较理想的折衷方案。二、影响燃烧过程的运转因素1.负荷；2.转速；3.供油提前角；4.燃油的十六烷值；5.废气再循环（EGR）；6.压缩比和增压度。第五节均质充量压缩着火燃烧（HCCI）发动机一、传统燃烧方式的局限性1.火花点火式；2.压燃式。二、均质充量压缩着火燃烧的原理及应用现状1.HCCI技术的基本原理；2.HCCI应用现状。三、HCCI发动机的主要特点四、HCCI的燃烧特性五、HCCI技术尚待解决的问题六、均质压燃燃烧放热时间的控制1.控制混合气在压缩行程结束时的温度；2.控制混合气的自燃温度；3.工况变化及冷起动时的燃烧时间控制。七、HCCI发动机工作范围受到的限制及扩展方法1.HCCI发动机工作范围在低负荷受到的限制及扩展方法；2.HCCI发动机工作范围在高负荷受到的限制及扩展方法。（1）5学时，为理论授课。（2）各部分时间分配可根据实际授课情况调整，总计时间不超过5学时（3）采用多媒体课件教学，在多媒体教室讲授。（4）板书设计：左侧一栏中阴影部分为板书基本内容教学方式和手段课堂讲授、现场提问等方式；多媒体辅助教学。本章教学小结本章主要介绍了柴油机的燃油系统，供油原理以及燃油的喷射与雾化过程；分析了柴油机燃烧过程的四个阶段，分析燃烧过程中的影响因素。同时介绍HCCI新型燃烧技术的原理及发展。其中燃油系统的供油与喷射工作原理比较复杂，需要结合图片动画来理解。作业题1.章节课后思考题：2.习题：一：判断题1，为了兼顾发动机的各种性能，合理的燃烧过程应做到着火延迟期要缩短，速燃期不过急，缓燃期要加快，补燃期不要过长。2，瞬时放热速率是指在燃烧过程中的某一时刻，单位时间内缸内燃烧的燃油造成的压力升高率。3，柴油机喷射过程是指喷油嘴开始喷油到喷油器停止喷油的过程。4，供油规律是单位时间内（或1°喷油泵凸轮轴转角内）喷油泵的供油量随时间（或喷油泵凸轮轴转角）的变化关系。有时候也可以称之为喷油规律。5，柴油机在进气过程中进入燃烧室的是可燃混合气，在压缩过程接近终了时混合气才开始燃烧。二：填空题6，燃烧过程是柴油机工作过程的核心部分，为便于分析，可将其人为地划分为四个阶段，即、、、。7，柴油机混合气形成的两种基本形式：、。8，柴油机电控喷油系统与汽油机类似，也由，，三部分组成。9，柴油机放热规律的三要素是，，。10，柴油机常见异常喷射现象包括：、、、。11，分隔式燃烧室的结构特点是除了位于活塞顶部的外，还有位于缸盖内的，两者之间有通道相连。燃油不直接喷入内，而是喷入内。12，柴油机废气中的有害排放物主要包括：、、以及等。13，油束的雾化质量一般是指油束中液滴的和。可以用液滴平均直径来表示。是指油束中液滴大小相同的程度以及液滴在油束内分布的均匀程度。14，废气再循环已得到了较多的实际应用，它是指将一部分已燃的再次引入燃烧室内参加燃烧。三：简答题15，缓燃期是在膨胀过程中进行的，从动力性和经济性的角度来说，缓燃期应该短些，通过什么方法可以缩短缓燃期？16，后燃现象为什么要尽量减少？17，简述控制噪声与振动的措施。简答18，简述什么是喷油器流通特性？并简略说明喷油器流通截面对喷油过程和柴油机性能影响。19，简述什么是燃油的雾化？为什么要将燃油雾化？20，直喷式燃烧室柴油机的性能特点21，燃油的十六烷值对柴油机燃烧过程有何影响？22，供油提前角为什么有一个最佳值？供油提前角太大或太小对柴油机燃烧过程各会产生哪些影响？23，柴油机着火需要哪些条件？为什么柴油机是多处着火？24，供油系统中穴蚀破坏一般发生在什么地方？其发生的主要原因是什么？25，电控柴油喷射系统可以实现哪些控制功能？主要参考资料1.《汽车发动机原理教程》.刘峥，王建昕主编.清华大学出版社出版，20012.《发动机原理》.林学东主编.机械工业出版社出版，20083.