發(fā)動機原理總結(jié)

第二章、發(fā)動機性能指標和工作循環(huán)：基本概念：示功圖：氣缸內(nèi)工作壓力隨活塞位置或者曲軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。升功率：標定工況下，發(fā)動機每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率；比質(zhì)量：發(fā)動機干質(zhì)量與所給的標定功率之比。表征的是發(fā)動機的質(zhì)量利用程度和結(jié)構(gòu)緊湊性。機械損失：機械損失的構(gòu)成：發(fā)動機內(nèi)部運動零件的摩擦損失；驅(qū)動附屬機構(gòu)的損失3.泵氣損失機械損失（機械效率）的主要影響因素：復習PPT機械損失的測定方法：1.示功圖法倒拖法（只應用于測汽油機，不適用與大功率發(fā)動機）滅缸法（應用于多缸柴油機）油耗線法排氣渦輪增壓柴油機不能用倒拖法和滅缸法，因為倒拖法和滅缸法破壞了增壓系統(tǒng)的正常工作。提高發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性的途徑：公式：提高途徑：1） 增加排量：i,Vs2） 采用增壓技術(shù)：ps3） 合理組織燃燒過程：nit、?a4） 改善換氣過程：?c5） 提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)速：n6） 提高內(nèi)燃機的機械效率：nm刀采用二沖程提高升功率：T理論循環(huán)：實際循環(huán)簡化后便于定量分析的假想循環(huán)。簡化條件：認為工質(zhì)由單一的理想氣體（單、雙原子氣體）即空氣組成，忽略廢氣及燃油蒸氣的影響；燃燒過程簡化為由外界無數(shù)熱源想工質(zhì)進行的等容、等壓或混合加熱過程壓縮和膨脹過程簡化為理想的絕熱等熵過程換氣過程簡化為氣門在上、下止點瞬間開關(guān)不同加熱方式對熱效率的影響：P35 （2.1.3三種理論循環(huán)熱效率的比較）發(fā)動機實際循環(huán)和理論循環(huán)比較，主要損失有哪些？P41實際工質(zhì)的影響傳熱損失換氣損失燃燒損失（時間損失、后燃損失、不完全燃燒損失）渦流和節(jié)流損失6.泄露損失第三章、發(fā)動機換氣過程充量系數(shù)：每循環(huán)實際吸入氣缸的新鮮充量m】與進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量msh之比。配氣相位：以曲軸轉(zhuǎn)角表示的進排氣門開啟時刻以及持續(xù)開啟時間。換氣損失：理論循環(huán)與實際循環(huán)的換氣功之差。影響充量系數(shù)的因素：進氣終了壓力paa進氣終了溫度Taa殘余廢氣系數(shù)配氣正時（配氣相位中對充量系數(shù)影響最大的是進氣遲閉角、其次是排氣遲閉角）壓縮比6.進氣狀態(tài)分析轉(zhuǎn)速和符合是如何影響充量系數(shù)的，汽油機與柴油機有什么不同：P68提高充量系數(shù)的措施：降低進氣系統(tǒng)的阻力1） 減少進氣門處損失【增大進氣門直徑，選擇合適的排氣門直徑；增加氣門數(shù)目；改變配氣凸輪型線（氣門升程）；減少氣門出的流動損失】；2） 減少進氣管道阻力【減少進氣道流動阻力、減少進氣管流動阻力、減少空濾的流動阻力】合理選擇配氣相位減小排氣系統(tǒng)阻力減少對新鮮充量的熱傳導進氣系統(tǒng)采用電子控制技術(shù)【可變進氣系統(tǒng)、可變配氣相位】第四章、燃燒與燃料熱化學：基本概念：理論空氣量：L0是指1kg燃料完全燃燒所必需的最低空氣量過量空氣系數(shù)：1kg燃料實際供給空氣量L與L0的比值殘余廢氣系數(shù)：每循環(huán)進氣過程結(jié)束時氣缸內(nèi)的殘余廢氣量與實際充氣量的比值燃料低熱值H:單位量燃料完全燃燒生成氣態(tài)水釋放的熱量U常規(guī)燃料：液體燃料：石油（汽油，柴油）代用燃料：（1）氣體燃料：女口：天然氣CNG,液化石油氣LPG、甲烷、H2、煤氣（CO）、沼氣。（2） 固體燃料：在燃燒方面還有許多技術(shù)上的難題需要克服.如煤漿.（3）液體燃料：a.醇類燃料（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、抗爆指數(shù)；2.蒸發(fā)性：餾程、飽和蒸汽壓；3.氧化安定性：實際膠質(zhì)、誘導期；4.腐蝕性；5.無害性；6.清潔性柴油：1.燃燒性：發(fā)火性和抗爆能力。評價指標是柴油自燃點與十六烷值；2.低溫流動性：凝點、冷濾點；3.蒸發(fā)性：閃點、餾程；4.粘度；5.腐蝕性；6.安定性：貯存安定性、熱安定性；7.清潔性汽、柴油主要理化特性的差別：（1） 自燃性—不用點燃而自動著火的性能。對柴油來說，自燃性差，則起動性差，工作粗暴。十六烷值是評價柴油自燃性好壞的指標對汽油來說最重要的是辛烷值，即希望自燃性差，抗爆性好。（2） 揮發(fā)性—液體燃料氣化的難易程度汽油：物理穩(wěn)定性差、易揮發(fā)，所以用預混合方式燃燒。柴油：物理穩(wěn)性好，不易揮發(fā)，所以用高壓噴射噴入柴油，采用擴散燃燒。（3） 熱值—能量密度汽Hu44000>柴Hu42500汽油機和柴油機工作模式的差異：（1）混合氣形成方式不同：汽油—易氣化，在低溫（氣缸外）下蒸發(fā)，預制成均勻混合氣；柴油—難氣化，用高壓噴霧粉碎，高溫空氣（氣缸內(nèi)）促其霧化；（2）著火及燃燒方式不同：汽油一難自燃，易點燃，用高壓電火花點燃；預混合氣體中的火焰?zhèn)鞑?。可在ea=1的條件下完全燃燒。柴油一易自燃，壓縮著火（壓燃）；擴散燃燒，即邊噴油-邊混合-邊燃燒，所以自燃但不會爆燃，為了完全燃燒，必須ea>1.0（1.2）（3）負荷調(diào)節(jié)方式不同：汽油機一預混合，ea基本保持不變，量調(diào)節(jié)；柴油機一循環(huán)空氣量不變，ea變化（1~8）,質(zhì)調(diào)節(jié)。第五章、汽油機混合氣形成和燃燒汽油機混合氣形成和燃燒的特點：1） 氣缸外部形成混合氣（預制混合氣）2） 外源點火——容易控制點火時間、地點3） 火焰?zhèn)鞑ナ饺紵鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣葲Q定燃燒速度影響著火延遲期的因素：料性質(zhì)：辛烷值Ti個；點火時，缸內(nèi)溫度f壓力f-Tid;ea=0.85-0.95時，Ti最短；殘余廢氣系數(shù)枷個TTi個；點火能量E個TTi山。爆燃的外部特征：1）金屬敲擊聲；2） 輕微爆燃時：pe略有增加；嚴重爆燃時：pe下降，n下降，工作不穩(wěn)定，機身有較大振動；3） 冷卻系統(tǒng)過熱，氣缸蓋溫度、冷卻水溫和潤滑油溫明顯上升；4） 嚴重時甚至冒黑煙爆燃的機理：末端混合氣在正?；鹧媲颁h到達前自燃，壓力驟升，產(chǎn)生壓力沖擊波強烈爆燃對汽油機的危害：1）熱負荷及散熱損失增加；2）機械負荷增大；3）動力性和經(jīng)濟性惡化；4） 磨損加劇；5） 排氣異常爆燃的影響因素：核心（t1<t2）凡是使t1減少和t2增加的因素均可抑制爆燃傾向，反之，均使爆燃傾向增加。（詳見書上P116-118）使用因素對汽油機燃燒過程的影響：點火提前角的影響點火提前角e個T部分燃料在上止點f壓縮負功f?/△?個TPz（爆燃傾向D個）fPedbe個點火提前角0^^燃燒不及時f大部分燃料在膨脹中燃燒一熱量利用率低Pedbe個混合氣成分的影響恤=0.85-0.95（功率混合氣），un個Wi山（爆燃傾向個）Ra<1,Pe個,be個->CO個ea=1.05-1.15（經(jīng)濟混合氣）燃燒完全，迅速（及時性f）nit個-be山；ea>1.15，稀混合氣，燃燒慢（不及時），補燃fnit—be個，可能出現(xiàn)進氣管內(nèi)回火;ea<0.85（濃混合氣）燃燒慢，補燃f燃燒不完全,nitd-be個,可能出現(xiàn)排氣管放炮現(xiàn)象。轉(zhuǎn)速nn個-湍流ffun個-燃燒時間縮短，由e=6nt，燃燒占曲軸轉(zhuǎn)角ff熱量利用率nitd—泄漏、傳熱Tc個—Tidnd—泄漏、傳熱f—湍流d—und負荷負荷（fer個—und—0佳個—Ti個—補燃ffnitd負荷ffec個—erd—Pz,Tz個—爆燃傾向f燃料沉積物的影響用無鉛汽油，沉積物f積碳，工作一定時間后，積碳厚度不再增大；用含鉛汽油，沉積物f鉛化物，碳占10%，厚度不斷增加。影響：①沉積物厚度f，在吸壓過程，不斷加熱混合氣；熱的不良導體，使末端混合氣溫度f;占一定燃燒容積，￡個,D個，表面點火f。大氣狀態(tài)P0d,m1d—ead—und—Ped，be個—Pcd—Pzd—DdT0個,mid—Rad—pind—Ped，be個—Pc個—D個對汽油機燃燒室的設(shè)計要求：動力性個經(jīng)濟性個（Pe個bed）；較低的排放污染；不正常燃燒現(xiàn)象d;噪聲d;起動性個；允許燃燒較稀混合氣。設(shè)計時主要考慮因素：結(jié)構(gòu)緊湊（A/v）良好的重充氣性能火花塞位置安排適當組織適當?shù)耐牧鬟\動⑨各種燃燒室比較（P133，表5-1）第六章、柴油機混合氣形成和燃燒柴油機混合氣的形成和燃燒的特點：進氣是純空氣，混合氣在氣缸內(nèi)部形成（混合氣形成方式：空間霧化混合、壁面油膜蒸發(fā)混合）;混合氣形成時間短,占15~30°CA;混合氣形成不均勻，整個燃燒室《a=0~8混合氣形成與燃燒室緊密相連，壓燃，預混合燃燒+擴散燃燒柴油機滯燃期的影響因素：噴油時，缸內(nèi)溫度和壓力P個,T個-Tid;燃料性質(zhì)，十六烷值f—cid；轉(zhuǎn)速、負荷、噴油提前角等都是通過噴油時缸內(nèi)溫度來影響cio（轉(zhuǎn)速個，Tid;噴油提前角為開口向上拋物線，存在最佳噴油提前角）柴油機工作粗暴與汽油機爆燃比較：相同點：在燃燒本質(zhì)上相同，都是可燃混合氣的自燃;不同點：發(fā)生的部位不同，汽油機燃燒爆燃發(fā)生在燃燒后期，而柴油機工作粗暴發(fā)生在燃燒初期。壓力,柴油機工作粗暴缸內(nèi)壓力是均勻的，無沖擊波產(chǎn)生，而汽油機爆燃時缸內(nèi)壓力不均勻，有沖擊波產(chǎn)生。汽油機爆燃，敲缸聲高頻，清脆，而柴油機工作粗暴敲缸聲低頻，沉悶?；径x：幾何供油規(guī)律：供油速率隨噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時間）變化的關(guān)系噴油規(guī)律：噴油速率隨噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時間）變化關(guān)系柴油機工作粗暴：柴油機不正常噴射：二次噴射、斷續(xù)噴射、隔次噴射、氣穴、滴油二次噴射：噴射終了針閥落座后，在壓力波動的影響下針閥再次升起、產(chǎn)生噴射的現(xiàn)象。影響柴油機燃燒過程的因素：燃料性質(zhì)：主要指十六烷值和餾程一般情況下，十六烷值高，發(fā)火性好，但蒸發(fā)性差（餾出溫度高）工作柔和但冒煙。餾程低，蒸發(fā)性好，但發(fā)火性差，冒煙d但工作粗暴。供油提前角:e大-噴油早，缸內(nèi)pj低-較多燃料在上止點前燃燒，壓縮負功個TPedTbe個T著火落后期長，粗暴。e小T噴油晚T較多燃料在膨脹沖程中燃燒T熱效率dTPed-be個e最佳-TPemax,bemin轉(zhuǎn)速：nf—傳熱損失，漏氣損失（一噴油壓力f-霧化個一缸內(nèi)渦流f以時間計的著火落后期，燃燒持續(xù)期（；以轉(zhuǎn)角計的著火落后期，燃燒持續(xù)期f—燃燒不及時一niZ，所以車用柴油機都裝有供油提前角自動提前器。nI一傳熱f,泄漏f—混合氣不均勻，燃燒/ 一nitI—渦流（一噴油壓力/一霧化/負荷：負荷f—每循環(huán)供油量gbf,空氣量基本不變一QaI—燃燒完全性I，噴油持續(xù)性f,燃燒及時性I—nitI負荷f—加熱量f,殘余廢氣系數(shù)I,壁面溫度Twf—著火落后期I—燃燒粗暴I噪音I負荷相對散熱損失nit降低柴油機工作粗暴的途徑：減少著火落后期Ti,如：個￡，用十六烷值高的燃料等；減少著火落后期內(nèi)的噴油量；減少著火落后期內(nèi)形成的混合氣量（采用油膜蒸發(fā)形成混合氣）（核心思想就是降低著火落后期形成的混合氣）第七章、排氣污染與控制發(fā)動機排放污染物種類&危害：一氧化碳（CO）:能使血液輸氧能力大大降低，使心臟、頭腦等重要器官嚴重缺氧，引起頭暈、惡心、頭痛，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損，慢性中毒，嚴重時使心血管工作困難；碳氫化合物（HC）：高濃度時會對眼、呼吸道和皮膚有強烈的刺激作用，是光化學煙霧的重要成分；氮氧化物（NO）：NO在我大氣中容易被氧化成NO2，NO2毒性很強，是光化學煙霧的x22主要作物；微粒（PM）：致癌，也會導致慢性病、肺氣腫、皮膚病以及其他疾??；硫氧化物（SO）：自身有毒，形成酸雨；X二氧化碳（CO2）：溫室效應。柴油機&汽油機排放物生成機理：一氧化碳（CO）：燃料不能完全燃燒生成CO。汽油機：ea=1時，燃料完全燃燒，產(chǎn)物為CO2和H20。實際上，*a<1時，部分燃料不能完全燃燒生成CO；*a>1時，理論上不存在CO,但是燃料混合不均勻可能產(chǎn)生CO,而且燃燒后的高溫使部分CO2被分解成CO和O2。柴油機：理論上不存在CO,但是混合不均勻和局部缺氧會產(chǎn)生少量的CO。汽油機CO是柴油機的幾十倍。碳氫化物（HC）：未燃和未完全燃燒的燃油。HC在汽油機中的生成機理排氣HC的生成機理（55?65%）｛書上只介紹了排氣生成機理｝（1）不完全燃燒;（2）壁面淬熄及縫隙效應;（3）壁面油膜和積碳的吸附;非排氣HC的生成機理（1）曲軸箱竄氣（20?25%）;（2）燃油蒸發(fā)（15?20%）;HC在柴油機中的生成機理（由機內(nèi)燃燒產(chǎn)生）（1）混合不均勻;（2）噴油器壓力室容積的影響（3）冷啟動白煙；比較：汽油機HC排放是柴油機的幾十倍。氮氧化合物（NOx）：排氣中的NO主要是由空氣中所含的氮在高溫下氧化而成的。富氧高溫和氧與氮在高溫中的停留時間是發(fā)動機燃燒過程中NO生成的三要素。NO被氧化成NO2。汽油機NOX的排放與柴油機數(shù)量級基本相當,柴油機稍高。微粒（PM）：柴油機微粒的排放量比汽油機大幾十倍。生成條件是高溫和缺氧，由于柴油機混合氣極不均勻，盡管總是富氧燃燒，但局部缺氧還是會導致炭煙生成。【汽油機】排放污染物的機內(nèi)&機外凈化技術(shù)：機內(nèi)凈化：1.推遲點火時刻；排氣再循環(huán)EGR；燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計；提高點火能量；電控汽油噴射技術(shù)。機外凈化（排氣后處理）：1.熱反應器；催化轉(zhuǎn)化器；3.NO吸附還原催化劑。x【柴油機】排放污染物的機內(nèi)&機外凈化技術(shù)：機內(nèi)凈化：1.推遲噴油時刻；排氣再循環(huán)；增壓及增壓中冷；改善噴油特性；改進燃燒方法和燃燒室。機外凈化：1.氧化催化轉(zhuǎn)化器；2?柴油機NO還原催化劑；X微粒捕集器。第八章、發(fā)動機特性基本概念：發(fā)動機工況：發(fā)動機在某一轉(zhuǎn)速和負荷狀態(tài)下的工作狀態(tài)，簡稱工況。發(fā)動機速度特性：在油量調(diào)節(jié)機構(gòu)位置不變的情況下，發(fā)動機的性能指標隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。負荷特性：轉(zhuǎn)速不變，其經(jīng)濟性指標隨負荷（可用功率Pe、轉(zhuǎn)矩Ttq或平均有效壓力Pme表示）的變化關(guān)系。萬有特性：萬有特性是以轉(zhuǎn)速n為橫坐標，以轉(zhuǎn)矩Ttq或平均有效壓力Pme為縱坐標，在圖上畫出許多等耗油率曲線和等功率曲線，組成發(fā)動機萬有特性。柴油機的調(diào)速特性：適應性系數(shù)：轉(zhuǎn)矩儲備系數(shù)：穩(wěn)態(tài)調(diào)速率：瞬態(tài)調(diào)速率：萬有特性制取