發(fā)動(dòng)機(jī)原理總結(jié)

第二章、發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)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(biāo)定工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)每升氣缸工作容積所發(fā)出的有效功率；比質(zhì)量：發(fā)動(dòng)機(jī)干質(zhì)量與所給的標(biāo)定功率之比。表征的是發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量利用程度和結(jié)構(gòu)緊湊性。機(jī)械損失：機(jī)械損失的構(gòu)成：發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)零件的摩擦損失；驅(qū)動(dòng)附屬機(jī)構(gòu)的損失3.泵氣損失機(jī)械損失（機(jī)械效率）的主要影響因素：復(fù)習(xí)PPT機(jī)械損失的測(cè)定方法：1.示功圖法倒拖法（只應(yīng)用于測(cè)汽油機(jī)，不適用與大功率發(fā)動(dòng)機(jī)）滅缸法（應(yīng)用于多缸柴油機(jī)）油耗線法排氣渦輪增壓柴油機(jī)不能用倒拖法和滅缸法，因?yàn)榈雇戏ê蜏绺追ㄆ茐牧嗽鰤合到y(tǒng)的正常工作。提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：n6） 提高內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械效率：nm刀采用二沖程提高升功率：T理論循環(huán)：實(shí)際循環(huán)簡(jiǎn)化后便于定量分析的假想循環(huán)。簡(jiǎn)化條件：認(rèn)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(jiǎn)化為由外界無數(shù)熱源想工質(zhì)進(jìn)行的等容、等壓或混合加熱過程壓縮和膨脹過程簡(jiǎn)化為理想的絕熱等熵過程換氣過程簡(jiǎn)化為氣門在上、下止點(diǎn)瞬間開關(guān)不同加熱方式對(duì)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(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)和理論循環(huán)比較，主要損失有哪些？P41實(shí)際工質(zhì)的影響傳熱損失換氣損失燃燒損失（時(shí)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(dòng)機(jī)換氣過程充量系數(shù)：每循環(huán)實(shí)際吸入氣缸的新鮮充量m】與進(jìn)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(jìn)排氣門開啟時(shí)刻以及持續(xù)開啟時(shí)間。換氣損失：理論循環(huán)與實(shí)際循環(huán)的換氣功之差。影響充量系數(shù)的因素：進(jìn)氣終了壓力paa進(jìn)氣終了溫度Taa殘余廢氣系數(shù)配氣正時(shí)（配氣相位中對(duì)充量系數(shù)影響最大的是進(jìn)氣遲閉角、其次是排氣遲閉角）壓縮比6.進(jìn)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(jī)與柴油機(jī)有什么不同：P68提高充量系數(shù)的措施：降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力1） 減少進(jìn)氣門處損失【增大進(jìn)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(dòng)損失】；2） 減少進(jìn)氣管道阻力【減少進(jìn)氣道流動(dòng)阻力、減少進(jìn)氣管流動(dòng)阻力、減少空濾的流動(dòng)阻力】合理選擇配氣相位減小排氣系統(tǒng)阻力減少對(duì)新鮮充量的熱傳導(dǎo)進(jìn)氣系統(tǒng)采用電子控制技術(shù)【可變進(jìn)氣系統(tǒng)、可變配氣相位】第四章、燃燒與燃料熱化學(xué)：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(shí)際供給空氣量L與L0的比值殘余廢氣系數(shù)：每循環(huán)進(jìn)氣過程結(jié)束時(shí)氣缸內(nèi)的殘余廢氣量與實(shí)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(shí)際膠質(zhì)、誘導(dǎo)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(píng)價(jià)指標(biāo)是柴油自燃點(diǎn)與十六烷值；2.低溫流動(dòng)性：凝點(diǎn)、冷濾點(diǎn)；3.蒸發(fā)性：閃點(diǎn)、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(diǎn)燃而自動(dòng)著火的性能。對(duì)柴油來說，自燃性差，則起動(dòng)性差，工作粗暴。十六烷值是評(píng)價(jià)柴油自燃性好壞的指標(biāo)對(duì)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(yù)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(kuò)散燃燒。（3） 熱值—能量密度汽Hu44000>柴Hu42500汽油機(jī)和柴油機(jī)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(yù)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(diǎn)燃，用高壓電火花點(diǎn)燃；預(yù)混合氣體中的火焰?zhèn)鞑??？稍趀a=1的條件下完全燃燒。柴油一易自燃，壓縮著火（壓燃）；擴(kuò)散燃燒，即邊噴油-邊混合-邊燃燒，所以自燃但不會(huì)爆燃，為了完全燃燒，必須ea>1.0（1.2）（3）負(fù)荷調(diào)節(jié)方式不同：汽油機(jī)一預(yù)混合，ea基本保持不變，量調(diào)節(jié)；柴油機(jī)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(jī)混合氣形成和燃燒汽油機(jī)混合氣形成和燃燒的特點(diǎn)：1） 氣缸外部形成混合氣（預(yù)制混合氣）2） 外源點(diǎn)火——容易控制點(diǎn)火時(shí)間、地點(diǎn)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(gè)；點(diǎn)火時(shí)，缸內(nèi)溫度f壓力f-Tid;ea=0.85-0.95時(shí)，Ti最短；殘余廢氣系數(shù)枷個(gè)TTi個(gè)；點(diǎn)火能量E個(gè)TTi山。爆燃的外部特征：1）金屬敲擊聲；2） 輕微爆燃時(shí)：pe略有增加；嚴(yán)重爆燃時(shí)：pe下降，n下降，工作不穩(wěn)定，機(jī)身有較大振動(dòng)；3） 冷卻系統(tǒng)過熱，氣缸蓋溫度、冷卻水溫和潤(rùn)滑油溫明顯上升；4） 嚴(yán)重時(shí)甚至冒黑煙爆燃的機(jī)理：末端混合氣在正?；鹧媲颁h到達(dá)前自燃，壓力驟升，產(chǎn)生壓力沖擊波強(qiáng)烈爆燃對(duì)汽油機(jī)的危害：1）熱負(fù)荷及散熱損失增加；2）機(jī)械負(fù)荷增大；3）動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)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(duì)汽油機(jī)燃燒過程的影響：點(diǎn)火提前角的影響點(diǎn)火提前角e個(gè)T部分燃料在上止點(diǎn)f壓縮負(fù)功f?/△?個(gè)TPz（爆燃傾向D個(gè)）fPedbe個(gè)點(diǎn)火提前角0^^燃燒不及時(shí)f大部分燃料在膨脹中燃燒一熱量利用率低Pedbe個(gè)混合氣成分的影響恤=0.85-0.95（功率混合氣），un個(gè)Wi山（爆燃傾向個(gè)）Ra<1,Pe個(gè),be個(gè)->CO個(gè)ea=1.05-1.15（經(jīng)濟(jì)混合氣）燃燒完全，迅速（及時(shí)性f）nit個(gè)-be山；ea>1.15，稀混合氣，燃燒慢（不及時(shí)），補(bǔ)燃fnit—be個(gè)，可能出現(xiàn)進(jìn)氣管內(nèi)回火;ea<0.85（濃混合氣）燃燒慢，補(bǔ)燃f燃燒不完全,nitd-be個(gè),可能出現(xiàn)排氣管放炮現(xiàn)象。轉(zhuǎn)速nn個(gè)-湍流ffun個(gè)-燃燒時(shí)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(gè)—Tidnd—泄漏、傳熱f—湍流d—und負(fù)荷負(fù)荷（fer個(gè)—und—0佳個(gè)—Ti個(gè)—補(bǔ)燃ffnitd負(fù)荷ffec個(gè)—erd—Pz,Tz個(gè)—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(shí)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(dǎo)體，使末端混合氣溫度f;占一定燃燒容積，￡個(gè),D個(gè)，表面點(diǎn)火f。大氣狀態(tài)P0d,m1d—ead—und—Ped，be個(gè)—Pcd—Pzd—DdT0個(gè),mid—Rad—pind—Ped，be個(gè)—Pc個(gè)—D個(gè)對(duì)汽油機(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)要求：動(dòng)力性個(gè)經(jīng)濟(jì)性個(gè)（Pe個(gè)bed）；較低的排放污染；不正常燃燒現(xiàn)象d;噪聲d;起動(dòng)性個(gè)；允許燃燒較稀混合氣。設(shè)計(jì)時(shí)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(dāng)組織適當(dāng)?shù)耐牧鬟\(yùn)動(dòng)⑨各種燃燒室比較（P133，表5-1）第六章、柴油機(jī)混合氣形成和燃燒柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒的特點(diǎn)：進(jìn)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(shí)間短,占15~30°CA;混合氣形成不均勻，整個(gè)燃燒室《a=0~8混合氣形成與燃燒室緊密相連，壓燃，預(yù)混合燃燒+擴(kuò)散燃燒柴油機(jī)滯燃期的影響因素：噴油時(shí)，缸內(nèi)溫度和壓力P個(gè),T個(gè)-Tid;燃料性質(zhì)，十六烷值f—cid；轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、噴油提前角等都是通過噴油時(shí)缸內(nèi)溫度來影響cio（轉(zhuǎn)速個(gè)，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(jī)工作粗暴與汽油機(jī)爆燃比較：相同點(diǎn)：在燃燒本質(zhì)上相同，都是可燃混合氣的自燃;不同點(diǎn)：發(fā)生的部位不同，汽油機(jī)燃燒爆燃發(fā)生在燃燒后期，而柴油機(jī)工作粗暴發(fā)生在燃燒初期。壓力,柴油機(jī)工作粗暴缸內(nèi)壓力是均勻的，無沖擊波產(chǎn)生，而汽油機(jī)爆燃時(shí)缸內(nèi)壓力不均勻，有沖擊波產(chǎn)生。汽油機(jī)爆燃，敲缸聲高頻，清脆，而柴油機(jī)工作粗暴敲缸聲低頻，沉悶。基本定義：幾何供油規(guī)律：供油速率隨噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時(shí)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(shí)間）變化關(guān)系柴油機(jī)工作粗暴：柴油機(jī)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(dòng)的影響下針閥再次升起、產(chǎn)生噴射的現(xiàn)象。影響柴油機(jī)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(diǎn)前燃燒，壓縮負(fù)功個(gè)TPedTbe個(gè)T著火落后期長(zhǎng)，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(gè)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(gè)一缸內(nèi)渦流f以時(shí)間計(jì)的著火落后期，燃燒持續(xù)期（；以轉(zhuǎn)角計(jì)的著火落后期，燃燒持續(xù)期f—燃燒不及時(shí)一niZ，所以車用柴油機(jī)都裝有供油提前角自動(dòng)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(fù)荷：負(fù)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(shí)性I—nitI負(fù)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(fù)荷相對(duì)散熱損失nit降低柴油機(jī)工作粗暴的途徑：減少著火落后期Ti,如：個(gè)￡，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(dòng)機(jī)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(yán)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(yán)重時(shí)使心血管工作困難；碳?xì)浠衔铮℉C）：高濃度時(shí)會(huì)對(duì)眼、呼吸道和皮膚有強(qiáng)烈的刺激作用，是光化學(xué)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(qiáng)，是光化學(xué)煙霧的x22主要作物；微粒（PM）：致癌，也會(huì)導(dǎo)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(yīng)。柴油機(jī)&汽油機(jī)排放物生成機(jī)理：一氧化碳（CO）：燃料不能完全燃燒生成CO。汽油機(jī)：ea=1時(shí)，燃料完全燃燒，產(chǎn)物為CO2和H20。實(shí)際上，*a<1時(shí)，部分燃料不能完全燃燒生成CO；*a>1時(shí)，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(jī)：理論上不存在CO,但是混合不均勻和局部缺氧會(huì)產(chǎn)生少量的CO。汽油機(jī)CO是柴油機(jī)的幾十倍。碳?xì)浠铮℉C）：未燃和未完全燃燒的燃油。HC在汽油機(jī)中的生成機(jī)理排氣HC的生成機(jī)理（55?65%）｛書上只介紹了排氣生成機(jī)理｝（1）不完全燃燒;（2）壁面淬熄及縫隙效應(yīng);（3）壁面油膜和積碳的吸附;非排氣HC的生成機(jī)理（1）曲軸箱竄氣（20?25%）;（2）燃油蒸發(fā)（15?20%）;HC在柴油機(jī)中的生成機(jī)理（由機(jī)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(dòng)白煙；比較：汽油機(jī)HC排放是柴油機(jī)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(shí)間是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中NO生成的三要素。NO被氧化成NO2。汽油機(jī)NOX的排放與柴油機(jī)數(shù)量級(jí)基本相當(dāng),柴油機(jī)稍高。微粒（PM）：柴油機(jī)微粒的排放量比汽油機(jī)大幾十倍。生成條件是高溫和缺氧，由于柴油機(jī)混合氣極不均勻，盡管總是富氧燃燒，但局部缺氧還是會(huì)導(dǎo)致炭煙生成。【汽油機(jī)】排放污染物的機(jī)內(nèi)&機(jī)外凈化技術(shù)：機(jī)內(nèi)凈化：1.推遲點(diǎn)火時(shí)刻；排氣再循環(huán)EGR；燃燒系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)；提高點(diǎn)火能量；電控汽油噴射技術(shù)。機(jī)外凈化（排氣后處理）：1.熱反應(yīng)器；催化轉(zhuǎn)化器；3.NO吸附還原催化劑。x【柴油機(jī)】排放污染物的機(jī)內(nèi)&機(jī)外凈化技術(shù)：機(jī)內(nèi)凈化：1.推遲噴油時(shí)刻；排氣再循環(huán)；增壓及增壓中冷；改善噴油特性；改進(jìn)燃燒方法和燃燒室。機(jī)外凈化：1.氧化催化轉(zhuǎn)化器；2?柴油機(jī)NO還原催化劑；X微粒捕集器。第八章、發(fā)動(dòng)機(jī)特性基本概念：發(fā)動(dòng)機(jī)工況：發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速和負(fù)荷狀態(tài)下的工作狀態(tài)，簡(jiǎn)稱工況。發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性：在油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位置不變的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。負(fù)荷特性：轉(zhuǎn)速不變，其經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)隨負(fù)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(biāo)，以轉(zhuǎn)矩Ttq或平均有效壓力Pme為縱坐標(biāo)，在圖上畫出許多等耗油率曲線和等功率曲線，組成發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性。柴油機(jī)的調(diào)速特性：適應(yīng)性系數(shù)：轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)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