汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理（第5版）課件匯總 張志沛 第1-3章 內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)及實(shí)際循環(huán)計(jì)算方法- 柴油機(jī)混合氣形成和燃燒

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理

（第5版）Contents第一章內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)及實(shí)際循環(huán)計(jì)算方法第三章柴油機(jī)混合氣形成和燃燒第五章代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)及新能源汽車(chē)第七章內(nèi)燃機(jī)的廢氣渦輪增壓第二章四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程第六章內(nèi)燃機(jī)噪聲、排放污染及防治第四章汽油機(jī)混合氣形成和燃燒第八章內(nèi)燃機(jī)特性第一章內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)及實(shí)際循環(huán)計(jì)算方法第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)概述第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失第三節(jié)熱平衡第四節(jié)指示指標(biāo)第五節(jié)有效指標(biāo)第六節(jié)機(jī)械損失第七節(jié)燃燒熱化學(xué)第八節(jié)燃燒基本理論第九節(jié)實(shí)際循環(huán)的近似計(jì)算———經(jīng)典熱計(jì)算第十節(jié)實(shí)際循環(huán)數(shù)值計(jì)算方法內(nèi)燃機(jī)的理論循環(huán)是將實(shí)際工作過(guò)程加以抽象簡(jiǎn)化后建立的循環(huán)模式。工程熱力學(xué)中曾經(jīng)討論過(guò)三種內(nèi)燃機(jī)的理論循環(huán)，即定容加熱循環(huán)、定壓加熱循環(huán)和混合加熱循環(huán)。第一節(jié)內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)概述圖1-1內(nèi)燃機(jī)理論循環(huán)(Ｑ１為循環(huán)加熱量，Ｑ′１為定容加熱量，Ｑ″１為定壓加熱量，Ｑ２為循環(huán)放熱量)ａ)定容加熱循環(huán)，ｂ)定壓加熱循環(huán)，ｃ)混合加熱循環(huán)第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失圖１-２非增壓四沖程柴油機(jī)理論循環(huán)和實(shí)際循環(huán)ｐ-Ｖ圖的比較(示意圖)內(nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程就是實(shí)際循環(huán)不斷重復(fù)進(jìn)行的過(guò)程，內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際循環(huán)是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣所組成，較之理論循環(huán)復(fù)雜得多，它不可能達(dá)到理論循環(huán)那樣高的熱效率當(dāng)主動(dòng)叉軸以等角速旋轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)叉軸是不等角速的。第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失工質(zhì)的影響理論循環(huán)是以空氣為工質(zhì)，并假設(shè)比熱?為定值，實(shí)際循環(huán)中的工質(zhì)是空氣、燃料和燃燒產(chǎn)物，其比熱隨溫度上升而增大，考慮實(shí)際工質(zhì)的具體情況后，將對(duì)循環(huán)產(chǎn)生如下影響:(１)在實(shí)際循環(huán)中工質(zhì)的成分會(huì)發(fā)生變化。(２)工質(zhì)的比熱隨溫度的上升而增大,而且燃?xì)獾谋葻岜戎当瓤諝獾男?其結(jié)果均導(dǎo)致循環(huán)熱效率降低,循環(huán)所做的功減少。(３)工質(zhì)的高溫分解。(４)工質(zhì)分子數(shù)的變化。第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失換氣損失理論循環(huán)認(rèn)為進(jìn)、排氣的推動(dòng)功很接近可互相抵消,而把開(kāi)式循環(huán)理想化為閉式循環(huán),而在實(shí)際循環(huán)的換氣過(guò)程中,排氣門(mén)要提前開(kāi)啟,廢氣在下止點(diǎn)前便開(kāi)始逸出(沿ｂ１ｄ１線),使ｐ-Ｖ圖上的有用功面積減小(圖１-２中ｂ１ｂｄ１小塊麻點(diǎn)區(qū)所示),在接著進(jìn)行的排氣和吸氣過(guò)程中,由于流動(dòng)阻力會(huì)產(chǎn)生進(jìn)、排氣推動(dòng)功的差別(圖１-２中ｄ１ｒａ麻點(diǎn)區(qū)所示),排氣門(mén)提前開(kāi)啟造成的損失與進(jìn)、排氣推動(dòng)功之差,這兩部分損失之和就是實(shí)際循環(huán)的換氣損失。第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失汽缸壁的傳熱損失理論循環(huán)假定汽缸壁和工質(zhì)之間無(wú)熱交換，但在實(shí)際循環(huán)中，汽缸壁和工質(zhì)之間自始至終存在著熱量交換。根據(jù)實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知,通過(guò)汽缸壁各部分向外散發(fā)的熱量損失所引起的發(fā)動(dòng)機(jī)功率和熱效率下降約占理論混合循環(huán)發(fā)出的功率和熱效率的１０％。第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失汽缸壁的傳熱損失１.汽缸壁傳熱量的計(jì)算具備所有的三種基本方式:導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射，其中以對(duì)流為主要的傳熱方式。第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失汽缸壁的傳熱損失２.影響傳熱損失的各種因素１)汽缸幾何尺寸的影響２)發(fā)動(dòng)機(jī)行程缸徑比Ｓ/Ｄ的影響３)燃燒室形式的影響４)冷卻介質(zhì)溫度的影響５)增壓程度的影響６)工況變化的影響第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失時(shí)間損失理論循環(huán)中，活塞是以無(wú)限緩慢的速度運(yùn)動(dòng)，以保持汽缸內(nèi)的工質(zhì)始終處于平衡狀態(tài)，并且認(rèn)為由熱源向工質(zhì)進(jìn)行等容加熱的速度極快，可以在瞬間完成，在等壓加熱時(shí)，加熱的速度能與活塞運(yùn)動(dòng)的速度相匹配，以實(shí)現(xiàn)等壓加熱過(guò)程。時(shí)間損失的出現(xiàn)，是由于燃料燃燒的放熱規(guī)律與活塞運(yùn)動(dòng)的規(guī)律難以進(jìn)行完美的配合所致。第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失時(shí)間損失供油提前角對(duì)時(shí)間損失的影響正確調(diào)整供油提前角θ，對(duì)柴油機(jī)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)是非常必要的。圖1-3

12V135柴油機(jī)供油提前角的調(diào)整試驗(yàn)第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失時(shí)間損失轉(zhuǎn)速對(duì)時(shí)間損失的影響隨著轉(zhuǎn)速增加，須相應(yīng)增大供油提前角，才不致造成時(shí)間損失的增大，而當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，供油提前角則應(yīng)減小。圖1-4新105柴油機(jī)的最佳供油提前角與轉(zhuǎn)速的關(guān)系不同的柴油機(jī)，其最佳供油提前角的大致范圍如下:

直接噴射式柴油機(jī)θ＝28℃Ａ~35℃Ａ渦流室和預(yù)燃室式柴油機(jī)θ＝15℃Ａ~20℃Ａ第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失燃燒損失包括后燃和不完全燃燒所引起的損失第二節(jié)內(nèi)燃機(jī)實(shí)際循環(huán)與熱損失其他損失渦流和節(jié)流損失泄漏損失第三節(jié)熱平衡按照熱能在有效功和各種損失方面的數(shù)量分配來(lái)研究燃料中總熱量的利用情況，稱(chēng)為內(nèi)燃機(jī)的熱平衡，內(nèi)燃機(jī)的熱平衡通常是由實(shí)驗(yàn)確定的。圖1-5內(nèi)燃機(jī)的熱平衡圖ａ、從殘余廢氣和排氣中回收的熱量ｂ、由汽缸壁傳給進(jìn)氣的熱量ｃ、排出廢氣傳給冷卻液的熱量ｄ、從摩擦熱中傳給冷卻液的部分ｅ、從排氣系統(tǒng)輻射的熱ｆ、從冷卻系和水套壁輻射的熱量ｇ、從曲軸箱壁和其他不冷卻部分輻射的熱量第三節(jié)熱平衡總熱量的分配大體上可分為如下五大項(xiàng)：１.轉(zhuǎn)化為有效功的熱量ＱＥ２.傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量ＱＳ３.廢氣帶走的熱量ＱＲ４.燃料不完全燃燒造成的熱損失ＱＢ５.其他熱量損失ＱＬ第四節(jié)指示指標(biāo)指示指標(biāo)用來(lái)評(píng)定實(shí)際循環(huán)進(jìn)行情況的好壞，它是以工質(zhì)在汽缸內(nèi)對(duì)活塞做功的過(guò)程為研究基礎(chǔ)的。

用平均指示壓力及指示功率評(píng)定循環(huán)的動(dòng)力性，用指示熱效率及指示燃料消耗。率評(píng)定循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。第四節(jié)指示指標(biāo)工質(zhì)在汽缸內(nèi)對(duì)活塞所做的指示功，是通過(guò)示功圖的面積來(lái)計(jì)算的。圖1-7由ｐ-φ示功圖轉(zhuǎn)換為ｐ-Ｖ示功圖的作圖方法圖1-6120四沖程單缸試驗(yàn)柴油機(jī)的示功圖第四節(jié)指示指標(biāo)

1.指示功和平均指示壓力第四節(jié)指示指標(biāo)

2.指示功率第四節(jié)指示指標(biāo)

3.指示熱效率和指示燃油消耗率第五節(jié)有效指標(biāo)內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性指標(biāo)是以曲軸對(duì)外輸出的功率為研究基礎(chǔ)的，是代表內(nèi)燃機(jī)的整機(jī)性能的指標(biāo)，通常稱(chēng)為有效指標(biāo)。內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性能指標(biāo)有效功率有效轉(zhuǎn)矩平均有效壓力轉(zhuǎn)速ｎ和活塞平均速度Ｃｍ第五節(jié)有效指標(biāo)2.內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)ηηｅ＝ＷｅＱ１＝ＷｉηｍＱ１ｅ＝ＷｅＱ１＝ＷｉηｍＱ１有效熱效率：

轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)角與安裝在轉(zhuǎn)向盤(pán)同側(cè)的轉(zhuǎn)向車(chē)輪偏轉(zhuǎn)角的比值。有效燃油消耗率(簡(jiǎn)稱(chēng)耗油率)：有效燃油消耗率ｇｅ是單位有效功的耗油量通常以每千瓦時(shí)的耗油量表示。第五節(jié)有效指標(biāo)3.內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化程度

升功率和比質(zhì)量：升功率Ｐｌ是內(nèi)燃機(jī)每升工作容積所發(fā)出的有效功率強(qiáng)化系數(shù)：平均有效壓力ｐｅ與活塞平均速度Ｃｍ的乘積稱(chēng)為強(qiáng)化系數(shù),寫(xiě)成pe·Cm

,它與活塞單位面積功率成正比。第五節(jié)有效指標(biāo)4.內(nèi)燃機(jī)其他性能評(píng)定排氣品質(zhì)噪聲起動(dòng)性第六節(jié)機(jī)械損失內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械損失消耗了一部分指示功率,使對(duì)外輸出的有效功率小于指示功率,不同類(lèi)型的內(nèi)燃機(jī),其各部分機(jī)械損失所占百分比差別很大.第六節(jié)機(jī)械損失

1.機(jī)械效率

第六節(jié)機(jī)械損失2.機(jī)械損失的測(cè)定測(cè)定方法倒拖法滅缸法油耗線法示功圖法第六節(jié)機(jī)械損失2.影響機(jī)械效率的因素使用因素的影響

負(fù)荷變化潤(rùn)滑油品質(zhì)和冷卻液溫度第七節(jié)燃燒熱化學(xué)1.燃燒所必備的空氣量

1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量第七節(jié)燃燒熱化學(xué)1.燃燒所必備的空氣量

過(guò)量空氣系數(shù)第七節(jié)燃燒熱化學(xué)2.理論分子變更系數(shù)不考慮汽缸中殘留廢氣的情況下，研究燃燒前、后工質(zhì)摩爾數(shù)的變化的情況：１.α>１的情況２.α<１的情況α<１的情況僅在汽油機(jī)上出現(xiàn)。

第七節(jié)燃燒熱化學(xué)3.實(shí)際分子變更系數(shù)

第八節(jié)燃燒基本理論1.連鎖反應(yīng)的機(jī)理及燃燒放熱規(guī)律當(dāng)反應(yīng)體系中出現(xiàn)活化中心后,就會(huì)引起鏈反應(yīng)。一次反應(yīng)完成后產(chǎn)生同量的或多量的活化中心,使化學(xué)反應(yīng)得以繼續(xù)或加速進(jìn)行,這種化學(xué)反應(yīng)稱(chēng)為連鎖化學(xué)反應(yīng)。發(fā)展順序：鏈引發(fā)→鏈傳播→鏈終止分類(lèi)：直鏈反應(yīng)和支鏈反應(yīng)連鎖反應(yīng)的基本概念第八節(jié)燃燒基本理論所謂有效反應(yīng)是指能獲得最終產(chǎn)物及活化中心的反應(yīng)

有效反應(yīng)概念和連鎖化學(xué)反應(yīng)的普遍方程式1.連鎖反應(yīng)的機(jī)理及燃燒放熱規(guī)律第八節(jié)燃燒基本理論

1.連鎖反應(yīng)的機(jī)理及燃燒放熱規(guī)律內(nèi)燃機(jī)燃燒速度的半經(jīng)驗(yàn)方程式第八節(jié)燃燒基本理論2.預(yù)混合氣體中的火焰?zhèn)鞑セ鹧婧诵牡男纬深A(yù)混合氣體在外源點(diǎn)火的情況下形成火焰核心的前提條件是火花塞附近的混合氣必須具備一定的濃度，混合氣過(guò)稀或過(guò)濃都不能著火?；鸹ㄈ鸹ㄖ?，靠火花提供的能量，不僅使局部混合氣溫度進(jìn)一步升高，而且引起火花附近的混合氣電離，形成活化中心，促使支鏈反應(yīng)加速，隨著連鎖化學(xué)反應(yīng)范圍擴(kuò)大，反應(yīng)程度加深，出現(xiàn)明顯的火焰小區(qū)，這就是火焰核心。第八節(jié)燃燒基本理論2.預(yù)混合氣體中的火焰?zhèn)鞑セ鹧娴膫鞑ピ谄字行纬苫鹧婧诵闹螅紵^(guò)程進(jìn)行的實(shí)質(zhì)就是火焰在預(yù)混合氣體中的傳播過(guò)程。圖1-15混合氣成分對(duì)火焰?zhèn)鞑サ挠绊懙诎斯?jié)燃燒基本理論2.預(yù)混合氣體中的火焰?zhèn)鞑セ鹧娴膫鞑セ鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊拇笮∪Q于預(yù)混合氣體的物理化學(xué)性質(zhì)、熱力狀態(tài)、混合氣濃度和氣體流動(dòng)狀況。圖1-16火焰結(jié)構(gòu)及其溫度、濃度分布圖1-17在不同紊流作用下的火焰前鋒圖1-18紊流強(qiáng)度與火焰速度比的關(guān)系第八節(jié)燃燒基本理論3.燃油噴霧與擴(kuò)散燃燒擴(kuò)散燃燒是柴油機(jī)的主要燃燒方式。柴油的蒸發(fā)性能比汽油差，因此不能像汽油那樣在常溫條件下預(yù)先制備好均勻混合氣，它只能采用噴射的方法，將燃油直接噴入壓縮升溫后的工質(zhì)中，在缸內(nèi)形成可燃混合氣，依靠壓縮后的高溫環(huán)境自燃發(fā)火，柴油機(jī)中的燃燒屬于噴霧雙相燃燒，它既有預(yù)混合氣的均相氣相燃燒，也有微油滴群的油滴擴(kuò)散燃燒。第八節(jié)燃燒基本理論3.燃油噴霧與擴(kuò)散燃燒噴入汽缸中的燃油首先要經(jīng)歷破碎和霧化過(guò)程。擴(kuò)散混合是在燃燒室內(nèi)著火以后的混合階段擴(kuò)散混合階段的燃燒稱(chēng)為擴(kuò)散燃燒燃油噴霧與混合第八節(jié)燃燒基本理論3.燃油噴霧與擴(kuò)散燃燒擴(kuò)散燃燒階段的燃燒情況非常復(fù)雜，它既存在預(yù)混合燃燒的形式，又存在單油滴的擴(kuò)散燃燒形式，是一種氣、液雙相混合的燃燒過(guò)程。擴(kuò)散燃燒的特點(diǎn)第九節(jié)實(shí)際循環(huán)的近似計(jì)算———經(jīng)典熱計(jì)算

1.燃燒熱化學(xué)計(jì)算第九節(jié)實(shí)際循環(huán)的近似計(jì)算———經(jīng)典熱計(jì)算2.換氣過(guò)程參數(shù)的確定

第九節(jié)實(shí)際循環(huán)的近似計(jì)算———經(jīng)典熱計(jì)算2.換氣過(guò)程參數(shù)的確定

第九節(jié)實(shí)際循環(huán)的近似計(jì)算———經(jīng)典熱計(jì)算3.壓縮過(guò)程

第九節(jié)實(shí)際循環(huán)的近似計(jì)算———經(jīng)典熱計(jì)算4.燃燒過(guò)程計(jì)算圖1-24的下圖是與燃燒膨脹過(guò)程對(duì)應(yīng)的燃燒規(guī)律：圖1-2４實(shí)際循環(huán)燃燒過(guò)程的近似和相應(yīng)的燃燒放熱規(guī)律圖1-25不同α?xí)r,石油燃料完全燃燒產(chǎn)物和空氣(α＝∞)的平均等壓摩爾比熱ｃ″ｐ與溫度的關(guān)系第九節(jié)實(shí)際循環(huán)的近似計(jì)算———經(jīng)典熱計(jì)算5.膨脹過(guò)程

第九節(jié)實(shí)際循環(huán)的近似計(jì)算———經(jīng)典熱計(jì)算6.平均指示壓力和指示熱效率的計(jì)算在計(jì)算平均指示壓力pi之前應(yīng)先繪出ｐ-Ｖ示功圖。平均指示壓力pi,即:指示效率ηｉ的計(jì)算式:第九節(jié)實(shí)際循環(huán)的近似計(jì)算———經(jīng)典熱計(jì)算7.實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算舉例【例1-1】試對(duì)6135G柴油機(jī)標(biāo)定工況進(jìn)行實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算，已知條件為:缸徑Ｄ=135ｍｍ，行程Ｓ＝140ｍｍ，缸數(shù)ｉ＝6，12ｈ功率Ｐｅ

=88.５ｋＷ，轉(zhuǎn)速ｎ=1500r/min，壓縮比ε=16.5，每缸工作容積Ｖｈ＝２Ｌ，曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比R/L＝1/4，大氣狀態(tài)ｐ０＝100kpa,T0＝288Ｋ，燃料平均質(zhì)量成分ｗＣ＝0.87，ｗＨ=0.126,wo＝0.004，燃料低熱值Hu＝42500kJ/kg燃料，燃燒室形式為ω形分開(kāi)式。第九節(jié)實(shí)際循環(huán)的近似計(jì)算———經(jīng)典熱計(jì)算7.實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算舉例【例1-2】試對(duì)一臺(tái)車(chē)用四沖程汽油機(jī)標(biāo)定工況進(jìn)行實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算(圖1-29)已知條件為:缸徑Ｄ＝92ｍｍ,行程S=92ｍｍ,缸數(shù)i=4,15min功率Pe=51.5kW,轉(zhuǎn)速n=3800r/min,壓縮比ε=6.5,每缸工作容積Vh＝0.61Ｌ,曲柄半徑與連桿長(zhǎng)度比R/L＝1/3.65,大氣狀態(tài)ｐ０

=100ｋＰａ,Ｔ０

=288Ｋ,燃料平均質(zhì)量成分C=0.855,H=0.145,ｍＴ=114,燃料低熱值Hu＝44100kJ/kg燃料,燃燒室形式為浴盆式。第九節(jié)實(shí)際循環(huán)的近似計(jì)算———經(jīng)典熱計(jì)算8.熱計(jì)算的計(jì)算機(jī)程序編制

由計(jì)算實(shí)例可知，實(shí)際循環(huán)熱計(jì)算的數(shù)學(xué)模型雖不算復(fù)雜，但計(jì)算步驟仍較煩瑣，手算很費(fèi)時(shí)間。第十節(jié)實(shí)際循環(huán)數(shù)值計(jì)算方法1.數(shù)值計(jì)算的數(shù)學(xué)模型單純?nèi)紵艧崧视?jì)算零維燃燒模型準(zhǔn)維燃燒模型多維燃燒模型圖1-30多維模型示意圖第十節(jié)實(shí)際循環(huán)數(shù)值計(jì)算方法1.一種簡(jiǎn)單的零維模型數(shù)值計(jì)算方法模型假定在推導(dǎo)缸內(nèi)工作過(guò)程計(jì)算的基本微分方程式時(shí)，采用如下的簡(jiǎn)化假定:(１)不考慮汽缸內(nèi)各點(diǎn)的壓力、溫度與濃度的差異，認(rèn)為缸內(nèi)的狀態(tài)是均勻的，(２)工質(zhì)的比熱容、比熱力學(xué)能和比焓等熱力學(xué)參數(shù)僅與氣體的溫度和氣體的成分有關(guān)，(３)不考慮進(jìn)排氣系統(tǒng)壓力和溫度波動(dòng)對(duì)進(jìn)排氣過(guò)程的影響，氣體流動(dòng)視為準(zhǔn)穩(wěn)定流動(dòng)，且不計(jì)氣體流入或流出時(shí)的動(dòng)能，

(４)不考慮通過(guò)活塞環(huán)組、氣門(mén)等處的氣體泄漏損失。

第十節(jié)實(shí)際循環(huán)數(shù)值計(jì)算方法1.一種簡(jiǎn)單的零維模型數(shù)值計(jì)算方法基本微分方程組在上述假定條件下，對(duì)圖１￣３１所示的熱力系統(tǒng)，取缸套壁面、缸蓋底面和活塞上頂面所圍成的容積為控制容積，應(yīng)用熱力學(xué)第一定律、質(zhì)量守恒定律以及氣體狀態(tài)方程，并經(jīng)適當(dāng)?shù)淖儞Q，可以得到計(jì)算內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程的通用方程組，即圖1-31汽缸內(nèi)工作過(guò)程計(jì)算簡(jiǎn)圖

燃燒期：第十節(jié)實(shí)際循環(huán)數(shù)值計(jì)算方法1.一種簡(jiǎn)單的零維模型數(shù)值計(jì)算方法缸內(nèi)實(shí)際工作過(guò)程的計(jì)算

換氣過(guò)程：從排氣門(mén)開(kāi)啟，排出廢氣，到進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉，完成進(jìn)氣，這一過(guò)程統(tǒng)稱(chēng)為換氣過(guò)程。

第十節(jié)實(shí)際循環(huán)數(shù)值計(jì)算方法1.一種簡(jiǎn)單的零維模型數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)排氣過(guò)程的計(jì)算對(duì)于進(jìn)排氣過(guò)程熱力參數(shù)的計(jì)算,不僅要求解缸內(nèi)過(guò)程的熱力參數(shù),有時(shí)還希望了解進(jìn)排氣道及進(jìn)排氣管內(nèi)的壓力及溫度波動(dòng)情況,以預(yù)測(cè)或驗(yàn)證進(jìn)排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果,開(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓匹配計(jì)算等。第十節(jié)實(shí)際循環(huán)數(shù)值計(jì)算方法1.一種簡(jiǎn)單的零維模型數(shù)值計(jì)算方法內(nèi)燃機(jī)性能的計(jì)算為了模擬計(jì)算出內(nèi)燃機(jī)的有效性能參數(shù)，需要確定在該計(jì)算工況下的機(jī)械損失或機(jī)械效率，一般需考慮內(nèi)燃機(jī)的形式、轉(zhuǎn)速、汽缸直徑、負(fù)荷、增壓壓力、潤(rùn)滑油溫度和冷卻液溫度等因素，由于內(nèi)燃機(jī)的形式繁雜，工況多變，目前尚無(wú)公認(rèn)的通用計(jì)算方法，需要計(jì)算者根據(jù)具體情況篩選。THANKYOU汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理

（第5版）Contents第一章內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)及實(shí)際循環(huán)計(jì)算方法第三章柴油機(jī)混合氣形成和燃燒第五章代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)及新能源汽車(chē)第七章內(nèi)燃機(jī)的廢氣渦輪增壓第二章四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程第六章內(nèi)燃機(jī)噪聲、排放污染及防治第四章汽油機(jī)混合氣形成和燃燒第八章內(nèi)燃機(jī)特性第二章四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程第一節(jié)換氣過(guò)程與換氣損失第二節(jié)充氣效率第三節(jié)影響充氣效率的各種因素第四節(jié)提高充氣效率的措施第五節(jié)進(jìn)氣管內(nèi)的動(dòng)力效應(yīng)第六節(jié)內(nèi)燃機(jī)可變技術(shù)1.換氣過(guò)程第一節(jié)換氣過(guò)程與換氣損失自由排氣階段強(qiáng)制排氣階段進(jìn)氣過(guò)程氣門(mén)疊開(kāi)和燃燒室掃氣2.換氣損失和泵氣損失第一節(jié)換氣過(guò)程與換氣損失換氣損失排氣損失自由排氣損失強(qiáng)制排氣損失進(jìn)氣損失泵氣損失1.充氣效率的實(shí)驗(yàn)測(cè)定第二節(jié)充氣效率實(shí)際內(nèi)燃機(jī)充氣效率可用實(shí)驗(yàn)方法直接測(cè)定，對(duì)于非增壓內(nèi)燃機(jī)，可視燃燒室沒(méi)有掃氣，用流量計(jì)(如標(biāo)準(zhǔn)孔板)來(lái)實(shí)測(cè)內(nèi)燃機(jī)吸入的總充氣量Ｖ(ｍ３/ｈ)，而理論充氣量Ｖｓｈ可由下式算出:式中:Ｖｈ———汽缸工作容積，Ｌ，ｉ———汽缸數(shù)ｎ———內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速，ｒ/ｍｉｎ。由此可得實(shí)驗(yàn)測(cè)定的充氣效率值為：2.充氣效率的分析式第二節(jié)充氣效率

第三節(jié)影響充氣效率的各種因素

圖2-6不同轉(zhuǎn)速下的進(jìn)氣壓力圖2-7不同節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、不同轉(zhuǎn)速時(shí)的進(jìn)氣壓力

第三節(jié)影響充氣效率的各種因素

3.壓縮比ε與殘余廢氣系數(shù)γ第三節(jié)影響充氣效率的各種因素

4.配氣定時(shí)第三節(jié)影響充氣效率的各種因素

5.進(jìn)氣(或大氣)狀態(tài)第三節(jié)影響充氣效率的各種因素

1.減少進(jìn)氣門(mén)處的流動(dòng)損失第四節(jié)提高充氣效率的措施進(jìn)氣馬赫數(shù)Ｍ內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣馬赫數(shù)Ｍ是進(jìn)氣門(mén)處氣流平均速度ｖｍ與該處音速ａ的比值減小進(jìn)氣門(mén)處的流動(dòng)損失增大進(jìn)氣門(mén)直徑，配置適當(dāng)大小的排氣門(mén)采用四氣門(mén)結(jié)構(gòu)(二進(jìn)、二排))改善進(jìn)氣門(mén)和氣門(mén)座處的流體動(dòng)力性能2.減小整個(gè)進(jìn)氣管道對(duì)氣流的阻力第四節(jié)提高充氣效率的措施空氣濾清器加大流通有效面積，改進(jìn)濾清性能，經(jīng)常清理維護(hù)，及時(shí)更換濾芯。進(jìn)氣管和汽缸蓋中的進(jìn)氣道保證有足夠的流通截面，注意管道內(nèi)表面粗糙度，避免急轉(zhuǎn)彎及流通截面突變而產(chǎn)生的阻力。3.減少對(duì)新鮮工質(zhì)的熱傳導(dǎo)第四節(jié)提高充氣效率的措施內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量，會(huì)不可避免地對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)中的新鮮工質(zhì)造成影響。新鮮工質(zhì)受到熱傳導(dǎo)引起的溫升和很多因素有關(guān)，除了在設(shè)計(jì)上對(duì)熱傳導(dǎo)與傳熱損失做周密的考慮外，在運(yùn)轉(zhuǎn)條件方面，降低活塞、進(jìn)排氣門(mén)等零件溫度和減少新鮮充量接觸面積，都有利于減少熱傳導(dǎo)對(duì)新鮮充量的影響。4.減小排氣系統(tǒng)對(duì)氣流的阻力第四節(jié)提高充氣效率的措施

5.合理選擇配氣定時(shí)第四節(jié)提高充氣效率的措施配氣定時(shí)的合理程度應(yīng)按下列幾個(gè)方面來(lái)綜合評(píng)定:(１)提高充氣效率以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能；

(２)合適的充氣效率特性以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的需要；

(３)較小的換氣損失以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能；

(４)必要的燃燒室掃氣作用以保證高溫零件的熱負(fù)荷得以適當(dāng)降低，達(dá)到可靠運(yùn)轉(zhuǎn)；

(５)合適的排氣溫度；

(６)降低噪聲及排氣污染5.合理選擇配氣定時(shí)第五節(jié)進(jìn)氣管內(nèi)的動(dòng)力效應(yīng)慣性效應(yīng)慣性效應(yīng)的收益與配氣定時(shí)中的進(jìn)氣遲閉角有直接關(guān)系，隨著進(jìn)氣遲閉角β的增大，最佳?ｔ范圍(即最佳轉(zhuǎn)速范圍)向增大方向移動(dòng)。

5.合理選擇配氣定時(shí)第五節(jié)進(jìn)氣管內(nèi)的動(dòng)力效應(yīng)波動(dòng)效應(yīng)本循環(huán)波動(dòng)效應(yīng)(諧波增壓進(jìn)氣系統(tǒng))上一循環(huán)波動(dòng)效應(yīng)當(dāng)進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉后,進(jìn)氣管內(nèi)的氣柱還在繼續(xù)波動(dòng),對(duì)下一循環(huán)的進(jìn)氣量造成影響,即稱(chēng)為上一循環(huán)波動(dòng)效應(yīng)圖2-14本循環(huán)波動(dòng)效應(yīng)說(shuō)明圖2-15波動(dòng)效應(yīng)1.可變進(jìn)氣管第六節(jié)內(nèi)燃機(jī)可變技術(shù)圖２-１７可變進(jìn)氣管１進(jìn)氣門(mén)２空氣濾清器３進(jìn)氣軟管４節(jié)氣門(mén)５穩(wěn)壓室６長(zhǎng)進(jìn)氣管７短進(jìn)氣管兼諧振器８轉(zhuǎn)換閥圖２１８里卡多公司設(shè)計(jì)的可變進(jìn)氣管ａ)中、低轉(zhuǎn)速ｂ)高轉(zhuǎn)速2.可變氣門(mén)正時(shí)第六節(jié)內(nèi)燃機(jī)可變技術(shù)圖２-１９氣門(mén)正時(shí)可變機(jī)構(gòu)ａ)提前,ｂ)推后１可動(dòng)活塞２正時(shí)帶輪３外殼４凸輪軸５凸輪軸正時(shí)控制閥６閥軸７返程彈簧８內(nèi)齒輪９外齒輪氣門(mén)正時(shí)可變2.可變氣門(mén)正時(shí)第六節(jié)內(nèi)燃機(jī)可變技術(shù)圖２-20氣門(mén)升程可變機(jī)構(gòu)氣門(mén)升程可變氣門(mén)升程可變,是在凸輪軸上裝置兩組凸輪,分別為低速使用的低升程、短持續(xù)期進(jìn)氣凸輪和高速使用的高升程、長(zhǎng)持續(xù)期進(jìn)氣凸輪。這種可變系統(tǒng)可以滿足高、低速對(duì)配氣正時(shí)的不同要求，保證高、低速良好的性能，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜。第六節(jié)內(nèi)燃機(jī)可變技術(shù)調(diào)節(jié)實(shí)際壓縮比和膨脹比調(diào)節(jié)進(jìn)氣渦流取消節(jié)氣門(mén)無(wú)凸輪配氣機(jī)構(gòu)內(nèi)部廢氣再循環(huán)有利于實(shí)施斷缸技術(shù)減速、制動(dòng)功用可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)的其他優(yōu)勢(shì)或潛在功能2.可變氣門(mén)正時(shí)3.壓縮比可變技術(shù)第六節(jié)內(nèi)燃機(jī)可變技術(shù)壓縮比的改變是通過(guò)調(diào)節(jié)燃燒室的體積而實(shí)現(xiàn)的。改變?nèi)紵殷w積的方法有較多種，基本可分為三類(lèi)：其一改變活塞上止點(diǎn)位置; 其二改變汽缸蓋與活塞頂?shù)南鄬?duì)位置;其三改變汽缸蓋底部的形狀.3.壓縮比可變技術(shù)第六節(jié)內(nèi)燃機(jī)可變技術(shù)多連桿可變壓縮比機(jī)構(gòu)圖２-21多連桿可變壓縮比機(jī)構(gòu)ａ)機(jī)構(gòu)組成ｂ)高壓縮比時(shí)ｃ)低壓縮比時(shí)由于曲軸上的曲柄長(zhǎng)度縮短,減少了活塞的擺動(dòng)幅度,進(jìn)而減少了活塞與汽缸壁之間的摩擦,。也因?yàn)槎噙B桿結(jié)構(gòu)的特殊性,使內(nèi)燃機(jī)慣性振動(dòng)大大減弱,可無(wú)須平衡軸,但是可變機(jī)構(gòu)較復(fù)雜,增加轉(zhuǎn)速遲緩。3.壓縮比可變技術(shù)第六節(jié)內(nèi)燃機(jī)可變技術(shù)汽缸蓋可動(dòng)式可變壓縮比機(jī)構(gòu)圖２-21多連桿可變壓縮比機(jī)構(gòu)ａ)機(jī)構(gòu)組成ｂ)高壓縮比時(shí)ｃ)低壓縮比時(shí)薩博公司將內(nèi)燃機(jī)分為上、下兩部分，上部為做成一體的汽缸蓋和汽缸筒，下部由曲軸、活塞、連桿、機(jī)體組成，兩部分通過(guò)橡膠密封件密封連接并與曲軸箱隔開(kāi)，可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。4.二沖程內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展第六節(jié)內(nèi)燃機(jī)可變技術(shù)應(yīng)用：回流掃氣二沖程內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，特別是曲軸箱掃氣，無(wú)須另帶掃氣泵，因此，廣泛用于小型汽油機(jī)上。二沖程內(nèi)燃機(jī)采用的新技術(shù)有：(１)優(yōu)化配氣方式(２)采用缸內(nèi)直噴技術(shù)(３)潤(rùn)滑方式的革新THANKYOU汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理

（第5版）Contents第一章內(nèi)燃機(jī)性能指標(biāo)及實(shí)際循環(huán)計(jì)算方法第三章柴油機(jī)混合氣形成和燃燒第五章代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)及新能源汽車(chē)第七章內(nèi)燃機(jī)的廢氣渦輪增壓第二章四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過(guò)程第六章內(nèi)燃機(jī)噪聲、排放污染及防治第四章汽油機(jī)混合氣形成和燃燒第八章內(nèi)燃機(jī)特性第三章柴油機(jī)混合氣形成和燃燒第一節(jié)柴油機(jī)混合氣形成第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程第三節(jié)柴油機(jī)機(jī)械控制燃油噴射系統(tǒng)第四節(jié)柴油機(jī)電子控制燃油噴射系統(tǒng)1.形成混合氣的兩種基本形式第一節(jié)柴油機(jī)混合氣形成空間霧化混合空間霧化混合是在噴油壓力較高(一般為20000

~30000kPa)的條件下,將燃料噴向燃燒室空間,利用噴注與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及空氣在壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱能,實(shí)現(xiàn)破碎霧化、吸熱蒸發(fā)并與空氣混合形成可燃混合氣。優(yōu)點(diǎn)：不必專(zhuān)門(mén)組織進(jìn)氣渦流缺點(diǎn)：工作粗暴，零件承受的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力較大；NOx的排放率較高。主要用于：大、中型柴油機(jī)1.形成混合氣的兩種基本形式第一節(jié)柴油機(jī)混合氣形成油膜蒸發(fā)混合油膜蒸發(fā)混合是將大部分燃油噴到燃燒室壁面上，形成一層油膜，油膜在壁溫和熱空氣的作用下蒸發(fā)、汽化并與空氣混合形成可燃混合氣。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)供油系統(tǒng)及其設(shè)備和噴油壓力要求較低缺點(diǎn)：穩(wěn)定性較差；冷起動(dòng)較困難；HC排放率較高；可增壓性也較差；這種燃燒系統(tǒng)要求較高的使用和維修水平2.燃料的噴霧第一節(jié)柴油機(jī)混合氣形成油束的形成及特性油燃料以很高的壓力12000

~25000kPa和很高的速度(100~300ｍ/ｓ)從噴油器的噴孔噴出，形成一個(gè)如圖3-1所示的圓錐狀油束(稱(chēng)為噴注)。圖3-1油束形狀第一節(jié)柴油機(jī)混合氣形成油束的形成及特性圖中的橫坐標(biāo)是油粒的直徑,縱坐標(biāo)是某一直徑油粒占全部油粒的百分?jǐn)?shù),曲線越窄,越靠近縱坐標(biāo)軸,表示油粒越細(xì)越均勻,即霧化質(zhì)量越好。圖3-1霧化特性曲線2.燃料的噴霧第一節(jié)柴油機(jī)混合氣形成影響油束特性的因素

噴油器的結(jié)構(gòu)不同，引起油束形成的內(nèi)部擾動(dòng)也不同，從而就產(chǎn)生不同形式的油束，噴油器的主要結(jié)構(gòu)形式如圖。2.燃料的噴霧第一節(jié)柴油機(jī)混合氣形成影響油束特性的因素圖３-４噴孔直徑對(duì)霧化特性的影響燃油噴射壓力越大,則燃油流出的初速度就越大,在噴孔中燃油擾動(dòng)程度及流出噴孔后所受到的介質(zhì)阻力也就越大,使霧化的細(xì)度和均勻度提高,即霧化質(zhì)量好。圖3-5噴油壓力對(duì)霧化特性的影響2.燃料的噴霧第一節(jié)柴油機(jī)混合氣形成影響油束特性的因素介質(zhì)密度增大使反壓力增加，引起作用在油束上的空氣阻力增加，因此，燃料霧化有所改善，噴霧錐角增加，射程縮短。圖3-6不同噴油壓力和反壓力下，油束射程隨時(shí)間的變化關(guān)系2.燃料的噴霧第一節(jié)柴油機(jī)混合氣形成影響油束特性的因素

凸輪形狀較陡或轉(zhuǎn)速較高時(shí)，均會(huì)使噴油泵的柱塞供油速度加快，由于節(jié)流作用會(huì)使油管中的燃油壓力增加，從而使噴油速度增大，因此，霧化變好，油束射程和噴霧錐角均有所增加。2.燃料的噴霧

第一節(jié)柴油機(jī)混合氣形成2.空氣運(yùn)動(dòng)對(duì)混合氣形成的影響空氣運(yùn)動(dòng)可以促使油束分散，增大混合的范圍。熱混合作用對(duì)混合氣的形成有重要影響圖3-7多孔噴油嘴的混合氣形成圖3-8隨空氣運(yùn)動(dòng)的燃燒質(zhì)點(diǎn)軌跡與密度比值的關(guān)系

第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程1.燃燒過(guò)程進(jìn)行情況第Ⅰ階段———滯燃期第Ⅱ階段———速燃期第Ⅲ階段———緩燃期第Ⅳ階段———補(bǔ)燃期

第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程2.著火延遲的影響因素壓縮溫度對(duì)著火延遲的影響.壓縮壓力對(duì)著火延遲的影響噴油提前角對(duì)著火延遲的影響轉(zhuǎn)速對(duì)著火延遲的影響油品對(duì)著火延遲的影響第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程2.著火延遲的影響因素從這兩張圖看出,在相同的燃料下,Ｍ型燃燒過(guò)程的著火延遲期比直噴式燃燒室的約長(zhǎng)１０％,柴油的著火延遲期最短,汽油的著火延遲期最長(zhǎng),航空煤油居中。圖3-16直噴式燃燒室與M型燃燒過(guò)程滯燃期的比較(輕柴油)１,直噴式燃燒室２,Ｍ型燃燒過(guò)程圖3-17不同燃料和不同燃燒室對(duì)滯燃期影響的比較(該圖是在n=1000r/min時(shí)測(cè)繪的,有陰影線者為球形燃燒室,無(wú)陰影線者為一般直噴式燃燒室)１,輕柴油２,航空煤油３,汽油

對(duì)放熱規(guī)律的影響：圖3-19給出了滯燃期對(duì)放熱規(guī)律的影響(該曲線是在n=1500r/min,Ｎｅ=8.85kW,θｓ=-18°CA時(shí)測(cè)繪的)１,τｉ=0.89ms２,τｉ=1.44ms圖３-19第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程2.著火延遲的影響因素著火延遲期對(duì)燃燒過(guò)程的影響圖3-18對(duì)平均有效壓力和功率的影響：柴油機(jī)的功率與其平均有效壓力成正比,所以著火延遲對(duì)功率的影響與對(duì)平均有效壓力的影響相同。對(duì)燃油消耗率的影響：如果單位時(shí)間內(nèi)柴油機(jī)的耗油量一定，則功率增大就使燃油消耗率下降。圖3-21滯燃期對(duì)燃油消耗率的影響第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程2.著火延遲的影響因素著火延遲期對(duì)柴油機(jī)性能的影響圖3-20滯燃期對(duì)平均有效壓力的影響對(duì)平均有效壓力和功率的影響：著火延遲期對(duì)排氣溫度的影響趨勢(shì)與對(duì)燃油消耗率的影響趨勢(shì)大致相同,而對(duì)煙度的影響趨勢(shì)則相反第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程2.著火延遲的影響因素圖3-22滯燃期對(duì)煙度、排氣溫度和指示燃油消耗率的影響(該圖是在D=110mm，S=126.5mm,nd=1500r/min,ε=16時(shí)測(cè)繪的)對(duì)煙度和排氣溫度的影響第二節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程2.著火延遲的影響因素從這兩張圖看出,在相同的燃料下,Ｍ型燃燒過(guò)程的著火延遲期比直噴式燃燒室的約長(zhǎng)１０％,柴油的著火延遲期最短,汽油的著火延遲期最長(zhǎng),航空煤油居中。圖3-16直噴式燃燒室與M型燃燒過(guò)程滯燃期的比較(輕柴油)１,直噴式燃燒室２,Ｍ型燃燒過(guò)程圖3-17不同燃料和不同燃燒室對(duì)滯燃期影響的比較(該圖是在n=1000r/min時(shí)測(cè)繪的,有陰影線者為球形燃燒室,無(wú)陰影線者為一般直噴式燃燒室)１,輕柴油２,航空煤油３,汽油第三節(jié)柴油機(jī)機(jī)械控制燃油噴射系統(tǒng)1.燃油噴射現(xiàn)以柱塞式噴油泵的供油系統(tǒng)為例，來(lái)說(shuō)明噴油過(guò)程的工作特性。圖3-23噴油過(guò)程１，噴油泵柱塞２，進(jìn)、回油孔３，出油閥４，出油閥彈簧５、７，壓力傳感器６，高壓油管８，針閥彈簧９，噴油器針閥幾何供油規(guī)律是指從幾何關(guān)系求出的油泵凸輪每轉(zhuǎn)１°(或每秒)噴油泵供入高壓系統(tǒng)的燃油量gp(ｍｍ3/°CA或ｍｍ3/s)隨凸輪轉(zhuǎn)角φ(或時(shí)間t)的變化關(guān)系：噴油規(guī)律是指在噴油過(guò)程中每秒或每度泵軸轉(zhuǎn)角從噴油器噴出的燃油量ｇｂ隨時(shí)間或泵軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系,即：圖3-24供油規(guī)律和噴油規(guī)律的比較(噴油器ZSOSJnp＝750r/min)第三節(jié)柴油機(jī)機(jī)械控制燃油噴射系統(tǒng)1.燃油噴射幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律圖3-25

Ⅱ號(hào)泵的速度特性第三節(jié)柴油機(jī)機(jī)械控制燃油噴射系統(tǒng)2.噴油泵速度特性噴油泵速度特性當(dāng)噴油泵油量控制機(jī)構(gòu)(齒條或拉桿