发动机原理全套课程教学课件.ppt

1、1 汽车发动机原理 第一章发动机性能 2 学习发动机原理的目的和内容: 目的: 提高发动机性能 内容: 深入发动机工作过程的 各个阶段,分析影响发动机性能指 标的各种因素,研究提高性能的具 体措施和努力方向。 3 发动机性能评价的主要指标: 动力性指标: 功率P、转矩Ttq、转速n、 平均有效压力pe 经济性指标：燃油消耗率b、（润滑油 消耗率） 环保性指标：有害排放物（CO、HC、 NOx微粒）、噪声、振动 使用性指标：可靠性、耐久性、维修方 便性 循环分类 (1)理论循环(Theoretical Cycle ) 工质理想气体（空气），物性参数为常数 循环理想循环； 封闭热力循环：系统加热燃

2、烧放热，膨胀后当作系统放热 气体交换:气门瞬间开闭,缸内压力不变地流入流出过程 特殊热力过程 ：绝热压缩和膨胀，等容或等压放热和吸热 （2）理想循环(Ideal Cycle） 工质真实工质，组份变化、特性参数变化； 循环理想循环 （3）真实循环（Real Cycle） 工质真实工质 循环真实循环 4 5 1、理论循环 发动机工作过程 6 定容加热循环 奥托循环（Otto Cycle ） 汽油机 7 定压加热循环 狄赛尔循环（Diesel Cycle） 低速及高增压柴油机 8 混和加热循环 萨巴特循环（Sabathe Cycle ） 高速柴油机 9 三种理论循环 自然吸气发动机三种理论循环的p-

3、v 及T-S图 a)等容循环 b)等压循环 c)混合循环 10 基于理论循环的发动机评价指标： 循环热效率t和循环平均压力pt 11 最高温度相同时，提高压缩比对循环的影响 12 压缩比 、绝热指数与循环热效率t的关系 等容加热理论循环热效率t 与压缩比的关系曲线 13 压力升高比和预膨胀比对循环热效率t的影响 14 a)压缩比相同 b)最高压力相同 Q2pQ2mQ2v Q2vQ2mQ2p tvtm tp tptm tv 定压 定容 定容 定压 加热量Q1相同时，三种理论循环t的比较 15 理论循环分析的指导意义 指出了改善发动机动力性、经济性的基指出了改善发动机动力性、经济性的基 本原则和方

4、向本原则和方向 在允许的条件下，尽可能提高压缩比在允许的条件下，尽可能提高压缩比 合理组织燃烧，提高循环加热合理组织燃烧，提高循环加热 等容度等容度 （减少预膨胀比（减少预膨胀比和合理选择燃烧始点）和合理选择燃烧始点） 保证工质具有较高的绝热指数保证工质具有较高的绝热指数K 16 四行程发动机的实际循环 自然吸气四行程发动机示功图 a)示功图 b)压力图(展开示功图) Ai A2 A1 vs va vc r r P0 b Pe Va气缸总容积 Vs气缸工作容积 Vc气缸剩余容积 P0大气压力 Pd缸内进气压力 Pe缸内排气压力 返回 17 示功图测试系统 示功图是研究热功转换 的最常用的手段

5、18 非增压发动机的展开示功图 19 四行程发动机的实际循环(增压) Pb压气机后压力 Pk涡轮机前压力 p0 A1 pd A3 pb va Vs pe pk Vc 废气涡轮增压发动机示功图 返回 20 涡轮增压系统工作原理图涡轮增压系统工作原理图 返回上一页 21 自然吸气式发动机示功图分析 W1 W2 vs va vc r r P0 b Pe Va气缸总容积 Vs气缸工作容积 Vc气缸剩余容积 P0大气压力 Pd缸内进气压力 Pe缸内排气压力 循环动力过程功循环动力过程功压缩冲程、压缩冲程、 燃烧膨胀冲程所作之功，正功，等燃烧膨胀冲程所作之功，正功，等 于封闭曲线所包围的环积分面积于封闭曲

6、线所包围的环积分面积 Saczba 泵气过程功泵气过程功排气冲程、进气排气冲程、进气 冲程所作之功，冲程所作之功， 等于封闭曲线所包等于封闭曲线所包 围的环积分面积围的环积分面积Sarrba自然吸气发自然吸气发 动机为负动机为负，增压发动机为正增压发动机为正； 净指示功净指示功考虑泵气损失的指考虑泵气损失的指 示功示功 循环动力功泵气过程功循环动力功泵气过程功 即：即： （W1+W3）（W2+W3 ） W1+W2 返回指示指标 W1 W2 W3 22 指示指标指示指标实际循环的评价指标实际循环的评价指标 指示指标指示指标：是以工质对活塞所作之功：是以工质对活塞所作之功 （净指示功净指示功Wi）

7、为计算基准的。）为计算基准的。 指示指标用来标定实际循环质量的好指示指标用来标定实际循环质量的好 坏。坏。 它不受动力输出它不受动力输出 过程中机械摩擦和附过程中机械摩擦和附 件消耗等外来因素的影响，直接反映件消耗等外来因素的影响，直接反映 由燃烧到热工转换的工作循环进行的由燃烧到热工转换的工作循环进行的 好坏，因而在工作过程的分析研究中好坏，因而在工作过程的分析研究中 得到广泛的应用。得到广泛的应用。 23 指示指标指示指标 1. 指示功指示功 (kJ) Wi (一个实际循环工质对活塞所一个实际循环工质对活塞所 做的有用功做的有用功,即即净指示功净指示功,相当于示功图面积相当于示功图面积A1

8、A3) 2.平均指示压力平均指示压力 (MPa) pmi=Wi/ Vs 3.平均指示功率平均指示功率 (kw) Pi = pmiVsin/30 4.指示热效率指示热效率 i=Wi/Q1 =3.6/ bih 5.指示燃料消耗率指示燃料消耗率 (g/(kw h) ) bi=B/Pi （单位指示功的（单位指示功的 耗油量）耗油量） B 每小时耗油量（每小时耗油量（kg/h） 注意：计算时用国际单位制注意：计算时用国际单位制 返回 24 有效指标有效指标评价发动机性能的指标评价发动机性能的指标 有效指标有效指标：指以曲轴输出功：指以曲轴输出功We 为计算基准的指标称为有效性能为计算基准的指标称为有效性

9、能 指标。指标。 有效指标用来直接评定发动机有效指标用来直接评定发动机 实际工作性能的优劣，故在生产实际工作性能的优劣，故在生产 实践中得到广泛的应用。实践中得到广泛的应用。 25 平均指示压力平均指示压力 Wi pmi Vs 指示功指示功一个实际循环工一个实际循环工 质对活塞所作的有用功质对活塞所作的有用功 平均指示压力平均指示压力单位气缸单位气缸 容积所作的指示功；容积所作的指示功； pmi=Wi/Vs 由于量纲正好是压力的量纲，由于量纲正好是压力的量纲， 所以称为所以称为“压力压力” 即：即：Wi=pmi Vs 相当于一个不变的（平均的）相当于一个不变的（平均的） 压力压力pmi作用在活

10、塞上，使其移作用在活塞上，使其移 动一个冲程所作的功，其值等动一个冲程所作的功，其值等 于于Wi 平均指示压力的直观示意图 返回 26 有效指标 动力性指标：动力性指标： 1. 有效功率有效功率 (kJ) Pe (曲轴输出功曲轴输出功)= Pi - Pm 2.平均有效压力平均有效压力 (MPa) pme=We/ Vs 3.有效功率有效功率 (kw) Pe= pmeVsin/30 4.有效扭矩有效扭矩 (N.m) Pe = 2nTtq/60*1000 = Ttqn/9550 5.转速转速n(转转/min)和活塞平均速度和活塞平均速度Cm (m/s) Cm = Sn/30 返回 27 Pm(机械损

11、失功）机械损失功） 指示功率不能完全对外输出，功指示功率不能完全对外输出，功 在发动机内部传递过程中，不可在发动机内部传递过程中，不可 避免有以下损失：避免有以下损失： 内部运动零件的摩擦损失内部运动零件的摩擦损失 驱动附属机构的损失驱动附属机构的损失 泵气损失泵气损失 返回 28 有效指标有效指标 经济性指标经济性指标 6.有效热效率有效热效率 e=We/Q1 =3.6/ bih 7.有效燃料消耗率有效燃料消耗率 (g/(kw h) ) be=B/Pe 29 发动机的强化指标发动机的强化指标 升功率升功率PL(kw.L)和比质量和比质量me (kg/kw) PL = Pe/Vsi= pmeV

12、sin/30Vsi = pmen/30 me = m/ Pe m 发动机的干质量，不含冷却水和润滑油发动机的干质量，不含冷却水和润滑油 的发动机质量的发动机质量 2.强化系数强化系数pmeCm pmeCm越高，发动机的热负荷和机械负荷越越高，发动机的热负荷和机械负荷越 大，发动机的发展趋势大，发动机的发展趋势 是强化系数的提高，是强化系数的提高， 故故pmeCm的提高也标志了技术的进步。的提高也标志了技术的进步。 30 机械损失机械损失 (定义定义) 发动机运行 31 机械损失(组成与份额) 发动机内部运动零件的摩擦损失(占Pm 的6275%) 活塞组件与缸壁的摩擦(4560% ) 、曲柄连机

13、组轴承的摩擦、 (1520% ) 气阀机构的摩擦(23% )等。 驱动附件的损失(占Pm 的1020%) 水泵、水箱风扇、机油泵、柴油机喷油泵、空调、转向助 力泵等 泵气损失(占Pm 的1020%) A3+A2 32 机械损失(测量方法) 1）倒拖法）倒拖法 发动机按测试工况运行到正常稳定状态发动机按测试工况运行到正常稳定状态 (水温、油温正常水温、油温正常) ,断油或切断断油或切断 点火，立即将测功机转为电动机运行，反拖发动机到同样转速，则测点火，立即将测功机转为电动机运行，反拖发动机到同样转速，则测 得的反拖功率即为机械损失功率。显然，这种测试方法必然将泵气损得的反拖功率即为机械损失功率。

14、显然，这种测试方法必然将泵气损 失功包含在内了。失功包含在内了。 误差：误差： （a）无燃烧，缸内压力低，活塞与缸套间隙加大；润滑油粘度加大，）无燃烧，缸内压力低，活塞与缸套间隙加大；润滑油粘度加大， 摩擦损失增加摩擦损失增加 （b）缸内工质温度低，工质密度大，排气压力加大，泵气损失增加。）缸内工质温度低，工质密度大，排气压力加大，泵气损失增加。 汽油机压缩比小，所以误差小，柴油机则误差较大。汽油机压缩比小，所以误差小，柴油机则误差较大。 33 2）灭缸法）灭缸法 用于多缸机用于多缸机 设设N缸发动机正常运转时，测出有效功率缸发动机正常运转时，测出有效功率Pe。然后第。然后第i缸灭火（停止供油

15、缸灭火（停止供油 或点火或点火 ），在相同转速下测定工作的），在相同转速下测定工作的N-1个气缸的个气缸的有效功率（有效功率（Pe）-i, 此时认为总的此时认为总的Pm 不变，则灭缸后所减少的输出功率量为被灭缸的指示功不变，则灭缸后所减少的输出功率量为被灭缸的指示功 率率Pi 本质上也是倒拖法，只不过是用本质上也是倒拖法，只不过是用N-1个缸的动力来反拖被来的那一缸而已。个缸的动力来反拖被来的那一缸而已。 理论上反拖法存在的误差，灭缸法也存在，但由于测定时整机状态更接理论上反拖法存在的误差，灭缸法也存在，但由于测定时整机状态更接 近于真实情况，某些误差会相对小一些。近于真实情况，某些误差会相对

16、小一些。 新问题：灭缸后进排气波动效应会影响各缸进气的均匀性，从而引起额新问题：灭缸后进排气波动效应会影响各缸进气的均匀性，从而引起额 外的测试误差。外的测试误差。 34 3）油耗线法）油耗线法 转速不变，测出整机油耗随负荷转速不变，测出整机油耗随负荷 的变化曲线。将此线外延到与横的变化曲线。将此线外延到与横 坐标交的坐标交的a点，则点，则a0之值为机械之值为机械 损失值损失值pmm。 图上横坐标为正值：输出功率点；图上横坐标为正值：输出功率点； 为为0 ：怠速点；怠速点； 为负值：外界输入功率的反拖点，而为负值：外界输入功率的反拖点，而a点则是发动机停机不点则是发动机停机不 耗油的全反拖点。

17、显然此值亦包含了泵气损失。耗油的全反拖点。显然此值亦包含了泵气损失。 适合柴油机，不适合汽油机适合柴油机，不适合汽油机 35 小结小结： 1）汽油机多用倒拖法，不适合用灭缸法和油耗线法（不成直线）汽油机多用倒拖法，不适合用灭缸法和油耗线法（不成直线） 2）小型柴油机适合灭缸法、反拖法，自然吸气柴油机多在生产、调试中使）小型柴油机适合灭缸法、反拖法，自然吸气柴油机多在生产、调试中使 用油耗线法，作为产品质量监控的手段。用油耗线法，作为产品质量监控的手段。 3）废气涡轮增压柴油机无法使用倒拖法和灭缸法，因为这两种方法都破坏）废气涡轮增压柴油机无法使用倒拖法和灭缸法，因为这两种方法都破坏 了增压系统

18、的正常工作。了增压系统的正常工作。 低增压低增压 可以用油耗线法。高增压机型，除示功图法外，尚无更好的方法。可以用油耗线法。高增压机型，除示功图法外，尚无更好的方法。 36 机械损失(影响因素) 1）转速）转速n（活塞平均速度（活塞平均速度cm ） n、cm，摩擦损失，摩擦损失，泵气损失，泵气损失，驱动附件消耗的功，驱动附件消耗的功 2）负荷）负荷 pm 37 3）润滑条件及冷却水温度）润滑条件及冷却水温度 机油选用原则：在保证发动机正常工作时有可靠润滑条件的前提下，机油选用原则：在保证发动机正常工作时有可靠润滑条件的前提下， 尽量选用粘度系数小的润滑油，以减少摩擦损失，改善起动性能。尽量选用

19、粘度系数小的润滑油，以减少摩擦损失，改善起动性能。 强化系数高，轴承负荷大时，用粘度较大的润滑油；转速高，配合间强化系数高，轴承负荷大时，用粘度较大的润滑油；转速高，配合间 隙小时，用粘度较小的润滑油。隙小时，用粘度较小的润滑油。 冷却水温度影响燃烧过程和传热损失，也与润滑油的用油温度有关，冷却水温度影响燃烧过程和传热损失，也与润滑油的用油温度有关， 也就关系到摩擦损失的大小，提高水温，对性能有益，但受水的沸点的也就关系到摩擦损失的大小，提高水温，对性能有益，但受水的沸点的 限制，水温在限制，水温在8095 正常机油温度在正常机油温度在85110 ，高品质油可允许在更高温度下工作，高品质油可允

20、许在更高温度下工作 38 常用动力、经济性指示指标、有效指标和机械损失指标一览表 指标名称 单位 指示指标 有效指标 机械损失指标 各指标间的关系 循环功(单 缸) kJ Wi We Wm We=WiWm 平均压力 MPa pmi=Wi/Vs pme=pmi-pmm 功率 kw Pi Pe Pm Pe=PiPm 转矩 N m Ttq 升功率 kw/L PL 比质量 kg/kw me=m/Pe 热效率 i=Wi/Q1 e=We/Q1 m= We/ Wi = Pe/ Pi= pme/ pmi e =i m 燃油消耗率 kg/(kw h) bi=B/Pi be=B/Pe bi =mbe 升功率单位排

21、量发出的功率；比质量单位有效功率所占质量 39 发动机实际循环与理论循环的比较 补（后）燃损失 排气提前损失 （自由排气损失） 换气损失 传热、流动引起的损失wb 非 瞬 时 燃 烧 引 起 的 损 失 （ 燃 烧 提 前 ） 某四冲程自然吸气柴油机能量利用率递减图例 40 燃料完全燃 烧 低热值能量 全部放出 A 混合加热 理论循环 热效率 B 混合加热 理想循环 热效率 C 真实循 环指示 热效率 D 真实循 环有效 热效率 E 100% 61% 53.5% 45% 35% 41 发动机热平衡图 燃料燃烧放出的热量QT 转化为指示功的热量Qi 转化为有效功的热量Qe 排气带走的热量QR 传

22、给冷却介质的热量Qs QL 42 能量的合理利用 在燃料的总热量中,仅有2540%的热量转变为有效功,其余 的都 损失了,主要废气带走,其次是传给冷却水. 废气能量的利用: 废气涡轮增压 进气量, 输出功率; 泵气正功,Pm略 ,m , e 复合式发动机 低散热发动机 低品位热量的利用 43 思考题 1. 内燃机的理论循环与真实循环有何差别？真实汽油机和柴油机接近何种理 论循环？ 2.相同压缩比 、循环加热量Q1时，三种基本理论循环的热效率 t哪个大？ 哪个小？利用TS图加以证明。 3.利用TS图证明在Q1和最高压力P相同时，柴油机的热效率比汽油机的高。 （注意柴油机最高压力大于汽油机） 4.

23、简述各种机械损失测定方法的原理 5.6185Q-l 柴油机，DS= 135140mm，6缸四冲程，2200rpm时的输出功率 为154kw，be为217g/kw.h。 求：1.此时的Pme、Ttq和e值，已知柴油的热值为42500kJ/kg 2.m=0.75,求其bi、 i 、Pi及Pm各值 44 内燃机原理 发动机的换气过程 45 四行程发动机的换气过程 换气过程换气过程:排出废气充入新气的全过程排出废气充入新气的全过程 周期性的非稳态流动的过程 从“量”方面影响动力性和经济性(进气量) 换气过程的目的换气过程的目的: : 最大限度地吸入新鲜充量 最小的换气损失 各缸进气的均匀性 在缸内形成

24、合理的流场，以控制混合气的形成和燃烧 46 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.配气相位对发动机性能的影响配气相位对发动机性能的影响 4.四行程发动机的充气效率四行程发动机的充气效率 v v及影响因素 及影响因素 5.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8. 二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 （1 1）换气过程包括从排气门开启到进气门关）换气过程包括从排气门开启到进气门关 闭的整个时期，约占曲轴转角闭的整个时期，约占曲轴转角410410480480。 换气系统：进气系统换气系统：进

25、气系统+ +燃烧室燃烧室+ +排气系统；排气系统； 进气提前角进气提前角0 04040 进气迟闭角进气迟闭角20206060 排气提前角排气提前角30308080 排气迟闭角排气迟闭角10103535 自然吸气式发动机的配气定时自然吸气式发动机的配气定时 47 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.配气相位对发动机性能的影响配气相位对发动机性能的影响 4.四行程发动机的充气效率四行程发动机的充气效率 v v及影响因素 及影响因素 5.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8. 二行程发动机的换气过

26、程二行程发动机的换气过程 （2）换气过程分期）换气过程分期 排气过程（占排气过程（占240 260曲轴转角）曲轴转角） 自由排气阶段自由排气阶段 （超临界、亚临界）：（超临界、亚临界）： 1/3 下止点后下止点后10 30 曲轴转角结束，排出曲轴转角结束，排出6060的废气的废气 强制排气阶段：强制排气阶段：2/3 进气过程：进气过程： （占（占230 260曲轴转角）曲轴转角） 进气门提前打开为了保证活塞下行时有足够大进气门提前打开为了保证活塞下行时有足够大 的开启面积的开启面积 核心问题是充气效率核心问题是充气效率 v v 气门重叠过程：（占气门重叠过程：（占0 80曲轴转角）曲轴转角）

27、进、排气门同时开启进、排气门同时开启 可以利用气流的压差、惯性或进、排气管压力可以利用气流的压差、惯性或进、排气管压力 波，清除残余废气。波，清除残余废气。 48 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.配气相位对发动机性能的影响配气相位对发动机性能的影响 4.四行程发动机的充气效率四行程发动机的充气效率 v v及影响因素 及影响因素 5.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8. 二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 X Y d w Y排气泵气损失排气泵气损失 X进气泵气损失进气泵气损失

28、W自由排气损失（排气门提自由排气损失（排气门提 前打开引起的膨胀功的损失）前打开引起的膨胀功的损失） 换气损失换气损失=泵气损失泵气损失+膨胀损失膨胀损失 =排气损失排气损失+进气损失进气损失 49 1. .四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.2.换气损失换气损失 3.3.配气相位对发动机性能的影响配气相位对发动机性能的影响 4.4.四行程发动机的充气效率四行程发动机的充气效率 v v及影响因素 及影响因素 5.5.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 6.6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.7.可变技术可变技术 8. 8. 二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 5

29、0 1. .四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.2.换气损失换气损失 3.3.配气相位对发动机性能的影响配气相位对发动机性能的影响 4.4.四行程发动机的充气效率四行程发动机的充气效率 v v及影响因素 及影响因素 5.5.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 6.6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.7.可变技术可变技术 8. 8. 二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 配气相位影响充气效率配气相位影响充气效率 ， 也影响循环的热效率也影响循环的热效率 51 气门重叠时的进排气过程气门重叠时的进排气过程 52 （1 1）充气效率是实际进入气缸的容积的）充气效率是实际

30、进入气缸的容积的 新鲜工质的量与进气状态下充满气缸工作新鲜工质的量与进气状态下充满气缸工作 容积的新鲜工质的量的比值容积的新鲜工质的量的比值 v v= m = m1 1/m/ms s=V=V1 1/V/Vs s (2)(2)影响充气效率的因素影响充气效率的因素 进气终了压力进气终了压力p pa a P Pa a v v 进气终了温度进气终了温度T Ta a T Ta a v v 残余废气系数残余废气系数 v v 配气定时配气定时 压缩比压缩比 v v 进气状态进气状态 P Ps s P Pa a v v 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.配气相位对发动

31、机性能的影响配气相位对发动机性能的影响 4.四行程发动机的充气效率四行程发动机的充气效率v及影响因素及影响因素 5.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8. 二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 53 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 5.进排气管动态效应进排气管动态效应 6.可变技术可变技术 7. 二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 减少各段通路的阻力，增大流通能力

32、，是减少各段通路的阻力，增大流通能力，是 提高提高v，改善发动机性能的主要方向。进，改善发动机性能的主要方向。进 气系统的阻力不仅影响充气效率气系统的阻力不仅影响充气效率v，也影，也影 响换气损失，从而影响发动机的输出功率。响换气损失，从而影响发动机的输出功率。 一、进气门一、进气门 1、提高进气门的时面值、提高进气门的时面值fdt 转速转速n提高提高,时面值降低时面值降低,dt内通过气门的气体流内通过气门的气体流 量减少量减少 2、进气马赫数、进气马赫数M a Ma 0.5后，后， v会急速下降会急速下降 因为：虽然平均流速未达到音速，但因为：虽然平均流速未达到音速，但 某些小升程段的流速已

33、接近“壅塞”某些小升程段的流速已接近“壅塞” 进气马赫数进气马赫数是进气门处气体的平均速度与该处声 速的比值 平均流速定义为：实际进入气缸的新鲜 充量与进气门有效时面值之比。 在正常的配气条件下在正常的配气条件下，当当Ma超过一定数值超过一定数值 (05左右左右)时时，充气效率充气效率便便急剧下降急剧下降 57 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 5.进排气管动态效应进排气管动态效应 6.可变技术可变技术 7. 二行程发动机的换气过程二行程发动机的

34、换气过程 3、气门直径ds和气门数 增大气门直径可扩大气流通路截面积 多气门结构可大幅度增加进气体积流量 Ds v 58 60 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时合理选择配气定时 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8.二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 4、气门升程、气门升程 5、减少气门处的流动损失、减少气门处的流动损失 二、进气道和进气管二、进气道和进气管 管壁光滑，避免转弯、截面突变，

35、保证有管壁光滑，避免转弯、截面突变，保证有 足够的流通面积，提高充气效率。足够的流通面积，提高充气效率。 流动损失与燃油雾化的矛盾（化油流动损失与燃油雾化的矛盾（化油 器或单点电喷汽油机）器或单点电喷汽油机） 流动损失与缸内涡流比的矛盾（柴流动损失与缸内涡流比的矛盾（柴 油机和油机和GDI汽油机）汽油机） 柴油机上，还要求气流通过进气道在气缸柴油机上，还要求气流通过进气道在气缸 中形成涡流，改善混合气的形成和燃烧。中形成涡流，改善混合气的形成和燃烧。 三、空气滤清器三、空气滤清器 在保证滤清效果的前提下，尽可能减小阻在保证滤清效果的前提下，尽可能减小阻 力；使用低阻高效的滤清器，及时换芯力；使

36、用低阻高效的滤清器，及时换芯 在惯性力允许条在惯性力允许条件下件下 使气门开闭得尽可能 快，从而增大时面值 ，提高通过能力 62 综合提高气门处流通能力的措综合提高气门处流通能力的措施施 64 1、基本概念 在液压传动中，能量损失主要表现为压 力损失 ，压力损失分为两类：沿程压力损失和局部压 力损失 2、沿程压力损失： 油液沿等直径直管流动时所产生 的压力损失，这类压力损失是由液体流动时的内、外 摩擦力所引起的。 3、局部压力损失： 是油液流经局部障碍（如弯管、 接头、管道截面突然扩大或收缩）时，由于液流的方 向和速度的突然变化，在局部形成旋涡引起油液质点 间，以及质点与固体壁面间相互碰撞和剧

37、烈摩擦而产 生的压力损失。 65 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时合理选择配气定时 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8.二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 D2的进气晚关角D1的进气晚关角 66 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 5.合理选

38、择配气定时合理选择配气定时 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8.二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 动态效应定义动态效应定义: 由于进排气的流动过程 是典型的不稳定 （不定常）流动,使得进排气门处的压力和 流速不断改变,从而对充气效率、排气流速 及各缸进排气不均匀有影响. 管道中压力波传播的基础知识管道中压力波传播的基础知识： 压力波传播的速度就是该介质状态下的 音速 ，若管道中某点在压力波传到时 已具有流速v,则压力波面的传播速度为 c= v ; 压力单波传到之处，其效果是使该处压 力上升者叫密波，或压缩波（正压波）； 反之，为疏波，或膨胀波（负压波）；

39、 开口端出现全负反射，即反射波性质与 来波相反，而幅值相同；封闭端出现全 正反射，即反射波性质及幅值与来波完 全相同。 67 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时合理选择配气定时 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8.二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 单缸机进气管动效应的利用 本循环压力波的动态效应(惯性 效应) 设进气门开启时间为ts,压力波传播 周期为t=2L/ a)t ts时,反射波对

40、进气无影响 b)t ts时,反射波在进气后期到 达气门口时, v v提高 进 气 门 处 的 压 力 68 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时合理选择配气定时 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8.二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 管长L与转速n要合理匹配;L太长,对v没有影响; 太短,多次返回的密波和疏波相互抵消,影响不 大. 69 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.

41、换气损失换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时合理选择配气定时 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8.二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 上循环(波动效应) 不同频比q时,气门口相邻两循环间上一 循环压力波的波形. 当q=1,2,.正整数时,正巧本循环进气 之初,上循环的殘余负波到达,故对 v v不 利;当q=1.5,2.5时,循环的殘余正波 到达,故对 v v有利. 70 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.四行程

42、发动机的充气效率及影响因素四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时合理选择配气定时 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8.二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 结论：结论： 频率比q一定时，管长与转速成 反比。即：高速时所需进气管短， 低速时所需进气管长。 据此原理的可变技术可变进 气管长度技术 71 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时合

43、理选择配气定时 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8.二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 可变进气管长度技术 当发动机在2000转左右时电脑控制进气管长度控制 阀关闭，让空气先流经螺旋形状的长进气管后再进 入汽缸，此时为长进气管状态 当发动机转速上升到5000转时，进气管 长度控制阀打开，让空气不经螺旋管道 而直接进入到汽缸，此时为短进气管状 态。 72 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 5.合理选择配气定时合

44、理选择配气定时 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8.二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 可变进气歧管截面积技术 可变进气歧管截面积技术也是为了发动机 低转速时提高缸内负压而设计的可变机构. 在发动机高转速时使用较大的进气歧管截 面积提高进气流量；在发动机低转速时使 用较小的进气歧管截面积，提高汽缸的进 气负压，也能在汽缸内充分形成涡流，让 空气跟汽油更好的混合 73 1.四行程发动机的换气过程四行程发动机的换气过程 2.换气损失换气损失 3.四行程发动机的充气效率及影响因素四行程发动机的充气效率及影响因素 4.减少进气系统的阻力减少进气系统的阻力 5.合理

45、选择配气定时合理选择配气定时 6.进排气管动态效应进排气管动态效应 7.可变技术可变技术 8.二行程发动机的换气过程二行程发动机的换气过程 可变气门定时机构 凸轮相位可变 High-rpm lobe 74 丰田VVTL-i引擎全名是Variable Valve Timing 吸附在缸壁上的混合气层继续燃烧;部分高 温分解产物（H2、O2、CO等），因在膨胀过程中温度 下降又重新燃烧，放热。由于活塞下行，压力降低， 散热面积增大，使后燃期内燃烧放出的热量不能有效 地转变为功。同时排气温度增加，热效率下降，影响 发动机动力性和经济性。因此，应尽量减少补燃期。 正常燃烧时汽油机后燃现象比柴油机轻得多

46、。 燃烧速度指单位时间燃烧的混合气量，可以表达为： 式中: UT 火焰（传播）速度； A T 火焰前锋面积； T 未燃混合气密度。 燃烧速度 影响火焰（传播）速度UT的因素 燃烧室中气体紊流运动（回顾） 混合气成分 功率混合比、 经济混合比； 火焰传播上、下限 混合气初始温度 UT 火焰前锋表面严重扭曲， 甚至分隔成许多火焰中 心，火焰前锋燃烧区厚 度增加 火焰前锋面积AT 合理设计燃烧室形状及合理布置火花塞的位置，可以改变不同时期火焰 前锋扫过的面积，使明显燃烧期相对曲轴转角的位置及压力升高速度在 合适的范围内 B:火焰传播距离较长,燃烧时间拖长压力升高速度p=p/ 小,动力性经济性不高. 返回 汽油机的不规则燃烧 各循