内燃机原理讲义ppt课件.ppt

1、内燃机原理讲义1发动机原理讲义发动机原理讲义内燃机原理讲义2参考书目发动机原理发动机原理林学东林学东（教材）（教材）汽车拖拉机发动机汽车拖拉机发动机董敬董敬机械工业出版社机械工业出版社2001汽车构造汽车构造（上册）（上册）陈家瑞陈家瑞机械工业出版社机械工业出版社2001工程热力学工程热力学陈贵堂陈贵堂北京理工出版社北京理工出版社1998内燃机学内燃机学周龙保周龙保机械工业出版社机械工业出版社2004内燃机原理内燃机原理蒋德明蒋德明中国农业机械出版社中国农业机械出版社 1988内燃机原理内燃机原理刘永长刘永长华中理工出版社华中理工出版社1992内燃机原理讲义3教师信息教师信息 信息信息 韩永强

2、韩永强 471738860 讲课缺点讲课缺点 内容多（重点不突出）；思维跳跃（容易跑题）；板书乱、语速快内容多（重点不突出）；思维跳跃（容易跑题）；板书乱、语速快 拟改正方法拟改正方法 每章后给大家电子版讲义；挑重点讲（常识性的，考试的）每章后给大家电子版讲义；挑重点讲（常识性的，考试的） 奖励奖励 笔记，不考勤（若强烈要求），不计入成绩（即使强烈要求）笔记，不考勤（若强烈要求），不计入成绩（即使强烈要求） 目标：目标： 希望大家能了解更多的发动机基本和前沿知识并成为大家的朋友希望大家能了解更多的发动机基本和前沿知识并成为大家的朋友内燃机原理讲义4发动机基本流程发动机基本流程 能量转换过程（实

3、际）能量转换过程（实际）内燃机原理讲义5讲授主线及分值分布讲授主线及分值分布 提出发动机的提出发动机的性能指标性能指标（t、i、e）、）、工作循环历工作循环历程程、各种指标的、各种指标的计算方法计算方法（一二章）（一二章）20-25分；分； 介绍介绍燃料特性、燃料特性、燃烧初步、燃烧初步、燃烧反应热化学计算燃烧反应热化学计算，明确为何分为汽油、柴油两种（三章），明确为何分为汽油、柴油两种（三章），10-15； 据燃料特性讲授汽油机、柴油机的据燃料特性讲授汽油机、柴油机的混合气形成混合气形成，燃燃烧组织烧组织方式，相应的方式，相应的结构措施结构措施，各个，各个参数参数对燃烧、对燃烧、性能的性能的

4、影响规律影响规律（四五章）（四五章）25-30； 综合上述知识讲授发动机实际工作中的特性及各种综合上述知识讲授发动机实际工作中的特性及各种运行指标对特性的影响（六章）运行指标对特性的影响（六章）25-30分；分； 有害物排放与控制简介（前沿技术简介）有害物排放与控制简介（前沿技术简介）5-10分。分。 内燃机原理讲义6第一章第一章 发动机的性能指标发动机的性能指标 定义及意义定义及意义 评价发动机优劣的评价发动机优劣的依据依据（优秀学生干部；超女、亚姐；帅哥（优秀学生干部；超女、亚姐；帅哥VS好发动机）好发动机） 按来源分按来源分 理论指标：基于理论循环得出的动力性、经济性指标理论指标：基于理

5、论循环得出的动力性、经济性指标； 指示指标：基于缸内实际循环得出的动力性、经济性指标指示指标：基于缸内实际循环得出的动力性、经济性指标； 有效指标（实用指标）：发动机实际运行中所表现出的各种性能指标。有效指标（实用指标）：发动机实际运行中所表现出的各种性能指标。 按评价内容分按评价内容分 动力性动力性：Pe Ttq n 经济性指标经济性指标：热效率，热效率， b，B； 排放指标：排放指标：NOx、PM、CO、HC，臭味，臭味 运行指标运行指标：冷起动、噪声、冷起动、噪声、 加工工艺加工工艺：可靠性、耐久性、成本可靠性、耐久性、成本 决定因素：工作循环过程（燃烧组织）、决定因素：工作循环过程（燃

6、烧组织）、后处理后处理内燃机原理讲义7第一章第一章 发动机的性能发动机的性能 发动机优劣对比发动机优劣对比（综合性）（综合性）Benz W12 (20/Y)S195 (20W/Y)动力性动力性160kW10kW经济性经济性197g/kWh（30L/h）250g/kWh（3L/h)排放排放欧V(0.32kg/h) Nox，2g/kW.h（标定点）欧-5？(0.15kg/h)15g/kWh使用特性使用特性35W（价格）2.5K内燃机原理讲义8$1.1发动机理论循环发动机理论循环 理论循环的定义（理论循环的定义（What、How、Why）在在一定的简化条件一定的简化条件下将发动机的实际工作循环按燃烧

7、过程不同按燃烧过程不同抽象为几种典型的热力学可描几种典型的热力学可描述的过程（述的过程（P-V、T-S图）图），用于获得某些的性获得某些的性能评价指标及各种参数对该指标的影响规律能评价指标及各种参数对该指标的影响规律（效率（效率T-S、功、功P-V）。内燃机原理讲义9$1.1发动机理论循环发动机理论循环 简化条件简化条件 封闭循环封闭循环 换气过程为定容放热，换气过程为定容放热，无物质交换；无物质交换； 绝热绝热 压缩过程、膨胀过程为绝热（等熵），压缩过程、膨胀过程为绝热（等熵），不考虑传热损失；不考虑传热损失； 热源加热热源加热 燃烧过程为瞬时热源加热（定容或定压），燃烧过程为瞬时热源加热（

8、定容或定压），不考虑燃烧过程的不考虑燃烧过程的时间、燃烧损失；时间、燃烧损失； 理想工质理想工质 工质为空气、工质为空气、不考虑成份变化及数量变化；不考虑成份变化及数量变化； 可逆过程可逆过程 循环中无能量的损失只有能量的转换，总熵产为循环中无能量的损失只有能量的转换，总熵产为0，可用热力可用热力学的循环来表示。学的循环来表示。内燃机原理讲义10$1.1发动机理论循环发动机理论循环 分类（燃烧过程）分类（燃烧过程） 定容循环定容循环（汽油机）（汽油机） 燃烧迅速、上止点（定容：余隙容积）加热。燃烧迅速、上止点（定容：余隙容积）加热。 定压循环定压循环（大型柴油机）（大型柴油机） 上止点后燃烧、

9、加热缓慢，放热量导致的压力增加上止点后燃烧、加热缓慢，放热量导致的压力增加与容积增大引起的压力下降抵消，压力维持不变。与容积增大引起的压力下降抵消，压力维持不变。 混和循环混和循环（车用高速柴油机）（车用高速柴油机） 一部分（预混和燃烧）定容燃烧、一部分（扩散燃一部分（预混和燃烧）定容燃烧、一部分（扩散燃烧）定压。烧）定压。 内燃机原理讲义11$1.1发动机理论循环发动机理论循环 典型热力学过程典型热力学过程 T T- -S S 图中定容过程图中定容过程曲线的斜率：曲线的斜率：vCTdSdT；定压；定压过程过程曲线斜率曲线斜率：pCTdSdT；因为；因为CvCp 所以定所以定容曲线陡峭，而定压

10、过程曲线较平缓。容曲线陡峭，而定压过程曲线较平缓。 对于对于 P P- -V V 图等熵过程图等熵过程KKVVPPCPV)(2112 即；等等温过程温过程：CPV ，等温斜率小，等温斜率小 可能涉及到的热力学过程为：等熵、可能涉及到的热力学过程为：等熵、等温（燃烧温度控制：等温（燃烧温度控制：NOx、热负、热负荷）荷）、定容、定压定容、定压内燃机原理讲义12$1.1发动机理论循环发动机理论循环 典型热力学过程典型热力学过程内燃机原理讲义13$1.1发动机理论循环发动机理论循环 理论循环历程理论循环历程（板书）（板书） 等熵（绝热）压缩：等熵（绝热）压缩：a-c 工质加热（理想燃烧过程）工质加热

11、（理想燃烧过程）c(-z)-z 等熵（绝热）膨胀：等熵（绝热）膨胀：z-b 定容放热（理想换气过程）：定容放热（理想换气过程）：b-a. 内燃机原理讲义14$1.1发动机理论循环发动机理论循环 可得到的指标可得到的指标 Wt为一次量，其余为引申量。为一次量，其余为引申量。Wt内燃机原理讲义15$1.1发动机理论循环发动机理论循环 可得到的指标可得到的指标 Wt，Q1为一次量，其余为二次量。为一次量，其余为二次量。Q2 Q1Q1 Q2 1212111QQQQQQWtt内燃机原理讲义16$1.1发动机理论循环发动机理论循环 各因素对性能的影响各因素对性能的影响（必考内容）（必考内容）内燃机原理讲义

12、17$1.1发动机理论循环发动机理论循环 压缩比影响压缩比影响内燃机原理讲义18$1.1发动机理论循环发动机理论循环 压缩比影响压缩比影响内燃机原理讲义19$1.1发动机理论循环发动机理论循环 绝热指数绝热指数理论循环热效率随绝热指数的理论循环热效率随绝热指数的增加而提高。增加而提高。K取决于工质性质，对于双原取决于工质性质，对于双原子分子（空气）子分子（空气）K=1.4，多原，多原子气体子气体K=1.33，发动机的混，发动机的混和气和气K=1.321.4。柴油机热效率高的四个要素压柴油机热效率高的四个要素压缩比高、混和气绝热指数高、缩比高、混和气绝热指数高、泵气损失小、燃烧完全。泵气损失小、

13、燃烧完全。内燃机原理讲义20$1.1发动机理论循环发动机理论循环 三种循环效率对比三种循环效率对比内燃机原理讲义21$1.1发动机理论循环发动机理论循环 三种循环效率对比三种循环效率对比内燃机原理讲义22$1.2发动机实际循环发动机实际循环 组成（四行程）组成（四行程） 进气、压缩、进气、压缩、燃烧、燃烧、膨胀和排气。膨胀和排气。 表达方式表达方式 通常用气缸内工质的压力随气缸容积（或曲轴通常用气缸内工质的压力随气缸容积（或曲轴转角）的变化图形转角）的变化图形PV图（或图（或P）图来表图来表示，称为示功图。示，称为示功图。(T-S图不适用，不可逆）图不适用，不可逆） 理解理解 以缸内工质对活塞

14、做功为研究对象的循环描述以缸内工质对活塞做功为研究对象的循环描述 以热力学过程为研究对象的循环描述（理论）以热力学过程为研究对象的循环描述（理论）内燃机原理讲义23$1.2发动机实际循环发动机实际循环 示功图分析示功图分析（功的走向）（功的走向）内燃机原理讲义24$1.2 进气过程（进气过程（ra）内燃机原理讲义25$1.2 压缩过程（压缩过程（ac）内燃机原理讲义26$1.2 压缩过程（压缩过程（ac）内燃机原理讲义27$1.2 压缩过程（压缩过程（ac）内燃机原理讲义28$1.2 燃烧过程（燃烧过程（C-Z） 作用：作用： （cz 线）将燃料的化学线）将燃料的化学能转变能转变为热能，使工质

15、的压力、温度升为热能，使工质的压力、温度升高。放出的热量越多，放热时越靠近上高。放出的热量越多，放热时越靠近上止点，热效率越高。止点，热效率越高。 要求：要求：燃烧完全、及时。燃烧完全、及时。 参数参数范围范围： P Pz z(MPa) T(MPa) Tz z (K)(K) 汽油机汽油机 3.06.5 22002800 柴油机柴油机 4.59.0 18002200 增压柴增压柴 9 9. .0 01414. .0 0 1 19009002 2100100 参数比较：参数比较： 柴油机柴油机大大 Pz 汽油机汽油机混合气热值高、燃烧温度高混合气热值高、燃烧温度高TzTz 内燃机原理讲义29$1.

16、2 膨胀过程（膨胀过程（Z-B）内燃机原理讲义30$1.2 排气过程（排气过程（br）内燃机原理讲义31$1.2 指示指标指示指标 指示指标用来评定实际循环质量的好坏，指示指标用来评定实际循环质量的好坏，以工质在气缸内对活塞做功为基础。以工质在气缸内对活塞做功为基础。 用平均指示压力及指示功率评定循环的动用平均指示压力及指示功率评定循环的动力性力性即做功能力。用循环热效率及燃即做功能力。用循环热效率及燃料消耗率评定循环的经济性。料消耗率评定循环的经济性。 分类分类内燃机原理讲义32$1.2 动力性指标动力性指标 循环指示功循环指示功Wi（kJ）：一个实际循环工质对活塞）：一个实际循环工质对活塞

17、所做的有用功所做的有用功 。 平均指示压力平均指示压力pmi (MPa)：发动机单位气缸工作容：发动机单位气缸工作容积积(L)一个循环所做的指示功。一个循环所做的指示功。 计算方法：计算方法： 测取示功图（测取示功图（P- ），利用数值积分方法进行计算。），利用数值积分方法进行计算。4;2SDVVWpssimidddVpWi3600内燃机原理讲义33$1.2 动力性指标动力性指标 内燃机原理讲义34$1.2 动力性指标动力性指标 内燃机原理讲义35$1.2 经济性指标经济性指标 内燃机原理讲义36$1.2 经济性指标经济性指标 热效率与燃油消耗率的关系热效率与燃油消耗率的关系 一小时所作的指示

18、功为一小时所作的指示功为Pi3.6103（kJ） 一小时所消耗的热量为一小时所消耗的热量为Bhu（kJ） 则热效率则热效率=Pi3.6103/(Bhu)，hu（kJ/kg） 因为因为biB/Pi1000 所以有所以有Pi/B1000/bi 则有热效率则有热效率3.6106/（bihu）内燃机原理讲义37$1.3 机械损失机械损失 定义定义 发动机实际循环所做的指示功不可能完全对外输出，功在发动机实际循环所做的指示功不可能完全对外输出，功在发动机内部转化过程中必然会有所损失，所消耗在发动机发动机内部转化过程中必然会有所损失，所消耗在发动机内部的这部分功称为机械损失。用内部的这部分功称为机械损失。

19、用Pm，pmm表示。表示。 内燃机原理讲义38$1.3 机械损失机械损失 组成组成内燃机原理讲义39$1.3 机械损失机械损失 测定方法测定方法内燃机原理讲义40$1.3 机械损失机械损失 测定方法测定方法内燃机原理讲义41$1.3 机械损失机械损失 测定方法测定方法内燃机原理讲义42$1.3 机械损失机械损失 测定方法测定方法 4、示功图法、示功图法 热车热车 测取测取Pe 同时测示功图，计算出同时测示功图，计算出Pi 据公式机械效率据公式机械效率Pe/Pi可直接求出所有项目可直接求出所有项目 缺点：实验系统复杂昂贵、需在缸盖上打孔缺点：实验系统复杂昂贵、需在缸盖上打孔 优点：可适用于任何机

20、型优点：可适用于任何机型内燃机原理讲义43$1.3 机械损失机械损失 影响因素影响因素 内燃机原理讲义44$1.3 机械损失机械损失 影响因素影响因素 2摩擦损失摩擦损失 在机械损失中，摩擦损失所占比例最大，达在机械损失中，摩擦损失所占比例最大，达70左右。左右。 活塞组件活塞组件(活塞环、活塞裙部和活塞销活塞环、活塞裙部和活塞销)。 减少措施：减少活塞环数目；减薄活塞环厚度；减少活塞裙部的减少措施：减少活塞环数目；减薄活塞环厚度；减少活塞裙部的接触面积；在裙部涂固体润滑膜等。接触面积；在裙部涂固体润滑膜等。 曲轴组件曲轴组件 （主轴颈、连杆轴颈或平衡轴颈及其密封装置）（主轴颈、连杆轴颈或平衡

21、轴颈及其密封装置） 。 一般润滑动阻力与轴颈的直径和宽度的立方成正比。一般润滑动阻力与轴颈的直径和宽度的立方成正比。 减少运动件的惯性质量，如减小活塞、活塞销、连杆的质量，可减少运动件的惯性质量，如减小活塞、活塞销、连杆的质量，可降低轴承负荷并可使轴承宽度和轴径减小。降低轴承负荷并可使轴承宽度和轴径减小。 配气机构配气机构 减小配气机构运动件质量，降低弹簧负荷，在摇臂与凸轮接触面减小配气机构运动件质量，降低弹簧负荷，在摇臂与凸轮接触面处加入滚动轴承等。处加入滚动轴承等。 减少措施：相对运动件的接触面积、接触形式（滑滚）；配合面减少措施：相对运动件的接触面积、接触形式（滑滚）；配合面的加工精度、

22、润滑情况；运动件的质量，配气机构的弹簧刚度。的加工精度、润滑情况；运动件的质量，配气机构的弹簧刚度。内燃机原理讲义45$1.3 机械损失机械损失 影响因素影响因素 内燃机原理讲义46$1.3 机械损失机械损失 影响因素（负荷影响因素（负荷 ）内燃机原理讲义47$1.3 机械损失机械损失 影响因素影响因素 内燃机原理讲义48$1.4 有效指标有效指标 定义定义 发动机经济性和动力性指标是以曲轴对外输出的功率曲轴对外输出的功率为基础获得的，代表了发动机整机的使用性能性能，通常称它们为有效指标有效指标。 分类分类 动力性：Pe，Ttq，n，Pme 经济性：be、B， 强化指标：PL、me、强化系数e

23、内燃机原理讲义49$1.4 有效指标有效指标 动力性指标动力性指标 内燃机原理讲义50$1.4 有效指标有效指标 动力性指标动力性指标 内燃机原理讲义51$1.4 有效指标有效指标 动力性指标动力性指标 内燃机原理讲义52$1.4 有效指标有效指标 经济性指标经济性指标 内燃机原理讲义53$1.4 有效指标有效指标 强化指标强化指标 内燃机原理讲义54$1.4 有效指标有效指标 强化指标强化指标 内燃机原理讲义55第一章第一章 发动机的性能指标发动机的性能指标 知识点回顾知识点回顾理论循环理论循环 定义、简化条件、分类、可得到的指标、影响因素实际循环实际循环 组成，各阶段特点、要求，不同参数的

24、汽油柴油机对比，可得到的指标，各指标的计算方法。机械损失机械损失 定义、组成及比例、测定方法、影响因素。有效指标：有效指标： 定义、分类及计算公式、强化指标的对比。内燃机原理讲义56第二章 发动机换气过程 一、概述一、概述作用作用 尽可能排除缸内废气并充人尽可能多的新鲜工质（尽量增加每循环进入气缸的新鲜工质量（m1），从而提高功率及强化指标对性能影响对性能影响 影响到汽车的经济性、排放、噪声及乘坐的舒适性等。要求要求 尽可能合理地延长换气时间：尽可能合理地延长换气时间：发动机换气过程包括排气过程和进气过程。理论上进排气各占180（合计360 ）曲轴转角。 实际上由于发动机转速高，一个行程的历时

25、只有60/6000/20.005s时间短充气不足，排气不净。要尽量延长进、排气时间（换气过程)即扩大进、排气的曲轴转角。组成：组成： 从排气门开启进气门关闭的整个时期，约占410480曲轴转角。一般分作自由排气、强制排气、进气和气门叠开四个阶段。内燃机原理讲义57二、几个概念 一）配气定时（配气相位）图配气定时（配气相位）图 进、排气门开、闭相对于曲轴转角的时刻称为配气定时（相位），用相对上、下止点的曲轴转角的环形图来表示则称为配气定时图。内燃机原理讲义58二、几个概念 一）配气定时（配气相位）图配气定时（配气相位）图 作用： 在活塞上行时排气门有足够大的开启面积，减小排气阻力； 减小活塞上行

26、时的阻力（强制排气损失负功）；合理匹配可以减小泵气损失。 高温废气迅速排出可减小发动机热负荷；内燃机原理讲义59二、几个概念 一）配气定时（配气相位）图配气定时（配气相位）图 作用 利用压力差和废气流惯性尽可能排净出废气。 作用 在活塞下行时进气门有足够大的开启面积，新鲜工质可以顺利流入气缸；冷却燃烧室壁面以降低Ta提高充气效率。 内燃机原理讲义60二、几个概念 一）配气定时（配气相位）图配气定时（配气相位）图 作用： 利用高速气流的惯性和压力差在下止点后继续充气，增加进气量。 作用：内燃机原理讲义61二、几个概念 二）换、泵气损失 图例 X：k-a-k-k Y：r-k-r-k-k-a-r W

27、：b-b-r-b d：r-k-k-a-r内燃机原理讲义62二、几个概念 二）换、泵气损失 1、定义 换气损失：实际换气过程相对于“准”理论循环（理论配气状态下的压缩、燃烧、膨胀过程）换气过程所损失的部分（缺失或负功）。 W+Y+X 泵气损失：720CA实际循环中为负值的部分。 X+Y-d 换气损失的优化 合理匹配排气提前角使得W+Y取得最小值。内燃机原理讲义63 三）充气效率 1、定义 充气效率：实际进入气缸的新鲜工质量m1与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜工质量ms的比值。 2、测量方法 利用空气流量计测出发动机实际进气量M1（kg/h） 计算该工况的理论进气量Ms（kg/h），二者之比即是

28、。二、几个概念vSssssinVniVm30602内燃机原理讲义64 一）排气过程 1、自由排气、自由排气 定义：定义：从排气门打开到气缸压力接近排气管压力所对应的阶段。 分段及详解分段及详解 前期（超临界排气）：Pb/Pr1.9，废气以声速流经排气门口，与压差无干。C=（KRT）1/2，400-800C时，500m/s-700m/s 中期（亚临界排气）： 1.9Pb/Pr1，流速低于音速且取决于压差。 结束阶段：Pb与Pr趋于一致，废气不能自由排出，需活塞上行推出废气。 特点特点 排出废气量与工况（尤其是转速）无关仅取决于缸内状态及排气管阻力（结束标志为压力平衡）。 时间极短但有近60的废气

29、在此阶段排出。三、换气过程详解内燃机原理讲义65 一）排气过程 2、强制排气、强制排气 定义：定义：克服排气系统阻力活塞强制推出废气。 二）进气过程 定义：定义：活塞下行、缸内容积增加、缸内压力下降、环境压力缸内压力进气系统阻力，吸入新鲜工质。 特点： 初期缸内容积增加、压差不足不进气，进气系统压力急剧下降。 压力下降到压差进气阻力后压力几乎不变。三、换气过程详解内燃机原理讲义66第二节 四行程发动机充气效率 一、充气效率影响因素确定一）、图例一）、图例进气终了气缸容积为Vs+Vc：ma=气缸工作容积为Vs：令：aVsVVcaa)(VsmssVaaV 内燃机原理讲义67 二）、公式推导二）、公

30、式推导一、充气效率影响因素确定内燃机原理讲义68 三）、影响充气效率的因素三）、影响充气效率的因素一、充气效率影响因素确定内燃机原理讲义69 一）进气终了压力Pa 原理性分析二、各因素对充气效率的影响规律内燃机原理讲义70 一）进气终了压力Pa 转速影响（不考虑进气迟关的影响，假定均最佳配气）二、各因素对充气效率的影响规律进气终了压力随转速的变化（汽）nPa柴汽外内燃机原理讲义71 一）进气终了压力Pa 负荷影响 汽油机（量调节） 负荷增加节气门开大，阻力系数小Pa增加（主要因素） 负荷增加发动机热负荷增加，对进气加热量增加Ta上升（次要因素）。 随负荷增加汽油机充气效率上升 柴油机（质调节）

31、 负荷阻力不变，Pa基本不变 负荷Ta略微 柴油机随负荷增加v基本不变或稍。二、各因素对充气效率的影响规律Pe内燃机原理讲义72 二）进气迟关角 、 容积系数 影响机理 谐波进气（主要），进气终了容积（次要）。二、各因素对充气效率的影响规律惯性效应（单一进气）波动效应（循环、缸间）内燃机原理讲义73 二）进气迟关角二）进气迟关角 、 容积系数容积系数 对充气效率的影响对充气效率的影响 特定转速下取得最佳值，若可变可获得外包络线（各转速特定转速下取得最佳值，若可变可获得外包络线（各转速均为峰值，相当于仅考虑均为峰值，相当于仅考虑Pa）。）。 压力降迟关角共同影响造成的实际发动机充气效率为中压力降

32、迟关角共同影响造成的实际发动机充气效率为中间高两端低（低速惯性不足反流，高速惯性未充分利用且间高两端低（低速惯性不足反流，高速惯性未充分利用且压力降过大）压力降过大） 迟关角越小峰值越靠近低速迟关角越小峰值越靠近低速 汽油机的峰值对应最大扭矩点。汽油机的峰值对应最大扭矩点。二、各因素对充气效率的影响规律不同进气迟关角对应的充气效率不同进气迟关角对应的充气效率实际发动机充气效率随转速变化实际发动机充气效率随转速变化n n内燃机原理讲义74 三）进气终了温度Ta Ta高于To的原因 Ta对充气效率的影响 降低Ta的措施 排气管与进气管置于气缸两侧，控制进气预热，适当加大气门叠开角 工况对Ta的影响

33、二、各因素对充气效率的影响规律内燃机原理讲义75 四）残余废气系数r二、各因素对充气效率的影响规律v，而且使燃烧恶化。，而且使燃烧恶化。 汽油机低负荷运转时汽油机低负荷运转时（m1 ，mr 变化不大变化不大) 稀释可燃混合气稀释可燃混合气燃烧过程缓慢燃烧过程缓慢经济性和排放经济性和排放性能变差。性能变差。 111aassvpp内燃机原理讲义76 五）环境温度Ts和环境压力Ps环境温度环境温度Ts 随环境温度的增加，环境温度与缸壁等热部件的温差减小，Ts/Ta，充气效率有所增加。 一般情况下，充气效率与（Ts/T0）m 成正比，m=0.25-0.3.转速增加，作用时间短Ts/Ta增加；负荷增加缸

34、壁温度增加，Ta/Ta减小。环境压力环境压力 Ps对充气效率没有影响。 两端同除以Ps有， 可见，Pa/Ps在温度相同的情况下为常数，及充气效率不变。二、各因素对充气效率的影响规律 ssavPP221内燃机原理讲义77 五）环境温度Ts和环境压力Ps冬天与夏天对比（充气效率、冬天与夏天对比（充气效率、m1） 冬天的充气效率低，但功率大（与温度成冬天的充气效率低，但功率大（与温度成0.3次方，而进气次方，而进气量量m1与温度成与温度成1次方关系（从密度公式考虑），即温度次方关系（从密度公式考虑），即温度低低m1增加）。增加）。 高原与平原对比高原与平原对比充气效率不变充气效率不变密度变小，密度变

35、小，m1减小动力性下降减小动力性下降二、各因素对充气效率的影响规律内燃机原理讲义78 一、总体原则（从影响因素出发）从影响因素出发） 减小进气系统阻力：提高减小进气系统阻力：提高pa 合理匹配配气相位：综合优化有效容积比和惯性合理匹配配气相位：综合优化有效容积比和惯性进气。进气。 减小排气系统阻力：降低残余废气系数减小排气系统阻力：降低残余废气系数 减小进气加热：降低减小进气加热：降低Ta第三节 提高充气效率的措施内燃机原理讲义79 一、减小进气系统阻力 减小气门处的阻力减小气门处的阻力 1、时面值、角面值（气门开启丰度）时面值、角面值（气门开启丰度） 定义：整个气门开启过程中开启面积对时间、

36、角度的积分称为时面定义：整个气门开启过程中开启面积对时间、角度的积分称为时面值、角面值。代表了气门总的开启面积，也可以反应气门开启的丰值、角面值。代表了气门总的开启面积，也可以反应气门开启的丰满程度（流通能力）。满程度（流通能力）。 与凸轮升程规律（气门升程规律）、气门密封锥角有关。与凸轮升程规律（气门升程规律）、气门密封锥角有关。 随转速的升高一般的角面值不变化，而时间变短，时面值下降，换随转速的升高一般的角面值不变化，而时间变短，时面值下降，换气过程就相对困难（阻力系数气过程就相对困难（阻力系数 增加）。增加）。二 、提高充气效率的措施内燃机原理讲义80 一、减小进气系统阻力 减小气门处的

37、阻力减小气门处的阻力 2、进气马赫数进气马赫数 降低降低Ma，提高充气效率的措施，提高充气效率的措施 增大气门的相对通过面积；增大气门的相对通过面积； 改善气门处的气体流动；改善气门处的气体流动； 合理的配气相位。合理的配气相位。二 、提高充气效率的措施内燃机原理讲义81 一、减小进气系统阻力 减小气门处的阻力减小气门处的阻力 3、气门直径和气门数气门直径和气门数二 、提高充气效率的措施内燃机原理讲义82 一、减小进气系统阻力 减小气门处的阻力减小气门处的阻力 4、气门升程规律、气门升程规律二 、提高充气效率的措施内燃机原理讲义83 一、减小进气系统阻力 减小气门处的阻力减小气门处的阻力 5、

38、减少气门处的流动损失、减少气门处的流动损失二 、提高充气效率的措施内燃机原理讲义84 一、减小进气系统阻力 减小进气道的阻力减小进气道的阻力 谐波进气（可变管长）谐波进气（可变管长） 根据发动机的转速不同，自动调整进气管长度，从而能够充分利用进气根据发动机的转速不同，自动调整进气管长度，从而能够充分利用进气过程中较高的进气谐波，提高充气系数过程中较高的进气谐波，提高充气系数 一般原则为低速、大扭矩时细长（在阻力变化不大情况下提高惯性）、一般原则为低速、大扭矩时细长（在阻力变化不大情况下提高惯性）、高速时短粗（惯性不变的情况下减小阻力系数）。高速时短粗（惯性不变的情况下减小阻力系数）。二 、提高

39、充气效率的措施内燃机原理讲义85 二、合理选择配气正时二 、提高充气效率的措施内燃机原理讲义86 二、合理选择配气正时二 、提高充气效率的措施内燃机原理讲义87三、减小排气系统阻力（减小排气系统阻力（r）选择合理的排气消音器（排气管合格的国标选择合理的排气消音器（排气管合格的国标为动力性下降小于为动力性下降小于5%）。）。减小残余废气系数。减小残余废气系数。气门叠开扫气。气门叠开扫气。四、减少进气加热（四、减少进气加热（Ta）进排气管分布在两侧进排气管分布在两侧气门叠开、排气过程等。气门叠开、排气过程等。二 、提高充气效率的措施内燃机原理讲义88三 、提高充气效率的另一种说法内燃机原理讲义89

40、发动机原理讲义第三章 燃料与燃烧内燃机原理讲义90需掌握内容需掌握内容燃料的组成及分类（燃料的组成及分类（C原子数、分子结构对原子数、分子结构对燃料性能的影响）燃料性能的影响）各种燃料的评价指标及实际意义（燃料的各种燃料的评价指标及实际意义（燃料的使用特性）使用特性）常用燃料燃烧化学初步计算（理论空气量、常用燃料燃烧化学初步计算（理论空气量、分子变更系数、混和气热值）分子变更系数、混和气热值）燃烧初步（链式反应、热力自燃）燃烧初步（链式反应、热力自燃）内燃机原理讲义91第一节 燃料组成及特征一、燃料的主要分类石油类（烃类）：石油类（烃类）：液态，汽油、（煤油：用于航空发动机）、轻柴油、重柴油；

41、气态，CNG、LNG、LPG （海底可燃冰，CH4的水合物，每立方米可析出164立方米的天然气，保守估计有1.1 万亿吨 (11 1012t)，可够人类使用1000年）含氧燃料：含氧燃料：甲醇、乙醇、醚类（二甲基乙醚DME） ，BTL、GTL、CTL（制取燃油）生物油类：生物油类：大豆油、菜籽油等，可再生资源，太稠、混合气形成困难、结焦。去除甘油后就可以变稀。氢：氢：好处多多，但主要问题集中在能量密度（贮存：压缩法、液化法、吸附法）、零部件的脆化和来源。仅是能量的载体，非能源。 （红色字体部分由于出现较晚，或应用范围较窄，被称为代用燃料。其出现（红色字体部分由于出现较晚，或应用范围较窄，被称为

42、代用燃料。其出现的主要目地为缓解能源危机和环境污染）的主要目地为缓解能源危机和环境污染）内燃机原理讲义92二、石油类燃料特性 1、化学组成：、化学组成：主要成分：碳、氢，占主要成分：碳、氢，占9798%；少量元素：硫、氧、氮少量元素：硫、氧、氮其中其中O元素可以降低燃烧过程微粒物，烟度下降；元素可以降低燃烧过程微粒物，烟度下降；S可以使可以使N多催化剂中毒，尽量减少。多催化剂中毒，尽量减少。微量元素：微量元素：K，As，Na，Ca通式：多种碳氢化合物的混合物，通式可表达通式：多种碳氢化合物的混合物，通式可表达为为CnHm，通常称为烃。，通常称为烃。内燃机原理讲义93二、石油类燃料特性 2、C原

43、子数对烃类燃料性能的影响原子数对烃类燃料性能的影响随分子中随分子中C原子个数的增加有：原子个数的增加有：内燃机原理讲义94二、石油类燃料特性 3、分子结构对烃类燃料性能的影响、分子结构对烃类燃料性能的影响内燃机原理讲义95二、石油类燃料特性 3、分子结构对烃类燃料性能的影响、分子结构对烃类燃料性能的影响内燃机原理讲义96第二节 燃料使用特性一、汽油使用特性1、馏程：蒸发性（挥发性）、馏程：蒸发性（挥发性）定义：定义：馏出某一质量百分比燃油的温度范围。主要指标：主要指标：为了评价燃料的挥发性（形成混合气的难易程度），以10、50和90的馏出温度作为指标。 （1）10馏出温度馏出温度T10(75)

44、表征燃料的起动性（T10低容易冷车起动）。但过低，在输送时受发动机温度较高、压力过低部位汽化，形成“气阻”，使发动机断火，影响正常运转。（2）50馏出温度馏出温度T50(145)表征平均蒸发性。T50低(从较低负荷向较高负荷过渡时，能够及时供应所需的混合气）暖车时间+加速性+工作稳定性均会改善。（3）90馏出温度馏出温度T90(195)内燃机原理讲义97第二节 燃料使用特性一、汽油使用特性2、辛烷值（抗爆性）、辛烷值（抗爆性）爆震：爆震：在汽油机燃烧中，在火焰前锋面未传播到的情况下由于缸内温度（或局部温度）高过而引起的末端混合气自燃（瞬间同时燃烧） ，从而引起缸内温度、压力急剧上升并伴随特定敲

45、缸声（压力波在缸内的不断反射）的不正常燃烧状态。轻微爆震时燃烧迅速定容性提高，热效率提高、动力性提高。爆震过强时缸内温度、压力急剧上升发动机的热负荷、机械负荷增加，润滑系统、冷却系统破坏从而引起可预见的重大破坏。现代汽油机中增设爆震传感器，使发动机在临界爆震状态燃烧。内燃机原理讲义98第二节 燃料使用特性一、汽油使用特性2、辛烷值（抗爆性）、辛烷值（抗爆性）辛烷值测定方法：辛烷值测定方法：在特殊的单缸试验机（CFR）上按规定的条件进行。利用两种标准燃料：异辛烷(2,2,4三甲基戊烷，C8H18)，辛烷值为100；正庚烷 (C7H16)，辛烷值为0。按不同比例（体积）混合可得不同辛烷值的标准燃料

46、，（其辛烷值即为异辛烷的体积百分数）。在特定工况下调整压缩比使被测燃料发生临界爆震。找出与被测燃油相同具有抗爆性的标准燃料，则标准燃料的辛烷值即为被测定汽油的辛烷值。辛烷值高低顺序为烷烃烯烃（炔烃）环烷烃芳烃。 辛烷值的分类：辛烷值的分类：马达法试验值（MON）n=900r/min、进气加热（条件苛刻），研究法试验值（RON）n=600r/min、进气不加热。MON11时的理论分子变更系数时的理论分子变更系数 计算方法计算方法内燃机原理讲义108四、燃料热值与混合气热值燃料热值与混合气热值 1、燃料热值：、燃料热值：1kg燃料完全燃烧所放出的热量，称为燃料的热值。燃料完全燃烧所放出的热量，称为

47、燃料的热值。高热值：包括水蒸汽凝结后放出的汽化潜热；高热值：包括水蒸汽凝结后放出的汽化潜热；低热值：不包括水蒸汽凝结后放出的汽化潜热。低热值：不包括水蒸汽凝结后放出的汽化潜热。2、混合气热值：、混合气热值：单位数量的可燃混合气燃烧所产生的热量（汽油机如下，柴油机去掉燃单位数量的可燃混合气燃烧所产生的热量（汽油机如下，柴油机去掉燃料部分）。料部分）。发动机中每循环放热量取决于混合气热值（单位体积），而非燃料低热值发动机中每循环放热量取决于混合气热值（单位体积），而非燃料低热值如汽油、甲醇低热值差很多如汽油、甲醇低热值差很多44000kJ/kg和和27000kJ/kg，而理论混合气热值相差不，而理

48、论混合气热值相差不大大3749kg/m3和和36301/m3。所以烧。所以烧E10时合理增加喷油量在发动机结构不变的情况时合理增加喷油量在发动机结构不变的情况下动力性相差不大。下动力性相差不大。内燃机原理讲义109第四节第四节 燃烧初步燃烧初步掌握内容掌握内容燃烧的阶段燃烧的阶段着火理论及自燃临界条件着火理论及自燃临界条件火焰传播定义及速度的影响因素火焰传播定义及速度的影响因素汽油柴油的使用特性与汽、柴油机混合气形成汽油柴油的使用特性与汽、柴油机混合气形成燃烧组织的关系燃烧组织的关系内燃机原理讲义110一、着火阶段（点燃）一、着火阶段（点燃）定义定义发生明显光、火焰效应前的准备阶段发生明显光、

49、火焰效应前的准备阶段A、链式反应、链式反应组成：组成：链引发、链传播、链中断链引发、链传播、链中断链引发：链引发：烃类受激（电火花、高温气流）产生自由基（或原子）烃类受激（电火花、高温气流）产生自由基（或原子）活性中心活性中心促促进新反应进行。进新反应进行。链传播链传播自由基与反应物作用：进一步反应，产生新的自由基：自由基与反应物作用：进一步反应，产生新的自由基：1:1：直链反应（不加速）：直链反应（不加速）1:多：支链反应（加速、爆炸）多：支链反应（加速、爆炸）链中断链中断自由基与环境碰撞失去活性自由基与环境碰撞失去活性（没电了，玩完了）（没电了，玩完了）反应物浓度急剧消失，自由基找不到促进

50、的对象反应物浓度急剧消失，自由基找不到促进的对象（孤立了、没用了）（孤立了、没用了）氧化反应的特征氧化反应的特征存在形成、积累活性中心的诱导期，长度与反应物特性、浓度、温度、容器边存在形成、积累活性中心的诱导期，长度与反应物特性、浓度、温度、容器边界形状有关界形状有关内燃机原理讲义111一、着火阶段（自燃）一、着火阶段（自燃）B、热力自燃、热力自燃定义定义在在T,P适宜的情况下无外部能量，自身反应自动加速、自发着火过程适宜的情况下无外部能量，自身反应自动加速、自发着火过程着火条件着火条件在整个着火过程中每一时刻的反应放热速度（与温度呈指数关系）大于反应在整个着火过程中每一时刻的反应放热速度（与