1、发动机工作原理发动机工作原理2020/11/142NoImageNoImage教学目的与要求掌握发动机的总体构造与工作原理；能以性能指标为主线，深入到与性能指标密切相关的工作过程循环、进气、排气、燃烧工程，分析影响性能指标的主要因素，找出提高汽车发动机性能的根本规律和技术措施。2020/11/143NoImageNoImage第一节第一节 发动机总体构造及发动机总体构造及根本原理根本原理2020/11/144NoImageNoImage图片2020/11/145NoImageNoImage一、发动机的定义一、发动机的定义 发动机是将其它形式的能量转变为机械能的机器 2020/11/146NoI
2、mageNoImage二、发动机的分类二、发动机的分类 1.按使用燃料分：汽油机、柴 油机等。2.按工作循环分：四冲程发动机、二冲程发动机。3.按气门位置分：顶置气门式发动机、侧置气门式发动机。4.按气缸排列分：直列式发动机、v型发动机。5.按气缸数分：单缸发动机、多缸发动机。2020/11/147NoImageNoImage三、发动机的总体构造三、发动机的总体构造 发动机由“两大机构五大系统组成 1.两大机构：曲柄连杆机构、配气机构。2.五大系统：冷却系、润滑系、燃料供给系、点火系、起动系 2020/11/148NoImageNoImage1.曲柄连杆机构 作用：将燃料燃烧时产生的热量转变为
3、活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。组成：由气缸体和曲轴箱组、活塞连杆组、曲轴飞轮组组成 2020/11/149NoImageNoImage图片 2020/11/1410NoImageNoImage2.配气机构 作用：使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸中排出废气。组成：它由进气门、排气门、挺杆、推杆、摇臂、凸轮轴、正时齿轮等组成 2020/11/1411NoImageNoImage图片 2020/11/1412NoImageNoImage3.冷却系 作用：把受热零件的热量散到大气中去，以保证发动机正常工作。组成：它由水泵、散热器、风扇、分水管、水套
4、等组成。2020/11/1413NoImageNoImage图片 2020/11/1414NoImageNoImage4.润滑系 作用：润滑、冷却、清洗、密封等。组成：由机油泵、滤清器、限压阀、油道等组成。2020/11/1415NoImageNoImage图片2020/11/1416NoImageNoImage5.燃料供给系 汽油机 作用：按需要向气缸内供给已配制好的可燃混合气，燃烧后排出废气。组成：化油器式由燃油箱、汽油泵、化油器、进、排气管、滤清器等组成。直喷式由燃油箱、电动汽油泵、油压调节器、喷油器、进、排气管、滤清器等组成。2020/11/1417NoImageNoImage图片20
5、20/11/1418NoImageNoImage图片 2020/11/1419NoImageNoImage 作用：向气缸内供给纯空气并在规定时刻向气缸内喷入柴油，燃烧后排出废气。组成：由燃油箱、喷油泵、喷油器、进、排气管、滤清器等组成。柴油机 柴油机2020/11/1420NoImageNoImage图片 2020/11/1421NoImageNoImage6.点火系 1.作用：按规定时刻及时点燃气缸内的混合气。2.组成：由蓄电池、分电器、点火线圈、火花塞等组成。2020/11/1422NoImageNoImage图片 2020/11/1423NoImageNoImage7.起动系 1.作用：
6、使静止的发动机起动。2.组成：由起动机及附属装置组成。2020/11/1424NoImageNoImage1.上止点：活塞离曲轴回转中心最远处；2.下止点：活塞离曲轴回转中心处；3.活塞行程S:上、下两止点间的距离mm S=2R；4.冲程：活塞油一个止点到另一个止点运动一次的过程；5.气缸工作容积Vh：活塞从上止点到下止点所让出的空间的容积L；6.发动机工作容积Vl动机所有气缸工作容积之和，也叫发动机的排量。i：气缸数iVVhl四、根本术语四、根本术语 2020/11/1425NoImageNoImage图片 2020/11/1426NoImageNoImage 7.燃烧室容积Vc：活塞在上止
7、点时，活塞顶上面的空间容积。8.气缸总容积Va：活塞在下止点时，活塞顶上面的空间容积。9.压缩比：气缸总容积与燃烧室容积的比值。VcVhVcVcVhVcVa1点火系2020/11/1427NoImageNoImage 活塞往复四个冲程完成一个循环的发动机称四冲程发动机。每个循环由进气、压缩、作功、排气四个冲程组成 五、四冲程汽油机工作原理、四冲程汽油机工作原理 2020/11/1428NoImageNoImage图片 2020/11/1429NoImageNoImage上 上 上 作用 曲轴 活塞 进气门 排 气 门 压 力 温度 进气 冲程 吸入新鲜混合气 转半圈 开 关 0.075-0.0
8、9Mpa 370-400K 压缩冲程 提高燃烧速度 转半圈 关 关 0.6-1.2Mpa 600-700K 作功 冲程 燃烧作功 转半圈 关 关 Max 3-5Mpa Max1800-2200K 排气 冲程 排出废气 转半圈 关 开 0.105-0.115 MPa 900-1200K 图表2020/11/1430NoImageNoImage 每个循环也由进气、压缩、作功、排每个循环也由进气、压缩、作功、排气四个冲程组成。但由于柴油的性质与汽油气四个冲程组成。但由于柴油的性质与汽油不同，其混合气形成的方式、着火方式与汽不同，其混合气形成的方式、着火方式与汽油机也不同。下述不同点：油机也不同。下述
9、不同点：1.进气冲程进入气缸的是纯空气；进气冲程进入气缸的是纯空气；2 .压缩冲程压缩比大，压缩终了的压缩冲程压缩比大，压缩终了的压力、温度高。压力、温度高。3.作功冲程压缩冲程末，高压柴油呈作功冲程压缩冲程末，高压柴油呈雾状喷入气缸内，自行燃烧作功，最高压力雾状喷入气缸内，自行燃烧作功，最高压力5-10Mpa；4.排气冲程与汽油机根本一样。压力排气冲程与汽油机根本一样。压力0.105-0.125Mpa，温度，温度800-1000K。六、六、四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理 2020/11/1431NoImageNoImage 每个循环也由进气、压缩、作功、排每个循环也由进气、压缩、作
10、功、排气四个冲程组成。但由于柴油的性质与汽油气四个冲程组成。但由于柴油的性质与汽油不同，其混合气形成的方式、着火方式与汽不同，其混合气形成的方式、着火方式与汽油机也不同。下述不同点：油机也不同。下述不同点：1.进气冲程进入气缸的是纯空气；进气冲程进入气缸的是纯空气；2 .压缩冲程压缩比大，压缩终了的压缩冲程压缩比大，压缩终了的压力、温度高。压力、温度高。3.作功冲程压缩冲程末，高压柴油呈作功冲程压缩冲程末，高压柴油呈雾状喷入气缸内，自行燃烧作功，最高压力雾状喷入气缸内，自行燃烧作功，最高压力5-10Mpa；4.排气冲程与汽油机根本一样。压力排气冲程与汽油机根本一样。压力0.105-0.125M
11、pa，温度，温度800-1000K。六、六、四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理 2020/11/1432NoImageNoImage 一样点:1.每个工作循环曲轴转两周，每一冲程曲轴转半周，进气冲程进气门开，排气冲程排气门开，其余两个冲程进、排气门均光。2.四个冲程中，只有作功冲程产生动力，其余三个冲程消耗能量。3.必须用外力起动。4.工作循环根本内容相似，主要机件的运动一样，构造根本一样。七、七、汽油机与柴油机的一样点与不同点汽油机与柴油机的一样点与不同点2020/11/1433NoImageNoImage1.混合气的形成方式不同：汽油机是缸外混合；柴油机是缸内混合；2.着火方式不同：
12、汽油机点燃式；柴油机是压燃式。不同点：不同点：2020/11/1434NoImageNoImage 二冲程发动机工作循环也包括进气、压缩、二冲程发动机工作循环也包括进气、压缩、作功、排气四个过程，但它是在活塞往复两个冲作功、排气四个过程，但它是在活塞往复两个冲程内完成的。程内完成的。第一冲程活塞上方进展换气、压缩，活塞第一冲程活塞上方进展换气、压缩，活塞下方进气下方进气 当关闭换气孔和排气孔时，混合气开场压缩，当关闭换气孔和排气孔时，混合气开场压缩，直至上止点。活塞继续上行，进气孔翻开，混合直至上止点。活塞继续上行，进气孔翻开，混合气被吸入曲轴箱内。气被吸入曲轴箱内。第二冲程活塞上方进展作功、
13、换气，下方第二冲程活塞上方进展作功、换气，下方预压缩预压缩 点燃混合气后，活塞下行，至开闭进气孔，点燃混合气后，活塞下行，至开闭进气孔，压缩曲轴箱内的混合气。继续下行，排气空翻开，压缩曲轴箱内的混合气。继续下行，排气空翻开，废气排出。换气孔翻开，混合气进入并扫气，直废气排出。换气孔翻开，混合气进入并扫气，直至换气孔和排气孔关闭。至换气孔和排气孔关闭。八、二冲程汽油机工作原理八、二冲程汽油机工作原理 2020/11/1435NoImageNoImage图片 2020/11/1436NoImageNoImage十、内燃机产品名称和型号编制规那十、内燃机产品名称和型号编制规那么么 2020/11/1
14、437NoImageNoImage第二节第二节 工程热力学根底工程热力学根底 工程热力学主要是研究热能与机械能之间相互转换的一门科学。从汽车发动机来说，就是通过分析气缸内气体的状态变化的规律，得到提高发动机热效率的途径。整个发动机的效率可分三局部，如以下图所示 燃烧热效率 循环效率 机械效率 燃料 热能 活塞功 输出功 燃烧过程 循环过程 机械性能 在工程热力学中，把实现热能与机械能相互转换的工作物质气缸内的气体简称为工质。2020/11/1438NoImageNoImage一、工质的热力状态一、工质的热力状态 一工质的根本状态参数 工质所处的宏观状态称为工质的热力状态。说明工质所处的状态的物
15、理量叫做工质的状态参数。其中压力、比容、温度是可测量的参数，称为工质的根本状态参数。2020/11/1439NoImageNoImage 1.压力p：工质在单位面积容器壁上作用的垂 直力，单位Pa。绝对压力p：气体的真实压力；表压力pB：用气压表测出的压力，pB=p-p0 p0：大气压。真空度pC：表示气体压力低于大气压的值，用真空表测出，pC=p0p。续一(1)2020/11/1440NoImageNoImage2.比容v：单位质量的工质所占的容积。m3/kg mVv 续一(2)2020/11/1441NoImageNoImage 3.温度：温度是物体冷热程度的标志。它反映了分子无规那么运动
16、的程度，是大量分子运动动能的平均值的标志。热力学温标国际单位制：规定水的三相点的温度为273.16K的温度标尺。摄氏温标：tT273.16 续一(3)2020/11/1442NoImageNoImage二理想气体的状态方程 理想气体：分子本身不占体积，分子之间没有吸引力的气体。理想气体的状态方程：pvRT R为气体常数 任意给定两个参数，第三个参数就确定。续一(4)2020/11/1443NoImageNoImage三工质的比热 单位量的物质温度升高或降低1所吸收或放出的热量，用ckg/kg.k表示。a)定容比热cV：气体在加热过程中容积保持不变的比热。b)定压比热cP：气体在加热过程中压力保
17、持不变的比热。续一(5)2020/11/1444NoImageNoImage四 工质的内能 内能就是工质内局部子和原子运动的动能和分子之间的位能的总和，记作u，它包括以下几个方面：a)分子移动动能 b)分子转动动能 c)分子振动动能 d)分子间的位能续一(6)2020/11/1445NoImageNoImage 而动能与温度有关，位能与比容有关，因此，一般气体的u只与温度与比容有关，即 ufT,V 理想气体分子之间无吸引力，因此位能为0，故 ufT 即只要工质的初、终态温度T1,T2确定，不管经过什么过程，其内能的变化都相等 uu2-u1=f(T2)-f(T1)续一(7)2020/11/144
18、6NoImageNoImage二、热力学第一定律 1.热力过程及其所作的功 工质状态参数的一系列变化过程，叫做热力过程，可用pv图表示，其所做的功为1kg气体 2020/11/1447NoImageNoImage 曲线下的面积就是过程所做的功。dvpdsApdsFdpdvvv21图片 2020/11/1448NoImageNoImage 2.热力学第一定律能量转换与守恒定律 热可以转换为功，功可以转换为热，转变前后的能量保持不变。Q=W 续二(1)2020/11/1449NoImageNoImage 3.能量平衡方程 设气缸内有1kg气体，外界供给气体的热量为qkJ，该热量中，一局部用来向外界
19、输出膨胀功，另一局部使气体的内能变化u，根据热力学第一定律得能量平衡方程：quw mkg气体 QU+W 续二(2)2020/11/1450NoImageNoImage三、气体的热力过程三、气体的热力过程 1.等容过程：工质的容积保持不变的热力过程。常数常数vRvTp 2020/11/1451NoImageNoImage常数常数pRTvp 2.等压过程：工质的压力保持不变的热力过程。续三(1)2020/11/1452NoImageNoImage 3.等温过程：工质的温度保持不变的热力过程。常数常数RTpvT 续三(2)2020/11/1453NoImageNoImage 4.绝热过程：工质和外界
20、始终没有热量交换的热力过程。而 即 整理后得 为绝热指数 0dq0dwdudqCvdTdu pdvdw 0 pdvCvdT常数kpvCvRCvk续三(3)2020/11/1454NoImageNoImage四、热力学第二定律及卡诺循环四、热力学第二定律及卡诺循环 1.循环及热效率 工质经过一系列状态的变化，重新恢复到原来状态所完成的一个封闭过程，叫一个热力循环。正循环：循环安顺时针方向进展123 41，输出功。反循环：循环安逆时针方向进展14321，消耗功。2020/11/1455NoImageNoImage常数常数pRTvp 2.等压过程：工质的压力保持不变的热力过程。续四(1)2020/1
21、1/1456NoImageNoImage 循环热效率：循环所得到的功与参加的热量之比。w：1kg气体在循环中所输出的功，kJ q1：1kg气体在循环中所吸收的热量，kJ。由于一个循环后u0，故q1-q2=w q2：循环放热。所以 1qwt 121211qqqqqt续四(2)2020/11/1457NoImageNoImage 2.热力学第二定律 关于发动机的热力学第二定律表达：不可能建造一种循环的机器，其作用只从单一取热并全部转变成故。即发动机的热效率不可能100%。关于热转递的热力学第二定律表达：不可能将热量由低温物体传向高温物体而不引起其它变化。续四(3)2020/11/1458NoIma
22、geNoImage3.卡诺循环 由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环叫卡诺循环。ab:等温膨胀 bc：绝热膨胀 cd：等温压缩 da：绝热压缩 其效率是所有循环中最高的，是最理想的循环方案。续四(4)2020/11/1459NoImageNoImage经推导。循环的热效率为：121211TTqqtc续四(5)2020/11/1460NoImageNoImage 从上式可知：1.卡诺循环的热效率总是小于1。假设等于1，那么T1=或T2=0，这是不可能的。2.提高热效率的途径有两条：一条是提高T1；另一条是降低T2。意义：卡诺循环至今难以实现，但是它对如何提高发动机的循环热效率从理论上指明了正确
23、的方向：使发动机的循环接近于卡诺循环，以卡诺循环效率来评价发动机热功转换的程度。续四(6)2020/11/1461NoImageNoImage第三节第三节 发动机的热力循环发动机的热力循环 与性能与性能指标指标 本节主要介绍四冲程发动机的理论循环，实际循环，指示指标，有效指标及机械效率等知识。2020/11/1462NoImageNoImage一、发动机的理论循环一、发动机的理论循环 对实际循环作以下假设可得理论循环；a.质是理想气体，比热视为定值；b.工质与外界无热量交换，不计进、排气过程及其流动损失；c.工质的压缩过程和膨胀过程均为绝热过程；d.燃烧过程为外界等容、等压加热过程，而排气过程
24、为等容放热过程代替。2020/11/1463NoImageNoImageac：绝热压缩 cz：等容加热 zz：等压加热 zb：加热膨胀 ba：等容放热 1)混合加热循环：每循环参加到气缸中的热量Q分两局部，一局部热量Q1是在等容的情况下参加的，另一局部Q1是在等压情况下参加的，如图。1.理论循环续一(1 2020/11/1464NoImageNoImage 由于高速柴油机先喷入气缸的燃料迅速燃烧，加热接近于等容，后喷入气缸的燃料燃烧缓慢，加热接近于等压。因此，混合加热循环是柴油机的理想循环 续一(2 2020/11/1465NoImageNoImage经济性指标热效率t：证明从略 动力性指标循
25、环平均压力pt:式中：Va/Vc压缩比；pz/pc压力升高比；Vz/Vz预胀比。)1(11111kkkttaktkkpp1111续一(3 2020/11/1466NoImageNoImage2)等容加热循环 每循环参加到气缸中的热量Q1是在等容的情况下参加的，如图。因为汽油机混合气的燃烧非常迅速，其实际循环接近等容加热循环。所以等容加热循环是汽油机的理想循环。续一(4 2020/11/1467NoImageNoImage 由于该循环可看作混合加热循环在Q10，1的特例，所以 111kttaktkpp111续一(5 2020/11/1468NoImageNoImage 2.理论循环分析 1)压缩
26、比 随压缩比增大，两种循环的t和pt都将提高。这是因为在加热量Q1一样的情况下，提高压缩比，可提高循环最高温度及平均吸热温度，降低平均放热温度，扩大温差，增大膨胀比，使循环作功增多。由于柴油机的压缩比比汽油机的大，所以柴油机的热效率比汽油机高 续一(6 2020/11/1469NoImageNoImage 2)压力升高比和预胀比 在混合加热循环中，假设Q1和一定，增大时，相应减少，即Q1增加而Q1减少，从而提高了能量利用率，使t和pt提高。一样压缩比和能量消耗的汽油机和柴油机，汽油机的热效率比柴油机高 续一(7 2020/11/1470NoImageNoImage二、发动机的实际循环二、发动机
27、的实际循环 1.实际循环 四冲程发动机曲轴旋转两圈完成一个工作循环，分进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程，可用pv图表示。2020/11/1471NoImageNoImage其中：rra线是进气过程 abc线是压缩过程 cz线是燃烧过程 zb线是膨胀过程 br线是排气过程 循环得到的净功为Ai-A1 续二(1)2020/11/1472NoImageNoImage 2.实际循环与理想循环的差异 与理论循环相比，实际循环存在各类能量损失。1)实际工质的影响Wk 2)换气损失W和Wr 3)燃烧损失Wz 4)传热损失Wb 续二(3)2020/11/1473NoImageNoImage续二(4)202
28、0/11/1474NoImageNoImage三、发动机的指示指标三、发动机的指示指标以下标以下标i表示表示 以工质在气缸内对活塞所作的功为根底的指标称为发动机的指示指标 2020/11/1475NoImageNoImage1.指示功Wi和平均指示压力pi 1)指示功Wi 气体在气缸内完成一个实际循环对活塞所作的有用功。它通过计算pv图上的面积得到。2)平均指示压力pi 单位气缸工作容积的指示功。hVWipi 因此 103 Wi等于一个假想大小不变的压力pi作用在活塞顶上，使活塞移动一个行程S所作的功。SApipiVhWi续三(1)2020/11/1476NoImageNoImage2.指示功
29、率Pi 单位时间内所作的指示功 10-3，kW 式中，i气缸数，pi的单位为kPa，Vh的单位为L，n的单位为r/min，为冲程数。30nVipPihi续三(2)2020/11/1477NoImageNoImage3.指示热效率i和指示燃料消耗率gi 1指示热效率i 指示功与所消耗的燃料热量的比值 式中Ql为所消耗的燃料热量。2)指示燃料消耗率gi 单位指示功的耗油量 ，g/kW h 那么 hu：热值 liQWi310iTiPGg6106.310001hugihugikWhi续三32020/11/1478NoImageNoImage四、发动机的有效指标四、发动机的有效指标以下标以下标e表示表示
30、 以曲轴对外输出的功率为根底的性能指标。用以评价整个发动机的性能。2020/11/1479NoImageNoImage1.动力性指标 1)有效功率Pe：发动机输出的功率称为有效功率。Pe=Pi-Pm Pm；机械损失功率 2)有效扭矩Me：由发动机输出的扭矩称为有效扭矩。nPenPeMe95492100060 ，Nm 3)平均有效压力pe：单位气缸工作容积输出的有效功。31030niVPphee，kPa 续四12020/11/1480NoImageNoImage2.发动机经济性指标 1)有效热效率e：循环有效功与所消耗的燃料的热量的比值 mimeQWiQWe11 m：机械效 2有效燃料消耗率ge
31、：单位有效功的耗油量 ，g/kWh 注意！ge与GT的区别 同理 310eTePGg6106.3hugee续四2 2020/11/1481NoImageNoImage3.发动机强化程度 1)升功率 PL：每升气缸工作容积发出的有效功率 hLViPeP 而3310301030npeViniVpePhhL，kW/L 即 pe n PL 强化程度提高。续四3 2020/11/1482NoImageNoImage2)比重量Ge：发动机净重G与标定工况下的有效功率之比 ，kg/kW PeGGe 续四4 2020/11/1483NoImageNoImage 3)强化系数peCm：平均有效压力与活塞平均速度
32、的乘积。其值越大，强化程度越高。续四5 2020/11/1484NoImageNoImage 4.发动机的其它性能指标 1)排气品质 2)噪声 3)起动性等 续四6 2020/11/1485NoImageNoImage五、发动机的热平衡五、发动机的热平衡 热平衡就是参加发动机的总热量的分配情况，可表示为 QT=QE+QS+QR+QB+QL 式中：QT 燃料完全燃烧放出的总热量；QE转化为有效功的热量；汽20%-30%，柴30%-40%QS传给冷却介质的热量；汽25%-30%，柴20%-25%QR废气带走的热量；汽40%-45%，柴35%-40%QB不完全燃烧的热量损失；QL其它损失；汽8%，柴
33、10%。减少各种能量损失，即可提高发动机的效率。2020/11/1486NoImageNoImage六、发动机的机械损失 发动机功率在内部转递过程中的各种损失称为机械损失。包括摩擦损失、驱动附属设备和泵气损失。一机械效率：有效功率与指示功率的比值 PiPem2020/11/1487NoImageNoImage 二械损失的测定 1.灭缸法 1)将发动机调整到给定工况稳定工作，测出Pe；2)停顿第一缸的供油或点火，调整测功器，使发动机恢复原转速，测出Pe1。可得第一缸的指示功率Pi1=PePe1。3)依次使各缸熄火，可得Pe2,Pe3 那么Pi2=PePe2 Pi3=PePe3 整机的指示功率 P
34、i=Pi1+Pi2+PePe1PePe2PePe3 iPePe1+Pe2+Pe3+PmPi-PeiPePe1+Pe2+Pe3+Pe i-1PePe1+Pe2+Pe3+续六1 2020/11/1488NoImageNoImage2.倒拖法 1)发动机与测功机相连；2)使发动机以给定的工况稳定运行，当水温和油温到达正常时，切断供油或停顿点火，同时将电力测功机转换为电动机，以给定转速倒拖发动机；3)测定电力测功机的倒拖功率，该倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失功率。续六2 2020/11/1489NoImageNoImage三）影响机械效率的因素 1.转速n或活塞平均速度Cm n（Cm）摩擦损失
35、、泵气损失、驱动损失 Pm m 2.负荷的变化 转速不变时 Pe Pi 汽Pm ，柴Pm基本不变 m 怠速时Pi=Pm m0 续六3 2020/11/1490NoImageNoImage 3)润滑油的品质和冷却水温 粘度大，流动性差，摩擦损失增加；粘度小，流动性好，承载能力差，油膜易破裂。冷却水温影响机油的粘度。使用中降低机械损失要做到无机械故障，控制好转速、水温，保持机油清洁等。续六4 2020/11/1491NoImageNoImage 第四节第四节 发动机的换气过程发动机的换气过程 本节主要是要求学生了解换气过程的进展情况，分析影响充气量的因素，找出减少换气损失、提高充气系数的因素。定义
36、：发动机的排气过程和进气过程统称为换气过程。任务：尽可能将缸内的废气排除干净，并吸入更多的新鲜混合气。对发动机性能的影响：如果换气充分，气缸内混合气质量较好相对废气较小，新鲜混合气较多使燃烧过程加快，燃烧完全，因此可提高发动机的动力性与经济性。2020/11/1492NoImageNoImage一、四冲程发动机的换气过程一、四冲程发动机的换气过程 1.四冲程发动机的换气过程：从排气门翻开至进气门关闭。1)自由排气阶段：排气门翻开至气缸压力接近于排气管压力；2)强制排气阶段：活塞由上往下将缸内废气强制排出；3)进气阶段：进气门翻开至关闭的过程。2.气门叠开：进排气门同时开启的现象 适宜：可扫气，
37、增加进气量；过大；废气倒流进气管。2020/11/1493NoImageNoImage二、四冲程发动机的充气系数二、四冲程发动机的充气系数 1.充气系数：每循环实际进入气缸的新鲜充气量G与在进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充气量G0的比值，即 进气状态：当时的大气状态非增压 0GGV2020/11/1494NoImageNoImage2.V的测定 由于 ifGGK GK：发动机的空气流量（kg/s）；f：循环频率（1/s），f30n 为冲程数；i：缸数。所以 inGGK30 而000RTVpGh 00120pVinTRGhKV 续二1 2020/11/1495NoImageNoImage3.影
38、响充气系数的因素 1)转速 n 进气阻力 V 2)配气相位（进气迟闭角）过大：进气倒流 V 过小：气流惯性没充分利用 V 3)负荷 节气门开度 进气阻力 V 4)进气系统结构 通道面积大、拐弯圆角大、管内表面光滑 进气阻力 V 5)进气加热 混合气温度升高 密度 V 6)压缩比 压缩比增大 Vc 残余废气相对减少 V 续二2 2020/11/1496NoImageNoImage三、提高充气系数的措施三、提高充气系数的措施 1.减少进气系统的流动损失，提高进气终了的压力 1)减少空滤器阻力 2)减少化油器流动阻力 3)减少进气管的沿程阻力和局部阻力 4)减少进气道阻力 5)减少节气门处的流动阻力
39、 6)改进凸轮的廓线设计，加大进气门开启时间与截面 2020/11/1497NoImageNoImage 2.降低排气系统的阻力损失，减少缸内剩余废气 3.减少高温零件对气体 的加热 4.合理利用动态效应 5.合理选择配气相位 续三1 2020/11/1498NoImageNoImage第五节 将燃料的化学能转变为热能的过程,称为发动机的燃烧过程。它是发动机整个工作循环 的主要过程。本节将介绍汽油的组成与主要性能指标,讨论传统的汽油机燃烧形式,即均匀混合气的燃烧过程。2020/11/1499NoImageNoImage 1.燃料与空气借助于化油器或喷射装置,在缸外进展混合,混合时间长,混合均匀
40、;2.压缩终了前通过外源(火花塞)点火,着火时间、地点一定;3.着火后火焰扩散,适当的涡流运动可以加速火焰传播;4.通过改变混合气的数量来调节负荷。汽油机燃烧过程的特点:2020/11/14100NoImageNoImage(-)燃油简介 汽油与柴油都是用石油炼制的。石油主要包含了碳和氢两种元素,是各种烃的混合物。加热范围为40-250馏出的油料称为汽油,汽油各种经碳原子的个数为5-9 个。直馏法；热裂化法；催化裂化法。一、汽油的组成及主要性能指标 2020/11/14101NoImageNoImage 直留汽油和柴油的稳定性好,储存中不易产生胶质,但只能适用于压缩比较低的发动机。裂化汽油适用
41、于高压缩比的发动机。催化裂化柴油性能较好,可作商品质的柴油使用。续2020/11/14102NoImageNoImage 1.汽油的蒸发性 10蒸发温度 标志汽油的起动性。10%蒸发温度低,起动性好,但太低了容易引起气阻、在油箱和化油器中蒸发损失增加。该温度太高,那么 冷起动困难。50%蒸发温度 标志汽油的平均蒸发性。该温度低,可以缩短暖车时间,但太低了那么会导致 化油器结冰;太高,那么汽油机冷机的过渡特性差。90蒸发温度 标志中含有难以蒸发的重质成分,该温度太高,在燃烧室内易形成杂质,并 稀释润滑油。(二)汽油的主要性能指标 2020/11/14103NoImageNoImage 抗爆性是指
42、汽油在燃烧室内燃烧时抵抗爆燃的能力,其评定指标是辛烧值。在汽油机燃 烧过程中,随着压缩比及气缸内气体温度提高,可能出现一种不正常的自燃现象,称为爆震燃 烧,简称爆燃。汽油辛烧值越高,抗爆性越强,就能承受发动机采用较高压缩比而不发生爆燃,有利于提高汽油机的经济性。2.汽油的抗爆性 2020/11/14104NoImageNoImage 液体燃料混合气的形成过程,就是液体燃料在空气中雾化、蒸发、扩散并与空气混合的过 程。二、汽油机混合气的形成 2020/11/14105NoImageNoImage 空气经空气滤清器进入化油器,在流经喉管时,流速增加,压力降低,在喉管中形成一定的真空度,将汽油从浮子
43、室经主喷管吸出,被吸出来的汽油正好 喷人流过喉管的空气中,在高速空气流的冲击下被雾化成细小颗粒,并不断蒸发、扩散,与空气 混合成可燃混合气。改变设置在喉管后的节气门开度,即可改变进入气缸中的混合气数量,也就改变了发动机功率。(一)化油器式汽油机的混合气形成过程 2020/11/14106NoImageNoImage 汽油直接喷射系统混合气的形成是在进气管或气缸中进展的。喷油器将来自供油系统具有一定压力的汽油喷到各缸进气道的进气门前(多点喷射)或喷到节气门前方的进气管内(单 点喷射)或直接喷人气缸(缸内喷射),与来自空气供给系统的新鲜空气在缸外(进气管喷射)或 缸内(缸内喷射)相混合形成可燃混合
44、气。(二)汽油直接喷射式的混合气形成过程 2020/11/14107NoImageNoImage 汽油机的燃烧过程包括着火和燃烧两局部。从压缩行程上止点前火花塞点火开场到膨胀行程燃料根本上烧完为止,燃烧持续较短(约占25-40曲轴转角),其燃烧过程接近于定容燃烧。三、汽油机混合气燃烧过程 2020/11/14108NoImageNoImage 燃烧是燃油中的碳原子和氢原子与空气的氧原子剧烈氧化反响的过程,并伴有发热、发光的现象。把过量空气系数a=1,空燃比A/F=14.7的可燃混合气叫做理论混合气;a1,A/F14.7的可燃混合气叫做浓混合气;a1,A/F14.7的可燃混合气叫做稀混合气。(一
45、)燃烧简介 2020/11/14109NoImageNoImage 汽油和空气形成的可燃混合气必须经过着火阶段才能进展燃烧。而着火,是指混合气的氧化反响加速、温度升高、以致引起空间某一位置最终有某个火焰出现的过程。(二)汽油机的着火 2020/11/14110NoImageNoImage 在火花塞点火之前,气缸内已形成了均匀混合气,混合气受到缸壁和剩余废气的加热,被 压缩后压力与温度升高,并产生缓慢的分解和氧化,处于容易着火状态。当火花塞电极间跳 火,经历了高温着火后,在已燃气体与未燃的工质之间的一个很窄的范围(火焰前锋)内通过活 化分子的传热和对流而燃烧放热。火焰根本上以球形的形状向外扩展。
46、点火能否成功,与火花点火放出的热量大小和混合气的浓度有关。火花点火放出的热量 太小.混合气的浓度过浓或过稀.火焰均不能传播.续2020/11/14111NoImageNoImage 为了提高汽泊机的动力性和经济性,充人气缸的可燃混合气燃烧要完全、及时和正常。因为:只有完全完全燃烧,才能 充分利用燃油的热能;只有及时及时燃烧,最高压力在上止点后1218，才能使燃气具有更高的温度和压力,对 活塞的推力大,使热能更多的转变为机 械功;只有正常正常燃烧,才能保持发动机稳 定、可靠的工作。(三)正常燃烧过程 2020/11/14112NoImageNoImage 图示为汽油机工作过程中缸 内压力的变化关
47、系。其中的虚线表示不点火时的情况,实线为点火时情况。图示2020/11/14113NoImageNoImage 根据压力变化的特征,把燃烧过程分为三个阶段:着火延 迟期、急燃期、补燃期。1.着火延迟期 从火花塞电极间跳过火花(点1)起,到形成火 焰中心(点2)为止的这段时间,称为着火延迟期。图中用I阶段表示,由于只是在火焰中心附 近的局部范围内有剧烈的氧化反响,因而图中的压力线没有明显地偏离压缩线,即没有明显的 压力升高现象。续2020/11/14114NoImageNoImage 从火焰中心形成起,主要局部混合气燃烧完毕,因而出现最高压力(点3)为止。这段时间称为急燃期,图中用E阶段表示。急
48、燃期是燃烧过程的主要阶段,它对发动机性能影响很大。实践证明,以曲轴转角计算的 压力升高率为170kPa/()-240 kPa/(),且最高压力 出现在上止点后12-18曲轴转角时,示功图有最大面积,循环功最多。这时对应的点火提前角,称为最正确点火提前角 2.急燃期 2020/11/14115NoImageNoImage 从最高压力至燃烧根本完成 混合气中汽油蒸发不良及与空气混合不均匀时,局部颗粒较大的燃油在火焰前锋掠过时,只是表层燃油被燃烧,未燃烧的局部需要在补燃期内燃烧。此外,燃烧产物有少局部在高湿的作用下会分解。在膨胀过程中,因工质温度下降,热分解产物又可继续燃烧、放热。这就形成了补燃期。
49、补燃是在活塞下行中进展的,这时气缸容积已明显扩大,故补燃产生的热量不能有效地转 变为功,反而使排气温度增加,热效率下降。因此,希望尽可能减少补燃。3.补燃期 2020/11/14116NoImageNoImage 汽油机的不正常燃烧,包括爆震燃烧和外表点火。1.爆震燃烧(简称爆燃)(1)现象与危害 汽油机的爆燃现象就是燃烧室内末端混合气的自燃现象。(四)不正常燃烧 2020/11/14117NoImageNoImage 虽然爆燃时的最高压力很高,但它是以冲击波的形式出现,不是以均匀压力推动活塞,而 像用锦头不断敲击活塞似的,不能使燃气对活塞作功更多。汽车在低速上坡时,允许有很轻微的短时间的爆燃
50、。因为轻微的爆燃可以使燃烧过程缩短,有利于提高有效功率,但是不允许 严重的爆燃,严重的爆燃会有以下危害:1)机件过载 2)机件烧损 3)性能指标下降 2.危害2020/11/14118NoImageNoImage 主要有:使用抗爆性强的汽油可以防止爆燃的产生;在汽油中参加少量抗爆添加剂,使用中应根据发动机的压缩比选用相应牌号的汽油。可以通过改变构造因素 如减小压缩比、采用双火花塞等以及改变运行因素如负荷、转速等措施。3预防措施2020/11/14119NoImageNoImage 不靠火花塞点火而由燃烧室内炽热物点燃混合气的燃烧现象,称为外表点火。燃烧室内炽热物如:过热的火花塞电极、热的排气门
