發(fā)動機(jī)原理總結(jié)

1、1，機(jī)械損失的組成與測定及測定方法的試用范圍一、機(jī)械損失的組成部分1. 活塞與活塞環(huán)的摩擦損失 2. 軸承與氣門機(jī)構(gòu)的摩擦損失3. 驅(qū)動附屬機(jī)構(gòu)的功率消耗4. 風(fēng)阻損失5. 驅(qū)動掃氣泵及增壓器的損失二、機(jī)械損失的測定1、示功圖法一般用于當(dāng)上止點(diǎn)位置能得到精確校正時才能取得較滿意的結(jié)果。2、倒拖法這種方法在具有電力測功器的試驗(yàn)條件下方可進(jìn)行3、滅缸法此法僅適用于多缸發(fā)動機(jī)。4、油耗線法這種方法不適用于用節(jié)氣門調(diào)節(jié)功率的汽油機(jī)。倒拖法只能用于配有電力測功器的情況，因而不適用于大功率發(fā)動機(jī)，而較適用于測定壓縮比不高的汽油機(jī)的機(jī)械損失。對于排氣渦輪增壓柴油機(jī)(pb0.15M Pa），由于倒拖法和滅缸法

2、破壞了增壓系統(tǒng)的正常工作，因而只能用示功圖法、油耗線法來測定機(jī)械損失。對于排氣渦輪中增壓、高增壓的柴油機(jī)(pb0.15MPa)，除示功圖外，尚無其他適用的方法可取代。2：提高內(nèi)燃機(jī)動力性能與經(jīng)濟(jì)性能的途徑提高內(nèi)燃機(jī)動力性能與經(jīng)濟(jì)性能的途徑1. 采用增壓技術(shù) 從式(237)可以看到，在保持過量空氣系數(shù)a等參數(shù)不變的情況下，增加吸進(jìn)空氣的密度s可以使發(fā)動機(jī)功率按比例增長2. 合理組織燃燒過程，提高循環(huán)指示效率it3. 改善換氣過程，提高氣缸的充量系數(shù)c 4. 提高發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速增加轉(zhuǎn)速可以增加單位時間內(nèi)每個氣缸做功的次數(shù)，因而可提高發(fā)功機(jī)的功率輸出；與此同時，發(fā)動機(jī)的比質(zhì)量也隨之降低。 轉(zhuǎn)速的增長不

3、同程度上受燃燒惡化、充量系數(shù)c和機(jī)械效率m急劇降低，零件使用壽命和可靠性降低以及發(fā)動機(jī)振動、噪聲加劇等限制。5. 提高內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械效率提高機(jī)械效率可以提高內(nèi)燃機(jī)的動力性能和經(jīng)濟(jì)性能，這方面主要靠合理選定各種熱力和結(jié)構(gòu)參數(shù)，靠結(jié)構(gòu)、工藝上采取措施減少其摩擦損失及驅(qū)動水泵、油泵等附屬機(jī)構(gòu)所消耗的功率以及改善發(fā)動機(jī)的潤滑、冷卻來實(shí)現(xiàn)6. 采用二沖程提高升功率 3.理論循環(huán)的結(jié)論與限制結(jié)論1. 提高壓縮比c可以提高工質(zhì)的最高溫度，擴(kuò)大了循環(huán)的溫度階梯，增加了內(nèi)燃機(jī)的膨脹比，從而提高了熱效率t，但提高率隨著壓縮比c的不斷增大而逐漸降低。2. 增大壓力升高比p可以增加混合加熱循環(huán)中等容部分的加熱量，提高了

4、熱量利用率，因而可使熱效率t提高。3. 增大初始膨脹比0，可以提高循環(huán)平均壓力，但由于等壓部分加熱量的增加，導(dǎo)致循環(huán)熱效率t隨之降低，因?yàn)檫@部分熱量是在膨脹比不斷降低的情況下加入的，做功能力下降。4. 所有提高熱效率的措施，以及增加循環(huán)始點(diǎn)的進(jìn)氣壓力pa，降低進(jìn)氣溫度Ta，增加循環(huán)供油量等措施，均有利于循環(huán)平均壓力pt的提高。5.內(nèi)燃機(jī)實(shí)際工作條件下的約束和限制1) 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制2) 機(jī)械效率的限制 3) 燃燒方面的限制4) 排放方面的限制4汽油機(jī)的燃燒過程及分析第I階段稱為著火階段，是指電火花跳火到形成火焰中心的階段。電火花在上止點(diǎn)前角跳火以后，混合氣中并不立即產(chǎn)生火焰。高速攝影表明，在1

5、點(diǎn)亮后，到2點(diǎn)再亮，這段時間約占整個燃燒時間的15左右，但一般是按氣缸壓力開始與壓縮壓力相分離的2點(diǎn)計算的，2點(diǎn)與2點(diǎn)相差甚微，它與底片的感光性能及測壓儀器的靈敏度有關(guān)。第II階段23稱為急燃期，是指火焰由火焰中心燒遍整個燃燒室的階段，因此也可稱為火焰?zhèn)鞑ルA段。在這一階段內(nèi)，壓力升高很快，壓力升高率為dp/d=0.20.4MPa/(°)（CA） 一般用壓力升高率代表發(fā)動機(jī)工作粗暴的程度。振動和噪聲水平、火焰?zhèn)鞑ニ俾逝c壓力升高率密切相關(guān)，因此火焰?zhèn)鞑ニ俾矢叩目扇蓟旌蠚饩偈箟毫ι呗试黾?，同樣火花塞位置、燃燒室型式對壓力升高率也有影響?急燃期終點(diǎn)一般為最高壓力點(diǎn)3或最高溫度點(diǎn)3(有時

6、3和3點(diǎn)重合)；當(dāng)然，若取放熱率驟然下降的時刻作為急燃期終點(diǎn)則更為合理。 最高燃燒壓力點(diǎn)3到達(dá)的時刻，對發(fā)動機(jī)的功率、經(jīng)濟(jì)性有重大影響。如3點(diǎn)到達(dá)過早，則混合氣必然過早點(diǎn)燃，從而引起壓縮過程負(fù)功的增加，壓力升高率增加，最高燃燒壓力過高。相反，如3點(diǎn)到達(dá)過遲，則膨脹比將減小，同時，燃燒高溫時期的傳熱表面積增加，也是不利的。3點(diǎn)的位置可以用點(diǎn)火提前角來調(diào)整 第III階段34稱為后燃期，它相當(dāng)于急燃期終點(diǎn)3至燃料基本上完全燃燒點(diǎn)4為止。 圖上的點(diǎn)3表示燃燒室主要容積已被火焰充滿，混合氣燃燒速度開始降低，加上活塞向下止點(diǎn)加速移動，使氣缸中壓力從點(diǎn)3開始下降。在后燃期中主要是湍流火焰前鋒后面沒有完全燃燒

7、掉的燃料，以及附在氣缸壁面上的混合氣層繼續(xù)燃燒。此外，汽油機(jī)燃燒產(chǎn)物中CO2和H2O 的離解現(xiàn)象比柴油機(jī)嚴(yán)重，在膨脹過程中溫度下降后又部分復(fù)合而放出熱量，一般也作后燃看待。(七)汽油機(jī)不同工況下燃燒過程的特點(diǎn)（填空題）1、點(diǎn)火提前角不同時的燃燒過程 在汽油機(jī)上，保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定，記錄功率、燃油消耗率、排氣溫度隨點(diǎn)火提前角的變化，稱為汽油機(jī)點(diǎn)火提前特性(圖512)。轉(zhuǎn)速越大，點(diǎn)火提前角越大2、混合氣濃度不同時的燃燒過程在汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度保持一定，點(diǎn)火提前角為最佳值時調(diào)節(jié)供油量，記錄功率、燃油消耗率、排氣溫度隨過量空氣系數(shù)的變化曲線，稱為汽油機(jī)在某一轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度下

8、的調(diào)整特性在a=0.80.9時，滯燃期最短，火焰?zhèn)鞑サ钠骄俾首罡?。此外，由于a1的混合氣燃燒以后的實(shí)際分子變更系數(shù)增大以及燃料蒸發(fā)量增多，使進(jìn)氣溫度下降，充量系數(shù)有所增大，因此這時最高爆發(fā)壓力、最高燃燒溫度、壓力升高率和功率均達(dá)到最大值，但同時由于不完全燃燒，燃油消耗率較高。在 a=1.031.1時，燃油消耗率達(dá)較佳值，這主要是因?yàn)闅飧變?nèi)燃料、空氣和殘余廢氣不能絕對均勻混合，因而不可能剛好在 a=1時獲得完全燃燒。3、負(fù)荷不同時的燃燒過程當(dāng)節(jié)氣門關(guān)小時，充量系數(shù)急劇下降，但留在氣缸內(nèi)的殘余廢氣量不變，使殘余廢氣系數(shù)增加，滯燃期增加，火焰?zhèn)鞑ニ俾氏陆?，最高爆發(fā)壓力、最高燃燒溫度、壓力升高比均下

9、降，冷卻水散熱損失相對增加，因而燃油消耗率增加。因此，隨著負(fù)荷的減小，最佳點(diǎn)火提前角要提早(圖514)。在傳統(tǒng)汽油機(jī)中，采用點(diǎn)火提前真空調(diào)節(jié)器來自動調(diào)整。4、轉(zhuǎn)速不同時的燃燒過程當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時，氣缸中湍流增加，火焰?zhèn)鞑ニ俾蚀篌w與轉(zhuǎn)速成正例增加，因而最高爆發(fā)壓力、壓力升高比隨轉(zhuǎn)速的變化不大。此外，在轉(zhuǎn)速升高時，由于散熱損失減少，進(jìn)氣被加熱，使氣缸內(nèi)混合得更均勻，有利于縮短滯燃期。但另一方面，由于殘余廢氣系數(shù)增加，氣流吹走電火花的傾向增大，又使滯燃期增加。以上兩種因素使以秒計的滯燃期與轉(zhuǎn)速的關(guān)系不大，但是按曲軸轉(zhuǎn)角計的滯燃期卻隨轉(zhuǎn)速的增加而增大。因此，在汽油機(jī)上均設(shè)有點(diǎn)火提前角的離心自動調(diào)節(jié)裝置，使

10、在轉(zhuǎn)速增加時，增大點(diǎn)火提前角。5降低爆燃的措施 防止發(fā)動機(jī)瀑燃的方法很多，如使用抗爆性高的燃料，降低終燃混合氣溫度，提高火焰?zhèn)鞑ニ俣然蚩s短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，縮短終燃混合氣暴露在高溫中的時間等。具體措施如下： 1) 推遲點(diǎn)火； 2) 縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x最??； 3) 終燃混合氣的冷卻，使離火花塞最遠(yuǎn)處的可燃混合氣冷卻得較好，如減小終燃混合氣部分的余隙高度； 4) 增加流動，使火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾?，且終燃混合氣的散熱也好； 5) 燃燒室掃氣(如加大進(jìn)、排氣重疊期)的冷卻作用可減輕爆燃。6柴油機(jī)的燃燒過程極其分析 柴油機(jī)的燃燒過程，可以從不同的角度用各種方法進(jìn)行研究，如高速攝影、光譜分析、采樣分析等，但最簡便、

11、應(yīng)用最多的方法是從展開的示功圖上分析燃燒過程。因?yàn)槿剂先紵?，氣缸中壓力和溫度不斷升高，它們是反映燃燒進(jìn)行情況的重要參數(shù)。第I階段為著火延遲階段(AB段)。在壓縮過程中，氣缸中空氣壓力和溫度不斷升高，燃料的著火溫度因壓力升高而不斷下降。在上止點(diǎn)前A點(diǎn)噴油嘴針閥開啟，向氣缸噴入燃料，這時氣缸中空氣溫度高達(dá)600，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃料在當(dāng)時壓力下的自燃溫度，但燃料并不是馬上著火，而是稍有落后，即到B點(diǎn)才開始著火燃燒，壓力才開始急劇升高，B點(diǎn)相當(dāng)于氣體壓力曲線與純壓縮曲線分離的地方。從噴油開始(A點(diǎn))到壓力開始急劇升高時(B點(diǎn))為止，這一段時間稱為滯燃期。在滯燃期內(nèi)，噴入氣缸的燃料經(jīng)歷一系列物理化學(xué)的變化過

12、程，包括燃料的霧化、加熱、蒸發(fā)、擴(kuò)散與空氣混合等物理準(zhǔn)備階段以及著火前的化學(xué)準(zhǔn)備階段。滯燃期以i 或i 表示，可以從示功圖上直接測定。第II階段為急燃期(BC段)。在這一階段中，由于在滯燃期內(nèi)噴入氣缸的燃料幾乎一起燃燒，而且是在活塞靠近上止點(diǎn)、氣缸容積較小的情況下燃燒，因此氣缸中壓力升高特別快。一般用平均壓力升高率來表示壓力升高的急劇程度。即P/=(PC-PB)/(C-B)。壓力升高速度決定了柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，如果壓力升高速度太大，則柴油機(jī)工作粗暴，運(yùn)動零件受到很大的沖擊負(fù)荷，發(fā)動機(jī)壽命就要減少。為了保證柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，平均壓力升高綠不宜超過0.4MPa(°(CA)。 第III

13、階段從壓力急劇升高的終點(diǎn)(C點(diǎn))到壓力開始急劇下降的D點(diǎn)為止，稱為緩燃期。這一階段的燃燒是在氣缸容積不斷增加的情況下進(jìn)行的，所以燃燒必須很快才能使氣缸壓力稍有上升或幾乎保持不變。第IV階段從緩燃期的終點(diǎn)(D點(diǎn))到燃料基本上完全燃燒時(E點(diǎn))為止，稱為后燃期。在柴油機(jī)中，由于燃燒瞬間短促，燃料和空氣的混合又不均勻，總有一些燃料不能及時燒完，拖到膨脹線上繼續(xù)燃燒，特別是在高速、高負(fù)荷時，由于過量空氣少，后燃現(xiàn)象比較嚴(yán)重，有時甚至一直繼續(xù)到排氣過程之中。在后燃期，因活塞正處在下行運(yùn)動，燃料在較低的膨脹比下放熱，所放出的熱量不能有效利用，并增加了散往冷卻水的熱損失，使柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性下降。此外，后燃增加活

14、塞組的熱負(fù)荷以及使排氣溫度增高，所以應(yīng)盡量減少過后燃燒。7柴油機(jī)燃燒室的比較 直接噴射式分隔式淺盆形深坑形球形油膜渦流室預(yù)燃室燃燒室形狀簡單一般一般復(fù)雜復(fù)雜混合氣形成方式空間霧化空間霧化為主油膜蒸發(fā)空間霧化為主空間霧化空氣運(yùn)動無渦流或弱進(jìn)氣渦流進(jìn)氣渦流較強(qiáng)進(jìn)氣渦流最強(qiáng)壓縮渦流燃燒渦流燃料霧化高較高一般較低低噴油嘴多孔612多孔46單孔或雙孔軸針式軸針式針閥開啟壓力/MPa2040182518191015813熱損失與流動損失小較小較小大最大起動性易較易難難最難壓縮比12151618171916201822a(全負(fù)荷)1.62.21.41.71.31.51.31.61.21.6Pme/

15、MPa120.60.80.70.90.60.80.60.8be190218245218245231272245292燃燒噪聲高高較低較低最低怠速高適應(yīng)轉(zhuǎn)速（r.min-1）15004000250050003500適應(yīng)缸徑（mm）200150901301001602008降低柴油機(jī)排放的設(shè)計要點(diǎn)1. 增壓增壓技術(shù)普遍在車用發(fā)動機(jī)上采用，“增壓+中冷”應(yīng)用也越來越多；增壓是發(fā)展低排放柴油機(jī)的入門技術(shù)。因進(jìn)氣量大，平均過量空氣系數(shù)大，DS和PM的排放排放下降，但NOx的排放增加，可以采用推遲噴油予以減小。采用“增壓+中冷”以降低柴油機(jī)的今期溫度，不僅可以降低熱負(fù)荷，又進(jìn)一步提高空氣密度，而且可以強(qiáng)化

16、功率密度，同時降低Tmax，減小NOx的生成。應(yīng)用空-空中冷器把增壓空氣溫度降到50左右。滿足歐I排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)渦輪增壓（TC），為改善低速性能，排氣旁通；滿足歐II增壓中冷型（TCA），滿足歐III，可變噴嘴渦輪增壓器（Variable Nozzle TurochatgerVVT）2. 低排放燃油噴射系統(tǒng)低排放燃油系統(tǒng)是降低排放的關(guān)鍵，應(yīng)滿足以下要求：1. 優(yōu)化全工況的噴油正時，實(shí)現(xiàn)性能與排放之間的最佳折衷；2. 每循環(huán)噴油量適應(yīng)不同工況低排放的運(yùn)行要求，給出各種調(diào)速特性以適應(yīng)不同工作機(jī)械的匹配；3. 優(yōu)化噴油規(guī)律，包括每循環(huán)實(shí)現(xiàn)多次噴油的可能性；4. 噴霧形狀與燃燒室匹配，保證燃燒室內(nèi)空

17、氣的充分利用；5. 燃油噴霧粒度足夠且盡可能均勻，保證燃油及時蒸發(fā)，并于空氣均勻混合。近些年來的進(jìn)步噴油正時的控制；循環(huán)噴油量的控制；優(yōu)化噴油規(guī)律；低排放噴油器；提高噴油壓力。3. 氣流組織和多氣門技術(shù)柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢是提高噴油壓力，降低進(jìn)氣渦流強(qiáng)度，以減小進(jìn)氣（壓力）損失，配合多孔數(shù)、小孔徑噴油器來獲得良好的混合氣。每缸4氣門的結(jié)構(gòu)過去常用于缸徑130一150mm以上的柴油機(jī)，現(xiàn)在連缸徑80mm左右的4氣門直噴柴油機(jī)也已研制成功。它的主要優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)大進(jìn)、排氣門的總流通截面積，且噴油器可垂直布置在氣缸軸線上，不僅改善了噴油器的冷卻情況和活塞熱應(yīng)力(2氣門機(jī)燃燒室在活塞頭上偏置使熱應(yīng)力不均勻)

18、，而且解決了由于2氣門機(jī)噴油器斜置造成的各噴油孔流動條件不同的后果，有利于燃油在燃燒室空間中均勻分布。4. 低排放燃燒室重型車用柴油機(jī)和其他大型柴油機(jī)大多采取直接噴射燃燒方式，而轎車和輕型車要求轉(zhuǎn)速高以及小型農(nóng)業(yè)機(jī)械為使用方便多用非直噴式燃燒方式。由于直噴技術(shù)的進(jìn)步(噴油系統(tǒng)的小型化、高壓化和高速化)以及降低油耗和CO2排放的要求，高速的轎車柴油機(jī)也開始使用直噴式，并有逐步增長的趨勢。5. 排氣再循環(huán)與汽油機(jī)類似，柴油機(jī)也可以通過排氣再循環(huán)(EGR)來降低NOx排放。由于柴油機(jī)排氣中氧含量比汽油機(jī)高，所以柴油機(jī)允許并需要較大的EGR率來降低NOx的排放。直噴式柴油機(jī)的EGR率可以超過40，非直噴式可達(dá)到25。為了防止產(chǎn)生較多的微粒，一般在中、抵負(fù)荷時用較大的EGR率，在全負(fù)荷時不用