汽車發(fā)動機2-工程師培訓

1、例題 （2006單選）對發(fā)動機曲軸進行動平衡時，一般是在曲軸的（ ）部位用去除材料的辦法獲得平衡： 1）主軸頸；2）曲柄銷；3）曲柄；4）連桿軸頸 脹斷是連桿加工的新工藝？ （2006判斷）6135Q柴油機編號中的Q是“汽改柴”？汽車發(fā)動機2掌握內燃機工作過程NoImageNoImage其中： rra線是進氣過程 abc線是壓縮過程 cz線是燃燒過程 zb線是膨脹過程 br線是排氣過程 循環(huán)得到的凈功為Ai-A1 2.1汽油機工作循環(huán)NoImageNoImage 2.實際循環(huán)與理想循環(huán)的差異 與理論循環(huán)相比，實際循環(huán)存在各類能量損失。 1) 實際工質的影響Wk 2) 換氣損失W和Wr 3) 燃

2、燒損失Wz 4)傳熱損失Wb NoImageNoImage2.2汽油機進氣流動與可變進氣汽油機進氣流動與可變進氣 定義 任務：合理組織換氣過程：最大限度吸入新鮮充量，保證各缸進氣壓力均勻；減小換氣損失；在缸內形成合理的流場，以控制混合氣形成和燃燒。 2.2.1四沖程發(fā)動機的換氣過程 1)自由排氣階段 2)強制排氣階段 3) 進氣階段 2.氣門疊開 合適：可掃氣，增加進氣量； 過大；廢氣倒流進氣管2.2.2四沖程發(fā)動機的充氣四沖程發(fā)動機的充氣效率效率/系數系數 充氣效率/系數：每循環(huán)實際進入氣缸的新鮮充氣量G與在進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充氣量G0的比值，即 進氣狀態(tài)：當時的大氣狀態(tài)（非增

3、壓）0GGV影響充氣影響充氣效率效率的因素的因素 1、壓縮比、壓縮比 v 2、進氣終了狀態(tài)、進氣終了狀態(tài) Pa v Ta v 3、殘余廢氣系數、殘余廢氣系數r rv 4、大氣狀態(tài)、大氣狀態(tài) Po Pa Pa/ Po變化不大變化不大 v變化不大變化不大 To Ta To/Ta 變化不大變化不大 v變化不大變化不大 但是，由于PoTo使G故發(fā)動機沒勁。5、轉速、轉速n n流速流速流動阻力流動阻力pav 6、負荷負荷 汽油機（量調節(jié)）負荷汽油機（量調節(jié)）負荷 進氣阻力進氣阻力 v 柴油機（質調節(jié)）負荷柴油機（質調節(jié)）負荷 進氣阻力變化不大進氣阻力變化不大 v變化不大。變化不大。 7、配氣相位、配氣相

4、位 n慣性慣性進氣滯后角不足，慣性未被利用進氣滯后角不足，慣性未被利用 n慣性慣性進氣滯后角有余，新氣易倒流進氣滯后角有余，新氣易倒流 進氣滯后角進氣滯后角獲最大獲最大v的轉速提高的轉速提高 提高充氣效率的措施提高充氣效率的措施 1、減小進氣系統的阻力、減小進氣系統的阻力 Pa v （1）減小空濾器的阻力）減小空濾器的阻力 （2）減小化油器的阻力）減小化油器的阻力 （3）減小進氣管、道的阻力）減小進氣管、道的阻力 矩形斷面小流速快汽化好阻力大 歧管圓形斷面大流速慢汽化差阻力小 設計合理選擇斷面，彎少避免突變。 （4）減小進氣門的阻力）減小進氣門的阻力 增大進氣門直徑增大進氣門直徑 增加進氣門數

5、目增加進氣門數目 增加進氣門升程增加進氣門升程 改善氣門頭與桿的過渡形狀改善氣門頭與桿的過渡形狀 2.減小排氣系統的阻力減小排氣系統的阻力 3、合理進氣予熱、合理進氣予熱 柴油機進、排氣管分兩側布置 4、合理配氣相位、合理配氣相位進氣遲閉角進氣遲閉角 5、可變進氣系統、可變進氣系統 可變配氣相位可變配氣相位 低速，進氣滯后角小防止新氣倒流 高速，進氣滯后角大充分利用氣體流動慣性 可變進氣管道：進氣諧振可變進氣管道：進氣諧振 低速與小負荷進氣管道細而長 高速與大負荷進氣管道粗而短 可變進氣門可變進氣門 低速與小負荷僅開一個主進氣門 高速與大負荷時開幾個進氣門。 這一過程由凸輪軸控制進氣道的轉換閥

6、來實現?？勺儦忾T正時可變氣門正時 VVTI：保持進氣門開啟的持續(xù)角度不變，改變進氣門開閉時刻來增加充氣量。它由VVT-i控制器、凸輪軸正時機油控制閥和傳感器三部分組成，其中傳感器有曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器和VVT傳感器。 發(fā)動機采用可變氣門正時技術可以提高進氣充量，使充量系數增加，發(fā)動機的扭矩和功率可以得到進一步的提高，減小排放。 加大進氣門遲閉角，高轉速時充氣效率增加有利于最大功率的提高，但對低速和中速性能則不利。減小進氣遲閉角，能防止氣體被推回進氣管，有利于提高最大扭矩，但降低了最大功率。因此，理想的氣門正時應當是根據發(fā)動機的工作情況及時做出調整，應具有一定程度的靈活性。VTEC

7、（1）低速時，只有主副搖臂工作（2）高速時，主副搖臂、中間搖臂同時工作 優(yōu)點：發(fā)動機能隨發(fā)動機轉速、負荷、水溫等運行參數的變化，而適當地調整配氣正時和氣門升程。在VTEC系統中，中、低轉速采用小角度凸輪，基本上只有一個氣門參與進氣過程，能產生較強的進氣渦流，尤其是冷車條件下有利于提高混合氣均勻度、增大燃燒速率等，使燃燒更加充分，從而提高了經濟性，并大幅降低了HC、CO的排放；而在高轉速時，通過VTEC電磁閥的控制，大大增加了進氣流通面積和開啟持續(xù)時間，從而提高了發(fā)動機高速時的動力性。紳寶（SAAB）SVC發(fā)動機 以改變氣缸壓縮比的方式來達到控制發(fā)動機的燃油消耗量的目的。它的核心就是在缸體與缸蓋

8、之間安裝楔型滑塊，缸體可以沿滑塊的斜面運動，使得燃燒室與活塞頂面的相對位置發(fā)生變化，改變燃燒室的容積，從而改變氣缸壓縮比。其壓縮比可從8:1至14:1之間范圍變化。在發(fā)動機小負荷時采用高壓縮比以實現節(jié)約燃油；在發(fā)動機大負荷時采用低壓縮比，并輔以機械增壓器以實現大功率和高轉矩輸出。 諧振進氣只在某一轉速下起諧振作用進氣的脈動效應:進氣頻率利用進氣的脈動效應，在進氣門開啟的時間段內，在進氣門外產生較高壓力的壓力波諧振諧振提高充氣效率組成：進氣歧管諧振腔可變進氣道系統 根據發(fā)動機不同工況，采用不同長度及容積的進氣管向氣缸內充氣，以便能形成慣性充氣效應及諧振脈沖波效應，從而提高充氣效率及發(fā)動機動力性能

9、。它有三種工作形式：雙脈沖進氣系統、四氣門二段進氣系統和三段進氣系統。 可變進氣歧管長進氣道長進氣道發(fā)動機在低轉速時，空氣經過長的進氣道，使氣缸充氣最佳，且扭矩增大?？勺冞M氣歧管短進氣道短進氣道發(fā)動機在高轉速時，空氣流經短進氣道，可提高充氣效率。奔馳SLK發(fā)動機可變進氣歧管奔馳SLK發(fā)動機可變進氣歧管寶馬新7系的發(fā)動機進氣管 例題 1. （多選）合理組織換氣過程的目的是 1）最大限度地吸入新鮮充量 2）保證各缸進氣壓力均勻 3）減少換氣損失 4）在缸內形成合理的流場，以控制混合氣形成和燃燒 2.判斷：增加發(fā)動機進氣溫度可以提高充氣效率？ 3.充氣系數和氣缸容積成正比？ 4.發(fā)動機在排氣結束時，

10、氣缸內壓力小于外界大氣壓？ 5. （多選）可變氣門驅動的好處有（2010） A.改變進氣晚關角，提高中低速外特性轉矩b.變氣門重疊角，改善低速和怠速穩(wěn)定性c.改善部分負荷燃油經濟性d.改善配氣系統的可靠性6.（多選）改善汽油機低速扭矩的措施至少有（ ）等（2010） A.多氣門供氣；b.較小的進氣流通截面；c.高壓縮比；d.長進氣管2.3汽油機混合氣濃度對動力性經濟性和排放的影響2.3.1汽油機燃燒過程 1）著火延遲期 2）速燃期 3）后燃期NoImageNoImage 燃燒是燃油中的碳原子和氫原子與空氣的氧原子劇烈氧化反應的過程,并伴有發(fā)熱、發(fā)光的現象。 把過量空氣系數a=1,空燃比A/F=

11、14.7的可燃混合氣叫做理論混合氣; a1,A/F14.7的可燃混合氣叫做濃混合氣; a1,A/F14.7的可燃混合氣叫做稀混合氣。 (一)燃燒簡介NoImageNoImage 1.燃料與空氣借助于化油器或噴射裝置,在缸外進行混合,混合時間長,混合均勻; 2.壓縮終了前通過外源(火花塞)點火,著火時間、地點一定; 3.著火后火焰擴散,適當的渦流運動可以加速火焰?zhèn)鞑? 4.通過改變混合氣的數量來調節(jié)負荷。 汽油機燃燒過程的特點:NoImageNoImage 汽油和空氣形成的可燃混合氣必須經過著火階段才能進行燃燒。而著火,是指混合氣的氧化反應加速、溫度升高、以致引起空間某一位置最終有某個火焰出現的

12、過程。 點火能否成功,與火花點火放出的熱量大小和混合氣的濃度有關?；鸹c火放出的熱量 太小.混合氣的濃度過濃或過稀.火焰均不能傳播.(二)汽油機的著火NoImageNoImage 液體燃料混合氣的形成過程,就是液體燃料在空氣中霧化、蒸發(fā)、擴散并與空氣混合的過 程。 （三）汽油機混合氣的形成NoImageNoImage 空氣經空氣濾清器進入化油器,在流經喉管時,流速增加, 壓力降低,在喉管中形成一定的真空度,將汽油從浮子室經主噴管吸出,被吸出來的汽油正好 噴入流過喉管的空氣中,在高速空氣流的沖擊下被霧化成細小顆粒,并不斷蒸發(fā)、擴散,與空氣 混合成可燃混合氣。 改變設置在喉管后的節(jié)氣門開度,即可改

13、變進入氣缸中的混合氣數量,也就改變了發(fā)動機功率。 化油器式汽油機的混合氣形成過程NoImageNoImage 汽油直接噴射系統混合氣的形成是在進氣管或氣缸中進行的。噴油器將來自供油系統具有一定壓力的汽油噴到各缸進氣道的進氣門前(多點噴射)或噴到節(jié)氣門前方的進氣管內(單 點噴射)或直接噴人氣缸(缸內噴射),與來自空氣供給系統的新鮮空氣在缸外(進氣管噴射)或 缸內(缸內噴射)相混合形成可燃混合氣。 汽油直接噴射式的混合氣形成過程2.3.2混合氣濃度過量空氣系數 我國使用空 燃 比國外常用混合氣成分對發(fā)動機性能的影響混合氣濃度發(fā)動機性能 =1（理論混合氣）實際上，汽油不能完全燃燒 1汽油完全燃燒=1

14、.051.15油耗最低 1.15混合氣可以完全燃燒，但燃燒速度慢，功率下降 1.3-1.4（火焰?zhèn)鞑ハ孪蓿┗鹧鏌o法傳播=0.85-0.95燃燒速度快，熱損失小，功率最大；但不完全燃燒，油耗大；冒黑煙；排氣放炮=0.43-0.85過濃，功率下降 0.4空氣量極少，無法燃燒功率最大功率混合氣（濃）油耗最低經濟混合氣（稀）2.3.3汽油的性質物理特性：物理特性： 粘度小、流動性好、自潤性差粘度小、流動性好、自潤性差 使用性能指標：使用性能指標： 蒸發(fā)性：能被蒸發(fā)的性能。飽和蒸汽壓蒸發(fā)性：能被蒸發(fā)的性能。飽和蒸汽壓 熱值：熱值：1kg燃料完全燃燒后所產生的熱量。燃料完全燃燒后所產生的熱量。 標號：標號

15、越高，抗爆性越強。標號：標號越高，抗爆性越強?？贡裕涸谌紵校苊猱a生爆燃的能力。（辛烷值抗爆性：在燃燒中，避免產生爆燃的能力。（辛烷值越高，抗爆性越強）越高，抗爆性越強）（2010判斷）冬天供給的汽油的飽和蒸汽壓應高于夏判斷）冬天供給的汽油的飽和蒸汽壓應高于夏天供給的汽油的飽和蒸汽壓？天供給的汽油的飽和蒸汽壓？NoImageNoImage汽油的抗爆性 抗爆性是指汽油在燃燒室內燃燒時抵抗爆燃的能力,其評定指標是辛烷值。 在汽油機燃 燒過程中,隨著壓縮比及氣缸內氣體溫度提高,可能出現一種不正常的自燃現象,稱為爆震燃 燒,簡稱爆燃。汽油辛燒值越高,抗爆性越強,就能承受發(fā)動機采用較高壓縮比而不發(fā)生

16、爆燃, 有利于提高汽油機的經濟性。 NoImageNoImage 雖然爆燃時的最高壓力很高,但它是以沖擊波的形式出現,不是以均勻壓力推動活塞,而 像用錘頭不斷敲擊活塞似的,不能使燃氣對活塞作功更多。汽車在低速上坡時,允許有很輕微的短時間的爆燃。因為輕微的爆燃可以使燃燒過程縮短,有利于提高有效功率,但是不允許 嚴重的爆燃,嚴重的爆燃會有下列危害: 1) 機件過載 2)機件燒損 3)性能指標下降 NoImageNoImage 不靠火花塞點火而由燃燒室內熾熱物點燃混合氣的燃燒現象,稱為表面點火。 燃燒室內熾熱物如:過熱的火花塞電極、熱的排氣門、熱的燃燒表面沉積物等,由表面點火產生的新的火焰前鋒也以正

17、常的速度傳播。 早火：在正?；鸹ㄈc火前的表面點火 后火：正常火花塞點火后的表面點火表面點火NoImageNoImage 表面點火的結果是使得缸內壓力急劇升高,噪聲加強,向活塞、缸壁的傳熱增加,活塞缸套間結焦,“早火”相當于將點火提前角提前,“后火”雖有可能加快燃燒速度,但是,表面點火的最 大問題是點火的無規(guī)律性,這將導致燃燒過程的不穩(wěn)定與工作過程的粗暴,使動力性、經濟性 都受到影響。避免表面點火的有效措施是采用低餾程的燃料與不易結焦的潤滑油?；鸹ㄈ奈恢煤蜔嶂道鋮s水道布置 NoImageNoImage表面點火與爆燃的關系 表面點火不同于爆燃,表面點火是由于熱表面點燃混合氣,而爆燃則是由于燃燒

18、室內末端 混合氣的自燃產生的。爆燃與表面點火之間又存在相互影響,表面點火會促使爆燃的產生。 NoImageNoImage:使用抗爆性強的汽油; 在汽油中加入少量抗爆添加劑, 可以通過改變結構因素 如減小壓縮比、采用雙火花塞等以及改變運行因素如點火提前角、負荷、轉速等措施。預防措施NoImageNoImage 5.負荷 負荷減少時，殘余廢氣增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣认陆?，燃燒的最高溫度壓力下降，爆燃趨勢減弱； 6.燃燒沉積物 沉積物相當與一個熱源，爆燃和表面點火傾向增加 1.提前角2.壓縮比、汽油辛烷值3.火花塞位置4. 轉速 轉速增加時，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，易產生爆燃的部位在自燃準備尚未完成時，火焰前鋒

19、已到達，爆燃趨勢減弱； 習題1.內燃機速燃期的氣缸壓力達到最高，溫度也達到最高？ 2.混合氣濃度越濃，發(fā)動機產生的功率越大？ 3.汽油機不正常燃燒有什么現象？原因是什么？ 4.適當減小提前角可減少爆震發(fā)生？ 5.（2010判斷）汽油機轉速升高，爆燃傾向減少？ 6.（2010簡答）為什么汽油機的點火提前角在一定轉速下隨負荷減小而增大，在一定節(jié)氣門開度下隨轉速升高而減?。?7.（2006單選）對于汽油發(fā)動機，其理論空燃比約為（ ）：1 1.0；13.8；14.7；15.6 8.（2007判斷）汽油機出現排氣管放炮現象可能是某缸失火造成的？ 9.（2007單選）對于汽油機，下面四項中屬于功率空燃比的

20、為（ ） 1）1.2:1；2）12.7:1；3）14.7:1；4）18:1NoImageNoImage燃燒室形狀對燃燒和排放的影響 2.3.4汽油機的燃燒室NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage2.4 柴油機的燃燒過程 柴油機工作過程的特點: 1.吸入氣缸的是新鮮空氣,被壓縮的是新鮮空氣; 2. 柴油通過高壓噴入氣缸,缸內形成可燃混合氣; 3. 且混合時間極短; 4.缸內混合氣成分不均勻,且不斷變化; 5.沒有外源點火,只是靠壓縮自燃; 6.混合與燃燒重疊進行; 7.質調節(jié),即負荷和轉速不是通過進氣節(jié)流,而是通過燃料量來

21、調節(jié); NoImageNoImage2.4.1柴油的主要性能指標 1）著火性：十六烷值。 著火性好的柴油,噴入氣缸后能及時著火燃燒,柴油機工作柔和,冷起動性能也隨之改善; 若著火佳能差,燃燒前所需的物理、化學準備時間長,著火后壓力升高率過高,導致柴油機工作粗暴 2）霧化性：粘度 但粘度低,則容易形成混合氣。若粘度過低,會加劇噴油泵及噴油器之間的精密偶件表面之間的磨損NoImageNoImage 柴油的凝點用來表示柴油的低溫流動性。它是指柴油冷卻到開始失去流動性的溫度。 選用柴油 時,一般要求其凝點比最低工作環(huán)境溫度低3-5以上。 3）凝點NoImageNoImage柴油易自燃壓縮自燃在壓縮行程

22、末期將柴油噴入氣缸,形成可燃混合氣, 著火需要具備兩個條件: 1.合適的混合氣濃度。 2.合理的混合氣溫度。 (一)柴油機的著火2.4.2柴油機的燃燒過程NoImageNoImage 柴油機的燃燒過程可分為四個階段: 著火延遲期 速燃期 緩燃期 補燃期（二）柴油機的燃燒過程NoImageNoImage著火延遲期 速燃期 緩燃期 補燃期NoImageNoImage（三）影響柴油機燃燒過程的主要因素 1.燃油性質 十六烷值在4060之間2. 霧化質量 NoImageNoImage 噴油率“先急后緩”,則初期放熱率高,壓力升高率增大,工作粗暴,但熱效率升高。 噴油率“先緩后急”,則初期放熱量少,壓力

23、升高率、缸內最高燃燒壓力都下降,熱效率也下降。 3. 噴油規(guī)律NoImageNoImage 適當組織工質的運動,可以提高燃油的蒸發(fā)速度, 促進可燃混合氣的形成,空氣運動可以促使油束分散,增大混合的范圍,加快燃燒速率,改善經 濟性。但是,組織進氣渦流要消耗能量,還會使充氣效率降低。擠氣渦流在工作過程中衰減較快,它的影響效果相對小些。另一方面,渦流過強,散熱損失也會增加, 當燃燒室工作溫度較低時,會導致著火延遲期的增長。 改善換氣過程,提高充氣效率,對于促進可燃混合氣的形成、改善燃燒和排放都是有利的。 4. 燃燒室內的工質運動和換氣質量NoImageNoImage5. 燃燒室的熱力狀態(tài)NoImag

24、eNoImage 發(fā)動機轉速升高時,雖然由于工作溫度的升高而改善了燃燒,但因高壓油管內燃油壓力波 的傳播速度不變,所以,噴油角及噴油持續(xù)期將隨之增大,最終導致放熱率滯后,熱效率降 低,排氣溫度升高,煙度增大。因此,隨著轉速的升高,應將供油提前角增大。 6. 轉速NoImageNoImage 7.負荷加大提前角NoImageNoImage 柴油機的混合氣形成與汽油機相比有兩個最顯著的特點: 混合氣形成在氣缸內部; 混合氣形成時間較短。 2.5柴油機缸內氣體流動NoImageNoImage 柴油機混合氣形成依靠兩方面作用: 燃料噴霧; 組織空氣運動。 NoImageNoImage 柴油機混合氣形成

25、的理想過程應該是：燃料噴入燃燒室后在盡可能短的時間內與周圍空氣均勻霧化、混合,形成可燃混合氣;著火后繼續(xù)噴入的燃料應及時得到足夠的空氣和混合能量, 以便迅速混合,力求避免燃料直接進入高溫缺氧區(qū)域,引起裂化。 NoImageNoImage （一）空間霧化混合方式: 混合氣形成速度快,燃燒過程比較穩(wěn)定,對轉速范圍的適應性 強。 其缺點: 燃料在著火以前形成的混合氣較多,使燃燒過程較為粗暴,并生成較多的NOx。 若油滴蒸發(fā)、霧化速度不及燃燒速度快,將產生不完全燃燒。 NoImageNoImage 燃燒室壁溫、油膜厚度和空氣與油膜的相對速度是混合氣形成的決定性因素。 （二）油膜蒸發(fā)混合方式 將柴油順著

26、氣流的運動方式,涂到燃燒室壁面,形成油膜,油膜受熱蒸發(fā),并與空氣混合形 成均勻混合氣的方式,稱為油膜蒸發(fā)混合方式。 NoImageNoImage 油膜蒸發(fā)混合方式的優(yōu)點: 完全是氣相混合,通過油膜的蒸發(fā)和吹拂氣流的旋轉運動還可以實現分層燃燒,做到既無碳煙,又可控制燃燒速度,限制燃燒壓力的急劇升高,從而控制噪聲 和傳動裝置的機械負荷,通過軸針式噴油嘴的截面的控制可改善噪聲和減少NOx同時對噴 油系統要求降低。 其缺點: 油膜蒸發(fā)的速度受壁溫、油膜厚度和氣流運動的影響很大。因此, 對供油、進氣和燃燒室匹配要求較高,燃燒不及空間霧化穩(wěn)定,冷起動性能差、怠速及低負荷時 HC排放較高。 NoImageN

27、oImage 影響混合氣形成的主要因素包括:燃料噴霧、氣流運動、燃燒室結構等。 1.燃料的噴霧對混合氣形成的影響 利用噴油器將柴油噴散成細粒的過程,稱為柴油的噴霧或霧化。 （三）影響混合氣形成的主要因素NoImageNoImageNoImageNoImage 1)油束的射程L 2)霧化質量 3)油束的錐角(2)衡量油束霧化質量的三個參數:NoImageNoImage 1）噴油器的結構 減小噴孔直徑,霧化質量得到改善,但容易引起噴孔堵塞。 （3） 影響油束的特性因素NoImageNoImage 噴油器的噴油壓力越高,油束的速度越高,所受擾動越大,霧化質量越好。 3)缸內介質反壓力 氣缸內介質反壓力增大時,射程減小,而油束錐角增大,總的來說,對霧化性能影響不大。 4)噴油泵凸輪形狀 噴油泵凸輪形狀曲線越陡,在高壓油管內越容易建立高壓,噴油越迅速,霧化性能得到改善。 2)噴油壓力NoImageNoImage噴油速度加快,霧化質量提高。 6)燃油粘度 另外,對霧化質