汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理內(nèi)容總結(jié)

20/20《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理》機(jī)械工業(yè)出版社主編吳建華第一章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)主要有：動(dòng)力性能指標(biāo)（功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速）、經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)（燃料及潤滑油消耗率）、運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)（冷啟動(dòng)性能、噪聲和排氣品質(zhì)）第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)理論循環(huán)一、三種基本循環(huán)假設(shè)：1）工質(zhì)是理想氣體，其物理常數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣物理常數(shù)相同2）工質(zhì)是在閉口系統(tǒng)中做封閉循環(huán)3）工質(zhì)的壓縮和膨脹是絕熱等熵過程4）燃燒是外界無數(shù)個(gè)高溫?zé)嵩吹热莼虻葔合蚬べ|(zhì)加熱，工質(zhì)放熱為等容放熱5）循環(huán)過程是可逆循環(huán)二、循環(huán)熱效率μtμt=W/Q1=(Q1–Q2)/Q1W工質(zhì)所做的循環(huán)功（J）；Q1循環(huán)加熱量（J）；Q2循環(huán)放熱量（J）三、循環(huán)平均壓力pt循環(huán)平均壓力pt（kPa）:單位氣缸容積所做的循環(huán)功。pt=W/VsVs是氣缸工作容積（L）；pt隨進(jìn)氣終點(diǎn)壓力pde，壓縮比εc，初始膨脹比ρo，等熵指數(shù)κ和循環(huán)熱效率的增加而增加。第二節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)：進(jìn)氣過程、壓縮過程、燃燒過程、膨脹過程、排氣過程實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)比較：1、實(shí)際工質(zhì)的影響2、換氣損失換氣損失：為了使循環(huán)重復(fù)進(jìn)行，必須更換工質(zhì)，因此而消耗的功。3、燃燒損失1）非瞬時(shí)燃燒損失和補(bǔ)燃損失2）不完全燃燒損失3）傳熱損失4）缸內(nèi)流動(dòng)損失……第三節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示性能指標(biāo)指示性能指標(biāo)（指示指標(biāo)）：以工質(zhì)對(duì)活塞所做功為計(jì)算基準(zhǔn)的指標(biāo)一、指示功和平均指示壓力指示功Wi：氣缸內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)所得到的有用功平均指示壓力pmi：單位氣缸容積一個(gè)循環(huán)所做的指示功pmi=Wi/VsVs(L)氣缸工作容積；pmi（Pa）；Wi(J)；Wi=pmiVs=pmiπD2S/4D(m)缸徑;S(m)活塞行程；二、指示功率指示功率Pi：發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間所做的指示功Pi=pmiVsni/30τpmi（MPa），Vs(L)，n(r/min)，Pi（kW）；i氣缸數(shù)；τ沖程數(shù)，四沖程τ=4。三、指示熱效率和指示燃油消耗率指示熱效率ηit：發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)指示功與所消耗的燃料熱量的比值ηit=Wi/Q1ηit=3.6×103Pi/BHuPi(kW)；B(kg/h)每小時(shí)燃油消耗量；Hu(kJ/kg)燃料的低熱值指示燃油消耗率bi[g/(kW·h)]：單位指示功的耗油量bi=B×103/Piηit=3.6×106/Hubi第四節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效性能指標(biāo)有效性能指標(biāo)（有效指標(biāo)）：以曲軸輸出功為計(jì)算基準(zhǔn)的指標(biāo)一、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性指標(biāo)1.有效功和有效功率有效功We：每循環(huán)曲軸輸出的單杠功量實(shí)際機(jī)械損失功WmWe=Wi-WmPe=Pi-Pm2.有效轉(zhuǎn)矩Pe=Ttqn/9550Pe(kW)；Ttq(N·m)；n(r/min)3.平均有效壓力平均有效壓力pme(MPa)：發(fā)動(dòng)機(jī)單位氣缸工作容積輸出的有效功Pe=pmeVsni/30τ=Ttqn/9550二、發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)1.有效熱效率有效熱效率ηet：實(shí)際循環(huán)的有效功與所消耗的熱量的比值ηet=We/Q1ηet=3.6×103Pe/BHu2.有效燃油消耗率be[g/(kW·h)]be=B×103/Peηet=3.6×106/Hube第五節(jié)機(jī)械損失與機(jī)械效率一、機(jī)械效率機(jī)械效率ηm：有效功率與指示功率的比值ηm=Pe/Piηet=ηitηm二、機(jī)械損失的測(cè)定示功圖法、倒拖法、滅缸法、油耗線法第六節(jié)熱平衡一、發(fā)動(dòng)機(jī)所耗燃油的熱量QT(kJ/h)QT=BHu二、轉(zhuǎn)化為有效功的熱量QE(kJ/h)三、傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量QS(kJ/h)四、廢氣帶走的熱量QR(kJ/h)五、燃料不完全燃燒熱損失QB(kJ/h)六、其他熱量損失QL(kJ/h)QT=QE+QS+QR+QB+QL第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程第一節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程一、換氣過程自由排氣、強(qiáng)制排氣、進(jìn)氣、燃燒室掃氣1.自由排氣階段自由排氣階段：從排氣門打開到氣缸壓力接近與排氣管壓力的時(shí)期排氣提前角：從排氣門打開到下止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角2.強(qiáng)制排氣階段排氣遲閉角：從上止點(diǎn)到排氣門完全關(guān)閉的曲軸轉(zhuǎn)角3.進(jìn)氣過程進(jìn)氣門在上止點(diǎn)之前打開，在下止點(diǎn)之后關(guān)閉4.氣門重疊和燃燒室掃氣氣門重疊：由于排氣門遲后關(guān)閉和進(jìn)氣門提前開啟，存在進(jìn)、排氣門同時(shí)打開的現(xiàn)象作用：可以利用氣流的壓差和慣性清除殘余廢氣。二、排氣損失排氣損失:從排氣門提前打開，知道進(jìn)氣行程開始，缸內(nèi)壓力到達(dá)大氣壓力前循環(huán)功的損失。分：自由排氣損失W，強(qiáng)制排氣損失Y三、進(jìn)氣損失進(jìn)氣損失X：由于進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力，進(jìn)氣過程的氣缸壓力低于進(jìn)氣管壓力。換氣損失：進(jìn)氣損失與排氣損失的和。（W+X+Y）泵氣損失(X+Y-u)第二節(jié)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)充量系數(shù)Φc：每缸每循環(huán)實(shí)際吸入氣缸的新鮮空氣質(zhì)量與進(jìn)氣狀態(tài)下理論計(jì)算充滿氣缸工作容積的空氣質(zhì)量比值。第五章柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒柴油機(jī)具有熱效率高、可靠性好、排氣污染少、較大功率范圍內(nèi)的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。第一節(jié)燃油的噴射與霧化一、噴油系統(tǒng)1.對(duì)噴油系統(tǒng)的要求噴油系統(tǒng)作用：定時(shí)、定量并按一定規(guī)律向柴油機(jī)各缸供給高壓燃油。要求：1）能產(chǎn)生足夠高的噴油壓力。2）實(shí)現(xiàn)要求的噴油規(guī)律3）根據(jù)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況，精確控制每個(gè)循環(huán)的噴油量，并自動(dòng)調(diào)節(jié)4）避免出現(xiàn)異常噴射現(xiàn)象2.噴油系統(tǒng)工作原理直列柱塞式噴油泵燃油供給系統(tǒng)、分配式噴油泵燃油供給系統(tǒng)。油箱→油水分離器→輸油泵→燃油濾清器→噴油泵→噴油器→燃燒/油箱3.噴油泵4.噴油器作用：將噴油泵供給的高壓燃油噴入柴油機(jī)燃燒室內(nèi)，使燃油霧化成微細(xì)的油粒。孔式噴油器、軸針式噴油器二、噴射與霧化燃油噴射特性：噴油特性、噴霧特性。1.噴射過程噴射過程：從噴油泵開始供油知道噴油器停止噴油的過程三階段：（1）噴射延遲階段從噴油泵的柱塞頂封閉，進(jìn)回油孔的理論供油始點(diǎn)起到噴油器的針閥開始升起（噴油始點(diǎn)）為止。噴油延遲角：供油提前角與噴油提前角的差。（2）主噴射階段從噴油始點(diǎn)到噴油器端壓力開始急劇下降為止。（3）噴油結(jié)束階段從噴油器端壓力開始急劇下降到針閥落座停止噴油為止。該階段應(yīng)該干脆、迅速。2.供油規(guī)律與噴油規(guī)律供油速率：單位凸輪軸轉(zhuǎn)角（或單位時(shí)間）由噴油泵供入高壓油路中的燃油量。噴油速率：單位凸輪軸轉(zhuǎn)角（或單位時(shí)間）由噴油器噴入燃燒室內(nèi)的燃油量供油規(guī)律：供油速率隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）的變化關(guān)系噴油規(guī)律：指噴油速率隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時(shí)間）的變化關(guān)系兩種規(guī)律的差別原因：（1）燃油的可壓縮性（2）壓力波傳播滯后（3）壓力波動(dòng)（4）高壓容積變化3.噴霧特性與霧化質(zhì)量燃油的霧化：指燃油噴入燃燒室內(nèi)后被粉碎分散為細(xì)小液滴的過程油束的霧化質(zhì)量：指油束中液滴的細(xì)度和均勻度。減小噴孔之境、增大噴油壓力是噴射初速度增加、空氣密度增大、燃油粘度和表面張力的減小等，都會(huì)是油粒直徑減小。不正常噴射現(xiàn)象：（1）二次噴射指噴油器針閥落座后，在壓力波動(dòng)的影響下再次升起的噴油現(xiàn)象。導(dǎo)致油霧化不良，燃燒不完全，碳煙爭(zhēng)奪，并易引起噴孔積碳堵塞，造成經(jīng)濟(jì)性下降，零部件過熱等不良后果。（2）斷續(xù)噴射（3）不規(guī)則噴射和隔次噴射（4）滴油現(xiàn)象避免不正常噴射現(xiàn)象，應(yīng)盡可能縮短高壓油管長度，減小高壓容積，以降低壓力波動(dòng)，減小其影響，并合理選擇噴射系統(tǒng)的參數(shù)。第二節(jié)燃燒與放熱一、柴油機(jī)燃燒過程著火落后期（滯燃期），速燃期，緩燃期，補(bǔ)燃期1.著火落后期（滯燃期）從燃油開始噴入燃燒室內(nèi)至由于開始燃燒而引起壓力升高使壓力線明顯脫離壓縮線開始急劇上升的點(diǎn)。溫度越高或壓力越高，著火落后期越短。2.速燃期從壓力脫離壓縮線開始急劇上升至達(dá)到最大壓力。平均壓力升高率△p/△ψ最大壓力升高率(dp/dψ)max3.緩燃期從最大壓力點(diǎn)至最高溫度點(diǎn)。4.補(bǔ)燃期從最高溫度點(diǎn)至燃油基本燃燒完應(yīng)盡量縮短補(bǔ)燃期第三節(jié)混合氣形成與燃燒室一?；旌蠚庑纬?.特點(diǎn)柴油機(jī)在進(jìn)氣過程中進(jìn)入燃燒室的是純空氣，在壓縮過程接近終了時(shí)柴油才噴入，經(jīng)過一定準(zhǔn)備后即自行著火燃燒。2.方式空氣霧化混合、壁面油膜蒸發(fā)（1）空氣霧化混合將燃油噴射到空間進(jìn)行霧化，通過燃油與空氣之間的相互運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散，在空間形成可燃混合氣的方式（2）壁面油膜蒸發(fā)二、缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)渦流、擠流、滾流、湍流三。燃燒室直噴式燃燒室、非直噴式燃燒室1.直噴式分為半開式、開式（1）淺盆形燃燒室屬于開式（2）ω形燃燒室半開式（3）擠流縮口形燃燒室半開式（4）非回轉(zhuǎn)體燃燒室（5）球形燃燒室油膜蒸發(fā)混合為主直噴式燃燒室特點(diǎn)：1）燃燒迅速，經(jīng)濟(jì)性好，有效燃油消耗率低2）燃燒室結(jié)構(gòu)簡單3）對(duì)噴射系統(tǒng)要求較高4）半開式燃燒室對(duì)進(jìn)氣道要求高5）NOx排放量較高6）對(duì)轉(zhuǎn)速變化較為敏感7）壓力升高率大，燃燒噪聲大。2.非直噴式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：除位于活塞頂部的主燃燒室外，還有位于缸蓋內(nèi)的副燃燒室，兩者有通道相連。（1）渦流室燃燒室（2）預(yù)燃室燃燒室非直噴特點(diǎn)：1）NOx排放量較低2）燃燒柔和，噪聲小3）缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，空氣利用率好4）對(duì)噴射系統(tǒng)要求不高5）一般對(duì)燃油不太敏感，有較強(qiáng)的適應(yīng)性6）經(jīng)濟(jì)性差7）冷起動(dòng)性能較差第六章汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒第一節(jié)汽油機(jī)的燃燒過程一、正常燃燒過程正常燃燒過程：由定時(shí)的火花點(diǎn)火開始，且火焰前鋒以一定的正常速度傳遍整個(gè)燃燒室的過程。1.正常燃燒過程進(jìn)行情況著火落后期、明顯燃燒期、補(bǔ)燃期（1）著火落后期從火花塞點(diǎn)火到火焰核心形成的階段應(yīng)盡量縮短、保持穩(wěn)定（2）明顯燃燒期火焰由火焰中心燃遍整個(gè)燃燒室的階段（3）后燃期明顯燃燒期終點(diǎn)至燃料基本完全燃燒為止應(yīng)使后燃期盡可能短2.燃燒速率火焰前鋒面層流火焰?zhèn)鞑ァ⑼牧骰鹧鎮(zhèn)鞑ザ?、不?guī)則燃燒指在穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，各循環(huán)之間的燃燒變動(dòng)和各氣缸之間的燃燒差異循環(huán)變動(dòng)、各缸工作不均勻三、不正常燃燒指設(shè)計(jì)或控制不當(dāng)，汽油機(jī)偏離正常點(diǎn)火時(shí)間及地點(diǎn)，由此引起燃燒速率急劇上升，壓力急劇增大等異常現(xiàn)象。（1）爆燃爆燃：類似階躍的壓力變化，形成燃燒室內(nèi)往復(fù)傳播的激波，猛烈撞擊燃燒室壁面，使壁面產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出高頻振音（敲缸聲）危害：①最高燃燒壓力和壓力升高率都急劇增大，因而相關(guān)零部件所受應(yīng)力大幅度增加，機(jī)械負(fù)荷增大。②爆燃時(shí)壓力波沖擊缸壁破壞了油膜層，導(dǎo)致活塞、氣缸或活塞環(huán)磨損加?、郾紩r(shí)劇烈無序的放熱還使氣缸內(nèi)溫蒂明顯升高，熱負(fù)荷及散熱損失增加④使動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性惡化影響因素：1）燃料性質(zhì)，辛烷值高，抗爆能力強(qiáng)2）末端混合氣的壓力和溫度。末端混合氣的壓力和溫度增高，則爆燃傾向增大3）火焰前鋒傳播到末端混合氣的時(shí)間。提高火焰?zhèn)鞑ニ俣?、縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，有利于避免爆燃。（2）表面點(diǎn)火在汽油機(jī)中，凡是不靠電火花點(diǎn)火而由燃燒室內(nèi)熾熱表面點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象。早燃：指在火花塞點(diǎn)火之前，熾熱表面點(diǎn)燃混合氣的現(xiàn)象早燃會(huì)誘發(fā)爆燃。四、使用因素對(duì)燃燒的影響1.點(diǎn)火提前角點(diǎn)火提前角：從發(fā)出電火花到上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角。2.混合氣濃度3.負(fù)荷4.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速增加時(shí)，應(yīng)增大點(diǎn)火提前角第二節(jié)汽油機(jī)電控汽油噴射系統(tǒng)燃油配制有化油器供油、燃油噴射供油兩種方式電子控制汽油噴射系統(tǒng)，與化油器相比，優(yōu)點(diǎn)：1）可以對(duì)混合氣空燃比進(jìn)行精確控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)在任何工況下都處于最佳工作狀態(tài)2）由于進(jìn)氣系統(tǒng)不需要喉管，減少了進(jìn)氣阻力，所以充氣效率高3）由于進(jìn)氣溫度低，是的爆燃燃燒得到了有效控制，從而有可能采取較高的壓縮比4）保證各缸混合比的均勻性問題比較容易解決5）發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)性能和加速性能良好，過渡圓滑第七節(jié)汽油機(jī)的燃燒室要求：（1）結(jié)構(gòu)緊湊（2）具有良好的充氣性能（3）火花塞位置安排得當(dāng)（4）要產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臍怏w流動(dòng)（5）適當(dāng)冷卻末端混合氣一、傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)常見的幾種燃燒室1.楔形燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較短，充氣性能較好，經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性較高，但NOx排出量較高，HC排量多。工作粗暴2.浴盆形燃燒室火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較長，燃燒速度較低，經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力性能不高，NOx排量較少，工藝性好，HC排量多。工作柔和3.半球形燃燒室充氣效率高，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性高，HC排量低，燃燒速率大，壓力升高率大，工作粗暴，NOx排放多。第七章發(fā)動(dòng)機(jī)的特性第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性負(fù)荷特性：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，其性能指標(biāo)隨負(fù)荷而變化的關(guān)系。一、柴油機(jī)的負(fù)荷特性二、汽油機(jī)的負(fù)荷特性三、柴油機(jī)和汽油機(jī)負(fù)荷特性的對(duì)比分析1）汽油機(jī)的燃油消耗率普遍較高2）汽油機(jī)排氣溫度普遍較高3）汽油機(jī)的燃油消耗量曲線彎曲度較大第三節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性速度特性：發(fā)動(dòng)機(jī)在油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（油量調(diào)節(jié)齒條、拉桿或節(jié)氣門開度）保持不變的情況下，主要性能指標(biāo)（轉(zhuǎn)矩、油耗、功率、排氣溫度、煙度等）隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。全負(fù)荷速度特性（外特性）：當(dāng)油量控制機(jī)構(gòu)在最大位置時(shí)，測(cè)得的特性。部分負(fù)荷速度特性：油量低于最大位置時(shí)的速度特性。一、柴油機(jī)的速度特性二、汽油機(jī)的速度特性三、柴油機(jī)和汽油機(jī)的速度特性對(duì)比分析第四節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性一、轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)KTKT=Ttqmax/TtqnTtqmax是外特性上最大轉(zhuǎn)矩二、轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)KnKn=nn/nmnn是標(biāo)定轉(zhuǎn)速，nm是外特性上最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速三、轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)μμ=(Ttqmax–Ttqn)