《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理》-機(jī)械工業(yè)出版-主編吳建華內(nèi)容總結(jié)

1、汽車(chē)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(rùn)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(guò)程4）燃燒是外界無(wú)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(guò)程是可逆循環(huán)二、循環(huán)熱效率卩t卩 t=W/Qi =（ Qi -Q2 ）/ QiW 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

2、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£ C,初始膨脹比p 0,等熵指數(shù)K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(guò)程、壓縮過(guò)程、燃燒過(guò)程、膨脹過(guò)程、排氣過(guò)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)）

3、：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/Vs Vs(L) 氣缸工作容積； pmi (Pa)；Wi(J)；Wi= p mi Vs= p mi n D 2S/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= p mi Vs n i /30 tt =4。pmi (MPa), Vs(L) , n(r/min) , Pi (kW); i 氣缸數(shù)；t 沖程數(shù)，四沖程三、指示熱效率和指示燃油消耗率指示熱效率n it

4、 :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n it=Wi/Q i3n it=3.6 x 10 Pi/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big/(kW h):單位指示功的耗油量3bi=Bx 103/Pin it=3.6x106 /Hu bi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=Ttq n/9550Pe(kW) ; Ttq(N m

5、); 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= pme Vs n i /30 t = Ttq n/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n et:實(shí)際循環(huán)的有效功與所消耗的熱量的比值n et=We/Q13n et=3.6x 103Pe/BHu2有效燃油消耗率 beg/(kW h)be=Bx 103/Pe6n et=3.6 x 10 /Hu be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n m：有效功率與指示功率的比值 n m=Pe/Pin et=n it n m二、機(jī)械損失的測(cè)定 示功圖法、倒拖法、滅缸法、油耗

6、線法第六節(jié) 熱平衡一、發(fā)動(dòng)機(jī)所耗燃油的熱量Q T (kJ/h)QT=BHu二、轉(zhuǎn)化為有效功的熱量 Q E(kJ/h)三、傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量Q S(kJ/h)四、廢氣帶走的熱量 QR(kJ/h)五、燃料不完全燃燒熱損失Q B(kJ/h)六、其他熱量損失 Q L (kJ/h)QT =QE+QS+QR+QB+QL第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程第一節(jié) 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程一、換氣過(guò)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(mén)打開(kāi)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(mén)打開(kāi)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(mén)完全關(guān)閉的曲軸轉(zhuǎn)

7、角3. 進(jìn)氣過(guò)程進(jìn)氣門(mén)在上止點(diǎn)之前打開(kāi)，在下止點(diǎn)之后關(guān)閉4. 氣門(mén)重疊和燃燒室掃氣 氣門(mén)重疊：由于排氣門(mén)遲后關(guān)閉和進(jìn)氣門(mén)提前開(kāi)啟，存在進(jìn)、排氣門(mén)同時(shí)打開(kāi)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、排氣損失失。排氣損失 :從排氣門(mén)提前打開(kāi)， 知道進(jìn)氣行程開(kāi)始， 缸內(nèi)壓力到達(dá)大氣壓力前循環(huán)功的損分：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(guò)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)C：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

8、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T油水分離器T輸油泵T燃油濾清器T噴油泵T噴油器T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

9、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(guò)程 噴射過(guò)程：從噴油泵開(kāi)始供油知道噴油器停止噴油的過(guò)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(kāi)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(kāi)始急劇下降為止。（3）噴油結(jié)束階段 從噴油器端壓力開(kāi)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：?jiǎn)挝煌馆嗇S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

10、：?jiǎn)挝煌馆嗇S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(guò)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，

11、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(guò)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(zhǎng)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(guò)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(kāi)始噴入燃燒室內(nèi)至由于開(kāi)始燃燒而引起壓力升高使壓力線明顯脫離壓縮線開(kāi) 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(kāi)始急劇上升至達(dá)到最大壓力。平均壓力升高率厶p/ 2最大壓力升高率（dp/d

12、2 ）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(guò)程中進(jìn)入燃燒室的是純空氣，在壓縮過(guò)程接近終了時(shí)柴油才噴入，經(jīng)過(guò) 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(guò)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(kāi)式、開(kāi)式（1）淺盆形燃燒室 屬于開(kāi)式（2）3形燃燒室半開(kāi)式（ 3）擠流縮口形燃燒室半

13、開(kāi)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(jiǎn)單3）對(duì)噴射系統(tǒng)要求較高4）半開(kāi)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

14、形成和燃燒第一節(jié) 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程一、正常燃燒過(guò)程正常燃燒過(guò)程：由定時(shí)的火花點(diǎn)火開(kāi)始，且火焰前鋒以一定的正常速度傳遍整個(gè)燃燒室 的過(guò)程。1. 正常燃燒過(guò)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?、湍流火焰?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

15、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(lèi)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： 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。 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)磨損加劇 爆燃時(shí)劇烈無(wú)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 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)?/p>

16、播速度、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

17、）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(wèn)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(guò)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(jiàn)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(zhǎng)，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

18、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、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(mén)開(kāi)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 =T tqmax / TtqnT tqmax 是外特性上最大轉(zhuǎn)矩二、轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù) KnKn=n n / 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)卩卩=（Ttqmax