內(nèi)燃機(jī)學(xué)的資料

內(nèi)燃機(jī)學(xué)的資料第1頁/共270頁內(nèi)燃機(jī)的原理

燃燒

物質(zhì)

反應(yīng)物燃油空氣配氣增壓

生成物排放振動與噪聲動力時空燃燒過程燃燒室第2頁/共270頁內(nèi)燃機(jī)原理內(nèi)燃機(jī)工作過程內(nèi)燃機(jī)充量更換內(nèi)燃機(jī)燃燒內(nèi)燃機(jī)供油內(nèi)燃機(jī)排放內(nèi)燃機(jī)的噪聲第3頁/共270頁發(fā)動機(jī)的充量更換進(jìn)排氣過程配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)配氣間隙換氣原理增壓原理返回第4頁/共270頁換氣原理分析換氣過程評價換氣過程的概念配氣相位二沖程發(fā)動機(jī)的換氣返回第5頁/共270頁換氣過程進(jìn)氣行程汽油機(jī)：進(jìn)氣行程時曲軸轉(zhuǎn)動使活塞從上止點運(yùn)動到下止點。對于非增壓機(jī)，進(jìn)氣行程結(jié)束，氣缸內(nèi)氣壓為0.08～0.09MPa，混合氣溫度310～400K。排氣行程活塞在下止點時，缸內(nèi)壓力0.35～0.5MPa，溫度1200～1500K，排氣行程時曲軸帶動活塞從下止點運(yùn)動到上止點?；钊竭_(dá)上止點時，廢氣壓力仍有0.105～0.12MPa，溫度為700～1100K。第6頁/共270頁四沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程階段劃分a.自由排氣是指廢氣主要依靠自身所具有的壓力高于排氣閥出口處壓力而自然向缸外流動。b.強(qiáng)制排氣是指廢氣向缸外流動主要依靠活塞的推擠作用，迫使缸內(nèi)氣體外排。c.進(jìn)氣氣門重疊和掃氣非增壓CA增壓CA第7頁/共270頁第8頁/共270頁實際換氣過程與理想換氣過程返回第9頁/共270頁評價換氣過程的概念換氣損失時面值充量系數(shù)的分析返回第10頁/共270頁換氣損失排氣損失：膨脹損失、推進(jìn)損失進(jìn)氣損失泵氣損失與泵氣功第11頁/共270頁泵氣損失與泵氣功泵氣功是指P--V示功圖上換氣過程所圍成的封閉回線面積泵氣損失=x+y-u第12頁/共270頁不同排氣提前角的排氣損失第13頁/共270頁不同轉(zhuǎn)速的排氣損失第14頁/共270頁換氣損失隨轉(zhuǎn)速的變化返回第15頁/共270頁時面值在柴油機(jī)運(yùn)行中，氣門開啟截面積f會不斷交化，開啟速度和氣體流經(jīng)氣門的持續(xù)時間與柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。流通時間和流通截面都是影響流過氣門氣體流量和流速的重要因素。根據(jù)流體力學(xué)公式，在時間dt之內(nèi)通過氣門的氣體流量為忽略流經(jīng)氣門的氣體密度的變化，至t時刻的氣體流量為稱為氣門的時間截面值。

第16頁/共270頁角面值若將時間t換算成曲軸轉(zhuǎn)角，上式可改寫為稱為氣門的角面值，它與轉(zhuǎn)速無關(guān)。

返回第17頁/共270頁充量系數(shù)的分析排氣行程結(jié)束時，氣缸內(nèi)仍然殘留的廢氣為殘余廢氣。殘余廢氣量進(jìn)氣過程中吸入氣體量的比值稱為殘余廢氣系數(shù)。第18頁/共270頁充量系數(shù)隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的關(guān)系第19頁/共270頁影響充氣系數(shù)的主要因素轉(zhuǎn)速進(jìn)氣阻力殘余廢氣系數(shù)氣缸對空氣加熱程度增壓第20頁/共270頁提高充量系數(shù)的措施a.降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力損失，提高氣缸進(jìn)氣終點的壓力；b.降低排氣系統(tǒng)的阻力損失，減小缸內(nèi)殘留廢氣系數(shù)；c.減小高溫零件在進(jìn)氣過程中對空氣的加熱，降低進(jìn)氣終點溫度。第21頁/共270頁對進(jìn)氣系統(tǒng)的要求降低進(jìn)氣門出的流動損失大氣閥、多氣閥、優(yōu)化氣道、優(yōu)化氣門結(jié)構(gòu)。采用可變進(jìn)氣技術(shù)低速情況的要求高速情況的要求最佳配氣定時減小進(jìn)氣阻力利用壓力波第22頁/共270頁平均進(jìn)氣馬赫數(shù)與充氣效率平均進(jìn)氣馬赫數(shù)定義為進(jìn)氣門開啟截面處的平均流速u與該處的音速a之比。

返回第23頁/共270頁配氣相位配氣相位對進(jìn)排氣的效果有著直接影響，通常是由配氣凸輪決定。凸輪的升程設(shè)計中要特別注意應(yīng)力的大小。返回第24頁/共270頁二沖程發(fā)動機(jī)的換氣1.橫流掃氣

2.回流掃氣

3.直流掃氣第25頁/共270頁掃氣方式返回第26頁/共270頁增壓原理增壓的概念與形式增壓對經(jīng)濟(jì)性和動力性的影響增壓的優(yōu)勢與代價壓氣機(jī)廢氣渦輪渦輪增壓方式的性能比較渦輪增壓器與發(fā)動機(jī)的匹配返回第27頁/共270頁增壓概念與形式什么是增壓增壓的方式

1.機(jī)械增壓

2.排氣渦輪增壓

3.氣波增壓

4.復(fù)合增壓第28頁/共270頁機(jī)械增壓第29頁/共270頁廢氣渦輪增壓定壓渦輪增壓脈沖渦輪增壓其他形式增壓第30頁/共270頁廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)第31頁/共270頁第32頁/共270頁第33頁/共270頁廢氣渦輪增壓器的原理第34頁/共270頁定壓渦輪增壓第35頁/共270頁脈沖渦輪增壓第36頁/共270頁MPC增壓第37頁/共270頁定壓渦輪增壓系統(tǒng)示功圖返回第38頁/共270頁增壓對經(jīng)濟(jì)性和動力性的影響

一臺6缸柴油機(jī)，原機(jī)的機(jī)械效率為0.78，增壓比為1.57，壓氣機(jī)的絕熱效率為0.74，增壓前發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣溫度為，無進(jìn)氣中冷。預(yù)估及其增壓后動力性與經(jīng)濟(jì)性的變化情況。第39頁/共270頁

根據(jù)絕熱效率的定義式，可以得到增壓前后溫度的變化值

根據(jù)狀態(tài)方程，增壓后氣體密度的改變?yōu)樵鰤呵昂螅瑑?nèi)燃機(jī)充量系數(shù)的變化為

第40頁/共270頁增壓前后平均指示壓力之比為

機(jī)械效率的變化率

第41頁/共270頁有效功率與燃油消耗效率的變化即可求出返回第42頁/共270頁增壓的優(yōu)勢

1.比質(zhì)量小、升功率大

2.降低造價、提高材料利用率

3.排氣噪聲降低、燃燒噪聲降低

4.有利于高原等稀薄條件工作

5.排放降低

6.適用性廣第43頁/共270頁增壓的代價

1.熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷大

2.低速時轉(zhuǎn)矩受影響

3.加速響應(yīng)性差

4.增壓器對發(fā)動機(jī)性能優(yōu)化的限制返回第44頁/共270頁壓氣機(jī)壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)壓氣機(jī)特性壓氣機(jī)參量壓氣機(jī)的喘振與堵塞返回第45頁/共270頁壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)氣道：收集氣流順暢進(jìn)入工作輪工作輪：對氣體壓縮擴(kuò)壓器：工作輪出口氣體進(jìn)一步壓縮渦殼：使增壓氣體順暢進(jìn)入氣缸

第46頁/共270頁壓氣機(jī)特性第47頁/共270頁壓氣機(jī)參量增壓比流量效率轉(zhuǎn)速第48頁/共270頁增壓比增壓比指壓氣機(jī)出口氣體壓力與進(jìn)口氣體壓力之比第49頁/共270頁流量是指單位時間流過壓氣機(jī)的空氣質(zhì)量或容積稱為壓氣機(jī)的流量質(zhì)量流量

容積流量第50頁/共270頁增壓比與流量的關(guān)系第51頁/共270頁效率是壓氣機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，說明壓氣機(jī)傳遞給空氣的機(jī)械能被有效利用的程度可分為多變效率和絕熱效率

第52頁/共270頁a、

多變效率Lcp：氣體壓力從進(jìn)口壓力壓縮到出口壓力所需的多變壓縮功Lc：實際壓縮功第53頁/共270頁b、

絕熱效率Lcad：氣體壓力從進(jìn)口壓力壓縮到出口壓力所需的多變壓縮功Lc：實際壓縮功第54頁/共270頁壓氣機(jī)的喘振與堵塞壓氣機(jī)工作點位于喘振線右邊時，工作穩(wěn)定；位于左邊，工作不穩(wěn)定。喘振的原因是：流量過小時，流道內(nèi)氣流與壁面分離。堵塞是指在某一轉(zhuǎn)速下，壓氣機(jī)流量隨增壓比變化到臨界條件時，流量飽和。第55頁/共270頁返回第56頁/共270頁廢氣渦輪渦輪結(jié)構(gòu)渦輪特性渦輪參數(shù)返回第57頁/共270頁渦輪結(jié)構(gòu)進(jìn)氣殼：廢氣順暢流入噴阻環(huán)：廢氣徑噴阻環(huán)，使氣流速度增大、動能增大工作輪：高速氣流離心力作用驅(qū)動工作輪高速運(yùn)動，使壓氣機(jī)工作輪轉(zhuǎn)動排氣殼：廢氣作功后順暢排入大氣或廢氣鍋爐

第58頁/共270頁渦輪機(jī)的速度三角形第59頁/共270頁渦輪效率第60頁/共270頁渦輪效率第61頁/共270頁渦輪機(jī)參數(shù)膨脹比速度比等熵效率燃?xì)饬髁哭D(zhuǎn)速第62頁/共270頁膨脹比渦輪進(jìn)口壓力渦輪出口壓力的大小確定著渦輪級中的絕熱焓降第63頁/共270頁速度比u：工作輪葉片的圓周速度（平均直徑處）c1:噴嘴出口的氣流速度確定了工作輪前氣流運(yùn)動的特點，對效率的影響顯著第64頁/共270頁等熵效率

：噴嘴環(huán)中的流動損失：工作輪中的流動損失：余速損失該式即為實際有效焓降與等熵焓降的比值，等熵效率表征了渦輪中能量轉(zhuǎn)換的完善程度返回第65頁/共270頁渦輪增壓方式的性能比較第66頁/共270頁定壓與脈沖增壓系統(tǒng)的比較1.排氣能量利用

2.內(nèi)燃機(jī)氣缸掃氣作用

3.內(nèi)燃機(jī)加速性能

4.增壓器效率與增壓器結(jié)構(gòu)返回第67頁/共270頁渦輪增壓器與發(fā)動機(jī)的匹配第68頁/共270頁內(nèi)燃機(jī)與增壓器的匹配，及聯(lián)合運(yùn)行特性返回第69頁/共270頁內(nèi)燃機(jī)的燃燒缸內(nèi)氣體的流動汽油機(jī)的燃燒柴油機(jī)燃燒汽油機(jī)與柴油機(jī)的區(qū)別返回第70頁/共270頁缸內(nèi)氣體的流動渦流渦流的氣道評定擠流滾流湍流返回第71頁/共270頁渦流進(jìn)氣渦流及其產(chǎn)生辦法a.導(dǎo)氣屏b.切向氣道c.螺旋氣道第72頁/共270頁第73頁/共270頁氣道評定的Ricardo方法

第74頁/共270頁氣道評定Ricardo無量綱流量系數(shù)Ricardo無量綱渦流數(shù)Ricardo渦流比返回第75頁/共270頁擠流

在壓縮過程后期，活塞表面的某一部分和氣缸蓋彼此靠近時所產(chǎn)生的徑向或橫向氣流運(yùn)動稱為擠壓流動，又稱擠流。擠流強(qiáng)度主要由擠氣面積和擠氣間隙的大小決定。第76頁/共270頁擠流與逆擠流第77頁/共270頁滾流

在進(jìn)氣過程中形成的，繞垂直于氣缸軸線的有組織的空氣旋流，稱為滾流或橫軸渦流當(dāng)活塞接近于上止點時，大尺度的滾流將破裂成眾多小尺度的渦，使湍流強(qiáng)度和湍流動能增加．大大提高火焰?zhèn)鞑ニ俾剩纳瓢l(fā)動機(jī)性能第78頁/共270頁第79頁/共270頁采用長度積分尺度和時間積分尺度來表征湍流特性湍流返回第80頁/共270頁汽油機(jī)的燃燒汽油機(jī)的燃燒特征汽油機(jī)燃燒階段汽油機(jī)的燃燒循環(huán)變動汽油機(jī)的爆燃汽油機(jī)燃燒室返回第81頁/共270頁汽油機(jī)的燃燒特征

在燃燒過程中，如果混合過程比燃燒反應(yīng)要快得多或者在火焰到達(dá)之前燃料與空氣已充分混合，這種可燃混合氣的燃燒稱之為預(yù)混燃燒。汽油機(jī)的混合氣形成是在進(jìn)氣過程就開始了，有較長的混合時間，汽油油具有較好的揮發(fā)性，因此，可以認(rèn)為在點火時，均勻混合氣已經(jīng)形成，其燃燒方式屬于預(yù)混燃燒模式。第82頁/共270頁汽油機(jī)燃燒過程返回第83頁/共270頁汽油機(jī)燃燒階段劃分1.滯燃期

2.急燃期

3.后燃期第84頁/共270頁滯燃期與點火提前角返回第85頁/共270頁汽油機(jī)的燃燒循環(huán)變動產(chǎn)生原因：氣體運(yùn)動的循環(huán)變動混合氣成分的變動，主要與點火過程（滯燃期）有關(guān)。返回第86頁/共270頁汽油機(jī)的爆燃一.爆燃的現(xiàn)象二.爆燃的燃燒過程三.爆燃的原因四.爆燃的危害五.激爆第87頁/共270頁燃燒區(qū)域的發(fā)展汽油機(jī)末端混合氣被壓縮的程度較高，存在著自然傾向。第88頁/共270頁第89頁/共270頁返回第90頁/共270頁汽油機(jī)燃燒室一.設(shè)計要點：

1.縮短火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x；

2.利用適當(dāng)?shù)耐牧鳎?/p>

3.合理分布溫度高低及冷卻情況；二.典型燃燒室

1.楔形2.浴盆形3.碗形4.半球形第91頁/共270頁第92頁/共270頁燃燒室結(jié)構(gòu)第93頁/共270頁不同燃燒室結(jié)構(gòu)的燃燒角返回第94頁/共270頁柴油機(jī)燃燒柴油機(jī)的燃燒特征可燃混合氣形成柴油機(jī)的燃燒過程柴油機(jī)的燃燒室返回第95頁/共270頁柴油機(jī)的燃燒特征柴油機(jī)的大部分燃料是在著火后噴入氣缸的，它處于一邊與空氣混合、一邊燃燒的情況下，由于混合過程比反應(yīng)速率慢，因此燃燒速率取決于混合速率。換句話說，混合過程控制了燃燒速率，這就是所謂的擴(kuò)散燃燒。柴油機(jī)是以擴(kuò)散燃燒為主的燃燒模式。第96頁/共270頁燃燒過程的要求混合氣形成的正時適當(dāng)，保證及時燃燒；混合氣形成要先慢后快，使最高壓力和壓升率不致太大；著火后，混合氣要均勻分布。第97頁/共270頁返回第98頁/共270頁可燃混合氣形成可燃混合氣形成方式燃油霧化的階段描述可燃混合氣的衡量參數(shù)：油滴直徑霧束貫穿距離噴霧錐角返回第99頁/共270頁可燃混合氣形成方式空間霧化混合油膜蒸發(fā)混合第100頁/共270頁柴油機(jī)混合氣的形成特點1.燃油與空氣混合時間短，噴油持續(xù)角一般為。2.混合濃度不均勻，且隨時間變化3.柴油揮發(fā)性差，不易形成混合氣，從而造成液滴—蒸汽—空氣混合一起的燃燒現(xiàn)象第101頁/共270頁可燃混合氣形成質(zhì)量取決于燃油噴射情況，其中包括燃油的霧化質(zhì)量，油束形狀，噴油規(guī)律以正時，噴油方向和落點；氣缸內(nèi)空氣的運(yùn)動情況和燃燒室結(jié)構(gòu)，形狀，尺寸，壁溫等等。返回第102頁/共270頁燃油霧化的階段描述1.通過噴孔，把燃油伸展成油柱或油片；2.油注或油片的表面出現(xiàn)波紋和擾動；3.在表面波和擾動作用下，在油注油片的表面形成油線或空洞；4.油線的分裂或空洞的擴(kuò)大產(chǎn)生較大油滴；5.由于大油滴在各種外力作用下發(fā)生振動，分散成小油滴；6.小油滴之間的碰撞產(chǎn)生更小的油滴。第103頁/共270頁油滴破碎機(jī)理Taylor機(jī)理以質(zhì)點振動作類比。設(shè)油滴直徑為a，在各種振動作用力下，振幅為x。x>a，則油滴破碎Hwang和Reitz機(jī)理（1995）在垂直方向的氣流作用下變扁平；在RT不穩(wěn)定表面波作用下，分裂成大油滴；在KH不穩(wěn)定表面波作用下分裂成小油滴。返回第104頁/共270頁油滴直徑（索特平均直徑）

（高壓）（低壓）第105頁/共270頁霧束貫穿距離大缸徑靜止空氣：（Dent）小缸徑高速機(jī)：（新井公式）有渦流時：第106頁/共270頁噴霧錐角噴霧錐角由噴孔直徑、噴孔厚度、噴孔的加工質(zhì)量等決定，一般在15~30度。第107頁/共270頁燃燒室、油束和渦流的配合油束穿透率噴霧錐角油束夾角返回第108頁/共270頁柴油機(jī)的燃燒過程柴油機(jī)著火的單液滴模型內(nèi)燃機(jī)的著火條件柴油機(jī)燃燒階段劃分滯燃期放熱規(guī)律返回第109頁/共270頁柴油機(jī)著火的單液滴模型返回第110頁/共270頁熱自燃與鏈?zhǔn)椒磻?yīng)反應(yīng)放熱的規(guī)律：傳熱規(guī)律：內(nèi)燃機(jī)的著火條件第111頁/共270頁自燃的臨界條件

第112頁/共270頁著火溫度與壓力的關(guān)系返回第113頁/共270頁柴油機(jī)燃燒階段劃分1.滯燃期2.急燃期3.緩燃期4.后燃期返回第114頁/共270頁滯燃期組成：物理滯燃期化學(xué)滯燃期影響因素對燃燒過程的影響第115頁/共270頁影響滯燃期的因素：1.溫度2.壓力3.噴油提前角4.轉(zhuǎn)速5.渦流速度6.空燃比7.霧化程度8.添加劑和燃料種類第116頁/共270頁峰值壓力、壓升比與滯燃期第117頁/共270頁壓縮終點與滯燃期第118頁/共270頁噴油時間與滯燃期第119頁/共270頁轉(zhuǎn)速與滯燃期第120頁/共270頁增壓壓力與滯燃期第121頁/共270頁增壓空氣溫度與滯燃期第122頁/共270頁滯燃期對燃燒過程的影響a.預(yù)混燃燒份額b.壓升比c.最高爆發(fā)壓力d.最高燃燒溫度返回第123頁/共270頁放熱規(guī)律放熱規(guī)律是燃料的燃燒放熱速度與時間的變化關(guān)系第124頁/共270頁不同放熱規(guī)律對性能的影響第125頁/共270頁放熱率的求解采用單區(qū)模型方法，根據(jù)熱力學(xué)第一定律：其中，凈放熱量是燃燒放熱量與散熱量之差。第126頁/共270頁熱傳導(dǎo)規(guī)律其中，導(dǎo)熱系數(shù)采用Woschni公式：第127頁/共270頁第128頁/共270頁第129頁/共270頁測試數(shù)據(jù)處理后的燃燒放熱率示意圖第130頁/共270頁放熱規(guī)律的韋伯公式表達(dá)最常見的方法是利用半經(jīng)驗公式，韋伯公式就是其中的一種，也稱為韋伯燃燒規(guī)律。第131頁/共270頁燃燒的化學(xué)反應(yīng)描述內(nèi)燃機(jī)所使用的傳統(tǒng)燃料是分子量不同的各種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，碳?xì)浠衔锶剂系娜紵龑儆阪準(zhǔn)椒磻?yīng)。在一定條件(壓力、溫度)下，燃料中參與化學(xué)反應(yīng)的原始物質(zhì)形成一定數(shù)量的活化中心，如生成O、H、OH等自由原子和自由基，它們的化學(xué)價都不飽和，這些自由原子和自由基將與原始物質(zhì)繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，形成新的反應(yīng)鏈。由于鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不斷地分支和擴(kuò)展，活化中心不斷地產(chǎn)生，所以，化學(xué)反應(yīng)也隨之加速進(jìn)行，一直到參與化學(xué)反應(yīng)的原始物質(zhì)的濃度減小到接近于0，反應(yīng)才逐漸停止。第132頁/共270頁韋伯規(guī)律鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的化學(xué)性質(zhì)是由反應(yīng)過程中形成的話化中心的數(shù)量來確定的。50年代，韋伯根據(jù)鏈反應(yīng)理論提出了描寫內(nèi)燃機(jī)燃燒速度的半經(jīng)驗公式，認(rèn)為參與化學(xué)反應(yīng)的原始物質(zhì)的分子數(shù)與能引起有效反應(yīng)的活化中心的數(shù)目成正比。第133頁/共270頁反應(yīng)速度dN和dNef別表示從t到t+dt時間間隔內(nèi)參與有效反應(yīng)的原始物質(zhì)的分子數(shù)和有效活化中心的數(shù)目，則n是比例系數(shù)上式表明：鏈?zhǔn)交瘜W(xué)反應(yīng)的速度正比于有效活化中心的產(chǎn)生速度。第134頁/共270頁燃燒速度有效活化中心產(chǎn)生的速度對原始物質(zhì)分子數(shù)的比值，稱為這一時刻有效活化中心的相對密度結(jié)合前式得到燃燒速度：第135頁/共270頁柴油機(jī)的當(dāng)量燃燒規(guī)律柴油機(jī)中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是在復(fù)雜的條件下進(jìn)行的，因為在燃燒過程中，可燃混合氣的容積壓力、溫度和濃度都在改變，即使是在同一時刻，燃燒室中可燃混合氣的溫度和濃度也是不均勻的；另外，在燃燒過程中，可燃混合氣也并不全是單相氣體狀態(tài)，因此，完全應(yīng)用鏈?zhǔn)椒磻?yīng)來描述柴油機(jī)燃燒過程的放熱規(guī)律還不完全符合燃燒過程，但是，考慮到柴油機(jī)燃燒的特殊性，根據(jù)柴油機(jī)燃燒過程的有關(guān)試驗資料，利用韋伯公式的基本形式，建立起能反映柴油機(jī)燃燒過程的當(dāng)量燃燒規(guī)律，實踐證明還是可行的。第136頁/共270頁燃燒過程考慮到柴油機(jī)中燃燒過程進(jìn)展的特性，函數(shù)f(t)主要應(yīng)滿足下述條件：當(dāng)t=0，即化學(xué)反應(yīng)開始時，雖然著火滯后使得有效活化中心的相對密度大于0，但化學(xué)反應(yīng)很緩慢，故仍可認(rèn)為此時已燃燒的燃油的百分?jǐn)?shù)x=0。為滿足這個條件，當(dāng)t＝o時，f(t)=0，即函數(shù)f(t)的曲線應(yīng)當(dāng)從坐標(biāo)原點開始。在化學(xué)反應(yīng)過程中，有效活化中心的相對密度沒有突變，因此，f(t)應(yīng)當(dāng)是連續(xù)函數(shù)。在化學(xué)反應(yīng)過程中心從0單調(diào)變化到1，由f(t)特性可知，只有函數(shù)單調(diào)變化才能滿足這個條件，所以，f(t)是增函數(shù)。由于函數(shù)f(t)的連續(xù)性和增函數(shù)性，因此可以認(rèn)為t趨于無窮大時，f(t)趨于無窮大。在化學(xué)反應(yīng)過程中，燃燒速度有最大值，而當(dāng)t趨于無窮大時，化學(xué)反應(yīng)趨于停止，燃燒速度為0。燃燒速度曲線下面的面積應(yīng)當(dāng)?shù)扔?，即t趨于無窮大時，x趨于1。第137頁/共270頁燃燒規(guī)律的半經(jīng)驗公式第138頁/共270頁燃燒百分?jǐn)?shù)設(shè)定燃燒持續(xù)期終了時，已燃燒燃油的百分?jǐn)?shù)為0.999第139頁/共270頁燃燒品質(zhì)系數(shù)m對燃燒速度的影響第140頁/共270頁燃燒放熱規(guī)律柴油機(jī)燃燒放熱規(guī)律一般采用雙韋伯曲線模擬，可以較好的反映柴油機(jī)燃燒特點

第141頁/共270頁預(yù)混燃燒比其中，a=0.37,b=0.26,c=0.926第142頁/共270頁滯燃期其中p,T為燃燒始點壓力和溫度第143頁/共270頁

表示預(yù)混燃燒放熱率，表示擴(kuò)散燃燒放熱率，，分別表示預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒的持續(xù)角，m1，m2分別表示預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒的燃燒品質(zhì)系數(shù)，

燃燒放熱率第144頁/共270頁變工況下燃燒品質(zhì)系數(shù)的變化第145頁/共270頁變工況下燃燒放熱規(guī)律燃燒持續(xù)角下標(biāo)為0的項，為標(biāo)定工況下的過量空氣系數(shù)和燃燒持續(xù)角第146頁/共270頁燃燒品質(zhì)系數(shù)和預(yù)混燃燒比

與轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的關(guān)系第147頁/共270頁預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒持續(xù)角

與轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的關(guān)系

返回第148頁/共270頁柴油機(jī)的燃燒室直噴式淺盆形、深坑形分隔式渦流室、預(yù)燃室返回第149頁/共270頁第150頁/共270頁淺盆形燃燒室混合氣形成主要靠噴射霧化不組織進(jìn)氣渦流燃料分布到整個燃燒室空間燃燒室相對散熱面積小預(yù)混燃燒份額大

對轉(zhuǎn)速和燃料較敏感。第151頁/共270頁淺盆型燃燒室結(jié)構(gòu)：第152頁/共270頁深坑形燃燒室組織進(jìn)氣渦流霧化利用噴射和渦流

啟動容易適用于高速機(jī)。第153頁/共270頁深坑型燃燒室結(jié)構(gòu)第154頁/共270頁渦流室燃燒室混合氣形成與燃燒主要是利用壓縮渦流壓縮渦流隨轉(zhuǎn)速加快

工作平穩(wěn)熱損失大NOx排放低，HC高。第155頁/共270頁通道面積/活塞面積：1.2~3.5%

油束與空氣渦流的配合噴嘴傾角偏心距渦流式燃燒室結(jié)構(gòu)第156頁/共270頁渦流室式燃燒室結(jié)構(gòu)第157頁/共270頁柴油機(jī)各種燃燒室的比較第158頁/共270頁改善燃燒的途徑返回第159頁/共270頁汽油機(jī)與柴油機(jī)的區(qū)別燃燒方式、放熱規(guī)律（預(yù)混與擴(kuò)散）點燃與壓燃（著火機(jī)理）滯燃期內(nèi)的過程單區(qū)著火與多區(qū)著火（火焰?zhèn)鞑ィ┻^量空氣系數(shù)第160頁/共270頁雙區(qū)模型與單液滴模型的機(jī)理性解釋燃燒排放的特性不同調(diào)節(jié)方式不同（調(diào)質(zhì)與調(diào)量）由燃燒而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上的不同（燃燒室、供油、機(jī)體、運(yùn)動件等等）汽油機(jī)與柴油機(jī)的區(qū)別返回第161頁/共270頁內(nèi)燃機(jī)的燃油供給汽油機(jī)供油系統(tǒng)化油器供油的原理電控汽油噴射柴油機(jī)供油系統(tǒng)返回第162頁/共270頁化油器供油的原理第163頁/共270頁第164頁/共270頁第165頁/共270頁第166頁/共270頁第167頁/共270頁電控汽油噴射第168頁/共270頁汽油機(jī)供油系統(tǒng)的特點預(yù)混合空燃比在理論空燃比附近油量的調(diào)節(jié)是靠調(diào)節(jié)進(jìn)氣量進(jìn)行的（調(diào)量）返回第169頁/共270頁柴油機(jī)供油系統(tǒng)燃燒對燃料供給系統(tǒng)的要求供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)供油規(guī)律噴油系統(tǒng)參數(shù)柴油機(jī)的不正常噴射返回第170頁/共270頁燃燒對燃料供給系統(tǒng)的要求1.定時合適的噴油時刻2.定量噴油量與工況要求匹配3.定質(zhì)一定的噴射壓力和霧化程度與燃燒室形狀匹配4.定形一定的噴油規(guī)律第171頁/共270頁影響柴油機(jī)的噴射霧化的因素1.空氣、燃油密度比

2.雷諾數(shù)

3.燃油粘度

4.噴射壓力

5.噴孔直徑返回第172頁/共270頁供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)噴油泵結(jié)構(gòu)噴油器結(jié)構(gòu)噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點返回第173頁/共270頁柴油機(jī)供油系統(tǒng)第174頁/共270頁柱塞泵工作原理第175頁/共270頁分配泵工作原理返回第176頁/共270頁噴油器返回第177頁/共270頁噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點三大偶件：柱塞偶件——提供高壓燃油出油閥偶件——維持高壓油管壓力并減壓針閥偶件——保障高壓噴射和迅捷斷油返回第178頁/共270頁供油規(guī)律幾何供油規(guī)律與噴油規(guī)律噴油規(guī)律的獲取返回第179頁/共270頁幾何供油規(guī)律與噴油規(guī)律幾何供油規(guī)律決定噴油規(guī)律，但并不是唯一的決定因素兩者存在差異時間形狀噴油過程第180頁/共270頁第181頁/共270頁返回第182頁/共270頁噴油規(guī)律的獲取實驗測量壓力升程法：噴油速率與噴孔前后壓差、流通截面有關(guān)。Bosch長管法：利用壓力波與流動速度的關(guān)系，測出壓力波動算出體積流量。計算仿真第183頁/共270頁噴油規(guī)律的測量壓力升程法博世長管法第184頁/共270頁Bosch長管法返回第185頁/共270頁噴油系統(tǒng)參數(shù)噴油泵參數(shù)噴油器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)返回第186頁/共270頁噴油泵參數(shù)噴油泵的參數(shù)與結(jié)構(gòu)供油提前角與噴油提前角噴油泵的系列化及其工作指標(biāo)噴油泵系數(shù)的選擇減壓容積返回第187頁/共270頁噴油泵的參數(shù)與結(jié)構(gòu)噴油泵結(jié)構(gòu)參數(shù)和調(diào)整參數(shù)影響噴油過程，從而對內(nèi)燃機(jī)性能有一定影響。其主要參數(shù)有：供油始點(在內(nèi)燃機(jī)上為供油提前角)，柱塞直徑，凸輪型線和最大升程，供油預(yù)行程，出油閥減壓容積等。返回第188頁/共270頁供油提前角與噴油提前角

柴油機(jī)為獲得高的熱效率．要求燃燒在上止點附近完成，噴油需在上止點前某一時刻開始，過早或過遲噴油對燃燒熱效率都有影響；燃油噴入氣缸的時刻到活塞上止點所經(jīng)歷的曲軸轉(zhuǎn)角稱為噴油提前角；噴油提前角測量需在噴油器內(nèi)安裝針閥升程傳感器，配專用電產(chǎn)儀器完成。這種動態(tài)測試比較麻煩，故平常柴油機(jī)調(diào)試及產(chǎn)品說明書標(biāo)注時都采用供油提前角第189頁/共270頁供油提前角

供油提前角就是噴油泵安裝于柴油機(jī)上，噴油泵柱塞關(guān)閉進(jìn)、回油孔開始壓油到柴油機(jī)活塞上止點所經(jīng)歷的曲軸轉(zhuǎn)角。供油提前角大小對柴油機(jī)燃燒過程影響很大，故對某一工況，從燃燒效率即動力性和經(jīng)濟(jì)性考慮有一最佳值。若考慮某一排放物(如NOx或PM或HC)或黑煙(煙度)或壓力升高比等，又各有不同的最佳值。第190頁/共270頁返回第191頁/共270頁噴油泵的系列化及其工作指標(biāo)對某一功率、轉(zhuǎn)速段柴油機(jī)可采用外形尺寸、結(jié)構(gòu)型式、缸心距相同的噴油泵．用缸數(shù)增減、置換不同枝塞直徑、凸輪型線和升程、出油閥減壓容積等少量互換零件和對供油量、轉(zhuǎn)速等調(diào)整參數(shù)進(jìn)行調(diào)試的方法來滿足與不同柴油機(jī)的配套，形成一個系列，這就是柱塞式噴油泵系列化。對于系列化的油泵在選擇時需考慮：a.最大循環(huán)供油量b.最高平均供油速率c.最大許用泵端壓力d.最高工作轉(zhuǎn)速第192頁/共270頁返回第193頁/共270頁噴油泵系數(shù)的選擇減壓容積的確定柱塞直徑dp和有效供油行程he第194頁/共270頁凸輪升程、供油持續(xù)期和預(yù)行程返回第195頁/共270頁減壓容積出油閥減壓容積的大小對噴油過程影響很大：在高壓油路容積一定時，出油閥減壓容積越大，高壓油膨脹越多，使高壓油路中助油壓下降越多，不噴油時油管中的殘余壓力越低。若減壓容積太小，高壓油路中殘余壓力偏高，由于壓力的波動，針閥體盛油腔壓力超過噴油器開啟壓力時，針閥再次開啟，將產(chǎn)生二次噴射現(xiàn)象。第196頁/共270頁出油閥減壓容積大小的選取與高壓油路容積、油管壓力值的大小相關(guān)，高壓油路容積越大，減壓容積也要相應(yīng)增大；油管壓力峰值越大，減壓容積也需增大。減壓容積的選取返回第197頁/共270頁噴油器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)啟閥壓力與閉閥壓力噴孔面積與流通特性壓力室容積返回第198頁/共270頁啟閥壓力與閉閥壓力啟閥壓力閉閥壓力第199頁/共270頁噴孔面積與流通特性第200頁/共270頁壓力室容積噴油結(jié)束后，壓力室中的燃油靠高溫蒸發(fā)，在無噴射狀態(tài)下進(jìn)入燃燒室對噴油壓力和霧化的影響對HC排放的影響返回第201頁/共270頁柴油機(jī)的不正常噴射二次噴射穴蝕不穩(wěn)定噴射返回第202頁/共270頁二次噴射二次噴射是指發(fā)生在主噴射結(jié)束之后，噴射終了針閥落座后又第二次開啟向氣缸內(nèi)噴射的現(xiàn)象。二次噴射使整個噴油持續(xù)時間延長，二次噴射的燃油是在較低的壓力下噴入氣缸的，霧化質(zhì)量差，造成發(fā)動機(jī)性能下降二次噴射出現(xiàn)的工況是在柴油機(jī)大負(fù)荷、高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況。二次噴射產(chǎn)生的原因是燃油在高壓作用下的可壓縮性和燃油壓力波在高壓油路的傳播反射。第203頁/共270頁消除二次噴射的方法減小高壓油路容積、增大出油閥減壓容積適當(dāng)增大噴孔總面積增大出油閥彈簧剛度和開啟壓力采用等壓出油閥或阻尼出油閥第204頁/共270頁穴蝕當(dāng)油壓突降到其相應(yīng)溫度的飽和蒸氣壓時，高壓油路中會產(chǎn)生油的蒸氣泡。在噴油過程的一個循環(huán)中，壓力是變動的。當(dāng)油壓達(dá)到一定值時，氣泡將破裂，氣泡連續(xù)產(chǎn)生和破裂的過程，將合造成能量的驟變。若氣泡破裂過程的能量達(dá)一定數(shù)值，對金屬表面形成沖擊而導(dǎo)致疲勞損壞，稱為穴蝕現(xiàn)象。第205頁/共270頁不穩(wěn)定噴射在正常噴油過程中，每循環(huán)噴油量也是基本不變的。但是，在某些工況(特別是低怠速工況)，當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配不當(dāng)時，循環(huán)供油量不斷變動，各循環(huán)噴油規(guī)律也有差異，這種現(xiàn)象稱之為不穩(wěn)定噴射，也稱不規(guī)則噴射。返回第206頁/共270頁內(nèi)燃機(jī)排放內(nèi)燃機(jī)排氣污染特點內(nèi)燃機(jī)排放物生成機(jī)理內(nèi)燃機(jī)排放特性汽油機(jī)排放控制柴油機(jī)排放控制排放測試與法規(guī)簡介返回第207頁/共270頁內(nèi)燃機(jī)排氣污染主要污染物：HC、CO、PM、NOx指標(biāo)：體積分?jǐn)?shù)、質(zhì)量濃度質(zhì)量排放量比排放量第208頁/共270頁CO排放與燃料、空燃比的關(guān)系第209頁/共270頁柴油機(jī)排放與過量空氣系數(shù)第210頁/共270頁汽油機(jī)排放與過量空氣系數(shù)返回第211頁/共270頁CO的生成機(jī)理1.CO生成機(jī)理詳細(xì)過程尚未完全弄清，一般認(rèn)為，生成步驟如下：其中：2.是一種中間產(chǎn)物，最終生成情況視氧氣濃度而定第212頁/共270頁HC的生成機(jī)理1.冷激效應(yīng)

2.油膜與沉積物吸附

3.容積淬熄

4.碳?xì)浠衔锏暮笃谘趸?13頁/共270頁NOx的生成機(jī)理高溫、富氧、均是NOx生成的有利條件第214頁/共270頁NOx生成機(jī)理分析Newhall發(fā)現(xiàn)：在燃燒過程中，NO的生成速率是比較慢的，在膨脹過程中，NO的分解速率也是相當(dāng)慢，因此，對NO排放的分析不能用化學(xué)平衡的方法，必須用動力學(xué)方法。第215頁/共270頁P(yáng)M排放物一.汽油機(jī)中，PM的主要成分是硫酸鹽二.柴油機(jī)中，PM的主要成分是碳煙返回第216頁/共270頁內(nèi)燃機(jī)排放特性汽油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)瞬態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)柴油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)瞬態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)第217頁/共270頁汽油機(jī)穩(wěn)態(tài)CO排放特性第218頁/共270頁汽油機(jī)穩(wěn)態(tài)HC排放特性第219頁/共270頁汽油機(jī)穩(wěn)態(tài)NOx排放特性第220頁/共270頁汽油機(jī)瞬態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)過程的排放冷啟動過量空氣系數(shù)<1，氣缸溫度低，冷激效應(yīng)明顯，HC、CO排放高，NOx排放低暖機(jī)過程過量空氣系數(shù)<1，HC、CO排放高，隨著氣缸溫度升高，NOx排放逐漸升高加速化油器汽油機(jī)供汽很濃，CO、HC排放高電噴汽油機(jī)混合氣濃度穩(wěn)定，排放與相應(yīng)穩(wěn)態(tài)工況點相似減速化油器發(fā)動機(jī)混合氣過濃，HC、CO排放高電噴汽油機(jī)減速時不噴油第221頁/共270頁汽油機(jī)加速時的CO排放第222頁/共270頁汽油機(jī)減速時的HC、CO排放第223頁/共270頁柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)下CO排放第224頁/共270頁柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)HC排放第225頁/共270頁柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)下NOx排放第226頁/共270頁柴油機(jī)穩(wěn)態(tài)下PM排放第227頁/共270頁柴油機(jī)瞬態(tài)工況排放特點冷啟動因壁面吸附造成HC排放高加速過程非增壓柴油機(jī)的正常加速幾乎是各穩(wěn)定工況點的連續(xù)（準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程）增壓機(jī)加速存在與增壓器的響應(yīng)匹配問題減速過程減速時不噴油或噴怠速所需油量返回第228頁/共270頁汽油機(jī)排放控制一.曲軸箱控制系統(tǒng)二.蒸發(fā)物控制系統(tǒng)三.排氣再循環(huán)四.發(fā)動機(jī)設(shè)計的低排放考慮五.尾氣凈化第229頁/共270頁燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)第230頁/共270頁曲軸箱排放控制第231頁/共270頁二次進(jìn)氣第232頁/共270頁廢氣再循環(huán)（EGR）第233頁/共270頁催化轉(zhuǎn)化第234頁/共270頁返回第235頁/共270頁柴油機(jī)排放控制一.燃燒方式和燃燒室二.噴油系統(tǒng)三.氣流組織和多氣門技術(shù)四.排氣再循環(huán)五.增壓第236頁/共270頁柴油機(jī)設(shè)計的低排放考慮柴油機(jī)的CO和HC排放量相對汽油機(jī)來說要少得多，但NOx與汽油機(jī)在同一數(shù)量級，而微粒和碳煙的排放要比汽油機(jī)大幾十倍甚至更多。因此，設(shè)計低排放柴油機(jī)，重點是控制NOx與微粒，其次是HC。

第237頁/共270頁低排放的空燃比考慮柴油機(jī)造成污染物排放的根本原因在于油氣混合不好?；旌喜缓脤?dǎo)致局部缺氧，使碳煙大量生成。同時存在很多Фa=1.0~1.1的高NOx生成區(qū)。所以低排放柴油機(jī)的設(shè)計要圍繞改善油氣混合這一中心任務(wù)，防止局部Фa超過0.9（這有利于NOx生成）和低于0.6（這有利于碳煙生成）。

第238頁/共270頁低排放燃燒系統(tǒng)的要求由于直噴技術(shù)的進(jìn)步以及降低油耗和CO2排放的要求，柴油機(jī)大多采取直接噴射燃燒方式。其燃燒室設(shè)計要點如下：①燃燒室容積比②燃燒室口徑比③燃燒室形狀④壓縮比第239頁/共270頁①燃燒室容積比燃燒室容積對氣缸余隙容積之比即為燃燒室容積比，應(yīng)力求提高此容積比，以提高柴油機(jī)的冒煙界限，降低柴油機(jī)的碳煙和微粒排放。第240頁/共270頁②燃燒室口徑比燃燒室口徑小增加噴霧碰壁量，造成HC排放增加。因此除缸徑很小的柴油機(jī)外，盡量用口徑比較大的淺平燃燒室（dk/D=0.6~0.8），配合小孔徑的多噴孔噴嘴。第241頁/共270頁③燃燒室形狀用縮口燃燒室加強(qiáng)燃燒室口部的氣體湍流，促進(jìn)擴(kuò)散混合和燃燒。燃燒室底部中央的凸起適當(dāng)加大，以進(jìn)一步提高空氣的利用率。用帶圓角的方形或五瓣梅花形（分別配4孔和5孔噴嘴）代替圓形燃燒室，加強(qiáng)燃燒室中的微觀湍流，加速燃燒，減少碳煙生成。第242頁/共270頁④壓縮比適當(dāng)提高柴油機(jī)壓縮比可降低HC和CO排放，并結(jié)合推遲噴油獲得動力經(jīng)濟(jì)性能與NOx排放之間較好的折中。

第243頁/共270頁低排放噴油系統(tǒng)要求加強(qiáng)霧化效果，優(yōu)化噴油規(guī)律①提高噴油壓力。②增加噴油器的噴孔數(shù)，減小孔徑。③控制燃油噴射率，如靴形噴射、預(yù)噴射。④根據(jù)柴油機(jī)工況優(yōu)化噴油定時。第244頁/共270頁其他技術(shù)措施（4）采用多氣門技術(shù)，配合多孔數(shù)、小孔徑噴油器來獲得良好的混合氣。（5）可采用廢氣再循環(huán)（EGR）來降低NOx排放。（6）采用增壓中冷技術(shù)來降低碳煙和NOx排放。返回第245頁/共270頁排放測量與法規(guī)簡介排放測量的取樣方式排放測量方法排放法規(guī)簡介第246頁/共270頁排放物取樣方式尾氣取樣直接取樣法/未經(jīng)稀釋，樣本凝結(jié)，吸附全量取樣法/容積大，需防止樣本凝結(jié)比例取樣法（VRS）/裝置比較復(fù)雜定容取樣法（CVS）/簡單可靠，儀器精度要求高缸內(nèi)取樣/裝置復(fù)雜第247頁/共270頁氣體成分測試方法不分光紅外分析法（NDIR）-CO，CO2火焰離子檢測法（FID）-HC化學(xué)發(fā)光法（CL）-NOx氣相色譜法（GC）-CH4順磁分析法-O2不分光紫外分析法（NDUR）-NOx比色法第248頁/共270頁微粒測量方法質(zhì)量測量-微粒天平成分分析熱解質(zhì)量分析法索氏萃取法煙度測量濾紙式煙度計消光式煙度計第249頁/共270頁內(nèi)燃機(jī)排放法規(guī)輕型車用內(nèi)燃機(jī)歐洲試驗方法采用ECE-15+EUDC測試循環(huán)美國采用FTP-75中、重型車用內(nèi)燃機(jī)歐洲采用“ECER49十三工況法”/歐II美國采取瞬態(tài)工況法。返回第250頁/共270頁內(nèi)燃機(jī)的噪聲噪聲分類噪聲評價燃燒噪聲特征柴油機(jī)機(jī)械噪聲源氣動噪聲噪聲測量與控制返回第251頁/共270頁噪聲分類不同頻率、不同強(qiáng)度的聲音無規(guī)則地組合在一起，對人造成危害的聲波稱為噪聲。按照頻譜特性，噪聲可分為有調(diào)噪聲和無調(diào)噪聲。有調(diào)噪聲含有明顯的基波及其諧波．旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生的機(jī)械噪聲都屬有調(diào)噪聲。無調(diào)噪聲則正好相反，它沒有明顯的基頻及其諧波，排氣放空噪聲便是一種常見的無調(diào)噪聲。第252頁/共270頁按噪聲源分類分為氣體動力性噪聲、機(jī)械噪聲、電磁噪聲和燃燒噪聲在柴油機(jī)中，進(jìn)氣和排氣噪聲、風(fēng)扇噪聲、增壓氣動噪聲等同于氣體動力性噪聲，它們由噪聲源通過氣體振動直接向周圍空氣輻射。運(yùn)動件團(tuán)擊、振動所激發(fā)的聲音是機(jī)械噪聲。許多電