第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)

1_第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)2023/12/27第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)１)動(dòng)力性能指標(biāo)：有效功率、有效轉(zhuǎn)矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、活塞平均速度等。

２)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)：有效熱效率、有效燃油消耗率等。

３)強(qiáng)化指標(biāo)：升功率、強(qiáng)化系數(shù)等。

４)有害物質(zhì)排放指標(biāo)：CO、HC、NOx和微粒等。

５)其他運(yùn)行性能指標(biāo)：噪聲和冷起動(dòng)等。

６)使用性能指標(biāo)：可靠性、耐久性、維修方便性。

第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)

第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程

第三節(jié)燃料的特性及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響

第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒

第六節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的分析與評(píng)價(jià)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)１)動(dòng)力性能指標(biāo)：有效功率、有效轉(zhuǎn)矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、活塞平均速度等。２)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)：有效熱效率、有效燃油消耗率等。３)強(qiáng)化指標(biāo)：升功率、強(qiáng)化系數(shù)等。４)有害物質(zhì)排放指標(biāo)：CO、HC、NOx和微粒等。５)其他運(yùn)行性能指標(biāo)：噪聲和冷起動(dòng)等。６)使用性能指標(biāo)：可靠性、耐久性、維修方便性。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)一、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖及實(shí)際循環(huán)

1.示功圖

2.自然吸氣四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)

(1)進(jìn)氣過程為使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)必須不斷吸入新鮮的工質(zhì)。

(2)壓縮過程為使吸入氣缸內(nèi)的工質(zhì)能夠迅速燃燒，以產(chǎn)生較大的壓力使發(fā)動(dòng)機(jī)做功，發(fā)動(dòng)機(jī)必須在做功過程之前將工質(zhì)進(jìn)行壓縮，此過程即為壓縮過程。圖1-1120四沖程單缸試驗(yàn)柴油機(jī)的p-V圖及p-φ?qǐng)D

a)p-V圖b)p-φ?qǐng)D第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)(3)燃燒過程在這個(gè)過程中，活塞位于上止點(diǎn)前后，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。

(4)膨脹過程在這個(gè)過程中，進(jìn)、排氣門仍舊關(guān)閉。

(5)排氣過程當(dāng)膨脹過程接近終了時(shí)，開始排氣過程，排氣門開啟，靠廢氣的壓力進(jìn)行自由排氣，活塞到達(dá)下止點(diǎn)后再向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，繼續(xù)將廢氣強(qiáng)制排到大氣中。圖1-2自然吸氣四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的示功圖

a)進(jìn)氣過程b)壓縮過程c)燃燒、膨脹過程(做功行程)d)排氣過程第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)表1-1發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)各過程終了時(shí)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)值3.自然吸氣四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)指示功Wi

二、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.指示性能指標(biāo)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)表1-2發(fā)動(dòng)機(jī)指示指標(biāo)的定義及計(jì)算方法2.有效性能指標(biāo)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)表1-3發(fā)動(dòng)機(jī)有效指標(biāo)的定義及計(jì)算方法第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)表1-3發(fā)動(dòng)機(jī)有效指標(biāo)的定義及計(jì)算方法3.發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)表1-4發(fā)動(dòng)機(jī)常用強(qiáng)化指標(biāo)的定義及計(jì)算方法第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)表1-5各種車用發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)參數(shù)三、機(jī)械損失及機(jī)械效率

1.機(jī)械損失的組成第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)表1-6機(jī)械損失的組成及其各部分所占比例2.機(jī)械效率ηm第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)圖1-3發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)機(jī)械效率的影響3.影響機(jī)械效率的主要因素第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)(1)轉(zhuǎn)速n機(jī)械效率ηm隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升而下降，如圖1-3所示。

1)各摩擦副間的相對(duì)速度增加，摩擦損失增大。

2)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的慣性力增大，活塞側(cè)壓力及軸承負(fù)荷增高，摩擦損失增大。

3)進(jìn)、排氣流動(dòng)阻力增大，泵氣損失增大。

4)驅(qū)動(dòng)附件消耗功增多。

(2)負(fù)荷在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，機(jī)械損失功率Pm近似不變。圖1-4發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率隨負(fù)荷變化的

關(guān)系曲線第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)(3)潤(rùn)滑油品質(zhì)在機(jī)械損失中，摩擦損失占了很大的百分比，因此改善相對(duì)運(yùn)動(dòng)面上的潤(rùn)滑條件可以顯著提高ηm。表1-7常用發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的粘度等級(jí)及使用環(huán)境溫度范圍四、影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的因素

分析上述所介紹的內(nèi)容可知，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的過程，實(shí)質(zhì)上就是進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)化為熱能，熱能再轉(zhuǎn)化為曲軸有效輸出功的過程。

1)充氣效率ην。

2)燃料低熱值hμ、理論空氣量L。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)3)過量空氣系數(shù)α。

4)指示熱效率ηi。

5)機(jī)械效率ηm。

6)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n。

7)其他主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。

思考題

1.簡(jiǎn)述發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作循環(huán)過程。

2.簡(jiǎn)述汽油機(jī)與柴油機(jī)工作循環(huán)的區(qū)別。

3.為什么發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)有指示指標(biāo)和有效指標(biāo)之分？?jī)煞N指標(biāo)各在什么場(chǎng)合使用？第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)4.發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能在生產(chǎn)和使用中主要用哪幾個(gè)指標(biāo)來表示？如果要進(jìn)行不同機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)性能的對(duì)比，應(yīng)使用哪些動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)？

5.機(jī)械損失由哪幾部分組成？所占百分比最大的是哪種損失？

6.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷是如何影響機(jī)械效率的？這一影響對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高和使用提出了什么要求？

7.如何對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行較全面地評(píng)價(jià)？第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程一、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程

1.換氣過程

(1)自由排氣階段圖1-5中，從排氣門早開點(diǎn)b′到晚關(guān)點(diǎn)r′，約240～260℃A的b′bdrr′段為排氣過程。

(2)強(qiáng)制排氣階段自由排氣階段結(jié)束后，缸內(nèi)壓力大大降低，必須依靠上行活塞強(qiáng)制排出廢氣，此階段稱為強(qiáng)制排氣階段。

(3)進(jìn)氣階段圖1-5中，從進(jìn)氣門早開點(diǎn)d到晚關(guān)點(diǎn)a′，約220～265℃A的drr′aa′段為進(jìn)氣過程。

(4)氣門重疊階段圖1-5中，drr′段是氣門重疊階段。

2.配氣相位及其對(duì)性能的影響第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程圖1-5四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過程的p-V圖第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程圖1-6四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位圖第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程(1)排氣早開角γ膨脹過程末期，缸內(nèi)壓力較高，如果到下止點(diǎn)才打開排氣門，則由于開啟初期氣門上升緩慢，開度也小，再加上氣流因慣性而不會(huì)馬上高速流出，這些都會(huì)使排氣不暢，排氣損失和阻力增大，并間接影響進(jìn)氣充量。圖1-7排氣損失

w—自由排氣損失y—強(qiáng)制排氣損失x—自由排氣損失

x+y-d—泵氣損失第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程圖1-8不同的排氣早開角對(duì)排氣損失的影響第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程圖1-9轉(zhuǎn)速對(duì)排氣早開角的影響第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程(2)排氣晚關(guān)角δ如果排氣門在活塞到達(dá)上止點(diǎn)關(guān)閉，則此時(shí)廢氣還具有一定向外運(yùn)動(dòng)的慣性。

(3)進(jìn)氣早開角α進(jìn)氣門若在活塞到達(dá)上止點(diǎn)開啟，則會(huì)因開啟初期氣門上升緩慢，流通截面小，以及進(jìn)氣氣流由靜止到加速的滯后影響，而使缸內(nèi)真空加大，進(jìn)氣量減少，進(jìn)氣損失增大。

(4)進(jìn)氣晚關(guān)角β進(jìn)氣門晚于活塞到達(dá)下止點(diǎn)而關(guān)閉的角度稱為進(jìn)氣晚關(guān)角。

(5)氣門重疊角α+δ排氣門晚關(guān)和進(jìn)氣門早開必然形成氣門開啟重疊，其重疊開啟的角度稱為氣門重疊角。

二、充氣效率及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

1.充氣效率

2.影響充氣效率的因素

(1)進(jìn)氣終了壓力pa′

pa′對(duì)ην有重要影響，pa′越高，ην值越大。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程1)增大進(jìn)氣門直徑，即增大進(jìn)氣門處的有效流通截面面積，選擇合適的排氣門直徑。

2)為了進(jìn)一步增大進(jìn)氣門流通截面，提高充氣量，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)采用了3～5個(gè)(每缸個(gè)進(jìn)氣門，1～2個(gè)排氣門)的多氣門結(jié)構(gòu)。表1-8幾種典型的多氣門與2氣門轎車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能比較3)適當(dāng)增大氣門升程，合理設(shè)計(jì)凸輪型線以提高氣門開啟速度，從而增大氣門的時(shí)間-截面值(指氣門開啟截面面積與其對(duì)應(yīng)的開啟時(shí)間的乘積)，提高汽車通過能力。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程(2)進(jìn)氣終了溫度Ta′進(jìn)氣終了溫度Ta′高于進(jìn)氣狀態(tài)下的溫度Ts，若Ta′升高，則充入氣缸進(jìn)氣充量的工作密度減小，從而使ην降低。

1)進(jìn)氣過程中與高溫零部件接觸而引起的溫升。

2)與高溫殘余廢氣混合而引起的溫升。

(3)進(jìn)氣晚關(guān)角ξ反映了進(jìn)氣晚關(guān)角對(duì)ην的影響。

(4)排氣晚關(guān)角(殘余廢氣系數(shù))排氣門晚關(guān)會(huì)減小排氣阻力，減少缸內(nèi)殘余廢氣量，降低殘余廢氣系數(shù)，由式(1-4)可知，這也間接使ην提高，但相比于進(jìn)氣晚關(guān)角排氣晚關(guān)角對(duì)ην的影響要小得多。

(5)壓縮比壓縮比增大，壓縮容積減小，殘余廢氣量減少，ην增大。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程(6)進(jìn)氣狀態(tài)參數(shù)ps、Ts進(jìn)氣狀態(tài)參數(shù)ps、Ts本身是定義充氣效率的基準(zhǔn)參數(shù)，所以，ps增大，Ts降低，新鮮充量密度增大，使實(shí)際進(jìn)氣量增多，但不等于充氣效率必然增大。

3.充氣效率特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響圖1-10汽油機(jī)和柴油機(jī)的充氣效率特性曲線

a)汽油機(jī)的充氣效率特性曲線b)柴油機(jī)的充氣效率特性曲線第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程1)Ta′相對(duì)于進(jìn)氣溫度，上升程度降低，ην的特性曲線略上升。

2)pa′減小，ην降低，轉(zhuǎn)速增大到一定程度后，ην的下降速度加快；

3)在某一轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)氣晚關(guān)角充分利用了此時(shí)氣流的慣性，ην有最大值，偏離此轉(zhuǎn)速后均降低。圖1-11進(jìn)氣晚關(guān)角對(duì)、的影響第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程三、可變進(jìn)氣系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)

1.可變配氣相位發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)

2.可變進(jìn)氣歧管發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)

(1)可變進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度奔馳新SLK(R171)發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的可變進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度機(jī)構(gòu)采用了一個(gè)控制閥來控制進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度，如圖1-12所示。圖1-12奔馳新SLK(R171)發(fā)動(dòng)機(jī)的可變進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度機(jī)構(gòu)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程(2)可變進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度及截面日本馬自達(dá)公司的可變進(jìn)氣諧振增壓系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)與工作原理如圖1-14所示。圖1-13寶馬760V12發(fā)動(dòng)機(jī)可變進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度機(jī)構(gòu)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程圖1-14可變進(jìn)氣諧振增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與

工作原理

1—轉(zhuǎn)換閥2—短共振管3—長(zhǎng)共振管

4—雙節(jié)氣門5—慣性增壓第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程四、渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能的分析

因?yàn)殡S著進(jìn)入缸內(nèi)空氣量的增多，相應(yīng)地增加循環(huán)供油量，即可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，所以人們采取可變配氣相位、可變進(jìn)氣系統(tǒng)等多種技術(shù)手段來提高充氣效率，增加進(jìn)氣量。

1.增壓度和增壓比

2.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作過程

3.渦輪增壓柴油機(jī)的性能分析

(1)渦輪增壓柴油機(jī)的性能優(yōu)勢(shì)

1)提高了動(dòng)力性能。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程圖1-15渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)示意圖第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程圖1-16廢氣渦輪增壓器的工作原理2)改善了燃油經(jīng)濟(jì)性。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程3)改善了排放性能。

4)降低了燃燒及排氣噪聲。

5)降低了制造成本。

(2)渦輪增壓柴油機(jī)存在的問題

1)熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷增大。

2)低速轉(zhuǎn)矩特性下降。

3)加速性能變差。

4)起動(dòng)困難。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程(3)渦輪增壓柴油機(jī)性能改進(jìn)的方法目前，改善增壓發(fā)動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)矩特性和加速性能的主要方法有：高速、高負(fù)荷工況下，放掉壓氣機(jī)后一部分增壓空氣或放掉渦輪前一部分廢氣以限制增壓壓力過高，圖1-17所示為渦輪增壓廢氣旁通系統(tǒng)示意圖；低速、低負(fù)荷工況下，調(diào)整可變渦輪噴嘴環(huán)的截面面積來提高渦輪效率，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)低速工況的性能，圖1-18所示為可變幾何截面渦輪的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1-17渦輪增壓廢氣旁通系統(tǒng)示意圖第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程圖1-18可變幾何截面渦輪的結(jié)構(gòu)示意圖4.渦輪增壓汽油機(jī)性能的分析第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程表1-9增壓和自然吸氣汽油機(jī)動(dòng)力性參數(shù)比較1)汽油機(jī)增壓后，壓縮終了的溫度、壓力都升高，致使爆燃的傾向增大。

2)熱負(fù)荷加重。

3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)延遲加大。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程4)車用汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率范圍寬廣，進(jìn)氣流量變化范圍更大，因而覆蓋的壓氣機(jī)工況范圍更大，這就要求壓氣機(jī)同時(shí)具有寬流量范圍和寬高效率區(qū)的高性能，這使得汽油機(jī)的增壓器技術(shù)難度加大。

1)電控技術(shù)的應(yīng)用，有效地解決了汽油機(jī)增壓的諸多難題，如電控可變渦輪噴嘴環(huán)截面、電控放氣閥有效地改善了渦輪增壓汽油機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；電控爆燃、電控EGR等技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)防止爆燃和降低熱負(fù)荷都是有效的。

2)增壓中冷技術(shù)的應(yīng)用，可有效提高渦輪增壓汽油機(jī)的動(dòng)力性能、降低燃料消耗率，同時(shí)對(duì)消除爆燃、降低熱負(fù)荷以及減少NOx排放都是有利的。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程3)采用增壓壓力控制系統(tǒng)，如進(jìn)氣和排氣放氣、節(jié)流控制等裝置，可以減小渦輪入口處或進(jìn)入汽油機(jī)缸內(nèi)的氣流量，從而降低增壓比，避免爆燃和過高熱負(fù)荷，并有利于高低速轉(zhuǎn)矩特性的控制。

五、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響可由充氣效率ην的大小及其變化規(guī)律來反饋。

1)在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，有足夠高的充氣效率ην保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。

2)良好的充氣效率特性，保證發(fā)動(dòng)機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩、高速大功率，滿足汽車的低速加速性能、爬坡性能以及高速動(dòng)力性能。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程3)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)采用廢氣渦輪增壓或增壓中冷技術(shù)，是發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化的有效手段之一。

思考題

1.什么是發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程？合理組織換氣過程的目的是什么？

2.進(jìn)、排氣門為什么要早開、晚關(guān)？進(jìn)、排氣門早開、晚關(guān)角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有何影響？為什么這4個(gè)相位角都有最佳值，且最佳值隨轉(zhuǎn)速的升高而增大？

3.影響充氣效率的主要因素有哪些？它們是如何影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的？

4.充氣效率特性曲線有何特點(diǎn)？進(jìn)氣門晚關(guān)角是如何影響充氣效率特性曲線的？為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出功率，進(jìn)氣門晚關(guān)角要相應(yīng)地增大，為什么？第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第二節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程5.什么是可變配氣相位？它影響發(fā)動(dòng)機(jī)的什么性能？

6.什么是可變進(jìn)氣歧管？發(fā)動(dòng)機(jī)高、低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)下如何改變進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度？

7.為什么汽油機(jī)采用渦輪增壓的比例越來越高？渦輪增壓汽油機(jī)是如何解決應(yīng)用中存在的相關(guān)問題的？第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第三節(jié)燃料的特性及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響表1-10常用液體燃料及氣體燃料的物理、化學(xué)特性指標(biāo)一、柴油的使用特性

汽車柴油機(jī)為高速機(jī)，使用輕柴油。

1.自燃性第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第三節(jié)燃料的特性及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響2.蒸發(fā)性

3.燃料流動(dòng)性

4.低溫流動(dòng)性

二、汽油的使用特性

汽油對(duì)汽油機(jī)性能有影響的主要是其抗爆性和蒸發(fā)性。

1.抗爆性

2.蒸發(fā)性

三、燃料特性對(duì)汽油機(jī)和柴油機(jī)的影響

表1?10給出了汽油和柴油的成分及其主要性能指標(biāo)，可以看出，汽油和柴油的沸點(diǎn)與著火溫度有很大差異。

1.對(duì)混合氣形成方式的影響

2.對(duì)著火、燃燒方式的影響第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第三節(jié)燃料的特性及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響1)擴(kuò)散燃燒時(shí)，由于燃料與空氣邊混合、邊燃燒，因而燃燒速度取決于油氣的混合速度；而預(yù)混合燃燒時(shí)，因燃燒前已均勻混合，因而燃燒速度主要取決于化學(xué)反應(yīng)速度，即取決于混合氣溫度和濃度。

2)擴(kuò)散燃燒時(shí)，為保證燃燒完全，一般要求空氣過量，過量空氣系數(shù)α≥1.2(定義見本節(jié)四)，并且在總體的空燃比大于100的條件下也能穩(wěn)定燃燒；而預(yù)混合燃燒時(shí)，一般0.8～1.2，可燃混合氣濃度范圍小，難以稀燃。

3)擴(kuò)散燃燒時(shí)，混合氣濃度和燃燒溫度分布極不均勻，易發(fā)生局部高溫缺氧現(xiàn)象，產(chǎn)生炭煙；而預(yù)混合燃燒時(shí)，由于混合氣混合均勻，一般不產(chǎn)生炭煙。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第三節(jié)燃料的特性及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響4)擴(kuò)散燃燒時(shí)，由于有炭煙產(chǎn)生，碳粒的燃燒會(huì)發(fā)出黃色或白色的強(qiáng)烈輻射光，因此也稱為有焰燃燒；而預(yù)混合燃燒時(shí)，無碳粒燃燒問題，火焰呈均勻透明的藍(lán)色，因此也稱為無焰燃燒。

5)預(yù)混合燃燒由于燃燒前已形成可燃混合氣，有回火的危險(xiǎn)；而擴(kuò)散燃燒一般無此隱患。

3.對(duì)負(fù)荷調(diào)節(jié)方式的影響

四、過量空氣系數(shù)及空燃比

1.理論空氣量L0

2.過量空氣系數(shù)α

3.空燃比

五、燃料熱值與混合氣熱值

1.燃料熱值第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第三節(jié)燃料的特性及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響2.混合氣熱值

思考題

1.對(duì)柴油機(jī)性能有重要影響的柴油性能指標(biāo)有哪些？有什么影響？

2.對(duì)汽油機(jī)性能有重要影響的汽油性能指標(biāo)有哪些？有什么影響？

3.可燃混合氣的濃與稀可以用哪幾個(gè)指標(biāo)表示？各指標(biāo)的含義是什么？彼此間如何換算？

4.混合氣熱值和燃料熱值有什么區(qū)別？每循環(huán)加給工質(zhì)的熱量取決于哪種熱值？

5.柴油和汽油特性的不同如何導(dǎo)致了柴油機(jī)和汽油機(jī)結(jié)構(gòu)的不同？第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-19柴油機(jī)的燃燒過程

Ⅰ—著火落后期Ⅱ—速燃期Ⅲ—緩燃期Ⅳ—后燃期第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒一、燃燒過程及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

柴油機(jī)的燃燒過程可分為四個(gè)階段，即著火落后期（也稱為滯燃期）、速燃期、緩燃期和后燃期，如圖1?19所示。

1.著火落后期

2.速燃期

3.緩燃期

4.后燃期

二、燃油噴射與霧化

目前，柴油機(jī)的燃油供給系統(tǒng)是傳統(tǒng)機(jī)械式燃油供給系統(tǒng)和電控燃油噴射系統(tǒng)并存，但不論哪種噴油系統(tǒng)，都要滿足以下基本的要求。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒1)能產(chǎn)生足夠高的噴油壓力，以保證燃料良好的霧化及混合燃燒。

2)實(shí)現(xiàn)所要求的噴油規(guī)律，以保證合理的燃燒放熱規(guī)律和良好的綜合性能。

3)精確控制每個(gè)循環(huán)的噴油量和噴油時(shí)間，并且保證各缸之間的均勻性。

4)在各種工況下避免出現(xiàn)不利的異常噴射現(xiàn)象。

1.燃油噴射過程圖1-20燃油的噴射過程

1—噴油泵柱塞2—進(jìn)、回油孔3—出油閥4—出油閥彈簧

5、7—壓力傳感器6—高壓油管8—針閥彈簧9—噴油器針閥第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒(1)噴油延遲階段從噴油泵出油閥打開(供油始點(diǎn))到噴油器的針閥開始升起(噴油始點(diǎn))為止，這一階段稱為噴油延遲階段。

(2)主噴射階段從噴油始點(diǎn)到噴油器端燃油壓力開始急劇下降為止，這一階段稱為主噴射階段。

(3)滴漏階段從噴油器端燃油壓力開始急劇下降到針閥完全落座(噴油終點(diǎn))為止，這一階段稱為滴漏階段。

2.供油規(guī)律和噴油規(guī)律圖1-21供油規(guī)律和噴油規(guī)律的比較

注：噴油器ZSOSJ，＝750r/min第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒3.燃油的霧化及油束特性圖1-22油束形狀第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒(1)噴霧圓錐角β噴霧圓錐角表示油束的緊密程度，β大說明油束松散，油滴細(xì)。

(2)油束射程L油束射程是指油束的貫穿距離，亦稱為貫穿力。

(3)霧化質(zhì)量(霧化特性)圖1-23霧化特性曲線第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒三、電控燃油噴射系統(tǒng)

1.燃油噴射系統(tǒng)的類型和特點(diǎn)

(1)位置控制式電控燃油噴射系統(tǒng)這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是不改變傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理，只是用電控裝置取代機(jī)械式調(diào)速器和提前器，對(duì)直列泵的油量調(diào)節(jié)齒桿和VE泵的溢流環(huán)套以及油泵驅(qū)動(dòng)軸和凸輪軸的相互位置進(jìn)行低頻連續(xù)調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)油量和定時(shí)的控制，所以稱為位置控制式系統(tǒng)。

(2)時(shí)間控制式電控燃油噴射系統(tǒng)這種系統(tǒng)借助電子控制手段控制高壓油路泄壓電磁閥的開閉時(shí)刻進(jìn)而控制噴油量，而不對(duì)噴射壓力或其他參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，因控制對(duì)象——泄壓電磁閥的開閉時(shí)刻是時(shí)間量而得名。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒(3)時(shí)間-壓力控制式電控燃油噴射系統(tǒng)(共軌系統(tǒng))這種系統(tǒng)不再應(yīng)用傳統(tǒng)柱塞脈動(dòng)供油原理，而是在高壓油泵和噴油器之間安裝油壓穩(wěn)定裝置(共軌)，即先將燃油以高壓狀態(tài)儲(chǔ)存在這個(gè)被稱為共軌的容器中，然后通過精確控制共軌中的燃油壓力和噴油脈寬，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量的精確控制。圖1-24高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒表1-11傳感器的種類及功能表1-12執(zhí)行器的種類及功能第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒表1-12執(zhí)行器的種類及功能1)噴油壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無確定關(guān)系，只取決于共軌管中按要求調(diào)整的壓力，因而徹底解決了傳統(tǒng)噴油泵高、低速時(shí)噴油壓力差別過大、性能難以兼顧的固有矛盾。

2)從根本上解決了傳統(tǒng)噴油泵脈動(dòng)供油時(shí)輸出的峰值轉(zhuǎn)矩過大，凸輪軸瞬間轉(zhuǎn)速變化太快，不能穩(wěn)定控制小噴油量的矛盾。

3)可以實(shí)現(xiàn)更高的噴射壓力，其噴射壓力可比傳統(tǒng)直列泵高出一倍，目前已達(dá)220MPa。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒4)可以實(shí)現(xiàn)多次噴射，有利于降低燃燒時(shí)的壓力升高率，從而降低燃燒噪聲和振動(dòng)。

5)可以柔性調(diào)節(jié)噴油率、噴油定時(shí)和噴油量，從而改善發(fā)動(dòng)機(jī)全工況范圍內(nèi)的綜合性能。

6)其多次噴射能力為NOx吸附還原式催化轉(zhuǎn)化器和柴油機(jī)微粒捕集器等排氣后處理系統(tǒng)的燃油后噴射要求提供了可能。

7)安裝方便，不需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體進(jìn)行大的改變即可取代原有的燃油噴射系統(tǒng)。

2.對(duì)柴油機(jī)噴射系統(tǒng)的控制

(1)轉(zhuǎn)速控制采用電子調(diào)速器代替機(jī)械調(diào)速器。

(2)對(duì)各種轉(zhuǎn)速下最大噴油量的控制

1)轉(zhuǎn)矩校正。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒2)進(jìn)氣壓力變動(dòng)補(bǔ)償。

3)進(jìn)氣溫度、冷卻液溫度及潤(rùn)滑油溫度補(bǔ)償。

4)增壓柴油機(jī)進(jìn)氣流量補(bǔ)償。

5)柴油機(jī)低油壓保護(hù)。

6)增壓器工作狀態(tài)保護(hù)。

(3)噴油定時(shí)的電子控制這種控制除了根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷來確定噴油時(shí)刻外，還要根據(jù)柴油機(jī)的冷卻液溫度、大氣壓力和瞬時(shí)狀態(tài)加以校正，使其性能比機(jī)械式自動(dòng)提前器優(yōu)越。

四、柴油機(jī)混合氣的形成

柴油機(jī)所用的燃料是柴油。

1.空間霧化混合

2.油膜蒸發(fā)混合第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒五、柴油機(jī)的燃燒室

柴油機(jī)的燃燒室可分為兩大類，即直噴式燃燒室和分隔式燃燒室。

1.直噴式燃燒室圖1-25直噴式燃燒室

a)開式燃燒室b)、c)半開式燃燒室(1)半開式燃燒室的空氣渦流運(yùn)動(dòng)在半開式燃燒室中，必須組織一定強(qiáng)度的空氣渦流運(yùn)動(dòng)。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒1)組織進(jìn)氣渦流。

①利用切向氣道形成進(jìn)氣渦流。如圖1-26所示，其特點(diǎn)是氣道母線與氣缸相切，氣道形狀較平直，在氣門前強(qiáng)烈收縮。氣流在通過切向氣道時(shí)速度越來越快，并且沿切線方向進(jìn)入，在氣缸壁上轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生繞氣缸中心線的氣流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。切向氣道的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流動(dòng)阻力較小；缺點(diǎn)是對(duì)氣口位置比較敏感。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒②利用螺旋氣道形成進(jìn)氣渦流。如圖1-27所示，氣門座上方的氣道內(nèi)腔做成螺旋形，空氣流經(jīng)氣門座時(shí)，一部分在氣道內(nèi)部形成繞氣門中心的氣流旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其強(qiáng)度與氣道本身結(jié)構(gòu)有關(guān)；另一部分近似于切向氣流，順著氣缸壁繞氣缸中心線旋轉(zhuǎn)，其強(qiáng)度與氣道相對(duì)于氣缸的布置有關(guān)，加上軸向分速度，實(shí)際上是一種沿螺旋線推進(jìn)的渦流運(yùn)動(dòng)。不同形式的螺旋氣道，兩股氣流的配合情況各不相同，但在壓縮行程接近終點(diǎn)時(shí)，渦流均類似于一個(gè)螺體旋轉(zhuǎn)。由于螺旋氣道能產(chǎn)生較強(qiáng)的進(jìn)氣渦流，因此被廣泛應(yīng)用在高速柴油機(jī)上；其缺點(diǎn)是制造工藝要求高，調(diào)試工作量較大。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-26切向氣道第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-27螺旋氣道2)組織擠流。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-28擠氣渦流

a)無進(jìn)氣渦流或渦流不強(qiáng)時(shí)的擠流b)進(jìn)氣渦流強(qiáng)時(shí)的擠流c)逆擠流(2)以ω型為代表的半開式燃燒室這種燃燒室的dk/D=0.4～0.65，形狀很多。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-29半開式燃燒室第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-30RICARDO慧星Ⅴ渦流燃燒室2.分隔式燃燒室第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒(1)混合氣的形成在壓縮過程中，活塞迫使空氣經(jīng)過通道流入渦流室，形成強(qiáng)烈的、有組織的壓縮渦流運(yùn)動(dòng)。

(2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)渦流室通常由兩部分組成，其上部與氣缸蓋熔鑄在一起；其下部(包括連接通道)由耐熱鋼制成(稱為保溫鑲塊)，且與缸蓋之間保持一定的間隙(一般為0.1mm)，以使鑲塊表面具有一定的高溫，便于對(duì)空氣進(jìn)行加熱，同時(shí)也減少了散熱損失。圖1-31渦流室形狀

a)珀金斯S499b)錐形平底(慧星Ⅴ)c)柱形平底第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒(3)主要優(yōu)缺點(diǎn)由于強(qiáng)烈的空氣渦流運(yùn)動(dòng)，保證了較好的混合氣質(zhì)量，空氣得到較充分的利用。

六、運(yùn)轉(zhuǎn)因素對(duì)燃燒過程的影響

1.燃料性質(zhì)的影響

2.負(fù)荷的影響圖1-32負(fù)荷對(duì)著火延遲期的影響第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒3.轉(zhuǎn)速的影響

4.供油提前角的影響圖1-336120型柴油機(jī)的供油提

前角調(diào)整特性(n＝2000r/min)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒七、柴油機(jī)性能特點(diǎn)以及在乘用車上的應(yīng)用

1.柴油機(jī)的性能特點(diǎn)

(1)動(dòng)力強(qiáng)勁在較低的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下即可達(dá)到較大的轉(zhuǎn)矩輸出，整車動(dòng)力強(qiáng)勁，加速性好。

(2)經(jīng)濟(jì)性好較低的油耗，較低的燃油價(jià)格。

(3)利于環(huán)保直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率通常高于40％，而汽油發(fā)動(dòng)機(jī)僅為30％左右。

2.TDI柴油機(jī)在乘用車上的應(yīng)用

(1)4氣門和渦旋進(jìn)氣系統(tǒng)AudiTDI柴油機(jī)的4氣門和渦旋進(jìn)氣系統(tǒng)如圖1-34所示。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-34AudiTDI柴油機(jī)的4氣門和渦旋進(jìn)氣系統(tǒng)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-35進(jìn)氣管道的渦旋翻板(2)渦旋翻板在渦旋進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣管上布置渦旋翻板(見圖1-35)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒(3)部分AudiTDI柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩/功率特性曲線如圖1-36所示。圖1-36部分AudiTDI柴油機(jī)的轉(zhuǎn)矩/功率特性曲線

a)2.7LV6TDI柴油機(jī)(A6L轎車)b)3.0LV6TDI柴油機(jī)(Q7轎車)

c)6.0LV12TDI柴油機(jī)(Q7轎車)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第四節(jié)柴油機(jī)混合氣的形成與燃燒思考題1.簡(jiǎn)述柴油機(jī)混合氣形成的兩個(gè)基本方式和特點(diǎn)。

2.繪制柴油機(jī)燃燒過程的p-φ?qǐng)D，并簡(jiǎn)述各個(gè)時(shí)期的劃分。

3.簡(jiǎn)述著火延遲期τi對(duì)柴油機(jī)性能的影響。

4.簡(jiǎn)述噴油規(guī)律對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。

5.引起柴油機(jī)工作粗暴和噪聲的原因是什么？如何改善？

6.如何選定最佳供油提前角？它對(duì)柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排污和噪聲有何影響？

7.簡(jiǎn)述柴油機(jī)燃燒室的分類及適用范圍。

8.直噴式燃燒室的特點(diǎn)有哪些？

9.TDI柴油機(jī)的典型技術(shù)特點(diǎn)有哪些？TDI柴油機(jī)有哪些性能優(yōu)勢(shì)？第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒一、汽油機(jī)的燃燒過程及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

1.預(yù)混合燃燒的特點(diǎn)

(1)氣體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可燃混合氣在靜止或?qū)恿鳡顟B(tài)下，其火焰前鋒面很薄，參與燃燒的混合氣少，此時(shí)火焰?zhèn)鞑ニ俣刃∮?m/s，其傳播速度主要取決于混合氣濃度和溫度。

1)紊流運(yùn)動(dòng)可使火焰前鋒表面扭曲，甚至分隔成許多火焰中心，使火焰前鋒燃燒區(qū)加厚(見圖1-37)，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌臁?/p>

2)紊流運(yùn)動(dòng)加速了火焰前鋒面內(nèi)的傳熱傳質(zhì)過程和化學(xué)反應(yīng)速度，使火焰?zhèn)鞑ニ俣燃哟蟆?/p>

(2)混合氣濃度混合氣成分不同，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫裁黠@不同。

(3)混合氣溫度混合氣溫度越高，火焰?zhèn)鞑ニ俣仍娇?。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-37在不同紊流作用下的火焰前鋒

a)紊流較弱b)紊流強(qiáng)烈第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-38混合氣成分對(duì)火焰?zhèn)鞑サ挠绊?.汽油機(jī)的燃燒過程及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-39汽油機(jī)的燃燒過程(1)著火延遲期(見圖中Ⅰ著火延遲期是指從火花塞點(diǎn)火的1點(diǎn)到氣第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒缸壓力線脫離壓縮線(見圖中虛線)而急劇上升的2點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)期，其長(zhǎng)短可用時(shí)間或曲軸轉(zhuǎn)角來表示。

(2)明顯燃燒期(見圖中Ⅱ段)明顯燃燒期是指從火焰核心(見圖中2點(diǎn))形成到出現(xiàn)最高爆發(fā)壓力(見圖中3點(diǎn))為止的階段。

(3)后燃期(見圖中Ⅲ段)后燃期是指從最高壓力出現(xiàn)點(diǎn)(見圖中3點(diǎn))到燃料基本上完全燃燒為止的階段。

3.燃燒速度

二、汽油機(jī)的不正常燃燒——爆燃

1.爆燃的表現(xiàn)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-40汽油機(jī)爆燃時(shí)的示功圖

a)正常燃燒b)爆燃第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒2.爆燃產(chǎn)生的原因

3.爆燃的危害

4.影響爆燃的因素

(1)縮短t1的措施提高火焰?zhèn)鞑ニ俣龋蝗紵业男螤罹o湊、氣缸直徑不能過大，減小火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x。

(2)延長(zhǎng)t2的措施采用辛烷值高的燃料，抗爆性好；采用導(dǎo)熱性能好的材料，合理的燃燒室設(shè)計(jì)，冷卻末端混合氣；降低火焰?zhèn)鞑ニ俣?，以降低燃燒室溫度，從而降低末端混合氣的受熱程度，達(dá)到延遲t2的目的。

三、使用因素對(duì)燃燒過程的影響

1.混合氣濃度

2.點(diǎn)火提前角第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-4125Y-6100Q型汽油機(jī)的點(diǎn)火提前角調(diào)整特性

a)節(jié)氣門全開時(shí)b)n=1600r/min第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒3.轉(zhuǎn)速

4.負(fù)荷

四、汽油機(jī)的混合氣形成

1.對(duì)混合氣形成的基本要求

(1)形成均質(zhì)混合氣盡管汽油本身具有良好的揮發(fā)性，但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，為了能在較短的時(shí)間內(nèi)形成均勻的可燃混合氣，在汽油機(jī)中仍然需要合適的燃油霧化方式、足夠的霧化混合時(shí)間以及合理的氣流運(yùn)動(dòng)。

(2)具有良好的響應(yīng)特性汽油機(jī)工況變化范圍很寬，因此，混合氣形成速度要能跟上工況變化的需要，即響應(yīng)特性要好。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒(3)適應(yīng)不同工況對(duì)混合氣濃度的要求汽油機(jī)在大負(fù)荷時(shí)要求大功率，所以此時(shí)要能提供濃混合氣；在中、低等負(fù)荷時(shí)，需考慮燃油經(jīng)濟(jì)性，因此要能提供稀混合氣；起動(dòng)和怠速工況時(shí)，由于吸氣量少，流速小，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低，汽化條件差，殘余廢氣對(duì)可燃混合氣的稀釋作用明顯，因此，也要求提供濃混合氣。

2.混合氣的形成方式

1)單點(diǎn)噴射是在節(jié)氣門上方，利用一個(gè)噴油器集中噴射，燃料噴入后隨空氣流進(jìn)入進(jìn)氣歧管內(nèi)，然后分配到各個(gè)氣缸。

2)在多點(diǎn)噴射中，各缸噴油器通常是將燃料直接噴射到高溫的進(jìn)氣門背面，以促進(jìn)燃油蒸發(fā)。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒3)缸內(nèi)直噴(gasolinedirectinjection，GDI)汽油機(jī)采用類似于柴油機(jī)的供油技術(shù)，通過一個(gè)高壓油泵提供4～20MPa的噴油壓力，將汽油供給位于氣缸內(nèi)的電磁燃油噴嘴，然后通過電腦控制噴嘴將燃料在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間直接注入燃燒室，形成混合氣。

五、汽油機(jī)的燃燒室及其性能對(duì)比

1.對(duì)燃燒室的要求

(1)結(jié)構(gòu)緊湊面容比F/V(燃燒室表面積與容積之比)常用于表示燃燒室的緊湊性。

(2)具有良好的充氣性能應(yīng)允許有較大的進(jìn)氣門直徑；進(jìn)氣阻力小，使之盡可能順利地進(jìn)入燃燒室；燃燒室壁面與氣門頭部要有足夠的間隙，避免壁面的遮蔽作用。

(3)火花塞位置安排得當(dāng)?shù)谝徽缕嚢l(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-42頂置氣門燃燒室火花塞位置

對(duì)辛烷值的要求

a)火花塞在靠近進(jìn)氣門處b)火花塞

在靠近排氣門處c)火花塞在進(jìn)、排

氣門間d)采用三個(gè)火花塞

1—排氣門2—進(jìn)氣門第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒1)要能利用新鮮混合氣充分掃除火花塞間隙處的殘余廢氣，使混合氣易于著火。

2)火花塞應(yīng)靠近排氣門處，使受灼熱表面加熱的混合氣及早燃燒，以免發(fā)展為爆燃燃燒。

3)火花塞的布置應(yīng)使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x盡可能地短。

4)不同的火花塞位置對(duì)燃料辛烷值的要求也不同。

(4)燃燒室形狀合理分布不同的燃燒室形狀實(shí)際上反映了混合氣氣體的分布情況，與火花塞位置配合，也就決定了不同的燃燒放熱率和火焰?zhèn)鞑サ竭吘壙扇蓟旌蠚獾木嚯x，從而影響抗爆性、工作粗暴性、經(jīng)濟(jì)性和平均有效壓力。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒(5)要產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臍怏w流動(dòng)燃燒室內(nèi)形成適當(dāng)強(qiáng)度的氣體流動(dòng)可以加快火焰?zhèn)鞑ニ俣?，擴(kuò)大混合氣體的著火界限以燃燒更稀的混合氣，減少循環(huán)變動(dòng)率，降低HC排放量；但過強(qiáng)的氣流會(huì)使熱損失增加，還可能吹熄火核而導(dǎo)致失火。

(6)末端混合氣要有適當(dāng)冷卻末端混合氣要有足夠的冷卻強(qiáng)度，以降低終燃混合氣溫度，減輕爆燃傾向，但又不可使激冷層過大，以免增加HC的排放。

2.典型燃燒室及其性能對(duì)比

(1)浴盆形燃燒室如圖1-43所示，浴盆形燃燒室形狀如橢圓形浴盆，高度相同，寬度允許超出氣缸范圍來加大氣門直徑，但應(yīng)在氣門頭部外徑與燃燒室壁面之間保持5.6～6.5mm的壁距，故氣門大小受到限制。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-4325Y-6100Q型汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)

浴盆形燃燒室第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒(2)楔形燃燒室如圖1-44所示，楔形燃燒室布置在缸蓋上，火花塞在楔形高處的進(jìn)、排氣門之間，因此火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x還是比較長(zhǎng)。

(3)半球形燃燒室如圖1-45所示，半球形燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，且由于火花塞位于中間，故火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x也是最短的。圖1-44CA-72型轎車用汽油機(jī)的楔形燃燒室第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-45半球形燃燒室第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒(4)多球形燃燒室如圖1-46所示，多球形燃燒室的形狀呈帳篷狀，這樣便于4氣門布置，同時(shí)還使火花塞布置在燃燒室中央，因此也稱屋脊形燃燒室。圖1-46多球形燃燒室第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒表1-13不同燃燒室的特征及其性能對(duì)比六、缸內(nèi)直噴汽油機(jī)性能介紹第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒以降低汽油機(jī)的油耗和排放為目標(biāo)，人們?cè)诨旌蠚庑纬珊腿紵绞缴喜粩嗵剿?，目前，主要有兩種新技術(shù)實(shí)用化：①缸內(nèi)直噴混合氣形成方式+分層稀薄燃燒，可以節(jié)油20%以上，動(dòng)力提高10%左右；②缸內(nèi)直噴混合氣形成方式+均質(zhì)當(dāng)量比燃燒，節(jié)油5%，動(dòng)力提高5%左右。

1.缸內(nèi)直噴分層稀薄燃燒汽油機(jī)

(1)稀薄燃燒當(dāng)A/F＞14.8時(shí)稱為稀混合氣，其燃燒稱為稀薄燃燒。

1)均質(zhì)稀薄燃燒。

2)分層給氣稀薄燃燒。

3)缸內(nèi)直噴分層給氣稀薄燃燒。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒(2)缸內(nèi)直噴分層稀薄混合氣的形成缸內(nèi)直噴是將燃油直接噴入氣缸，為了形成分層稀薄混合氣，燃油在壓縮后期噴入燃燒室，從噴油到點(diǎn)火的時(shí)間很短，同時(shí)缸內(nèi)氣體壓力高，噴霧油滴的擴(kuò)散和蒸發(fā)被限制在缸內(nèi)局部區(qū)域，利用特殊形狀的燃燒室內(nèi)部形狀或氣體運(yùn)動(dòng)將燃料輸送到火花塞附件，點(diǎn)火時(shí)燃燒室內(nèi)可以形成火花塞附近濃而周圍稀的分層混合氣。

(3)缸內(nèi)直噴分層稀燃汽油機(jī)的工作模式如圖1-47所示，在怠速和低負(fù)荷時(shí)，采用分層稀薄燃燒；在部分負(fù)荷時(shí)采用均質(zhì)稀混合氣；在中、高負(fù)荷時(shí)采用均質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)混合氣，適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況對(duì)混合氣濃度的需要，保證發(fā)動(dòng)機(jī)性能。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-47缸內(nèi)直噴分層稀燃汽油機(jī)的工作模式(4)典型缸內(nèi)直噴稀薄燃燒系統(tǒng)介紹第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒1)三菱公司GDI發(fā)動(dòng)機(jī)。表1-14三菱公司GDI發(fā)動(dòng)機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)表1-14三菱公司GDI發(fā)動(dòng)機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-48三菱公司GDI發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)2)豐田D-4缸內(nèi)直噴稀燃發(fā)動(dòng)機(jī)。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒3)大眾公司的FSI發(fā)動(dòng)機(jī)。

①利用安裝在進(jìn)氣歧管的翻板來改變缸內(nèi)氣體流動(dòng)，優(yōu)化混合氣的形成過程，同時(shí)減小低負(fù)荷時(shí)的進(jìn)氣節(jié)流損失。發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)關(guān)閉翻板(見圖1-50a)，將進(jìn)氣道流通截面下半部分遮擋，空氣經(jīng)進(jìn)氣道上半部分高速進(jìn)入氣缸，產(chǎn)生強(qiáng)滾流，到壓縮沖程末期形成強(qiáng)湍流，從而加快燃燒速度，提高熱效率。中高轉(zhuǎn)速時(shí)翻板完全打開(見圖1-50b)，進(jìn)氣道獲得全部流通截面積，獲得高的充氣量來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功率。

②采用多孔式噴油器，噴油器布置在進(jìn)氣側(cè)。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒0149A.TIF第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒圖1-49豐田D-4燃燒室混合氣形成

a)燃燒混合過程b)缸內(nèi)混合氣濃度分別第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒③燃燒系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用雙滾流混合氣形成方式。低負(fù)荷時(shí)，可燃混合氣僅在進(jìn)氣門一側(cè)的滾流區(qū)形成；中負(fù)荷時(shí)，噴油可到達(dá)包括排氣門在內(nèi)的區(qū)域，混合氣在兩個(gè)滾流區(qū)域都可生成。圖1-50FSI汽油機(jī)燃燒系統(tǒng)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒①分層稀燃模式：過量空氣系數(shù)α在1.6～3之間。在低負(fù)荷時(shí)，節(jié)氣門接近全開，進(jìn)氣歧管翻板關(guān)閉，吸入的空氣通過進(jìn)氣道上部進(jìn)入氣缸，在壓縮行程上止點(diǎn)前60℃A至45℃A用5～10MPa壓力將燃油噴入燃燒室，特別的活塞頂設(shè)計(jì)使吸入的空氣與噴入的燃油形成滾流，僅在火花塞周圍形成達(dá)到理論空燃比的、足以燃燒的混合氣，來引燃整個(gè)燃燒室內(nèi)的混合氣，而在燃燒室的其他區(qū)域則為富含空氣的稀薄混合氣，從而形成稀薄燃燒。

②均質(zhì)稀燃模式：過量空氣系數(shù)α=1.55。在轉(zhuǎn)速低于3750r/min或發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷低于40％時(shí)，進(jìn)氣歧管翻板關(guān)閉，節(jié)氣門接近打開，在進(jìn)氣行程60℃A時(shí)將燃油噴入氣缸，噴霧油滴在缸內(nèi)經(jīng)歷了進(jìn)氣和壓縮兩個(gè)行程，點(diǎn)火時(shí)燃燒室內(nèi)形成的是均勻稀混合氣。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒③均質(zhì)燃燒模式：過量空氣系數(shù)α=1。在轉(zhuǎn)速高于3750r/min或發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷高于40％時(shí)，進(jìn)氣歧管翻板打開，節(jié)氣門開度由加速踏板決定，在進(jìn)氣行程中噴入燃油，形成均質(zhì)混合氣。

(5)缸內(nèi)直噴稀燃的優(yōu)點(diǎn)及其存在的問題GDI分層稀燃最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以大幅度降低發(fā)動(dòng)機(jī)在低速低負(fù)荷時(shí)的油耗。

1)燃油在缸內(nèi)汽化吸熱，降低缸內(nèi)溫度，使高負(fù)荷爆燃傾向減小，壓縮比可適當(dāng)增大(一般可由10增大到12)，由此使燃油消耗率改善5%。

2)部分負(fù)荷時(shí)由于取消節(jié)氣門節(jié)流，可減小泵氣損失15%。

3)壓縮比提高可使燃燒放熱速率提高，燃油消耗率改善2%～3%，而怠速時(shí)改善10%以上。

2.缸內(nèi)直噴均質(zhì)當(dāng)量比燃燒汽油機(jī)第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒七、混合氣形成方式和燃燒室對(duì)汽油機(jī)性能的影響

總結(jié)上述內(nèi)容可知，燃燒過程直接影響汽油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放、噪聲振動(dòng)以及使用壽命，而影響燃燒過程的主要因素是燃燒室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、燃油供給系統(tǒng)的特點(diǎn)，所以圍繞燃燒過程的影響因素，對(duì)燃燒室性能和混合氣形成方式進(jìn)行分析，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行初步的評(píng)價(jià)。

1.混合氣形成方式

2.燃燒室

思考題

1.說明汽油機(jī)燃燒過程各階段的主要特點(diǎn)，以及對(duì)它們的要求。

2.爆燃燃燒產(chǎn)生的原因是什么？它會(huì)帶來什么不良后果？目前發(fā)動(dòng)機(jī)上主要采用什么措施避免出現(xiàn)爆燃？第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第五節(jié)汽油機(jī)混合氣的形成與燃燒3.比較汽油機(jī)幾種典型燃燒室的優(yōu)、缺點(diǎn)及使用場(chǎng)合。

4.GDI分層稀燃和GDI均質(zhì)燃燒各有什么特點(diǎn)？目前國內(nèi)汽油機(jī)主要采用的哪種方式？哪些轎車將這種汽油機(jī)作為動(dòng)力輸出源？第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第六節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的分析與評(píng)價(jià)一、發(fā)動(dòng)機(jī)的工況和特性

1.工況

2.發(fā)動(dòng)機(jī)的工況類型

(1)點(diǎn)工況點(diǎn)工況是指發(fā)動(dòng)機(jī)只在某一個(gè)固定工況點(diǎn)下工作，如圖1-51所示的點(diǎn)①。

(2)線工況線工況是指發(fā)動(dòng)機(jī)只在某一個(gè)確定的線段上工作，有兩種常見情況：一種是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在轉(zhuǎn)速近似保持不變而功率改變的調(diào)速線上，如圖1-51所示的曲線②，如發(fā)電機(jī)組等固定作業(yè)機(jī)組，為了保證頻率的穩(wěn)定性，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速要盡可能保持不變，功率則隨發(fā)電機(jī)負(fù)荷大小而發(fā)生變化，可由零變到最大；一種是帶動(dòng)螺旋槳工作的船用主機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和轉(zhuǎn)速成三次方關(guān)系，即Pe=kn3，如圖1-51中曲線③所示的螺旋槳運(yùn)行工況。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第六節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的分析與評(píng)價(jià)(3)面工況發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率都獨(dú)立地在很大范圍內(nèi)變化，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作區(qū)域?yàn)槟骋淮_定面積。

1)上限曲線a是發(fā)動(dòng)機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下所能輸出的最大功率，到標(biāo)定點(diǎn)A為止。

2)右側(cè)曲線b是發(fā)動(dòng)機(jī)各種負(fù)荷條件下的最高轉(zhuǎn)速限制線。

3)左側(cè)曲線c是發(fā)動(dòng)機(jī)最低穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速。

4)橫坐標(biāo)上的曲線d是各種加速踏板位置下的空轉(zhuǎn)怠速線。

5)曲線e是汽車掛檔下坡制動(dòng)時(shí)倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的功率。圖1-51發(fā)動(dòng)機(jī)的工況第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第六節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的分析與評(píng)價(jià)3.發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定

(1)15min功率15min功率是指允許發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)15min的最大有效功率，適用于短時(shí)間使用發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，如用于汽車、摩托車、艦艇等的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定。

(2)1h功率1h功率是指允許發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1h的最大有效功率，適用于有較長(zhǎng)時(shí)間重載使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，如用于工程機(jī)械、拖拉機(jī)、船舶等的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定。

(3)12h功率12h功率是指允許發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)12h的最大有效功率，適用于連續(xù)重載運(yùn)行12h的發(fā)動(dòng)機(jī)，如用于農(nóng)業(yè)排灌、內(nèi)河船舶等的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第六節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的分析與評(píng)價(jià)(4)持續(xù)功率持續(xù)功率是指允許發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大有效功率，適用于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的發(fā)動(dòng)機(jī)，如用于晝夜作業(yè)的農(nóng)業(yè)排灌、發(fā)電等的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定。

4.發(fā)動(dòng)機(jī)的特性

1)轉(zhuǎn)速不變，性能指標(biāo)隨負(fù)荷變化而變化的負(fù)荷特性。

2)節(jié)氣門或油量調(diào)節(jié)拉桿位置不變，性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速變化而變化的速度特性。

3)性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化而變化的萬有特性。

二、發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性

在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變時(shí)，其性能指標(biāo)隨負(fù)荷而變化的關(guān)系稱為負(fù)荷特性，以曲線表示，稱為負(fù)荷特性曲線。

1.汽油機(jī)的負(fù)荷特性第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第六節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的分析與評(píng)價(jià)(1)定義當(dāng)汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速保持不變，而逐漸改變節(jié)氣門開度時(shí)，有效燃料消耗率be、每小時(shí)耗油量B隨功率Pe(或轉(zhuǎn)矩Ttq、平均有效壓力力pme)變化而變化的關(guān)系稱為汽油機(jī)的負(fù)荷特性。

(2)特性曲線形狀分析由式(1-18)可知，be只取決于ηi、ηm的變化規(guī)律。

1)指示熱效率ηi總體上隨負(fù)荷增加而變大，在高、低負(fù)荷兩端均呈下降趨勢(shì)(見圖1-52)。圖1-52汽油機(jī)、

隨負(fù)荷的變化第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第六節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的分析與評(píng)價(jià)2)由式ηm=1-可知，發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)有效功率Pe=0，ηm=0；轉(zhuǎn)速不變時(shí)，機(jī)械損失Pm變化不大，機(jī)械效率ηm隨負(fù)荷(有效功率Pe)的增加而上升(見圖)。

3)按照理論混合氣的要求，在怠速、低負(fù)荷工況時(shí)供給過量空氣系數(shù)α=0.6～0.9的濃混合氣；隨著負(fù)荷增大，供給的混合氣逐漸變稀，中負(fù)荷工況時(shí)供給α=1.05～1.10的經(jīng)濟(jì)混合氣；大負(fù)荷工況時(shí)混合氣變濃，供給α=0.85～0.95的功率混合氣。

4)轉(zhuǎn)速不變，隨著節(jié)氣門開度增大，進(jìn)氣流動(dòng)阻力減小，充氣效率ην大致成正比上升。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第六節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的分析與評(píng)價(jià)圖1-53N489型汽油機(jī)的負(fù)荷特性第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第六節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的分析與評(píng)價(jià)1)空轉(zhuǎn)時(shí)be無窮大(由于ηm=0)，之后隨著負(fù)荷增加而快速下降(由于ηi和ηm上升)，直到約80%～85%負(fù)荷時(shí)達(dá)到最低值，此后隨著負(fù)荷繼續(xù)增加由于混合氣變濃而有所回升。

2)每小時(shí)耗油量B正比于，由于受過量空氣系數(shù)α的影響而呈凹升的趨勢(shì)，在大負(fù)荷工況下由于混合氣的加濃，使得B迅速增加。

2.柴油機(jī)負(fù)荷特性

(1)定義當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，而移動(dòng)噴油泵供油拉桿或齒條改變循環(huán)供油量Δb時(shí)，有效燃料消耗率be、每小時(shí)耗油量B隨功率Pe(或轉(zhuǎn)矩Ttq、平均有效壓力pme)變化而變化的關(guān)系稱為柴油機(jī)的負(fù)荷特性。

(2)特性曲線形狀分析由式(1-18)可知，be取決于ηi、ηm的變化規(guī)律。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第六節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的分析與評(píng)價(jià)1)隨著負(fù)荷增加，Δb在不斷增加，混合氣在逐漸變濃，超過一定負(fù)荷后，會(huì)引起燃燒完全程度下降，ηi也隨之下降；負(fù)荷過大時(shí)，混合氣加濃到一定程度后混合更加不充分、不完全燃燒加劇，ηi下降速度加快(見圖1-54)。圖1-54柴油機(jī)、隨負(fù)荷的變化第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第六節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的分析與評(píng)價(jià)2)機(jī)械效率ηm的變化趨勢(shì)及原因與汽油機(jī)相同(見圖1-54)。

3)循環(huán)供油量Δb隨著負(fù)荷增大近似呈線性增加。圖1-556135Q柴油機(jī)負(fù)荷特性第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第六節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的分析與評(píng)價(jià)1)有效燃油消耗率be特性曲線，從總的變化趨勢(shì)來看，與汽油機(jī)有相似之處，但是由于ηi和ηm變化趨勢(shì)正好相反，所以柴油機(jī)的be曲線變化較平緩，在中等負(fù)荷區(qū)域有較寬闊的平緩段，直到約80%～90%負(fù)荷時(shí)達(dá)到最低值。

2)由于Δb的曲線與負(fù)荷基本呈線性關(guān)系，所以曲線B的大部分區(qū)段近似呈線性變化，但大負(fù)荷后由于燃燒惡化，曲線B上升得更快。

3.負(fù)荷特性的評(píng)價(jià)

1)同一轉(zhuǎn)速下的最低油耗率bemin越小，曲線變化越平坦，燃油經(jīng)濟(jì)性越好。

2)發(fā)動(dòng)機(jī)要盡可能經(jīng)常在最經(jīng)濟(jì)的80％～90%負(fù)荷率區(qū)域工作，以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。

3)汽油機(jī)的be比同負(fù)荷的柴油機(jī)要高。第一章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的評(píng)價(jià)第六節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)特性的分析與評(píng)價(jià)三、發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性

若汽油機(jī)保持節(jié)氣門開度不變或柴油機(jī)保持供油拉桿位置不變，發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速變化