热工基础与内燃机原理复习分享资料.ppt

二、表面点火汽油机中汽油机中，凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面（如排气，凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面（如排气门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气而门头部、火花塞绝缘体或零件表面炽热的沉积物等）点燃混合气而引起的不正常燃烧称引起的不正常燃烧称表面点火表面点火表面点火时表面点火时间是不可控间是不可控制的在电火花出在电火花出现以前的点现以前的点火称火称早燃早燃（（早火早火））在电火花出在电火花出现以后的点现以后的点火称火称后燃后燃（（后火后火）） 1影响表面点火的因素：影响表面点火的因素：1.凡是能够使缸内凡是能够使缸内T、、P降低的因素，都可预防降低的因素，都可预防表面点火表面点火2.选用低沸点汽油和含胶质少的机油选用低沸点汽油和含胶质少的机油3.在燃料中添加抑制表面点火的添加剂在燃料中添加抑制表面点火的添加剂4.适当降低压缩比适当降低压缩比5.选用合格的火花塞和排气门选用合格的火花塞和排气门与爆燃的区别：与爆燃的区别：1.被炽热表面点燃，无压力波产生，爆燃时为自被炽热表面点燃，无压力波产生，爆燃时为自燃，有压力波燃，有压力波2.沉闷的敲缸声（主要是活塞、连杆、曲轴等的沉闷的敲缸声（主要是活塞、连杆、曲轴等的运动件受到冲击负荷产生振动产生的）。

运动件受到冲击负荷产生振动产生的）2第八章第八章 柴油机燃烧过程柴油机燃烧过程¡目的：柴油机具有热效率高、可靠性好、排气污染少和较大功率范围内的适应性等优点，与汽油机相比，柴油机所用燃料的理化特性决定了燃料供给和着火方式的不同¡要求：掌握柴油机燃烧过程及其影响因素，会分析柴油机燃烧过程对柴油机性能的影响3¡柴油机的燃烧过程是从压缩末期柴油喷入气缸开始到膨胀做功行程结束燃烧终点为止¡在压缩过程末期，喷入气缸的柴油雾状细滴和高温高压空气产生相对运动，并被分解、加热、蒸发扩散而与空气混合，进行着着火燃烧前的一系列物理化学变化当进行到一定时候，就自行着火燃烧¡柴油着火反应是一个很复杂的过程，影响因素很多，至今尚有很多不清楚之处¡根据柴油机的燃烧过程外部特征人为把其分为滞燃期（着火延迟期、着火落后期）、速燃期、缓燃期和后燃期（补燃期）四个阶段并用P-Ф示功图示功图进进行分析讨论行分析讨论§8-1：柴油机的燃烧过程4一、一、滞燃期滞燃期（（ⅠⅠ）） 从柴油喷入气缸（从柴油喷入气缸（1点）开点）开始至开始着火（压力线开始离始至开始着火（压力线开始离开压缩线点（开压缩线点（2点）），这一点）），这一段时期称为段时期称为滞燃期滞燃期。

该段柴油该段柴油尚未着火，只是进行一系列物尚未着火，只是进行一系列物理化学反应放热量可忽略不理化学反应放热量可忽略不计缸内气体压力和温度变化仍取缸内气体压力和温度变化仍取决于压缩过程决于压缩过程5二、二、速燃期速燃期（（ⅡⅡ段）段） 从压力线离开压缩线（从压力线离开压缩线（2点）点）至缸内出现最高压力（至缸内出现最高压力（3点）为点）为止止速燃期内做好燃前准备的非速燃期内做好燃前准备的非均质混合气多点大面积同时着火，均质混合气多点大面积同时着火，燃烧迅速，压力、温度迅速升高，燃烧迅速，压力、温度迅速升高，燃烧无组织，为多点燃烧同时燃烧无组织，为多点燃烧同时活塞已接近上止点，气缸容积变活塞已接近上止点，气缸容积变化很小，近似化很小，近似定容燃烧定容燃烧6三、三、缓燃期缓燃期：（：（ⅢⅢ））从最高压力（点从最高压力（点3）到出现最）到出现最高温度（高温度（4点）为止一般喷点）为止一般喷油在此期间结束，实际循环中油在此期间结束，实际循环中大部分燃油在此期间燃烧，随大部分燃油在此期间燃烧，随着燃烧的进行，空气量和燃油着燃烧的进行，空气量和燃油浓度下降，浓度下降，缸内废气增加，燃缸内废气增加，燃速下降。

同时速下降同时活塞迅速下行，活塞迅速下行，容积增大，但温度还在上升，容积增大，但温度还在上升，压力基本保持不变此期间压力基本保持不变此期间出出现最高温度现最高温度1600～～2000℃℃，，在上止点后在上止点后20～～35°CA出现，出现，放热量达放热量达70％～％～80％％7四、四、补燃期（补燃期（ⅣⅣ））¡从缓燃期终点（温度最高点）从缓燃期终点（温度最高点）至燃油基本烧完为止的阶段至燃油基本烧完为止的阶段补补燃期的终点燃期的终点很难确定，一般当放很难确定，一般当放热量达到循环总热量的热量达到循环总热量的95%-97%即可认为补燃期结束即可认为补燃期结束¡由于燃烧时间短暂，混合油不由于燃烧时间短暂，混合油不均匀，导致少量燃油未能及时燃均匀，导致少量燃油未能及时燃烧，而拖到膨胀做功期继续燃烧烧，而拖到膨胀做功期继续燃烧若补燃期过长，气缸容积增大，若补燃期过长，气缸容积增大，压力下降，热量得不到有效利用，压力下降，热量得不到有效利用，使得排气温度升高，热损失大，使得排气温度升高，热损失大，零件热负荷大，经济性降低零件热负荷大，经济性降低8第九章：汽油机混合气的形成第九章：汽油机混合气的形成¡目的：混合气的制备必须满足汽油机的工况要求，在混合气的形成方式上，汽油喷射以及逐步取代化油器，在燃烧室结构上，以缸内直喷为代表的稀燃系统也逐渐走向成熟。

¡要求：掌握工况对混合气的要求，了解利用化油器和电控燃油喷射系统制备混合气的工作原理910一、一、电控汽油喷射供给系统的分类电控汽油喷射供给系统的分类 1.按喷射位置分类按喷射位置分类 （（1））缸内喷射缸内喷射：喷油器安装在缸盖上，需较高压力（：喷油器安装在缸盖上，需较高压力（3.0-4.0MPa） 喷油压力高喷油压力高：对供油系统要求高，成本相应增加对供油系统要求高，成本相应增加 喷油器安装喷油器安装：在设计发动机时需保留喷油器安装位置在设计发动机时需保留喷油器安装位置 （（2））进气管喷射进气管喷射：分为：分为单点喷射和多点喷射单点喷射和多点喷射 单点喷射单点喷射：喷油器安装在节气门段，一个喷油器喷入进气流，：喷油器安装在节气门段，一个喷油器喷入进气流，形成混合气进入进气歧管，再分配到各缸形成混合气进入进气歧管，再分配到各缸 多点喷射多点喷射：在每缸进气口处都安装一喷油器，由电控单元：在每缸进气口处都安装一喷油器，由电控单元（（ECU）控制进行顺序喷射或分组喷射，汽油直接喷射在进气门）控制进行顺序喷射或分组喷射，汽油直接喷射在进气门前方。

前方 目前目前多点喷射多点喷射系统是最普遍的喷射系统系统是最普遍的喷射系统11单点喷射和多点喷射图单点喷射和多点喷射图12 2.按喷射方式分类按喷射方式分类 （（1））连续喷射连续喷射：在发动机整个工作过程中连续喷：在发动机整个工作过程中连续喷射燃油 特点特点：将燃油喷到进气道内，且大部分燃油是在：将燃油喷到进气道内，且大部分燃油是在进气门关闭时喷射的，所以大部分燃油是在进气道内进气门关闭时喷射的，所以大部分燃油是在进气道内蒸发的 无需考虑发动机的工作顺序，控制系统简单，一无需考虑发动机的工作顺序，控制系统简单，一般常用于机械式或机电结合式燃油喷射系统中般常用于机械式或机电结合式燃油喷射系统中 （（2））间歇喷射间歇喷射（或脉冲喷射）：每缸每次喷射都（或脉冲喷射）：每缸每次喷射都有一限定的持续时间按有一限定的持续时间按喷油时序喷油时序又分为又分为同时喷射、同时喷射、分组喷射和按序喷射分组喷射和按序喷射（或顺序喷射）或顺序喷射） 特点特点：喷油频率与发动机转速同步，且喷油量只：喷油频率与发动机转速同步，且喷油量只取决于喷油器开启的时间（喷油脉冲宽度）。

取决于喷油器开启的时间（喷油脉冲宽度） ECU根据各种传感器所获得的发动机运行参数状根据各种传感器所获得的发动机运行参数状态变化情况，精确计量发动机所需喷油量，再通过控态变化情况，精确计量发动机所需喷油量，再通过控制脉冲宽度来控制发动机各种工况下的空燃比制脉冲宽度来控制发动机各种工况下的空燃比 由于间歇喷射方式由于间歇喷射方式控制精度高控制精度高，故被现代发动机，故被现代发动机广泛采用广泛采用133.按空气流量测量方法分类按空气流量测量方法分类 （（1）直接测量空气质量流量的方式，）直接测量空气质量流量的方式，称为称为质量（或体积）流量控制质量（或体积）流量控制的汽油喷的汽油喷射系统 （（2）根据进气管压力和发动机转速，）根据进气管压力和发动机转速，推算吸入的空气量，并计算燃油流量的推算吸入的空气量，并计算燃油流量的速度密度模式，称为速度密度模式，称为速度密度控制速度密度控制的汽的汽油喷射系统油喷射系统4.按汽油喷射系统的控制方法分类按汽油喷射系统的控制方法分类 分为分为机械控制式、电子控制式和机机械控制式、电子控制式和机电混合控制式电混合控制式三种。

三种14¡四四、、电控汽油喷射供给系统控制原理电控汽油喷射供给系统控制原理¡汽油机汽油机电控喷射系统一般由电控喷射系统一般由进气系统进气系统、、燃料供给系燃料供给系统统和和电子控制系统电子控制系统三部分组成三部分组成¡基本控制原理基本控制原理：电子控制单元（：电子控制单元（ECU）是电控汽油）是电控汽油喷射系统的核心，内装有微型计算机发动机工作喷射系统的核心，内装有微型计算机发动机工作状态通过传感器反映给状态通过传感器反映给ECU在ECU内储存着喷油内储存着喷油持续时间、点火时刻、怠速和故障诊断等数据，这持续时间、点火时刻、怠速和故障诊断等数据，这些存储的数据与发动机工况以及计算机程序相匹配些存储的数据与发动机工况以及计算机程序相匹配ECU利用这些数据和来自发动机的各种传感信号，利用这些数据和来自发动机的各种传感信号，经过逻辑运算后，输出控制信号给执行器，通过执经过逻辑运算后，输出控制信号给执行器，通过执行器控制发动机工作状态行器控制发动机工作状态15第十章第十章 柴油机混合气的形成及燃烧室柴油机混合气的形成及燃烧室¡目的：柴油机燃油供给系统的作用是根据柴油机各种工况的要求，将适量的柴油在适当的时间并以合理的空间形态喷入燃烧室，即对燃油喷入量、喷油时间和油束的空间形态三方面进行有效控制。

柴油机燃油供给系统和燃烧室对于混合气的形成、燃烧过程的组织以及形成合理的燃烧放热规律具有重要作用，对柴油机的动力性、经济性和排放有重大影响¡要求：掌握柴油机混合气的形成方式了解柴油机直喷式和分隔式燃烧室的性能特点16§10-1 柴油机柴油机燃油的喷射燃油的喷射¡一、供油系统¡1.供油系统的组成¡作用：定时、定量并按一定规律向柴油机各缸供给高压燃油¡常见类型：直列柱塞式喷油泵供油系统和分配式喷油泵供给系统17¡3.喷油器¡作用：将喷油泵供给的高压燃油喷入燃烧室，使燃油雾化成为小颗粒，并按一定比例适当地分布在燃烧室内¡类型：孔式喷油器和轴针式喷油器两类¡孔式喷油器一般用于直喷式燃烧室¡轴针式喷油器一般用于分隔式燃烧室中，有标准轴针式和节流轴针式两种181 1. .燃油的喷射过程燃油的喷射过程 喷射过程：喷射过程：是从喷是从喷油泵油泵开始供油开始供油，到喷油，到喷油器器终止喷油终止喷油的过程 整个整个喷射过程在全喷射过程在全负荷工况下占负荷工况下占1515～～4040°CACA 整个喷射过程分三整个喷射过程分三个阶段：个阶段：喷射延迟喷射延迟阶段、阶段、主喷射主喷射阶段和阶段和喷射结束喷射结束阶段。

阶段19（（1））喷射延迟阶段喷射延迟阶段 从喷油泵柱塞封闭进从喷油泵柱塞封闭进回油孔开始泵油至喷油回油孔开始泵油至喷油器针阀开启（喷油始器针阀开启（喷油始点）为止点）为止 从泵油开始至喷油开从泵油开始至喷油开始的曲轴转角称始的曲轴转角称喷油延喷油延迟角迟角 转速越高、高压油管转速越高、高压油管越长喷油延迟角越大越长喷油延迟角越大20（（2））主喷射阶段主喷射阶段 从喷油开始至喷油泵从喷油开始至喷油泵端压力开始急剧下降为端压力开始急剧下降为止绝大部分燃油绝大部分燃油在此在此期间喷入期间喷入21（（3））喷油结束阶段喷油结束阶段 从喷油器端压力开从喷油器端压力开始急剧下降至针阀落始急剧下降至针阀落座停止供油为止座停止供油为止 该阶段该阶段雾化效果差，雾化效果差，应尽可能缩短，且应应尽可能缩短，且应干脆、迅速干脆、迅速 从喷油泵泵油开始从喷油泵泵油开始到泵油结束所对应的到泵油结束所对应的凸轮轴转角称凸轮轴转角称供油延供油延续角续角 从喷油器喷油开始从喷油器喷油开始到喷油结束时所对应到喷油结束时所对应的的凸轮凸轮轴转角称轴转角称喷油喷油延续角延续角。

222.供油和喷油规律供油和喷油规律单位凸轮转角（或单位时间）喷油泵供入高压油管的燃油单位凸轮转角（或单位时间）喷油泵供入高压油管的燃油量为量为供油速率供油速率供油速率随凸轮转角（或时间）的变化关供油速率随凸轮转角（或时间）的变化关系称系称供油规律供油规律单位凸轮转角（或单位时间）喷油器喷入燃烧室的燃油量单位凸轮转角（或单位时间）喷油器喷入燃烧室的燃油量为为喷油速率喷油速率喷油速率随凸轮转角（或时间）的变化关系喷油速率随凸轮转角（或时间）的变化关系称称喷油规律喷油规律 虽然喷油规律由供油规律决定，但两者之间有明显不虽然喷油规律由供油规律决定，但两者之间有明显不同：同：一一是始点一般差别是始点一般差别8-12°CA；；二二是喷油持续时间较是喷油持续时间较供油持续时间长；供油持续时间长；三三是最大喷油速率小于大供油速率；是最大喷油速率小于大供油速率；四四是循环喷油量小于循环供油量是循环喷油量小于循环供油量23¡差别原因：一是燃油的可压缩性；二是压力波传播的滞后性；三是压力波动；四是高压容积变化243.异常喷射异常喷射（（1））二次喷射二次喷射 喷油后针阀落座喷油后针阀落座以后以后，，在在压力波动的影响下再次升起喷油的现压力波动的影响下再次升起喷油的现象象。

易发生在高速、大负荷工况易发生在高速、大负荷工况2））断续喷射断续喷射 由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于从喷油器喷出的油量和填由于在某一瞬间喷油泵的供油量小于从喷油器喷出的油量和填充针阀升起空出的空间油量之和，造成针阀在喷射过程中周期性跳充针阀升起空出的空间油量之和，造成针阀在喷射过程中周期性跳动的现象动的现象3））不规则喷射和隔次喷射不规则喷射和隔次喷射 供油量过小，导致循环喷油量不断变动，甚至出现循环不喷油供油量过小，导致循环喷油量不断变动，甚至出现循环不喷油的现象 易发生在怠速工况易发生在怠速工况25（（4））滴油现象滴油现象 在针阀密封良好的情况下，喷射终了时，由于系统在针阀密封良好的情况下，喷射终了时，由于系统内的压力下降过慢使针阀不能迅速落座，出现燃油流出内的压力下降过慢使针阀不能迅速落座，出现燃油流出的现象5））穴蚀穴蚀 当燃油系统中任何点的压力（极低压力）低于该温当燃油系统中任何点的压力（极低压力）低于该温度下的燃油蒸汽压力时度下的燃油蒸汽压力时，，形成气泡，而后压力迅速升高形成气泡，而后压力迅速升高使气泡爆裂，产生冲击波，作用于零件表面，多次作用使气泡爆裂，产生冲击波，作用于零件表面，多次作用后后零件表面形成凹坑零件表面形成凹坑。

26¡（1）油束的形成及特性¡燃油在喷油泵中被压缩后，高压油管的压力高达20-160MPa，速度可达100-400m/s，在高度湍流状态下从喷油器的喷孔喷入燃烧室燃油在高速流动中，与燃烧室中的高压空气相对运动及湍流的作用下，被粉碎分散成直径为2-50 m的液滴，由大小不同的液滴组成了油束2728§10-2 柴油机混合气的形成柴油机混合气的形成¡柴油的特点柴油的特点：粘度大：粘度大、蒸发性和流动性较汽油差、蒸发性和流动性较汽油差 ¡ 柴油机混合气形成时间比汽油机短，所以要想柴油机混合气形成时间比汽油机短，所以要想形成均匀混合气必须借助形成均匀混合气必须借助高温、高压喷射和强涡流高温、高压喷射和强涡流气体混合，同时采用较大的过量空气系数保证燃烧气体混合，同时采用较大的过量空气系数保证燃烧完全完全¡ 压缩末期，压缩末期，燃油高压喷散成细微雾状油粒，在燃油高压喷散成细微雾状油粒，在高温下吸热、蒸发、扩散、混合等物理化学变化高温下吸热、蒸发、扩散、混合等物理化学变化混合占混合占20～～60º曲轴转角喷射持续到缓燃期初期，曲轴转角。

喷射持续到缓燃期初期，是是边喷射边混合边燃烧边喷射边混合边燃烧的过程¡柴油机柴油机混合气形成方式有混合气形成方式有空间雾化混合空间雾化混合和和油膜蒸发油膜蒸发混合混合两种29¡一、一、空间雾化混合空间雾化混合¡ 将燃油喷入燃烧室的空间进行雾化，通过燃油与空气之间的相互运动和扩散，在空间形成可燃混合气的方式¡（1）“油找气”的混合方式：多孔（6-12）喷射，混合所需能量来自油束，空气是被动参与进来 ¡ 特点：高压燃油喷入静止空气中，通过燃油高度雾化和多个油束覆盖大部分燃烧室由于不组织进气涡流，进气充量较高，但混合气浓度分布不均匀¡ 主要在早期的柴油机和目前的大型低速柴油机上应用，过量空气系数大，燃烧时间较长¡ 无法满足车用高速柴油机的燃烧时间短的特点，且这种混合方式不能保证迅速和完全的燃烧30¡（2）油和气相互运动的混合方式：喷孔较少（3-5孔），由于组织进气涡流，在喷油能量和空气旋流的同时作用下，油束的扩散范围迅速扩大¡关键是涡流强度和油束的配合理想情况是相邻油束几乎相接，以使油束尽可能充满燃烧室¡涡流太弱，油束扩散范围不够；太强，上游油束的已燃气体又会妨碍下游油束的前端部的燃烧，这种现象称为过强涡流。

31¡（3）分隔式燃烧室的两阶段混合方式¡第一阶段混合时，利用压缩涡流和较低的压力油束双方的能量，在不十分均匀的混合状态下进行着火燃烧然后利用高温高压的燃烧气体本身的能量，在主燃烧室内进行第二阶段的混合32¡（4）撞击喷射混合方式¡ 通过油束对不同形状壁面的撞击和反弹，使油束的分布范围扩大，在涡流的作用下，快速形成混合气¡二、油膜蒸发混合¡ 以球形燃烧室为代表，燃油沿壁面顺气流喷射，在强烈的涡流作用下，在燃烧室的壁面上形成一层很薄的油膜¡ 这一混合方式中起主要作用的是燃烧室壁面温度、空气相对运动速度和油膜厚度33§10-3 气缸内的空气运动气缸内的空气运动气缸内气体气缸内气体运动形式运动形式四种气流运动方式被四种气流运动方式被分别或组合应用于不分别或组合应用于不同的燃烧系统同的燃烧系统34一一、涡流、涡流 缸内的缸内的涡流运动涡流运动一直是柴油机混合气形成的一直是柴油机混合气形成的主要手主要手段段，根据形成方法不同，涡流又可分为，根据形成方法不同，涡流又可分为进气涡流和压缩进气涡流和压缩涡流涡流涡流转速与发动机转速之比称为。

涡流转速与发动机转速之比称为涡流比涡流比 ，作为，作为衡量涡流强度的指标衡量涡流强度的指标1.1.进气涡流进气涡流 进气过程中形成的绕气缸轴线旋转的有组织的气流进气过程中形成的绕气缸轴线旋转的有组织的气流运动，称为运动，称为进气涡流进气涡流所以，进气涡流是人为组织的所以，进气涡流是人为组织的 进气涡流产生的方法有进气涡流产生的方法有四种四种：：导气屏（试验研究用导气屏（试验研究用发动机）、切向进气道（涡流强度要求不高）、螺旋进发动机）、切向进气道（涡流强度要求不高）、螺旋进气道（涡流强度要求较高）、组合进气气道（涡流强度要求较高）、组合进气系统 35¡导气屏导气屏引导进气气流以不同角度流入气缸，在气缸壁面引导进气气流以不同角度流入气缸，在气缸壁面的约束配合下产生涡流结构简单，进气道可不做特殊的约束配合下产生涡流结构简单，进气道可不做特殊设计，通过改变导气屏的包角和导气屏中点的安装位置设计，通过改变导气屏的包角和导气屏中点的安装位置来调节涡流强度，涡流比来调节涡流强度，涡流比0-40-4，但阻力最大，一般，但阻力最大，一般用于用于试验研究用发动机试验研究用发动机。

¡切向进气道切向进气道形状简单，涡流比形状简单，涡流比1-21-2，适用于，适用于对涡流强度对涡流强度要求不高要求不高的发动机的发动机¡螺旋进气道螺旋进气道形状最复杂，涡流比形状最复杂，涡流比2-42-4，适用于，适用于对涡流强对涡流强度要求较高度要求较高的发动机的发动机切向进气道螺旋进气道36¡组合进气道：在两个进气门的发动机上，采用不同类型（例如一个切向进气道和一个螺旋进气道）或不同角度的两个进气道以组合出所需要的涡流强度和流速分布¡ 同时混合气的形成，不仅有进气涡流比的影响，还有压缩终点时燃烧室内的涡流比以及上止点后的涡流强度，且后两者对燃烧过程影响更大¡2.压缩涡流：进气过程中不产生涡流，而是在压缩过程中由主燃烧室经连通道进入涡流室时，形成强烈的压缩涡流虽然这种设计不会增大进气阻力和减小充气效率，但压缩过程中会伴随不同程度能量损失，使其热效率降低37§10-4 燃烧室燃烧室¡直接喷射式燃烧室：燃烧室由燃烧室由活塞顶部的凹坑与气缸盖底部活塞顶部的凹坑与气缸盖底部所包围的单一内腔组成，燃烧所包围的单一内腔组成，燃烧室容积全部在活塞顶面上室容积全部在活塞顶面上 ¡非直喷式燃烧室（或分隔式燃烧室、分开式燃烧室）：燃烧燃烧室由缸盖内部的室由缸盖内部的预燃室（或涡预燃室（或涡流室）流室）和活塞顶部的凹坑组成，和活塞顶部的凹坑组成，燃烧室容积为两部分之和。

燃烧室容积为两部分之和38一、直接喷射式燃烧室¡根据活塞顶部凹坑的深浅分为半开式燃烧室和开式燃烧室两类¡开式燃烧室有浅盆形，半开式燃烧室有w形、挤流口式、球形、各种非回转体形等¡1.浅盆形燃烧室¡属于开式燃烧室，活塞顶中心呈略¡有凸起的浅W形或平底的浅盆形，¡凹坑较浅，凹坑口径与活塞直径之¡比一般大于0.739二、分隔式燃烧室¡ 分隔式燃烧室的结构特点：除位于活塞顶¡部的主燃烧室外，还有位于缸盖内的副燃烧¡室，两者之间有通道相连燃油不是直接喷¡入主燃烧室，而是喷入副燃烧室内¡ 典型的分隔式燃烧室有涡流室燃烧室和预燃室燃烧室401.涡流室燃烧室¡涡流室容积占整个压缩室容积的50%-60%连通道截面积为活塞面积的1%-3.5%¡整个燃烧过程包括两次涡流¡和两次混合燃烧¡采用轴针式喷油器，喷油¡压力低适用于高速柴油机¡转速可达5000r/min41¡2.预燃室燃烧室¡ 预燃室容积占整个燃烧室容积的35%-45%，连通道截面积占活塞截面积的0.3%-0.6%，都小于涡流室¡ 燃烧过程与涡流室类似42内燃机试验所需的设备¡1、、测功设备测功设备：测功器（水力测功器、电力测功器、：测功器（水力测功器、电力测功器、电涡流测功器、液压测功器）、示功仪。

电涡流测功器、液压测功器）、示功仪¡2、、转速的测量转速的测量：转速表（电磁式、光电式、机械式）：转速表（电磁式、光电式、机械式）¡3、、油耗的测量油耗的测量：油耗仪（：油耗仪（容积式、质量式容积式、质量式）秒表¡4、、温度的测量温度的测量：热电偶测温计、水温表、进气温度：热电偶测温计、水温表、进气温度表、环境温度表表、环境温度表¡5、、控制系统控制系统：发动机试验综合控制试验台发动机试验综合控制试验台¡6、、附属设备附属设备：启动电机、离合器、冷磨合变速箱、：启动电机、离合器、冷磨合变速箱、油箱、水箱、冷却水池、排水管道、排烟管道、消油箱、水箱、冷却水池、排水管道、排烟管道、消音器、空调器、湿度计、气压表等音器、空调器、湿度计、气压表等43第二节：功率与油耗的测量第二节：功率与油耗的测量一、试验台安装的设备和仪器一、试验台安装的设备和仪器 (一一)基本设备基本设备：： 测功器，转速表、油耗测量装置测功器，转速表、油耗测量装置 (二二)监测仪器监测仪器：： 冷却水温度计、机油温度计、机油冷却水温度计、机油温度计、机油压力计、湿度计等压力计、湿度计等 (三三)特殊设备特殊设备：排气温度指示器、气压计、室内温度：排气温度指示器、气压计、室内温度计、示功器、空气流量计、冷却水流量计、废气分析仪、计、示功器、空气流量计、冷却水流量计、废气分析仪、烟度计、声级计、测振仪等。

烟度计、声级计、测振仪等4445第十二章 发动机特性¡本章要求：¡了解：发动机特性的基本概念¡理解：发动机特性曲线变化的原因¡掌握：汽油机、柴油机特性曲线的意义，发动机速度特性和负荷特性曲线的测定方法46¡发动机特性：发动机性能指标或工作过程主要参数随调整情况及运转工况而变化的关系¡调整特性：性能指标随调整情况而变化的关系，如汽油机点火提前角、柴油机喷油提前角调整特性等¡性能特性：性能指标随运行工况而变化的关系¡特性用曲线来表示称为特性曲线，它是评价发动机性能的一种简单、方便、必不可少的形式47¡发动机特性：¡工况参数：发动机转速，有效扭矩（负荷）¡调整参数：柴油机-供油提前角、供油量¡ 汽油机-点火提前角、空燃比¡发动机的调整特性：¡柴油机：供油提前角调整特性、燃料（供油量）调整特性¡汽油机：点火提前角调整特性、燃料（进气量）调整特性¡发动机的性能特性：¡负荷特性、速度特性、万有特性、调速特性（柴油机）48第一节 发动机特性概述¡一、发动机的工况¡定义：发动机的实际运转情况¡实际上，发动机工况就是研究不同运转情况下，其功率、转矩和转速三者之间的变化关系。

¡1.发动机工况的分类¡（1）点工况（负荷、转速基本不变）¡（2）线工况（负荷变化但转速基本不变）¡（3）面工况（负荷、转速在宽广范围内变化）49¡2.车用发动机的工况范围¡（1）上边界线a¡最大油门位置时，¡不同转速下发动¡机所能发出的最¡大功率，是发动¡机功率的极限¡（2）右边界线b¡发动机所能承受¡的最高转速极限¡（3）左边界线c¡发动机能稳定运¡转的最低转速50¡（3）水平边界d¡不同油门位置的怠速¡特性，即发动机指示¡功率与机械损失功率¡相等（Pe=0）¡（4）下边界e¡发动机停机后的倒拖¡特性（下坡时的制动¡能力）¡二、发动机功率的标定¡标定功率：制造厂根据发动机的使用要求（用¡途、寿命、可靠性、使用条件等），人为规定¡的该发动机在标况下允许输出的最大功率51¡在发动机铭牌上标定的功率，均为使用中允许的最大功率，我国国家标准（GB1105.1-87）规定，按用途和使用特点，发动机功率分为以下四种：¡（1）15min功率：汽车、摩托车、摩托快艇¡（2）1h功率：拖拉机、工程机械、船舶¡（3）12h功率：拖拉机、农业排灌、电站¡（4）持续功率：农业排灌、电站、船舶、铁路牵引52¡一、柴油机的负荷特性¡ 定义：保持柴油机转速不变，改变循环供油量时，B、be等随负荷（Pe或Me）变化的关系。

¡ 特点：¡ 转速不变，空气充量效率基本不变，改变的是循环供油量，最终改变过量充气系数（空燃比）¡ 因此，柴油机负荷特性的调整过程称为“质调节”53二、汽油机的负荷特性二、汽油机的负荷特性¡定义：保持汽油机转速不变，改变节气门开度时，B、be等随负荷（Pe或Me）变化的关系¡ 特点：¡ 节气门开度增大，空气充量效率增大，循环供油量增大，浓度基本不变而混合气总量变大¡ 因此，汽油机负荷特性的调整过程称为“量调节”54三、柴油机与汽油机负荷特性对比三、柴油机与汽油机负荷特性对比¡1.柴油机燃油消耗率普遍较低（比汽油机低10%-30%），且小负荷到中负荷的油耗率下降迅速¡原因：¡（1）柴油机不仅压缩比大，过量空气系数也大¡（2）汽油机低负荷时采用浓混合气且残余废气多，再加上换气损失大，故油耗率高¡2.柴油机低油耗区较汽油机宽55¡3.柴油机排气温度较汽油机普遍较低，且随负荷变化较大¡原因：¡（1）柴油机压缩比大，故膨胀比较汽油机大，热效率高¡（2）柴油机充量基本不变，循环供油量增大时，放热多，故温度升高较快¡ 汽油机节气门开度增大时，虽然供油量也增大，但相应进气量也增大，故温度升高较平坦。

56¡定义：保持柴油机油门调节机构位置不变，be、Pe、Me等随转速n的变化关系¡ 外特性：全负荷（处在最大油量位置）时的速度特性¡ 标定功率特性（外特性）：当油量调节机构固定在标定（或称额定）功率循环供油量位置时，测得的速度特性为标定功率特性，习惯上也称为外特性¡ 部分速度特性：当油量调节机构固定在小于标定（或称额定）功率循环供油量各个位置时，测得的速度特性称为部分速度特性一、柴油机的速度特性一、柴油机的速度特性57二、汽油机的速度特性二、汽油机的速度特性 ¡定义：保持汽油机节气门开度固定不动，其Pe、Me、be等随转速变化的关系¡外特性：节气门全开时，所测得的速度特性称为外特性¡部分速度特性：节气门部分开启时，所测得的速度特性称为部分速度特性58第四节第四节 发动机的转矩适应性发动机的转矩适应性¡定义：当行驶阻力¡变化时，在不换挡¡和加油门的情下，¡发动机自动降速增¡矩的特性（常用转¡矩适应性系数KT和¡转速适应性系数Kn¡来表示）59¡式中：Temax、nm为外特性上¡最大转矩和对应的转速；¡Tn、nn为标定转矩和转速¡二、转矩储备系数二、转矩储备系数¡KT、、 值越大，表明转速值越大，表明转速¡降低后，转矩增加快，发动降低后，转矩增加快，发动¡机适应道路阻力变化的能力强。

机适应道路阻力变化的能力强¡汽油机：汽油机： =10%-30%¡柴油机：柴油机： =5%-10%60第五节第五节 车用柴油机的调速特性车用柴油机的调速特性¡柴油机转矩特性较汽油机差，常需要专门的柴油机转矩特性较汽油机差，常需要专门的调速调速器器来改善转矩特性来改善转矩特性¡一、一、调速的必要性调速的必要性¡柴油机柴油机工作特点工作特点：：随着转速的升高，其循环供油随着转速的升高，其循环供油量增加；转速降低时，供油量减少量增加；转速降低时，供油量减少¡调速器解决的问题调速器解决的问题：：¡（（1））控制怠速稳定、防止易熄火控制怠速稳定、防止易熄火¡（（2））防止高速防止高速“飞车飞车”¡调速器的工作原理调速器的工作原理：：让循环供油量的变化符合充让循环供油量的变化符合充量的变化，即转速降低时增加供油量，转速升高量的变化，即转速降低时增加供油量，转速升高时减少供油量时减少供油量¡调速器种类调速器种类（按功能）：（按功能）：两极调速和全程调速两极调速和全程调速61三、调速器的工作指标三、调速器的工作指标¡调速器调速过程应具备以下基本性能：¡（1）转速波动应收敛，避免长时间不稳定工作而“游车”；¡（2）转速波动不能太大，以免影响动力系统正常工作；¡（3）过渡时间不能太长。

62¡1.调速率¡瞬时调速率：¡稳定调速率：¡ 调速率越小，转速波动越小，柴油机工作就越稳定（通常要求调速率在10%以下）63¡2.过渡时间tn¡过渡时间过小，调速器反应越迅速（通常要求过渡时间<5s）¡3.不灵敏度¡由于调速机构存在摩擦等阻力，当负荷（转速）在一定范围内发生变化时，调速器不一定起反应¡式中：n2、n1为调速器起作用的上、下限转速；¡ R为调速机构的摩擦阻力，E为调速器产生的推力¡ 越大，柴油机工作越不稳定（通常低速时 要大），¡当 时，调速器将失去作用，易“飞车”64第六节第六节 发动机的万有特性发动机的万有特性¡一、发动机万有特性¡为了能在一张图上较全面的表示发动机的性能，经常应用多参数的特性曲线称为万有特性¡定义：以转速n为横坐标，平均有效压力Pme为纵坐标，在图上画出许多等油耗线和等功率线6566第十三章 发动机增压¡本章要求：¡了解：发动机增压的概念、衡量指标和增压种类；汽油机增压的基本内容¡理解：涡轮增压器的结构和工作原理¡掌握：废气能量的利用，增压发动机特点67第一节 发动机增压概述一、基本概念： 增压是利用增压器，将空气或混合气进行压缩后送入气缸，提高充气密度和充气效率，进而提高发动机的动力性和经济性。

可见：提高Pe的有效方法是提高ηv和ρs ，增压就是提高充气效率和空气密度，从而提高动力性和经济性68¡提高进气充量密度，可以通过提高进气压力和降低温度来实现¡把提高发动机进气密度（量）的方法称为增压¡增压的实质就是增大进气充量密度（进气气体的密度）69二、增压术语¡1.增压压力Pk¡增压器出口压力称为增压压力 它与压气机结构、尺寸、转速及效率等因素有关通常¡Pk≤0.17MPa 低增压¡0.17MPa

　低增压低增压：：πκ= =1.3～1.6， Pk≤0.17MPa 中增压中增压：：πκ= =1.6～2.5，0.17MPa3.5， Pk≥0.35MPa 72¡二、按工作原理分类¡容积式和离心式¡三、按驱动方式分类¡机械增压和废气涡轮增压¡四、按增压系统的结构形式分类¡机械增压、废气涡轮增压、复合增压、组合增压和气波增压73¡1.机械增压¡特点：压气机由曲轴通过传动装置来驱动¡增压器可用离心式压气机、罗茨式压气机、螺旋转子式压气机或滑片转子式压气机等¡缺点：Pk不宜过大（0.16-0.17MPa，低增压），否则会使油耗率上升74¡2.废气涡轮增压¡原理：利用排气推动涡轮，带动压气机压缩空气¡特点：结构简单，工作可靠，充分利用废气能量，可提高功率30%-50%，降低油耗率5%左右（增压度通常在3-5，若需增高则需要多级串联），因而获得广泛应用75¡3.复合式增压¡将废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联起来工作，又被称为复合式发动机。

¡在某些增压较高的¡发动机上，废气能¡量除驱动废气涡轮¡增压器外，尚有多¡余的能量用于驱动¡低压废气动力涡轮¡该动力涡轮通过齿¡轮变速箱及液力耦¡合器与发动机输出¡轴连接给曲轴功率76¡4.组合式涡轮增压¡原理：增压系统由废气涡轮增压与进气惯性增压组合而成 该增压系统除废气涡轮增压器外，还有由稳压箱、共振管、共振室等构成的惯性增压系统，利用压力峰值可进一步提高增压后的进气压力该系统使发动机加速性能好，并改善发动机的低速转矩77¡5.气波增压¡原理：曲轴驱动一个特殊转子，利用高压废气脉冲迫使空气被压缩，从而提高进气压力¡特点：结构简单，加工方便，低速时转矩性能好，但体积大、噪音大，且易受进、排气阻力的影响¡尚需进一步研究78第三节 废气涡轮增压器的基本结构和工作原理¡ 废气涡轮增压器是利用内燃机排出的部分废气能量，推动涡轮机高速旋转，从而带动安装在同一根轴上的离心式压气机，增大内燃机进气压力的工作机械¡ 按废气在涡轮机中不同的流动方向，可分为径流式废气涡轮增压器和轴流式废气涡轮增压器两类¡ 一般车用发动机多采用径流式，以适应高转速及较高响应性能的要求。

79¡一、基本结构¡径流式涡轮增压器由离心式压气机（包括压气机叶轮、压气机蜗壳¡等）、径流¡式涡轮（包¡括涡轮叶轮、¡涡轮蜗壳等）¡和中间体三¡个主要部分，¡以及支承装¡置、密封装¡置、冷却系¡统和润滑系¡统等组成空气进口空气出口涡轮蜗壳废气出口废气进口压气机叶轮涡轮叶轮80¡二、径流式涡轮的工作原理¡1.涡轮结构：¡喷嘴叶片环、¡涡轮叶轮（工作¡叶轮）和涡轮壳¡2.涡轮作用：¡将废气中的能量¡尽可能多的转变成¡推动涡轮转动的¡机械功813.涡轮的工作原理¡进气蜗壳、喷嘴叶片环渐缩通道、涡轮叶片之间渐缩通道、涡轮叶片凹面压力升高和凸面压力下降¡可见，经过涡轮后，废气中的能量部分转化为推动涡轮旋转的机械能82¡4.涡轮特性¡涡轮机的主要工作参数有涡轮效率、膨胀比、气体流量和涡轮转速等，并以这些参数及其相互关系来表示涡轮机的工作性能¡（1）涡轮效率 ：废气中能量转化为机械功的有效程度，即涡轮获得的轴功与废气总能量之比（一般为0.65-0.85）¡式中： 为涡轮获得的轴功；¡ 为废气在涡轮入口处具有的状态内能的总和，可以用焓降来表示83三、离心式压气机¡1.压气机结构¡进气道、工作轮、¡扩压器、以及¡出气蜗壳。

¡2.压气机作用¡利用涡轮产生的¡机械能压缩空气，¡使进气压力增大84¡3.压气机的工作原理¡（1）空气被吸入进气管（2）机械能转变为气体压能与动能（工作轮）（3）动能转变为压能（扩压器）（4）动能进一步转变为压能（出气蜗壳）855.压气机特性曲线¡（1）堵塞¡随着增压比的下降，空气质量流量增大，当空气质量流量增大到一定程度（流速达到声速），此时，增压比下降，空气质量流量不在增大¡（2）喘振¡流量（流速）过小，造成气流与壁面分离而产生涡流，引发强烈振荡，危害设备安全¡所以，离心式压气机特点是：转速高堵塞，转速低喘振86第四节 废气涡轮增压的类型¡一、废气涡轮增压的基本类型恒压增压系统脉冲增压系统87恒（定）压增压与脉冲（变压）增压的特点¡1.废气能量利用率：脉冲式利用率高，但随着增压比提高，两者的差别逐渐缩小¡2.扫气效果：脉冲式可利用排气动力效应提高扫气效果、增加充气量¡3.加速性：脉冲式排气容积小，因而废气压力能迅速响应负荷的变化¡4.结构：脉冲式结构较为复杂¡综上所述，低增压时，采用脉冲增压较为有利；而在高增压时，则是两种系统同时存在¡车用发动机大部分在部分负荷下工作，对加速性能和转矩性能要求较高，故高增压的车用发动机上较多采用脉冲增压系统。

88二、改善车用增压发动机转矩特性的途径¡改善的目标：低速要有较高的增压压力，确保良好的低速扭矩特性；高速防止超速，避免热负荷过高¡1.进气旁道¡原理：将部分压缩空气回流，重新排到大气中去，适当降低进气压力，使发动机负荷不致过高89¡2.排气旁道¡原理：将部分废气直接排入大气，适当降低涡轮及压气机转速，使增压压力控制在允许范围内90¡3.双蜗壳通道涡轮¡原理：低速时使用一个进气通道，增加废气流速；高速时使用两个通道，适当降低气流流速，从而将增压器转速保持在适当范围内91¡4.可变截面涡轮¡原理：低速、低负荷时使涡轮流通面积减小，增大气体流速；高速、大负荷时增大涡轮流通截面积，适当降低废气流速92¡5.可变喷嘴环¡原理：低速、低负荷时使喷嘴叶片环流通面积减小，增大气体流速；高速、大负荷时增大喷嘴叶片环流通截面积，适当降低废气流速93二、改善汽油机增压性能的主要措施¡1.降低压缩终点的压力和温度：进气中冷、缸内喷水、降低压缩比¡增压后的压缩比可按下式进行计算¡式中： 为增压前压缩比；¡ Pk 为增压后进气压力；¡ P0为增压前进气压力。

¡2.采用抗爆性好（辛烷值高）的汽油94¡3.增加增压压力控制系统：使其在宽广的转速和流量变化范围内稳定工作（如进、排气旁通等）¡4.减小增压后的“加速滞后”现象：采用脉冲增压、减小进排气管长度、增压器前置（节气门之前）、提高压缩比等措施¡5.点火提前角的调整：根据爆震传感器信号，适当推迟点火提前角¡6.燃油供给的调整：供油压力要能随增压压力变化而自动调整（增压压力过高时能适当减少供油量）¡三、汽油机增压后喷油器的布置（非直喷）¡1.增压器之前 2增压器之后95第六节 增压发动机的性能¡一、增压后发动机动力性和经济性¡假设过量空气系数a和转速n基本不变进气压力增大（进气量多）喷油量增加功率增大（动力性增强）机械损失基本不变非增压发动机受冒烟限制，高负荷期无法通过增大喷油量实现上述性能的改善机械效率提高经济性好（油耗低）96二、增压后对发动机其他性能的影响¡1.降低排放和噪音¡（1）进气量大，燃烧充分，HC和CO降低；但最高燃烧温度和压强增大，NOX增加（需要进气中冷）¡（2）废气能量降低，排气噪声降低；另外压缩终点温度和压力升高，着火落后期缩短，压力升高率下降，燃烧柔和，噪音小。

¡2.低速转矩性变差：低速废气能量低，增压效果差¡3.加速性能差：增压器转速高，惯性大，加速过程中增压压力上升慢97¡4.起动与制动困难¡（1）启动时无高温、高压废气，增压器不能正常工作，反而成为增加进排气阻力、增大换气损失的累赘；加之增压发动机压缩比较低，启动越发困难¡（2）增压发动机一般转速有所降低，下长坡时利用倒拖发动机得到的制动效果也有所降低。