发动机原理-工程师培训PPT课件

-,1,发动机原理,-,2,发动机的总体结构,发动机由“两大机构五大系统”组成1.两大机构：曲柄连杆机构、配气机构。2.五大系统：冷却系、润滑系、燃料供给系、点火系、起动系,-,3,1.曲柄连杆机构作用,将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能，再通过连杆将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力。组成：由气缸体和曲轴箱组、活塞连杆组、曲轴飞轮组组成,-,4,机体组,机体组组成：,曲轴箱,气缸体,气缸垫,气缸盖,气缸,油道和水道,油底壳,-,5,气缸体分类,（1）按气缸体与油底壳安装平面位置不同（2）根据冷却方式不同（3）根据气缸的排列方式（4）整体式气缸体和镶嵌式气缸体（5）干缸套（壁厚13mm）不易漏水漏气，导热性较差和湿缸套（壁厚59mm）导热性好，容易漏水漏气3.干式油底壳和湿式4.（）共同构成燃烧室。5.气缸垫:安装时注意方向,-,6,缸体缸盖装配,清砂后涂厌氧胶压入堵盖缸盖清砂孔多在（）水压试验,-,7,图片,-,8,气环结构,开口间隙侧隙背隙,气环的密封作用：,-,9,气环断面形状：,-,10,（2）油环,刮油片,轴向衬环,径向衬环,刮油片,回油孔,-,11,例题：活塞受热变形，哪个方向膨胀较大？,1.受热后均匀膨胀2.任意方向均有可能3.垂直于活塞销方向4.沿活塞销方向,-,12,活塞,裙部热变形：裙部断面变成长轴在活塞销方向上的椭圆形。防止措施：必须预先在冷态下把活塞加工成裙部断面为长轴垂直于活塞销方向的椭圆形。,-,13,活塞头部形状及锥形裙部,-,14,活塞销的偏置,使活塞从压缩行程到作功行程柔和的从气缸的一边过渡到另一边，减少敲缸的声音。,-,15,连杆的结构,切口的定位方式：平切口：螺栓定位斜切口：四种定位方式涨断工艺,-,16,曲轴飞轮组,一、曲轴飞轮组的组成,起动爪,正时齿轮,主轴瓦,皮带轮,扭转减振器,飞轮,飞轮螺栓,曲轴,-,17,结构：,前端轴,连杆轴颈,曲轴轴颈,后端轴,平衡重,曲拐,曲拐：由一个连杆轴颈和它两端曲柄及主轴颈构成。,曲柄,曲轴的静平衡和动平衡：一般在曲轴的曲柄适当位置，用钻孔去除材料的方法获得平衡。,-,18,曲拐的布置,（1）一般规律1）各缸的作功间隔要尽量均衡。2）连续作功的两缸相隔尽量远些。3）V型发动机左右气缸尽量交替作功。4）曲拐布置尽可能对称、均匀。,-,19,曲轴扭转减振器,当扭转振动的自振率频与连杆传来的呈周期性变化的激振频率成整数倍关系时，曲轴便会产生共振。临界转速：发生共振时的转速,-,20,皮带盘,惯性盘,橡胶垫,减振器圆盘,皮带轮毂,曲轴前端,功用：安装：,橡胶摩擦式扭转减振器,可选择获得最大减振效果的固有频率，也可系列化。,-,21,飞轮,齿圈在发动机起动时与起动机齿轮啮合，带动曲轴旋转。,一缸上止点记号,作用是：调整点火正时,曲轴的静平衡和动平衡：一般（）获得平衡。飞轮静平衡和动平衡：在（）平衡。,-,22,例题,简述发动机飞轮的作用（1）惯量很大，能量储存器：存储做功行程的能量，在其他三个行程释放，是曲轴转速比较平稳：（2）是摩擦式离合器的主动件，安装离合器；（3）安装启动齿圈（4）有上止点和正时标记,-,23,2.配气机构,作用：使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸中排出废气。组成：它由进气门、排气门、挺杆、推杆、摇臂、凸轮轴、正时齿轮等组成,-,24,-,25,凸轮轴的布置型式,曲轴与凸轮轴传动比为2:1。,-,26,凸轮轴的传动方式,-,27,常用气门顶置配气机构的类型,气门顶置，下置凸轮轴（OHV）气门顶置，上置凸轮轴（OHC）气门顶置，双摇臂，上置凸轮轴（OHV/OHC）气门顶置，上置双凸轮轴（OHV/DOHC）,-,28,配气相位,1、用曲轴转角表示的进、排气门的实际开闭时刻和开启的持续时间，称为配气相位。,上止点,下止点,-,29,气门叠开,气门叠开：当进气门早开和排气门晚关时，出现的进排气门同时开启的现象。气门叠开角：气门同时开启的角度（+）。,排气过程,进气过程,气门叠开的后果？,-,30,例题,（单选）计算发动机气门重叠角的时候需要考虑1.进气门早开角，排气门早开角2.进气门早开角，排气门晚关角3.进气门晚关角，排气门早开角4.进气门晚关角，排气门晚关角,-,31,例题,（单选）关于气缸套，下列说法正确的是1.干缸套不易漏水漏气，传热性较差2.干缸套不易漏水漏气，传热性较好3.湿缸套不易漏水漏气，传热性较差4.湿缸套不易漏水漏气，传热性较好,-,32,气门间隙,1、概念：气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。,气门杆,摇臂,气门间隙,为何排气门间隙大于进气门间隙？,-,33,气门间隙,气门间隙,气门间隙,-,34,实物图,测量气门间隙,拧松紧定螺母，调正调节螺钉,-,35,气门锥角,进气门：一般为30。排气门：一般为45。,-,36,充钠气门,可降低温度约l00。这样有利于降低混合气自燃的危险,从而握高了气门的使用寿命。捷达l.6L发动机排气门内部注有钠。,充钠,在维修发动时,进、排气门不能修整,只允许研磨。,-,37,双弹簧布置,应用车型：奥迪100，捷达，桑塔纳,广州标致505,-,38,气门旋转机构,锥形套筒,锁片,锁片,强制旋转机构,弹簧座,气门弹簧,支承板,碟形弹簧,壳体,-,39,挺柱端面与凸轮的关系,锥形凸轮,由于存在气门间隙，在高速运动时会产生较大的震动和噪声，不适宜要求行驶平稳和低噪声的发动机,凸轮为何要成锥形？,-,40,液力挺柱,挺柱体,柱塞,球形支座,卡环,柱塞弹簧,单向阀,单向阀架,柱塞腔A,挺柱体腔B,进油口,进油通道,结构：性能：消除了配气机构的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声提高发动机高速时的性能。,发动机工作时，机油沿主油道供到气门挺柱，并充满柱塞内腔及其下面的空腔。当气门关闭时，机油经挺柱体和柱塞上的油孔压进柱塞腔A内，并推开单向阀充入挺柱体腔B内。弹簧6使柱塞3连同压合在柱塞中的球座2紧靠着推杆，使配气机构的间隙消失。当凸轮转到工作而使挺柱上推时推杆作用于支承座2和柱塞3上的反力力图使柱塞克服柱塞弹簧的力相对于挺柱体1向下移动，于是柱塞下部空腔内的油压迅速升高，使单向阀7关闭。由于液体的不可压缩性，整个挺柱便像一个刚体一样，按凸轮的运动规律，使气门开启、关闭。当油压过高或者气门受热膨胀时，将有少许油液经柱塞与挺柱体的间隙处漏出去。当气门开始关闭或冷却收缩时，柱塞所受压力减小，由于柱塞弹簧的作用，柱塞向上运动，始终保持与推杆的接触，同时柱塞下部空腔B产生真空度，于是，主油道的油压将再次推开单向阀，向挺柱体腔内充油而再度充满整个挺柱内腔。,-,41,桑塔纳发动机液压挺柱工作示意图,气门关闭时,气门打开时,单向阀,弹簧被压缩,-,42,3.冷却系,作用：把受热零件的热量散到大气中去，保持发动机在最适宜的温度范围内工作。防止过热或过冷；使冷起动后迅速升温。以保证发动机正常工作。组成：它由水泵、散热器、风扇、分水管、水套等组成。,-,43,组成,-,44,发动机过热或过冷的危害过热(1)降低充气效率，使发动机功率下降；(2)容易爆燃，使零件因承受额外冲击性负荷而造成早期损坏；(3)运动件的正常间隙被破坏，运动阻滞，磨损加剧，甚至损坏；(4)润滑情况恶化，加剧了零件的摩擦磨损；(5)零件的机械性能降低，导致变形或损坏。,-,45,过冷(1)进入气缸的混合气(或空气)温度太低，燃料不易汽化,可燃混合气品质差，使点火困难或燃烧迟缓，导致发动机功率下降，燃料消耗量增加；(2)燃烧生成物中的水蒸汽易凝结成水而与酸性气体形成酸类，加重了对机体和零件的侵蚀作用；(3)未汽化的燃料冲刷和稀释零件表面(气缸壁、活塞、活塞环等)上的油膜，使零件磨损加剧。,-,46,发动机的冷却方式1.水冷2.风冷：（1）对地理环境和气候的适应性强；（2）维护简便；（3）冷启动后暖机时间短；（4）热负荷高,-,47,冷却液:,功能冷却液成分冰点,-,48,为了控制冷却水温度，冷却系中设有冷却强度调节装置，如（）。（多选）强化冷却的措施有：1）提高冷却介质流速2）选用低热容冷却介质3）增大散热肋片表面积4）选用高沸点冷却介质,-,49,水冷却系的大、小循环,-,50,4.润滑系,作用：润滑、冷却、清洗、密封、降噪等。组成：由机油泵、滤清器、限压阀、油道等组成。,-,51,-,52,润滑方式,1、压力润滑2、飞溅润滑3、定期润滑,-,53,润滑油压力报警,转速升高：压力升高；温度降低：粘度升高，压力升高；磨损加大；流动阻力过大：压力过高，机油旁通；机油泄漏、粘度过低、温度升高：油压下降。机油压力越大，发动机润滑效果越好？,-,54,润滑系的组成,1、油底壳2、机油泵3、限压阀及旁通阀（1）限压阀用来限制最高机油压力（2）旁通阀避免因滤清器堵塞而使主油道无油4、机油滤清器5、机油散热器6、机油压力表、温度表、机油尺：使于驾驶员随时撑握润滑系工作状态,-,55,润滑油剂的种类与选用,1、润滑油的分类（1）美国工程师协（SAE）按粘度等级分类：冬季：0W、5W、10W、15W、20W、25W夏季：20、30、40、50号数越大，粘度越大（2）美国石油协会（API）按质量等级分为S、C两大系列汽油机润滑油：SD、SE、SF、SG、SH几个等级，越往后，质量等级越好柴油机润滑油：CA、CB、CC、CD、CE几个等级，如江淮地区使用润滑油一般为：15W/40SG，冬夏通用，复合机油,-,56,2、润滑脂目前汽车使用为锂基润滑脂种类：1号、2号、3号、4号号数越大，润滑脂越硬,-,57,曲轴箱通风,1、发动机运转时，有少量的可燃混合气和废气漏入曲轴箱内2、可燃混合气将使润滑油变稀3、废气将使润滑油提前变质4、渗漏的气体还会使曲轴箱内气体压力升高，造成油封、密封热漏油5、加装曲轴箱通风装置后，使漏入曲轴箱的气体排出，新鲜空气进入（2）同时，新鲜空气通过空气滤清器到气门室罩到曲轴箱循环,-,58,曲轴箱通风的分类,1、自然通风2、强制通风PCV,-,59,润滑系故障,1.烧机油：活塞环、气门油封。冒蓝烟,-,60,5.燃料供给系,汽油机作用：按需要向气缸内供应已配制好的可燃混合气，燃烧后排出废气。组成：化油器式由燃油箱、汽油泵、化油器、进、排气管、滤清器等组成。直喷式由燃油箱、电动汽油泵、油压调节器、喷油器、进、排气管、滤清器等组成,-,61,进排气系统,1.空气滤：滤清降噪。干式、湿式2.消声器3.排气净化装置,-,62,-,63,汽油喷射式与化油器相比的优点：没有狭窄的喉管，空气流动阻力小，充气效率高，可以随着发动机使用工况及使用场合的变化而配制一个最佳的混合气成分提高发动机的动力性耗油量低，经济型好排放污染小改善了发动机低温起动性能怠速平稳，工况过渡圆滑，工作可靠，灵敏度高。,汽油喷射式燃油供给系,-,64,燃油喷射系统的分类,1.按喷射量计量方式分类,机械控制式机电混合控制式电子控制式,2.按燃油喷射位置分类缸外喷射缸内喷射,-,65,3.按燃油喷射位置分类单点喷射多点喷射4.按燃油喷射方式分类连续喷射间歇喷射（同时喷射、分组喷射、独立喷射）,-,66,5.按空气量的检测方式分类（1）速度密度式：根据进气管压力和发动机转速，推算出吸入的空气量和喷油量（D型进气歧管绝对压力传感器）（2）质量流量式：直接测量空气质量流量并由此算出喷油量（K、KE、L、LH型）（空气流量计）（3）节流速度式：根据节气门开度和发动机转速，推算出吸入的空气量和喷油量。,-,67,汽油喷射系统的分类,6按有无反馈信号分类l）开环控制：不能检查实际喷油量，但结构简单；易于实现。2）闭环控制：利用反馈信号对输入进行调整，使喷射满足要求。,-,68,电控燃油喷射系统的组成,燃油供给系、空气供给系、电子控制装置,-,69,电控发动机中主要传感器有：空气流量计、进气歧管绝对压力传感器、进气温度传感器、水温传感器、爆震传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、爆震传感器、氧传感器、节气门位置传感器，机油温度传感器、油量传感器、车速传感器等。,传感器,-,70,汽油喷射式燃油供给系的工作原理,电控单元首先读取进气歧管的真空度、发动机转速、冷却水温度传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器输入的信息，然后将这些信息与存储的预置好的信息进行比较，进而确定在这种状态下发动机所需的油量和点火提前时间。,汽油喷射,-,71,空气供给系统的组成,空气供给系组成：空气流量计、空气滤清器、节气门体、进气温度传感器、进气管等组成。,1空气滤清器2节气门体3进气管4空气流量计,4,空气供给系统,-,72,空气流量计,空气流量计,作用：检测进气量的传感器。安装位置：空气滤清器后。,-,73,节气门体,作用：通过改变节气门的大小改变进气通道截面积的大小，来控制发动机的工况，并通过节气门位置传感器检测发动机的负荷。,10节气门11节气门电计12应急弹簧13节气门电机15怠速开关16热水进出关口17节气门拉线,-,74,节气门位置传感器,功用：将节气门的开度信号转换成电压信号输送给ECU。,节气门位置传感器,-,75,进气温度传感器,进气温度传感器,-,76,怠速控制装置,用于控制怠速，安装在旁通空气道上或直接控制节气门。,怠速控制装置,-,77,-,78,柴油机,作用：向气缸内供应纯空气并在规定时刻向气缸内喷入柴油，燃烧后排出废气。组成：由燃油箱、喷油泵、喷油器、进、排气管、滤清器等组成。,-,79,-,80,喷油器,贯穿距离、喷雾锥角、雾化质量，开启压力、无滴漏类型：孔式、轴针式三大偶件：配合间隙为0001o004mm,-,81,喷油泵,功用：定时、定量地向喷油器输送高压燃油,-,82,多缸柴油机喷油泵的要求,各缸的供油次序符合所要求的发动机发火次序；各缸供油量均匀，不均匀度在标定工况下不大于34；各缸供油提前角一致，相差不大于0.5度曲轴转角；为避免喷油器的滴漏现象，喷油泵还必须保证供油停止迅速。,-,83,喷油泵的类型,柱塞式转子式分配泵PT燃油系统泵喷嘴直列泵共轨系统单体泵,-,84,(1)泵油机构(2)油量调节机构(3)驱动机构(4)喷油泵体,-,85,柱塞的行程,1.预行程2.减压带行程3.工作行程4.剩余行程,-,86,喷油泵的调整,1.供油和喷油提前角、离心提前器燃烧前集油过多，回引起柴油机工作粗暴，怠速不稳和起动困难；过小时，将使燃料产生过后燃烧，燃烧的最高温度和压力下降，燃烧不完全和功率下降，甚至排气冒黑烟，柴油机过热，导致动力性和经济性降低。,-,87,2.调速器,单程式（定速）：发动机转速几乎不变，通常用来限制最高转速（飞车）。一般用于小型工业柴油机。两速式：限制最低（熄火）和最高转速（飞车）。中间转速不起作用。用于部分汽车。全速式：可控制从最低到最高转速间任一转速的供油量，即使发动机在任一转速下稳定工作。应用广泛，车用较多。综合式：兼具两速和全程的功能，不同发动机工况，互换使用。两速式、全程式调速器车用最广，其作用原理均为离心作用，因此成为机械离心式调速器。,-,88,柴油机超过额定转速时,调速器将().自动减油,增油,停油,减速?,-,89,6.点火系,1.作用：按规定时刻及时点燃气缸内的混合气。2.组成：由蓄电池、分电器、点火线圈、火花塞等组成。常规点火系；无分电器电子点火系（同时点火，独立点火）,-,90,-,91,7.起动系,1.作用：使静止的发动机起动。2.组成：由起动机及附属装置组成。,-,92,四、基本术语,Vh=D2S10-6/4（L）VL=VhiD气缸直径mmS活塞行程mm,上止点下止点活塞行程(S)曲柄半径(R),气缸工作容积(Vh)发动机排量(VL)燃烧室容积(Vc)气缸总容积(Va)工作循环,-,93,五、四冲程汽油机工作原理,-,94,六、四冲程柴油机工作原理,-,95,七、汽油机与柴油机的不同点,1.混合气的形成方式不同：汽油机是缸外混合；柴油机是缸内混合；2.压缩比不同3.着火方式不同：汽油机点燃式；柴油机是压燃式。,-,96,八、二冲程汽油机工作原理,-,97,九.内燃机产品的名称及型号编制规则,-,98,四冲程4缸发动机的发火间隔角是（）度曲轴转角？1）602）1203）1804）90,-,99,例题,（单选）计算发动机气门重叠角的时候需要考虑1.进气门早开角，排气门早开角2.进气门早开角，排气门晚关角3.进气门晚关角，排气门早开角4.进气门晚关角，排气门晚关角,-,100,例题,（单选）关于气缸套，下列说法正确的是1.干缸套不易漏水漏气，传热性较差2.干缸套不易漏水漏气，传热性较好3.湿缸套不易漏水漏气，传热性较差4.湿缸套不易漏水漏气，传热性较好（单选）对发动机进行平衡时，一般是在曲轴的（）适当位置，用钻孔去除材料的方法获得平衡。1.主轴颈，2.曲柄销，3.曲柄，4.连杆轴颈,-,101,例题,（单选）现代车用发动机冷却液温度普遍提高，其目的是：1.减少热损失2.减少爆震倾向3.降低冷却液粘度4.减少摩擦损失,-,102,例题,（多选）风冷发动机和水冷发动机的相比，有以下哪些特点？1.对地理环境的适应性强2.冷却系热负荷低3.维护简便4.冷启动后暖机时间短1，3，4,-,103,（多选）为了控制冷却水温度，冷却系中设有冷却强度调节装置，如（）。（多选）强化冷却的措施有：1）提高冷却介质流速2）选用低热容冷却介质3）增大散热肋片表面积4）选用高沸点冷却介质1，2，4,-,104,例题,汽车发动机中，润滑油也有起密封作用的情况?为提高耐磨性，凸轮轴加工工序中桃尖都要进行淬火处理？空气滤清器不仅能够滤除空气中的杂质和灰尘，还能消减进气噪声？冷却液冰点越低越好？发动机在一个工作循环内，曲轴转两周，凸轮轴转两周，活塞在气缸内往复4个行程，因此称为四冲程发动机,-,105,第二章、发动机的实际循环,1.实际循环四冲程发动机曲轴旋转两圈完成一个工作循环，分进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程，可用pv图表示。,-,106,其中：rra线是进气过程abc线是压缩过程cz线是燃烧过程zb线是膨胀过程br线是排气过程循环得到的净功为Ai-A1,-,107,2.实际循环与理想循环的差异与理论循环相比，实际循环存在各类能量损失。,1)实际工质的影响Wk2)换气损失W和Wr3)燃烧损失Wz4)传热损失Wb,-,108,-,109,发动机的指示指标,（以下标i表示）以工质在气缸内对活塞所作的功为基础的指标称为发动机的指示指标,-,110,1.,1.,1.,1.,1.,1.指示功Wi和平均指示压力pi1)指示功Wi气体在气缸内完成一个实际循环对活塞所作的有用功。它通过计算pv图上的面积得到。2)平均指示压力pi单位气缸工作容积的指示功。,因此103Wi等于一个假想大小不变的压力pi作用在活塞顶上，使活塞移动一个行程S所作的功。,-,111,2.指示功率Pi单位时间内所作的指示功10-3，kW式中，i气缸数，pi的单位为kPa，Vh的单位为L，n的单位为r/min，为冲程数。,-,112,3.指示热效率i和指示燃料消耗率gi1）指示热效率i指示功与所消耗的燃料热量的比值式中Ql为所消耗的燃料热量。2)指示燃料消耗率gi单位指示功的耗油量，g/kWh则hu：热值,-,113,发动机的有效指标（以下标e表示）,以曲轴对外输出的功率为基础的性能指标。用以评价整个发动机的性能。,-,114,-,115,4.发动机的其它性能指标,1)排气品质2)噪声3)起动性等,-,116,五、发动机的热平衡,热平衡就是加入发动机的总热量的分配情况，可表示为QT=QE+QS+QR+QB+QL式中：QT燃料完全燃烧放出的总热量；QE转化为有效功的热量；汽20%-30%，柴30%-40%QS传给冷却介质的热量；汽25%-30%，柴20%-25%QR废气带走的热量；汽40%-45%，柴35%-40%QB不完全燃烧的热量损失；QL其它损失；汽8%，柴10%。减少各种能量损失，即可提高发动机的效率。,-,117,六、发动机的机械损失,发动机功率在内部转递过程中的各种损失称为机械损失。包括摩擦损失、驱动附属设备和泵气损失。一）机械效率：有效功率与指示功率的比值,-,118,二）机械损失的测定1.灭缸法1)将发动机调整到给定工况稳定工作，测出Pe；2)停止第一缸的供油或点火，调整测功器，使发动机恢复原转速，测出Pe1。可得第一缸的指示功率Pi1=PePe1。3)依次使各缸熄火，可得Pe2,Pe3则Pi2=PePe2Pi3=PePe3整机的指示功率Pi=Pi1+Pi2+PePe1PePe2PePe3iPe（Pe1+Pe2+Pe3+）PmPi-PeiPe（Pe1+Pe2+Pe3+）Pe（i-1）Pe（Pe1+Pe2+Pe3+）,-,119,2.倒拖法1)发动机与测功机相连；2)使发动机以给定的工况稳定运行，当水温和油温达到正常时，切断供油或停止点火，同时将电力测功机转换为电动机，以给定转速倒拖发动机；3)测定电力测功机的倒拖功率，该倒拖功率即为发动机在该工况下的机械损失功率。,-,120,例题,转鼓试验台用的直流电力测功机可以作为负载使用，也可以作为主动力使用？,-,121,-,122,3)润滑油的品质和冷却水温粘度大，流动性差，摩擦损失增加；粘度小，流动性好，承载能力差，油膜易破裂。冷却水温影响机油的粘度。使用中降低机械损失要做到无机械故障，控制好转速、水温，保持机油清洁等。,-,123,思考,四冲程汽油机和柴油机的工作循环有什么异同之处呢？,1.依维柯四缸柴油机，发动机排量为2.445升，压缩比为22，求燃烧室容积。2.奥迪A6发动机的最大功率为140千瓦，额定转速为6000r/min，求发动机此时的转矩是多少。,-,124,计算,测量内燃机某工况下的扭矩、转速：计算该工况下的发动机功率（保留整数）,-,125,计算,汽油机台架试验，测得发动机转速3000转/分时的转矩为210牛米，问该发动机的功率为（）？A.80；B.60;C.75;D.66,-,126,发动机特性1.速度特性，外特性：动力性2.负荷特性：经济性3.万有特性,-,127,外特性：油门开度不变,-,128,负荷特性：转速不变,-,129,发动机特性,发动机万有特性,-,130,发动动力性、经济性指标,-,131,影响发动机性能的因素,-,132,发动机性能试验,1.稳态测功：发动机试验台水力测功机、电力测功机、电涡流测功机2.瞬态（非稳态，无负荷）测功：自由加速的加速度,-,133,思考题,1.发动机有哪些性能指标？2.柴油机和汽油机的区别在何处？3.什么是发动机外特性和万有特性？4.汽油机不正常燃烧有什么现象？原因？,-,134,思考,1.理论上它的功率应等于四冲程发动机的二倍。2.由于作功频率较大，二冲程发动机的运转比较均匀平稳。3.构造简单，质量较小。4.易受磨损和经常需要修理的运动部件数量较少。,二冲程发动机与四冲程发动机相比，有何优点？,-,135,例题,1.某汽油发动机进行台架性能试验，测得的发动机转速在3000转/分时的转矩为210牛顿米，该发动机的输出功率为（）千瓦？80，60，75，662.汽油机一般最经济油耗工况点在（）A.高转速大负荷区；B.中低转速小负荷区C.高转速中小负荷区；D.中低转速中高负荷区,-,136,发动机的换气过程,定义任务：合理组织换气过程：最大限度吸入新鲜充量，保证各缸进气压力均匀；减小换气损失；在缸内形成合理的流场，以控制混合气形成和燃烧。对发动机性能的影响。,-,137,一、四冲程发动机的换气过程,1.四冲程发动机的换气过程：从排气门打开至进气门关闭。1)自由排气阶段2)强制排气阶段3)进气阶段2.气门叠开合适：可扫气，增加进气量；过大；废气倒流进气管。,-,138,二、四冲程发动机的充气效率/系数,1.充气效率/系数：每循环实际进入气缸的新鲜充气量G与在进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充气量G0的比值，即进气状态：当时的大气状态（非增压）,-,139,-,140,例题,充气系数与气缸容积成正比？发动机排气冒黑烟是发动机烧机油的表象？（多选）合理组织换气过程的目的是1.最大限度地吸入新鲜充量2.保证各缸进气压力均匀3.减少换气损失4.在缸内形成合理的流场，以控制混合气形成和燃烧,-,141,影响充气效率的因素,1、压缩比v2、进气终了状态PavTav3、残余废气系数rrv4、大气状态PoPaPa/Po变化不大v变化不大ToTaTo/Ta变化不大v变化不大但是，由于PoTo使G故发动机没劲。,-,142,5、转速nn流速流动阻力pav6、负荷汽油机（量调节）负荷进气阻力v柴油机（质调节）负荷进气阻力变化不大v变化不大。7、配气相位n惯性进气滞后角不足，惯性未被利用n惯性进气滞后角有余，新气易倒流进气滞后角获最大v的转速提高,-,143,提高充气效率的措施,1、减小进气系统的阻力Pav（1）减小空滤器的阻力（2）减小化油器的阻力（3）减小进气管、道的阻力矩形断面小流速快汽化好阻力大歧管圆形断面大流速慢汽化差阻力小设计合理选择断面，弯少避免突变。（4）减小进气门的阻力增大进气门直径增加进气门数目增加进气门升程改善气门头与杆的过渡形状,-,144,2.减小排气系统的阻力3、合理进气予热柴油机进、排气管分两侧布置4、合理配气相位进气迟闭角5、可变进气系统可变配气相位低速，进气滞后角小防止新气倒流高速，进气滞后角大充分利用气体流动惯性,-,145,可变进气管道：进气谐振低速与小负荷进气管道细而长高速与大负荷进气管道粗而短可变进气门低速与小负荷仅开一个主进气门高速与大负荷时开几个进气门。这一过程由凸轮轴控制进气道的转换阀来实现。,-,146,可变气门正时,（VVTi）、（VTEC）及萨博汽车公司（SAAB）的可变压缩比技术。VVTI：保持进气门开启的持续角度不变，改变进气门开闭时刻来增加充气量。它由VVT-i控制器、凸轮轴正时机油控制阀和传感器三部分组成，其中传感器有曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和VVT传感器。,-,147,发动机采用可变气门正时技术可以提高进气充量，使充量系数增加，发动机的扭矩和功率可以得到进一步的提高，减小排放。加大进气门迟闭角，高转速时充气效率增加有利于最大功率的提高，但对低速和中速性能则不利。减小进气迟闭角，能防止气体被推回进气管，有利于提高最大扭矩，但降低了最大功率。因此，理想的气门正时应当是根据发动机的工作情况及时做出调整，应具有一定程度的灵活性。,-,148,VTEC,（1）低速时，只有主副摇臂工作（2）高速时，主副摇臂、中间摇臂同时工作优点：发动机能随发动机转速、负荷、水温等运行参数的变化，而适当地调整配气正时和气门升程。在VTEC系统中，中、低转速采用小角度凸轮，基本上只有一个气门参与进气过程，能产生较强的进气涡流，尤其是冷车条件下有利于提高混合气均匀度、增大燃烧速率等，使燃烧更加充分，从而提高了经济性，并大幅降低了HC、CO的排放；而在高转速时，通过VTEC电磁阀的控制，大大增加了进气流通面积和开启持续时间，从而提高了发动机高速时的动力性。,-,149,绅宝（SAAB）SVC发动机,以改变气缸压缩比的方式来达到控制发动机的燃油消耗量的目的。它的核心就是在缸体与缸盖之间安装楔型滑块，缸体可以沿滑块的斜面运动，使得燃烧室与活塞顶面的相对位置发生变化，改变燃烧室的容积，从而改变气缸压缩比。其压缩比可从8:1至14:1之间范围变化。在发动机小负荷时采用高压缩比以实现节约燃油；在发动机大负荷时采用低压缩比，并辅以机械增压器以实现大功率和高转矩输出。,-,150,谐振进气,只在某一转速下起谐振作用,进气的脉动效应:进气频率,利用进气的脉动效应，在进气门开启的时间段内，在进气门外产生较高压力的压力波,谐振提高充气效率组成：进气歧管谐振腔,-,151,可变进气道系统,根据发动机不同工况，采用不同长度及容积的进气管向气缸内充气，以便能形成惯性充气效应及谐振脉冲波效应，从而提高充气效率及发动机动力性能。它有三种工作形式：双脉冲进气系统、四气门二段进气系统和三段进气系统。,-,152,-,153,可变进气歧管,长进气道发动机在低转速时，空气经过长的进气道，使气缸充气最佳，且扭矩增大。,-,154,可变进气歧管,短进气道发动机在高转速时，空气流经短进气道，可提高充气效率。,-,155,奔驰SLK发动机可变进气歧管,-,156,奔驰SLK发动机可变进气歧管,-,157,宝马新7系的发动机进气管,-,158,例题,判断：增加发动机进气温度可以提高充气效率？充气系数和气缸容积成正比？,-,159,第三章汽油机的燃烧过程,-,160,汽油机燃烧过程,1.着火延迟期2.速燃期3.后燃期,-,161,图示为汽油机工作过程中缸内压力的变化关系。其中的虚线表示不点火时的情况,实线为点火时情况。,-,162,燃烧是燃油中的碳原子和氢原子与空气的氧原子剧烈氧化反应的过程,并伴有发热、发光的现象。把过量空气系数a=1,空燃比A/F=14.7的可燃混合气叫做理论混合气;a1,A/F14.7的可燃混合气叫做浓混合气;a1,A/F14.7的可燃混合气叫做稀混合气。,(一)燃烧简介,-,163,1.燃料与空气借助于化油器或喷射装置,在缸外进行混合,混合时间长,混合均匀;2.压缩终了前通过外源(火花塞)点火,着火时间、地点一定;3.着火后火焰扩散,适当的涡流运动可以加速火焰传播;4.通过改变混合气的数量来调节负荷。,汽油机燃烧过程的特点:,-,164,汽油和空气形成的可燃混合气必须经过着火阶段才能进行燃烧。而着火,是指混合气的氧化反应加速、温度升高、以致引起空间某一位置最终有某个火焰出现的过程。,(二)汽油机的着火,-,165,点火能否成功,与火花点火放出的热量大小和混合气的浓度有关。火花点火放出的热量太小.混合气的浓度过浓或过稀.火焰均不能传播.,-,166,液体燃料混合气的形成过程,就是液体燃料在空气中雾化、蒸发、扩散并与空气混合的过程。,二、汽油机混合气的形成,-,167,空气经空气滤清器进入化油器,在流经喉管时,流速增加,压力降低,在喉管中形成一定的真空度,将汽油从浮子室经主喷管吸出,被吸出来的汽油正好喷入流过喉管的空气中,在高速空气流的冲击下被雾化成细小颗粒,并不断蒸发、扩散,与空气混合成可燃混合气。改变设置在喉管后的节气门开度,即可改变进入气缸中的混合气数量,也就改变了发动机功率。,(一)化油器式汽油机的混合气形成过程,-,168,汽油直接喷射系统混合气的形成是在进气管或气缸中进行的。喷油器将来自供油系统具有一定压力的汽油喷到各缸进气道的进气门前(多点喷射)或喷到节气门前方的进气管内(单点喷射)或直接喷人气缸(缸内喷射),与来自空气供给系统的新鲜空气在缸外(进气管喷射)或缸内(缸内喷射)相混合形成可燃混合气。,(二)汽油直接喷射式的混合气形成过程,-,169,混合气浓度的表示方法,过量空气系数我国使用空燃比国外常用,-,170,混合气成分对发动机性能的影响,功率最大功率混合气（浓）油耗最低经济混合气（稀）,-,171,汽油的性质,物理特性：粘度小、流动性好、自润性差使用性能指标：蒸发性：能被蒸发的性能。热值：1kg燃料完全燃烧后所产生的热量。标号：标号越高，抗爆性越强。抗爆性：在燃烧中，避免产生爆燃的能力。（辛烷值越高，抗爆性越强）,-,172,2.汽油的抗爆性,抗爆性是指汽油在燃烧室内燃烧时抵抗爆燃的能力,其评定指标是辛烧值。在汽油机燃烧过程中,随着压缩比及气缸内气体温度提高,可能出现一种不正常的自燃现象,称为爆震燃烧,简称爆燃。汽油辛烧值越高,抗爆性越强,就能承受发动机采用较高压缩比而不发生爆燃,有利于提高汽油机的经济性。,-,173,:使用抗爆性强的汽油;在汽油中加入少量抗爆添加剂,可以通过改变结构因素如减小压缩比、采用双火花塞等以及改变运行因素如负荷、转速等措施。适当减小提前角可减少爆震发生？,预防措施,-,174,5.负荷负荷减少时，残余废气增加，火焰传播速度下降，燃烧的最高温度压力下降，爆燃趋势减弱；6.燃烧沉积物沉积物相当与一个热源，爆燃和表面点火倾向增加,1.提前角2.压缩比、汽油辛烷值3.火花塞位置4.转速,转速增加时，火焰传播速度加快，易产生爆燃的部位在自燃准备尚未完成时，火焰前锋已到达，爆燃趋势减弱；,-,175,不靠火花塞点火而由燃烧室内炽热物点燃混合气的燃烧现象,称为表面点火。燃烧室内炽热物如:过热的火花塞电极、热的排气门、热的燃烧表面沉积物等,由表面点火产生的新的火焰前锋也以正常的速度传播。早火：在正常火花塞点火前的表面点火后火：正常火花塞点火后的表面点火,表面点火,-,176,表面点火的结果是使得缸内压力急剧升高,噪声加强,向活塞、缸壁的传热增加,活塞缸套间结焦,“早火”相当于将点火提前角提前,“后火”虽有可能加快燃烧速度,但是,表面点火的最大问题是点火的无规律性,这将导致燃烧过程的不稳定与工作过程的粗暴,使动力性、经济性都受到影响。避免表面点火的有效措施是采用低馏程的燃料与不易结焦的润滑油。火花塞的位置和热值冷却水道布置,-,177,表面点火与爆燃的关系,表面点火不同于爆燃,表面点火是由于热表面点燃混合气,而爆燃则是由于燃烧室内末端混合气的自燃产生的。爆燃与表面点火之间又存在相互影响,表面点火会促使爆燃的产生。,-,178,虽然爆燃时的最高压力很高,但它是以冲击波的形式出现,不是以均匀压力推动活塞,而像用锤头不断敲击活塞似的,不能使燃气对活塞作功更多。汽车在低速上坡时,允许有很轻微的短时间的爆燃。因为轻微的爆燃可以使燃烧过程缩短,有利于提高有效功率,但是不允许严重的爆燃,严重的爆燃会有下列危害:1)机件过载2)机件烧损3)性能指标下降,-,179,燃烧室形状对燃烧和排放的影响,四、汽油机的燃烧室,-,180,-,181,-,182,-,183,第四章柴油机的燃烧过程,柴油机工作过程的特点:1.吸人气缸的是新鲜空气,被压缩的是新鲜空气;2.柴油通过高压喷入气缸,缸内形成可燃混合气;3.柴油和空气混合时间极短;4.缸内混合气成分不均匀,且不断变化;5.没有外源点火,只是靠压缩自燃;6.混合与燃烧重叠进行;7.质调节,即负荷和转速不是通过进气节流,而是通过燃料量来调节;,-,184,1.燃烧及时。这将影响作功的质量、放热量的有效利用;2.燃烧完全。这会影响到放热量、作功和排放。因此,对于柴油机来说,及时形成可燃混合气最为重要。本节将先介绍柴油的主要性能指标,再阐述柴油机的混合气形成与燃烧过程,各种燃烧室特点,发动机排放污染与控制。,对柴油机燃烧的基本要求:,-,185,一、柴油的主要性能指标,1.着火性十六烷值。着火性好的柴油,喷入气缸后能及时着火燃烧,柴油机工作柔和,冷起动性能也随之改善;若着火佳能差,燃烧前所需的物理、化学准备时间长,着火后压力升高率过高,导致柴油机工作粗暴,-,186,柴油的粘度用来表示柴油的雾化性。粘度低,则容易形成混合气。若粘度过低,会加剧喷油泵及喷油器之间的精密偶件表面之间的磨损;若粘度过高,流动阻力增加,柴油从喷油器喷出时的雾化性差,不易形成均匀的混合气。因而,柴油应具有适中的粘度。,2.粘度,-,187,柴油的凝点用来表示柴油的低温流动性。它是指柴油冷却到开始失去流动性的温度。选用柴油时,一般要求其凝点比最低工作环境温度低3-5以上。,3.凝点,-,188,柴油机的混合气形成与汽油机相比有两个最显著的特点:混合气形成在气缸内部;混合气形成时间较短。,-,189,柴油机混合气形成的理想过程应该是：燃料喷入燃烧室后在尽可能短的时间内与周围空气均匀雾化、混合,形成可燃混合气;着火后继续喷人的燃料应及时得到足够的空气和混合能量,以便迅速混合,力求避免燃料直接进入高温缺氧区域,引起裂化。,-,190,柴油机混合气形成依靠两方面作用:燃料喷雾;组织空气运动。,-,191,空间雾化混合方式的优点:混合气形成速度快,燃烧过程比较稳定,对转速范围的适应性强。其缺点:燃料在着火以前形成的混合气较多,使燃烧过程较为粗暴,并生成较多的NOx。若油滴蒸发、雾化速度不及燃烧速度快,将产生不完全燃烧。,-,192,燃烧室壁温、油膜厚度和空气与油膜的相对速度是混合气形成的决定性因素。,油膜蒸发混合方式,将柴油顺着气流的运动方式,涂到燃烧室壁面,形成油膜,油膜受热蒸发,并与空气混合形成均匀混合气的方式,称为油膜蒸发混合方式。,-,193,油膜蒸发混合方式的优点:其缺点:油膜蒸发的速度受壁温、油膜厚度和气流运动的影响很大。因此,对供油、进气和燃烧室匹配要求较高,燃烧不及空间雾化稳定,冷起动性能差、怠速及低负荷时HC排放较高。,续,完全是气相混合,通过油膜的蒸发和吹拂气流的旋转运动还可以实现分层燃烧,做到既无碳烟,又可控制燃烧速度,限制燃烧压力的急剧升高,从而控制噪声和传动装置的机械负荷,通过轴针式喷油嘴的截面的控制可改善噪声和减少NOx同时对喷油系统要求降低。,-,194,影响混合气形成的主要因素包括:燃料喷雾、气流运动、燃烧室结构等。1.燃料的喷雾对混合气形成的影响利用喷油器将柴油喷散成细粒的过程,称为柴油的喷雾或雾化。,影响混合气形成的主要因素,-,195,经高压油管的燃油以高压从喷油器的喷孔喷入气缸,由于空气阻力及高速流动时的内部扰动而被粉碎成细小油漓,增加了空气接触氧化的机会在静止的压缩空气中,从喷油嘴中喷入气缸的油束形状如图所示,油束的外缘区油滴直径细小且稀疏,油滴速度越向外越低。油束核心部分不能完全粉碎,油滴直径较大,雾化不良,且很稠密。,（1）油束的形成,-,196,-,197,1)油束的射程L2)雾化质量雾3)油束的锥角,(2)衡量油束雾化质量的三个参数:,-,198,1）喷油器的结构减小喷孔直径,雾化质量得到改善,但容易引起喷孔堵塞。,（3）影响油束的特性因素,-,199,喷油器的喷油压力越高,油束的速度越高,所受扰动越大,雾化质量越好。3)缸内介质反压力气缸内介质反压力增大时,射程减小,而油束锥角增大,总的来说,对雾化性能影响不大。4)喷油泵凸轮形状喷油泵凸轮形状曲线越陡,在高压油管内越容易建立高压,喷油越迅速,雾化性能得到改善。,2)喷油压力,-,200,喷油速度加快,雾化质量提高。6)燃油粘度另外,对雾化质量的要求要视各种燃烧室的结构而有所不同。一般都是根据燃烧方式而寻求燃烧室形状、空气运动和喷油系统的最佳匹配。,5)转速,-,201,为了更有效地形成可燃混合气,改善燃烧过程,通常要组织空气的运动。组织空气运动的形式有:(1)进气涡流(2)挤气涡流(3)燃烧涡流,2.空气运动对混合气形成的影响,-,202,柴油机的燃烧过程,-,203,柴油易自燃压缩自燃在压缩行程末期将柴油喷入气缸,形成可燃混合气,着火需要具备两个条件:1.合适的混合气浓度。2.合理的混合气温度。,(-)柴油机的着火,-,204,柴油机的燃烧过程可分为四个阶段:着火延迟期速燃期缓燃期补燃期,（二）油机的燃烧过程,-,2