内燃机原理(简).ppt

第一章发动机的性能,发动机结构基本术语上止点：活塞顶面离曲轴回转中心最远处，通常指活塞上行到最高位置。下止点：活塞顶面离曲轴回转中心最近处，通常指活塞下行到最低位置。气缸工作容积（Vh）：活塞从上止点到下止点所扫过的容积。燃烧室容积（Vc）：活塞在上止点时，活塞上方的空间叫燃烧室，它的容积叫燃烧室容积。气缸总容积（Va）：活塞在下止点时，活塞上方的容积称为气缸总容积（L）。发动机排量（VL）：发动机所有气缸工作容积之和（L）。压缩比（）：气缸总容积与燃烧室容积的比值，表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸内气体被压缩的程度。,一、三种基本理论循环：(一)混合加热循环-高速柴油机1、循环特征参数（1）压缩比（2）压力升高比（3）初始膨胀比（预胀比）2.、热效率计算得：,（二）定容加热循环（奥托OTTO循环）汽油机的理想循环1.热效率因为：预胀比所以：热效率2.分析（三）定压加热循环（狄赛尔diesel循环）船舶用大型低速柴油机,第二节四冲程发动机的实际循环,发动机的实际循环是由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程所组成。实际循环比理论循环复杂的多。一、进气过程进气过程中，由于进气气流需克服进气系统的流动阻力，故进气终了的压力a大气温度0,二、压缩过程,1、作用增大工作过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热功转换效率，同时也为燃烧过程创造有利条件。在柴油机中，压缩后气体的高温是保证燃烧着火的必要条件。2、压缩过程的多变指数n1是变化的。K是绝热压缩指数。,开始吸热n1K绝热n1=K后放热n10=ma=发动机功率。,(1)进气系统一般包括进气门、进气管、空滤器、化油器、进气道等部件。要尽量减少各部件的流动阻力，以增大进气终了的压力，提高充量系数。试验证明，增大进气终了压力比降低残余废气系数对充量系数的影响大，所以设计成进气门直径大于排气门直径，气门顶部的形状呈流线型。（2）压缩比，Vc，r，c。,2、结构因素,（3）配气相位配气相位是进排气门启闭角与曲轴转角的关系。,配气相位中，进气滞后角对c的影响最大。改变进气滞后角可以改变c随转速变化的趋向，用以调整发动机的扭矩和有效功率。（图3）高速发动机进气滞后角较大，以提高高速下的充量系数。配气相位是靠选定的凸轮型线来进行控制的。以上仅为粗略的定性分析。还有许多因素未予考虑。如：压力升高比，绝热指数k，进气马赫数Ma，热传输和过量空气系数等。,第一节概述增压：为提高平均有效压力以增加气缸内封存气体密度的方法。目的：通过增加充气量，以提高功率，改善经济性和排放性提高发动机功率的途径：,第三章发动机废气涡轮增压,改变结构参数。增加i、Vh(D、S)，减少，但体积和重量增加提高转速。但充量系数和机械效率减少，机件寿命减少，噪音大提高平均有效压力Pme。提高平均有效压力Pme方法：减少过量空气系数、提高充量系数、增加充气密度（增压）,增压度k：发动机在增压后增长的功率与增压前功率之比k范围为10%60%。大部分为20%30%。增压比k：进入气缸的气体压力Pk与大气压力P0之比,、废气涡轮增压,废气涡轮增压利用内燃机排气中能量来实现增压，油耗率可低5%10%。质量功率和体积功率比非自然吸气内燃机明显改善，一般可提高功率20%-50%，易实现高增压。可降低排气噪声和烟度。,第二节增压器,径流式涡轮的工作原理燃气在涡轮机中的流动：废气在进气涡壳的引导下均匀地进入涡轮，并推动涡轮高速旋转，实现压力能与机械能的转换，低压废气从涡轮中心轴向流出。喷嘴叶片环上均匀安装带有一定倾角的叶片组成多个渐缩通道，使部分压力能转变为动能，便于高速气流均匀而有序地进入涡轮叶轮。,离心式压缩机工作原理,主要参数：压气机转速增压比k=pk/p0质量流量mk或容积流量V0压气机转速nk每分钟可达几万转甚至十几万转压气机的绝热效率压气机特性曲线压气机转速不变时，各特性与空气流量间的关系,压气机的喘振与堵塞压气机流量很小时，气流会出现强烈的振荡，引起工作轮叶片强烈振动，并产生很大的噪声，压气机的出口压力显著下降，并伴随很大的压力波动，此现象称为压气机的喘振。当压气机工作在喘振线右侧时，其工作是稳定的；而当处于喘振线左侧时，压气机的工作就变得不稳定甚至有危险了。随着流量和转速的增加，喘振点对应的增压比是向增大方向移动的在压气机的某一转速下，通过压气机的气体流量随增压比的降低而增加。当流量增加到一定数值后，压气机通道中的某个截面达到临界条件。当增压比继续降低时，气体流量却不再增加，此时的气体流量称为堵塞流量，也是该转速下压气机所对应的最大流量。,第三节汽油机增压技术,一、汽油机增压的特点1、爆燃混合气压缩后的压力、温度增高，将促使爆燃的发生。2、混合气的调节传统化油器使用增压技术后难以精确控制混合气的浓度。3、热负荷汽油机的过量空气系数小，燃烧温度高。增压后，汽油机的整体温度水平提高，热负荷问题加重。4、对增压器的特殊要求汽油机增压比低、流量范围广、热负荷高、最高转速高且转速变化范围大。要求增压器体积小、耐高温、转动惯量小、工作范围大，等。,二、汽油机增压技术措施1、降低压缩比防止爆燃现象发生2、增压压力控制系统控制增压压力过大3、减小增压后的“反应滞后”现象4、燃料供给系统的调整汽油泵汽油泵供油压力随增压压力变化点火提前角调整可变点火正时,第四章燃料与燃烧,第一节发动机燃料一、汽油1、蒸发性汽油的蒸发性用汽油蒸发量的10%、50%、90%、100%时所对应的温度来评定。2、氧化安定性汽油抵抗大气或氧气的作用而保持其性质不发生长久性变化的能力。3、清净性汽油中不稳定的化合物在进气系统的器件上产生沉淀。可在汽油中加入汽油清净剂，以保持进气系统的清洁。,4、抗爆性及汽油规格抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力，用辛烷值表示。在规定条件下的标准发动机试验中通过和标准燃料进行比较来测定，采用和被测定燃料具有相同的抗爆性的正庚烷中的异辛烷的体积百分比来表示。我国无铅车用汽油标准见表4-1,二、柴油1、自燃性柴油的自燃性用十六烷值来评定。规定正十六烷自燃性最好(100)，-甲基萘自燃性最差(0)。一般柴油的十六烷值为40652、雾化和蒸发性馏程、运动粘度、密度、闪点等闪点：燃油在规定结构的容器中加热挥发出可燃气体与液面附近的空气混合，达到一定浓度时可被火星点燃时的燃油温度。燃点：燃料在规定条件下加热到开始着火的温度。3、硫含量4、安定性,5、低温流动性柴油失去流动性而开始凝固的温度为凝点。当柴油接近凝点时，流动性已很差，不但喷雾恶化，而且供油也很困难，柴油机无法工作。我国用于汽车的轻质柴油按凝点分为10号、2号、-10号、-20号、-35号和-50号，其凝点分别不高于10、0、-10、-20、-35和-50,第三节燃烧基本知识一、燃烧过程燃烧过程由着火和燃烧两个阶段组成。着火阶段是燃料燃烧的准备阶段，是燃料经过雾化、蒸发、与空气混合形成可燃混合气等项物理准备；和可燃混合气形成后，在自燃以前发生的焰前氧化过程的化学准备。燃烧阶段是在燃料着火后，火焰迅速向周围扩大传播，可燃混合气内进行着剧烈的氧化反应，并放出大量的热(化学能转变成热能)。火焰传播速度火焰前锋面向周围扩散的速度,第四章柴油机混合气的形成与燃烧,柴油机的燃烧过程与汽油机的有所不同1、混合气形成的方法汽油机：缸外（化油器及进气管中），较均匀一致。柴油机：缸内形成混合气,燃烧时混合气不均匀。2、着火和燃烧的方式汽油机：点燃式，着火后靠火焰传播燃烧，着火时机、地点均能控制。柴油机：压燃式,油滴扩散燃烧,着火时机、地点不能控制。3、保证及时、完全燃烧的方法汽油机：提高火焰传播速度。柴油机：保证及时形成较均匀的混合气。,第一节燃油的喷射与雾化,柴油机是在压缩过程中活塞接近上止点时,借助喷油设备将燃油在高压下成雾状喷入燃烧室,以便与空气形成可燃混合气。油滴的着火要满足两个条件（1）混合气的温度要高于着火临界温度。（2）混合气的浓度要适当，即混合气的浓度要在着火界限之内。,一、燃烧方式-油滴扩散燃烧,1、对喷油系统的要求：定时、定量并按一定规律向柴油机各缸供给高压燃油。具体要求：能产生足够高的喷油压力；实现所要求的喷油规律；精确控制每循环的喷油量；避免出现异常喷射现象。2、喷油系统构成喷油泵提供足够高的喷油压力。柱塞泵或分配泵调速器稳定柴油机运行工况喷油提前角调节器调节喷油时刻喷油器将高压燃油喷入燃烧室并按要求进行分布,二、喷油系统,（一）、喷射过程1燃油的喷射燃油在喷油泵泵室中，受到柱塞压缩，压力升高，经喷油器喷出的过程。2分三个阶段喷射延迟阶段，主喷射阶段，喷射结束阶段。,三、喷射与雾化,1.燃油的雾化燃油经喷孔喷出时，在气缸中被破碎成微粒的过程。,喷油横截面上燃油分布,喷油横截面上油粒速度,L:射程:锥角,喷注的形状,（二）喷雾特性与雾化质量,2喷注的特征喷注射程L：表示喷注贯穿深度；喷注锥角：表示喷注紧密程度；细度和均匀度：表示雾化程度。细度油注中的平均直径均匀度油注中最大直径与最小直径之差,3影响喷注质量的主要因素喷注结构，喷油压力，气缸内空气的压力，柴油的粘度等。,四、不正常喷射,二次喷射针阀落座后，过大的反射波（高压油管内）使针阀再次升起而喷油的现象。危害：喷油时间，喷油量，后燃加重发动机过热，排气温度，燃油消耗率喷射压力低，雾化不良，燃烧过程中喷入气缸，排气冒黑烟，积碳。（高速、高负荷时较严重）,断续喷射、隔次喷射隔次喷射发生在怠速运行时，造成柴油机怠速运转不稳。断续喷射常发生在低速小负荷工况。,避免不正常喷射的措施减少高压容积，缩短高压油管长度，合理选择喷射系统参数。,一、燃烧过程,-滞燃期-速燃期-缓燃期-补燃期h-针阀升程Q-循环放热量dQ/d-放热速率dq/d-喷油速率,1)喷油始点2)缸内压力线偏离纯压缩线始点3)最高压力点4)最高温度点,第二节燃烧与放热,、滞燃期（1-2）,在压缩终点,Tc=450-800,大于柴油的自燃温度（330-350）,但不会立即着火,进行着火前的准备。物理准备：雾化，加热，蒸发，扩散和混合。化学准备：裂化，着火前的氧化反应。一般着火延迟时间i0.0007-0.003s从喷油开始到缸内压力线与压缩线偏离的始点阶段，称为滞燃期或着火延迟期。喷油时缸内温度压力及燃料性质是影响i的主要因素。,、速燃期（2-3）,着火后，在滞燃期内形成的混合气此时同时燃烧，活塞在上止点附近，接近于等容燃烧，平均压力升高率P/=(P3-P2)/(3-2)升高很快，放热率dQ/d大。柴油机P/一般0.40.6MPa/A同时，喷油持续进行，形成燃烧与喷油的重叠，喷油常在速燃期结束。,、缓燃期（3-4）速燃期内喷入的燃油在此阶段燃烧，放热量较大，占总放热量的7080%。一般在上止点后2035CA，出现循环最高温度，达16002000。大部分燃油在此阶段燃烧。燃烧产物增多，氧和燃油浓度下降，燃烧速度缓慢。温度虽升高，但活塞已下行，压力近似不变，近于等压燃烧。由于混合时间短，高温缺氧下易形成碳烟，要求a1。、补燃期（4-）从温度最高到燃料燃烧结束。远离上止点放热，大量的热传给冷却系，使排气温度升高，零件热负荷增加，导致柴油机动力性、经济性下降，故应尽量减少补燃。,三、影响燃烧过程的因素,（一）燃油的影响1燃油的着火性是指柴油喷入汽缸后能否迅速着火燃烧的能力。用十六烷值表示。2十六烷值对燃烧过程的影响3蒸发性蒸发性过好，工作粗暴。蒸发性差，燃烧不完全。蒸发性适中（二）压缩比的影响Tc、Pc滞燃期缩短，工作柔和，改善柴油机冷起动性。但过大Pz，机械磨损，使用寿命。当21时，it的提高不明显。柴油机合适的压缩比主要是根据冷起动的需要来确定。,（三）喷油规律1定义：指喷油速率dq/d（每度曲轴转角的喷油量）随曲轴转角的变化关系。2柴油机结构一定时，放热规律取决于喷油规律。理想的喷油持续角为1635CA，喷油速率的变化要先缓后急。喷油规律可以通过改变喷油泵凸轮轴的凸轮型面加以调整。,（四）供油提前角,1定义高压油泵柱塞关闭进油孔瞬时到上止点之间的曲轴转角。与喷油提前角相差喷油延迟角。2过大、过小的危害过大滞燃期柴油机工作粗暴，怠速不稳，冷起动困难。压缩负功，Pe，be。过小后燃量，排气温度，it，Pe，be。3、柴油机的性能指标随供油提前角的变化关系供油提前角调整特性。4、当柴油机be最低，Pe最大时的供油提前角最佳供油提前角。,（五）转速n,n加速、改善混合气形成着火延迟时间i。但着火延迟角i=6nior对直喷式柴油机,n最佳供油提前角。故柴油机上通常装有供油提前角自动提前装置。（六）负荷负荷循环供油量a放热量喷油时缸内温度着火延迟时间工作柔和性但循环供油量喷油持续角燃烧恶化it，bi。负荷过大时,a过小，燃烧恶化，排气冒黑烟，柴油机经济性进一步下降。,第三节混合气形成与燃烧室,柴油机混合气形成靠三方面的相互作用：一是燃烧室的结构,二是燃料的喷雾，三是缸内适当的空气运动。一、混合气形成特点和方式1、缸内形成2、时间极短3、过量空气系数较大4、靠燃烧室、喷雾、空气涡流运动三方面配合保证燃烧完全、及时靠加快混合气的形成速度（汽油机是提高火焰传播速度）,混合气形成方法由不同喷雾及气流运动组成了各种混合气形成方式，其基本型式可分为：空间雾化混合油膜蒸发混合。在车用柴油机中，两种方式均有，但多数以空间雾化混合为主。球形燃烧室柴油机以油膜蒸发混合方式为主。,二、缸内气流运动,缸内空气的涡流运动能加速雾化的油滴与周围空气的混合，促进燃烧过程的进行。但涡流过强，会使燃烧产物与邻近的喷注重叠；涡流过强也使进气阻力加大，充量系数下降。直喷式燃烧室的空气涡流运动空气涡流运动是加速混合气形成的有效手段；也是保证完善燃烧的重要条件。直喷式燃烧室产生涡流运动的方法有种：1）进气涡流靠切向进气道和螺旋进气道形成。切向进气道：气道母线与气缸相切，在气门前强烈收缩，使气流越来越快进入气缸后受缸壁的约束而转向，形成涡流。螺旋进气道：气门座上方的气道成螺旋型，相对于气缸中心一定位置。气流形成绕气门中心的旋转运动，进入气缸后近于切向气流，沿气缸壁绕气缸中心旋转运动。应用于高速柴油机上。2）挤气涡流-在压缩行程后期，活塞接近上止点时，活塞顶上方环形空间中的空气被挤入活塞顶部的燃烧室内，造成的空气的涡流运动。涡流强度较进气涡流小，只起辅助作用。,第一节汽油机的燃烧过程对燃烧过程的要求1）燃烧完全，释放出尽可能多的热能，减少废气中的有害物质。2）燃烧及时，使放热集中在上止点附近，提高热功转换能力。,第五章汽油机混合气的形成和燃烧,1、火花塞点火2、缸内压力线偏离纯压缩线的始点3、缸内最高压力点-点火提前角从火花塞跳火瞬时到活塞行至上止点时的曲轴转角，称为点火提前角，用表示。一般为20CA35CA。,-滞燃期-显燃期-补燃期,一、汽油机的正常燃烧过程指从点火开始到燃料基本烧完为止的过程。（火焰传播速度和火焰前锋面形状均无急剧变化）,1、着火落后期（滞燃期）从火花塞开始点火到火焰中心形成滞燃期。是燃烧的准备阶段，主要进行热量的积累，缸内的压力线与纯压缩线基本重合。当反应的混合气的温度升高到一定程度后，形成发火区，即火焰中心。,各种因素对滞燃期长短的影响：混合气浓度合适（=0.80.9最短）火花塞跳火时缸内压力及温度高电火花强度大,着火延迟时间将减小,另外，与残余废气量、缸内混合气的运动等因素有关。,2、明显燃烧期（速燃期）,从火焰中心形成到示功图上的压力达到最高点为止称为明显燃烧期。,在均质混合气中，当火焰中心出现后，与其临近的一薄层混合气首先燃烧即形成极薄的火焰层，称为火焰前锋。,火焰前锋向前推进的法向移动速度，称为火焰传播速度。混合气约80%90%在此期间燃烧完毕，温度、压力迅速升高，最高压力在上止点后12A15A（循环功最多）。一般占20CA30CA。缸内最高压力点与最高温度点重合。,最高压力过早，使压缩功增大，过迟散热损失增大。最高压力过大，产生振动、噪音，过小使膨胀功减少。平均压力升高率：即曲轴每转1度时，缸内气体压力的平均升高量：P=P/P=（P3-P2）=（3-2）P表征压力变化的急剧程度。P过大，发动机振动和噪声大，工作粗暴；P在175Ka/A250Ka/A，汽油机工作柔和，性能好。,3、后燃期（补燃期）,从最高压力点到燃烧结束为补燃期。指明显燃烧期以后在膨胀过程中的燃烧，主要由火焰前锋面过后，后面未及燃烧的燃料（燃烧室边缘和缝隙）再燃烧，以及部分燃烧及高温分解的燃烧产物（H2、O2、CO等）重新氧化。在膨胀中远离上止点放热，热能不能充分利用，使it，Pe，be，且排气温度，散热量。补燃期过长，会造成发动机过热，进气管“回火”，排气管“放炮”。希望后燃期尽可能短，后燃放热量尽可能少。,二、不规则燃烧,汽油机不规则燃烧是指在稳定正常运转的情况下，各循环之间的燃烧变动和各气缸之间的燃烧差异。1、循环变动发动机以某一工况稳定运行时，这一循环和其它循环燃烧过程的进行情况不断变化，具体表现在压力曲线、火焰传播情况及发动机功率输出均不相同。2、各缸工作不均匀产生各缸工作不均匀的主要原因是各缸进气充量的不均匀、混合气成分不均匀等。,三、不正常燃烧,爆燃(一)现象1.缸内出现尖锐的金属敲击声2.油膜破坏,机件磨损加剧；3.发动机过热；4.Pe下降、be升高；5.排污增加，严重时排气冒黑烟；6.压力线出现爆震波。（二）原因在火焰前锋到达之前,末端混合气的温度、压力超过其临界温度、压力而自燃，形成新的火焰中心,火焰传播速度加大(高达800m/s1000m/s),使得缸内局部压力、温度急剧升高,压力来不及平衡,形成冲击波（激波）,冲击波反复撞击缸壁,发出尖锐的敲缸声。由于缸内局部的高温、高压，造成一系列危害。,（三）危害,1、机件过载冲击负荷大，机件的机械负荷增加，使机件变形损坏。噪声增大。2、润滑变差、机件烧损汽油机燃烧终了的温度为20002500，由于冷却水和气体附面层的作用，活塞顶、燃烧室壁和缸壁的温度保持在200300。爆燃冲击波破坏燃烧室内附面层，会引起发动机过热，使润滑效果变差，使磨损加剧，同时局部高温使活塞头和气门等烧损。3、积碳增多、排气冒黑烟高温裂解产生的碳粒形成积碳。另外，高温裂解使燃烧产物分解为CO、H2、O2、NOx及游离碳增多，排气冒烟严重。CO、H2、O2等膨胀过程中重新燃烧，使排温增高。4、Pe下降、be上升,（四）影响爆燃的因素,有燃料因素、使用因素、结构因素等。为便于分析，假定：在火花放电以后，火焰开始传播，同时混合气进行焰前反应，为着火作准备。t1-从火焰中心形成起到火焰前锋传到末端混合气为止的时间。t2-从火焰中心形成起到末端混合气自行着火的时间。当t1t2，爆燃。,所以：凡是t1减小、t2增加的因素均可减少爆燃倾向；反之，均使爆燃倾向增加。,燃料因素为了提高汽油的辛烷值，常常在燃料中加入少量的抗爆添加剂，增加燃料的辛烷值。使用因素1、点火提前角1)随点火提前角的增加，示功图上偏离压缩线(大致相当于火焰中心形成)到最大燃烧压力出现(大致相当于火焰传播到整个燃烧室)的时间t1减小。2)随点火提前角的增加，pz增加，终燃混合气受到的挤压作用大，温度增加，t2减少。在实际的点火提前角范围内，t2减小起决定性作用，因此随点火提前角增加，爆燃倾向加大。,转速的影响：转速对爆燃的影响比较复杂，具体表现为：转速n增加，火焰传播速度提高，t1减小；充气效率下降，吸入空气温度上升，使t2减小；pz下降，终燃混合气温度也较低，使t2增加。综合结果为转速增加时，爆燃倾向减小。负荷的影响：在转速一定而节气门开度增大(即负荷增大)时，残余废气系数降低。气缸壁相对传热损失减少，循环最高压力升高，t2缩短，爆燃倾向增大。,混合气浓度的影响：a值的改变将引起火焰传播速度、火焰与气缸壁的温度与终燃混合气温度压力的改变。a0.80.9时，火焰传播速度最高，t1最小，但终燃混合气的温度压力最高，t2也最小。试验表明，a0.80.9时爆燃倾向最大，过浓或过稀的混合气有助于减小爆燃。燃烧室沉积物的影响:在发动机工作过程中，燃烧室内壁产生一层沉积物，通常称之为积碳。由于燃烧室中形成沉积物，造成如下现象：沉积物温度较高，同时还是热的不良导体，从而提高了终燃混合气的温度；沉积物本身占有一定的体积，因而提高了压缩比。其综合效果为沉积物的存在使爆燃倾向增加。,结构因素气缸直径气缸直径大，火焰传播距离长，使t1大，同时由于燃烧室冷却面积与容积之比减小，使t2小，因而爆燃倾向增大。火花塞位置火花塞位置影响火焰传播距离，也影响终燃混合气在气缸内所处部位上的变动，从而影响终燃混合气的温度。气缸盖和活塞材料在应用同一辛烷值燃料时，由于轻合金导热好，因而用轻合金活塞可提高压缩比。气缸盖改用轻合金，压缩比也可提高。燃烧室结构这是影响爆燃最主要的结构参数。燃烧室形状影响到火焰传播距离、湍流强度、向冷却水的散热量以及终燃混合气的数量和温度。凡是火焰传播距离短、湍流强度高、火焰传播速度高的燃烧室结构，均有助于减小爆燃倾向。,防止发动机爆燃的方法很多，如使用抗爆性高的燃料，降低终燃混合气温度，提高火焰传播速度或缩短火焰传播距离，缩短终燃混合气暴露在高温中的时间等。具体措施如下：1)推迟点火；2)缩短火焰传播距离最小；3)终燃混合气的冷却，使离火花塞最远处的可燃混合气冷却得较好，如减小终燃混合气部分的余隙高度；4)增加流动，使火焰传播速度增加，且终燃混合气的散热也好；5)燃烧室扫气(如加大进、排气重叠期)的冷却作用可减轻爆燃。,（五）减轻爆燃的措施,表面点火,定义：在汽油机中，凡是不依靠火花塞点火，而是由燃烧室内炽热表面（如过热的火花塞电极、排气门、积碳）点燃混合气的现象。非爆燃性表面点火早燃或早火在火花塞跳火之前后燃或后火在火花塞跳火之后爆燃性表面点火,影响表面点火的因素及预防措施凡是能使缸内的T、P降低的因素，都可预防表面点火选用低沸点汽油和含胶质少的机油。在燃料中加抑制表面点火的添加剂。适当降低压缩比。选用合格的火花塞、排气门。小结爆燃表面点火末端混合气自燃炽热表面点燃火花塞跳火之后火花塞跳火之前、后有压力冲击波无压力冲击波敲击声较清脆敲击声较沉闷二者又相互联系，相互促进。,1.点火提前角过大，发动机过热，功率。缸内最高温度、压力，爆燃倾向。过小，由于燃烧开始时活塞已下行，燃烧容积较大，燃气与气缸接触面积大，导致(1)损失一部分膨胀功。(2)燃烧在膨胀过程中进行，后燃量增大。散热损失大，排气温度过高，发动机过热，功率下降。但缸内温度、压力的降低,使t2增大,爆燃倾向减小。最佳点火提前角：在一定的发动机负荷、转速下，对应最大的功率和最低的燃油消耗率的点火提前角。,四、使用因素对燃烧的影响,2、混合气浓度,用过量空气系数a表示。1）a=0.84-0.95时，火焰传播速度u最大,用此混合气时，发动机的功率最大，故称功率混合气。供给功率混合气,爆燃倾向加大2）低负荷或怠速时较浓的混合气残余废气多，会引起断火；燃烧速度慢，发动机易过热；高温未燃成分在排气管口与空气相遇而激烈氧化，排气管放炮。=0.40.5为火焰传播上限。3）=1.04-1.15时，为经济混合气燃烧最完全，热效率最高，油耗最低。但混合气过稀，燃烧缓慢，含氧高的高温废气能点燃进气管新鲜混合气。=1.31.4为火焰传播下限。4)混合气成份调整特性在汽油机转速，节气门开度一定，点火提前角最佳时,性能指标随混合气成份而变化的规律。,n最佳点火提前角所以发动机上装有离心点火提前调节装置。,nt1v缸内r末端混合气的焰前反应t2爆燃倾向。所以发动机在低速运转时最易发生爆燃。,n缸内混合气的涡流运动（紊流）,燃料与空气的混合得到改善；压缩过程的放热量缸内压力、温度火焰传播速度。,3、发动机转速n,4、发动机负荷,负荷缸内温度、压力滞燃期t1末端混合气的焰前反应t2爆燃倾向。负荷燃烧所占的曲轴转角最佳点火提前角。所以发动机上装有真空点火提前调节装置。5、其他因素进气温度、冷却水温度、燃烧室壁积碳、进气压力爆燃倾向。总之，发动机在低速、大负荷时，最易发生爆燃。在使用中，调整点火提前角应在低速、大负荷工况下进行。,五、结构因素对燃烧的影响,（一）压缩比1、时缸内燃烧的最高温度、最高压力，itbe。但爆燃倾向，表面点火倾向。2、Pe、be，但受到爆燃的限制，要防止爆燃a.改进燃烧室的设计；b.提高汽油的辛烷值。,第一节发动机的特性概述内燃机工况就是指内燃机实际运行的工作状况。表征内燃机运行工况的参数可由下式给出式中，Ne为有效功率，Me为内燃机的转矩，n为内燃机的工作转速。三个参数中，只有两个是独立变量，即当任意两个参数固定后，第三个参数就可以通过该式求出。内燃机的负荷，通常是指内燃机所遇到的阻力矩的大小，由于平均有效压力pe正比于转矩，故有时也用pe来表示负荷的高低。,第六章发动机的特性,第类工况，其特点是内燃机的功率变化时，转速几乎保持不变。反映在工况图上就是条垂直线(图中的曲线1)，称为线工况。灌溉用内燃机，除了起动和过渡工况外，在运行过程中负荷与转速均保持不变，称为点工况(图中的A点)。,第二类工况，其特点是内燃机的功率与转速接近于幂函数关系，如图中的曲线2示的三次幂函数()。当内燃机作为船用主机驱动螺旋桨时，内燃机所发出的功率必须与螺旋桨吸收的功率相等，而吸收功率又取决于螺旋桨转速的高低，且与转速成幂函数关系，这样，内燃机功率就呈现一种十分有规律的变化。该类工况常被称为螺旋桨工况或推进工况，也属于线工况。,第三类工况，其特点是功率与转速都在很大范围内变化，它们之间没有特定的关系。汽车及其他陆地运输用内燃机，都居于这种工况。此时，内燃机的转速决定于行驶速度、可以从最低稳定转速一直变到最高转速；负荷取决于行驶阻力，在同一转速下，可以从零变到全负荷。内燃机可能的工作区域就是该种类型内燃机的实际工作区域，相应的上况区域称为面工况。,发动机的功率标定对非增压发动机来说，最大功率受平均有效压力和转速两方面限制。国家规定发动机功率标定分为：15分钟功率：允许发动机连续运转15分钟的最大有效功率1小时功率：允许发动机连续运转1小时的最大有效功率12小时功率：允许发动机连续运转12小时的最大有效功率持续功率：允许发动机持续运转时的最大有效功率时间越短，功率值应越大。,发动机特性：发动机性能指标随调整情况及运转工况而变化的关系。其中随调整情况而变化的关系称为调整特性如：柴油机供油提前角调整特性汽油机点火提前角调整特性随运转情况而变化的关系称使用特性(或运行特性)发动机主要特性包括：负荷特性、速度特性、调速特性、万有特性等。用来表示特性的曲线称为特性曲线，它是评价内燃机的一种简单、直观、方便的形式。,第二节发动机的负荷特性,转速不变时，其性能指标随负荷而变化的关系。用曲线表示负荷特性曲线负荷率：发动机发出的转矩与在该转速下最大转矩之比，用百分数表示。一、柴油机的负荷特性（一）定义当柴油机保持某一转速不变，移动喷油泵齿条或拉杆位置，改变每循环供油量b时，B、be随负荷而变化的关系。,（二）曲线特性,（1）主要工作参数的变化,供油量增大,供油量增大，燃烧速度增大，热损失降低,指示效率增大，机械损失率不变，机械效率增大,柴油机的充气量与负荷无关,（2）be=f（Pe)曲线的变化,1点：最小油耗点柴油机空转时，be无穷大；b，m，使be，到1点时，be达到最小。3点：冒烟界线点最大功率点b继续，燃烧恶化，致使be。到达2点时，排气冒黑烟，到达国家法规规定的烟度限值。2点：切点功率点标定功率点既能获得较大功率，又能使耗油率降低。,二、汽油机的负荷特性,（二）曲线特性（1）主要工作参数的变化,节气门开度增大，进气阻力降低，充气效率增大。指示效率增大，机械损失率不变，机械效率增大。节气门开度增大，燃烧速度增大，热损失降低。中等负荷时供给经济混合气。,（2）be=f（Pe)曲线的变化,怠速时m=0,be=;(m=1-Pm/Pi)负荷燃烧速度-it机械损失相对-mbe直至bemin。负荷再增加,a-itbe又上升。负荷混合气量a所以B,三、负荷特性的意义,1、评价不同类型的发动机的经济性经济性好的要求：（1）bemin较小；（2）负荷特性曲线在bemin附近要平坦。柴油机经济性比汽油机好，bemin大约低20%-30%。2、提高汽车经济性的途径提高汽车的负荷率。在动力性足够时，尽量选用功率较小的发动机。3、柴油机功率标定对车用柴油机，其功率标定应在冒烟界限点；对工程机械用柴油机，其功率标定在最低油耗点。标定是指根据整车的各种性能要求(如动力性、经济性、排放及辅助功能等)来调整、优化和确定整车上各ECU(包括发动机和各子系统ECU)的运行及控制参数的控制算法.,第三节发动机的速度特性,发动机在油量调节机构（油量调节齿条、拉杆或节气门开度）保持不变的情况下，主要性能指标（Ttq、Pe、be）随发动机转速而变化规律。节气门开度最大或喷油泵齿条位置处于最大供油位置时，发动机的速度特性称为全负荷速度特性，或外特性，其它称为部分负荷速度特性。,（一）外特性柴油机发出扭矩的多少，主要取决于b的大小。Ttq曲线变化平稳,比汽油机的Ttq曲线平坦。Pe与Ttq、n成正比,由于Ttq变化平坦，在一定的转速范围内，功率几乎与转速成正比增加。,一、柴油机的速度特性,Ttq的变化主要取决于循环供油量的变化柴油机部分负荷特性曲线，与外特性曲线平行且位于其下方.,（二)部分负荷速度特性,190%负荷275%负荷355%负荷,汽油机的外特性是在节气门全开时测得的,曲线上每一点表示它在此转速下的最大功率及最大扭矩，故它代表内燃机的最高动力性能，所有汽油机均需做外特性曲线。转速由低速开始上升时，Ttq随转速的升高而下降较快。工作参数中，对Ttq影响最大的是c，即Ttq的大小主要取决于进入气缸的混合气量。Ttqc/aPeTtqnbe1/itm,一、汽油机的速度特性,汽油机的速度特性曲线,节气门开度越小，Ttq曲线越陡，且最大功率点向低速方向移动。,三、外特性的意义,(一)评价发动机的动力性发动机的动力性指标高的要求：1.从外特性曲线及最大功率Pemax，看后备功率,第四节发动机的转矩适应性转矩适应性系数：发动机的外特性曲线上最大转矩Ttqmax与标定转矩（或最大功率时的转矩）Ttqn之比值KT=Ttqmax/Ttqn转矩储备系数=(Ttqmax-Ttqn)/Ttqn100%KT1,评价汽车不换档，发动机爬坡能力和克服短期超负荷的能力。,KT大，工作越稳定。汽油机Ttq陡，稳定性优于柴油机。,发动机最大转矩对应的转速对克服阻力的影响,Ttq,（二）评价发动机的工作稳定性,由转矩储备系数来评价，大，意味着转矩曲线较陡，工作稳定性好。不同的车用发动机对后备功率、n的要求不同，轿车要求后备功率大，对、n不要求；载重车考虑经济性，后备功率不大，但、n要高。,第五节车用柴油机的调速特性,一、柴油机上安装调速器的必要性1、怠速转速不稳；2、怠速易熄火；3、高速易飞车造成上述问题的根本原因是b随转速的增加而增加，所以调速器工作时，b应随转速的增加而减少。,2、调速特性,定义:在调速器起作用时,柴油机的性能指标(Pe、Ttq、be)随转速或负荷而变化的关系。,2调速特性曲线,Ttq,1、定义：只在最低转速和最高转速时才起作用的调速器。2、调速特性,三、两极式调速器,Ttq,第五节发动机的万有特性,1、为了能在一张图上全面表示内燃机性能，经常应用多参数特性，即万有特性。2、应用最广的万有特性里以速度做横坐标，平均有效压力（或扭矩）做纵坐标。在坐标内做出若干条等耗油率曲线和等功率曲线，组成曲线族。3、做法：柴油机通常通过负荷特性法做出万有特性图，而汽油机通常用速度特性法做出万有特性图。,1、同时确定发动机最经济的转速和负荷。2、等be曲线的形状与分布的影响（1）最内层为最经济区，曲线越向外，经济性越差。（2）等be曲线横向长，转速范围宽等be曲