汽车发动机2工程师培训3

1、汽车发动机汽车发动机 2掌握内燃机工作过程掌握内燃机工作过程 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 2.1汽油机工作循环 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Wk 2) 换气损失W和Wr 3) 燃烧损失Wz 4)传热损失Wb （2016判断）发动机压缩比越高，热效率越高；绝热指 数越高，热效率越高 （对） 2.2汽油机进气流动与可变进气汽油机进气流动与可变进气 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；

2、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。 2.2.1四冲程发动机的换气过程 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 2.2.2四冲程发动机的充气四冲程发动机的充气效率效率/系数系数 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） 影响充气影响充气效率效率的因素的因素 1、压缩比、压缩比 v 2、进气终了状态、进气终了状态 Pa v Ta v 3、残余废气系数、残余废气系数r rv 4、大气状态、大气状

3、态 Po Pa Pa/ Po变化不大变化不大 v变化不大变化不大 To Ta To/Ta 变化不大变化不大 v变化不大变化不大 但是，由于PoTo使G故发动机没劲。 5、转速、转速n n流速流速流动阻力流动阻力pav 6、负荷负荷 汽油机（量调节）负荷汽油机（量调节）负荷 进气阻力进气阻力 v 柴油机（质调节）负荷柴油机（质调节）负荷 进气阻力变化不大进气阻力变化不大 v 变化不大。变化不大。 7、配气相位、配气相位 n惯性惯性进气滞后角不足，惯性未被利用进气滞后角不足，惯性未被利用 n惯性惯性进气滞后角有余，新气易倒流进气滞后角有余，新气易倒流 进气滞后角进气滞后角获最大获最大v的转速提高的

4、转速提高 提高充气效率的措施提高充气效率的措施 1、减小进气系统的阻力、减小进气系统的阻力 Pa v （1）减小空滤器的阻力）减小空滤器的阻力 （2）减小化油器的阻力）减小化油器的阻力 （3）减小进气管、道的阻力）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）减小进气门的阻力 增大进气门直径增大进气门直径 增加进气门数目增加进气门数目 增加进气门升程增加进气门升程 改善气门头与杆的过渡形状改善气门头与杆的过渡形状 2.减小排气系统的阻力减小排气系统的阻力 3、合理进气予热、合理进气予热 柴油机进、

5、排气管分两侧布置 4、合理配气相位、合理配气相位进气迟闭角进气迟闭角 5、可变进气系统、可变进气系统 可变配气相位可变配气相位 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 可变进气管道：进气谐振可变进气管道：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。 可变气门正时可变气门正时 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

6、传感器有 曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和 VVT传感器。 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。 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

7、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。 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 谐振谐振提高充气效率 组成：进气歧管谐振腔 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

8、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。 可变进气歧管 长进气道长进气道 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。 可变进气歧管 短进气道短进气道 发动机在高转速时，空气流经 短进气道，可提高充气效率。 奔驰SLK发动机可变进气歧管 奔驰SLK发动机可变进气歧管 宝 马 新 7 系 的 发 动 机 进 气 管 例题 1. （2008-2013，2015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

9、 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 2.（2013）判断：增加发动机进气温度可以提高充气 效率？（错） 3.（，2015）充气系数和气缸容积成正比？（错） 4.（，2014）发动机在排气结束时，气缸内压力小于 外界大气压？（错） 5. （多选）可变气门驱动的好处有（2010） A.改变进气晚关角，提高中低速外特性转矩 b.变气门重叠角，改善低速和怠速稳定性 c.改善部分负荷燃油经济性 d.改善配气系统的可靠性 6.（多选）改善汽油机低速扭矩的措施至少有 （ ）等（2010） A.多气门供气；b.较小的进气流通截面； c.高压缩比；d.长进气管 7.（2013

10、）简述可变气门的作用，目前主要采用哪两 大类方式以发挥可变气门机构的主要作用？ 8.发动机设计时，合理组织换气过程的目的是什么 （2011问答题） 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 2.3汽油机混合气浓度对动力性 经济性和排放的影响 2.3.1汽油机燃烧过程 1）着火延 迟期 2）速燃期 3）后燃期 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

11、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。的可燃混合气叫做稀混合气。 (一)燃烧简介 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: 预混合燃烧： 在滞燃期内，若喷入气缸的燃料在着火前已蒸 发，并与空气混合，那么这部分燃料的燃烧称 作为预混合燃烧 扩散燃烧： 柴油机的大部分燃料是在着火后喷 入气缸的，它处于一边与空气混合一边燃烧的 情况。由于混合过程比反

12、应速率慢，因此，燃 烧速率取决于混合速率，着火后喷入气缸的燃 料的燃烧叫扩散燃烧。 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。 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. (二)汽油机的着火 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。 （三）汽油机混合气的形成 2.3.2混合气浓度 过量空气系数 我国使用 空 燃 比国外常用 混合气成分对发动机性能的影 响

13、 混合气浓度发动机性能 =1 （理论混合气） 实际上，汽油不能完全燃烧 1汽油完全燃烧 =1.051.15油耗最低 1.15混合气可以完全燃烧，但燃 烧速度慢，功率下降 1.3-1.4 （火焰传播下限） 火焰无法传播 =0.85-0.95燃烧速度快，热损失小，功 率最大；但不完全燃烧，油 耗大；冒黑烟；排气放炮 =0.43-0.85过浓，功率下降 0.4空气量极少，无法燃烧 功率最大功 率混合气（浓） 油耗最低经 济混合气（稀） 2.3.3汽油的性质 物理特性：物理特性： 粘度小、流动性好、自润性差粘度小、流动性好、自润性差 使用性能指标：使用性能指标： 蒸发性：能被蒸发的性能。饱和蒸汽压蒸发

14、性：能被蒸发的性能。饱和蒸汽压 热值：热值：1kg燃料完全燃烧后所产生的热量。燃料完全燃烧后所产生的热量。 标号：标号越高，抗爆性越强。一般用研究法辛烷值标号：标号越高，抗爆性越强。一般用研究法辛烷值 表示。表示。 抗爆性：在燃烧中，避免产生爆燃的能力。（辛烷值抗爆性：在燃烧中，避免产生爆燃的能力。（辛烷值 越高，抗爆性越强）越高，抗爆性越强） （2010判断）冬天供给的汽油的饱和蒸汽压应高于夏判断）冬天供给的汽油的饱和蒸汽压应高于夏 天供给的汽油的饱和蒸汽压？天供给的汽油的饱和蒸汽压？ 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 评定指标是辛烷值。 在汽油机燃 烧过程中,

15、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。 辛烷值 标准燃料由标准燃料由异辛烷和正庚烷异辛烷和正庚烷的混合物组成。异辛烷的混合物组成。异辛烷 抗爆性优良，辛烷值定为抗爆性优良，辛烷值定为100；正庚烷抗爆性低劣，；正庚烷抗爆性低劣， 辛烷值为辛烷值为0。将这两种烃按不同体积比例混合，可。将这两种烃按不同体积比例混合，可 配制成辛烷值由配制成辛烷值由0到到100的标准燃料。的标准燃料。 在辛烷值试验机中测定试样的辛烷值时，提高压缩在辛烷值试验机中测

16、定试样的辛烷值时，提高压缩 比到出现标准爆燃强度为止，然后，保持压缩比不比到出现标准爆燃强度为止，然后，保持压缩比不 变，选择某一成分的标准燃料在同一试验条件下进变，选择某一成分的标准燃料在同一试验条件下进 行测定，使发动机产生同样强度的爆燃。当确定所行测定，使发动机产生同样强度的爆燃。当确定所 取标准燃料如恰好是由取标准燃料如恰好是由70%异辛烷和异辛烷和30%正庚烷组正庚烷组 成的，则可评定出此试油的辛烷值等于成的，则可评定出此试油的辛烷值等于70。 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

17、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 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 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

18、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。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火花塞的位置和热值 冷却水道布置冷却水道布置 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。 :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点火提前角 、负荷、转速等措施。 预防措施 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

19、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； 习题 1.内燃机速燃期的气缸压力达到最高，温度也达到最高？ （错） 2.（，2014）混合气浓度越浓，发动机产生的功率越 大？（错） 3.汽油机不正常燃烧有什么现象？原因是什么？ 4.适当减小提前角可减少爆震发生？(对） 5.（2010判断）汽油机转速升高，爆燃倾向减少？ （对） 6. （2011）推迟提前角可减少爆震，也可以消除表面 点火引起的不正常燃烧？

20、（错） 7.（2006，2013单选）对于汽油发动机，其理 论空燃比约为（ ）：1 1.0；13.8；14.7；15.6 8.（2007判断）汽油机出现排气管放炮现象可 能是某缸失火造成的？（对） 9.（2007单选）对于汽油机，下面四项中属于 功率空燃比的为（ ） 1）1.2:1；2）12.7:1；3）14.7:1；4）18:1 10.（2014多选）汽油机非正常燃烧主要有： 爆燃；表面点火；冒黑烟；冒蓝烟 11.（2010简答）为什么汽油机的点火提前角简答）为什么汽油机的点火提前角 在一定转速下随负荷减小而增大，在一定节气在一定转速下随负荷减小而增大，在一定节气 门开度下随转速升高而增大？

21、门开度下随转速升高而增大？ （1）转速增加时，转速增加时，按曲轴转角计的着火延按曲轴转角计的着火延 迟期增大；迟期增大；火焰传播速度加快，易产生爆燃的火焰传播速度加快，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，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。爆燃趋势减弱。（2）负荷减少时，进气压力负荷减少时，进气压力 降低，残余废气增加，降低，残余废气增加，着火延迟期增大；同时着火延迟期增大；同时 火焰传播速度下降，燃烧的最高温度压力下降，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；爆燃趋势减弱； 2.3.4汽油机的燃烧室 2.4 柴油机的燃烧过程 柴油机

22、工作过程的特点: 1.吸入气缸的是新鲜空气,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. 且混合时间极短; 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; 2.4.1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 2）雾化性：粘度 但粘度低,则容易形成混合气。若粘度过低,会

23、加 剧喷油泵及喷油器之间的精密偶件表面之间的磨损 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 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。 (一)柴油机的着火 2.4.2柴油机的燃烧过程 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）柴油机的燃烧过程 着火延迟期 速燃期 缓燃期 补燃期 （三）影响柴油机燃烧过程的主要因素 1.燃油性质 十六烷值在4060之间 2.

24、 雾化质量 喷油率“先急后缓”,则初期放热率高,压力升 高率增大,工作粗暴,但热效率升高。 喷油率“先缓后急”,则初期放热量少,压力升 高率、缸内最高燃烧压力都下降,热效率也下降。 3. 喷油规律 适当组织工质的运动,可以提高燃油的蒸发速度, 促进 可燃混合气的形成,空气运动可以促使油束分散,增大混合 的范围,加快燃烧速率,改善经 济性。但是,组织进气涡流要 消耗能量,还会使充气效率降低。挤气涡流在工作过程中衰 减较快,它的影响效果相对小些。另一方面,涡流过强,散热 损失也会增加, 当燃烧室工作温度较低时,会导致着火延迟 期的增长。 改善换气过程,提高充气效率,对于促进可燃混合气的 形成、改善

25、燃烧和排放都是有利的。 4. 燃烧室内的工质运动和换气质量 5. 燃烧室的热力状态 发动机转速升高时,虽然由于工作温度的升 高而改善了燃烧,但因高压油管内燃油压力波 的 传播速度不变,所以,喷油角及喷油持续期将随之 增大,最终导致放热率滞后,热效率降 低,排气温 度升高,烟度增大。因此,随着转速的升高,应将 供油提前角增大。 6. 转速 7.负荷 加大提前角 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。 2.5柴油机缸内气体流动 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。 柴油机混合气形成的理想过程应该是：燃 料喷入燃烧室

26、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 续喷入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。 扩散燃烧 （一）空间雾化混合方式: 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。 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。 （二）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

27、混合形 成均匀混合气的方式,称 为油膜蒸发混合方式。 油膜蒸发混合方式的优点: 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。 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。 （2012单选）下面不属于柴油机特征的 是： 扩散燃烧；压燃；分层燃烧；预混燃烧 影响混合气

28、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。 （三）影响混合气形成的主要因素 1)油束的射程L 2)雾化质量 3)油束的锥角 (2)衡量油束雾化质量的三个参数: 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 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 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 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