内燃机知识点

1、第一章1基本概念： 热机是将燃料中的化学能转变为机械功的机器。2按照燃料来分（见书第五页）汽油机，柴油机，CNG 发动机， LPG 发动机，酒精发动机，双燃料发动机，灵活燃料发动机，二甲醚发动机。第二章内燃机的工作指标1工作指标：动力性能指标(功率、转矩、转速)、经济性能指标 (燃料与润滑油消耗率)、运转性能指标 (冷起动性能、 噪声和排气品质)和耐久可靠性指标(大修或更换零件之间的最长运行时间与无故障长期工作能力)。2 示功图的作用：从示功图可以观察到内燃机工作循环的不同阶段(压缩、燃烧、膨胀)以及进气、 排气行程中的压力变化，通过数据处理，运用热力学知识，将它们与所积累的试验数据进行分析比

2、较， 可以对整个工作过程或工作过程的不同阶段进展的完善程度作出正确的判断。因此，示功图是研究内燃机工作过程的重要试验数据。3 指示性能指标 ：一 .指示功：指气缸内完成一个工作循环所得到的有用功Wi二 平均指示压力 :所谓平均指示压力，是指单位气缸容积一个循环所做的指示功(Pa) （物理意义） pmi=Wi/Vs三.、指示功率 Pi：发动机单位时间内所作的指示功。即Pi =Wi / ti =pmiVs / ti四：指示热效率：定义：发动机实际循环指示功与所消耗燃料热量的比值，即： it=Wi/Q1Q1 为得到指示功 Wi 所消耗的热量（ J）。五指示燃油消耗率g (kW h); 是指单位指示功

3、的耗油量，它通常以单位指示千瓦小时的耗油量来表示：bi=(B/Pi) 1034.有效性能指标 :一、机械效率和有效功率机械效率定义：m = Pe / Pi平均有效压力 pme（ Pa， N/m2) 单位气缸容积一个循环所作的有效功即pme = We / Vs三、升功率 PL （kW/L ）在标定工况下，发动机每升气缸工作容积发出的有效功率。即PL= Pe / i Vs5 由吸入空气量计算平均有效压力:两个重要的无量纲系数充量系数 c 定义：c = m1 / msh = M1 / Msh = V1 / Vs过量空气系数 a: a=m1/gb*logb 为每循环燃料供给量， kg；Q gbm1(过

4、量空气系数的定义)c msh(充气效率的定义 )cVs sa l 0al 0al 0其中：s为进气管状态下的空气密度。而 p miW iQ1itVsVsQ1 etp meVs其中，Q 1c VSs H ug b H ua l0pmecets H ua l0其中， H u 、s的单位分别为J / kg 、 kg / m 3； pme为 Pa。实用上，取出H u、 s的单位为k J/kg 、 kg/L , 则 p me ( MPa )为：cets H up mel10006 机械损失的组成部分及影响因素: 1.活塞与活塞环的摩擦损失2. 轴承与气门机构的摩擦损失 3. 驱动附属机构的功率消耗4.风

5、阻损失 5. 驱动扫气泵及增压器的损失升功率推导：由（2-16）和（2-18）P Lp men1itH u303104cms nal 0H u 变化不大 l 0P LKits n1cma而 衡量经济性的指标为b e ，由（2 -24）求得：b e3 .61 0 6K2H uitmi tm据此，可以进行提高发动机动力性和改善经济性的途径分析。提高内燃机动力性能与经济性能的途径:一、提高发动机转速-增加单位时间作功次数二、采用增压技术 -增加进气密度三、提高内燃机的机械效率四、改善换气过程-提高充量系数c五、采用二冲程 -增加单位时间作功的冲程数六、改善燃料性能七、合理组织燃烧过程-提高循环指示效

6、率it第三章内燃机的工作循环1.详细论述理想循环与实际循环的差别？内燃机的实际热力循环是燃料的热能转变为机械能的过程，它由进气、压缩、燃烧、 膨胀和排气等多个过程所组成。在这些过程中，由燃料与空气组成的工质，无论在质或量上都时刻发生着变化，伴随着各种复杂的物理、化学过程，同时，机械摩擦、散热、燃烧、节流等引起的一系列不可逆损失也大量存在，要准确地从理论上描述内燃机的实际过程，在目前条件下还是十分困难的。为了分析内燃机中燃料热能利用的完善程度及其主要影响因素，进而为提高能量利用率指明方向，通常将实际循环进行若干简化，忽略一些次要的影响因素， 并对其中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过程如可

7、燃混合气的准备与燃烧过程等 进行简化处理， 从而得到便于进行定量分析的假想循环或简化循环，通常称之为内燃机的理论循环。2 柴油的理化性质 ;柴油能够自行着火的性质， 称之为柴油的自燃性，柴油的自燃性用十六烷值衡量。十六烷值的评定方法：（用两种自燃性能截然不同的标准燃料进行比较）正十六烷 C16H34 ，自燃性很好，十六烷值定义为100；-甲基萘 C11H10，自燃性很差，十六烷值定义为0。我国的国标中对轻柴油的标号，即是按照柴油的凝点来规定的汽油的理化性质 :1)挥发性 表示： 汽油的饱和蒸气压 2)抗爆性 :燃料对于发动机发生爆燃的抵抗能力称为燃料的抗爆性。 汽油的抗爆性是以辛烷值来表示的，

8、 我国车用汽油的代号就是以辛烷值命名的。5 辛烷值试验方法 :在专用的试验机上，将所试油料的爆燃强度同标准混合液 (异辛烷与正庚烷按一定比例混合的混合液 )的爆燃强度相比较，当两者相同时，标准混合液中所含异辛烷的体积分数，即为所试油料的辛烷值。6,1）、残余废气系数r=mr/mo2 、排气再循环率排气再循环率定义为参与再循环的排气质量占新鲜充量的百分比。EGR=mEGR/m17 后燃以及不完全燃烧损失 :实际循环： 由于供油系统供油不及时、 混合气准备不充分、 燃烧后期氧气不足等原因而导致燃烧速度减缓， 仍有部分燃油在气缸压力达到最高点后继续进行燃烧，称之为后燃。8 燃烧效率的定义为：燃料在该

9、系统内经燃烧反应所释放出的总热量与燃料所能释放的总能量之比 .第四章内燃机换气过程配气相位：气门打开时刻和关闭时刻的曲轴转角。一排气提前：提前开启的必要性分析由于受配气机构的结构限制， 气门在开启过程中只能逐渐加大其流通截面： 如果排气门刚好在膨胀行程下止点时开启， 则排气门流通截面增加过缓， 气缸压力下降迟缓， 活塞在向上止点回行时将造成较大的反压力， 增加排气行程所消耗的功。 所以，内燃机的排气门往往都在膨胀行程到达末期前， 即活塞到达下止点前的某一位置提前开启， 称为排气提前： 排气提前角为 30o80o(CA)二随着活塞的上行，排气门流通截面开始逐渐减小，气体流经气门的节流作用加强，因

10、而在上止点附近， 气缸压力再次升高，其直接后果是， 排气所消耗的功与缸内的残余废气量都增加了，这对于换气与燃烧过程都不利。因此，排气门不允许刚好在活塞到达上止点时关闭，而应当在上止点后一定角度时关闭，这就是 排气迟闭 。排气迟闭期间， 可以利用缸内气体流动惯性从气缸内抽吸部分废气，实现过后排气， 但由于到达上止点后活塞已开始下行，气缸容积不断增加， 过大的排气迟闭会导致废气倒流。当废气从气缸流出的流动过程刚刚停止时，就是理想的排气门关闭时刻，排气门迟闭角为 10o70 o(CA)三从进气门开启到关闭的全过程都是进气过程。为了使在进气过程开始时， 进气门有一定的流通截面， 以减少进气过程的阻力，

11、增加进入的新鲜充量， 进气门一般也在上止点前提前开启，称为进气提前，进气提前角为10 40（ CA ）。四为了利用进气管内气流的流动惯性，进气门在下止点过后的一定角度时延迟关闭，即进气迟闭，以实现气缸的过后充气。这样，有可能在进气过程终了时，使缸内压力等于或略高于进气管压力。进气迟闭角一般为20 60（ CA ），高速时应大一些。在排气行程上止点附近出现进、排气门同时开启的特殊现象，通常将这一现象称为气门叠开。作用：一方面，有利于扫除缸内的残余废气，增加气缸充量，达到扫气目的；另一方面，又可以降低燃烧室内气缸盖、排气门、活塞顶、缸套的温度。尽管带走的热量不多，但对于这些受热严重且冷却困难的关键

12、零件，其效果却是显著的。4 根据充量系数的定义：ml(1 r ) ma (1r ) aVacmshsVsm sh提高充量系数的措施：1.降低进气系统的阻力损失，提高气缸内进气终了时的压力。（最为重要的影响因素）2.降低排气系统的阻力损失，以减小气缸内的残余废气系数。减少高温零件在进气系统中对新鲜充量的加热，以降低进气终了时的充量温度。4.合理的配气正时和气门升程规律5 提高充量系数的技术措施： (一 )降低进气系统的流动阻力 (二 )采用可变配气系统技术 (三 ) 合理利用进气谐振 (四 )降低排气系统的阻力 (五) 减小对进气充量的加热6 发动机增压的正面作用;（1）提高了动力性，改善了经济

13、性（ 2）比质量减小，升功率增加 （ 3）提高材料的利用率，经济效益增加（4）排气噪声有所降低（ 5）高原恢复功率（ 6）排放性能改善（ 7）燃烧柔和，燃烧噪声降低（ 8）技术适应性广发动机增压的负面作用:1）机械负荷和热负荷增加2）低速时扭矩小，不利于工程机械和车用发动机3）加速响应性能较差4）发动机与增压器及中冷器的匹配复杂7 增压的方式（ 1）机械增压（ 2）废气涡轮增压 （ 3）气波增压（ 4）复合增压8 发动机增压技术的优势与代价:优势 :1)增压器的质量与尺寸都较小，内燃机的总体质量增加不大，而输出功率可以以得到大幅度的提高，整机的比质量减小、升功率相应增大。采用增压技术可降低内燃

14、机单位功率的造价，提高材料的利用率。 对于大型柴油机而言，经济效益更加突出。2)由于与非增压内燃机相比，排气可以在涡轮中获得进一步的膨胀，的排气噪声有所降低。3)增压后，有利于内燃机在高原稀薄空气条件下恢复功率，以达到或接近平原性能。 4)增压后，由于压缩终点温度与压力提高，滞燃期缩短，压力升高比有所降低。燃烧柔和，燃烧噪声有所降低。5)过量空气系数较大， HC 、CO 和烟度排放降低 6)技术适用性广，从低速到高速、二冲程到四冲程、大缸径到小缸径都有应用.代价 :1)增压后缸内工作压力以及温度提高，机械负荷及热负荷加大，内燃机的可靠性受到严峻的考验。2) 低速时由于排气能量不足，可能会使发动

15、机的低速转矩受到影响以及车用发动机十分不利。3)由于在涡轮增压器中，从排气能量的传递到进气压力的建立需要内燃机的加速响应性能较非增压机型差。4)增压发动机性能的进一步优化受到增压器及中冷器的限制，其中增压器的问题集中在材料、耐热性能、润滑、效率等方面，而中冷器则要求体积小、效率高、质量轻。9 内燃机的增压改造 : 1压缩比与过量空气系数: 增压内燃机应适当降低压缩比,增压内燃机可适当加大过量空气系数2供油系统 :需要增加每循环的供油量 3配气系统 :应合理地加大配气系统的气门叠开角4、进排气系统 : 进排气系统的设计，要与增压系统的要求相一致。* 增压内燃机的进气管容积希望尽可能大一些，以减少

16、进气压力的脉动，从而提高压气机效率和改善发动机的性能。5、增压空气的冷却 :一般利用中冷器10 二冲程内燃机的换气特点:1)换气时间短(2)进、排气过程同时进行(3)扫气消耗功大 (4)二冲程汽油机的HC 排放高第五章内燃机混合气的形成和燃烧1内燃机缸内气体运动的形式基本上分为四大类-涡流、挤流、滚流和湍流2进气涡流 :在进气过程中形成的，绕气缸轴线有组织的气流运动，称为进气涡流。 其大小由进气道形状和发动机转速决定3点燃式内燃机的燃烧 :1火花点火过程 :击穿过程，电弧过程，辉光放电过程4燃烧过程：第I 阶段 1-2称为着火阶段，指电火花跳火到形成火焰中心阶段。第 II 阶段 23称为急燃期

17、，是指火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段第 III 阶段 34称为后燃期，它相当于急燃期终点3 至燃料基本上完全燃烧点4 为止5不同工况下燃烧过程的特点：一、点火提前角不同时的燃烧过程：最佳点火提前角，这时发动机功率最大， 燃油消耗率最低。 要考虑到发动机的整个运行范围能保证最大功率而无爆燃发生。二、混合气浓度不同时的燃烧过程：在 a=0.80.9 时，滞燃期最短，火焰传播的平均速率最高。在 a=1.031.1 时，燃油消耗率达较佳值a=1 时获得完全燃烧。三、负荷不同时的燃烧过程：随着负荷的减小，最佳点火提前角要提早(图 5 14)。四、转速不同时的燃烧过程：使在转速增加时，增大点火提前角燃

18、烧的循环变动：1、燃烧循环变动现象 ：在发动机以其某一工况稳定运行时， 这一循环和下一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、燃烧循环变动的表征参数3、产生燃烧循环变动的原因：1) 燃烧过程中气缸内气体运动状况的循环变动2) 每循环气缸内的混合气成分4、降低燃烧循环变动的措施:1) 多点点火有利于减少压力的循环变动。组织进气涡流能增加燃烧速率，从而达到减少循环变动的目的。提高发动机转速，在气缸内形成更强烈的湍流也能减少循环变动。采用化学计量空燃比，由于火焰温度和传播速度比较高，因此压力变动最小。采用燃油电控喷射技术 (特别是多点燃油喷射 )可

19、改善循环之间的混合气浓度不均匀性，达到降低循环变动的目的。采用快燃、速燃燃烧技术，提高火焰的传播速率，有助于减小燃烧循环变动；加大点火能量、优化放电方式、采用大的火花塞间隙，有助于减小循环变动。7 爆燃:在某种条件下(如压缩比过高)，汽油机的燃烧会变得不正常，缸内压力曲线出现高频、大振幅波动。8 汽油机爆燃与柴油机工作粗暴性的异同 :柴油机的工作粗暴性发生在急燃期始点， 压力升高比大， 但气缸内压力还是均匀的； 而汽油机的爆燃是发生在急燃期的终点， 气缸内有压力波冲击现象。9 爆燃最容易在燃烧室中离开正常燃烧最远的地方以及具有高温的地方( 如排气门和积碳处 )发生10 运转因素对爆燃的影响:1

20、 点火提前角增加，爆燃倾向加大。 2 转速增加时， 爆燃倾向减小 3 负荷减小， 爆燃倾向减小4a 0.80.9 时爆燃倾间最大， 过浓或过稀的混合气有助于减小爆燃。 5 沉积物的存在使爆燃倾向增加.11 结构因素对爆燃的影响: 气缸直径 ,火花塞位置 ,气缸盖和活塞材料,燃烧室结构12 防止爆燃的方法: 1) 推迟点火；2) 缩短火燃传播距离，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。13 表面点火 : 不依靠

21、电火花点火， 而是由于炽热表面(如过热的火花塞绝缘体和电极、排气门，更多的是燃烧室表面炽热的沉积物)点燃混合气而引起的不正常燃烧现象.激爆是由燃烧室沉积物引起的爆燃性炽热点火，这是一种危害性最大的表面点火现象。15 表面点火和爆燃的区别： 1 表面点火和爆燃是两种完全不同性质的不正常燃烧现象； 2 爆燃是终燃混合气自燃产生，时间发生在电火花点火之后； 3 表面点火是炽热物点燃混合气所致，时间发生在电火花点火之后（后火、 爆燃性表面点火）或之前 （早火、 爆燃性表面点火）16表面点火和爆燃的联系： 1 两者存在着某种相互促进的关系；2 强烈爆燃必然增加气缸壁传热，促成炽热点形成，导致表面点火；3

22、 早火使压力升高比和最高燃烧压力增加，使未燃混合气受到较大的压缩和传热，促使爆燃发生。17防止表面点火的主要措施 :1) 选用沸点低的汽油和成焦性小的润滑油；2) 降低压缩比；3)避免长时间的低负荷运行和汽车频繁加减速行驶；4) 应用磷化物为燃油添加剂，使沉积物中的铅化合物形成磷酸铅，从而使碳的着火温度提高到560，且氧化缓慢，放出热量少，减少激爆的发生。18续走（ running on ） -停不了机19燃烧室设计的一般要求 :(1) 经济性好。(2) 燃烧放热率曲线等容度高。(3)对大气的污染 (4)动力性高。(5) 不出现爆燃与表面点火等不正常燃烧。(6)燃烧循环变动小。(7)工作柔和，

23、燃烧噪声小。(8) 满足速燃要求。(9)稀燃能力强。(10)起动性好。 (11)瞬态特性好。 (12)EGR的承受能力强。20 分层燃烧概念:合理组织燃烧室内的混合气分布压燃式内燃机的燃烧 :滞燃期 ,急燃期 ,缓燃期 ,后燃期影响滞燃期的因素： 1、压缩温度和压力 2、喷油定时 3、转速影响 4、增压压力影响 5 起动影响23 降低燃烧噪声的措施:降低燃烧噪声的根本措施是适当降低压力升高比,1、缩短滞燃期2、减小滞燃期内的喷油量3、减少滞燃期内形成的可燃混合气数量24 压燃式内燃机的燃烧室:直接喷射式燃烧室和分隔式燃烧室。第六章内燃机的代用燃料一、液体代用燃料(一 )醇类燃料(二 ) 二甲醚

24、( Dimethyl Ether ，缩写 DME)(三 ) 煤制油(又称合成汽油和合成柴油)(四 ) 生物柴油二、气体代用燃料(一 )石油气 (LPG)(二 ) 天然气 (NG)(三) 氢气三、电能(一 ) 电动汽车（ Electrical Vehicle ，缩写 EV ）(二 ) 混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle ，缩写(三 ) 燃料电池汽车（Fuel Cell Vehicle ，缩写 FCV ）第七章内燃机的燃料供给与调节HEV）1 概念几何供油规律 :几何供油规律是指从几何关系上求出的单位凸轮转角 (或单位时间喷油泵供入高压油路中的燃油量随凸轮转角 (或时间 t)的变化关系。它完全由柱塞的直径和凸轮型线的运动特性决定。)2 概念喷油规律: 喷油规律是指在喷油过程中，单位凸轮转角入气缸的燃油量随凸轮转角(或时间 t)的变化关系( 或单位时间)从喷油器喷3 最大循