发动机原理复习提纲讲解Word文档下载推荐.docx
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循环
做功
能力
的评
价指标
指示功
一个实际循环中工质
对活塞所做的有用功
平均指示压力pmi
单位气缸容积一个循
环所做的指示功
平均指示功率Pi
内燃机单位时间内所做
的指示功。
i:
汽缸数；
n:
发动机转速（r/min）；
τ：
冲程数
循环的
经济性
指标
指示热效率ηit
实际循环指示功Wi与所消耗
的燃料热量Q1之比值
指示燃油
消耗率bi
指示燃料消耗率bi是指单位指示功的耗油量，通过以每千瓦小时的耗油量表示[g/（kW•h）]。
有效指标：
以发动机曲轴输出功率为基础的性能指标，称为发动机的有效指标。
动力性
有效功率Pe
曲轴对外输出的功率
平均有效压力pme
单位气缸工作容积输出的有效功
升功率PL
发动机单位气缸工作容积所输出的额定功率
有效热效率μet
实际循环对外输出的有效功与为获得此有效功所消耗的热量之比
有效燃油消耗量be
单位时间内为了获得单位有效功率所消耗的燃油量[g/（kW•h）]
排放指标
在发动机热工转换过程中，由于燃烧而造成的有害排放物向环境直接排除的允许排放量的限制指标
发动机的热平衡:
是指发动机实际工作过程中所加入气缸内的燃料完成燃烧时所能放出的热量的具体分配情况。
发动机理论循环的定义
发动机的机械损失组成、影响因素————刘忠俊
发动机的机械损失组成包括：
发动机内部相对运动件的摩擦损失；
驱动附件的损失；
换气过程中的泵气损失。
影响因素：
气缸内最高燃烧压力（凡是导致最高燃烧压力上升的因素都将加大摩擦损失，导致机械损失加大）；
转速——转速N上升，机械损失功率增加，机械效率下降；
负荷——随负荷减少，机械效率ηm下降，直到空转时，有效功率Pe=0；
润滑条件和冷却水温度；
发动机技术状况。
理论循环的比较
1）初始态p1、T1、压缩比、加热量Q1相同
pmaxv>
pmaxm>
pmaxp
Q2P>
Q2M>
Q2V
ηv>
ηm>
ηp
结论：
当压缩比一定时，应提高循环加热的压力升高比λ，即增加等容加热
部分所占比例。
故欲提高混合加热循环热效率，应增加定容部分的加热量。
2）初始态p1，T1、最高压力p3（p4）相同
Q2V>
Q2M>
Q2P,ηp>
ηm>
ηv
结论：
1）最高压力受限制时（机械强度），通过提高压缩比ε，或增大定压加热过程的加热量（控制喷油正时），可提高循环热效率。
2）柴油机比汽油机更接近等压循环，而且pmax远高于汽油机，柴油机经济性能远优于汽油机。
在实际过程中，由于汽油机受最高压力及爆震的限制，压缩比低于柴油机，即最高压力低于柴油机，所以柴油机热效率高于汽油机。
（前述）
循环热效率及其影响因素
循环热效率
指热力循环所获得的理论功与为获得理论功所加入的总的热量之比
意义：
评定循环经济性
循环热效率主要取决于混合气的形成方式和燃烧放热规律，及其与压缩比的最佳匹配
有效指标的分析：
PPT第一章77页到89页
提高发动机动力性和经济性的方法：
PPT第一章113页到118页
难点4.汽车发动机机械效率的测定方法（p24-26）（ppt第一章发动机的性能93-105页）
首先，机械效率的定义
所以通过测量机械损失来测量机械效率。
常用方法如下。
1.示功图法
在发动机试验台架上由测功器测得有效功率，通过燃烧分析仪或示波器测得缸内压力，经计算得出指示功率，用指示功率和有效功率的差值来确定机械损失。
示功图法一般用于当上止点位置能得到精确校正时才能取得较满意的结果。
示功
详见ppt。
不赘述了
第二章发动机的换气过程
了解换气过程的情况，分析影响充气量的因素，寻找改善换气过程的途径。
1.四行程发动机的换气过程：
四行程发动机的换气过程的划分，配气相位的选择，进排气损失的概念。
2.四行程发动机的充气效率ŋV的概念。
影响充气效率的因素。
汽油机和柴油机的负荷调节方式。
残余废气系数的定义。
3.改进四行程发动机换气过程的措施，减少发动机进气系统阻力的技术措施。
4.汽车发动机充气系数与转速之间的关系。
提高汽油机中低转速动力性的技术措施。
5.进气管的波动效应。
6.进气系统的可变技术。
一.重点
1.四行程发动机换气过程的划分、换气损失与泵气损失
2.充气效率的定义、提高方法
3.汽车发动机配气相位的选择
4.汽车发动机的可变技术
二.难点
1.影响汽车发动机充气效率的因素
2.动态效应定义、分类、原理
3.可变技术种类、技术方案
改进四行程发动机换气过程的措施
合理组织换气过程：
1）保证标定工况和全负荷条件下，吸入尽可能多的充量，以获
得更高的输出功率和转矩。
即提高充量系数φc的问题，这是
换气过程的中心问题。
2）保证多缸机各缸的循环进气量的差异不超出应有的范围，即
多缸机各缸进气不均匀性的问题。
3）应尽量减小不可避免的换气损失，特别是占最大比例的排气
损失。
4）进气后在缸内所建立的流场（旋流场与湍流场），应能满足快
速合理燃烧的要求。
5）换气过程还对解决高、低速性能的矛盾，汽油机混合气组成
和均匀分配，柴油机缸内气体流动等问题，起着重要作用，
因此也影响到汽车的经济性、排放、噪声及乘坐的舒适性等。
减少发动机进气系统阻力的技术措施
进气系统的阻力：
沿程阻力：
管道摩擦阻力，与管长和管内流动面上的表面质
量有关；
（进气管、进气道）
局部阻力：
是由于流通截面大小、形状以及流动方向变化，
在局部产生涡流损失而引起的。
（进气门处，主要损失）
对发动机进气流动过程而言，局部阻力损失较沿程阻力损失更为重要，特别是减少气门圈座处的局部阻力损失对提高充气效率影响尤其重要。
气门座处的流通截面是进气流道中截面最小且截面变化最大、流速最高的地方，局部阻力最大。
进气马赫数Ma：
气门处气流总平均速度vm与当地当时的声速C之比。
时面值：
在气门开启期间随气门升程的变化，气门开启截面积对时间或曲轴转角的积分。
气门的时面值（气门的角面值）=
Af=dt时间内气门开启截面积
时面值（角面值）表示了气门的通过能力。
总体手段：
控制平均进气马赫数，减少气门流通截面处的流动损失；
（减少局部损失）
进气道和进气管、改进空气滤清器。
（减少沿程损失）
1）控制平均进气马赫数，减少气门流通截面处的流动损失
即降低气门座处的流速和改善气门座处的流动状况：
增大时面值
增大气门直径；
增加气门数；
改进凸轮廓线设计，适当增加气门升程；
合理设计气门的结构，减少气门处的流动损失。
2）进气道和进气管的改进
保证足够的流通面积；
保证内壁面过渡圆滑、平稳，避免气流急转弯及截面突变现象；
改善管道表面的光洁度，以减小阻力。
3）进气管形状及进气管长度
进气管形状：
利用进气管形状形成进气涡流和滚流，有利于燃料与空气混合和燃烧快速进行。
但进气流动损失相应增加，导致充气效率下降。
现代发动机的解决方案：
采用电控高压喷射技术，同时改善进气管形状。
进气管长度：
从减少进气流动损失角度，进气管长度越短越好
为充分利用进气波动效应来提高充气效率，不同转速应对应不同的进气管长度。
提高汽油机中低转速动力性的技术措施
个人总结:
减小气门叠开角,防止倒灌,充分利用燃料做功;
使用细长的进气通路,增加小空气流量情况下的进气速度’
加装机械增压机等低转速下效果明显的增压机械
进气管的波动效应（张屹）
四行程发动机换气过程的划分、换气损失与泵气损失
换气过程包括自由排气阶段、强制排气阶段、进气过程和气门叠开四个阶段；
换气损失——等于排气损失与进气损失之和（W+X+Y）
对实际循环示功图的分析中，W以及X、Y的一部分所表示的功损失d，已经在求取平均有效压力pme时包括进去，所以（X+Y-d）称为泵气损失。
1.充气效率的定义、提高方法
充气效率是指每一个进气行程所吸入的空气质量与标准状态下（1个大气压、20℃、密度为1.187kg/m2）占有气缸活塞行程容积的干燥空气质量的比值。
提高方法：
3.
汽车发动机配气相位的选择
1.
影响汽车发动机充气效率的因素
2.
动态效应定义、分类、原理
可变技术种类、技术方案
第三章发动机燃料与燃烧
1.发动机的常用燃料
2.汽车发动机燃料的的种类及指标。
3.馏程、十六烷值、辛烷值的概念及对发动机燃烧过程的影响。
4.汽油和柴油性能差异对发动机的影响。
5.代用燃料及其应用。
6.过量空气系数和空燃比的概念。
7.过量空气系数的使用范围及发展趋势。
8.燃烧的基本知识
9.预混合燃烧和扩散燃烧的基本概念。
1.发动机燃料（汽油/柴油）的指标、性能差异对发动机的影响
2.过量空气系数的概念，汽油机和柴油机的过量空气系数的范围
3.着火过程
4.气相燃烧的类型、定义、特点
1.汽油、柴油的性能差异对汽车发动机的影响
2.链锁自燃着火理论
3.油滴与喷雾燃烧（扩散燃烧）
4.预混合燃烧和扩散燃烧的概念
一、主要内容
1、发动机的常用燃料。
汽油和柴油
2、汽车发动机燃料的种类及指标。
指标：
柴油主要使用性能指标：
汽油主要使用性能指标：
3、馏程、十六烷值、辛烷值的概念及对发动机燃烧过程的影响。
①馏程概念：
馏程表示柴油的蒸发性，用燃油馏出某一百分比的温度范围
来表示。
影响：
●50%溜出温度表示柴油的平均蒸发性。
燃料馏出50%的温度低，说明这种燃料轻馏分多、蒸发快，有利于混合气形成
●90%和95%溜出温度标志柴油中所含难于蒸发的重馏分的数量。
●重馏分过多，燃烧不容易及时和完全；
馏分太轻也不好，将
使柴油机工作粗暴
②十六烷值概念：
是评定柴油自燃性好坏的指标。
当被测定柴油的自燃性与所配置的标准燃料的自燃性相同时，标准燃料中的十六烷值的体积分数就定义为该种柴油的十六烷值。
影响：
但是，十六烷值过大，燃料相对分子质量加大，是燃油的蒸发性变差以及粘度
增加，导致排气冒烟加剧，同时燃料经济性也下降。
③辛烷值概念：
汽油在稀混合气情况下抗爆性的表示单位，在数值上等于在规定条件下与
试样抗爆性相同时的标准燃料中所含异辛烷的体积百分数。
汽油的辛烷值越高，抗爆性就越好，发动机就可以用更高的压缩比，提高发动机功率，增加行车里程数，又可节约燃料，对提高汽油的动力经济性能是有重要意义的
10.代用燃料及其应用。
1）醇类燃料
醇类燃料的特点
1）热值低，但氧含量大（所需空气量少），可保证动
力性能；
2）汽化潜热是汽油的三倍，汽化使进气温度低；
3）抗爆性能好（辛烷值高）；
4）沸点低，易产生气阻；
5）常温下难溶于汽油，需加入助溶剂；
6）甲醇对视神经有损害作用，乙醇对发动机部件有一定的腐蚀作用。
甲醇作为发动机燃料的应用方式
1）甲醇（液体）与汽油、柴油的掺烧；
2）纯甲醇发动机；
3）甲醇裂解气（DM）；
注：
热量由排气余热提供。
4）甲醇裂解气与其他燃料的掺烧。
2）生物柴油
①植物油含氧，理论空燃比比石油燃料低；
②植物油不含硫，不会对零件造成因含硫而引起的腐蚀；
③植物油的成分与柴油相比，碳含量较少，又是含氧燃料，排气烟度在高负荷时比柴油低。
在柴油机中搀入少量的植物油，也可以得到令人满意的性能；
④植物油的十六烷值一般比柴油低，着火较难；
⑤使用纯植物油，极易在喷油嘴处形成积炭。
植物油主要作为柴油替代燃料在柴油机上试用，已在欧洲、美国和中国得到应用；
作为汽油机用油还处在探索阶段。
3）气体燃料
①氢；
②天然气（NG）；
③液化石油气（LPG）；
④工业生产中的气体燃料。
主要是天然气（NG）和液化石油气（LPG）
天然气作为一种车用燃料，价格低廉，而且汽车的有害物排放量低，所以已在城市公交车和出租车中得到广泛应用
2.过量空气系数和空燃比的概念。
1）过量空气系数：
燃烧1KG燃料实际供给的空气量与理论所需要的空气量之比
2）
空燃比：
燃烧时的空气量与燃料量的比值
3.过量空气系数的使用范围及发展趋势。
1）
稀混合气：
>
12）
浓混合气：
<
1
理论混合气：
=1
汽油机：
预混合均匀混合气Φa=0.8-1.2
负荷调节方式为量调节
柴油机：
质调节
一般柴油机：
Φa=1.2-1.6
增压柴油机：
Φa=1.8-2.2
发动机燃料（汽油/柴油）的指标、性能差异对发动机的影响
（1）影响汽油性能的关键性指标：
1）辛烷值——汽油抗爆性的指标；
2）馏程——评价汽油蒸发性的指标；
3）饱和蒸气压；
4）干点及残留量。
（2）影响柴油性能的指标：
1）十六烷值：
评价柴油自燃性的指标；
2）馏程：
与燃烧完善程度及起动性能有密切关系的性质；
3）粘度：
燃料喷射有密切关系的性质；
4）闪点、凝点：
与柴油贮存、运送、使用有关的性质；
5）机械杂质、水分、酸度等：
与柴油机磨损腐蚀有关的性质。
•选用柴油时，应按最低环境温度高出凝点5℃以上，即-20号柴油适用于最低环境温度为-15℃的场合。
其中，十六烷值（对比值）是柴油自燃性好坏的指标。
十六烷值高，自燃性好：
�着火延迟时期短；
�在着火落后时期内，气缸中形成的混合气少；
�着火后压力升高速度低，工作柔和；
�冷起动性能改善。
（3）汽油柴油机性能差异对发动机的影响：
汽油机
柴油机
混
合
气
形
成
影响因素
蒸发性强
蒸发性差、粘度大
形成方式
气缸外
气缸内
负荷调节
混合气的数量
供油量
着
火
与
燃
烧
自燃温度高
自燃温度低
着火方式
火花塞点燃
压缩自燃
压缩比
不能过高，以免引起自燃
较高
燃烧方式
火焰传播的方式燃烧，燃烧时间短
随喷随烧，燃烧时间长
过量空气系数的概念，汽油机和柴油机的过量空气系数的范围。
燃烧1KG燃油实际供给的空气质量与完全燃烧1KG燃油的化学计量空气质量之比为过量空气系数，记作φa
过量空气系数：
过量空气系数的范围:
汽油机的是0.8—1.2，柴油机的通常大于1.2
着火过程：
燃烧之前都有一个准备阶段，即着火阶段。
所谓着火，是指混合气自动地反应加速，并产生温升，以致引起空间某一位置或最终在某个时刻有火焰出现的过程。
使可燃混合物着火的方法有两种：
自燃与点燃，前者是自发的，后者是强制的。
气相燃烧的类型、定义、特点：
气相燃烧可分为预混合燃烧和扩散燃烧两类。
•预混合燃烧是指着火前燃料气体或燃料蒸气与氧化剂（空气）已按一定比例形成混合气。
（火焰传播）
•扩散燃烧是指着火前燃料与氧化剂（空气）是相互分开的，着火后燃料边蒸发边与空气混合边燃烧
内燃机中所有燃烧（气体和液体燃料）都属于这两类燃烧中的某一类或这两类燃烧的组合
•汽油机和气体燃料发动机的燃烧属预混合燃烧方式；
•柴油机的燃烧基本属于扩散燃烧方式，但其燃烧初期有不同程度的预混合燃烧。
链锁自燃着火理论
热着火理论与联锁理论的区别:
热着火理论:
自燃的原因在于热量的积累。
链锁理论（链锁自燃）:
反应自动加速不一定要依靠热量的积累使大量分子活化，通过链锁反应逐渐积累活化中心的方法也能使反应自动加速，直至着火。
链锁反应过程:
链引发:
是指反应物分子分解成为自由原子或自由基（如H、O、OH）等活性中心的过程。
链的传播:
是指已生成的自由原子或自由基与反应物作用，一方面将反应推进一步，同时生成新的自由原子或自由基的过程。
包括直链反应和支链反应。
链的中断:
是指自由原子或自由基与容器壁面或惰性气体分子碰撞，使反应能力减小，不再引致反应。
链的传播方式:
1.直链反应——如果在每一步中间反应中，都是由一个活性中心与反应物作用产生一个新的活性中心，整个反应则是以恒定速度进行的反应。
2.支链反应——如果由一个活性中心引起的反应，同时生成两个以上的活性中心。
这时，链就发生了分支，反应速度将急剧地增长，可达到极快的程度（链锁爆炸）。
3.退化支链反应——烃的氧化反应是先通过直链反应，生成一个新的活性中心和某种过氧化物或高级醛的中间产物，由过氧化物或高级醛引起支链反应。
（柴油机的着火过程）
4.断链反应
链的特点:
1.存在一个诱导期（活性中心积累的过程）；
2.即使在低温下，只要某种原因激发活性中心，便能引起链锁反应（不需要高温）；
3.反应自动加速；
4.可以控制反应速度（控制活性中心的数量，抗爆剂的工作机理）
链锁反应能解释热着火理论不能解释的地方:
根据热着火理论,着火需要热量的累积,但是实际过程中有在低温低压的情况下也能着火的情况,即低温多阶段着火,这无法用热着火理论解释,但是对于链锁反应,可用退化支链反应解释,而高温,可用链锁反应的支链反应解释.这就是链锁反应更加合理的地方.
以下为低温多阶段着火的详细解释图:
油滴与喷雾燃烧（扩散燃烧）
预混合燃烧和扩散燃烧的概念
第四章汽油机混合气的形成与燃烧
1.汽油机燃烧过程的划分。
燃烧速度的概念。
影响燃烧速度的因素。
2.各循环间燃烧变动的概念。
各循环间燃烧变动的评定方法。
影响各循环间燃烧变动的因素。
3.各缸间燃烧差异的概念及影响因素。
4.爆燃的概念。
爆燃产生的原因。
影响爆燃的因素。
表面点火的概念。
爆燃与表面点火的差异。
5.使用因素对燃烧过程的影响。
点火提前角调整特性的概念及应用。
6.汽油喷射系统的组成及各部分的功用。
汽油喷射系统汽油喷射时刻的控制方式。
汽油喷射系统汽油喷射量的控制策略。
7.汽油机典型燃烧室的特点。
汽油机燃烧室设计的基本原则。
1.影响燃烧的使用因素
2.汽油机的正常燃烧、不规则燃烧、不正常燃烧的基本概念。
3.使用因素对燃烧过程的影响。
4.电控汽油喷射系统的工作原理和控制策略，电喷汽油机的混合气形成。
5.汽油机燃烧室设计。
1.爆燃的基本概念及影响因素。
2.电控汽油喷射系统的工作原理和控制策略。
3.分层给气燃烧
.各缸间燃烧差异的概念及影响因素。
各缸不均匀性是用来评价多缸发动机在稳定工况下各缸之间的工作不均匀性。
这种不均匀性是由于各缸之间存在空燃比及充气量的差异而造成的（主要在于各缸进气充量不均匀）。
各缸间燃烧差异导致缸汽油机各气缸不可能在统一的最佳状态下工作，各缸的输出功率不一致，从而影响发动机动力性、经济性以及排放特性。
同时也造成曲轴转速不均匀，是造成汽车振动的主要因素。
（1）混合气成分复杂：
由于外部混合，在汽油机进气管内存在着空气、燃料蒸气、各种比例的混合气、大小不一的雾化油粒以及沉积在进气管壁上厚薄不同的油膜，情况非常复杂，要想让它们均匀分配到各个气缸是很困难的；
（2）各缸进气歧管的差别：
各缸间进气重叠引起的干涉、动态效应等现象，导致各缸进气量、进气速度以及气流的紊流状态等不能完全一致。
（3）进气管的设计：
影响混合气分配不均匀与进气系统所有零件的设计和安装位置都有关系，任何不对称和流动阻力不同的情况都会破坏均匀分配，其中影响最大的是进气管的设计。
5.使用因素对燃烧过程的影响。
使用因素对燃烧过程的影响：
（1）空燃比的影响：
可通过燃料的调整特性来评价（指当转速和节气门开度一定时，点火提前角以及发动机温度状态已调整到最佳状态时，发动机的性能随空燃比的变化规律）φa=0.8~0.9时燃烧温度最高，火焰传播速度最大，爆燃倾向增大。
在φa＝1.03～1.1时，由于燃烧完全，be最低。
使用φa<
1的浓混合气工作，必然会产生不完全燃烧。
当φa<
0.8及φa>
1.2时，火焰速度缓慢，部分燃料可能来不及完全燃烧，因而经济性差。
（2）点火提前角：
①对应于每一工况都存在一个“最佳”点火提前角，这时汽油机功率最大，耗油率最低；
②点火角过大，则大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞所消耗的压缩功增加（输出功率下降），且最高压力升高，末端混合气燃烧前的温度较高，爆燃倾向加大；
③点火过迟，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排温升高，功率、热效率降低，但爆燃倾向减小；
最佳点火提前角的选择，要考虑发动机的整个运行范围能保证最大功率而无爆燃发生。
最佳点火提前角随发动机转速的增大而增大。
（3）转速：
转速上升，紊流增大，火焰传播速度增大，爆燃倾向减少。
（4）负荷：
负荷减少时，进气量减少（节气门，量调节），残余废气所占比例增加，混合气被稀释，火焰速度下降，燃烧恶化，需供给浓混合气；
泵气损失、散热损失增大，经济性下降。
但气缸的温度、压力降低，爆燃的倾向减小。
当负荷减小时，燃烧速度减慢，为保证燃烧在上止点附近完成，需要增大点火提前角。
点火提
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