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文本内容:
汽车发动机原理第一章发动机的性能第1节发动机理论循环实际工作过程的抽象寻找提高发动机性能的基本方向简化条件
1、理想气体
2、闭口系统,封闭循环
3、绝热压缩,绝热膨胀
4、定容加热,定压加热,定容放热
1、定容加热循环a-c绝热压缩c-z定容加热z-b绝热膨胀b-a定容放热ε压缩比;VaVh+Vcε==VcVcVa气缸总容积Vc气缸压缩容积Vh气缸工作容积λ压力升高比;Pzλ=Pck绝热指数;1循环热效率ηT=1-εk-1εkPa循环平均压力Pt=λ-1ηTε-1k-
12、定压加热循环a-z1绝热压缩;z1-z2定压加热;z2-b绝热膨胀;b-a定容放热;循环热效率循环平均压力
3、混合加热循环:a-c绝热压缩;c-z1定容加热;z1-z2定压加热;z2-b绝热膨胀;b-a定容放热;ρ预膨胀比;Vzρ=Vz1δ后膨胀比;Vbδ=Vz
四、理论循环的分析
1、压缩比压缩比提高循环热效率,循环平均压力都能提高当压缩比大于12时,循环热效率上升得缓慢当压缩比提高时,最大爆发压力增加,汽油机全发生不正常燃烧,压缩比只能在6~11之间
2、绝热指数K K提高循环热效率提高空气K=
1.4浓混合气K下降,ηT下降稀混合气K上降,ΗT上降
3、加热量Q1定容加热循环加热量增加,则压力升高比增加,当压缩比一定时,放热量同时增加,Q2/Q1不变,因此,循环热效率不变但是,实际发动机当负荷增加时,每循环所消耗的燃料增大,即加热量增高,而气体的K值随温度的增高而减少,使热效率降低只有在负荷一定的一定范围内,热效率的变化不大加热量增加,压力升高比增加,循环平均压力增加定压加热循环加热量增加,预膨胀比增加当压缩比一定时,预膨胀比增加,循环热效率下降,循环平均压力增加加热量越多,循环所做的功越多但是,最后所加的部分热量的时间距上止点越远,该加热量作功的机会越少,即膨胀比越小,因而循环热效率减少实际柴油机在重负荷时内部热效率减低,除了随预膨胀比的关系外,还有K随温度而变化的影响温度增加,K值下降,循环热效率下降混合加热循环加热量对热效率的影响比较复杂循环热效率的高低决定于加热后工质膨胀比的大小,膨胀比越大,即工质膨胀越充分,则热效率越高而压缩比高只不过是提高膨胀比的一个条件混合加热循环中,总的加热量一定,而定容加热和定压加热的比例不同时,则热效率不同当总的加热量一定时,定容加热部分越大,即压力升高比越大,则循环热效率越高结论
1、增加压缩比,可以提高工质的最高温度,扩了循环的温度梯度,达到了发动机较大膨胀比,因而提高了循环热效率,但是,循环热效率的提高随压缩比的增加而逐渐降低
2、增大压力升高率,可以增加混合循环中等容部分的加热量,提高了热量的利润率,因而也提高了循环热效率
3、压缩比和压力升高率的增长,将伴随着最高循环压力的急剧上升
4、增大预膨胀比,可以提高循规蹈矩环平均压力,但是由于等压部分加热量增加,而这部分加热量是在膨胀比孤低的情况下加入的,因而循环热效率随之降低
3、指数K越大则循环热效率越高
4、现有水平柴油机ε=12—22,Pz=5—14Mpa,λ=
1.3—
2.2汽油机ε=6—11,Pz=3—
8.5Mpa,λ=
2.0—
4.0第2节四冲程发动机的实际循环四冲程发动机示功图
1、进气过程进气终点压力Pa,排气终点压力Pr汽油机Pa=(
0.8~
0.9)P0Ta=340~380k柴油机Pa=(
0.85~
0.95)P0Ta=300~340k增压柴油机Pa=(
0.9~
1.0)PK,Ta=320~380kPK=(
1.3~
1.6)P0进气终了时的进气温度Ta高于大气温度进气压力越高,进气温度越低,表示进入气缸的空气越多燃烧过程可能放出的热量也越多,发动机的动力性越好
2、压缩过程增大工作过程的温差,获得最大限度的膨胀比,提高热效率,为燃烧过程创造有利的条件多变指数n1汽油机
1.32~
1.38高速柴油机:
1.38~
1.40增压柴油机
1.35~
1.37多变指数n1主要受到与气缸壁热交换及工质泄露情况的影响气缸壁温度越低n1越低转速越高,n1越高漏气越严重,n1越低Pc=Pa*εn1Tc=Ta*εn1-1Pc(Kpa)Tc(k)ε汽油机800-2000600–7506-10柴油机3000-5000750–100014-22增压柴油机5000-8000900–110012-15密封问题起动问题
3、燃烧过程Pz(kpa)Tz(k)汽油机3000~65002200~2800柴油机4500~90001800~2200增压柴油机9000~
130004、膨胀过程多变指数n2汽油机
1.23~
1.28柴油机:
1.15~
1.28多变指数的影响因素补燃的多少,工质与缸壁间的热交换及漏气转速高,补燃增多,温度和漏气减少,n2下降燃烧不良,补燃增多,n2下降漏气增多,n2上升缸径下降,相对散热表__增加,传热增加,n2上升汽油机柴油机δ后膨胀比Pb(kpa)Tb(k)汽油机300~6001200~1500柴油机200~5001000~1200
五、排气过程汽油机和柴油机Pc=(
1.05~
1.20)P0kpa废气涡轮增压柴油机Pr=(
1.05~
1.20)Pkkpa汽油机Tr=900~1100k(627~827c)柴油机Tr=700~900k(427~627c)排气温度用来检查发动机工作状态正功,负功,泵气损失增压机都是正功第三节实际循环的评定—指示指标以工质在气缸内对活塞做功为基础
1、平均有效压力Pmi指示功Wi实际循环工质对活塞所做的有用功Pmi发动机单位气缸工作容积的批示功A活塞__S活塞冲程汽油机700~1300(kpa)柴油机650~1100(kpa)增压柴油机900~2500(kpa)
2、指标功率发动机单位时间所做的指标功τ冲程数,四冲程为4,二冲程为
23、指标热效率ηi和指标燃油消耗率bi汽油机ηi
0.25 -
0.40bi205-320g/kw.h柴油机:ηi
0.40-
0.50bi170-205g/kw.h第3节发动机经济性和动力性的评定有效指标:以曲轴对外输出的功率为基础.
1、动力性能
1、有效功率PePe=Pi-Pm(Pm机械损失功率)
2、有效扭矩TiqPe=
0.1047Tiq*n*10-
33、平均有效压力Pmi单位气缸工作容积输出的有效功平均有效压力是发动机动力性的重要指标标志着发动机的工作过程__及工艺的完善程度汽油机650~1200(kpa)柴油机600~900(kpa)增压柴油机800~2200(kpa)汽车用通常为900~1300(kpa)
4、转速n和活塞平均速度CmSnCm=(m/s)30汽油机〈15m/s柴油机〈13m/sn、Cm、S/D值的范围nCmS/D小客车汽油机5000~800012~
180.7~
1.0载重车汽油机3600~450010~
150.8~
1.2汽车柴油机2000~50009~
150.75~
1.2增压柴油机1500~40008~
120.9~
1.
32、发动机经济性能
1、有效热效率Weηe=Q
12、有效燃油消耗率bi(g/kw.h)ηebi汽油机
0.25~
0.3270~325柴油机:
0.3~
0.4214~285增压柴油机
0.4~
0.45190~
2183、发动机强化指标升功率PL(kw/L)和比重量me(kg/kw)强化系数Pme*Cm(Mpa.M/S)第五节发动机其它性能评定第六节机械效率Pm占Pi10~30%.
1、机械效率PePmePmPmmηm===1-=1-PiPmiPiPmi汽油机
0.7~
0.9柴油机
0.7~
0.
852、机械损失的测定
1、倒拖法1)、发动机与电力测功机相连;2)、稳定运转,转速稳定,冷却水温度,机油温度正常;3)、熄火,电力测功机转化成电动机;4)、拖动发动机,维持冷却水和机油温度不变;5)、测拖动功率,(各种转速);测量条件现着火运转条件不同精度较高可测各种转速的机械效率可测各种附件的机械损失汽油机误差±5%柴油机误差较大
2、灭缸法仅适用于多缸机1)、发动机稳定工况运转;2)、测发动机功率;3)、停一缸;4)、恢复转速;5)、测Pe1;6)、依次停某缸,重复3)以后的工作Pi1=Pe-Pe1Pi2=Pe-Pe2 ......Pi=Pi1+Pi2+.......=iPe-Pe1+Pe2+......则Pm=i-1Pe-Pe1+Pe2+......柴油机精度较高误差±5%汽油机进气影响较大
3、油耗线法发动机转速不变,测负荷特性误差大,仅适用于柴油机
3、影响机械损失的因素
1、气缸内的最高燃烧压力环,环背压,侧压力,轴承负荷;零件加大,惯性力增加;凡是导致爆发压力上升的因素都将增加机械损失,压缩比、燃烧规律、喷油规律、点火提前角、喷油提前角等
2、转速和活塞平均速度转速增加,磨擦损失增加,惯性力增加,侧压力增加,轴承负荷增加泵气损失增加,附件损失增加
3、负荷转速一定时,负荷减小,Pmi下降而Pmm变化很小,所以机械效率下降车用发动机经常在高转速低负荷下工作,因此,提高其机械效率尤其重要
4、气缸尺寸和数目当发动机的活塞平均速度保持不变量,机械损失随缸径加大而减少多缸机附件损失小,机械效率较高
5、润滑油品质和冷却水温度粘度对磨擦损失有重大影响粘度大,磨擦损失大润滑油应保证良好的润滑状态冷却水温度80~95OC第七节热平衡
1、实际循环热平衡图1-19提高实际循环热效率的途径1提高压缩比汽油机提高压缩比受爆燃的限制柴油机提高压缩比受最大爆发压力和__精度的限制
2、__良好的燃烧过程,减少燃烧不完全汽油机的技术障碍是稀燃柴油机的技术障碍是混合气的形成和__燃烧良好的燃烧过程
2、发动机的热平衡表1-3形式qeqsqrqbqt汽油机25~3012~2730~500~
4.53~10柴油机30~4015~3525~450~52~5增压柴油机35~4510~2525~400~52~5第2章发动机的换气过程
1、换气过程410~480OCA自由排气,强制排气,进气,燃烧室扫气自由排气阶段的划分从排气门打开到缸内压力与管内压力相等到时自由排气阶段的特点
1、自由排气阶段前期,至P/Pr=1.__3时为排气过程的超临界状态
2、超临界排气时期,废气流量与排气管内压力无关,只决定于气缸内气体的状态和气门有效开启__
3、排气速度很高,当排气温度为700~1100k时,可达500~700s/m
4、废气排出时在60%以上强制排气阶段强制排气需要消耗功排气提前角(30~80OCA),排气迟闭角(10~35OCA)进气过程进气提前角(0~40OCA),进气迟闭角(40~70OCA)气门重叠利用燃烧室扫气,防止废气倒流配气定时图2-
22、换气损失图2-
31、排气损失自由排气损失(w),强制排气损失(y)降低排气损失的方法减少排气系统的阻力减少排气门处的流动损失
2、进气损失__X进气系统的阻力,进气过程中气缸压力低于进气管压力泵气损失图中x+y-d第二节四冲程发动机的充气效率
1、充气效率ηV充气效率是评价不同发动机换气过程__的完善程度的指标实际进入气缸的新鲜充量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量的比值进气状态非增压机是当时当地的大气状态增压机是增压器出口状态⊿mV1ηV==⊿msVsV1测量发动机每小时的实际充气量(m3/h)Vs=Vh/1000*i*n/2*60Vh工作容积n转速i缸数柴油机
0.75~
0.9汽油机:
0.70~
0.
852、影响充气效率的因素残余废气系数γ进气过程结束时气缸内残余废气量与气缸中新鲜充量的比值
1、进气终点压力PaPa高ηV大Pa=Ps-⊿Pa⊿Pa=λ*ρ*V2/2⊿Pa进气系统阻力引起的压力降λ阻力系数V流速λ、V2增大,⊿Pa增加,Pa下降汽车发动机工况的变化包括转速变化和负荷变化节气门开度一定而转速增大时,Pa下降当车速一定(发动机转速一定),外界负荷变化时,由于柴油机和汽油机负荷调节方式不同,因而对充气效率的影响不同柴油机负荷调节方式是质调节空气量不变,改变喷油量当转速不变,进气无节流,⊿Pa基本不变,Pa基本不变,ηV基本不变汽油机负荷调节方式是量调节改变节气门的开度调节进入气缸内混合气的量的多少节气门开度小,虽然转速一定,但节流损失加大,Pa下降,ηV下降迅速
2、进气终点温度TaTa增高,ηV下降
3、残余废气系数γγ增多,ηV下降燃烧恶化,对经济性排放指标的影响压缩比上升,残余废气系数下降增压柴油机0.00~0.03非增压柴油机0.03~0.06汽油机:0.06~0.16Pr高γ上升ηV下降Pr决定于排气系统阻力汽油机低负荷,γ大大增加
4、配气定时选择最佳的配气定时进气迟闭角影响最大
5、压缩比压缩比增加,残余废气减少,充气效率有所增加
6、进气状态进气温度Ts(T0)增高,新鲜充量加热少,充气效率增大进气压力Ps下降,若进气阻力不变,进气终点压力Pa下降,Pa/Ps比值基本不变,对充气效率影响不大实际上Ts(T0)上升,Ps(P0)下降,实际进气量减少这是由于定义中的同一进气状态下引起的第三节减少进气系统阻力
1、进气门处的流动损失
1、时面值时面值为∫fdt=1/6*n∫fdφ气体流量为m=ρVm∫fdt=ρVm*1/6*n∫fdφ
2、进气马赫数M进气门处气流平均速度Vm与该处音速之比VmM=aVm实际进入气缸的新鲜充量与进气门处的效时面值之比ηvVSVm=F(t)F(t)=μmFm(t)(tC-tO) =μmFm(t)(θC-θO)/6/n经推导DCmM∝()2daμm(θC-θO)D活塞直径D气门直径θC、θO气门关和开的角度充气效率与平均马赫数的关系当M为
0.5左右时急剧下降
3、加大进气门直径控制气门处进气流速65~70m/s,轿车75m/s进气门大排气门小排气流速100m/s多气门结构
4、适当增加气门升程,设计良好的配气凸轮型线适宜的配气相位
2、进气道和进气管敏感区进气涡流流通__,流动阻力汽油机燃料的蒸发与雾化,分配进气管的形状对充气效率有影响
3、空气滤清器的阻力滤清效果与原始阻力的矛盾
4、化油器的阻力雾化与阻力的矛盾第四节合理选择配气定时进气迟闭角对ηv影响最大
1、充气效率与转速间的关系某一转速充气效率的最大值,在这一转速,能够充分利用惯性充气,高之,惯性增加,但气门已关,不能进入,同时流动阻力增加,充气效率下降低之,惯性减小,充气效率下降
2、不同的进气迟闭角对发动机动力性的影响加大进气迟闭角,高转速充气效率增加,最大功率增加,但中低速动力性能下降减小进气迟闭角,最大扭矩提高,而且向低转速__,但牺牲了最大功率调整进气迟闭角可以调整充气效率与转速间的关系,从而调整发动机不同转速时的动力性能高速机进气迟闭角加大,提高发动机的高速性能高速柴油机加大进气迟闭角,会引进压缩终点的温度降低,影响发动机的起动性能
3、排气提前角的选择保证排气损失最小,排气门尽量晚开,加大膨胀比,提高热效率自由排气时间不宜太长(10~30O)以减少泵气损失高速机同样的自由排气时间(以S计),所相当的曲轴转角大,应加大排气提前角
4、气门重叠角的选择非增压机20~60O增压机80~160O高速机应加大气门重叠角车用发动机低速小负荷时进气管真空度大,为防止废气倒流,改善低速性能和怠速稳定性,气门重叠角小车用增压发动机为利用燃烧室扫气加在气门重叠角,提高充气效率以提高发动机的高速性能然而,为保证发动机的低速性能,宜采用较小的气门重叠角
5、可变配气相位问题第五节进气管动态效应利用进排气管中发生的压力波动,是提高高转速时的充气系数的有力手段之一进气管越长,由于进气阻力增大,充气系数理应下降,但是,实际上情况并非如此,适当的管长,在特定转速下充气效率会提高
1、惯性效应气门初开缸内产生负压进气管内产生很大的负压气缸内产生膨胀波传到开口,形成反射压缩波当压缩波反射到气缸后,使气缸内压力上升如果管长适当,使膨胀波发出到期压缩波回到气缸处所经历的时间正好与进气管从开启到关闭所需的时间配合,使压缩波到达气缸时,进气门正好处于关闭前夕,从而提高了进气压力,达到增压的目的
2、波动效应进气门关进气管内产生压缩波(正)传到管口反射膨胀波(负)(由于边界条件开口型)又向进气门处反射,若气门尚未打开,则边界条件为封闭型,反射膨胀波(负)传到管口反射压缩波(正)再向气门处反射,周而复始,气波在进气管中来回传播,进气门处的压力时高时低如果正压力波与下一循环的进乞过程重合,就能使进气终了时压力增高,因而提高充气效率
3、转速与管长
4、排气管动态效应排气门打开初期,在排气门处产生正压缩波并向管口端传播,在出口端又返回负膨胀波,若能在排气过程后期,特别是气门重叠期,使排气门端形成稳定的负压,便可减少缸内残余废气和泵气损失,并有利于新气进入气缸排气压力波传播速度快,在适用范围内,需要配以长的管路
5、实用问题
1、单缸机好用
2、多缸机的干涉现象
3、特定转速作用大第6节可变技术第七节二行程发动机的换气过程
1、二行程发动机的换气过程特点
1、换气过程仅有130~150OCA为四行程的1/3~1/
42、用新鲜充量扫除废气
3、换气过程__比较困难扫气泵类型
1、曲轴箱扫气曲轴箱压缩比
1.3~
1.55充气效率
0.6~
0.7Pb=108kpa左右
2、扫气泵Pk=109~150kpa
3、废气涡轮增压Pk=140~200kpa
2、换气系统的基本型式
1、横流扫气
2、回流扫气
3、直流扫气第三章燃料与燃烧第1节发动机的燃料第2节燃料的使用
1、柴油
1、低温流动性和雾化性1)、凝点我国轻柴油是根据凝点编号的2)、粘度粘度大,流动困难,泵油不可靠,燃料除气困难,雾化变差,导致燃料与空气混合不均匀,降低功率和经济性粘度低,润滑不良,漏油增加,贯穿度下降
2、蒸发性和发大性1)、馏程喷入燃烧室中的燃料是在汽化以后着火燃烧的,从燃料喷入燃烧室到开始燃烧的着火__期中燃料的蒸发速度和蒸发量与燃料的蒸发性有很大的关系,而蒸发速度对柴油机混合气形成速度影响很大高速柴油机混合气形式时间极短,对燃料的蒸发性要求极高馏分组成过重的燃料不易蒸发完全,不能极时形成均匀的工作混合气补燃增多,且未蒸发的燃料在高温下发生热分解,形成难于燃烧的碳粒,结果发动机排气温度增高,热损失增加,积炭严重,排气冒烟馏分过轻,发火性差,着火__期中蒸发量大当火焰出现时,所有已喷出的轻馏分都几乎瞬时参加燃烧,结果压力升高率增大,柴油机工作粗暴预燃室涡流室可以用较重馏分柴油,直喷式反之2)、自燃性(发火性)柴油机要求自燃性好的,即着火__期短的燃料十六烷值,评定自燃性指标低十六烷值柴油滞燃期长,压力升高比大,引起工作粗暴,加速机件的磨损高十六烷值柴油,馏分重,燃料的蒸发性差,易裂化,以致排烟,同时燃料消耗率增加高速机40~
503、柴油的品种和规格
2、汽油
1、汽油的蒸发性10%馏出温度越低,低温起动性越有利,但抗汽阻能力差50%馏出温度越低,暖机,加速性,分配性越好进气管内有一半左右燃料蒸发90%馏出温度越低,燃烧好积炭少90%馏出温度越高,易稀释机油,充气系数降低,有效功率降低,爆燃倾向加强,蒸发潜热增加
2、汽油的抗爆性抗爆性指标辛烷值(66#、70#、74#、76#、80#、85#、90#、93#等)抗爆剂四乙铅汽油的规格
3、代用燃料甲醇,乙醇等第三节燃料热化学
1、1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量1gCgHgOL0=(+-)kmol/kgfuel0.211243218L0‘=gC+8gH-gOkmol/kgfuel
0.
2332、过量空气系数αL燃烧一公斤燃料实际提供的空气量α==L0理论上所需空气量汽油机α=
0.8—
1.2柴油机:α=
1.2—
1.6车用α=
1.8—
2.2增压空燃比:A/F=空气量/燃料量汽油:α=1时A/F=
14.9
三、α1时完全燃烧的产物gHgO1汽油机△M=+-kmol/kgfuel432MTgHgO柴油机△M=+kmol/kgfuel
4321、液体燃料燃烧后分子数目增加了△M
2、α1时,△M仅与燃料中含H和O数量有关,与α和C的含量无关
3、α1,只在汽油机中存在,此时空气不足以将燃料完全燃烧一般假定燃烧时氧气先将H氧化,后将C氧化成CO,再有氧气则进一步把CO氧化成CO2因此不完全燃烧主要表现在燃烧产物中存在CO实际上,发动机中的情况不完全是这样的在燃烧产物中总有H2,HC化合物以及C烟存在,甚至α1时也不能绝对完全燃烧.第四节燃烧的基本知识在高速内燃机中,燃烧过程的持续时间是非常短暂的例如,曲轴转速3000r/min,每转达1/50秒的时间,假定燃烧过程从上止点前300结束,即占CA600,那么一共只有1/300秒燃烧过程必须在这样短的时间内完成如果燃烧不完全,就引起化学损失,燃料中的一部分化学能不能被利用,同时使排气中出现不完全燃烧产物如果燃烧迟缓,不能保证燃料在上止点附近烧完,那么就使燃烧过程的最高压力和温度下降,排气温度上升,引起热力学损失,降低循环的热效率同时这时与燃气接触的冷却__增大,增加了散热损失因此,要求使燃烧过程在活塞位于上止点附近短时间内进行完全,以保证发动机有良好的动力性
1、着火烃燃料低温多阶段着火τ1冷焰诱导期,τ2冷焰,τ3兰焰烃燃料高温单阶段着火τ1
二、预混合气中的火焰传播
1、层流火焰传播0.4——0.5m/s
2、紊流火焰传播火焰前锋有皱折
2、油滴与喷雾燃烧非预混的,不均匀的扩散型燃烧第四章汽油机混合气的形成与燃烧燃烧过程是将燃料的化学能转变成热能的过程燃烧过程影响动力性,经济性,排气污染,噪声,振动,起动性,使用寿命第一节汽油机燃烧过程
1、正常燃烧
(一)、正常燃烧过程着火延迟期1~2点影响着火延迟期的因素
1、燃料本身的分子结构和物理化学性能
2、开始点火时气缸内气体的温度和压力,这和压缩比有关,压缩比大,则延时期短
3、过量空气系数α=
0.8~
0.9时最短
4、残余废气系数增大,则使延时增加
5、气缸内混合气运动愈强,则稍有增长
6、火花能量的大小着火时间可用控制点火提前角的办法来达到着火延时期对汽油机工作的影响不大,这与柴油机不同明显燃烧期,2~3点3点是最高压力点dP压力升高率,dφ代表发动机工作粗暴程度,振动和噪声水平3点的位置对发动机功率,经济性有很大的影响明显燃烧期短,越靠近上止点,动力性越好,但PZ值大,压力升高率大,振动和噪声加大排放性能差明显燃烧期20O—30O3点在上止点后12O—15O较好dP值175—250kpadφ后燃期3点以后过后燃烧时燃烧速度下降,缸内压力下降
(二)、燃烧速度与火焰传播速度燃烧速度是指单位时间内燃烧的混合气量dm=ρTVTATdtρT末燃混合气密度,VT火焰传播速度,AT火焰前锋__火焰传播速度火焰前锋相对于管壁的绝对速度处决于层流火焰传播速度和混合气紊流脉动速度层流火焰速度一般很小例如n=4500r/min燃烧持续时间为
1.5*10-3S距离80mm要求VT为53m/s为层流速度的30余倍图4-20,正常燃烧时火焰前锋位置影响紊流火焰传播速度的因素
1、发动机转速转速提高,缸内紊流增加,火焰传播速度几乎于转速正比于转速
2、过量空气系数αα=
0.85-
0.95火焰传播速度最大,功率混合比α=
1.03-
1.1火焰传播速度下降不多,经济混合比α=
1.3-
1.4火焰传播下限α=
0.4-
0.5火焰传播上限
3、进气压力进气压力增加,火焰传播速度增加
4、进气温度进气温度越高,火焰传播速度有所增加
5、燃烧室型式燃烧室表__与容积比越小,则散热__越小,火焰传播速度越高
6、火花塞位置一般装在较冷的区域,或燃烧室__
7、混合气中的废气量增加,火焰传播速度下降
(三)、不规则燃烧
1、循环间的变动循环间的变动反映了不同循环间的压力变化,同时也反映了不同循环间的平均指示压力和最大爆发压力变化图4-7影响循环变动的因素1)α值α=
0.8-
0.9,变动最小稀燃的障碍2)负荷低负荷变动大γ值加大,燃烧情况不好3)加强紊流,提高转速,变动量小4)点火系统的差异点火能量,多点点火次级线圈的电压升高率火花塞间隙,电极形状点火时刻,点火位置
2、各缸间的差异主要原因是燃料料分配不均,进气量,进气速度,扰动强度,燃烧室已何条件(压缩比,形状,火花塞位置),进气管形状,制造差异,流动差异
(四)、燃烧室壁面熄火作用HC的主要来源减少燃烧室面容比(F/V)
2、不正常燃烧
(一)、爆燃特征缸内特殊的金属撞击声,冷却水过热,严重时功率下降,油耗上升原因
1、未端混合气受压和热幅射
2、形成新的火焰中心
3、高速压力波轻微爆燃,100-300m/s,强烈爆燃,800-1000m/s影响爆燃的因素爆燃的发生完全处决于末端混合气的温度,压力,时间
1、燃料的性质辛烷值
2、末端混合气的压力和温度末端混合气的压力和温度高,爆燃倾向大,压缩比大,缸内压力和温度高易爆燃铝缸盖末端混合气的压力和温度低,爆燃倾向小
3、火焰前锋传播到末端混合气的时间提高火焰传播速度,缩短火焰传播距离,有利于降低爆燃倾向大缸径发动机火焰传播距离大,易爆燃
(二)、表面点火燃烧室炽热表面点燃混合气早燃没有冲击波,敲缸声比较沉闷图4-
123、使用因素对燃烧的影响
1、混合气浓度α=
0.8-
0.9功率混合气α=
1.03-
1.1,经济混合气α=
0.8-
0.9火焰传播速度快,但混合气着火__期短,爆燃倾向大
2、点火提前角点火提前角调整特性当汽油机保持节气门开度,转速以及混合气浓度一定时,汽油机功率以及耗油率随点火提前角改变而变化的关系最佳点火提前角增加,最大爆发压力增加,温度增加,爆燃倾向增加最佳点火提前角减少,后燃增加最大爆发压力下降,最大爆发温度下降,排气温度增加,热效率下降,爆燃倾向小
3、转速转速增加,紊流强度增加,火焰传播速度增大,爆燃倾向小转速增加应该加大点火提前角,采用离心调节器
4、负荷量调节负荷减小,残余废气不变,火焰传播速度下降,燃烧恶化采用真空调节器负荷小,最大爆发压力增加,温度增加,爆燃倾向小
5、大气状况大气压力低,充量减少,混合气浓,动力性经济性差大气温度高,充量减少,混合气浓,动力性经济性差易发生气阻,应加强冷却第二节汽油机混合气的形成汽油机混合气形成的方式
1、化油器式
2、汽油喷射式量调节采用节流阀开闭来调节混合气的数量
1、化油器混合气的形成
(一)、怎样实现理想化油器特性
1、理想化油器特性全负荷,节气门全开,浓混合气,A/F=12~14,α=
0.8-
0.94中等负荷,节气门部分开,稀混合气,随负荷增加逐渐变稀,50%开度后变化不大A/F=17左右,α=114左右怠速,节气门接近全闭,浓混气,A/F=10-
12.4,α=
0.67-
0.
832、真空度喉管真空度进气管真空度节气门开度一定,转速升高,二者均增加;图4-18节气门关闭时,进气管真空度大,喉管真空度接近于是0节气门开启时喉管真空度加大,进气管真空度下降随着节气门开大,两者接近,最后,喉管真空度可超过进气管真空度图4-
193、简单化油器特性简单化油器,图4-20简单化油器特性,图4-21空气流量=μaf__aρa=μafa2ΔPnρn燃油流量Mf=μfffVfρf=μfff2ΔPn-gHρfρf空燃比A/F=__/Mf=μafa/μfffΔPn/ΔPn-gHρf/ρa/ρf当ΔPngHρf时,燃油未流出当ΔPn稍大于gHρf时,燃油被吸出,但ΔPn/ΔPn-gHρf值极大,A/F极浓随着ΔPn加大,ΔPn/ΔPn-gHρf值下降,并逐渐趋向1,A/F随ΔPn增大而变浓理想化油器特性与简单化油器特性比较,小负荷太稀,大负荷太浓
4、主供油系的校正渗入空气法校正系统,图4-22泡沫管,渗入空气图4-23进入油井的空气使主量孔两端的压差减小促进雾化空气量孔的作用改变了简单化油器燃料流出单纯受喉管真空度限制的状况
5、满负荷加浓与怠速加浓图4-25,4-
266、调整试验燃烧调整特性在一定节气门开度和一定转速下,发动机功率的燃油消耗率随燃料消耗量或过量空气系数而变化的曲线Pe=f(GT),be=f(GT)
1、最佳点火提前角
2、由浓至稀到不能稳定工作A点,最大功率点鱼钩曲线,包络线,理想负荷B点,最低油耗点曲线,选择不同的主量孔和空空气量孔(
2、)化油器的运行工况
1、加速加速泵
2、急减速降低HC节气门缓冲器
3、起动起动加浓阻风门
2、汽油喷射系统
(一)、系统简介系统的组成
1、空气系统
2、燃料系统
3、控制系统图4-35
(二)、空气系统根据空气流量检测方式可分成
1、L方式,直接通过空气流量传感器检测空气流量
2、D方式,通过进气管真空度间节测量空气流量常用的传感器有叶片式,__风速式,卡门涡街式节流阀调节负荷节气门开启位置的转角__送入计算机空气阀并联冷起动时增加旁路空气,提高怠速转速,加快暖机过程有双金属型,石腊型
(三)、燃料系统电动汽油泵,喷咀,压力调节器多点喷射,单点喷射
(四)、控制系统
1、控制系统的组成图4-43各类传感器,电器和电控单元(ECU)组成图4-44汽油喷射按时间方式分类同时喷射,分组喷射,顺序喷射
2、油量的计量与控制控制系统的任务在于根据测得空气流量,转速及其它__计量供油量,保证该工况所需的空燃比由于喷油量与喷油时间成正比,因而控制系统也可以看成是对喷油时间的计量和控制图4-45喷射时间TR=TP+TM+TV(p86-88)TP基本喷油时间TM修正喷射时间TV电压修正时间氧传感器,对理论空燃比进行反馈控制图4-53
三、两种混合气形成方式的比较汽油喷射系统的优点
1、精确
2、雾化好
3、加速性和排放性能好
4、各缸分配均匀性好
5、提高了充气效率,有利于改善整机的动力性第三节燃烧室
一、对燃烧室的基本要求
1、结构紧凑面容比,F/VF/V小,1)、火焰传播距离小,不易发生爆燃,可提高压缩比2)、相对热损失小,热效率高3)、熄火__小,HC排量小
2、具有良好的充气性能注意进排气门布置,与气道的配合
3、火花塞位置要安排适当新鲜气扫除火花塞周围的废气排气门附近传播火焰面合理距离短
4、燃烧室形状合理分布dP与有关dφ与ηV有关
5、要有适当的紊流运动火焰传播速度增大,冷却未端混合气,减少循环变动,减少HC进气涡流进气道形状决定,影响充气效率进气涡流对缩短着火延迟期,加速初始火焰传播,提高点火可靠性有好处但涡流不强,(
0.5~1)圈,对明显燃烧时期影响较小受负荷影响,小负荷时,进气涡流不强挤流压缩上止点利用挤气间隙,将混合气挤入燃烧室形成涡流提高明显燃烧时期火焰传播速度,缩短燃烧时间HC生成问题比较复杂
6、未端混合气要有适当的冷却,防止爆燃和早燃
3、典型燃烧室
1、浴盆形F/V较大,火焰传播距离较大,故压缩比不高,燃烧时间拖长dp小,动力性,经济性不高HC多NOXdφ工艺性好
2、楔形燃烧室紧凑充气效率较高,动力性经济性较好低速性能稳定(火花塞在高处,进排气门之间)dp高,NOX高,HC亦较高dφ
3、半球型紧凑,F/V最小,火焰传播距离最小充气效率高,动力性经济性好,HC少,高速性好压力升高率大配气机构复杂工艺复杂
4、新型燃烧室火球型,碗型,TGP,双火花塞,德士古,CVCC等第五章柴油机混合气形成和燃烧第一节柴油机燃烧过程
1、燃烧过程
1、着火延迟期
0.0007~
0.001S为了降低爆发压力和燃烧燥声以及改善冷起动性应适当缩短着火延迟期影响因素压缩温度,压力,喷油提前角,燃料性质(十六烷值高,蒸发性好的小)
2、速燃期dp压力升高比,dφ300~500kpa/OCA
3、缓燃期最高压力点4,上止点后20~35O燃烧完成70~80%
4、补燃期终点,燃烧完成95~97%
2、对燃烧过程的要求
1、应在较小的过量空气系数下,燃油完全而迅速地燃烧,应保证经济性和动力非增压柴油机提高平均有效压力主要靠提高充气效率和空气利用率α(即降低α,α=
1.2~
1.6)一般当α=
1.3时燃油消耗率的烟度都要急剧地增大降低α受冒烟极限的限制如何在较小的α情况下实现无烟燃烧,是改进燃烧的重要问题已经有发动机α达到
1.1,相当于有效压力900~1000kpa增压柴油机,平均有效压力在2000kpa以上,提高平均有效压力主要受到机械负荷(Pz)的热负荷的限制(α=
1.8~
2.2)小型高速柴油机提高转速,充气效率和机械效率下降,混合气形成和燃烧时间大大缩短,将使高速时燃烧恶化,平均有效压力下降经济性降低燃油消耗率1)燃烧开始的时刻要适当调整供油提前角,兼顾最大爆压力,热负荷,排放2)缩短燃烧持续时间喷油短促,无二次喷射或拖延现象,迅速形成混合气,燃烧时间过分短会提高最大爆发压力3)减少燃烧室的流动损失和散热损失4)减少换气损失
2、应有适当的压力升高率和最大爆发压力1)缩短着火延迟期2)减少着火延迟期混合气形成的数量如增加油膜混合的比例,采用节流式喷咀等3)延迟喷油,受燃油消耗率和烟度的限制4)利用分开式燃烧室的分级燃烧5)降低压缩比,增压机采用
3、排气品质好
4、变工况适应性好,应在负荷转速变化时都具有较好的燃烧性能
5、冷起动性能好
6、燃烧性能稳定,工艺性好
3、燃烧放热规律单位曲轴转角的放热量(或放热速度)随曲轴转角的变化关系a-b预混合燃烧阶段b-c扩散燃烧阶段c-d尾巴越短越好放热规律三要素燃烧始点,使最大爆发压力在上止点后7-8O放热曲线形状,影响最大爆发压力和压力升高率燃烧持续时间,40OCA
四、噪声燃烧噪声,配气机构噪声,进排气噪声,风扇噪声第二节燃油喷射与雾化
一、供油系统和喷射过程
1、柴油机供油系统柴油机供油系统,图5-6直列式油泵,图5-7分配式油泵,图5-8喷油器,孔式喷油器,轴针式喷油器,图5-
92、喷油泵速度特性及其校正喷油泵速度特性喷油泵油量控制机构(齿条或拉杆)位置固定,循环供油量随喷油泵转速变化的关系图5-11原因油孔的节流作用,上行出油阀提前开启,下行时出油阀滞后关闭且随转速上升而加大喷油泵速度特性的校正原因柴油机油泵速度特性与充气效率特性的差异柴油机高转速时的情况柴油机低转速时的情况方法(见第六章)
3、喷射过程从喷油泵开始供油直至喷油器停止供油15O~40O喷油泵端压力,喷油咀端压力(针阀升程)图5-12喷射延迟阶段主喷射阶段喷射结束阶段
4、供油规律和喷油规律供油规律单位时间内喷油泵的供油量随时间的变化关系喷油规律单位时间内喷油器喷入燃烧室内的燃油量随时间的变化关系图5-13供油规律和喷油规律师的不同
5、不正常喷射现象和喷射系统中的穴蚀破坏图5-14不正常喷射二次喷射,滴油现象,断续喷射,不规则喷射和隔次喷射穴蚀压力波,汽泡,冲击波
3、燃油的雾化和油束特性雾化,蒸发表__增加油束的结构,图5-15贯穿距离L,喷射锥角β,雾化质量(细度,均匀度)
4、对喷射系统的要求
1、避免不正常喷射和穴蚀破坏车用柴油机在变工况下工作
2、根据不同转速和负荷的要求,在最佳的喷油时刻,精确提供所需的燃油量(油泵试验台)
3、具有理想的喷油规律高的喷射压力和短的喷射时间是技术发展的关键车用柴油机喷油系统要解决转速和负荷都在变化的问题图5-17喷油初期喷油量小,且随时间和转速的增加而增加随着负荷的下降,喷射持续时间相应减少所有工况喷射结束时应干净利落这种理想的喷油规律,只能通过电控系统来实现
4、良好的油束特性能满足燃烧室的要求
5、可靠性与使用寿命
5、柴油机电控喷射系统喷油量的控制供油提前角的控制第三节混合气的形成和燃烧室
一、柴油机混合气形成特点和方式空间混合
1、大部分燃料喷射雾化,并分布到空气中
2、燃料在空气中是细小的油滴
3、细小的油滴与热空气混合,形成不均匀的混合气(液相混合气),然后,小油滴在高温下蒸发
4、在着火延迟期间形成可燃混合气的数量多,多处着火
5、燃烧开始放热速度很高,以后逐渐缓慢油膜混合
1、利用强烈的空气旋流,将大部分燃料涂布在燃烧室壁面上
2、燃料在壁面上形成薄膜
3、油膜受壁温影响在较低的温度下蒸发,然后燃料蒸气与空气混合,形成均匀混合气(气相混合)
4、散布在空气中的少量雾化燃油局部着火
5、初期放热速率不高,而随着燃烧,火焰幅射和蒸气潜热及热力混合作用,中后期燃烧速度仍然很高高速柴油机,油膜空间混合兼而有之
3、分隔式燃烧室主燃烧室,副燃烧室
1、涡流室图5-21,5-22涡流室容积占燃烧室总容积50-60%涡流室形状有球型,彗星V号等通道截__为活塞顶截__的1-
3.5%通道截面形状有豆形,椭圆形,弯月形等主燃烧室形成二次涡流双涡坑形,铲形,双楔形特点
1、对转速不敏感,高速性能好,4000r/min仍有较好的性能
2、使用轴针式喷咀,12-14Mpa开启压力
3、排气污染小,运转平稳
4、性能稳定,易于调试
5、燃油消耗率高,冷起动困难
6、燃烧室热负荷较高
2、预燃室图5-22预燃室容积占燃烧室总容积35-45%通道截__占活塞截__极性
0.3-
0.6%特点
1、最大爆发压力,压力升高率较低
2、对转速及燃料不敏感,对燃油系统要求低,使用轴针式喷咀,开启压力,8-15Mpa,增压机,17-20Mpa
3、排气污染小
4、散热及流动损失大,冷起动困难,经济性差
5、高转速平稳,但低速时压力升高率大,噪声大
4、直喷式燃烧室开式燃烧室,dk/D=
0.8以上半开式燃烧室,dk/D=
0.35-
0.
651、半开式燃烧室中的空气运动1)、进气涡流切向气道图5-26螺旋气道图5-25保证小的进气阻力不能获得一定的涡流强度2)、挤气涡流图5-27不影响充气系数,涡流强度不能维持较长的时间
2、ω型燃烧室dk/D=
0.4-
0.6Vk/VC=
0.75-
0.85Vk为凹坑容积图5-27混合气形成以空间混合为主多孔喷咀穿透率
1.05中等强度涡流特点1)、经济性好,全负荷240g/kw最低204g/kw2)、压缩比,15-173)、起动性好4)、多孔喷咀,3-5孔,直径
0.25-
0.4喷孔夹角落40-1600开启压力20Mpa燃油系统要求高喷孔小,所需涡流强,涡流强,油束贯穿距离减小,性能变坏最佳涡流比随转速升高而下降高速调试的涡流比低速时偏大5)、最高压力,压力升高比高6)、α=
1.3以上7)、HC高8)、D大于100mm柴油机广泛采用
3、球型燃烧室dk/D=
0.35-
0.45双孔喷咀,直径
0.3-
0.35mm单孔喷咀,直径
0.5-
0.717-19Mpa强涡流,螺旋进气道混合气形成方法油膜燃烧理论,M过程大部分顺气流喷射,涂壁,小部分在空间,点火,蒸发,混合,燃烧需控制壁温及壁面上的油量特点
1、轻声无烟,最大爆发压力及压力升高率小
2、α值小,
1.2-
1.
53、能使用多种燃料
4、高负荷烟度小
5、低速性能不好
6、冷起动困难,低负荷烟度大
7、对气道,油咀质量要求高,工艺复杂
4、复合燃烧室dK/D=
0.4中等或强进气涡流1-2孔喷咀,或轴针式喷咀油膜与空间混合相结合,低速时以空间混合为主
5、挤流口式PerkinsDK/D=
0.28-
0.37燃烧室收口,有强的挤流压力升高率低,220kpa/OCANOX低(延迟喷油)
6、小松MTCC一定强度的涡流和挤流特殊形状的燃烧室微涡流第四节燃烧过程的影响因素
一、燃油喷射、气流运动和燃烧室形状的配合动力性与经济性的矛盾注意αα大经济性好,动力性差动力性经济性与工作平稳性,可靠性,寿命的矛盾经济性与排放,工艺,成本的矛盾车用柴油机工况宽广的特点燃烧室的设计,高压油泵喷油咀的调试
二、影响燃烧过程的运转因素
1、负荷柴油机负荷调节方式是质调节负荷增加,喷油量增加,α值减小,单位容积内混合气燃烧放出的热量增加,缸内温度增加,着火延迟期减少,工作柔和负荷对着火延迟期限的影响图5-33负荷对经济性的影响中小负荷燃烧效率变化不大,大负荷α值减少,喷油量加大,经济性变差冷起动时缸内温度低,喷油量大,着火延迟期增加,压力升高率加大,振动噪声加大怠速敲缸
2、转速转速增加,由于涡流强度增加,有利于燃料的蒸发混合高转速,充气效率下降,喷油量增加,α减小,同时燃烧所占的曲轴转角加大,热效率下降低转速,涡流强度减弱,热效率下降
3、供油提前角供油提前角增大,缸内的温度和压力低,着火延迟期增大,最大爆发压力,温度和压力升高率增大,燃烧过早,增加压缩功的损失,动力性和经济性下降供油提前角减小,补燃严重,排温增加,热损失增加,经济性下降现代高速柴油机为降低NOX,经常采用延迟喷油的技术措施但是,柴油机的经济性往往下降,微粒的排放增加图5-35供油提前角调整特性最佳供油提前角15-350转速增加,负荷增加,应增加喷油提前角
4、燃油十六烷值,柴油的发火性,十六烷值高,着火性能好,滞燃期短,工作柔和馏程,柴油的蒸发性,蒸发性差高温易裂解成碳烟
5、废气再循环(EGR)将一部分已燃烧的废气再次引入燃烧室燃烧燃烧速度降低,燃烧温度降低,从而控制N0X降低第六章发动机的特性第一节发动机工况发动机工况是以其发出的功率和转速表示恒速工况,螺旋浆工况,车用发动机工况特性调整特性供油提前角调整特性,点火提前角调整特性,化油器调整特性性能特性性能指标随运行工况而变化负荷特性,速度特性,调速特性,烟度特性,排放特性,噪声特性ηiPme=KηmηvαηvPe=K1ηmηinαηvTiq=K2ηmηiα1be=K3ηIηm第二节发动机台架试验台测功器耗油量的测量台架试验大气修正第3节发动机负荷特性发动机转速不变,经济指标随负荷变化的关系
一、汽油机负荷特性
1、定义当汽油机保持某一转速不变,而逐渐改变节气门开度,每小时耗油量B和耗油率be随功率Pe(或扭矩Tiq、平均有效压力Pme)变化关系
2、实验作法1)、将化油器,点火提前角调整好2)、保持冷却水温润滑油温度在最佳状态进水700以上,出水80±50润滑油温度80±50(带节温器)3)、保持一定转速,由空负荷起逐步增至最大负荷,测汽油机功率、燃油消耗率等指标4)、至少测8个点
3、曲线分析1be=K3ηIηm负荷增加,节气门开度加大,残余废气系数下降,燃烧速度增加,热损失下降汽化条件改善,热效率上升,当α大于
0.8以后,热效率下降当转速一定时负荷增加,机械损失功率变化不大,指标功率成比例增加,机械效率ηm=(1-Pm/Pi)则迅速增加怠速时机械效率等于零,燃油消耗率为无穷大,随节气门的加大,热效率和机械效率同时上升,燃油消耗率迅速下降当节气门开度为80%左右时,省油器起作用,α=
0.8-
0.9,燃烧不完全,热效率下降,燃油消耗率又上升每小时耗油量主要决定于节气门开度和混合气成分,节气门开度由小到大,每小时耗油量随之增加,混合气变浓后,每小时耗油量又上升
3、柴油机负荷特性
1、定义当柴油机保持某一转速不变,而__喷油泵齿条或拉杆位置,改变每循环供油量时,每小时耗油量、燃油消耗率随功率、扭矩、平均有效压力变化的关系
2、实验的作法1)、将柴油机供油提前角,冷却水温,润滑油度调整到最佳状态2)、保持一定转速,由空负荷起逐渐增至最大负荷,测功率,油耗,每小时耗油量等到指标3)、至少测个点
3、曲线分析图6-13,6-131be=K3ηIηm负荷增加,每循环供油量增加,充气系数下降,超过一定负荷后,充气系数减小引起燃烧不完全,热效率下降,高负荷热效率下降得更快机械效率随负荷的上升而上升空转时,燃油消耗率无穷大,随着负荷的增加,每循环供油量增加,机械效率上升,燃油消耗率下降,到达最低点,再增加每循环供油量,由于充气系数减小,燃烧恶化,热效率下降较快,使燃油耗上升最大功率点受烟度限制每小时耗油量受每循环供油量的限制,每循环供油量上升,每小时耗油量增加,接近烟度极限时,每小时耗油量上升快些负荷特性用以评价汽车发动机不同转速不同负荷下的经济性负荷特性上最低燃油耗越低,燃油消耗率随负荷的变化越小,即曲线越平坦,则发动机经济性越好第四节发动机的速度特性发动机的性能指标随转速的变化关系
一、汽油机的速度特性
1、定义汽油机节气门开度固定不动,功率、扭矩、耗油率、每小时耗油量等到指标随转速变化的关系外特性部分特性
2、实验作法1)、将汽油机化油器,点火提前角调整好2)、保持汽油机冷却水温,润滑油温度为最佳状态3)、将节气门保持在最大位置,或标定功率位置,或90%、75%、50%、25%标定功率位置测功率,扭矩,燃油消耗率4)、逐渐改变负荷,降低转速,测功率,扭矩,燃油消耗率5)、至少测验8点
3、曲线分析图6-14,6-15ηvTiq=K2ηmηiα扭矩曲线混合气浓度基本不变,扭矩主要决定于充气系数充气系数曲线中间转速时最大热效率曲线中间转速略有凸起,但变化平坦,对扭矩影响较小机械效率曲线随转速上升而下降总之,低转速充气效率、热效率上升,扭矩增加,某转速达最大值,转速继续提高机械效率、充气效率同时降,扭矩下降,且较徒功率曲线Tiq*nPe=9550转速增加扭矩也增加功率增加到扭矩最大值转速再增加功率增加缓慢到扭矩与转速的乘积最大时功率不能增加转速再增加功率下降燃油消耗率燃油消耗率受热效率和机械效率的影响,高转速时热效率和机械效率同时下降,低转速时热效率的上升弥补不了机械效率的下降,因此,中间转速燃油消耗率最低部分速度特性曲线由于充气效率曲线下降快,扭矩下降快,最大点向低速__
二、柴油机速度曲线
1、定义喷油泵油量调整机构(齿条或拉杆)位置固定不动,功率、扭矩、每小时耗油量、燃油消耗量随转速的变化关系外特性部分速度特性
2、实验作法1)、将柴油机供油提前角,冷却水温,润滑油温度调整到最佳状态2)、将油量调整机构固定在标定功率位置,或90%,75%,50%,25%标定功率位置,测功率、扭矩、燃油消耗率3)、逐渐改变负荷,降低转速,测功率、扭矩、燃油消耗率4)、至少测8点
3、曲线分析扭矩Tiq=K2ηmηi⊿g功率由于扭矩曲线比较平坦,在一定转速范围内功率与转速几乎成正比燃油消耗率与机械效率和指示热效率有关中间低部分速度曲线扭矩与外特性扭矩曲线基本平行
4、扭矩特性
1、扭矩储备系数μ适应系数KTiq__x-Tiqμ=TiqTiq__xK=Tiq汽油机μ=10-30%K=
1.2-
1.4柴油机:μ=5-10%K=
1.
052、转速储备系数标定工况(或最大功率)时的转速n1与最大扭矩时的转速n2之比汽油机
1.15-
3.8柴油机:
1.5-
2.
03、柴油机扭矩的校正柴油机的扭矩特性___需要校正?柴油机在高转速工况,充气效率特性随转速上升而下降,未经校正的油泵速度特性随转速上升而上升,图中最大转速工况A点的最大供油量调整,必需遵循的原则是保证A点工况下柴油机不冒烟,一般α=
1.2-
1.3然而,在转速降低时空气便得不到充分利用,使按充气量计算可能发出的扭矩没能发挥出来,而且它的变化趋势也不适应汽车发动机对扭矩的要求校正装置的作用当发动机在标定工况下工作时,如果转速因外界阻力矩不断增加而下降,喷油泵能自动增加每循环供油量,以增加低速扭矩,提高扭矩储备系数校正方法1)、出油阀式校正机构图6-22可变出油阀减压容积可变出油阀减压作用2)、弹簧校正机构调速器中图6-32第五节烟度特性Bosch烟度计最大功率的烟度最大扭矩的烟度加速的烟度烟度的测量全负荷烟度(GB
14761.7-93)自由加速烟度GB
17461.6-93第六节调速特性
一、柴油机装置调速器的必要性高速不飞车汽油机转速上升,充气系数下降,扭矩下降容许超速10%柴油机扭矩曲线平坦,转速上升,每循环供油量上升,充敢效率下降,工作恶化,冒黑烟,过热,惯性力过大怠速稳定汽油机怠速时,节气门开度小,平均指示压力随转速升高而迅速下降,阻力变化而引起的汽油机转速变化不大柴油机怠速时,每循环供油量随转速增加平均指示压力稍有增加,阻力变化引起的柴油机转速变大,易熄火或过速
二、全程式调速器和调速特性由柴油机的最低转速到最高转速的宽广范围调速器都起作用,这种调速器为全程式调速器在调速器起作用时,柴油机性能指标随转速或负荷变化的关系称为调速特性图6-28,图6-29阻力矩从TR1减至TR2,转速从n1增至n2,空转时转速为n3阻力矩超过TR1后,供油量最大并限油,调速器不起作用,柴油机沿曲线1工作调速器上的校正
二、两极调速器和调速特性调速器只在最低转速和最高转速时起作用两组弹簧分别起作用
5、调速器的工作指标
1、调速率突卸负荷试验,(从标定工况至突卸全部负荷)稳定调速率n3-n1δ2=n标定汽车〈=10%发电〈=5%瞬时调速率n2-n1δ1=n标定一般〈=10%发电〈=8%游车现象
2、不灵敏度n2-n1ε=nn2——负荷减小时调速器开始作用的转速n1——负荷减小时调速器开始作用的转速n——柴油机平均转速ε标定转速=
1.2-2%怠速=10-13%第七节万有特性万有特性横坐标为转速纵坐标为平均有效压力或扭矩图中有等油耗曲线、等功率曲线、等过量空气系数曲线、等进气管真空度曲线、冒烟极等万有特性曲线的作法图6-39第八节改善发动机与车辆的匹配
一、从提高动力性的角度改善发动机与车辆的匹配汽车的动力性
1、最高车速(km/h)
2、加速时间(S)
3、最大爬坡能力图6-41某轿车驱动力行驶阻力平衡图图6-42后备功率功率指标汽油机〉柴油机转速,加速,排量表6-2提商发动机动力性的有效措施是增压(注意不是唯一措施)图6-44,6-45
二、从提高经济性角度改善与车辆的匹配百公里油耗,(L/100km)降低整车油耗整车质量,车辆外型,传动系与车辆的匹配,子午线轮胎,但是,降低发动机燃油消耗率是关键因素之一汽油机与柴油机,直喷式与分隔式,增压机与非增压机,增压加中冷第八章排气污染与控制以发动机为动力的汽车是城市大气污染的主要来源未治理前,汽车排放中的主要有害成分占城市大气该污染物总量中的比例是很高的其中COHCNOX88-99%63-95%31-53%排放指标浓度—%、ppm,mg/m3质量排放量—g/h、g/试验排放物比排放量—g/kw.h第一节有害排放物的生成
一、氮氧化物NOX主要是NO和NO2NO2排出量少NO的产生氮的氧化反应发生在燃料燃烧反应所形成的环境中
1、温度高温时,NO的平衡浓度高,生成速率也大
2、氧的浓度在高温条件下氧的浓度是生成NO的重要因素
3、反应滞留时间由于NO生成反应比燃烧应慢,所以即使在高温下,如果反应停留时间短,则NO的生成量也受到限制
二、一氧化碳一氧化碳是碳氢燃料在燃烧过程中的重要的中间产物一氧化碳的生成速率主要受混合气的浓度的影响对于浓混合气,没有足够的氧使燃油中的碳完全燃烧成二氧化碳但是,即使在稀混合气中,由于燃烧产物CO2和H2O高温离解反应,也可以生成CO在膨胀后期,降着燃烧温度的降低,CO的氧化过程也有冻结现象,不过CO的冻结温度比NO低
4、未燃碳氢氧化物HC中60%以上由废气排出,25%由来自曲轴箱窜气,15-20%来自化油器油箱等到处油蒸气的漏泄在燃烧过程中HC的生成途径
1、缝隙效应
2、激冷和淬熄现象
3、燃烧室上的润滑油膜的可能在燃烧前后吸收或放出燃料中的HC成分
4、加速、减速、怠速工况HC排放量高
5、微粒柴油机排放中微粒主要成分是碳粒子碳粒子形成过程图8-1排气管排出的碳烟浓度是碳烟生成和氧化相竟争的结果第三节影响汽油机的害排放物生成的主要原因
一、混合气成分CO随空燃比增加,浓度逐渐下降,大理论空燃比以后,浓度已经很低NO浓度峰值出现在理认空燃比靠近稀的一侧HC的浓度变化趋势与燃油消耗率基本一致混合气逐渐变稀,浓度减少但当混合气过稀,燃烧因失火,HC和油耗又上升汽油机__稀薄燃烧汽油机发展的方向
二、点火正时减少点火提前角对降低NO和HC均有利,但以牺牲动力性为代价减少点火提前角燃烧最高温度降低,对降低NO有利,由下点火推迟,膨胀时的温度及排气温度均上升,对降低HC也有利图8-3,8-4,8-
54、吸入废气量的影响抑制燃烧的最高温度,降低NO浓度,但动力性变差图8-
65、工况图8-7,汽油机排放特性图表8-1,不同工况下的排气成分怠速、减速工况HC浓度增加第四节影响柴油机有害排放物生成的主要因素
一、柴油机燃烧及排放生成物的特点HC低负荷时主要产生在熄火区高负荷时主要产生在油束心部、尾部、后喷部及壁面油膜处CO低负荷时主要产生稀燃火焰熄火区和稀燃火焰交界面上高负荷时主要产生在油束心部、尾部、后喷部,因局缺氧而产生CONOX在燃烧完全、供氧充分及温度较高的稀燃火焰区及油束心部产生较多碳烟高负荷时主要产生在油束心部、尾部及后喷部的氧浓度低,气体温度高,燃油分子容易发生高温裂解而形成碳烟醛类主要在稀燃火焰熄灭区,由于低温氧化而产生醛类中间产物
二、混合气成分图8-9柴油机CO排放浓度比汽油机的低,但接近满负荷时CO浓度骤增NO生成率最高处在高负荷工况与汽油机比较,柴油机NO2的生成浓度较高NO2浓度随空燃比增加而减少碳烟排出随混合气浓度变浓,排烟浓度增多
3、喷油时刻图8-10延迟喷油是降低NOX的主要措施之一但延迟喷油将导致油耗及排气烟度增加技术上通常采用延迟喷油与提高喷油速率相结合的措施各种工况下,NO排放浓度都随喷油速率的增加而降低,CO浓度随喷油速率的增加而降低,HC的生成量则变化不大
4、燃烧室类型图8-11,8-12,8-13表8-2分隔式燃烧室的OC、HC、NOX和碳烟浓度均比直喷式低特别是NOX排放一般比直喷式低频50%左右分隔式燃烧室起动性比直喷式差,于是起动工况排放浓度将比直喷式第五节有害排放物的控制机外处理,机内外理
一、排气的后处理
1、氧化催化转换器
2、三元催化
3、柴油机微粒过滤及再生装置
二、发动机的前处理
1、进气温度控制和混合气预热系统
2、曲轴箱强制通风封闭系统(PCV系统)
3、油蒸气吸附装置
4、废气再循规蹈矩环
4、应用举例第六节排气法规与试验方法排气标准P201轻型汽车排气污染物排放标准GB
1476.1-93汽油车怠速污染物排放标准GB
14761.5-93柴油车自由加速烟度排放标准GB
14761.6-93汽车柴油机全负荷烟度排放标准GB
14761.7-93汽油车燃油蒸发污染物的排放标准GB
14763.3-93车用汽油机(汽车总质量3500kg)的排气污染物标准型式认证试验值(GB
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