内燃机和燃烧分析_上.doc

内燃机与燃烧分析 北京理工大学 机械与车辆工程学院 发动机试验室 李向荣 博士 副教授 目 录 一、内燃机原理 1 1.1车用内燃机分类与工作原理 1 1.1.1 内燃机分类 1 1.1.2 内燃机的优缺点 2 1.1.3 内燃机常用术语 3 1.1.4 内燃机结构组成 7 1.1.5 内燃机型号的编制 8 1.1.6 内燃机工作原理 10 1.1.6.1 四冲程发动机工作原理 10 1.1.6.2 二冲程发动机工作原理 14 1.2内燃机的性能指标（详细） 16 1.2.1 示功图 16 1.2.2 内燃机指示指标 18 1.2.3 内燃机有效指标 20 1.2.4 内燃机理想循环 23 1.2.5 内燃机实际循环 26 1.2.6 内燃机机械损失的测量 30 1.2.7 内燃机热平衡 32 1.3 内燃机的燃烧过程 36 1.3.1 燃料及其性质 36 1.3.2 汽油机燃烧 38 1.3.3 柴油机燃烧 48 1.3.4 内燃机工作循环计算 56 1.4柴油机的燃油喷射过程(电控柴油机的供油和调节) 57 1.5汽车与内燃机的匹配要求 63 1.5.1 车用内燃机的要求 63 1.5.2 车用内燃机指标 63 1.5.3 内燃机特性 64 二、内燃机试验技术 68 2.1内燃机试验台架的组成 68 2.2内燃机专项试验 69 2.3台架燃烧分析的主要试验参数（详细） 69 2.4燃烧分析试验结果的应用 69 2.5车载燃烧分析 70 一、内燃机原理 1.1车用内燃机分类与工作原理 1.1.1 内燃机分类 发动机：将其它形式的能量转变为机械能 包括：热力发动机； 电力发动机（电动机）； 水力发动机； 风力发动机等。 热力发动机：将燃料燃烧所释放的热能转变为机械功 热力发动机按其能量转换型式的不同可以分成：内燃机与外燃机 内燃机：燃料燃烧后的产物直接推动机械装置作功的发动机，如活塞式发动机、燃气轮机； 外燃机：利用燃料对某一中间物质进行加热，再利用中间物质所产生的气体推动机械装置作功，如蒸汽机、汽轮机、热气机（斯特林发动机，Stirling）等。 通常所说的内燃机指往复活塞式内燃机。其它类型的内燃机还有： 燃气轮机； 自由活塞式发动机（气垫式、液压式）； 转子式发动机（三角转子发动机：Wankel，汪克尔，德国）； 其它特种发动机。 内燃机的应用范围极其广泛，交通运输、工程机械、农业机械、矿山、石油、发电、船舶等国民经济重要部门与军用领域所需动力，绝大多数来自内燃机。 1.1.2 内燃机的优缺点 内燃机的主要优点是： 1．经济性好。它是热效率最高的热机， 蒸汽机 4％～8％ 中型汽轮机 14％～20％ 大型汽轮机 18％～38％ 燃气轮机 18％～32％ 内燃机 20％～46％ 2．外形尺寸小、质量轻，便于移动。 3．功率范围广。单机功率可从零点几干瓦到上万干瓦，适用范围广。其他热机都达不到这种适应性。 4．启动迅速。正常启动只需几秒钟，并能很快地达到全负荷。而蒸汽机从启动并转变到全负荷往往需要相当长的时间。 5．水的消耗量少，待别是风冷机根本不需要水， 6．维护简单，操作方便。 内燃机目前仍存在着如下一些缺点； 1．燃料限制。在内燃机中只能直接使用液体燃料或气体燃料。 2．废气中的有害成分是大气污染的主要来源。 3．运转时噪声大。内燃机噪声是城市噪声的重要来源。 4．低速时难以获得大扭短。而且当内燃机转速低于标定转速1／3～1／4时，就不能保证正常工作。因此以内燃机为动力的车辆，必须设置变速机构才能满足要求。 1.1.3 内燃机常用术语 内燃机常用的基本术语： 1．上止（死）点（TDC）——活塞在气缸中运动所达到的距离曲轴旋转中心最远的位置称上止点。 2．下止（死）点（BDC）——活塞在气缸中运动所达到的距离曲轴旋转中心最近的位置称下止点。 曲轴转角：oCA；上止点后xo曲轴转角：oCA ATDC 凸轮轴转角：对于四冲程发动机，它为曲轴转角的一半 3．活塞行程（冲程，Stroke）——活塞上、下止点之间的距离称活塞行程，以S表示。对应一个活塞行程，曲轴旋转180o 4．曲柄半径R——曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径，活塞行程与曲柄半径之间有如下的关系：S＝2R 即活塞行程为曲柄半径的两倍。 5．燃烧室容积——活塞在上止点时，其顶部以上与缸盖底平面之间的空间容积称燃烧室容积。燃烧室容积是活塞在气缸中运动所能达到的最小容积。 6．气缸总容积——活塞在下止点时，其顶部以上与缸盖底平面之间的空间容积称气缸总容积。气缸总容积是活塞在气缸中运动所能达到的最大容积。 7．气缸工作容积——活塞在上止点运动到下止点(或由下止点运动到上止点)所扫过的容积称为气缸工作容积。 燃