汽车机械基础与汽车结构分析课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,汽车机械基础、内燃机原理及结构分析,首批汽车维修领域资深工程师,一、内燃机的性能,内燃机的性能包括：,经济性,动力性,可靠耐久性,使用维修性,排放噪声性,加工工艺性,（一）内燃机理论循环,内燃机理论循环是把实际工作过程加以抽象简化，以便通过对其分析去寻找提高内燃机性能的基本方向。,最简单的理论循环是：空气标准循环。,内燃机有定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环三种基本空气标准循环。,理论循环用循环热效率和循环平均压力来评定。,循环热效率为工质所做循环功与循环加热量之比。用以评定循环经济性。,循环平均压力是单位气缸容积所做的循环功。用来评定循环的做功能力。,（二）四冲程内燃机的实际循环,内燃机的实际循环通常用气缸内的工质压力P随气缸工作容积V（或曲轴转角）而变化的图形表示。,P-V图上曲线所包围的面积表示工质完成一个实际循环所做的有用功，成为示功图，P-图称为展开示功图。,内燃机实际循环是由,进气、压缩、燃烧、膨胀、和排气,5个过程所组成。,进气过程：,进气门开启，排气门关闭，活塞由上止点向下止点移动。,压缩过程：,进排气门均关闭，活塞有下止点向上止点移动，气缸内工质受到压缩，温度和压力不断上升。,工质受压缩的程度用,压缩比,表示。,压缩比,是内燃机的一个重要结构参数。在汽油机中，为了提高热效率，希望增加压缩比，但受汽油机不正常燃烧的限制。,在使用中，对压缩过程主要应注意气缸的密封性。如果密封不良，将使压缩终点的工质温度、压力下降，以致起动困难，功率减小。因此在实际工作中，常以实测的压缩压力来检查内燃机的技术状况，发现压缩压力降低时，应查明原因。,（三）实际循环的评定指示指标,指示指标用来评定实际循环质量的好坏。它以工质在气缸内对活塞做功为基础。,用,平均指示压力及指示功率,评定循环的动力性即做功能力,一个实际循环工质对活塞所做的有用功称为指示功。,平均指示压力,是内燃机单位气缸工作容积的指示功。,内燃机单位时间内所做的指示功称为,指示功率,。,（四）内燃机经济性和动力性的评定,内燃机经济性和动力性指标是以曲轴对外输出的功率为基础，代表着内燃机整机的性能，通常称为,有效指标,。,评定内燃机动力性能的指标：,有效功率Ne：,指示功率-机械损失功率,有效转矩Me：,Ne=Me.n/9550,平均有效压力Pe：,单位气缸工作容积输出的有效功。Pe越大，内燃机做功能力越强。是评定内燃机动力性的重要指标。,转速：,二、内燃机换气过程,内燃机的换气过程包括,排气过程,和,进气过程,任务是：,将气缸内废气排除干净，并充入尽可能多的新鲜充量，同时消耗的功要少。,（一）换气过程,四行程内燃机的换气过程包括从排气门开启到进气门关闭的整个时期。,换气过程可分做自由排气、强制排气、进气和燃烧室扫气四个阶段。,将进、排气门开、关角度（曲轴转角）以及相对于上下止点的位置画出可以得出配气定时图。,（二）换气损失,换气损失由排气损失和进气损失两部分组成。,排气损失：,从排气门提前打开，直到进气形成开始，气缸内压力到达大气压力前循环功的损失。,减小排气系统阻力及排气门处流动损失是降低排气损失的主要办法。,排气背压：,检测排气系统是否堵塞的参数之一。,进气损失：由于进气系统的阻力导致的功率损失。,进气系统的阻力增加的原因分析。,空气滤清器、进气系统脏堵等。,（二）四行程内燃机的充气效率,充气效率,的概念：实际进入气缸的新鲜充量与进气状态下充满工作容积的新鲜充量的比值。,所谓,进气状态，,在非增压内燃机上一般采用当时、当地的大气状态。在增压内燃机上采用增压器出口状态。,影响充气效率的因素：,压缩比：,压缩比增大，余隙容积减小，残余废气的相对量随之减少，充气效率高,气门正时：,采用可变配气相位技术。采用电子气门技术,进气门是整个进气系统截面最小，流速最大的地方，因此是进气阻力的重要部分,减小进气门处阻力：,两气门发动机进气门直径大于排气门直径；多气门技术。适当增加气门升程（可变气门正时技术）,进气道和进气管阻力：,空气滤清器阻力：,进气管动态效应：可变进气歧管长度（进气谐波增压）,合理选择配气定时：可变气门正时技术,（二）不正常燃烧：,爆燃：,气缸内发出特殊尖锐的金属撞击声；冷却液过热；较严重时功率下降，油耗上升。,表面点火：,凡是不靠电火花点火而由燃烧室内炽热表面点燃混合气的现象。也称早燃。其点火时刻不手控制。温度升高；发动机工作粗暴；功率下降。,早燃会诱发爆燃。爆燃又会让更多的炽热表面温度升高，促进更剧烈的表面点火。两者相互促进，危害更大。早燃导致的敲缸声比较沉闷。,（三）使用因素对燃烧的影响,混合气浓度：,点火提前角：,转速：,负荷：,大气状况。,改善燃烧的方案：分层给气燃烧技术,2、运转因素对排放的影响,混合气浓度：,a1,CO急剧上升。a=1.08左右CO排量很少；a=1.15以内，随a增大，HC下降，但继续增加HC排量也增加；NO的生成量在a=1.08左右最大。,点火时间：,点火时间推迟，HC和NO均减少，但是推迟点火会降低功率或增加油耗。,负荷：,负荷减小，NOx浓度下降；负荷对CO和HC排放影响不大。,转速：,转速增加HC排放减少；当采用浓混合气时NO生成量增加；当采用稀混合气时，NO生成量减少。,运行工况：,怠速和减速时，HC和CO排放量增加；加速及高负荷时，NOx排出浓度大。,3、降低排放的措施,二次空气喷射系统：,将新鲜空气喷射到排气门后的排气道内，使高温废气和空气混合，HC、CO进一步步燃烧。,三效催化转化器（TWC）：,让HC、CO进一步氧化；让NOx还原。但是必须将混合气控制在理论空燃比附近。因此在排气系统中设置氧传感器监控混合气浓度。,为了监测TWC的转化效率，设置前后双氧传感器。,（五）内燃机混合气的形成,电控汽油喷射系统：,进气量决定喷油量。,燃油的修正。,燃油反馈控制系统。,控制方式。,柴油喷射系统,泵-管-嘴系统,泵-喷嘴系统,共轨柴油喷射系统,四、内燃机特性,（一）内燃机工况,内燃机的运行情况（简称工况）用其发出的功率和转速来表示。,当内燃机工况为适应需要而变化时，其性能（包括动力性、经济性、排放性、噪声、烟度等）也随之变化。因此评价和选用内燃机时就需要考察其在各种工况下的性能。,内燃机性能指标随调整情况及运转工况而变化的关系成为内燃机特性。,性能指标随调整情况而变化的又称为调整特性。像柴油机供油提前角调整特性、汽油机点火提前角调整特性等。,性能指标随运行工况而变化的又称性能特性。,内燃机特性用曲线表示称为特性曲线。,内燃机输出的有效指标通常用平均有效压力Pe、有效转矩Me、有效功率Ne、有效燃料消耗率ge及每小时耗油量Gt,内燃机特性种类很多，主要有负荷特性、速度特性、转矩特性、调速特性、烟度特性、排放特性和噪声特性等。,（二）内燃机负荷特性,负荷特性：,是指内燃机转速不变，其经济性能指标随负荷而变化的关系。用曲线表示，即为负荷特性曲线。,此时必须改变节气门开度，来调整有效转矩，以适应外界阻力的变化，保持内燃机转速不变。,当转速不变时，有效功率Ne与有效转矩Me、平均有效压力Pe互为正比。因此负荷特性横坐标负荷可用Ne、Me、Pe表示。纵坐标主要是每小时燃料消耗量Gt或燃料消耗率ge。,特性：,同一转速下最低耗油率gemin越小，曲线变化越平坦，经济性越好；,耗油率 ge是随负荷的增加而降低，在接近全负荷时（常在80%负荷率左右）ge达到最小。,而且在低负荷区曲线变化得更快一些；,汽油机曲线比柴油机陡。,（三）内燃机速度特性,速度特性：,内燃机性能指标随转速变化的关系,节气门开度保持不变，有效功率Ne、转矩Me、耗油率ge、每小时耗油量Gt随转速变化的关系。,节气门全开下为速度特性的外特性。特性曲线上的每一点表示其在此转速下的最大功率及转矩。所以代表内燃机最高动力性能。,节气门部分开启时为部分速度特性。,