内燃机特性资料
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第8章内燃机的特性
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第一节 内燃机的使用工况与特性
2、Pe
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第一节 内燃机的使用工况与特性
调整特性：
性能指标随时调整情况变化的特性。点火提前角和供油 提前角调整特性。
第一节 内燃机的使用工况与特性
性能特性： 性能指标随运行工况变化的特性。如负荷特性和调速特 性。
第一节 内燃机的使用工况与特性
特性曲线：表示特性的曲线。
第一节 内燃机的使用工况与特性
内燃机的性能指标通常用动力性指标、经济性指标表示， 主要参数如下： Pe、Pme、Ttq 用于评价发动机的动力性； B、be 用于 评价发动机的经济性。
������������ = ������
������������ ������������������ ������������ ������ ������������
柴油机：
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第一节 内燃机的使用工况与特性
各参数的关系
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������������������ = = = = = =
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内燃机原理
旋转活塞式
往复活塞式
汽油机 柴油机 气体燃料发动机 双燃料发动机
3、行程数 4、着火方式
5、气缸冷却方式
二冲程（由活塞两个行程完成一个工作循环）
四冲程（由活塞四个行程完成一个工作循环） 火花点火（利用电火花点燃可燃混合气）
压缩着火（被压缩的空气温度高于
燃油自燃温度，自行燃烧）
风冷（用空气冷却）
水冷（用水冷却）
3 五大系统
⑸、启动系统
组成：由电动马达、 蓄电池、起动继电器、 起动开关和起动按钮 组成；
五、发动机的主要性能 指标和特性
1 发动机性能指标
(1)动力性能指标
有效转矩 Te 曲轴转速 n
指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的转矩，通常用Te表示， 单位为N·m。有效转矩是作用在活塞顶部的气体压力通过连 杆、传给曲轴产生的转矩，并克服了摩擦，驱动附件等损失 之后从曲轴对外输出的净转矩。
内燃机的原理与特点
一、概述与发展历史 二、内燃机的分类 三、内燃机产品名称和型号编制规则 四、发动机的结构 五、发动机的主要性能指标和特性 六、往复活塞式内燃机的工作原理
一、概述与发展历史
概述
内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放 出的热能直接转换为机械能的热力发动机。
广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自 由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等， 但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。
功用：按照每个气缸内所进行的工作过程适时地开启和 关闭进气门和排气门
3 五大系统
⑴、供给系统
燃烧技术和进气控制技术是燃气发动机的关键技术，而最关键的是如何控制 燃气与空气的混合比，充分发挥燃气的优势。 国内外具有代表性的燃气发动机供气系统有下列四种： ①机械控制混合系统 燃气和空气按固定的比例，通过机械控制进入气缸。 ②闭环电控混合器 采用先进的电子控制系统、能够提供精确控制信号，通过步进 电机控制燃气流量，实现对空燃比精确控制，使发动机在不同工况下，甚至气体成 分变化的情况下，均能在理论混合比范围内工作。 ③电控多点顺序喷射系统 目前多采用各缸进气歧管多点喷射技术。 ④机械喷射系统 在每个缸上安装一个机械喷射阀，采用机械驱动方式，定时开启 和关闭燃气喷射阀门，对进气进行定时和定量控制，从而控制空燃比。
内燃机原理
第四节 调速特性
一、定义：当柴油机的调速手柄固定在某一位置时，由调速 器自动控制喷油泵油量调节杆(拉杆或齿杆)的移动，使负荷从 零变到最大，此时柴油机的扭矩 Me、功率Ne和有效燃油消耗率 ge等参数随转速的变化关系称为调速特性。它主要用以考核调 速器的性能是否满足使用要求。
二、调速特性曲线分析：柴油机在进行调速特性试验时， 一般要同时测出速度特性曲线，因为调速特性与全负荷速度特 性有密切联系。图9-13为带全程调速器的柴油机的速度特性和 调速特性。它以转速为横坐标，相当于速度特性的形式。图中 的曲线1表示全负荷的速度特性，这时调速器不起作用，竖线 2-5即相当于调速手柄在不同位置时的调速特性。这样的竖线 有无穷多条，每一条竖线都对应一定的转速范围。调速特性还 可作成如图9-14所示的形式。它以功率Ne为横坐标，以Me、ge、 Gf、n为纵坐标。
(二)机油滤清器 不同滤清能力的滤清器—集滤器、初滤器和细滤器。 1．集滤器 集滤器通常就是一个滤网。 2．粗滤器 粗滤器用以除去机油较大的(直径约为 0.05-0.1mm) 杂质。它对油流的阻力较小，故可串联于机油泵与主油道 之间作为全流式滤清器，有片式和带式两种。
3．细滤器 细滤器用以使机油得 到较彻底的滤清。它的缝 隙小，滤清能力强(可到 0.01mm)；但对油流的阻力 大，所以通常并联在润滑 系油路中作为分流式滤清 器。细滤器分为离心式和 过滤式两种。 4．复合式滤清器 有的内燃机上采用粗 滤芯与细滤芯串联，并且 设置在同一壳体内的复合 式滤清器。粗滤芯为绕线 式。细滤芯为纸质的。
(三)机油散热装置 机油散热装置有机油散热器(风冷)和机油冷 却器(水冷)两种 机油散热器一般是管片式的，类似冷却水散 热器。装在水散热器前面或后面，借风扇风力， 使机油冷却。机油冷却器装在内燃机冷却水路中， 对机油进行水冷却。 四、曲轴箱通风 1．自然通风装置 自然通风装置又称呼吸器，许多内燃机(如 6133型)都将机油加油口兼作呼吸口，在加油管 口装有滤芯。
内燃机车简介
内燃机车简介汇报人：2023-12-14•内燃机车概述•内燃机车的结构与原理•内燃机车的性能与参数目录•内燃机车的应用与前景•内燃机车的安全与环保问题01内燃机车概述内燃机车是一种以柴油机为动力源，通过燃烧柴油产生动力，驱动车轮前进的机车。
定义内燃机车具有功率大、速度快、爬坡能力强、牵引力大等特点，但同时也会产生较大的噪音和震动。
特点内燃机车的定义与特点内燃机车起源于20世纪初，最早的内燃机车是由德国人发明和制造的。
早期发展二战后的发展现代发展二战后，随着铁路运输的快速发展，内燃机车得到了广泛的应用和推广。
进入21世纪，随着环保和能源问题的日益突出，内燃机车的技术和性能也在不断升级和改进。
030201内燃机车的发展历程内燃机车按照用途可以分为干线内燃机车、调车内燃机车、工矿内燃机车等。
干线内燃机车主要用于铁路干线上的货物运输，调车内燃机车主要用于铁路车站的调车作业，工矿内燃机车主要用于工业企业的货物运输。
内燃机车的分类与用途用途分类02内燃机车的结构与原理柴油机传动装置车体走行部01020304内燃机车的动力来源，将柴油燃烧产生的热能转化为机械能。
将柴油机的动力传递到车轮，包括离合器、变速器和传动轴等。
承载旅客和货物，包括车架、车壳和车门等。
支撑车体并引导机车行走，包括转向架、轮对和制动装置等。
根据用途和功率不同，内燃机车可采用不同型号的柴油机，如6缸、8缸、12缸等。
柴油机类型包括燃油箱、燃油滤清器、喷油泵和喷油器等，确保柴油机正常工作。
燃油系统包括空气滤清器、进气管和排气管等，为柴油机提供清洁的空气。
空气系统离合器用于连接或断开柴油机与传动装置之间的动力传递。
变速器根据行驶需要，将柴油机的动力传递到不同的车轮上，实现机车在不同速度下的行驶。
传动轴将变速器输出的动力传递到车轮上，使机车行驶。
包括制动盘、制动缸和制动阀等，用于对机车进行制动。
制动装置利用压缩空气作为制动介质，通过控制制动阀来实现机车的制动。
内燃机特性
扭矩测试仪器 台架上都采用吸收式测功器，常用的有 水力测功器、电力测功器、电涡流测功器。 1）水力测功器 水力测功器是一种典型的吸收型测功器， 它将发动机的输出功率转变为热量消耗掉， 同时在此过程中完成转矩测量。
水力测功器主要有转子和定子（外壳）两部分组成。 它的基本工作原理是利用转子在充满水的定子中旋 转所产生的磨擦阻力来吸收发动机功率，同时通过
测试方法
速度特性也是在内燃机试验台架上测出 的。 测量时，将油量调节机构位置固定不动， 调整测功器的负荷，内燃机的转速相应发生 改变，然后记录有关数据并整理绘制出曲线， 一般是以发动机转速作为横坐标。
部分速度特性与外特性
当油量控制机构在标定位置时，测得的 特性为全负荷速度特性(简称外特性)； 油量低于标定位置时的速度特性，称为 部分负荷速度特性。 由于外特性上反映了内燃机所能达到的 最高性能，确定了最大功率、最大转矩以及 对应的转速，因而是十分重要的，所有发动 机出厂时都必须提供该特性。
左侧边界线为内燃机最低稳定 工作转速nmin限制线，低于此转 速时，由于曲轴飞轮等运动部 件储存能量较小，导致转速波 动大，内燃机无法稳定工作
发动机的工作区域及限制
1) a曲线是各转速时最大功率 (转矩)的限制线， 到标定点A为止。 2) b曲线是各负荷条件下的最高转速限制线。 3) c曲线是发动机最低稳定工作转速限制线 4) d曲线是各个踏板位置下的空转怠速线。 5) 输出功率为负值的 e 曲线是发动机灭火，外 力倒拖时的工况线。
Ne.
第三类工况，其特点是功率 与转速都在很大范围内变化， 它们之间没有特定的关系。 汽车及其他陆地运输用内燃 机，都居于这种工况。此时， 内燃机的转速决定于行驶速 度、可以从最低稳定转速一 直变到最高转速；负荷取决 于行驶阻力，在同一转速下， 可以从零变到全负荷。内燃 机可能的工作区域就是该种 类型内燃机的实际工作区域， 相应的工况区域称为面工况。
内燃机特性
• 柴油机是以扩散燃烧为主的燃烧模式。
燃烧过程的要求
• 混合气形成的正时适当，保证及时燃烧； • 混合气形成要先慢后快，使最高压力和压
升率不致太大； • 着火后，混合气要均匀分布。
返回
可燃混合气形成
• 可燃混合气形成方式
– 空间雾化混合 – 油膜蒸发混合
• 燃油雾化的阶段描述 • 可燃混合气的衡量参数
• 与排放有关的参数，如通过高速采样获得的排放量。 • 缸内最高压力、最高压升率、最大放热率峰值、火
焰发展期、快速燃烧期等参数的循环变动。
汽油机的爆燃
一.爆燃的现象 二.爆燃的燃烧过程 三.爆燃的原因 四.爆燃的危害 五.激爆
着火温度与压力的关系
返回
燃烧区域的发展
• 汽油机末端混合气被压缩的程度较高，存在 着自然倾向。
峰值压力、压升比与滞燃期
压缩终点与滞燃期
喷油时间与滞燃期
转速与滞燃期
增压压力与滞燃期
增压空气温度与滞燃期
滞燃期对燃烧过程的影响
• a.预混燃烧份额 • b.压升比 • c.最高爆发压力 • d.最高燃烧温度
返回
燃烧的化学反应描述
• 内燃机所使用的传统燃料是分子量不同的各种碳氢 化合物的混合物，碳氢化合物燃料的燃烧属于链式 反应。在一定条件(压力、温度)下，燃料中参与化 学反应的原始物质形成一定数量的活化中心，如生 成O、H、OH等自由原子和自由基，它们的化学价 都不饱和，这些自由原子和自由基将与原始物质继 续进行反应，形成新的反应链。由于链式反应不断 地分支和扩展，活化中心不断地产生，所以，化学 反应也随之加速进行，一直到参与化学反应的原始 物质的浓度减小到接近于0，反应才逐渐停止。
d
（低压）
0.54
燃烧过程的要求
• 混合气形成的正时适当，保证及时燃烧； • 混合气形成要先慢后快，使最高压力和压
升率不致太大； • 着火后，混合气要均匀分布。
返回
可燃混合气形成
• 可燃混合气形成方式
– 空间雾化混合 – 油膜蒸发混合
• 燃油雾化的阶段描述 • 可燃混合气的衡量参数
• 与排放有关的参数，如通过高速采样获得的排放量。 • 缸内最高压力、最高压升率、最大放热率峰值、火
焰发展期、快速燃烧期等参数的循环变动。
汽油机的爆燃
一.爆燃的现象 二.爆燃的燃烧过程 三.爆燃的原因 四.爆燃的危害 五.激爆
着火温度与压力的关系
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燃烧区域的发展
• 汽油机末端混合气被压缩的程度较高，存在 着自然倾向。
峰值压力、压升比与滞燃期
压缩终点与滞燃期
喷油时间与滞燃期
转速与滞燃期
增压压力与滞燃期
增压空气温度与滞燃期
滞燃期对燃烧过程的影响
• a.预混燃烧份额 • b.压升比 • c.最高爆发压力 • d.最高燃烧温度
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燃烧的化学反应描述
• 内燃机所使用的传统燃料是分子量不同的各种碳氢 化合物的混合物，碳氢化合物燃料的燃烧属于链式 反应。在一定条件(压力、温度)下，燃料中参与化 学反应的原始物质形成一定数量的活化中心，如生 成O、H、OH等自由原子和自由基，它们的化学价 都不饱和，这些自由原子和自由基将与原始物质继 续进行反应，形成新的反应链。由于链式反应不断 地分支和扩展，活化中心不断地产生，所以，化学 反应也随之加速进行，一直到参与化学反应的原始 物质的浓度减小到接近于0，反应才逐渐停止。
d
（低压）
0.54
第4-3 内燃机速度特性.
柴 油 机 的 扭 矩 特 性 很 大 程 度 上 决 定 于 循 环 供 油 量 gb （Δg），并不直接依赖于充气效率 ηv。因为每循环充气量的 大小即ηv的大小只不过提供产生多大扭矩的可能性，但各种 转速下，究竟能发出多大的扭矩，主要看循环供油量Δg的多 少。当油量调节机构位置一定时，柱塞泵的循环供油量Δg随 转速的变化由油泵速度特性决定，随着转速的增加，Δg也增 加。
i Ttq=K’2 m v K 2 g i m
图3-3 柴油机速度特性图
指示热效率ηi的变化是某一中间转速时稍有凸起，转速 低时喷射压力低，燃料雾化度、贯穿不够，空气涡流弱，燃 烧不良，传热漏气损失较大，ηi较低，随着转速的升高，ηi 有所增大，但转速过高时，燃烧相对变慢，使大量燃料在后 燃期燃烧，导致ηi下降，一般的柴油机，当转速增加时，由 于Δg和ηi（高速时下降）的上升，常可与ηm的下降相抗衡而 使Ttq曲线很平坦。
一、外特性
汽油机外特性曲线上的每一点表示发动机在此转速下所 能发出的最大功率和最大扭矩，所以代表着发动机的最高动 力性能。外特性根据试验条件的不同可分为两种： （1）试验时发动机不装风扇，空气压缩机，空气滤清器及消 声器等附件，仅带维持运转时所必须的附件时所输出的功率 称为 总功率 ，此时测得的全负荷速度特性称为 外特性 。国产 发动机的特性数据大多是采用这种方法测得的。 （2）试验时，发动机带全套附件时所输出的功率称为有效功 率或 净功率 。此时测得的全负荷速度特性则称为 使用外特性 。 下面对汽油机外特性的几条特性曲线（ Ttq 、 Ne 、 be~n ） 的形状及其影响因素进行简要分析。
汽车发动机的动力储备是指发动机转速下降时（例如外 界阻力的增加），其扭矩自动增加的性能。正是由于这种动 力储备的存在，才能使汽车不换挡的情况下适应道路状况的 变化，得以正常的行驶，因此，车用内燃机必须具备这种扭 矩特性，这也是车用内燃机动力性能的一个重要方面。 一、扭矩储备系数 用外特性扭矩曲线上的若干特征点，可以表达发动机扭 矩的适应性 扭矩适应性系数： 扭矩储备系数：
内燃机特性(精)
【教材260页】
（1）调速——特殊的负荷特性，n稍变。 （2）校正——特殊的速度特性：供油拉杆稍动。 4、万有特性：综合反映动力性和经济性。 【教材267页】
三、内燃机标定功率
铬牌上标定的功率，即内燃机使用中允许 运转的最大功率。 GB1105.1——87规定： 间歇功率（标定功率可定高一些） 1、15min功率——汽车、摩托车。 2、1h功率——拖拉机、工程机械。 以下标定功率可定低一些： 1、12h功率—拖拉机、排灌机、发电机组。 2、持续功率——排灌机、发电机组、船舶、 铁路机车。
图10-1 内燃机的各种工况
（一）调整特性
内燃机性能指标随调整情况而变化的关系。 1、柴油机调整特性（供油提前角、燃油） 2、汽油机调整特性（点火提前角、燃油）
（二）性能特性（工作特性）
内燃机性能指标随运行工况参数而变化的规律。 1、负荷特性：显示各种负荷下的经济性，不同用途发动 机的（标定油量）ge【教材253页】 2、速度特性：确定标定n和常用n范围，分析n对发动机 的影响。汽油机（节气门）或柴油机（供油、拉杆）不 变。 【教材256页】 3、调速特性（柴油机）：带调速器的工作特性。
特性 。
第三节 负荷特性
负荷特性是指内燃机转速一定时，其性能指标 be ）随负荷（如功率或转矩） （主要为经济性指标 G f 、 变化的规律，表示负荷特性的曲线称为内燃机负荷特 性曲线，它在内燃机试验台上试验而测得。 一、汽油机负荷特性 汽油机的负荷调节方法称为 “量调节”。即化油器式内燃机靠改 变节气门开度，改变进入汽缸的混 合气数量来适应负荷变化；汽油喷 射式内燃机所形成的混合气的混合 比按不同工况仍需保持在狭小的范围内，因而在进气管 中由于节气门节流，仍属量调节。
（1）调速——特殊的负荷特性，n稍变。 （2）校正——特殊的速度特性：供油拉杆稍动。 4、万有特性：综合反映动力性和经济性。 【教材267页】
三、内燃机标定功率
铬牌上标定的功率，即内燃机使用中允许 运转的最大功率。 GB1105.1——87规定： 间歇功率（标定功率可定高一些） 1、15min功率——汽车、摩托车。 2、1h功率——拖拉机、工程机械。 以下标定功率可定低一些： 1、12h功率—拖拉机、排灌机、发电机组。 2、持续功率——排灌机、发电机组、船舶、 铁路机车。
图10-1 内燃机的各种工况
（一）调整特性
内燃机性能指标随调整情况而变化的关系。 1、柴油机调整特性（供油提前角、燃油） 2、汽油机调整特性（点火提前角、燃油）
（二）性能特性（工作特性）
内燃机性能指标随运行工况参数而变化的规律。 1、负荷特性：显示各种负荷下的经济性，不同用途发动 机的（标定油量）ge【教材253页】 2、速度特性：确定标定n和常用n范围，分析n对发动机 的影响。汽油机（节气门）或柴油机（供油、拉杆）不 变。 【教材256页】 3、调速特性（柴油机）：带调速器的工作特性。
特性 。
第三节 负荷特性
负荷特性是指内燃机转速一定时，其性能指标 be ）随负荷（如功率或转矩） （主要为经济性指标 G f 、 变化的规律，表示负荷特性的曲线称为内燃机负荷特 性曲线，它在内燃机试验台上试验而测得。 一、汽油机负荷特性 汽油机的负荷调节方法称为 “量调节”。即化油器式内燃机靠改 变节气门开度，改变进入汽缸的混 合气数量来适应负荷变化；汽油喷 射式内燃机所形成的混合气的混合 比按不同工况仍需保持在狭小的范围内，因而在进气管 中由于节气门节流，仍属量调节。
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内燃机特性
武汉理工大学能源动力学院 李煜辉
内燃机特性
• 内燃机动力特性
– 汽油机动力特性 – 柴油机动力特性
• 内燃机排放特性
– 排放物生成机理 – 汽油机排放特征 – 柴油机排放特征
内燃机的动力特性
1.内燃机的工作区域 2.内燃机的特性 3.速度特性分析
内燃机的工作区域
负荷特性
1.转速不变
1.燃油与空气混合时间短，喷油持续角一般 为 15 30o CA 。 2.混合浓度不均匀，且随时间变化 3.柴油挥发性差，不易形成混合气，从而造 成液滴—蒸汽—空气混合一起的燃烧现象
可燃混合气形成质量取决于
• 燃油喷射情况，其中包括燃油的雾化质量， 油束形状，喷油规律以正时，喷油方向和 落点； • 气缸内空气的运动情况和燃烧室结构，形 状，尺寸，壁温等等。
2.由各稳态点组成的特性线
速度特性
1.负荷不变（油泵齿条、节气 门位置不变） 2.由各稳态点组成的特性线
汽油机的速度特性
柴油机的速度特性
万有特性
1.负荷-速度-油耗的二维曲面 2.负荷特性 万有特性 3.速度特性 万有特性
万有特性图
万有特性作图法（1）
万有特性作图法（2）
油滴破碎机理：
1.Taylor机理：以质点振动作类比。 设油滴直径为a,在各种振动作用力下，振幅为x. X>a,则油滴破碎：
d x 2 dx 2 1a a aU 8x 5a 2 dt 3 dt
• 与火焰前锋位置相应的参数
• 与排放有关的参数，如通过高速采样获得的排放量。 • 缸内最高压力、最高压升率、最大放热率峰值、火 焰发展期、快速燃烧期等参数的循环变动。
汽油机的爆燃
一.爆燃的现象 二.爆燃的燃烧过程 三.爆燃的原因 四.爆燃的危害 五.激爆
着火温度与压力的关系
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燃烧区域的发展
• 汽油机Q • 柴油机C 增压汽油机ZQ 增压柴油机ZC
汽油机节气门开度不同时的充气效率
过量空气系数、指示效率
机械效率
内燃机速度特性曲线
内燃机动力、排放特性的原理 分析
内燃机燃烧与排放
汽油机的燃烧
• • • • • 汽油机的燃烧特征 汽油机燃烧阶段 汽油机的燃烧循环变动 汽油机的爆燃 汽油机燃烧室
• 汽油机末端混合气被压缩的程度较高，存在 着自然倾向。
爆燃的危害
• 输出功率、热效率降低
– 在强烈爆燃时，在自燃区形成一个压力脉冲以极高的速率向四周传 播，这个压力脉冲在气缸多次反射时产生高频（频率约为5kHz或更 高）振音。由于压力波冲击会破坏气缸壁面层流边界层，从而使向 气缸壁面的传热量大大增加，冷却损失增加，输出功率降低
• 发动机过热
– 发生爆燃时，破坏附面层，气缸盖、活塞顶面的温度上升。爆燃时， 燃烧室局部过热会产生表面点火。
• 零件的应力增加
– 爆燃时，由于压力增长率和最高燃烧压力都增加，故相关零件上的 作用力也增加，易使受力件损坏。
• 此外，爆燃促使积炭形成，容易破坏活塞环、气门和火花塞 的正常工作；压力波冲击缸壁表面，使之不易形成油膜，导 致机件加速磨损。
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汽油机的燃烧特征
• 在燃烧过程中，如果混合过程比燃烧反应要快得 多或者在火焰到达之前燃料与空气已充分混合， 这种可燃混合气的燃烧称之为预混燃烧。 • 汽油机的混合气形成是在进气过程就开始了，有 较长的混合时间，汽油油具有较好的挥发性，因 此，可以认为在点火时，均匀混合气已经形成， 其燃烧方式属于预混燃烧模式。
燃烧过程的要求
• 混合气形成的正时适当，保证及时燃烧； • 混合气形成要先慢后快，使最高压力和压 升率不致太大； • 着火后，混合气要均匀分布。
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可燃混合气形成
• 可燃混合气形成方式
– 空间雾化混合 – 油膜蒸发混合
• 燃油雾化的阶段描述 • 可燃混合气的衡量参数
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柴油机混合气的形成特点
内燃机速度特性分析
影响因素
柴油机喷油泵的速度特性
柴油机与汽油机扭矩的速度特性
内燃机扭矩的速度特性分析
• 内燃机的扭矩可由下式表示：
i M e K s v m
进气空气密度
• 非增压机的进气密度不变 • 增压机的进气 密度随增压度和 中冷度而变化：
充气系数（最大节气门位置）
汽油机燃烧过程
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汽油机燃烧阶段划分
1.滞燃期 2.急燃期 3.后燃期
滞燃期与点火提前角
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汽油机的燃烧循环变动
• 产生原因：
– 气体运动的循环变动 – 混合气成分的变动，主要与点火过程（滞 燃期）有关。
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燃烧循环变动的表征参数
• 与气缸压力有关的参数 • 与的曲轴转角、最大压升率及其相应曲 轴转角、发动机平均指示压力等。 – 最大燃烧速率、火焰发展曲轴转角、快速燃烧曲轴转角 等。 – 火焰半径、火焰前锋面积、已燃和未燃的容积随时间的 变化曲线
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燃油雾化的阶段描述
1.通过喷孔，把燃油伸展成油柱或油片； 2.油注或油片的表面出现波纹和扰动； 3.在表面波和扰动作用下，在油注油片的表 面形成油线或空洞； 4.油线的分裂或空洞的扩大产生较大油滴； 5.由于大油滴在各种外力作用下发生振动， 分散成小油滴； 6.小油滴之间的碰撞产生更小的油滴。
其他不正常燃烧
• 表面点火
– 后火 – 早火 – 激爆
• 续走 • 部分燃烧、失火
表面点火与爆燃
• 表面点火和爆燃是两种完全不同的不正常 燃烧现象，爆燃是在电火花点火以后终燃 混合气的自燃现象，而表面点火则是炽热 物点燃混合气所致。但两者存在着某种相 互促进关系
汽油机燃烧室
• 设计要点：
– 缩短火焰传播距离； – 利用适当的湍流； – 合理分布温度高低及冷却情况；
• 典型燃烧室 1.楔形 2.浴盆形 • 分层充气与GDI
3.碗形
4.半球形
柴油机燃烧
• • • • 柴油机的燃烧特征 可燃混合气形成 柴油机的燃烧过程 柴油机的燃烧室
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柴油机的燃烧特征
• 柴油机的大部分燃料是在着火后喷入气缸 的，它处于一边与空气混合、一边燃烧的 情况下，由于混合过程比反应速率慢，因 此燃烧速率取决于混合速率。换句话说， 混合过程控制了燃烧速率，这就是所谓的 扩散燃烧。 • 柴油机是以扩散燃烧为主的燃烧模式。
武汉理工大学能源动力学院 李煜辉
内燃机特性
• 内燃机动力特性
– 汽油机动力特性 – 柴油机动力特性
• 内燃机排放特性
– 排放物生成机理 – 汽油机排放特征 – 柴油机排放特征
内燃机的动力特性
1.内燃机的工作区域 2.内燃机的特性 3.速度特性分析
内燃机的工作区域
负荷特性
1.转速不变
1.燃油与空气混合时间短，喷油持续角一般 为 15 30o CA 。 2.混合浓度不均匀，且随时间变化 3.柴油挥发性差，不易形成混合气，从而造 成液滴—蒸汽—空气混合一起的燃烧现象
可燃混合气形成质量取决于
• 燃油喷射情况，其中包括燃油的雾化质量， 油束形状，喷油规律以正时，喷油方向和 落点； • 气缸内空气的运动情况和燃烧室结构，形 状，尺寸，壁温等等。
2.由各稳态点组成的特性线
速度特性
1.负荷不变（油泵齿条、节气 门位置不变） 2.由各稳态点组成的特性线
汽油机的速度特性
柴油机的速度特性
万有特性
1.负荷-速度-油耗的二维曲面 2.负荷特性 万有特性 3.速度特性 万有特性
万有特性图
万有特性作图法（1）
万有特性作图法（2）
油滴破碎机理：
1.Taylor机理：以质点振动作类比。 设油滴直径为a,在各种振动作用力下，振幅为x. X>a,则油滴破碎：
d x 2 dx 2 1a a aU 8x 5a 2 dt 3 dt
• 与火焰前锋位置相应的参数
• 与排放有关的参数，如通过高速采样获得的排放量。 • 缸内最高压力、最高压升率、最大放热率峰值、火 焰发展期、快速燃烧期等参数的循环变动。
汽油机的爆燃
一.爆燃的现象 二.爆燃的燃烧过程 三.爆燃的原因 四.爆燃的危害 五.激爆
着火温度与压力的关系
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燃烧区域的发展
• 汽油机Q • 柴油机C 增压汽油机ZQ 增压柴油机ZC
汽油机节气门开度不同时的充气效率
过量空气系数、指示效率
机械效率
内燃机速度特性曲线
内燃机动力、排放特性的原理 分析
内燃机燃烧与排放
汽油机的燃烧
• • • • • 汽油机的燃烧特征 汽油机燃烧阶段 汽油机的燃烧循环变动 汽油机的爆燃 汽油机燃烧室
• 汽油机末端混合气被压缩的程度较高，存在 着自然倾向。
爆燃的危害
• 输出功率、热效率降低
– 在强烈爆燃时，在自燃区形成一个压力脉冲以极高的速率向四周传 播，这个压力脉冲在气缸多次反射时产生高频（频率约为5kHz或更 高）振音。由于压力波冲击会破坏气缸壁面层流边界层，从而使向 气缸壁面的传热量大大增加，冷却损失增加，输出功率降低
• 发动机过热
– 发生爆燃时，破坏附面层，气缸盖、活塞顶面的温度上升。爆燃时， 燃烧室局部过热会产生表面点火。
• 零件的应力增加
– 爆燃时，由于压力增长率和最高燃烧压力都增加，故相关零件上的 作用力也增加，易使受力件损坏。
• 此外，爆燃促使积炭形成，容易破坏活塞环、气门和火花塞 的正常工作；压力波冲击缸壁表面，使之不易形成油膜，导 致机件加速磨损。
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汽油机的燃烧特征
• 在燃烧过程中，如果混合过程比燃烧反应要快得 多或者在火焰到达之前燃料与空气已充分混合， 这种可燃混合气的燃烧称之为预混燃烧。 • 汽油机的混合气形成是在进气过程就开始了，有 较长的混合时间，汽油油具有较好的挥发性，因 此，可以认为在点火时，均匀混合气已经形成， 其燃烧方式属于预混燃烧模式。
燃烧过程的要求
• 混合气形成的正时适当，保证及时燃烧； • 混合气形成要先慢后快，使最高压力和压 升率不致太大； • 着火后，混合气要均匀分布。
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可燃混合气形成
• 可燃混合气形成方式
– 空间雾化混合 – 油膜蒸发混合
• 燃油雾化的阶段描述 • 可燃混合气的衡量参数
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柴油机混合气的形成特点
内燃机速度特性分析
影响因素
柴油机喷油泵的速度特性
柴油机与汽油机扭矩的速度特性
内燃机扭矩的速度特性分析
• 内燃机的扭矩可由下式表示：
i M e K s v m
进气空气密度
• 非增压机的进气密度不变 • 增压机的进气 密度随增压度和 中冷度而变化：
充气系数（最大节气门位置）
汽油机燃烧过程
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汽油机燃烧阶段划分
1.滞燃期 2.急燃期 3.后燃期
滞燃期与点火提前角
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汽油机的燃烧循环变动
• 产生原因：
– 气体运动的循环变动 – 混合气成分的变动，主要与点火过程（滞 燃期）有关。
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燃烧循环变动的表征参数
• 与气缸压力有关的参数 • 与的曲轴转角、最大压升率及其相应曲 轴转角、发动机平均指示压力等。 – 最大燃烧速率、火焰发展曲轴转角、快速燃烧曲轴转角 等。 – 火焰半径、火焰前锋面积、已燃和未燃的容积随时间的 变化曲线
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燃油雾化的阶段描述
1.通过喷孔，把燃油伸展成油柱或油片； 2.油注或油片的表面出现波纹和扰动； 3.在表面波和扰动作用下，在油注油片的表 面形成油线或空洞； 4.油线的分裂或空洞的扩大产生较大油滴； 5.由于大油滴在各种外力作用下发生振动， 分散成小油滴； 6.小油滴之间的碰撞产生更小的油滴。
其他不正常燃烧
• 表面点火
– 后火 – 早火 – 激爆
• 续走 • 部分燃烧、失火
表面点火与爆燃
• 表面点火和爆燃是两种完全不同的不正常 燃烧现象，爆燃是在电火花点火以后终燃 混合气的自燃现象，而表面点火则是炽热 物点燃混合气所致。但两者存在着某种相 互促进关系
汽油机燃烧室
• 设计要点：
– 缩短火焰传播距离； – 利用适当的湍流； – 合理分布温度高低及冷却情况；
• 典型燃烧室 1.楔形 2.浴盆形 • 分层充气与GDI
3.碗形
4.半球形
柴油机燃烧
• • • • 柴油机的燃烧特征 可燃混合气形成 柴油机的燃烧过程 柴油机的燃烧室
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柴油机的燃烧特征
• 柴油机的大部分燃料是在着火后喷入气缸 的，它处于一边与空气混合、一边燃烧的 情况下，由于混合过程比反应速率慢，因 此燃烧速率取决于混合速率。换句话说， 混合过程控制了燃烧速率，这就是所谓的 扩散燃烧。 • 柴油机是以扩散燃烧为主的燃烧模式。