汽车发动机原理第六章 柴油机混合气形成与燃烧
第六章 掌握柴油机的进排气控制系统结构原理及检修方法
第六章 掌握柴油机的进排气控制系统 结构原理及检修方法
❖ ．学习目标 ❖ 1.掌握柴油机的空气预热系统 ❖ 2.掌握柴油发动机的进气控制系统 ❖ 3.掌握柴油机的增压控制系统 ❖ 4.掌握柴油机废气再循环控制系统 ❖ 5.掌握柴油机尾气净化处理系统
一、废气涡轮增压系统
废气涡轮增压系统的功用是利用废气的能量，通过增 压器将发动机的进气先进行压缩，使增压后的空气密度 增大，实际充入的空气量增加（见图6-18和图6-19）。 这样，可以向气缸内喷入更多的燃料并能获得充分燃烧 ，因此提高了柴油机的输出功率。
图6-18废气涡轮增压器在汽车上的应用
图6-19废气涡流增压系统示意图
的一种增压控制系统。典型的电子控制式惯性增压系统 如图6-27所示。它主要由各种传感器、电子控制单元、 电磁阀空气室空气控制气缸、控制阀等组成。
图6-27电子控制式惯性增压系统
一、废气再循环控制系统的作用
EGR系统工作时，将一部分废气引入进气系统， 与新鲜的燃油混合气混合，使混合气变稀，从而降 低了燃烧速度，燃烧温度随之下降，从而有效的减 少NOX的生成，如图6-28所示。其关键部件是EGR 阀，其实物如图6-29所示。
1.涡轮增压器的结构 涡轮增压器一般由涡轮部分、中间壳体、压气机部
分三大部分组成（见图6-20）。
图6-20废气涡轮增压器的组成
2.中冷器的结构 废气涡轮增压系统一般加装有中冷器，以便对从涡
轮增压器压气机出来的温度升高的空气进行冷却，以 提高空气的密度，提高发动机的充气效率。其实物如 图6-21所示。
二、可变截面涡轮增压器
可变截面涡轮增压器的结构如图2-23所示。
图6-23可变涡轮增压系统的结构
汽车发动机原理柴油机混合气形成与燃烧课件
柴油机与汽油机的比 较
燃料不同
汽油机使用汽油作为燃料，而柴油机使用柴油作 为燃料。
燃烧方式不同
汽油机采用点燃式燃烧方式，而柴油机采用压燃 式燃烧方式。
应用范围不同
汽油机主要用于小型车辆和家用轿车等领域，而 柴油机则主要用于大型车辆和重型机械等领域。
02
柴油机混合气形成原理
混合气的概念与形成过程
混合气的概念
混合气是指柴油机燃烧室内，空气与燃油进行均匀混合所形 成的可燃气体。
混合气的形成过程
在柴油机进气过程中，空气通过进气门进入气缸，同时喷油 器在压缩行程中将柴油喷入气缸，燃油在高温高压空气中蒸 发扩散，并与空气混合形成混合气。
燃油喷射过程与特点
燃油喷射过程
在柴油机压缩行程后期，喷油器 定时定量地将柴油喷入气缸，油 雾与空气混合形成可燃混合气。
表面处理优化
对燃烧室表面进行耐磨、耐腐蚀处理，如镀铬、喷涂耐高温材料等， 以提高燃烧室的使用寿命和稳定性。
温度控制优化
采用高效燃烧室温度控制技术，如冷却水套、热防护等，防止燃烧室 过热或局部高温，提高燃烧室的热效率和使用安全性。
提高燃油喷射与混合气形成效率的方法
多阶段燃油喷射 根据发动机的转速和负荷，采用多阶段燃油喷射技术，实 现燃油的分层喷射和分段燃烧，提高燃油利用率和动力输 出。
汽车发动机原理柴油 机混合气形成与燃烧 课件
01
汽车发动机概述
汽车发动机的类型与特点
汽油机
以汽油为燃料，通过点燃式方式进行 燃烧，具有轻便、低噪音、低油耗等 优点，但同时也存在排放污染较高的 问题。
柴油机
以柴油为燃料，通过压燃式方式进行 燃烧，具有高效率、低油耗、低排放 等优点，但同时也存在噪音较大、制 造成本较高等问题。
柴油机的工作原理
柴油机的工作原理柴油机是一种内燃机，它利用柴油燃料进行燃烧，产生高温高压气体驱动活塞运动，从而将热能转化为机械能。
柴油机的工作原理可以分为四个基本过程：进气、压缩、燃烧和排气。
1. 进气过程：柴油机的进气过程是通过进气门实现的。
在活塞下行运动时，气缸内的容积增大，气缸内的压力降低，进气门打开，外部空气通过进气道进入气缸。
进气门关闭后，活塞开始向上运动，气缸内的空气被压缩。
2. 压缩过程：随着活塞向上运动，气缸内的空气被压缩，压缩比普通在16:1至22:1之间。
压缩过程使空气温度升高，压力增加，形成高压高温的压缩空气。
3. 燃烧过程：当活塞接近顶死点时，柴油燃料通过喷油器喷入气缸内。
柴油燃料遇到高温高压的压缩空气时，自燃点附近的燃料开始燃烧。
燃烧过程产生的热能使气体膨胀，推动活塞向下运动，驱动曲轴旋转。
4. 排气过程：当活塞接近下死点时，排气门打开，废气通过排气道排出气缸。
同时，活塞开始向上运动，气缸内的容积增大，将剩余废气排出。
柴油机的工作原理基于循环过程，也称为“四冲程循环”。
通过循环过程，柴油机将燃料的化学能转化为机械能，实现了能量的转换。
柴油机的工作原理与汽油机相比有一些不同之处。
首先，柴油机利用的是压燃原理，而汽油机利用的是火花点火原理。
其次，柴油机的压缩比较高，热效率较高，适合大功率输出；而汽油机的压缩比较低，燃烧较快，适合高转速运行。
此外，柴油机的燃料经济性更好，燃油消耗量相对较低。
总结起来，柴油机的工作原理是通过进气、压缩、燃烧和排气四个过程实现能量转换。
柴油机以其高效率、高扭矩和低燃油消耗量的特点，在汽车、船舶、发机电等领域得到广泛应用。
发动机原理与汽车理论发动机原理基础知识
10
燃烧过程
11
结论：膨胀
发动机的实际膨胀过程与压缩过程很相似，也是一 个复杂的热力过程（吸热量大于放热量、吸热量等于 放热量、吸热量小于放热量）。总体来说，缸内气体 的吸热量大于放热量。 膨胀过程不仅有散热损失和漏气损失，还有补燃损 失。 膨胀过程终了b点的压力和温度越低，说明气体膨胀 和热量利用越充分。
发动机原理与汽车理论 发动机原理基础知识
2
课程内容概述
第一章 发动机原理基础知识 第二章 发动机的换气过程 第三章 汽油机的燃料与燃烧 第四章 柴油机的燃料与燃烧 第五章 燃气发动机的燃料与燃烧 第六章 发动机的特性 第七章 汽车的动力性 第八章 汽车的制动性 第九章 汽车的使用经济性 第十章 汽车的操纵稳定性 第十一章 汽车的舒适性 第十二章 汽车的通过性 第十三章 汽车性能的合理使用
原子数，单：k=1.67，双：cvk=1.4，三：k=1.3。
根据热力学公式和循环平均压力可求出混合加热循环的平均 压力为：
pt
k 1
p1
k 1
1
k
1t
影响因素
定容加热循环。
由4个热力过程组成:（ρ=1）
循环净功为W 。
将ρ=1代入混合加热循环计算式中。
定容加热循环的热效率为：
t
1
1
k 1
定容加热循环的平均压力为： pt
k p1
1 k 1
1t
影响因素
18
4.理想循环的影响因素
（1）压缩比ε。ε提高,循环热效率ηt和平均压力pt提高。因 为ε提高，可以提高压缩终了的温度和压力，在定容加热量一定 时，缸内最高压力提高，使膨胀功增加。
(2）压力升高比λ和预胀比ρ。在定容加热循环中，压力升高比 λ增加，循放加热量增加(在ε一定时)，使循环净功W0和循环放 热量Q2均相应增加, 所以循环热效率不变，但循环平均压力提高； 在混合加热循环中(在ε和总加热量一定时) ，λ提高，预胀比 ρ减小，循环热效率和平均压力提高。
第六章：柴油机燃料供给系统
柴油及其使用性能
汽车构造
2)蒸发性：指柴油蒸发汽化的能力，用柴油馏出 某一百分比的温度范围即馏程和闪点表示。比如， 50％馏出温度即柴油馏出50％的温度，此温度越 低，柴油的蒸发性越好，混合气形成速度就越快， 易完全燃烧。但蒸发性过高，则会使全部柴油迅 速燃烧，缸内压力急剧升高，柴油机工作粗暴。 闪点低，蒸发性好。
空间雾化混合
油雾的形成 燃料以高压、高速从喷油器以 圆锥形的油束喷出，由于受到 高密度空气的摩擦阻力作用， 被分裂为许多油线进而成为油粒。
空气的运动促进混合 将燃油喷成雾状油束是混合气 形成的第一步，其次是使油粒
分布得更均匀。
汽车构造
空间雾化混合
汽车构造
最有效的措施：空气运动 多采用两种办法:（l）使进气产生涡流;（2）产生挤压涡流
油膜蒸发混合
它是将柴油喷向球形油膜燃 烧室的壁面上,在强烈地空气 涡流作用下,燃油的大部分 (95%)形成油膜.由于油束贯 穿空气和室壁的反射,必然有 少量油粒（5％）悬浮在空间， 形成着火源。油膜在热能作 用下，逐层蒸发、逐层卷走、 逐层燃烧，产生了燃气涡流， 其燃烧速度是前期慢、后期 快，使燃烧过程加速进行到 终点。
混合气的形成（空间雾化混合或油膜蒸发混合）、 点火和燃烧方式不同于汽油机;
柴油机的a＞1，燃烧充分，排气污染小；
柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本 较高;
柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬 季冷车时起动困难;
排气噪声大，颗粒排放严重，废气中含SO2多
柴油及其使用性能
(完整版)汽车发动机原理课后习题答案
第二章发动机的性能指标1.研究理论循环的目的是什么？理论循环与实际循环相比，主要作了哪些简化？答:目的：1.用简单的公式来阐明内燃机工作过程中各基本热力参数间的关系，明确提高以理论循环热效率为代表的经济性和以平均有效压力为代表的动力性的基本途径2.确定循环热效率的理论极限，以判断实际内燃机经济性和工作过程进行的完善程度以及改进潜力3.有利于分析比较发动机不同循环方式的经济性和动力性简化：1.以空气为工质，并视为理想气体，在整个循环中工质的比热容等物理参数为常数，均不随压力、温度等状态参数而变化2.将燃烧过程简化为由外界无数个高温热源向工质进行的等容、等压或混合加热过程，将排气过程即工质的放热视为等容放热过程3.把压缩和膨胀过程简化成理想的绝热等熵过程，忽略工质与外界的热交换及其泄露等的影响4.换气过程简化为在上、下止点瞬间开和关，无节流损失，缸内压力不变的流入流出过程。
2.简述发动机的实际工作循环过程。
四冲程发动机的实际循环由进气、压缩、燃烧、膨胀、排气组成3.排气终了温度偏高的原因可能是什么？有流动阻力，排气压力>大气压力，克服阻力做功，阻力增大排气压力增大,废气温度升高。
负荷增大Tr增大；n升高Tr增大，∈+，膨胀比增大，Tr减小。
4.发动机的实际循环与理论循环相比存在哪些损失？试述各种损失形成的原因。
答：1.传热损失，实际循环中缸套内壁面、活塞顶面、气缸盖底面以及活塞环、气门、喷油器等与缸内工质直接接触的表面始终与工质发生着热交换2.换气损失，实际循环中，排气门在膨胀行程接近下止点前提前开启造成自由排气损失、强制排气的活塞推出功损失和自然吸气行程的吸气功损失3.燃烧损失，实际循环中着火燃烧总要持续一段时间，不存在理想等容燃烧，造成时间损失，同时由于供油不及时、混合气准备不充分、燃烧后期氧不足造成后燃损失以及不完全燃烧损失4.涡流和节流损失实际循环中活塞的高速运动使工质在气缸产生涡流造成压力损失。
发动机原理_柴油机混合气的形成和燃烧
运动速度和油膜厚度。
二、分隔式燃烧室
涡流室燃烧室 • 预燃室燃烧室 涡流室容积约占整个燃烧 室压缩容积的50%-60% • 预燃室容积约占整个燃烧 • 通道的截面积约为活塞截 室压缩容积的35%-45% 面积的 1%～3.5％ • 通道的截面积约为活塞截 • 涡流室燃烧过程 面积的0.3%-0.6％ • 预燃室燃烧过程
机械噪声
由曲轴连杆活塞机构、配气
机构、齿轮系、喷油泵及其 它附属机构等部分的高速运 动并与其相邻零部件发生频 繁的机械撞击，激励结构振 动而产生的噪声。
燃烧噪声
因为迅速地燃烧引起燃烧室
内压力急剧变化
控制噪声与振动的措施
1）控制燃烧过程来降低燃烧噪声。 2）改进机体等有关零部件的结构，降低结构振动的振幅 和提高共振频率。 3）为减小撞击力，尽可能减小缸套与活塞之间、轴承、 传动齿轮等处的间隙。为减小惯性力应减小运动件的质量， 并在可能的情况下，适当降低活塞平均速度。 4）应用吸振减振材料制造薄板零件 5）改进消声器的结构、材料；改进空气滤清器、冷却风 扇等的设计及适当调节配气相位以降低气体动力噪声。 6）遮蔽噪声源
三、对喷射系统的要求
理想的喷油规律： 更高的喷射压力和喷油速 率以及更短的喷油持续时 间已是技术发展的一个明 显趋势。 为避免柴油机工作过于粗 暴，又希望实现“先缓后 急”的喷油规律。 在所有的工况下都希望在 喷射结束阶段能尽可能迅 速地结束喷射。
四、柴油机电控喷射系统
电控喷射系统突出优 点是控制的准确性和 响应的快速性。 系统的基本控制量： • 循环喷油量的控制 • 供油提前角控制
第二节 燃油喷射和雾化
一、供油系统和喷射过程
柴油机供油系统 喷油泵速度特性及其校正 喷射过程 供油规律和喷油规律 不正常喷射现象和喷射系统中的穴蚀 破坏
汽车发动机的工作原理
汽车发动机的工作原理汽车发动机是汽车的心脏，是汽车动力系统的核心部件。
它的工作原理直接关系到汽车的性能和效率。
下面我们来详细介绍汽车发动机的工作原理。
首先，汽车发动机是通过内燃机的方式来提供动力的。
内燃机是指在密闭的燃烧室内，将燃料和空气混合后点燃，利用燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功的机器。
常见的汽车发动机有汽油发动机和柴油发动机两种。
汽油发动机是通过点火塞点火，将混合气点燃，产生爆炸推动活塞运动，从而驱动汽车运行。
而柴油发动机是通过高压喷油器将柴油喷入燃烧室，利用高温高压气体自燃，推动活塞做功。
其次，汽车发动机的工作原理涉及到四个基本过程，进气、压缩、燃烧和排气。
首先是进气过程，汽车发动机通过进气门将空气吸入气缸内，与燃料混合后形成可燃混合气。
接着是压缩过程，活塞向上运动将混合气压缩，使其温度和压力升高。
然后是燃烧过程，点火系统点燃混合气，产生爆炸推动活塞做功。
最后是排气过程，活塞向上运动将燃烧后的废气排出气缸外。
再次，汽车发动机的工作原理还涉及到几个重要部件，活塞、曲轴、气门、点火系统和供油系统。
活塞是发动机内部的运动部件，通过连杆与曲轴相连，将往复运动转化为旋转运动。
曲轴是发动机的动力输出轴，将活塞的往复运动转化为旋转运动输出到变速器。
气门控制着气缸内的进气和排气，保证发动机正常的工作循环。
点火系统负责点燃混合气，使发动机正常燃烧。
供油系统则负责将燃料喷入气缸内，保证发动机正常燃烧。
最后，汽车发动机的工作原理直接影响到汽车的动力性能和燃油经济性。
合理的发动机设计和优化的工作原理可以提高汽车的动力输出和燃油利用率，降低尾气排放，减少环境污染。
综上所述，汽车发动机的工作原理是通过内燃机的方式提供动力，通过进气、压缩、燃烧和排气四个基本过程完成动力输出。
同时，发动机内部的活塞、曲轴、气门、点火系统和供油系统等部件协同工作，保证发动机正常运行。
汽车发动机的工作原理直接关系到汽车的性能和效率，是汽车动力系统的核心。
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过急的压力升高会导致温度明显升高，使Nox生成量明显增加。
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p
， pmax 做功不利，柴油机性能
p
兼顾运转平稳性，
Nox生成， p
不宜超过0.4~0.5MPa/（°），为抑制
应更低。
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
（一） 着火延迟期 （滞燃期A-B ）
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A — 喷油嘴针阀打开向缸高压喷油。
此时，缸内温度虽已远远超过柴油的自燃温度 （可达
400～800 ℃） ，但并不马上着火。
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
B — 缸内压力脱离压缩线开始急骤增高。 一般时间：0.0007～0.003 [s]；对应的曲轴转角称为着火延迟角 尽管着火延迟期 很短，但却对燃烧过程、尤其是柴油机的燃烧 过程影响很大，因此十分重要。
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
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第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
知识目标
1．了解柴油机混合气的形成方式。 2．掌握柴油机的燃烧过程以及影响因素。 3．掌握各种不正常的燃油喷射现象。 4．了解柴油机各种燃烧室的特点
– 补燃期 t ，be ，动力性，冷却水温度
，排气温度，排放差。
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
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所以，应尽量减少补燃。柴油机由于随喷随燃， 混合时间短，补燃要比汽油机严重。 高速、高负荷下由于过量空气系数小，混合气形 成和燃烧时间更短，后燃更为严重。
5/15/2019
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第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
燃烧过程的特点
1. 高压喷油在气缸内形成可燃混合气 2. 压缩自燃。
燃烧必须具备的条件
1. 可燃混合气必须具有一定的温度 2. 可燃混合气必须在一定的浓度范围内
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
6.1 柴油机的燃烧过程
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第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
能力目标
1.能够分析柴油机混合气形成特点。 2.能够分析柴油机正常燃烧过程在不同
阶段的燃烧特点。 3.综合运用知识给出控制柴油机燃烧过
程的主要措施。
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第6章 柴油机混合气的形成与燃烧 本章主要内容
柴油机燃烧过程 混合气的形成和燃烧室 燃油喷射和雾化 燃烧过程的影响因素
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第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
柴油机燃烧放热规律三要素
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• 燃烧放热始点 • 燃烧放热持续时间 • 燃烧放热率规律
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
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最高压力出现在上止点后10~15°，柴油机最高 压力点出现的位置与哪些因素有关？
喷油提前角；着火延迟期和速燃期的长短。
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
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（四） 补燃期 D－E
– E — 放热量达95～99%。 – 补燃期在膨胀过程中。
速燃期如何控制压力升高率
缩短着火延迟期时间 减少着火延迟期内喷入的燃油量
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你能想出哪些方法？
燃料（十六烷值）；压缩比；进气增压； 预热；选用不同的喷油器等
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
•
（三） 缓燃期 C－D
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第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
二、燃烧过程
C最高压力
§ 6.1 柴油机的燃烧过程 D 最高温度
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各阶段划分： 1：着火延迟
期 2：缓燃期 3：速燃期 4：补燃期
B开始着火 A开始喷油
E 燃烧结束
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
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5/15/2019
温度与压力对着火延迟期的影响。
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
（二） 速燃期 B－C
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
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– B 点开始着火，压力急骤增高，接近等容燃烧。
• D — 最高温度点。TD Tmax 1700～2000 K。
• 放热量达70～80%。 • D点一般在上止点后20°~35°曲轴转角处出现。 • 喷油在此阶段停止，V，p，接近等压燃烧。
废气量，氧气、燃油量 燃烧。
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
理想的燃烧放热规律及其控制
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放热始点的位置要保证最大燃烧压力出现在上 止点后12~15°； 通过柴油机喷油提前角的变化以及着火落后期 长短来加以调控。
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6素
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第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
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第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
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• 着火延迟期长短会明显影响阶段喷油量和预制混合气 量的多少，从而影响柴油机的燃烧特性、动力性爱那 个、经济性、排放特性以及噪声振动，必须精确控制。
• 在燃料十六烷值一定的情况下，影响着火延迟期长短 的主要因素是燃烧室内的温度和压力。
持续喷油，即随喷随燃。
– C — 最高压力点。
– 为表示B－C阶段压力升高的急骤程度，引入概念压力升高
率：
p3 pmax p p3 p2 3 2
[ Mpa/degCA ]
第6章 柴油机混合气的形成与燃烧
§ 6.1 柴油机的燃烧过程
p ，pmax 运动部件冲击载荷，工作粗暴，柴油机寿命；