发动机原理与汽车理论第5章燃气发动机的燃料与燃烧.ppt
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发动机原理与汽车理论--武汉理工大学课件
第二定律； 3．根据热力学基本定律和工质的热力性质，分析实
现热能和机械功相互转换的基本热力过程，阐明使 热能以更大的百分率转变为机械功的途径。
第1章 工程热力学基础
一些基本概念
• 在工程热力学中，把实现热能与机械功相 互转换的工作物质称为工质。
• 汽车发动机是通过燃料的燃烧变热能为机 械功的，在整个转变过程中，总是以气体 作为媒介物质，这些气体便是工质。
式中：dq为某工质在某一状态下温度变化 时所吸收或放出的热量。单位是kJ或J。
第1章 工程热力学基础
C
C f (T )
T
气体的比热随温度变化的关系
第1章 工程热力学基础
气体的比热与加热过程的关系
• 气体的比热与加热过程有关。在不同的过 程中，使1kg质量的气体温度升高1K，所 需加入的热量是不同的。
《发动机原理与汽车理论》
武汉理工大学汽车工程学院
余晨光
2011-2
《发动机原理与汽车理论》 课程主要内容
发动机原理是研究发动机主要使用性能的科学， 是在分析发动机工作原理的基础上研究发动机 主要使用性能与其结构之间的内在联系，分析 发动机主要使用性能的各种影响因素，从而指 出正确设计和使用发动机的基本途径。
• 了解工质的热力状态及其基本参数；了解 热力学基本定律在分析热机工作性能方面 的作用。
第1章 工程热力学基础
工程热力学的主要内容
• 工程热力学是热力学最早发展起来的一个分支，它 研究热能和机械功互相转换的规律。
• 其主要内容有： 1．介绍常用工质（如空气、可燃混合气等）的热力
性质； 2．介绍热力学基本定律：热力学第一定律、热力学
• 对汽车提出的使用性能的要求是多方面的，汽 车理论主要研究汽车的动力性、燃油经济性、 制动性、通过性、操纵稳定性和平顺性等。
现热能和机械功相互转换的基本热力过程，阐明使 热能以更大的百分率转变为机械功的途径。
第1章 工程热力学基础
一些基本概念
• 在工程热力学中，把实现热能与机械功相 互转换的工作物质称为工质。
• 汽车发动机是通过燃料的燃烧变热能为机 械功的，在整个转变过程中，总是以气体 作为媒介物质，这些气体便是工质。
式中：dq为某工质在某一状态下温度变化 时所吸收或放出的热量。单位是kJ或J。
第1章 工程热力学基础
C
C f (T )
T
气体的比热随温度变化的关系
第1章 工程热力学基础
气体的比热与加热过程的关系
• 气体的比热与加热过程有关。在不同的过 程中，使1kg质量的气体温度升高1K，所 需加入的热量是不同的。
《发动机原理与汽车理论》
武汉理工大学汽车工程学院
余晨光
2011-2
《发动机原理与汽车理论》 课程主要内容
发动机原理是研究发动机主要使用性能的科学， 是在分析发动机工作原理的基础上研究发动机 主要使用性能与其结构之间的内在联系，分析 发动机主要使用性能的各种影响因素，从而指 出正确设计和使用发动机的基本途径。
• 了解工质的热力状态及其基本参数；了解 热力学基本定律在分析热机工作性能方面 的作用。
第1章 工程热力学基础
工程热力学的主要内容
• 工程热力学是热力学最早发展起来的一个分支，它 研究热能和机械功互相转换的规律。
• 其主要内容有： 1．介绍常用工质（如空气、可燃混合气等）的热力
性质； 2．介绍热力学基本定律：热力学第一定律、热力学
• 对汽车提出的使用性能的要求是多方面的，汽 车理论主要研究汽车的动力性、燃油经济性、 制动性、通过性、操纵稳定性和平顺性等。
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。
发动机原理与汽车理论汽油机的燃料与燃烧课件
发动机原理与汽车理论汽油机的燃 料与燃烧课件
41
发动机原理与汽车理论汽油机的燃 料与燃烧课件
8
二、汽油机对混合气的要求
（1）怠速工况 （2）小负荷工况 （3）中等负荷工况 （4）大负荷工况和全负荷工况 （5）冷起动工况 （6）暖机工况 （7）加速工况
发动机原理与汽车理论汽油机的燃 料与燃烧课件
9
三、汽油机混合气的形成
1．汽油机混合气的形成过程 （1）单点喷射汽油机混合气的形成过程。 （2）多点喷射汽油机混合气的形成过程 （3）缸内喷射汽油机混合气的形成过程
一、汽油机的排气污染物 二、汽油机排气污染的控制措施
发动机原理与汽车理论汽油机的燃 料与燃烧课件
35
一、汽油机的排气污染物
1．一氧化碳（CO） 2．碳氢化合物（HC） 3．氮氧化合物（NOX） 4．二氧化碳（CO2） 5．二氧化硫（SO2）
发动机原理与汽车理论汽油机的燃 料与燃烧课件
36
二、汽油机排气污染的控制措施
二、汽油机的不正常燃烧
1.爆燃： 2.表面点火：
发动机原理与汽车理论汽油机的燃 料与燃烧课件
21
爆燃
1.爆燃：在某种条件下（如压缩比过高或点火过早），汽 油机的燃烧变得不正常（这时火焰传播速度和火焰前锋形 状发生急剧的变化），上止点附近的压力急剧波动。 2.爆燃时外部特征： 1）发出金属振音（敲缸）； 2）冷却系统过热（冷却水、润滑油温度均上升），汽缸 盖温度上升； 3）在轻微爆震时，功率略有增加；强烈爆震时，功率下 降，转速下降，发动机有较大的振动。
发动机原理与汽车理论汽油机的燃 料与燃烧课件
10
三、汽油机混合气的形成
2．汽油机混合气形成过程的控制 （1）顺序喷射方式喷油正时控制（图3-2和图3-3 ） （2）分组喷射方式喷油正时控制（图3-4和图3-5） （3）同时喷射方式喷油正时控制（图3-6和图3-7） （4）异步喷油正时控制
41
发动机原理与汽车理论汽油机的燃 料与燃烧课件
8
二、汽油机对混合气的要求
（1）怠速工况 （2）小负荷工况 （3）中等负荷工况 （4）大负荷工况和全负荷工况 （5）冷起动工况 （6）暖机工况 （7）加速工况
发动机原理与汽车理论汽油机的燃 料与燃烧课件
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三、汽油机混合气的形成
1．汽油机混合气的形成过程 （1）单点喷射汽油机混合气的形成过程。 （2）多点喷射汽油机混合气的形成过程 （3）缸内喷射汽油机混合气的形成过程
一、汽油机的排气污染物 二、汽油机排气污染的控制措施
发动机原理与汽车理论汽油机的燃 料与燃烧课件
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一、汽油机的排气污染物
1．一氧化碳（CO） 2．碳氢化合物（HC） 3．氮氧化合物（NOX） 4．二氧化碳（CO2） 5．二氧化硫（SO2）
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二、汽油机排气污染的控制措施
二、汽油机的不正常燃烧
1.爆燃： 2.表面点火：
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21
爆燃
1.爆燃：在某种条件下（如压缩比过高或点火过早），汽 油机的燃烧变得不正常（这时火焰传播速度和火焰前锋形 状发生急剧的变化），上止点附近的压力急剧波动。 2.爆燃时外部特征： 1）发出金属振音（敲缸）； 2）冷却系统过热（冷却水、润滑油温度均上升），汽缸 盖温度上升； 3）在轻微爆震时，功率略有增加；强烈爆震时，功率下 降，转速下降，发动机有较大的振动。
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三、汽油机混合气的形成
2．汽油机混合气形成过程的控制 （1）顺序喷射方式喷油正时控制（图3-2和图3-3 ） （2）分组喷射方式喷油正时控制（图3-4和图3-5） （3）同时喷射方式喷油正时控制（图3-6和图3-7） （4）异步喷油正时控制
发动机原理与汽车理论第5章 燃气发动机的燃料与燃烧
6. 沸点 液化石油气的主要成分丙烷、丁烷的沸点分别为 – 42℃和-0.5℃ 7. 颜色、味道和毒性 液化石油气本身是无色、无味、无毒性的物质。
第三节
燃气发动机的混合气形成与燃烧
一、燃气发动机的混合气形成
1.机外混合气形成方式 (１)混合器供气系统 (２)电控燃气喷射系统 日本本田公司 研制的电控多点 燃气(CNG) 喷射系统如图5-1
复习思考题
１. 车用燃气发动机分几种类型？ ２. 车用燃气发动机所用气体燃料有哪些？ 说明其主要性质。 ３. 燃气发动机混合气的形成有何特点？ ４. 分析燃气发动机的燃烧过程。 ５. 燃气发动机不正常燃烧的现象及其产生原因是什么？ ６. 如何改善燃气发动机的燃烧过程？
7.颜色、味道和毒性 天然气本身是无色、无味、无毒性的物质。
二、液化石油气
1.组成成分 液化石油气的元素组成和物化特性见表5-1 2.密度 15℃时液态液化石油气的密度约为0.55kg / L
3.热值 单位质量液化石油气的热值比汽油高， 单位体积液态液化石油气的热值比汽油低。 4. 自燃温度 液化石油气的自燃温度约为504℃ 5.抗爆性 液化石油气的抗爆性介于汽油和天然气之间。
第四节
１. 燃料性质
改善燃气发动机燃烧过程的措施
一、影响燃气发动机燃烧过程的因素
２. 混合气浓度 ３. 点火提前角
４. 发动机负荷
二、应用在燃气发动机
上的电控技术 系统组成如图 5-3
2.间接采集信号控制系统
控制过程如图5-4所示。
1) 模拟汽油喷射信号 如图5-5。
２)模拟氧传感器信号 ３)点火提前角调节器 开关式点火提前角调节器 如图5-6，基本点火提前角的 设置方法见表5-3。
第五章 燃气发动机的燃料与燃烧
汽车发动机构造原理-发动机第5章-柴油机燃料供给与燃烧课件
51
空气涡流方式
（1）进气涡流 在进气行程
中形成绕气缸中 心高速旋转的气 流。
a）螺旋型进气道 b）切向进气道
52
空气涡流运动
53
（2）挤压涡流（挤流）
在压缩过程中形成的空气运动。
54
（3）燃烧涡紊 流：利用柴油 燃烧的能量， 冲击未燃的混 合气，造成混 合气涡流或紊 流。
1-喷油器 2-副燃烧室 3-通道 4-主燃烧室 55
（5）结构简单，可靠性好，适用性强，可以在
新老发动机上应用。
31
5.2.2 电控柴油喷射系统总体组成与 原理
位置控制系统：不改变传统的喷油系统 的工作原理和基本结构，只是采用电控 组件，代替调速器和供油提前器，对分 配式喷油泵的油量调节套筒或柱塞式喷 油泵的供油齿杆的位置，以及油泵主动 轴和从动轴的相对位置进行调节，以控 制喷油量和喷油定时。
高压柴油进入针 阀体中部的环形 油腔12，针阀上 移，打开喷孔10 喷油。
针阀的开启压力 （喷油压力）的 大小取决于调压 弹簧的预紧力。 可通过调压螺钉 17调整。
23
低惯量孔式喷油器
1-喷油器体 2-喷油嘴 3-弹性垫圈 4-密封垫圈 5-紧固螺套 6-结合座 7-顶杆 8-调压弹簧 9-垫圈 10-进油道 11-回油道
14
泵油机构
1-出油阀紧座 2-出油阀弹 簧 3-出油阀 4-出油阀 座 5-柱塞套 6-低压油 腔 7-柱塞 8-喷油泵体 9-油量调节齿杆 10-油量 调节套筒 11-柱塞弹簧 12-供油正时调节螺钉 13-定位滑块 14-凸轮轴 15-凸轮 16-挺柱体部件 17-柱塞弹簧下座 18-柱 塞弹簧上座 19-齿圈 20-进回油孔 21-密封垫
32
时间控制方式
空气涡流方式
（1）进气涡流 在进气行程
中形成绕气缸中 心高速旋转的气 流。
a）螺旋型进气道 b）切向进气道
52
空气涡流运动
53
（2）挤压涡流（挤流）
在压缩过程中形成的空气运动。
54
（3）燃烧涡紊 流：利用柴油 燃烧的能量， 冲击未燃的混 合气，造成混 合气涡流或紊 流。
1-喷油器 2-副燃烧室 3-通道 4-主燃烧室 55
（5）结构简单，可靠性好，适用性强，可以在
新老发动机上应用。
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5.2.2 电控柴油喷射系统总体组成与 原理
位置控制系统：不改变传统的喷油系统 的工作原理和基本结构，只是采用电控 组件，代替调速器和供油提前器，对分 配式喷油泵的油量调节套筒或柱塞式喷 油泵的供油齿杆的位置，以及油泵主动 轴和从动轴的相对位置进行调节，以控 制喷油量和喷油定时。
高压柴油进入针 阀体中部的环形 油腔12，针阀上 移，打开喷孔10 喷油。
针阀的开启压力 （喷油压力）的 大小取决于调压 弹簧的预紧力。 可通过调压螺钉 17调整。
23
低惯量孔式喷油器
1-喷油器体 2-喷油嘴 3-弹性垫圈 4-密封垫圈 5-紧固螺套 6-结合座 7-顶杆 8-调压弹簧 9-垫圈 10-进油道 11-回油道
14
泵油机构
1-出油阀紧座 2-出油阀弹 簧 3-出油阀 4-出油阀 座 5-柱塞套 6-低压油 腔 7-柱塞 8-喷油泵体 9-油量调节齿杆 10-油量 调节套筒 11-柱塞弹簧 12-供油正时调节螺钉 13-定位滑块 14-凸轮轴 15-凸轮 16-挺柱体部件 17-柱塞弹簧下座 18-柱 塞弹簧上座 19-齿圈 20-进回油孔 21-密封垫
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时间控制方式
发动机原理与汽车理论整套课件汇总完整版电子教案(全)
2）气体被压缩的程度用压缩比ε表示，压缩比等于压缩 初始气体的容积与压缩终了气体的容积之比，即
3）压缩比过低会使发动机动力性、经济性和排放性下 降，提高压缩比又受到机件强度和不正常燃烧的限制，一 般发动机的压缩比为:
4）经常测量压缩终了的压力(ｃ点的压力pc)，用于评 定发动机的性能或诊断故障。压缩终了的压力过低、会 导致发动机动力性、经济性下降，使用中出现动力不足、 起动困难、燃料消耗增加等故障现象。压缩终了的压力 过低，说明发动机汽缸密封不良，其主要原因一般是气 门密封表示，即
发动机的平均有效压力一般为
４. 升功率、比质量和强化系数 评定发动机结构和强化程度的指标。
1）升功率 在标定工况下，每升汽缸工作容积所发出的有效功率，
4）比热 单位量的物质，温度每变化1K时吸收或放出的热量，
用符号c表示，即
式中:dq — 单位量的物质在温度变化 dT 时吸收或放出
的热量。 mkg气体的温度从 T1变化到 T2时，吸收或放出的热
量 Q为
气体从外界吸收热量为正，气体向外界放出热量为负。
3. 内能 1）气体内部所具有的各种能量的总和，主要由气体分 子运动的动能和分子间的位能组成； 2）理想气体的内能仅指其内部动能，它是温度 T的单 值函数， 1kg气体的内能用符号 ｕ 表示,单位为J/kg或 者kJ/kg，则
只有开氏温度才是状态参数，开氏温度不可能有负值！
2. 压力
单位面积上所受的垂直作用力称为压力，即压强。
1）热力学中的压力是指气体分子对单位容器壁面产生 的实际作用力，称为绝对压力，用符号p表示，单位： 帕斯卡（Pa）
2）只有绝对压力p才是气体的状态参数，
以p0表示大气压力，则： 当p> p0时， p=pg + p0， pg为用压力表测得的表压力； 当p< p0时， p=p0 - pv ，pv为真空表测得的真空度。 3）气体的绝对压力与表压力和真空度的关系如图１-１
汽车发动机原理第五章 汽油机混合气形成和燃烧幻灯片PPT
6 有爆燃问题。
有工作粗暴问题。
7 组织气流运动的目的是为了 组织气流运动的目的是为了
加速火焰传播，防止爆燃。 进燃油与空气更好地混合。
第一节 汽油机混合气的形成
第5章 汽油机混合气的形成和燃烧 5.1 汽油机混合气的形成
第5章 汽油机混合气的形成和燃烧 5.1 汽油机混合气的形成
第5章 汽油机混合气的形成和燃烧 5.1 汽油机混合气的形成
Ｏ , 放出热量。
第5章 汽油机混合气的形成和燃烧 5.2 汽油机的燃烧过程
❖ 2.燃烧速度 ❖ 定义:指单位时间内燃烧的混合气数量。
dm dt
TUT
AT
❖ 式中： m——混合气的质量；
❖
AT——火焰前锋面积；
❖
ρT——未燃混合气密度；
❖
UT——火焰传播速度。
第5章 汽油机混合气的形成和燃烧 5.2 汽油机的燃烧过程
1.燃烧过程的分段 正常燃烧分三个阶段。
第5章 汽油机混合气的形成和I4活 燃 面I点I燃3没塞 烧第火缸缩—。烧第（这要遍大烧度作趋1有下 主33I焰内线4点点I明一阶在整部在,粗势从112阶但气燃行 要（I称点阶它过p中压开——u火显阶段此个分暴电p段流烧,为补s8以段与。使后心力始u焰燃段。时燃在0代，火火缸称掉：运燃燃s%前火2p,。升急传烧为间烧此表噪的花花内燃为—动料期以为焰,播高 骤燃烧期 燃 内 室 时工声跳塞 压着3在基（上压传称期不 增料速） 烧 期,,作3本火跳 力火pp不后点火 混m缩播为）火。大 高继度a燃过 内粗火 脱阶x正燃过焰 合u焰速过急。 ，续。 。下烧程 完暴s段。 离常期后前迅 气形燃率程燃燃降完的 成的，压燃的）锋速 的期有成,料烧,的主 燃程工烧传 绝关。的。 热2 能粘点所附绝火以在大提, 在缸部前汽壁分角油上在的机—此混中时1合点,间火气内焰
第5章 内燃机中燃料的发火与燃烧
（二）燃烧的危害
由于爆燃时的压力波动，不能使燃气对活塞作功更 多。汽车重载上坡时，允许有轻微的短时间的爆燃，因 为轻微的爆燃可以使燃烧过程缩短，有利于提高有效热 效率。但不允许严重的爆燃，严重爆燃会有下列危害。 1.机件过载
强烈爆燃时的冲击波能使缸壁、缸盖、活塞、连杆、 曲轴等机件的机械负荷增加，使机件变形甚至损坏。
5.1 汽油机的正常燃烧
火花塞跳火点燃可燃混合气，形成火焰中 心，火焰按一定速度连续地传播到整个燃烧室 的空间。在此期间，火焰传播速度以及火焰前 锋的形状均没有急剧变化，这种状况称为正常 燃烧。
一、汽油机的正常燃烧过程
通常根据高速摄影摄取的燃烧图或激光吸收光谱仪 来分析燃烧过程。但最简便的方法是测取燃烧过程的展 开示功图。展开示功图以发动机曲轴转角为横坐标，气 缸内气体压力为纵坐标。图5-1为汽油机展开示功图。
3.性能指标下降
严重爆燃时的局部高温及强烈的压力冲击波，破坏了附面层， 气体向缸壁的传热量大大增加，使热效率下降，功率降低，耗油 率增加。由于传热损失增加，使冷却水和润滑油温度增加，引起 润滑油的润滑效果变差，零件磨损加剧。试验表明，严重爆燃时 磨损量比正常燃烧时大27倍。 爆燃时的局部高温引起热分解现象严重，使燃烧产物分解为 CO 、 H2 、 O2 、NO、及游离碳的现象增多，排气冒烟严重。CO、 H2、O2等在膨胀过程中重新燃烧又使补燃增加，排气温度增高。 爆燃产生的炭碳粒形成积炭，破坏活寒环、火花塞、气门等零件 的正常工作。使发动机可靠性下降。由于爆燃在气缸内形成的强 烈的压力冲击波，在缸壁，活塞顶及缸盖底面之间的来回反射 ， 强迫缸壁等零件振动，使噪声增大。为了提高发动机效率，可以 采取提高压缩比的措施，但是，由于同时提高了缸内混合气的 压 力、温度，使末端混合气易自燃着火，引起爆燃，因而爆燃限制 了压缩比的提高，进而限制了热效率的提高。
燃气轮机-燃烧室 ppt课件
燃烧产物。
最关键部分： 火焰管
长期高温下工作， 必须进行冷却
ppt课件
4
二次空气的作用
大部分用来冷却火焰管外壁和燃烧室外壳，一部分 冷却火焰管内壁；
一部分经混合器5进入混合区与燃气混合掺冷，把温 度降低到给定的燃气温度；
补燃作用。
85%~70%
15%~30%
ppt课件
5
结构不太复杂。
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37
2．双轴方案
2.1 分轴方案
压气机与高压涡轮共轴
(C-HT)和燃烧室一起
组成燃气发生器； 低压涡轮与负荷共轴
(LT-L)。
宜用于变速负荷。
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2.2 平行双轴方案
高压压气机由高压涡轮 带动（HC-HT）；
低压压气机由低压涡轮 带动（LC-LT）。
负荷的带动有两种形式： HT-L或LT-L
3、功率平衡
平行双轴机组
机械联系的各部件的驱动力矩，应等
于总的阻力矩（包括压气机耗功），
即每根轴上的功率应平衡。
单轴机组：
压气机内功率
NLT=NLC/m1+Ne NHT=NHC/m2
涡 轮内功率
或
NT=NC+Nm+Ne NT=NC/m+Ne
分轴机组：
机组附件消耗和 机械损失功率
机械效率
要求燃烧室在燃气轮机的一切工况下均能稳定燃烧，不发 生灭火现象以及强烈的火焰脉动现象。
保证（1）火焰不被高速气流吹灭(火焰稳定器)；
（2）不发生熄火。
富油
熄火
熄火极限—指一定的油气比范围（fmin ~ fmax）
其差值越大，稳定性越好。
《发动机原理与汽车理论》课件学习单元五
（二）速燃期
速燃期:从开始着火（即压力
偏离压缩线开始急剧上升(B
速燃期
点)）到出现最高压力(C点).
特点：形成多个火焰中心， 持续喷油，即随喷随燃。压 力急剧上升，压力达到最高 （有可能达到13MPa以上）。
影响： 压力升高率大，燃烧迅速，柴油机的经济性和 动力性会较好； 压力升高率过大，则柴油机工作粗暴，燃烧噪 音大；同时运动零件承受较大的冲击负荷，影响其 工作可靠性和使用寿命等。 压力升高率应限制在一定的范围之内，柴油机 的压力升高率一般应不大于0.4~0.5 MPa／(º )曲轴。 与汽油机相比，柴油机的压力升高率较大。
补燃期
（四） 补燃期
Байду номын сангаас
从最高温度点起到燃油基 本烧完时为止称为补燃期。
补燃期的终点很难准确地 确定，一般当放热量达到循环 总放热量的 95 ％ —99 ％时，可 认为补燃期结束。即整个燃烧 过程结束。
补燃期内燃油的燃烧可称为后燃，由于燃烧时间短促，混 合气又不太均匀，总有少量燃油拖延到膨胀过程中继续燃 烧。特别在高速、高负荷工况下，因过量空气系数小，混 合气形成和燃烧的时间更短，这种后燃现象就更为严重。 在补燃期中，由于活塞下行了相当的距离，气缸内容积 增大很多，缸内压力和温度迅速下降，故燃烧速度很慢， 所放出的热量很难有效利用，还使排气温度升高，导致散 热损失增大，对柴油机的经济性不利。此外，后燃还增加 了有关零件的热负荷。 因此，应尽量缩短补燃期，减少补燃期内燃烧的燃油量。
图5-1 柴油机 燃油喷射系统 1—喷油器 2— 燃油滤清器 3—直列柱塞式 喷油泵 4—喷 油提前器 5— 输油泵 6—调 速器 7—油水 分离器 8—油 箱 9—高压油 管 10—回油管 11—低压油管
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7/29
第二节 燃气的性质
一、天然气 二、液化石油气
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一、天然气
1. 组成成分：甲烷 2. 密度：相当于空气的60%。 3. 热值：低热值高于汽油和柴油。 4. 自燃温度：比汽油和柴油略高，需外源点火。 5. 抗爆性：比汽油好，可提高压缩比。 6. 沸点：-162度，一般以气态存储。 7. 颜色、味道和毒性：无色、无味、无毒。
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二、液化石油气
1. 组分：丙烷、丁烷。 2. 密度：易液化，15度时为液态，密度比汽油小；气态
的LPG比空气密度大。 3. 热值：单位质量LPG热值比汽油高。 4. 自燃温度：比汽油高。 5. 抗爆性：介于汽油和天然气之间。 6. 沸点：常温下为气态。 7. 颜色、味道和毒性：无色、无味、无毒。
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三、车用燃气发动机的发展趋势
•燃气汽车在国外已有60多年的发展史，早期的燃气汽车发动机， 都是采用油、气两用技术，。 •随着电子技术的发展，燃气发动机也在第一代产品的基础上，加 装了电子控制装置，形成燃气汽车第二代产品。 •随着汽油机电控技术的推广应用，第三代电控燃气喷射技术产品 也相继问世，主要包括两用燃料单点喷射系统和单一燃料（天燃 气或液化石油气）闭环多点顺序喷射系统，同时发动机控制系统 的功能也逐渐延伸到点火和排放控制等系统 。
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二、我国燃气汽车的发展
•我国的一些专家在20世纪50年代就开展了有关天然气汽车的研究，并在60 年代初于四川完成两辆CA10H型天然气汽车的2.5万km运行试验及其它试 验。 •自1994年起，我国最大的工业城市——上海组织开展LPG（液化石油气） 燃气汽车样车的试用及相关研究工作，1997年又开始对LPG汽车应用关键 技术进行研究 。 •在燃气发动机电控技术方面，由东风汽车公司和天津大学牵头开展了大型 公交车用单燃料CNG（压缩天然气）电喷发动机研制，由广西玉柴和吉林 工业大学、中国汽车技术研究中心牵头开展了大型公交车改单燃料LPG电 喷发动机的研制；天津大学还开展了顺序喷射、稀燃、全电子控制柴油/天 然气混合燃料发动机的研究。 •截止2001年底，我国燃气汽车保有量已超过11万辆
第五章 燃气发动机的燃料与燃烧
第一节 概述 第二节 燃气的性质 第三节 燃气发动机的混合气形成与燃烧 第四节 改善燃气发动机燃烧过程的措施
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第一节 概述
一、燃气汽车的发展历程 二、我国燃Байду номын сангаас汽车的发展 三、车用燃气发动机的发展趋势 四、车用燃气发动机的类型
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一、燃气汽车的发展历程
• 1872年发明了奥托循环发动机开始就有了天然气发动机。 • 第一次世界大战期间天然气发动机开始用在汽车上，后因气体燃料
二、燃气发动机的燃烧过程
1.正常燃烧 着火延迟期 急燃期 补燃期 点火提前角比汽油机大。 2.不正常燃烧 爆燃。
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第四节 改善燃气发动机燃烧过程的措施
一、影响燃气发动机燃烧过程的因素 二、应用在燃气发动机上的电控技术
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一、影响燃气发动机燃烧过程的因素
1．燃料性质：然气的沸点低，与空气混合容易，混合气形成均匀，燃气发动机 的补燃期较短，燃烧比较完全，排放污染低。然气的辛烷值较高，所以燃气发动 机爆震燃烧的倾向小。在压缩比相同时，天然气的着火延迟期比汽油长，液化石 油气的着火延迟期比汽油短。 2．混合气浓度：汽油机功率混合气的浓度为α=0.8~0.9，燃气发动机的功率混合 气浓度为α=0.9~1.1。 3．点火提前角：燃气比汽油的燃烧速度慢，燃烧过程所需时间（或曲轴转角） 相对较长，而且抗爆性能较好，所以在两用燃料发动机上，燃用燃气时与燃用汽 油时相比，点火提前角一般应提前3°~5°。 4．发动机负荷：由于燃气的燃烧速度慢，在发动机使用的负荷范围内，尽量减 少残余废气量和适当增大点火提前角，对提高燃气发动机性能非常重要。 试验证明，随负荷变化，汽油机的急燃期所占曲轴转角变化较大，而燃气发动机 基本不变，所以有无点火提前角真空自动调节装置，对汽油机非常重要，对燃气 发动机影响不大。
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四、车用燃气发动机的类型
•按能够燃用的燃料数量和形式可分为三类： – 单燃料燃气发动机只使用天然气或液化石油气中的一 种作为燃料，此种发动机根据所用燃料特性进行专门 设计，其热效率、经济性比较好。 – 两用燃料燃气发动机具有两套独立的燃料供给系统 （其中一套用于供气），在使用中可以在两种燃料间 灵活切换，但两种燃料不能同时使用。 – 混合燃料燃气发动机是在柴油机基础上，经过重新设 计或改装而成的燃气发动机。使用天然气（或液化石 油气）与柴油的混合燃料，燃气混合气由压缩自燃着 火的柴油引燃。
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第三节 燃气发动机的混合气 形成与燃烧
一、燃气发动机的混合气的形成 二、燃气发动机的燃烧过程
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一、燃气发动机的混合气的 形成
1.机外混合 混合气均匀，控制系统简单，安全性差。应适当减小气 门重叠角。 (1)混合器供气系统 (2)电控燃气喷射系统 2.机内混合(电控燃气直接喷射系统)：与柴油机类似，分 为高压和低压喷射两种型式。
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四、车用燃气发动机的类型
•按所用气体燃料的种类不同分为两大类： – 液化石油气发动机以液化石油气（LPG）作为燃料。 液化石油气是一种在大气温度条件下，只需较小压力 就能转变为液态的烃类混合物，主要成份是丙烷和丁 烷。 – 天然气发动机以天然气（NG）为燃料。按所用的天 然气形态不同，天然气发动机又可分为液化天然气 （LNG）发动机、压缩天然气（CNG）发动机和吸附 天然气（ANG）发动机。
贮存、携带不方便，影响了燃气汽车发展， • 20世纪60年代以来，各国都在为解决汽车燃料和污染两大问题，寻
求新的代用汽车燃料。 • 20世纪30年代初由意大利人率先采用天然气作为汽车燃料。 • 前苏联在1938年研制出两种压缩天然气汽车。 • 到1996年仅独联体国家天然气汽车达47万辆，到1998年日本共有天
然气汽车45万辆，到2000年意大利已有天然气汽车30万辆，到2000 年阿根廷天然气汽车也超过30万辆。 • 美国从1984年由福特公司开始研制天然气汽车，到1994年的10年间， 美国仅有约4万辆天然气汽车在使用，但受到环保法规和国家政策 制约，1994年后天然气汽车的发展速度也在逐渐加快。 • 天然气兼具资源丰富、分布广泛、价格低廉且可大大减少汽车排放 污染等多方面的优点，天然气汽车将是未来汽车的发展方向。
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混合器供气系统
与化油器式汽油发动机类似。 分为机械控制和电控两种型式。 双燃料发动机以般用调节器调节混合气的浓度。 化油器式双燃料发动机加装点火时间转换器。 电控混合器供气系统应用于柴油机上。
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双燃料发动机供给系统
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混合器供气电控系统
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电控燃气喷射系统
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第二节 燃气的性质
一、天然气 二、液化石油气
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一、天然气
1. 组成成分：甲烷 2. 密度：相当于空气的60%。 3. 热值：低热值高于汽油和柴油。 4. 自燃温度：比汽油和柴油略高，需外源点火。 5. 抗爆性：比汽油好，可提高压缩比。 6. 沸点：-162度，一般以气态存储。 7. 颜色、味道和毒性：无色、无味、无毒。
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二、液化石油气
1. 组分：丙烷、丁烷。 2. 密度：易液化，15度时为液态，密度比汽油小；气态
的LPG比空气密度大。 3. 热值：单位质量LPG热值比汽油高。 4. 自燃温度：比汽油高。 5. 抗爆性：介于汽油和天然气之间。 6. 沸点：常温下为气态。 7. 颜色、味道和毒性：无色、无味、无毒。
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三、车用燃气发动机的发展趋势
•燃气汽车在国外已有60多年的发展史，早期的燃气汽车发动机， 都是采用油、气两用技术，。 •随着电子技术的发展，燃气发动机也在第一代产品的基础上，加 装了电子控制装置，形成燃气汽车第二代产品。 •随着汽油机电控技术的推广应用，第三代电控燃气喷射技术产品 也相继问世，主要包括两用燃料单点喷射系统和单一燃料（天燃 气或液化石油气）闭环多点顺序喷射系统，同时发动机控制系统 的功能也逐渐延伸到点火和排放控制等系统 。
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二、我国燃气汽车的发展
•我国的一些专家在20世纪50年代就开展了有关天然气汽车的研究，并在60 年代初于四川完成两辆CA10H型天然气汽车的2.5万km运行试验及其它试 验。 •自1994年起，我国最大的工业城市——上海组织开展LPG（液化石油气） 燃气汽车样车的试用及相关研究工作，1997年又开始对LPG汽车应用关键 技术进行研究 。 •在燃气发动机电控技术方面，由东风汽车公司和天津大学牵头开展了大型 公交车用单燃料CNG（压缩天然气）电喷发动机研制，由广西玉柴和吉林 工业大学、中国汽车技术研究中心牵头开展了大型公交车改单燃料LPG电 喷发动机的研制；天津大学还开展了顺序喷射、稀燃、全电子控制柴油/天 然气混合燃料发动机的研究。 •截止2001年底，我国燃气汽车保有量已超过11万辆
第五章 燃气发动机的燃料与燃烧
第一节 概述 第二节 燃气的性质 第三节 燃气发动机的混合气形成与燃烧 第四节 改善燃气发动机燃烧过程的措施
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第一节 概述
一、燃气汽车的发展历程 二、我国燃Байду номын сангаас汽车的发展 三、车用燃气发动机的发展趋势 四、车用燃气发动机的类型
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一、燃气汽车的发展历程
• 1872年发明了奥托循环发动机开始就有了天然气发动机。 • 第一次世界大战期间天然气发动机开始用在汽车上，后因气体燃料
二、燃气发动机的燃烧过程
1.正常燃烧 着火延迟期 急燃期 补燃期 点火提前角比汽油机大。 2.不正常燃烧 爆燃。
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第四节 改善燃气发动机燃烧过程的措施
一、影响燃气发动机燃烧过程的因素 二、应用在燃气发动机上的电控技术
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一、影响燃气发动机燃烧过程的因素
1．燃料性质：然气的沸点低，与空气混合容易，混合气形成均匀，燃气发动机 的补燃期较短，燃烧比较完全，排放污染低。然气的辛烷值较高，所以燃气发动 机爆震燃烧的倾向小。在压缩比相同时，天然气的着火延迟期比汽油长，液化石 油气的着火延迟期比汽油短。 2．混合气浓度：汽油机功率混合气的浓度为α=0.8~0.9，燃气发动机的功率混合 气浓度为α=0.9~1.1。 3．点火提前角：燃气比汽油的燃烧速度慢，燃烧过程所需时间（或曲轴转角） 相对较长，而且抗爆性能较好，所以在两用燃料发动机上，燃用燃气时与燃用汽 油时相比，点火提前角一般应提前3°~5°。 4．发动机负荷：由于燃气的燃烧速度慢，在发动机使用的负荷范围内，尽量减 少残余废气量和适当增大点火提前角，对提高燃气发动机性能非常重要。 试验证明，随负荷变化，汽油机的急燃期所占曲轴转角变化较大，而燃气发动机 基本不变，所以有无点火提前角真空自动调节装置，对汽油机非常重要，对燃气 发动机影响不大。
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四、车用燃气发动机的类型
•按能够燃用的燃料数量和形式可分为三类： – 单燃料燃气发动机只使用天然气或液化石油气中的一 种作为燃料，此种发动机根据所用燃料特性进行专门 设计，其热效率、经济性比较好。 – 两用燃料燃气发动机具有两套独立的燃料供给系统 （其中一套用于供气），在使用中可以在两种燃料间 灵活切换，但两种燃料不能同时使用。 – 混合燃料燃气发动机是在柴油机基础上，经过重新设 计或改装而成的燃气发动机。使用天然气（或液化石 油气）与柴油的混合燃料，燃气混合气由压缩自燃着 火的柴油引燃。
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第三节 燃气发动机的混合气 形成与燃烧
一、燃气发动机的混合气的形成 二、燃气发动机的燃烧过程
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一、燃气发动机的混合气的 形成
1.机外混合 混合气均匀，控制系统简单，安全性差。应适当减小气 门重叠角。 (1)混合器供气系统 (2)电控燃气喷射系统 2.机内混合(电控燃气直接喷射系统)：与柴油机类似，分 为高压和低压喷射两种型式。
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四、车用燃气发动机的类型
•按所用气体燃料的种类不同分为两大类： – 液化石油气发动机以液化石油气（LPG）作为燃料。 液化石油气是一种在大气温度条件下，只需较小压力 就能转变为液态的烃类混合物，主要成份是丙烷和丁 烷。 – 天然气发动机以天然气（NG）为燃料。按所用的天 然气形态不同，天然气发动机又可分为液化天然气 （LNG）发动机、压缩天然气（CNG）发动机和吸附 天然气（ANG）发动机。
贮存、携带不方便，影响了燃气汽车发展， • 20世纪60年代以来，各国都在为解决汽车燃料和污染两大问题，寻
求新的代用汽车燃料。 • 20世纪30年代初由意大利人率先采用天然气作为汽车燃料。 • 前苏联在1938年研制出两种压缩天然气汽车。 • 到1996年仅独联体国家天然气汽车达47万辆，到1998年日本共有天
然气汽车45万辆，到2000年意大利已有天然气汽车30万辆，到2000 年阿根廷天然气汽车也超过30万辆。 • 美国从1984年由福特公司开始研制天然气汽车，到1994年的10年间， 美国仅有约4万辆天然气汽车在使用，但受到环保法规和国家政策 制约，1994年后天然气汽车的发展速度也在逐渐加快。 • 天然气兼具资源丰富、分布广泛、价格低廉且可大大减少汽车排放 污染等多方面的优点，天然气汽车将是未来汽车的发展方向。
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混合器供气系统
与化油器式汽油发动机类似。 分为机械控制和电控两种型式。 双燃料发动机以般用调节器调节混合气的浓度。 化油器式双燃料发动机加装点火时间转换器。 电控混合器供气系统应用于柴油机上。
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双燃料发动机供给系统
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混合器供气电控系统
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电控燃气喷射系统
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