汽车节能技术第2章发动机的节能原理与技术

2.1 发动机的工作性能及评价指标
*排气品质：符合排放法规
2.1 发动机的工作性能及评价指标
*排气品质：符合排放法规
2.1 发动机的工作性能及评价指标
*排气品质：符合排放法规
2.1 发动机的工作性能及评价指标
2.1.3发动机特性
指一定条件下，发动机的性能指标与特性参 数随着调整情况及运行工况变化而变化的关 系。
(1) 转速的影响
2.2 发动机的节能原理与途径
2.2.2提高发动机机械效率
2.影响机械效率的主要因 素：
(2) 负荷的影响
2.2 发动机的节能原理与途径
2.2.2提高发动机机械效率
2.影响机械效率的主要因素：
(3)润滑条件的影响 在保证各种环境和工况均能可靠润滑的前提下， 尽量选用低粘度的机油，以减小摩擦损失，改善 起动性能。
2.2.3可燃混合气浓 度与发动机工况 的合理匹配
2.可燃混合气的成分 及其对汽油机性 能的影响
2.2 发动机的节能原理与途径
2.2.4提高循环热效率
发动机从燃料的化学能转换为有效输出功的 过程，是决定发动机动力性和经济性最关键 的环节。有三个环节：燃烧负荷、循环热效 率、机械效率。
循环热效率 t 是核心环节，热功转换是热能动
2.2 发动机的节能原理与途径
2.2.2提高发动机机械效率
发动机机械效率：
Pe------有效功率 Pi------发动机指示功率 Pm------发动机机械损失功率
m
Pe Pi
1
Pm Pi
试验研究表明，当减少总摩擦损失的17%~21% 时，，可以提高整机经济性3%~7%。
2.2 发动机的节能原理与途径
2.1.3发动机特 性
3.发动机的万有 特性
万有特性曲线最 内层燃油消耗率 be最低，越向外 燃油消耗率be值 越高，我们希望 最低油耗率be区 域越宽越好。
• 汽油机万有特性具有如下特点：最低耗油率 偏高，经济区域偏小；等耗油率曲线在低速 区向大负荷收敛，这说明汽油机在低速、低 效率时的耗油率随负荷的减小而急剧增大。
• 柴油机的转矩Te低速时有上升趋势．小负菏时 上升加剧，而高速时均略为下降，大负荷时下 降多一些。
• 有效功率曲线总是随转速n的上升而增大。由 于曲线较平坦，所以可达到的最大功率点远离 最高使用转速（图上看不出来）。
• 燃油消耗率在低转速时，随转速的增加而降低； 而在高转速时，曲线附转速n 的上升而上翘度 加大．即燃油消耗率增加。
1.减少进气系统的流动损失
(1)减少进气门座处的流动损失
4)采取较小的S/D值。
v
1.减少进气系统的流动损失
(2)减小整个进气管道的流动阻力
1)进气道。 减小阻力；能够使新鲜气体充入气缸内形成涡流
v
2)进气管。 有足够的流通截面积，表面光洁，避免急转弯和
截面的突然变化。
3)空气滤清器。微孔纸质滤芯原始阻力最小，
第2章 发动机的节能原理与技术
• 发动机的工作性能及评价指标 • 发动机的节能原理与途径 • 发动机节能技术 • 发动机的节能装置
2.1 发动机的工作性能及评价指标
2.1.1发动机的工作性能 动力性 经济性 运转性能 可靠性
*满足动力性的前提下，经济型才有意义。
2.1 发动机的工作性能及评价指标
平均马赫数是进气门处气流平均速度与该处音速之比， 超过0.5，充气效率便急剧下降。 目前汽油机马赫数已接近0.5，柴油机马赫数一般在 0.3-0.5之间。
1.减少进气系统的流动损失
(1)减少进气门座处的流动损失
2)增加气门的数目。 采用小气门，增加气门数是增大进气门流通面积、降 低排气损失的有效措施。 v 上柴6135Q-1型柴油机将双气门改为四个小气门后功 率由162kw提高到194kw，提高了20%。 赛车用高比功率的发动机采用多个小气门结构后， 功率可提高70%，转矩可提高30%。
• 柴油机相对汽车变速工况的适应性好，等 功率曲线向高速延伸时，耗油率的变化不 大，所以采用低速档时，柴油机的转矩和 功率储备较大。
• 在使用中．以柴油机为动力的汽车可以长 时间使用低速档。因此。以柴油机为动力 的汽车的实际动力因数，比以汽油机为动 力的汽车为高。
2.2 发动机的节能原理与途径
2.2.1提高充气效率
2.2.1提高充气效率
4.合理选择配气相位
(3) 排气提前角 应当在保证排气损失最小v 的前提下，尽量晚开 排气门，以提高热效率。
2.2.1提高充气效率
4.合理选择配气相位
(4) 配气相位的选择 从以下方面综合评定v ： 1)充气效率高 2)必要的燃烧室扫气 3)合适的排气温度 4)较小的换气损失
2.1.3发动机特性
3.发动机的万有特性
负荷特性、速度特性只能表示某一转速或某一 节气门开度（或油量调节杆位置》时，发动机 参数间的变化规律．对于工况变化大的发动机， 耍分析各种工况下的性能，就需要在一张图上 全面表示出内燃机性能的特性曲线。
发动机的多参数特性称为万有特性。
广泛应用的万有特性用转速n 作为横坐标。用 平均有效压力pme作为纵坐标，在图上画出许多 等油耗率be曲线和等功率Pe曲线。
2.2.2提高发动机机械效率
1.机械损失的组成：
(1)机械摩擦损失
1）活塞组件的摩擦 减少9~11.5%
2）轴承摩擦
减少3%
3）配气机构摩擦 减少1.5~7.0%
4）其他损失
减少1~2%
(2)辅助装置驱动功率消耗
(3)泵气损失
2.2 发动机的节能原理与途径
2.2.2提高发动机机械效率
2.影响机械效率的主要因 素：
以Te表示，单位为牛顿米（N·m）
5.燃油消耗率：发动机每发出1kW的有效功率，在 1h内所消耗的燃油的质量。
用be表示，单位为g/ (kW·h)
2.1 发动机的工作性能及评价指标
2.1.2发动机的性能指标
6.运转性能指标 排气品质：符合排放法规
噪声：客车内噪声级≦82dB，
驾驶员耳旁噪声级 ≦90dB 起动性能：汽油机在-10℃，柴油机在-5 ℃的气温 条件下，15秒内发动机要能自行运转。
2.1.3发动机特性 2.发动机负荷特性
• 在图2 -3 负荷特性的be曲线上有三个特殊点： 点① 为最低点，点② 为柴油机供油量增加到
一定程度后的冒烟点，点③为最大Pe点．尽管 发动机在不同转速下有不同的负荷特性曲线， 但其变化的趋势是一样的。
• be点越低则其经济性能越好。但要汽车在大部 分运行条件下都能保证具有较好的燃料经济性， 还应要求be曲线在离开bemin点时上升不能太快， 即be曲线变化要平缓。这一点对经常处于中、 小负荷下运行的汽车用发动机尤为重要。从这 个意义来讲，柴油机的be曲线比汽油机变化平 缓．加之柴油机热负荷高，比油耗be比汽油机 低20%～30%，所以汽车使用柴油机比汽油机 省油。
2.2 发动机的节能原理与途径
2.2.3可燃混合气浓度与发动机工况的合理匹配 发动机的经济性主要取决于它的燃烧过程。 对燃烧过程的要求是：
燃烧要迅速、及时、完全。
1.化油器
2.2 发动机的节能原理与途径
2.2.3可燃混合气浓度与发 动机工况的合理匹配
2.可燃混合气的成分及其 对汽油机性能的影响
2.2 发动机的节能原理与途径
2.1.2发动机的性能指标
主要是动力性能指标和经济性性能指标，它 们又分为有效性能指标和指示性能指标。
1.指示性能指标：以工质在气缸内对活塞所作之功 为计算基准的指标。
2.有效性能指标：以发动机曲轴输出功率为计算基 准的指标。
2.1 发动机的工作性能及评价指标
2.1.2发动机的性能指标
3.有效功率：发动机通过飞轮对外输出的功率。 以Pe表示，单位为千瓦（kW） 4.有效转矩：发动机通过飞轮队伍输出的转矩。
2.2.1提高充气 效率
4.合理选择配气 相位
v
(1)进气门迟关角
2.2.1提高充气效率
4.合理选择配气相位
(2)进、排气门重叠角的影响
高速非增压柴油机的进、v 排气门重叠角一般在 20°~60°。重叠角在40°以下基本无扫气作 用。
增压发动机的进、排气门重叠角大，可达 110°~140°，强烈的扫气作用，可以冷却燃 烧室热区零件，减小对新鲜气体的加热，这些 有利于充气效率的提高。
力机械最本质的体现。
2.2 发动机的节能原理与途径
2.2.4提高循环热 效率
导致热效率 t
下降的因素： 1）工质向外传热
的损失
约损失6%
2.2 发动机的节能原理与途径
2.2.4提高循环热效率
导致热效率 t 下降的因素：
2）早燃损失及后燃损失 3）换气损失 4）不完全燃烧损失 5）缸内流动损失 6）工质泄露损失
1.减少进气系统的流动损失
(1)减少进气门座处的流动损失
3)改善进气门处流体动力性能，减少气门处流动损 失。适当增大气门的升程，改进配气凸轮形状，在惯 性力允许的情况下，使气门v 开闭尽可能地快。适当加 大气门杆身与头部的过渡圆弧，减少气门座密封面的 宽度，修圆气门座密封锥面的尖角等措施，均可改善 进气门处流体力学性能，减小流动损失。
性能特征包括：速度特性、负荷特性、万有特性
2.1.3发动机特性 1.发动机速度特性 (1)汽油机速度特性
功率------Pe 转矩------Te 燃油消耗率------be
• 曲轴转速为n1 时，发动机输出最大转矩
（Te=Temax）。
• 曲轴转速为n3 时，发动机发出最大功率
（Pe=Pemax）。
• 发动机最小比油耗相应的转速n2 ，介于最大转 矩的转速nl 和最大功率的转速n3 之间，即居
于发动机某一中间转速。且随转速的不断增加， 曲线上翘幅度加大，节气门开度愈小，则曲线 的弯曲度愈大。
2.1.3发动机特性 1.发动机速度特性 (2)柴油机速度特性
功率------Pe 转矩------Te 燃油消耗率------be
• 在实际应用中，当汽车等功率运行时，驾驶 员应尽量使用高速档，以便节油。汽油机变 负菏时，平均耗油率偏高．
2.1.3发动机特性
3.发动机的万有特性
万有特性曲线最内层 燃油消耗率be最低， 越向外燃油消耗率be 值越高，我们希望最 低油耗率be区域越宽 越好。
• 柴油机万有特性具有以下特点：最低耗油 率偏低，经济区域较宽；等耗油率曲线在 高、低速均不收敛，变化比较平坦。
汽油机压缩比的选择应以不发生爆燃为原则。
2.2 发动机的节能原理与途径
2.2.4提高循环热效率 结论： 提高压缩比可提高热效率。 当燃料在上止点燃烧时，热功转换负荷最高。 稀混合气的采用有利于提高热效率。
2.2 发动机的节能原理与途径
2.2.5提高发动机压缩比
从提高发动机的指示负荷的角度来看，压缩比 愈大愈好。但压缩比过大，不但燃料超耗， 还会引起不良后果，汽油机可能爆燃，柴油 机可能加速零件磨损。
4)化油器。多喉管式
2.2.1提高充气效率
2.减小对新鲜充气量的加热
增压发动机的燃烧室扫气、油冷活塞、， 柴油机进、排气管分v别置于缸盖两侧等措 施，都有利于减小对新鲜充气量的加热， 具有节能效果。
2.2.1提高充气效率
3.减小排气系统的阻力
减小排气系统中排气门座、排气道、排气 管、消声器的阻力，v对降低排气压力p、 减少排气损失均有利。
2.1.3发动机特性
2.发动机负荷特性
负荷是指在一定转速下，发动机实际输出的有效功率， 与在该转速下发动机所能输出的最大功率之比以百分 数表示，量纲为1，它可以理解为外界阻力矩的大小。
负荷特性是指在转速一定的情况下，发动机经济性能 指标（单位耗油量B、燃油消耗率be）随负荷变化而变 化的关系。
负荷特性反映着发动机在不同负荷下运行的燃料经济 性，它是讨论汽车燃料经济性的主要依据。
2.2 发动机的节能原理与途径
2.2.2提高发动机ຫໍສະໝຸດ Baidu械效率
3.减少机械摩擦损失的途径：
1)降低活塞、活塞环、连杆等往复运动机件的质量。 2)减少滑动部件的滑动速度及高面压比。 3)减少润滑油的搅拌阻力 4)润滑油的改良------低粘度化 5)合理选择摩擦零件的材料，优化材料配对，提高摩
擦表面加工精度
充气效率是指发动机在进气行程时，实际进 入气缸内的新鲜气体的质量m与在进气行程 进口状态下充满气缸工v 作容积的气体质量m0
的比值，用 v 表示：
v
m m0
100 %
2.2.1提高充气效率
1.减少进气系统的流动损失
(1)减少进气门座处的流动损失
1)增大进气门直径，选择合适的排气门直径。 发动机充气效率的大小，与v 通过进气门座处的气流的 平均马赫数密切相关。