汽车发动机原理8章1(王建昕)
汽车发动机原理8章2(王建昕)
8.4 PFI汽油机的燃烧室
（a）浴盆形（Bathtub type）燃烧室
形状像椭圆形浴盆，在双侧或单侧（右图）设置挤气面；
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8.4 PFI汽油机的燃烧室
汽油机的燃烧室设计直接影响充气系数、燃烧放热速率、散热损 失、循环波动以及爆燃等，从而影响动力性、经济性和排放性。
8.3.4 PFI汽油机混合气形成过程
混合气形成过程包含喷雾、液 滴的破碎-蒸发、油束碰壁、油膜的 蒸发-剥离-流动，以及混合气的湍 流运动。
以最具代表性的进气门关闭喷射（闭 阀喷射）为例，其混合气形成过程可分为 两个阶段：
进气道中的喷油雾化蒸发
缸内蒸发混合
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微观油气混合更均匀 形成足够的湍流强度以加快火焰传播速度 减小壁面淬熄层厚度以降低HC排放 扫除火花塞处的废气 注意：气流运动过强无必要，反而增加流动和散热损失，使着火困难。
(5) 足够的进排气门流通截面
以使提高ηv （提高功率），降低进气阻力（降低油耗）
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第8章 汽油机的混合气形成及燃烧过程
主要内容： 汽油机的燃烧过程及其特点
汽油机的不正常燃烧
汽油机的混合气形成
汽油机燃烧室及其特性
汽油机电子控制系统与控制技术
稀薄燃烧与缸内直喷式汽油机
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机混合气形成的方式有多种形式，如雾化混合型、油膜混合型、
雾化-油膜混合型等。
不管具体柴油机的混合气形成哪种形式，在一个循环的工
作过程中混合气的形成都必须经历预混合和扩散混合这样两个
阶段。
➢ 预混合燃烧
➢ 扩散燃烧
2.扩散燃烧的特点
扩散燃烧阶段的燃烧情况非常复杂，它既存在预混合燃 烧的形式，又存在单油滴的扩散燃烧形式，是一种气、液双 相混合的燃烧过程。
③链中断：自由原子（基）与容器壁面或惰性气体分子碰 撞，反应能力下降，不再引起反应。
例如：氢的燃烧化学方程：2H2+O2→2H2O 实际过程是：
链引发：H2 →2H 链传播(链爆炸)：H+O2 →OH+O
O+H2→OH+H 2OH+H2 →2H2O+2H 链中断：H+H+M →H2+M（M是惰性气体分子） H+OH+M →H2O+M H+O+M →OH+M
各缸的指示功率为：
Pi1 Pe Pe(1) Pi2 Pe Pe(2)
将上列各式相加得到整机指示功率为：
Pi Pi1 Pi2 ＝iPe (Pe(1) Pe(2) ）
因此，机械损失功率为
Pm Pi Pe (i 1)Pe (Pe(1) Pe(2) ）
3.油耗线法
在负荷特性曲线中找出接近直线的线条，并顺此线条作延 长线，直到与横坐标相交，则交点到坐标原点的长度即该机的 平均机械损失压力。
第八节 燃烧基本理论
一.连锁反应的机理及燃烧放热规律
1.连锁反应的基本概念
链锁反应过程包括： ①链引发：反应物分子受到某种因素激发（如受热裂解、
汽油机增压的技术问题及其解决方案
汽油机增压的技术问题及其解决方案摘要：汽油机增压，虽然在增压原理上与柴油机增压基本相同，但在技术上要比柴油机增压困难得多。
主要由于汽油机增压后爆震的倾向增大，热负荷增高，且增压系统较为复杂。
过去除高强化汽油机的赛车和高原行驶车辆采用增压技术外，一般汽油机很少应用。
20世纪70年代后，世界各地特别在发达国家，城市污染与噪声已成公害，再加上石油危机，这就促使汽油机增压技术得到较快的发展。
本文主要讲述了增压问题及其解决方案。
着重论述了存在的关键性技术问题：排温过高、爆燃、热负荷等。
关键词：涡轮增压爆燃热负荷增压中冷一、汽油机增压技术的难点（一）爆燃倾向增大爆燃是气缸内未燃部分混合气在火焰前锋到来之前自行燃烧，在气缸内形成无方向的爆炸燃烧。
因爆燃发生时，缸内的压力曲线出现高频大幅度波动，同时发动机会产生一种高频金属敲击声，故又称为敲缸或爆震。
增压使压缩终了混合气的温度和压力趋于升高，致使爆燃的倾向增大。
汽油机由于受爆燃限制，压缩比ε较低，因而造成燃烧膨胀不充分，致使排气温度较高。
（二）热负荷加重汽油机混合气的浓度范围窄，燃烧时的过量空气少，造成单位数量混合气的发热量大，又因为汽油机不能利用加大扫气来冷却受热零件，因此使得汽油机在增压后的热负荷偏高。
（三）混合气的控制汽油机采用变量调节，化油器式发动机进行增压时气体流经化油器喉口的压力是变化的，不仅难于精确供应一定浓度的混合气，还增加了一些如增压方案的选择、化油器的密封、加速响应性能等新问题。
电控汽油喷射技术的应用，为增压技术在汽油机中的应用扫除了一大障碍。
（四）汽油机与增压器匹配困难与柴油机相比，汽油机的转速范围宽，从低速到高速混合气质量变化大。
当节气门突然开打时，增压器相应滞后；增压后发动机排气温度高，易造成增压器损坏；并出现低速时增压压力不足，高速时增压压力过高及寿命降低的情况。
二、汽油机涡轮增压的主要技术措施（一）汽油机增压爆燃的技术措施1、降低压缩比ε降低压缩比可以降低压缩中了混合气的温度Ta，控制爆燃的发生，正是增压后解决爆燃的常用方法。
清华大学汽车工程系车辆工程专业（本科）《汽车发动机原理》教学大纲
清华大学汽车工程系车辆工程专业（本科）《汽车发动机原理》教学大纲第一部分大纲说明一、课程的性质和任务《汽车发动机原理》是车辆工程专业本科生的专业必修课。
通过对热力机械的共性问题，如动力如何获取和输出，能量如何消耗和利用；两种典型内燃机（点燃式汽油机和压燃式柴油机）的燃料供给、混合气形成、着火、燃烧；车用内燃机运行特性与性能的调节与控制等发动机基本理论的教学，使学生对发动机的工作过程有深入的了解，能熟知发动机相关参数的运行范围，能掌握基本的发动机性能分析方法。
为今后从事发动机和汽车开发、研究、生产提供必备的专业理论知识和技术基础。
二、本课程与相关课程的关系《汽车发动机原理》是车辆工程专业本科生的两门核心专业课之一（另一门是《汽车理论》），安排在大三春季学期上课。
在这之前有《汽车构造1》和《汽车发动机拆装》，这两门课是专业平台课，是学习《汽车发动机原理》必修的基础专业课。
同时，《汽车发动机原理》又是学习其他专业课，如《发动机设计》、《内燃机增压与增压技术》和《内燃机燃料供给》等的必修课。
三、课程的教学基本要求本课程要求学生对汽车发动机（汽油机和柴油机）的结构有基本的了解，并且具备必要的工程热力学、流体力学和传热学等方面的基础知识。
要求学生上课作笔记，认真听讲，积极思考，参加课堂讨论，按时完成布置的作业。
四、教学方法和教学形式建议本课程涉及的知识面较宽。
以课堂讲授为生，辅以一定量的课堂讨论和自学。
第二部分教学时数、教材、考试一、学时分配总学时48：授课学时44，讨论课学时4教学内容授课学时1、性能指标与影响因素 42、燃料与工质 43、循环分析与能量利用 44、换气过程与循环充量 45、燃烧基础知识 46、燃烧过程及混合气形成 47、特殊燃烧问题的机理与对策 48、有害物排放的生成与控制 49、燃烧室与调节参数的优化 610、汽车发动机运行特性 411、柴油机调速特性 2合计44二、教材与参考书目教材：刘铮, 王建昕.《汽车发动机原理教程》.北京: 清华大学出版社, 2001年参考书：（1）周龙保等.《内燃机学》.北京:机械工业出版社,1999年（2）董敬等.《汽车拖拉机发动机》（第3版）.北京:机械工业出版社,1997年（3）唐开元等.《内燃机原理》.译自“Internal Combustion Engine Fundamental”, J.B.Heywood 三、考试两次考试：期中考试；期末考试。
《汽车发动机原理》课程考核大纲
《汽车发动机原理》课程考核大纲《汽车发动机原理》课程组2010年10月《汽车发动机原理》课程考核大纲一、课程的性质与任务《汽车发动机原理》是本专业的一门专业课。
它的任务是使学生掌握发动机工作过程的基本理论和提高性能指标的主要途径，并获得应用理论知识解决实际问题的初步能力；掌握车用发动机的特性和试验方法，为学习后续专业课和今后工作中合理运用发动机打下基础。
二、课程教学内容和考核目标教学大纲已明确规定了本课程的教学内容、基本要求与考核方法。
根据教学大纲规定，按照考核的特点对教学内容和基本要求加以细化，按章节详述如下：第1章发动机的性能（一）课程教学内容1.1 发动机基本理论循环发动机基本理论循环的建立目的、方法、基本假定、类型和特点；发动机基本理论循环的分析方法与评价指标；基本理论循环的平均压力和循环热效率；循环平均压力和循环热效率的影响因素。
1.2 发动机实际循环发动机的工作过程与实际循环；实际循环的表示方法；进气、压缩、燃烧、膨胀和排气等5个过程；实际循环各过程的起始与终了参数。
实际循环的评价指标——指示指标：动力性指标——指示功、指示功率和平均指示压力等；经济性指标——指示热效率和指示燃油消耗率。
1.3 发动机整机性能发动机的性能试验的方法、设备与试验过程；发动机的性能的评价指标——有效指标：动力性指标——有效功率、有效扭矩和平均有效压力等；经济性指标——有效热效率和有效燃油消耗率；发动机排放指标与噪声指标；其它性能指标。
1.4 发动机机械损失发动机机械损失的定义与评价指标，主要是机械损失功率和平均机械损失压力；机械损失的构成及影响因素；发动机机械损失的测量方法与原理：示功图法、倒拖法、灭缸法和油耗线法等；发动机机械损失的测量设备与试验过程。
1.5 发动机的热平衡发动机实际循环和理论循环的差异，存在差异的原因；发动机实际循环的损失，如工质损失、传热损失和燃烧损失等；发动机的能量分配；发动机热平衡分析，提高发动机性能的基本途径。
汽车发动机原理9章1(王建昕)
控制点火时间，确保火花塞在 最佳时刻点火。
防止点火线圈过热。
点火线圈和火花塞
类型
干式和湿式两种。
作用
将12V的电压变为20,000V以上的电 压，为火花塞提供点火能量。
点火线圈和火花塞
01
02
03
类型
根据热值可分为冷型和热 型。
作用
在高压电的作用下产生电 火花，点燃混合气。
选择
根据发动机的压缩比和点 火系统的要求选择合适的 火花塞。
启动系统的组成和功能
蓄ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ池
提供启动所需的电能。
启动马达
在蓄电池的电能作用下，带动发动机曲轴转动，使发动机启动。
启动系统的组成和功能
启动继电器：控制启动马达的工作。
在启动时，通过启动马达带动发动机曲轴转动，使发动 机从静止状态进入工作状态。
启动系统的功能
在发动机启动后，自动脱离启动系统，防止蓄电池过度 放电。
缺点
由于需要消耗发动机的动力，机械增压技术会增加油耗 和发动机负担。
涡轮增压技术
优点
涡轮增压技术能够显著提高发动 机的功率和扭矩，提高发动机性 能。
缺点
涡轮增压技术的响应速度较慢， 且涡轮容易产生迟滞现象。
进气歧管增压技术
优点
进气歧管增压技术结构简单，成本低 ，对发动机动力有较好的改善效果。
缺点
冷却水和机油滤清器
要点一
冷却水滤清器
用于过滤冷却水中的杂质和污垢，保持冷却系统的清洁， 防止堵塞和腐蚀。
要点二
机油滤清器
用于过滤机油中的杂质和颗粒物，保持机油的清洁度，延 长发动机使用寿命。
07
进排气系统和排放控制系统
汽车发动机原理课后答案解析王建昕帅石金清华大学出版社
《汽车发动机原理》课后习题答案第一章1-1 图1-2示出了自然吸气与增压四冲程发动机的示功图，请问：（1）各自的动力过程功、泵气过程功指的是图中哪块面积？功的正负如何？（2）各自的理论泵气功、实际泵气功和泵气损失功指的是图中哪块面积？功的正负如何？（3）各自的净指示功和总指示功又是由图中哪些面积组成？功的正负如何？（4）造成自然吸气与增压发动机示功图差异的原因是什么？解：由图1-2，(1)自然吸气：动力过程功=面积aczbaW t=W1+W3，正功泵气过程功=面积 W2+W3，负功增压：动力过程功=面积aczbaW t=W1，正功泵气过程功=面积brab W t=W2，正功(2)自然吸气：理论泵气功=0实际泵气功=W2+W3，负功泵气损失功W2+W3负功增压：理论泵气功=p k和p b间的矩形面积，正功实际泵气功=W2，正功泵气损失功=阴影面积，负功(3)自然吸气：总指示功＝W1+W3，正功净指示功＝(W1+W3)-(W2+W3)=W1-W2，正功增压：总指示功=W1＋(p b-p k)*Vs ，正功净指示功=W1+W2，正功(4)差异的原因：增压发动机的进气压力高于排气压力，因此泵气过程功为正。
1-2 增压四冲程发动机在中、小负荷工况运转时，有可能出现压气机后进气压力p b小于涡轮前排气压力pk的情况，请画出此时发动机一个循环的p-V图，标出上下止点、进排气门开关和着火时刻的位置，以及理论泵气功和泵气损失功面积，并判断功的正负。
解：p-V图如下图所示：理论泵气功：绿线包围的矩形面积，负功实际泵气功：进排气线包围的面积，负功泵气损失功：两块面积之差，负功1-3假设机械增压与涡轮增压四冲程发动机的动力过程功W t和压气机后压力p b均相同，请问两者的示功图有何异同？二者的泵气过程功有何差异？为什么？解：涡轮增压的理论排气线为p k，机械增压的理论排气线为p0；且涡轮增压的实际排气线位于机械增压实际排气线的上方。
汽车发动机原理章王建昕(共30张PPT)
其分理类论 ：意沿空义间壁重雾大面化，混顺相合对、气空流间雾喷化的油传，统理形论成是一油个创膜新，
油dp气/dφ相小互蒸，运N发动O，x混低如，合ω空燃速气烧利室度用受率高控，最于小壁φa温＝1和. 涡流强度
实际中在A形与B形中间，可有多种方案，
小➢插曲—性德国能人：的骄傲：
燃油不直接喷入主燃烧室内进行混合燃烧
2. 7-4题 3. 7-11题 4. 7-15题
5. 受油膜蒸发速率的影响，燃烧放热 率呈前低后高的规律
本节要点
7.1 柴油机燃烧过程及其特性分析
7.2 柴油机燃油喷射及混合气形成 7.3 柴油机的燃烧室及其特性
7.4 柴油机的燃烧噪声 7.5 柴油机电子控制燃油喷射系统
第7章作业
1. 影响柴油机压升率高低的主要因素是什么？试提出4种降低 柴油机压升率的方案（可以从喷油策略、进气流动策略、燃 烧室设计等方面选择），并分析其机理。
➢ 大尺度涡流＋局部微涡流 和湍流；
➢ 解决低速涡流太弱而高 速过强的问题
➢ 局部微涡流，可加速混 合燃烧，PM低；
问题： ✓难以加工，工艺性差； ✓缩口部热负荷过高易开裂。
3、 球形燃烧室（M燃烧过程）
油膜蒸发混合
➢ 特点：
球形燃烧室，高涡流比（Ω>3 ）
高速（混单合孔＋着（火或＋燃1烧主＝12副～1）0m喷s）油嘴，
S0影响— 顶隙S0减小，可使：
➢ 空气集中在燃烧室凹坑内，利用率 高；
➢ 燃油不要分散在S0内，此处混合不 好；
➢ S0内的燃烧受壁面淬冷，燃烧慢， 不完全。
因此，所有柴油机燃烧室都应尽量
减小S0
2、 深坑形燃烧室
形状影响：
➢ 实际中在A形与B形中间，可有多种方案， ➢ A燃烧室，有缩口形状，烟度及be明显改善；
汽车发动机原理7章1-王建昕培训课件
充电系统的组成与工作原理
总结词
充电系统是汽车电气系统的重要组成部分，了解其组 成和工作原理有助于保持车辆的正常运行。
详细描述
充电系统主要由发电机、调节器和蓄电池组成。发电机 是汽车电气系统的电源，调节器用于调节发电机输出电 压，使其稳定在规定范围内。蓄电池是储存电能的装置 ，可以提供启动所需的电能和供应汽车电气系统用电。 充电系统的工作原理是，当发动机运转时，发电机通过 皮带与发动机曲轴相连，随着曲轴的转动而发电，产生 的交流电经调节器调节后供给汽车电气系统使用，同时 为蓄电池充电。
润滑与冷却系统的维护与保养
定期更换机油和机油滤清器
根据车辆使用情况和保养手册的建议，定期更换机油和机油滤清 器，以保证润滑系统的正常工作。
检查冷却液和散热器
定期检查冷却液的液位和浓度，以及散热器的清洁程度，以保证冷 却系统的正常工作。
定期清洗发动机
定期清洗发动机内部的积碳和油泥，以保证发动机的正常运转。
06 发动机的起动与充电系统
起动系统的组成与工作原理
要点一
总结词
要点二
详细描述
了解起动系统的组成和工作原理对于维护和修理发动机至 关重要。
起动系统主要由起动机和蓄电池组成，起动机用于启动发 动机，蓄电池为起动机提供电能。起动系统的工作原理是 ，当点火开关置于起动位置时，起动机的电磁开关通电， 吸引铁芯拉动拨叉，使驱动齿轮与飞轮进入啮合状态，同 时带动发动机曲轴转动，当曲轴转速达到一定值时，点火 线圈和火花塞产生高压电，点燃混合气，使发动机进入工 作循环。
通过理论讲解与实际案例分析相结合的方式，使学员更好地理解并掌握汽车发动机 原理。
课程注重实践操作，通过实验和实训环节，提高学员的实际操作能力和问题解决能 力。
汽车发动机原理章王建昕PPT课件
柴 ±2 r/min
➢转速和转矩波动源于燃烧波动 （如右图)
pmax波动 ：2.5~3.5MPa （dQB/dφ）max波动： 2倍
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8.2.3 循环波动
2、危害
点火时间、空燃比等控制参数无法 调节到最佳；
燃烧不好的循环会产生ηi 、Wi等下降 （设想上图中如10个循环都按pmax最高的循环来工作， 会怎样？）
8.2 汽油机的不正常燃烧
汽油机正常燃烧的特征（点燃式发动机）： ➢ 由火花点火引燃（也可有其它强制点火方式） ➢ 以火核为中心的火焰有序传播
汽油机不正常燃烧： ➢ 爆燃（爆震、敲缸） ➢ 表面点火 ➢ 激爆
汽油机的不规则燃烧： ➢循环波动——不同循环之间的燃烧变动 ➢各缸不均匀——各缸之间的燃烧差异
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防止表面点火的对策
➢ 降低燃烧室温度水平（与防爆燃一样，ε↓、点火角↓等） ➢ 燃烧室设计优化（合理冷却、避免尖角和突出部） ➢ 选用低沸点汽油以减少重馏分（如芳烃）形成的积碳 ➢ 控制润滑油消耗（润滑油不完全燃烧易形成积碳） ➢ 采用汽油或润滑油添加剂以防止或消除积碳 ➢ 提高汽油中抗表火性好的成分，如异辛烷等。
放热速率特征值CA50：累计放 热50%的相位，5~10 CA （ATDC）
燃烧特性参数1： 最高爆发压力pmax ➢ pmax ↑，ηi ↑，W i ↑，
但NOx ↑，机械负荷及热负荷↑； ➢ pmax位置，φc＝10～15 CA（ ATDC）
第5页/共35页
Pmax的控制优化
➢Pmax出现的位置可用点火提 前角θig来控制； MBT：Minimum advance for Best Torque，对于最大转矩 的最佳点火提前
汽车发动机原理
汽车发动机原理汽车发动机是汽车的核心部件之一，它通过内燃作用将燃料转化为热能，并将热能转化为机械能，从而驱动车辆的运动。
发动机的工作原理是基于热循环和压缩燃烧原理的。
发动机主要由气缸、活塞、曲轴、连杆、气门、气门机构、燃油系统、点火系统等组成。
燃料从燃油系统进入气缸，燃烧产生的高温高压气体推动活塞上下运动，通过曲轴和连杆将往复运动转化为旋转运动，驱动车辆前行。
发动机工作的基本循环是四冲程循环，包括进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。
进气冲程中，活塞向下运动，气门打开，气缸内充满混合气体。
压缩冲程中，活塞向上运动，将混合气体压缩成高压状态。
燃烧冲程中，点火系统触发，火花塞点燃混合气体，产生爆炸，活塞向下运动，并将爆炸力传递至曲轴。
排气冲程中，活塞再次向上运动，将燃烧产物排出气缸，为下一个循环做准备。
发动机采用的燃料可以是汽油、柴油、天然气等。
在燃油系统中，燃料经过过滤、喷射和混合等处理后，进入气缸，与空气按一定比例混合。
点火系统负责在燃烧冲程中提供火花，点燃混合气体。
同时，活塞上的环形凸轮驱动气门机构工作，及时闭合进气门和排气门，确保冲程的顺利进行。
发动机的运转过程中也会产生排放物，包括废气和废热。
废气中含有一氧化碳、氮氧化物和颗粒物等有害物质，因此需要进行尾气净化处理。
废热可通过散热器和冷却液散热系统进行散热，保持发动机在合适的工作温度范围内。
发动机技术的发展经历了多个阶段，从传统的汽油机、柴油机到如今的混合动力、电动机等新能源技术。
新能源技术的不断推进使得发动机更加高效、环保，并具备更多的动力输出方式。
未来发动机发展的方向将是进一步提高燃烧效率、减少排放和噪音，并逐步实现绿色环保的目标。
总之，汽车发动机作为汽车的心脏，通过内燃作用将燃料转化为机械能，驱动车辆的运动。
发动机工作的原理是基于热循环和压缩燃烧原理的，通过循环的四个冲程实现能量转换。
发动机的技术不断发展，未来的发展方向是提高效率、减少排放，实现更加环保和可持续的动力输出。
汽车发动机原理
汽车发动机原理《汽车发动机原理》是2007年8月由北京大学出版社出版的教材，作者是韩同群。
该书主要讲述了汽车常用动力一点燃式和压燃式内燃机的基本技术和理论，兼顾新型车用动力技术，包括燃料电池和混合动力驱动技术等内容。
全书共分为四篇，第一篇热力工程基础、第二篇动力输出与能量利用、第三篇燃烧与排放、第四篇运行特性与性能调控。
本书是编者根据多年来对车辆工程、交通运输、汽车运用等非内燃机专业学生讲授汽车发动机原理的教学经验而编写的，在内容上，坚持实用性原则，并对汽车发动机前沿技术做了较多的介绍。
本书主要讲述汽车常用动力一点燃式和压燃式内燃机的基本技术和理论，兼顾新型车用动力技术，包括燃料电池和混合动力驱动技术等。
全书共12章，依次分为四篇，第一篇(第1～4章)讲述与热力发动机密切相关的热工基础知识，主要包括工程热力学和传热学的基础理论与应用。
第二篇(第5～7章)在热力学基本定律基础上讲述内燃机的能量转换以及循环充量的原理和规律，即动力机械的动力输出与能量利用问题；第三篇(第8～10章)讲述内燃机的燃烧与排放问题，包括内燃机的燃烧过程、规律与有害排放物及噪声控制。
第四篇(第ll～12章)讲述内燃机应用于汽车动力时具有重要影响的运行特性与性能调控问题。
本书可作为汽车类专业本科教材，也可供从事汽车及发动机科技工作人员及研究生参考使用，还适于初学发动机原理的读者自学之用。
汽车发动机基本理论：一、基本理论汽油发动机将汽油的能量转化为动能来驱动汽车，最简单的办法是通过在发动机内部燃烧汽油来获得动能。
因此，汽车发动机是内燃机----燃烧在发动机内部发生。
有两点需注意：1．内燃机也有其他种类，比如柴油机，燃气轮机，各有各的优点和缺点。
2．同样也有外燃机。
在早期的火车和轮船上用的蒸汽机就是典型的外燃机。
燃料（煤、木头、油）在发动机外部燃烧产生蒸气，然后蒸气进入发动机内部来产生动力。
内燃机的效率比外燃机高不少，也比相同动力的外燃机小很多。
《汽车发动机原理》课件
曲轴
将活塞的直线运动转化为旋转运动，输出 动力。
活塞
在气缸内上下运动，通过与气缸盖的配合 完成工作循环。
发动机的工作原理
01
02
03
04
进气过程
空气通过气。
压缩过程
活塞向上运动，压缩可燃混合 气，提高其温度和压力。
燃烧过程
当活塞达到上止点时，火花塞 产生电火花点燃可燃混合气， 产生能量推动活塞向下运动。
点火系统
燃烧过程
燃烧效率
排放控制
排放污染物
一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等。
排放法规
各国对汽车排放标准的规定。
排放控制技术
三元催化转换器、颗粒物捕集器等，降低污染物排放 。
03
发动机的性能指标
动力性能
总结词
衡量汽车加速、爬坡和最高车速的能力。
详细描述
动力性能主要通过汽车的加速时间、最大爬坡度以及最高车速来衡量。加速时 间越短，车辆的加速性能越好；最大爬坡度越大，车辆的爬坡能力越强；最高 车速越高，车辆的极速性能越好。
燃料电池技术
总结词
燃料电池技术是一种将化学能转换为电 能的发电技术，通过燃料和氧化剂之间 的化学反应产生电流。
VS
详细描述
燃料电池技术利用燃料（如氢气）和氧化 剂（如氧气）之间的化学反应来产生电能 。与传统的内燃机相比，燃料电池技术具 有更高的效率和更少的排放。然而，目前 燃料电池技术的成本较高，且需要特殊的 燃料和氧化剂。
排气过程
燃烧后的废气通过排气门排出 气缸，完成一个工作循环。
02
发动机的工作循环
四冲程发动机工作循环
吸气冲程
空气通过进气门进入汽缸，与 汽油混合形成可燃混合气。
汽车发动机原理8章3(王建昕)
8.6.3 缸内直喷稀燃
早喷均质模式
混合气控制策略
晚喷分层模式
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8.6.3 缸内直喷稀燃
GDI发动机热效率高的原因
1、近似空气循环，K值大（由1.3变为1.4）， η i增大； 2、基本取消了进气节流，泵气损失降低15%； 3、燃油汽化使压缩终点温度降低，爆燃可能性 减小，压缩比可提高（由10→12），be可改善 5%； 4、燃烧放热速率提高，be可改善2-3%，怠速改 善10%； 5、中小负荷时燃烧室周边基本是空气，散热损 失小。
稀燃GDI Φa=0.8～4.0
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8.6.2 非直喷稀燃汽油机 1、均质稀燃
通过提高湍流强度、采用高能 点火、优化燃烧室设计方法，
PFI（化油器）汽油机可以稀燃， 使油耗降低；
稀燃程度有限，在φ a≤1.4稳
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8.6.3 缸内直喷稀燃
1996年: 三菱公司推出世 界上第一款商品GDI发动机， 稀燃界限超过A/F=40，节油 20%～30%。 同年丰田公司、次年日产 公司，也推出了商品化GDI发 动机。 由此，经过几十年的开发， GDI汽油机开始了商品化的 里程。
Department of Automotive Engineering Tsinghua University
8.6.5 稀燃与GDI总结
节能与排放控制的双重要求，导致了汽油机技术的螺旋式 进步。
汽车发动机原理9章3(王建昕)
三效催化剂 及排放控制系统
的 三效催化剂
的净化效果
第二页，编辑于星期六：十点 二十四分。
催化转化器结构
➢载体—陶瓷蜂窝载体、金属载体、
氧化铝球
孔密度=400-600（孔/in2） 壁厚=0.15~0.10mm（陶瓷）
➢贵金属—铂、铑、钯
第三页，编辑于星期六：十点 二十四分。
汽油车催化剂工作原理
2CO + 2NO—2CO2 + N2 4HC + 10NO—4CO2＋2H2O＋5N2 2H2 + 2NO — 2H2O + N2
（1-4）
（1-5） （1-6）
第四页，编辑于星期六：十点 二十四分。
TWC主要性能
1. 转化效率
2. 空燃比特性（Sweep ）
理论空燃比及足够温度时，转
化效率≥95～100%
3. 起燃特性（Light off）
➢ 起燃温度特性（Light-off Temperature)－ T50T
➢ 起燃时间特性（Light-off Time) －τ50
第五页，编辑于星期六：十点 二十四分。
催化转化器的冷起动THC排放
催化剂一旦起燃，实际排放量极少；
70～80％的HC排放是在催化器起燃之前产生（方案A），因此降低冷起
Urea－SCR系统 在实际中达到90%的 净化效率，已商业 化。
存在问题：
➢系统复杂、成本高，
➢防止Urea排放，
➢Urea毒性和腐蚀性，
➢前置DOC的硫中毒。
空气压力控制 压缩机
供给单元
过滤器
尿素溶液 喷射 装置 执行器
尿素容器
温度 传感器
喷射 控制单元
汽车发动机原理课后答案王建昕帅石金清华大学出版社
汽车发动机原理课后答案王建昕帅石金清华大学出版社《汽车发动机原理》课后习题答案第一章1-1图1-2示出了自然吸气与增压四冲程发动机的示功图，请问：（1）各自的动力过程功、泵气过程功指的是图中哪块面积？功的正负如何？（2）各自的理论泵气功、实际泵气功和泵气损失功指的是图中哪块面积？功的正负如何？（3）各自的净指示功和总指示功又是由图中哪些面积组成？功的正负如何？（4）造成自然吸气与增压发动机示功图差异的原因是什么？解：由图1-2，(1)自然吸气：动力过程功=面积aczbaWt=W1+W3，正功泵气过程功=面积W2+W3，负功增压：动力过程功=面积aczbaWt=W1，正功泵气过程功=面积brabWt=W2，正功(2)自然吸气：理论泵气功=0实际泵气功=W2+W3，负功泵气损失功W2+W3负功增压：理论泵气功=pk和pb间的矩形面积，正功实际泵气功=W2，正功泵气损失功=阴影面积，负功(3)自然吸气：总指示功＝W1+W3，正功净指示功＝(W1+W3)-(W2+W3)=W1-W2，正功增压：总指示功=W1＋(pb-pk)某V，正功净指示功=W1+W2，正功(4)差异的原因：增压发动机的进气压力高于排气压力，因此泵气过程功为正。
1-2增压四冲程发动机在中、小负荷工况运转时，有可能出现压气机后进气压力pb小于涡轮前排气压力pk的情况，请画出此时发动机一个循环的p-V图，标出上下止点、进排气门开关和着火时刻的位置，以及理论泵气功和泵气损失功面积，并判断功的正负。
解：p-V图如下图所示：理论泵气功：绿线包围的矩形面积，负功实际泵气功：进排气线包围的面积，负功泵气损失功：两块面积之差，负功1-3假设机械增压与涡轮增压四冲程发动机的动力过程功Wt和压气机后压力pb均相同，请问两者的示功图有何异同？二者的泵气过程功有何差异？为什么？解：涡轮增压的理论排气线为pk，机械增压的理论排气线为p0；且涡轮增压的实际排气线位于机械增压实际排气线的上方。
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早火
由于实际着火提前，使pmax和dp/dφ↑
负功 ↑； ηi ↓ ；pi ↓；
机械负功↑； ηm ↓， 产生低频敲缸（600～1200Hz） （注意早火与爆燃的异同）
爆燃性表面点火（激爆）
早火与点火时间提前一样，会引起爆燃； 爆燃导致燃烧室温度水平提高，更容易产生 早火；两者相互促进，形成严重粗暴燃烧， 即激爆（Δp/Δφ↑5倍，pmax ↑1.5倍 ）
第8章 汽油机的混合气形成及燃烧过程
主要内容： 汽油机的燃烧过程及其特点
汽油机的不正常燃烧
汽油机的混合气形成
汽油机燃烧室及其特性
汽油机电子控制系统与控制技术（不讲）
稀薄燃烧与缸内直喷式汽油机
汽油机燃烧过程及分析
火花点火
汽油机着火和燃烧的高速摄影
火核形成
火焰特点： 均质透明 火焰前锋面皱褶
柴油机燃烧过程及其特性分析
燃烧过程的高速摄影实例：
0º (TDC) 4º 8º
火焰特点： 多点大面积着火—粗暴 12º “有焰”燃烧—产生碳烟 16º
20º
24º
28º
32º
40º
8.1 汽油机燃烧过程及其特点
汽油机燃烧三阶段：
（1）着火落后期（ φA~φB ）
（2）明显燃烧期（ φB~φC ）
炽热表面： 燃烧室壁面凸起部，如排气门、壁面尖角处、火花塞群部 、积碳（Deposit）及其催化剂作用 表面点火的分类： 早火（早燃, Pre-ignition）——正常火花点火前发生的表面 点火 后火（后燃）——正常火花点火后发生的表面点火 后火： 若不引发爆燃，一般危害不大，或对ηi略有利；但长时间 后火，会使燃烧室热负荷提高，演变为早火；出现“续走” （Running-on）现象。
4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 90 180 270 360
o
循环波动率每增大1个%点， Pmi损失1.5%
MAP=56kPa =14.5
450
540
630
720
曲 柄 转 角
/ ( )(CA)
4
气 缸 压 力 p / MPa
3
n=3000r/min Ttq=53.2N.m MAP=56kPa =14.5
压升率 = dp/dφ 最高压升率（dp/dφ ）max
pc pb dp 平均压升率 d c b dp/dφ的影响
(MPa/CA)
dp/dφ ↑,η i↑，但NOx↑， 机械损失及热负荷↑,噪声 振动↑
一般汽油机 dp/dφ ＝0.2～0.4（MPa/CA）
8章作业（1）
用示功图和放热率判断着火时刻的方法，汽油机与柴油机 有何异同？为什么？ 汽油机累计放热曲线上的CA05、CA50、CA90分别对应示功
8.2.1 爆燃的机理与对策
实际上，汽油机的爆震主要发生在大负荷工况，尤其是低 速大负荷。因此，可变压缩比是一个兼顾低负荷热效率 和大负荷不爆震的理想方法。 有关爆震的机理，并未完全探明， 尤其是末端混合气自燃后的压力“ 震荡”和“激波”等问题 爆震也并非一无是处 作为目前内燃机燃烧国际前沿的“ 均质混合气压燃”实际上是一种可 控爆震 “爆震发动机”作为飞机动力目前 在研究中，
8.2.1 爆燃的机理与对策
要求：逐项深入理解上述对策，要搞清为什么？
汽油机爆燃示例
70 60 50
点火提前角 θig =24oCA θig N) n=2000rpm BMEP=0.9MPa
P (bar)
40 30 20 10 0 180
（dp/dφ）max
3、后燃期（φC～φD )
现象: 燃烧剩余约10％燃料，主要存在 于火焰前锋面扫过后尚未完全燃烧 区域、壁面附近未燃混合气 要求：
燃期要短—后燃期↑， ηi ↓ ， 排 温↑，甚至“放炮”
燃烧完全—否则，HC↑，CO ↑
8.1.2 汽油机 Vs 柴油机燃烧特性
但NOx ↑，机械负荷及热负荷↑； pmax位置，φc＝10～15 CA（ ATDC）
Pmax的控制优化
Pmax出现的位置可用点火提 前角θig来控制； MBT：Minimum advance for Best Torque，对于最大转矩 的最佳点火提前
2、明显燃烧期（φB～φC ）
燃烧特性参数2：压力升高率
柴油机
压燃， 低温多阶段着火，多点同时着火 两阶段燃烧，即无序的非均质预混合 燃烧和扩散燃烧，燃烧较粗暴 混合不均匀，因而后燃期较长 燃烧放热先急后缓，“双峰”放热曲 线，持续期较长（） 热效率高，噪声振动大，易产生碳烟 排放
燃烧
后燃 放热 规律 性能
8.2 汽油机的不正常燃烧
汽油机正常燃烧的特征（点燃式发动机）：
2
柴油机的循环波动为什么 小于汽油机？
1
0 270
360
450
o
540
曲 柄 转 角 / ( )(CA)
汽油机循环波动—案例（2）
循环波动率示例
（大众Touran，2.0L 汽油机，n=2000rpm）
25 20
P(bar)
50
BMEP=0.19MPa
P(bar)
40 30 20 10
BMEP=0.88MPa
8.2.1 爆燃的机理与对策
爆燃的危害
正常燃烧火花塞
爆燃---火花塞绝缘体烧毁
8.2.1 爆燃的机理与对策
区别 汽油机爆震
柴油机粗暴燃烧
8.2.1 爆燃的机理与对策
4、防止爆燃的对策
t1——由火核形成至火焰前锋面传播到末端混合气所需时间 t2——由火核形成至末端混合气自燃着火所需时间 则： 不爆燃的条件 t1 < t2 记:
8.2.3 循环波动
1、现象
汽油机转速和转矩波动大于柴油机 一般：汽 ±10 r/min 柴 ±2 r/min
转速和转矩波动源于燃烧波动 （如右图) pmax波动 ：2.5~3.5MPa （dQB/dφ）max波动： 2倍
8.2.3 循环波动 2、危害
点火时间、空燃比等控制参数无法
调节到最佳；
15 10 5 0
0
10000 20000 30000 40000 50000
( CA)
o
0
0
10000 20000 30000 40000 50000
( CA)
o
δPmax = 8.9%
δPmax = 9.6%
8.2.3 表面点火及其防止措施
何谓表面点火（Surface ignition） 由炽热表面点燃混合气引起的着火
EQ491汽油机，排量2.5升； 大负荷燃烧持续期略有增加，是因 为防止爆震而推迟点火时刻造成的。
汽油机 Vs 柴油机
?为什么汽油机燃烧放热呈“单峰”， ?而柴油机燃烧放热呈“双峰”？
汽油机：预混合燃烧 柴油机：预混 + 扩散≈扩散燃烧
汽油机 Vs 柴油机
对比 项目
着火
汽油机
点燃， 高温单阶段着火，单点着火 火焰在均质预混合气中有序 传播，燃烧柔和 混合均匀，因而后燃期较短 燃烧放热先缓后急， “等 腰三角形”放热曲线， 噪声振动小，基本不产生碳 烟排放，热效率较低
循环波动率： δp = (ζp / pmax)×100％
式中， ζp为pmax的标准偏差；
pmax为 pmax的算术平均值 正常情况： δp < 10%
较好汽油机： δp < 7%
同理：可用Pmax出现角度φ pmax、 dp/dφ 、pmi 、 (dQB/dφ )max等多种燃烧特性参数表示循环波动程度。
360
(oCA)
540
8.2.1 爆燃的机理与对策
上述缩短t1和延长t2的对策中，许多是相互矛盾的 实际中防止爆燃的主要措施 降低ε （最主要）
提高燃料辛烷值
推迟点火时间 燃烧室优化设计
（含提高湍流度等，见右图）
爆震传感器反馈控制
由此造成了汽油机多年来的难题：即如 何在无爆燃条件下实现高压缩比
激波冲击燃烧室壁面产生高频 振音（也有说共振），并在示功 图上可观察到这种压力波动。
注意： 火焰前锋面速度<100m/s， 压力波和热辐射分别为音速 和光速
8.2.1 爆燃的机理与对策
3、爆燃的危害
★ 燃室壁面的层流边界层和油膜被 破坏，散热↑↑， 热负荷↑，严重时 活塞顶烧熔; ★由于油膜层被破坏，引起活塞组异常磨损，拉缸 甚至活塞环断 ★ 轻微爆燃有可能略改善油耗和功率，但严重爆燃时 ηt ↓，热损失↑，导致be↑，Pe ↓ ★ 燃烧粗暴、热裂解发生，甚至冒黑烟 ★燃气压力剧烈波动使pmax和dp/dφ ↑↑，使机械负荷↑。
燃烧不好的循环会产生ηi 、Wi等下降 （设想上图中如10个循环都按pmax最高的循环来工作， 会怎样？） 振动↑、噪声 ↑
例：6105汽油机燃烧室改进设计后， （dp/dφ）max由 1.8上升到2.4（bar/ °CA），δp由11％降为7.1％，结 果噪声下降8dB
8.2.3 循环波动 3、循环波动的评价指标
？问题：如何区分爆燃、表面点火与激爆？
防止表面点火的对策
降低燃烧室温度水平（与防爆燃一样，ε↓、点火角↓等）
燃烧室设计优化（合理冷却、避免尖角和突出部） 选用低沸点汽油以减少重馏分（如芳烃）形成的积碳 控制润滑油消耗（润滑油不完全燃烧易形成积碳） 采用汽油或润滑油添加剂以防止或消除积碳 提高汽油中抗表火性好的成分，如异辛烷等。
4、产生循环波动的原因
（1） 混合气成分波动：
局部空燃比波动； 残余废气浓度波动。 （如图，火花塞处连续50 个循环的快速采样结果）