搜索
高等内燃机听课笔记第一章第一节一、理论循环1、奥托循环：要提高效率就要提高压缩比2、卡诺循环：等容加热循环优点：工作在高低热源间所能达到的最高理论效率缺点：爆发压力很高，循环指示功很低3、Diesel循环：等压循环4、双烧循环：一部分等容一部分等压5、压缩比一定时，等容燃烧效率比等压燃烧效率高，所以奥托循环高于双烧循环高于迪赛尔循环爆发压力一定时，双烧循环高于迪赛尔循环高于奥托循环二、实际循环与理论循环的区别工质：1、工质成分在燃烧过程中是变化的三原子分子变多，定容比热、定压比热增大，吸收相同热量温度升高的少定压比热：压力一定时，一定质量的气体温度升高一度需要的热量定容比热：体积一定时，一定质量的气体温度升高一度需要的热量2、工质比热容随温度升高而增大（最严重）3、高温分解4、燃烧前后的分子数发生变化分子数增多对燃烧有利，分子数减小对燃烧不利传热损失：1、柴油机的辐射换热高，虽然汽油机的温度高但是辐射换热低，因为汽油机辐射波是不连续的，辐射谱的积分反而不高，反之，柴油机有大量的颗粒产生，辐射谱是连续的。涡流与节流损失：1、分隔式燃烧室节流损失非常大，包括涡流室式和预燃室式2、不过分隔式燃烧室可以提高压缩比，弥补节流损失换气损失：进气门早开和排气门晚关造成的能量损失燃烧时间损失：燃烧速度的有限性导致不能完全按照理论循环进行燃烧损失：后然现象和不完全燃烧、泄露损失（活塞环）三、其他工作循环1、米勒循环还没有到下止点进气门就关闭了对于汽油机来说，压缩比不变的情况下，米勒循环可以通过增加膨胀比来提高效率适用于高增压柴油机，进气门关闭后，工质膨胀冷却，所以在同样的压缩终了压力情况下，米勒循环的实际压缩比高发动机低速低负荷时希望压缩比高，但是高负荷时不希望压缩比太高，所以米勒循环相当于“压缩比可调”，其实几何压缩比不变，是增压压比增大了2、阿特金森循环类似于米勒循环，大幅度进气门晚关，但是没有工质膨胀冷却的过程。空气在缸内停留的时间长，对进气有加热作用，进气温度较高，适用于低负荷；如：HCCI气门调节上，实现起来比米勒循环容易3、可调工作循环两根连杆、可调压缩比、可变压缩比，可变工作容积使活塞在上止点的停留时间加长，以利于提高等容度4提高动力系统效率的途径提高热能转换效率（占三分之一）；杜绝散热损失；回收排气能；有效利用发动机输出功，降低各种损失。部分负荷时，发动机各种损失很大四、绝热发动机1、优点理论传热损失为零，可取消冷却系统，使发动机体积小，降低故障率燃烧更充分、可以采用稀燃，热效率大幅度提高排气能大幅度增加，增压压缩比提高，换气质量将提高高温燃烧对燃料的敏感度降低，适用于多种燃料用“绝热”的陶瓷制作燃烧室的零件，陶瓷的热惯性小，导热系数很小，冷启动容易绝热发动机工作时温度较高，更柔和2、缺点实际热效率反而下降了可靠性差，陶瓷材料脆，抗冲击性差，高温润滑是个很大的问题传统发动机大量传热在排气过程排除，55%-60%，燃烧过程只占15%，绝热后指示热效率提高并不多换气热量变差排气能回收装置使车体积重量增加第一章第二节追求效率的机型一、高效理论循环卡诺循环效率最高，但是卡诺循环爆发压力高，循环指示功很低，卡诺循环指示热效率高，但实际热效率低除了卡诺循环还有两个效率比较高的循环：斯特林循环和埃利可森循环，热效率均为1-T1/T2提高内燃机效率的措施：二、斯特林循环1、斯特林循环与卡诺循环类似，但是没有等熵过程，有等温膨胀和等温冷却过程。等温冷却-等容加热-等温膨胀-等容放热2、优点斯特林发动机理论循环效率很高排气污染低。因为是外燃，所以燃烧效果好，而且最高温度比较低燃烧噪声小。最高爆发压力接近正弦变化。振动小。两个活塞并不同步运动，可以抵消一部分往复惯性力寿命长，零件少超负荷能力强点火和启动性好综合能量利用率高，持续燃烧可用于城市发电和后期供暖多燃料、多用途4、缺点价格高工质为氢气，密封性难控制困难，因为机构复杂变工况不灵敏斯特林发动机效率高的原因是1使用氢气为工质，氢气比较轻，单位体积比热容很小2理论循环优越3有回热器，回收了排气能量三、回热式内燃机第一章第三节内燃机设计的基础问题可靠性问题：润滑、冷却和热负荷第二章第一节内燃机的燃料一、燃料的特性1、石油产品的优缺点石油产品包括汽油、煤油、柴油和重油，碳氢化合物优点：能量密度高易燃，比石油气和天然气还易燃燃烧速度快经济性好缺点：储量和排放问题2、汽油蒸馏曲线上有三个特征点：10%、50%、90%馏出温度如果10%点太高，会造成汽油机冷启动困难，太低则容易造成蒸发损失和在燃油系统中产生气泡。影响10%点的主要因素是丁烷和异戊烷在汽油中的含量；如果50%点太高会影响汽油机冷态运转的性能；如果90%点太高，燃油燃烧不完全而造成润滑油稀释和燃烧室积碳终馏点温度的降低会导致于一氧化碳和碳氢化合物排放的减少以及进气口沉积物的降低（大量沸点高于200度的物质会沉积在进气门上），因此终馏点不应超过195度。应很好地确定蒸馏曲线的走向以便得到最佳的燃料调配。3、由于柴油是喷在高度压缩的热空气上，所以柴油的蒸馏曲线并不重要。重要的是蒸馏曲线终了的温度，及终馏点温度。柴油机馏点的温度太高，由于燃油燃烧不完全造成润滑油稀释和碳烟的形成。二、燃料的物理和化学稳定性1、物理稳定性：物理状态和形态的易变性挥发性：与不同的馏点的温度有关饱和蒸汽压：蒸汽压高则挥发性好，但挥发性太好也会造成气阻问题汽化潜热流动性：对柴油机的浊点和凝点影响较大粘度：粘度高的油，不容易雾化，而且会造成泵的摩擦系数低，磨损严重2、化学稳定性（关键）：分子结构的稳定性，是否易分解、氧化辛烷值：汽油更关注辛烷值，不希望其自然、爆燃。汽油的辛烷值越高，化学稳定性越高，越不易自燃，不易爆燃，抗爆性好。十六烷值：柴油机关注十六烷值，十六烷值越高越不稳定，容易自燃，柴油机希望十六烷值高一些，燃烧更柔和；着火温度（自燃温度）：汽油在220-260度，柴油在200-220度闪点：油气混合好后，外源点火成功的最低温度，汽油在45度左右，柴油在75度左右残炭值碳链越长，化学稳定性越差，碳链异化程度越高，化学稳定性越好。三、柴油的主要性质1、凝点：凝固点我国的柴油是以凝点来标号的当温度降低时，柴油中含有的高分子烷族烃以及夹杂的水分析出并结晶，使柴油变浑浊，此时称为“浊点”，温度继续降低，完全凝固，此时温度成为“凝点”。浊点影响工作，而凝点则无法工作。2、自燃性：柴油在无外源点火的情况下能够自行着火的性质自燃温度：能够使柴油自行着火的最低温度3、十六烷值：一种正十六烷，自燃性很好，定义其十六烷值为100.一种α甲基萘，自燃性很差，定义其十六烷值为0，当柴油与混合液自燃性（着火温度）相同时，混合液中含有十六烷值的百分比即为柴油的十六烷值。4、十六烷值越高，自燃温度越低，滞燃期越短，有利于发动机冷启动，适合于高度柴油机使用；十六烷值越低，着火越粗暴，冷启动差5、但十六烷值过高，在燃烧过程中容易裂解，造成排气过程的积碳6、一般情况下，限制柴油的十六烷值在65以下，最低54，为了改善点火性能，至少58.7、芳烃：多核芳烃对柴油机颗粒物的形成有重大影响，因而多核芳烃应降至重量的1%。终馏点附近都是大分子芳香烃，所以将终馏点温度降低有助提高柴油的品质。四、汽油的主要性质1、抗爆性：燃料对于发动机发生爆燃的抵抗能力称之为抗爆性2、抗爆性是汽油燃料一项十分重要的指标，而且随着化学成分的不同差别很大。汽油机火花塞电火，最担心末端混合气的自燃，即爆燃。4、化学稳定性越好，抗爆性越好。5、汽油的抗爆性是以辛烷值来衡量的。辛烷值越高抗爆性越好。6、测量方法和十六烷值一样，用异辛烷和正庚烷的比例来表示。7、一般无铅汽油要求辛烷值不得低于82.5五、思考题1、采用单一直链烷烃C17H36代替普通柴油机的燃料，柴油机的性能会有何变化？如果长期使用，柴油机会出现哪些问题？首先判断燃料的化学特性、物理特性这个油十六烷值100多，很高，代替柴油后，出现十六烷值高的所有问题，包括燃烧、经济性、动力性、排放（碳烟）十六烷值过高，排放和积碳问题物理特性：蒸发性、粘度。是否影响喷雾质量第二章第二节内燃机燃料与燃料设计一、我国的能源现状能源过大的依赖于进口天然气虽有好的前景，但资源量有限二、内燃机常规燃料重整1、柴油重整与高品质化减少柴油机中的含硫量，以减少硫酸盐的生成，避免催化剂中毒提高十六烷值以缩短着火延迟期，减少氮氧化物的生成减少芳香烃的含量，特别是多环芳香烃的含量以减少颗粒物的生成2、汽油炼制、催化重整三、内燃机替代燃料与比较分析1、替代燃料必须具备的条件：混合气热值与汽油、柴油的相当气化或雾化迅速燃烧迅速，在60度曲轴转角内完成燃烧排放达到要求价格适当来自非石油系燃料或能节省石油系原料具有再生或应急性质2、醇类燃料优点：压缩比高：普通汽油机压缩比在8-9.5之间，掺醇率在15%-20%以上时，增加压缩比到至9-10；以醇类为主燃料时，压缩比可以增至11-14；极限情况可以达到18；热效率大幅度提高。对于柴油机掺烧醇，由于压缩比本来就比较高，所以不存在增加压缩比的问题醇类低热值值只有汽油和柴油的一半，但是混合气的热值还是高于汽油和柴油混合气，只要保证供油油耗率远高于燃用汽油和柴油的内燃机，但是搀烧乙醇后，加大压缩比，其油耗率大致与汽油机相仿，能耗率却远远低于原汽油机热效率高：（与能耗率低有关）压缩比提高；醇类是含氧燃料，在燃烧过程中有自供氧效果，燃烧更均匀，使局部缺氧和局部富氧的几率下降，CO和CH的排放较低；醇类比烃类燃烧速度和火焰传播速度快，定容燃烧比例高；醇类比烃类的汽化潜热大两倍，可降低壁面温度，提高冲量系数；醇类的着火界限比汽油机的宽的多，利于稀燃；燃烧过程中分子变更系数（燃烧后比上燃烧前空气分子个数）增加；醇类的含碳量远远小于柴油和汽油的含碳量，燃烧完善度高。缺点：醇类不易压燃而且本身有毒，对金属有腐蚀性有非常规排放，甲醛和甲醇等，甲醇沸点低，容易在供油系统中产生高温气阻蒸发潜热大，冷启动困难吸水性很强，既要防火又要防湿更换燃料还要更换原系统的点火和供油提前角第三章第一节内燃机换气与增压一、换气对内燃机工作的影响1、充量系数Фc=m1/msh=实际进入气缸的新鲜空气的质量/在进气管状态下充满气缸工作容积的空气质量；因为有气门的节流作用，存在进气阻力，所以充量系数越大，进气越多。过量空气系数Фa=m1/(gbl0)=实际进气量/理论需气量；理论空燃比l0（kg/kg）；柴油l0~14.3；汽油l0~14.8。gb为循环燃料供给量，kg2、内燃机换气过程五个阶段：自由排气过程超临界：缸内压力大于1.9大气压亚临界：缸内压力小于1.9大气压强制排气过程：排气门打开到活塞上止点。可以利用缸内的残余压力，排气门可以提前打开。扫气过程充气过程：进气门要提前打开，但是汽油机不允许排气倒流到进气道，所以进气门早开的时间较短后充气过程最佳配气相位：尽可能利用进排气惯性提高进排气量；利用缸内压力快速排气，减小活塞上行时的排气阻力；排气门开启需要时间发动机转速不同时最佳配气相位是不同的，转速越高，配气相位角越大。四个配气相位角：进气门提前开启角、进气门滞后关闭角、排气门提前开启角、排气门滞后关闭角二、可变配气技术可变气门定时、可变气门升程、可变进气延续时间、可变配气相位的可能优势：通过进气门可调，调节实际压缩比通过排气门可调，调节实际膨胀比适应不同转速工况可以组织进气气流可以减小低速时气门的升程取消节气门，可减小节气损失简化EGR系统排放控制调节特性曲线提高怠速稳定性、减小怠速耗油量提高充气效率自由改变点火顺序，节气门开启规律，利用活塞压缩气体做负功实现段缸或部分断缸技术三、发动机增压1、增压的原始目的：通过增加进气密度，增加进气量2增压的优势：①功率大幅度增加。②经济性提高，油耗率降低。③单位体积功率大、单位质量功率大，升功率大。④单位功率的造