第四章内燃机的换气过程
第一节四冲程内燃机的换气过程
换气过程可分为：排气、气门叠开、进气三个阶段。
一、排气过程
1、排气门提前开启
?原因分析
?排气提前角：内燃机的排气门都在膨胀行程到达下止点前的某一曲轴转角位置提前开启，这一角度称为排气提前角。
?范围：30－80o CA
2、排气门滞后关闭
?原因分析
?排气门迟闭角：排气门在上止点后关闭的角度
?范围：10－70o CA
3、排气阶段
?自由排气阶段：从排气门打开到排气下止点这段曲轴转角内，缸内气体压力高于排气管内的排气背压，缸内气体一边对活塞做功，一边可以自动的排出缸外
?强制排气阶段：从下止点到上止点的排气过程。需要消耗发动机的有效功?排气流动性质：超临界排气、亚临界排气
?进气过程：从进气门开启到关闭，内燃机吸入新鲜充量的整个过程
?为了增加进入气缸的新鲜充量，进气门在吸气上止点前要提前开启，在吸气下止点后应推迟关闭。
?进气提前角，10－40o CA
?进气门迟闭角，20－60o CA
?气门叠开：在进排气上止点前后，由于进气门的提前开启与排气门的迟后延闭，使内燃机从进气门开启到排气门关闭这段时间内，出现进排气门同时开启的状态，这一现象称为气门叠开。
?气门叠开角的大小：自然吸气，增压
第二节四冲程内燃机的换气损失
?一、换气损失：发动机实际的换气过程存在因为排气门早开所造成的膨胀功损失、活塞强制排气的推出功损失和缸内负压造成的吸气功损失等。理论循环与实际循环的换气功之差称为换气损失。
?二、排气损失：从排气门提前开启到下止点这一时期，由于提前排气造成了缸内压力下降，使膨胀功减少，称为膨胀损失。活塞由下止点向上止点的强制排气行程所消耗的功称为推出损失。两者之和称为排气损失。?减少排气损失：合理确定排气提前角，增加排气门数目，增加流通截面积。?三、进气损失
?与理论循环相比，内燃机在进气过程中所造成的功的减少称为进气损失。?进气过程耗功，影响发动机的充量系数
第三节提高内燃机充量系数的措施
一、四冲程内燃机的充量系数
?定义：内燃机每循环实际吸入气缸的新鲜充量与以进气管内状态充满气缸工作容积的理论充量之比。
?意义：反应了进气过程的完善程度。
?表达式：
(1)
r a a c
s s
V
V
φρφ
ρ
-
=
二、提高充量系数的技术措施
?（一）降低进气系统的流动阻力：沿程阻力，局部阻力（空气滤清器、流道转弯处、进气门座圈处）
?增加进气门流动面积，采用多气门
?合理设计进气道及气门的结构
?（二）采用可变配气系统技术
?低速、高速不同要求
?可变凸轮机构、可变气门定时
?（三）合理利用进气谐振
?可变进气管长度
?（四）降低排气系统的流动阻力
?（五）减少对进气充量的加热
第四节内燃机的增压
一、概述
?19世纪末，萌生内燃机增压技术
?20世纪中叶，柴油机涡轮增压技术，大规模应用
?功率增加40－60％，发动机平均有效压力最高可达3MPa
二、内燃机的增压方式
?1、机械增压：发动机输出轴直接驱动机械增压装置
?2、排气涡轮增压：涡轮在排气能量的推动下旋转，带动压气机工作，实现增压
?3、气波增压：利用排气系统中的压力波动效应来压缩进气
?4、复合增压：组合
三、增压对内燃机动力性和经济性的影响
?一部分排气能量被利用，进气得到压缩，换气过程形成正的泵气功，指示热效率略有增加。
?发动机缸内残余废气系数降低，同时减少了对进气的加热作用，充量系数提高
?经济性能有所改善，但主要目的在于提高动力性。
四、发动机增压技术的优势与代价
?1、优势
?1）输出功率大幅度提高，升功率有较大提高
?2）排气在涡轮中得到进一步膨胀，排气噪声有所降低
?3）高原稀薄空气条件下恢复功率
?4）缸内温度和压力水平提高，缩短滞燃期，有利于降低压力升高率和燃烧噪声
?5）一般采用较大的过量空气系数，HC、CO和碳烟排放降低
?6）技术适应性广
?2、代价
?1）工作压力和温度明显升高，机械负荷和热负荷加大，内燃机的可靠性和耐久性受到影响
?2）低速时排气能量不足，低速转矩受到一定影响
?3）加速响应性能较差
?4）增压发动机性能的进一步优化，受到增压器和中冷器的限制
五、内燃机的增压改造
?1、压缩比与过量空气系数
?2、供油系统
?3、配气相位
?4、进排气系统
?5、增压空气的冷却
. 内燃机工作过程计算 一、 内燃机实际工作过程的数值计算 1、 基本原理与公式 在推导气缸工作过程计算的基本微分方程式时，作如下的简化假定： ①不考虑气缸内各点的压力、温度和浓度的差异，并认为在进气期间，流入气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合，缸内状态是均匀的，亦即为单区计算模型。 ②工质为理想气体，其比热、内能仅与气体的温度和气体的组成有关。 ③气体流入或流出的气流为准稳定流动。 ④不计进气系统内压力和温度波动的影响。 ⑴能量平衡方程式 根据热力学第一定律，得出能量守恒方程的一般形式如下： ()w s e B s dQ dm dm dQ d mu dW h h d d d d d d φφφφφφ =++++ m ：工质的质量 u ：工质比内能 Q B ：燃烧放出的热量 Q w ：通过系统边界传入或传出的热量 W ：作用在活塞上的机械功 m s ：通过进气阀流入气缸的质量 m e ：通过排气阀流出气缸的质量 h s 和h ：分别为进气阀前和气缸内气体的比焓
()(,).1() ()w s e B s d mu du dm m u d d d u f T du u dT u d d T d d dQ dm dm dQ dT dV dm u d p h h u m u d d d d d d d d m T φφφλλφφλφ λ φφφφφφφλφ=+=??∴ =+ ???∴=+-++--???Q Q ⑵质量平衡方程式 通过系统边界的质量有：喷入气缸的瞬时燃油质量B m 、流入气缸的气体质量s m 及流出气缸的气体质量e m ，质量平衡的微分方程可写为： s e B dm dm dm dm d d d d φφφφ =++ ⑶气体状态方程式 pV mRT = ⑷气缸工作容积 21[1cos (121(sin 2180 h s h s V V V dV d φελπφλφ= +-+-=+ h V 气缸工作容积（3m ） V 气缸瞬时容积（3m ） s λ 曲柄连杆比（2s S L λ= ） dV d φ 气缸容积变化率 （3m /度）
内燃机工作过程的研究方法 摘要： 关键词： 1引言 内燃机是将燃料的化学能转换为机械能，且不断连续运转的机械装置。内燃机的工作过程实质上是 连续复杂的热力循环过程，大致分为三个过程：燃烧放热过程，缸内工质流动及热交换过程，进排 气系统热力学和气体动力学过程。研究内燃机工作过程的目的在于在保证内燃机正常工作的条件下， 如何提高内燃机的热效率，发出最大的功率，同时降低内燃机的油耗和低的污染物排放。因此评价 内燃机的性能指标，主要针对动力性和经济性提出，如平均指示压力、指示热效率、指示燃油热效 率等。上述三个过程都将影响到内燃机的各性能指标，而内燃机工作过程的复杂性增加了研究的难 度，也使得研究方法多样。本文将主要讨论内燃机工作过程的研究方法、所用试验仪器及测试原理、 仪器的使用条件等。 2燃烧模拟装置 内燃机工作过程研究最多属燃烧放热过程，燃烧的好坏直接关系到内燃机的效率、排放等；燃 烧过程也是最复杂的，受到各种边界条件的影响；针对不同边界条件对燃烧性能的影响，试验仪器 主要在定容燃烧弹、快速压缩机、单缸试验机及激波管等。各种测试和数据采集设备也随着相关科 学的发展而日新月异，研究领域也向着数字化、微观化、可视化的方向深入发展。 2.1定容燃烧装置 定容燃烧弹(简称容弹)主要模拟活塞在上止点附近时燃烧室中的燃烧，其特点是结构简单，能够 方便地改变热力参数(包括燃空比、残余废气系数、压力和温度)、湍流参数以及点火参数(火花塞位 置、电极间隙与点火能量)。研究这些参数中单一参数的变化对燃烧过程的影响，因而成为内燃机燃 烧理论基础研究中重要的工具和试验平台[5] [6]。根据试验目的不同，定容燃烧弹的结构形式多种多 样。 2.1.1可变湍流参数的定容燃烧弹 西安交大研制的定容燃烧弹通过带有通孔的板(简称孔板)的快速平动改变燃烧弹内混合气的湍流参数，研究不同湍流强度、尺度对燃烧性能的影响。图1为此燃烧测试系统的试验装置图，它包括定容燃烧弹湍流发生系统、混合气配制系统、点火系统、燃烧压力测量系统、纹影与高速摄影系统以及时序控制系统共7个子系统[7]。 图1 试验装置图
（以2课时为单元） 课序：07授课日期：09.20授课班次： 授课教师 批准人： 课题：第三章 发动机的换气过程 第1节 四冲程发动机的换气过程 第2节 四冲程发动机的充量系数 目的要求： 重点： 难点： 教学方法 手 段： 课件 教学步骤： 复习提问： 作业题目： 预习内容： 无 课时分配：
第三章发动机的换气过程 新课导入 内燃机的换气过程是内燃机排出本循环的已燃气体和为下一循环吸入新鲜充量（空气或可燃混合气）的进排气过程，它是工作循环得以周而复始不断进行的保证。 内燃机的性能很大程度上依赖其换气过程。为提高动力性和经济性指标，需要研究减少进排气流动阻力损失和提高充量系数的措施及方法，以及如何为燃烧提供一个合适的缸内气体流场，并保证多缸机的各缸均匀性。 在内燃机执行换气过程中，有时为了控制内燃机的NO x有害排放，还需要进行排气再循环（可分为外部EGR和内部EGR）。内燃机采用增压技术可以提高进气密度，从而提高发动机的功率，并改善经济性和排放。 §2.1 四冲程发动机的换气过程 一、换气过程 四冲程发动机的换气过程是指从排气门开启到进气门关闭的整个过程。约410°CA ~480°CA. 1、排气过程 按燃气对活塞的作用，排气过程可分为自由排气和强制排气两个阶段； 按排气流动的性质，排气过程又可分为超临界排气和亚临界排气两个阶段。 （1）自由排气阶段 从排气门打开到活塞运行到排气下止点这段曲轴转角内的排气过程称为自由排气阶段。 1）自由排气阶段的特点 ①缸内气体一边对活塞做功，一边自动排出缸外； ②缸内压力与排气管压力之比大于临界压力，气体流动处于超临界状态；排起的流量进取决于缸内气体状态和排气门流通面积，而与排气管压力无关。 ③时间虽短，但排出的气量较大。 ２）排气提前角
第四章内燃机的换气过程 第一节四冲程内燃机的换气过程 换气过程可分为：排气、气门叠开、进气三个阶段。 一、排气过程 1、排气门提前开启 ?原因分析 ?排气提前角：内燃机的排气门都在膨胀行程到达下止点前的某一曲轴转角位置提前开启，这一角度称为排气提前角。 ?范围：30－80o CA 2、排气门滞后关闭 ?原因分析 ?排气门迟闭角：排气门在上止点后关闭的角度 ?范围：10－70o CA 3、排气阶段 ?自由排气阶段：从排气门打开到排气下止点这段曲轴转角内，缸内气体压力高于排气管内的排气背压，缸内气体一边对活塞做功，一边可以自动的排出缸外 ?强制排气阶段：从下止点到上止点的排气过程。需要消耗发动机的有效功?排气流动性质：超临界排气、亚临界排气 ?进气过程：从进气门开启到关闭，内燃机吸入新鲜充量的整个过程 ?为了增加进入气缸的新鲜充量，进气门在吸气上止点前要提前开启，在吸气下止点后应推迟关闭。 ?进气提前角，10－40o CA ?进气门迟闭角，20－60o CA ?气门叠开：在进排气上止点前后，由于进气门的提前开启与排气门的迟后延闭，使内燃机从进气门开启到排气门关闭这段时间内，出现进排气门同时开启的状态，这一现象称为气门叠开。 ?气门叠开角的大小：自然吸气，增压 第二节四冲程内燃机的换气损失 ?一、换气损失：发动机实际的换气过程存在因为排气门早开所造成的膨胀功损失、活塞强制排气的推出功损失和缸内负压造成的吸气功损失等。理论循环与实际循环的换气功之差称为换气损失。 ?二、排气损失：从排气门提前开启到下止点这一时期，由于提前排气造成了缸内压力下降，使膨胀功减少，称为膨胀损失。活塞由下止点向上止点的强制排气行程所消耗的功称为推出损失。两者之和称为排气损失。?减少排气损失：合理确定排气提前角，增加排气门数目，增加流通截面积。?三、进气损失
内燃机工作过程计算指导书
内燃机工作过程计算 一、内燃机实际工作过程的数值计算 1、基本原理与公式 在推导气缸工作过程计算的基本微分方程式时，作如下的简化假定： ①不考虑气缸内各点的压力、温度和浓度的差异，并认为在进气期间，流入气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合，缸内状态是均匀的，亦即为单区计算模型。 ②工质为理想气体，其比热、内能仅与气体的温度和气体的组成有关。 ③气体流入或流出的气流为准稳定流动。 ④不计进气系统内压力和温度波动的影响。 ⑴能量平衡方程式 根据热力学第一定律，得出能量守恒方程的一般形式如下： m ：工质的质量 u ：工质比内能 Q ：燃烧放出的热量 Q ：通过系统边界传入或传出的热量 W ：作用在活塞上的机械功 m ：通过进气阀流入气缸的质量 m ：通过排气阀流出气缸的质量 h 和h ：分别为进气阀前和气缸内气体的比焓 ()w s e B s dQ dm dm dQ d mu dW h h d d d d d d φφφφφφ =++++B w s e s
⑵质量平衡方程式 通过系统边界的质量有：喷入气缸的瞬时燃油质量、流入气缸的气体质量及流出气缸的气体质量，质量平衡的微分方程可写为： ⑶气体状态方程式 ⑷气缸工作容积 气缸工作容积（） 气缸瞬时容积（） 曲柄连杆比（） 气缸容积变化率 （/度）⑸传热计算公式 气缸中的气体通过活塞顶面、气缸盖底面及气缸套的瞬时传热面进行热量传递。为简单起 ()(,) .1(()w s e B s d mu du dm m u d d d u f T du u dT u d d T d d dQ dm dm dQ dT dV dm u d p h h u m u d d d d d d d d m T φφφ λλφφλφ λφφφφφφφλφ =+=??∴=+???∴=+-++--??? B m s m e m s e B dm dm dm dm d d d d φφφφ =++pV mRT =222221[1cos (11sin 21(sin 2180 1sin h s s h s s V V V dV d φλφελπφλφλφ=+-+---=+-h V 3m V 3m s λ2s S L λ=dV d φ 3m
内燃机工作特点是，燃料在气缸内燃烧，所产生的燃气直接推动活塞 作功。下面，以图示的汽油机为例加以说明。 开始，活塞向下移动，进气阀开启，排气阀关闭，汽油与空气的混合气进入气缸。当活塞到达最低位置后，改变运动方向而向上移动，这时进排气阀关闭，缸内气体受到压缩。压缩终了，电火花塞将燃料气点燃。燃料燃烧所产生的燃气在缸内膨胀，向下推动活塞而作功。当活塞再次上行时，进气阀关闭，排气阀打开，作功后的烟气排向大气。重复上述压缩、燃烧，膨胀，排气等过程，周期循环，不断地将燃料的化学能转化为热能，进而转换为机械能。 内燃机工作原理简述 内燃机（Internal combustion engine）是一种热机，它将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入机器内部燃烧产生热能再转化为机械能。 内燃机具有体积小、质量小、便于移动、热效率高、起动性能好的特点。但是内燃机一般使用石油燃料，同时排出的废气中含有害气体的成分较高。 往复活塞式内燃机的工作腔称作气缸，气缸内表面为圆柱形。在气缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，构成曲柄连杆机构。因此，当活塞在气缸内作往复运动时，连杆便推动曲轴旋转，或者相反。同时，工作腔的容积也在不断的由最小变到最大，再由最大变到最小，如此循环不已。气缸的顶端用气缸盖封闭。在气缸
盖上装有进气门和排气门，进、排气门是头朝下尾朝上倒挂在气缸顶端的。通过进、排气门的开闭实现向气缸内充气和向气缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴控制。凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮或链条驱动。进、排气门和凸轮轴以及其他一些零件共同组成配气机构。通常称这种结构形式的配气机构为顶置气门配气机构。现代汽车内燃机无一例外地都采用顶置气门配气机构。构成气缸的零件称作气缸体，支承曲轴的零件称作曲轴箱，气缸体与曲轴 箱的连铸体称作机体。 甲，基本术语 1. 工作循环 活塞式内燃机的工作循环是由进气、压缩、作功和排气等四个工作过程组成的封闭过程。 周而复始地进行这些过程，内燃机才能持续地作功 2.上、下止点 见下图： 活塞顶离曲轴回转中心最远处为上止点；活塞顶离曲轴回转中心最近处为下止点。在上、 下止点处，活塞的运动速度为零。 3.活塞行程 上、下止点间的距离 S 称为活塞行程。曲轴的回转半径 R 称为曲柄半径。显然，曲轴每回转一周，活塞移动两个活塞行程。对于气缸中心线通过曲轴回转中心的内燃机，其 S ＝2R 。 4.气缸工作容积
（以2课时为单元） 课序：09授课日期：09.30授课班次：汽服1201、1202 授课教师：李维 批准人： 课题：第二章 发动机的换气过程 第1节 四冲程发动机的换气过程 第2节 四冲程发动机的充量系数 目的要求： 重点： 难点： 教学方法 手 段： 教学步骤： 复习提问： 作业题目： 预习内容： 无 课时分配：
第二章发动机的换气过程 新课导入 内燃机的换气过程是内燃机排出本循环的已燃气体和为下一循环吸入新鲜充量（空气或可燃混合气）的进排气过程，它是工作循环得以周而复始不断进行的保证。 内燃机的性能很大程度上依赖其换气过程。为提高动力性和经济性指标，需要研究减少进排气流动阻力损失和提高充量系数的措施及方法，以及如何为燃烧提供一个合适的缸内气体流场，并保证多缸机的各缸均匀性。 在内燃机执行换气过程中，有时为了控制内燃机的NO x有害排放，还需要进行排气再循环（可分为外部EGR和内部EGR）。内燃机采用增压技术可以提高进气密度，从而提高发动机的功率，并改善经济性和排放。 §2.1 四冲程发动机的换气过程 一、换气过程 四冲程发动机的换气过程是指从排气门开启到进气门关闭的整个过程。约410°CA ~480°CA. 1、排气过程 按燃气对活塞的作用，排气过程可分为自由排气和强制排气两个阶段； 按排气流动的性质，排气过程又可分为超临界排气和亚临界排气两个阶段。 （1）自由排气阶段 从排气门打开到活塞运行到排气下止点这段曲轴转角内的排气过程称为自由排气阶段。 1）自由排气阶段的特点 ①缸内气体一边对活塞做功，一边自动排出缸外； ②缸内压力与排气管压力之比大于临界压力，气体流动处于超临界状态；排起的流量进取决于缸内气体状态和排气门流通面积，而与排气管压力无关。 ③时间虽短，但排出的气量较大。 ２）排气提前角
发动机原理及组装全过程(动画演示) 福特发动机动画演示.zip 这段视频前部分是一台直列4缸，双顶置凸轮轴，16气门发动机的运行过程，大家可以清楚的看到这台发动机的工作循环，其中包括进气行程、压缩行程、作功行程和排气行程。后部分是从缸体到附件的完整装配过程。视频中的发动机也是比较常见的发动机形式，所以基本上可以说市面上的直四发动机八九不离十的和这款的结构差不多。对于了解自己爱车的发动机还是很有好处的。 发动机结构原理 发动机是一种由许多机构和系统组成的复杂机器。无论是汽油机，还是柴油机；无论是四行程发动机，还是二行程发动机；无论是单缸发动机，还是多缸发动机。要完成能量转换，实现工作循环，保证长时间连续正常工作，都必须具备以下一些机构和系统。 （1) 曲柄连杆机构 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。 （2) 配气机构 配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃
混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。 （3) 燃料供给系统 汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。 （4) 润滑系统 润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。
第2章内燃机的工作原理 2.1第二章说明 进入第二章（内燃机原理）之后专业性较强，都是一些原理性的东西，如四冲程、二冲程柴油机工作原理、四冲程、二冲程汽油机工作原理、增压柴油机特点、多缸柴油机的工作顺序等等。传统教学方式由于受到媒体的限制而无法把这些运动状态表示出来让学生直观地看到运动，而只能通过多张示意图来表示，而且也只能表示出几个状态来而根本无法将整个过程演示给学生看。本课件借助于现代计算机技术如，flash动画等形象生动的表现出了多种内燃机的工作过程，使学生在学习过程中一目了然，把孤立的信息变成了信息流，课件所传递的信息量大大增加。可以说第二章是flash在多媒体课件中应用的成功范例。如图2-3此图为flash制作点击各冲程可以看到冲程，虽然本课件开发才刚刚开始，但已经毫无疑问的想我们说明了多媒体教学的优势所在，但也正是由于课件的开发刚刚起步，各种媒体和信息的运用上还有不成熟的地方如在前两章中有许多图片信息运用不当造成有些版面较为混乱等等。这些将成为在夏季张开发过程中要尽量避免的。随着对软件运用的熟练、课件开发小组成员审美观点的提高这些将逐渐地被克服。 2.2 基本结构和主要名词及演示图片 2.2.1柴油机的主要机件和系统 四冲程柴油机的主要机件如图2-1所示。 1．固定机件：机座1，机体4，主轴承3， 汽缸盖7，汽缸套6等。 2．运动机件：曲轴13，连杆10，活塞8， 活塞销9，连杆螺栓11等。 3．配气机构：凸轮轴14，顶杆15，摇臂16，气阀机构（进气阀17、排气阀
18、气阀弹簧19）等。
@图2-1四冲程机的主要部件 4．燃油系统：喷油泵20，高压油管21，喷油器2等 5．辅助机件：进气管5和排器管12等 此外，对于整机而言，还有润滑，冷却，启动和控制等系统。 2.2.2内燃机的主要名词 (a)上止点（b）下止点 @@图2-2活塞位置 (图片说明：该图使用flash制作，在课件里可以运动可以清晰的表现出个冲程活塞运动情况) 小说明：以后的图片中图前标有“@@”为flash演示图 1．上止点：活塞距曲轴中心最远的位置如图2-2(a)。 2．下止点：活塞距曲轴中心最近的位置如图2-2(b)。 3．活塞冲程（S）：上、下止点间的距离。 4．压缩室容积（V c）：活塞位于上止点时，活塞顶部与缸盖间的容积，又称燃烧室容积。 5．汽缸工作容积（V n）：活塞上、下止点之间的容积称为一个汽缸的工作容积，它可以用气缸直径D(cm)由下式表示： Vn=[(Pai*D**2)/4]*S*(10**3) 式中 S——活塞冲程（cm）。
中国内燃机学会工作总结 时间飞逝，转眼间又到了年终。经统计20××年我会共举办学术活动12次，参加学术活动的代表1155人次，交流学术论文556篇，编辑出版论文集7册。 一、学术交流 中国内燃机学会第七届学术年会、国际内燃机学术研讨会和第六届中国国际内燃机及制造装备展览会（简称"二会一展""CSE"），于2007年10月10日至13日在上海举行。来自全国各地的300余位专家、学者和来自美国、英国、德国、奥地利、瑞士、日本、韩国的30余位外国专家、学者出席了这次盛会。 中国机械工业联合会执行副会长、中国内燃机学会理事长张小虞同志在展览会开幕式上讲话并剪彩。中国内燃机学会名誉理事长蒋德明、上海汽车集团股份有限公司肖国普副总裁、汪大总副总裁；阳树毅常务副理事长兼秘书长、副理事长干凤琪、马童立、金东寒、李树生、沈捷、苏万华、黄佐华；玉柴机器股份有限公司常务副总经理梁和平；专家技术咨询委员会成员徐兴尧、顾宏中、唐开元、王之麒、高宗英、许维达、吴培基、杨杰、饶如麟、卓松芳、苑发、周龙保、董尧清、楚梅森等资深专家应邀出席展览会开幕式，并同与会全体代表一起饶有兴趣的参观了内燃机展的全部展品。内燃机界参展的有潍柴动力、玉柴机器、上柴、云内、一汽锡柴、济柴、上内所、七一一所、七○所、天内所、天津大学、上海交大、西安交大、浙江大学、华中科技大学等行业的大企业、研究单
位和高等院校达40余家，展出的先进产品基本反映了我国内燃机产业制造、科技前沿的发展水平。 本次会议主题是"节能减排与自主创新"。国际内燃机学会（CIMAC）主席、奥地利AVL副总裁、Karl wojik卡尔·沃吉克先生、张小虞理事长，全国政协常委、清华大学欧阳明高教授，上海汽车集团股份有限公司汪大总副总裁，上海市内燃机学会理事长、上海交通大学卓斌教授，副理事长黄佐华教授和英国里卡多公司，美国西南研究院，凯特匹勒公司，瑞士ABB公司，上汽菲亚特红岩动力等公司的专家、教授应邀在大会上作了主题报告。这些报告都是内燃机界共同关注的热点问题，高屋建瓴，具有广度和深度，对企业、高校和科研人员有重要的指导意义，深受全体与会代表和会员们的欢迎。 会上，中外专家、学者共宣读交流论文219篇，这些学术论文主要内容有：内燃机工作过程、节能、排放控制、结构强度、振动噪声、新产品开发、高压共轨、增压、新材料新工艺、替代燃料、混合动力、激光诊断、特种发动机和先进的测试技术等，基本反映了内燃机学科领域内的主要研究方向、研究状况和研究成果，有相当一部分是国家下达的攻关项目，以及与国民经济发展密切相关的生产实际问题，论文质量达到了比较高的水平，一些学术观点和技术措施具有重要的应用价值。宣读交流的学术论文编辑出版了"内燃机科技--中国内燃机学会第七届学术年会论文集"（上、下册）和"20××年国际内燃机学术研讨会论文集"，并刻录了光盘。会上，对与会代表宣读的学术论文，经过专家认真评选，评出优秀论文一等奖3篇、二等奖10篇、三等奖12篇，同时颁发了优秀论文证书和奖金。
内燃机工作过程计算 一、 内燃机实际工作过程的数值计算 1、 基本原理与公式 在推导气缸工作过程计算的基本微分方程式时，作如下的简化假定： ①不考虑气缸内各点的压力、温度和浓度的差异，并认为在进气期间，流入气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合，缸内状态是均匀的，亦即为单区计算模型。 ②工质为理想气体，其比热、内能仅与气体的温度和气体的组成有关。 ③气体流入或流出的气流为准稳定流动。 ④不计进气系统内压力和温度波动的影响。 ⑴能量平衡方程式 根据热力学第一定律，得出能量守恒方程的一般形式如下： ()w s e B s dQ dm dm dQ d mu dW h h d d d d d d φφφφφφ =++++ m ：工质的质量 u ：工质比内能 Q B ：燃烧放出的热量 Q w ：通过系统边界传入或传出的热量 W ：作用在活塞上的机械功 m s ：通过进气阀流入气缸的质量 m e ：通过排气阀流出气缸的质量 h s 和h ：分别为进气阀前和气缸内气体的比焓
()(,).1() ()w s e B s d mu du dm m u d d d u f T du u dT u d d T d d dQ dm dm dQ dT dV dm u d p h h u m u d d d d d d d d m T φφφλλφφλφ λ φφφφφφφλφ=+=??∴ =+ ???∴=+-++--??? ⑵质量平衡方程式 通过系统边界的质量有：喷入气缸的瞬时燃油质量B m 、流入气缸的气体质量s m 及流出气缸的气体质量e m ，质量平衡的微分方程可写为： s e B dm dm dm dm d d d d φφφφ =++ ⑶气体状态方程式 pV mRT = ⑷气缸工作容积 21 [1cos (121(sin 2180 h s h s V V V dV d φελπφλφ=+-+--=+ h V 气缸工作容积（3m ） V 气缸瞬时容积（3m ） s λ 曲柄连杆比（2s S L λ= ） dV d φ 气缸容积变化率 （3m /度） ⑸传热计算公式 气缸中的气体通过活塞顶面、气缸盖底面及气缸套的瞬时传热面进行热量传递。为简单起
【考点精讲】 1. 使用最广泛，最常见的热机是内燃机。内燃机的基本特点是让燃料在机器的汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气。利用燃气作为工作物质去推动活塞做功。内燃机有汽油机和柴油机两种。 2. 内燃机的四个冲程： 吸气冲程：“进开、排闭、向下冲”，吸进汽油和空气燃料的混合物； 压缩冲程：“双闭、向上冲”，混合物燃烧被压缩，压强增大，温度升高； 做功冲程：“双闭、向下冲”，压缩末尾，火花塞点火，燃料燃烧，产生高温高压燃气对外做功； 排气冲程：“排开、进闭、向上冲”，把废气排出汽缸。 3. 汽油机和柴油机的异同： 巧对比，看异同：汽油机和柴油机是两种常见的内燃机，它们的相同之处在于：基本构造和主要部件的作用相似；每个工作循环都有四个冲程。 看结构：汽油机汽缸顶部有火花塞、无喷油嘴；柴油机顶部有喷油嘴、无火花塞。 用燃料：汽油机为汽油，柴油机为柴油。 析过程：吸气冲程中，汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的是空气，其他冲程类似。 【典例精析】 例题1如图所示是四冲程汽油机工作示意图，其中压缩冲程是把能转化为能。如图甲、乙所示，是我们课堂演示的两个实验，与压缩冲程原理相同的是实验。 思路导航：压缩冲程是把机械能转化为内能的过程。甲图是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，它是通过对物体做功来增大物体内能的，是将机械能转化为内能的过程；乙图对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能。因此与压缩冲程原理相同的是甲实验。 答案：机械；内；甲 例题2科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度（选填“升高”、“降低”或“不变”），其内能（选填“增大”、“减小”或“不变”），这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的。为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是冲程。 思路导航：在做功冲程中，高温气体迅速膨胀对活塞做功，气体的内能减小，转化为机械能；在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度降低；这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率；为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是排气冲程。 答案：降低；减小；效率；排气 例题3（自贡中考）下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能量转化情况。关于对图中①②③④的补充正确的是（） A. ①做功冲程②内能转化为机械能③压缩冲程④机械能转化为内能
内燃机工作过程数值仿真 摘要：本文分析了内燃机燃烧理论,为进行内燃机工作过程的数值分析提供了基础"利用FIRE软件建立了某型内燃机的几何模型以及计算网格模型针对内燃机的具体运行过程,编制了5种常见的运行工况,并且利用该软件对该内燃机在上述工况下的工作过程进行模拟分析具体求解了该内燃机在不同的工况下缸内流场和燃烧过程随曲轴转角的变化。 关键词：内燃机；工作过程；数值仿真 Abstract:this paper analyzed the combustion theory, the working process of the numerical analysis for the internal combustion engine provides the basis "of a certain type of internal combustion engine was established based on software FIRE of geometric model and computing grid model according to the specific operation process of internal combustion engine, compiled the five kinds of common operation condition, and using the software of the internal combustion engine under the above conditions to simulate the working process of the analysis of" concrete under different conditions to solve the internal combustion engine in cylinder flow field and combustion process along with the change of the crankshaft rotation. Keywords: internal combustion engine ;working process; the numerical simulation 1引言 自内燃机问世以来,就以其便利、高效和经济性好得到了人们的喜爱,为人来的生产和生活带来了巨大的方便。内燃机给人们来了便利,随之而来的问题就是能源危机和环境污染当然包括噪声污染时至今日,节能和环保已经成为内燃机行业最迫切要解决的两大主题。为了在保证内燃机的动力性和经济性的同时,又达到节约能源和环保的目的,就不得不对内燃机的燃烧系统不断加以改进,重视缸内工作过程的研究"对内燃机燃烧学的研究主要有实验和数值模拟两种方法。实验法成本高、时间长、且受设备的限制。数值方法模拟可以更好的全面预测内燃机的性能,代替部分发动机试验,在不受时空限制的条件下进行各种变参数研
内燃机工作过程模拟部分参考资料 第四节 内燃机循环的热力学模型 一、模拟计算的作用 对内燃机的热力学过程，特别是缸内的热力学过程进行模拟计算，在内燃机的研究与开发初期是非常有用的。它不仅可以预测所设计发动机的初步性能，进行多方案的比较，以期获得最佳的设计方案，而且也可以对结构参数与运行参数进行优化，对发动机的寿命和可靠性进行预测，以减少试验的工作量，缩短发动机的设计周期，节省开发研究费用。 热力学模型：以热力学基本概念为基础，不涉及内燃机中各种热力学参数在空间场的不均匀性问题以及工作过程的细节，故又称为零维模型。 热力学模型的基本思路是：从内燃机工作循环各系统内所发生的物理过程出发，用微分方程对各系统的实际工作过程进行数学描述，通过编制计算机程序，得到气缸内各参数随时间(或曲轴转角)的变化规律；然后，通过相应的计算公式，计算出发动机的宏观性能参数。 在推导气缸内工作过程计算的基本微分方程式时，采用如下的简化假定： 1)不考虑气缸内各点的压力、温度与浓度场的差异，并认为在进气期间，流入气缸内的空气与气缸内的残余废气实现瞬时的完全混合，缸内的状态是均匀的，亦即为单区过程。 2)工质为理想气体，其比热容、内能仅与气体的温度和气体的组成有关。 3)气体流入与流出气缸为准稳定流动，不计流入或流出时的动能。 4)缸内工质在封闭过程中无泄漏。 二、基本的微分方程组 在上述假定下，将气缸壁面、活塞顶面以及缸盖底面所围成的容积作为一个热力学系统，如图3—4所示。对该变容积热力学系统分别应用热力学第一定律、质量守恒定律以及气体状态方程，经过适当的变换，得到计算内燃机工作过程的通用方程组如下 )()(1?λλ???????d d u m d dm u h d dm h d dm d dV p d dQ d dQ T u m d dT e e s s w B ??--++-+??= （3—6） ????d dm d dm d dm d dm e s B ++= （3—7） mRT pV = （3—8） 式中，下标s 表示通过进气门流人气缸 的气体参数，下标e 表示通过排气门流出气 缸的气体参数，下标B 表示燃料燃烧放热项， 下标w 表示通过壁面与热力学系统间发生的热量交换。其余无下标的各项，分别表示气缸内的有关参数，而λ为瞬时过量空气系数，其意义见下文。 为了使得计算顺利进行，假定加入系统的能量或质量为正，离开系统的能量或质量为负。同时，假设内能为温度和成分的函数，并以λ来反映混合气的组成成分，则有
一、内燃机的常用术语 1、上止点： 2、下止点： 3、活塞冲程： 4、气缸工作容积： 5、燃烧室容积： 6、气缸总容积： 7、压缩比： 图4.1-1 单缸内燃机结构简图 （a）活塞位于上止点；（b）活塞位于下止点 1-排气门；2-进气门；3-喷油器（或火花塞）；4-气缸体；5-活塞；6-活塞销；7-连杆；8-曲轴 二、内燃机的工作原理
（一）单缸四冲程柴油机的工作原理 四冲程内燃机是由进气、压缩、做功和排气四个冲程完成一个工作循环。 当排气冲程结束,活塞移到上止点时，曲轴共旋转多少度?。 四冲程内燃机每完成一个工作循环，其中只有一个是做功冲程，其余三个都是做功冲程的辅助冲程，是消耗动力的。由于曲轴在做功冲程时的转速大于其他三个冲程的转速，因此，单缸内燃机的工作不平稳。多缸内燃机就可以克服这个弊病，例如，四缸四冲程内燃机的一个工作循环中，每一冲程均有一个气缸为做功冲程，因此，曲轴旋转较均匀，内燃机工作也就较平稳。 四冲程汽油机的工作过程与四冲程柴油机相似，主要不同之处是：
（1）混合气形成方式不同：汽油机的汽油和空气在气缸外混合（喷油器根据电控单元的控制指令将适量的汽油喷入进气门前与空气形成可燃混合气，待进气冲程时，再将燃油混合气吸入气缸中），进气冲程进入气缸的是可燃混合气。而柴油机进气冲程进入气缸的是纯空气，柴油是在做功冲程开始阶段喷入气缸，在气缸内与空气混合。 （2）着火方式不同：汽油机用电火花点燃混合气，而柴油机是用将高压柴油喷入气缸内，靠高温气体加热自行着火燃烧。所以汽油机有点火系统，而柴油机则无点火系统。 二）单缸二冲程汽油机的工作原理 二冲程内燃机的工作过程和四冲程内燃机一样，也是由进气、压缩、做功、排气四个过程完成一个工作循环。但它的一个工作循环是在曲轴旋转一圈内完成的，也就是说在活塞的二个冲程内完成的，故称为二冲程内燃机
发动机原理 第三章发动机的换气过程 发动机的排气过程和进气过程统称为换气过程。换气过程的任务是将气缸内废气排除干净，并充入尽可能多的新鲜气量--在柴油机中是空气；在汽油机中是燃油与空气的混合气（可燃混合气），这是保证发动机动力性的重要条件。 燃料在气缸内完全燃烧需要一定量的空气，完全燃烧时汽油与空气的体积比约为1：10000，而柴油与空气的体积比还要更大一些。由此可见，可燃混合气中燃料所占容积比例很小，所以充入气缸的混合气燃烧放热量的大小，主要取决于充入缸内的空气量多少。每循环进入气缸的空气量多，既可多供给一些燃料，又可以提高燃料的完全燃烧程度。提高发动机的扭矩和功率。此外，换气过程有功率损失使热效率降低。换气过程的好坏对发动机零件的热复合、排气冒烟、大气污染等也有一定影响。 为了不断提高发动机性能，必须深入研究换气过程的进行情况，分析影响充气量的各种因素，找出提高充气量和减少换气损失的方向与措施。 3.1 四行程发动机的换气过程 一、换气过程 四行程发动机配气机构均采用气门换气方案，其换气过程是排气门开启到进气门关闭的整个时期，约占曲轴转角380°～490°。根据气体流动特点和进排气门运动规律，换气过程可分为自由排气、强制排气、惯性排气、准备进气、正常进气和惯性进气六个阶段，如图3-1所示。
图3-1 换气过程气缸压力、排气管压力、 进排气门流通截面积的变化 (a)气缸压力、排气管压力随曲轴转角θ的变化曲线 (b)进排气门相对流通截面积随曲轴转角θ的变化曲线 (c)四行程发动机进、排气门开闭时间 1. 自由排气阶段 从排气门在下止点前开启到活塞行至下止点这个时期称自由排气阶段。该阶段曲轴转过的角度称为排气提前角，一般为40°～80°轴转角。 由于配气机构惯性力的限制，气门开启与关闭不能太快，需要一定时间，如果活塞到下止点时排气门才开始开启，在开启初期开度极小，废气不能通畅流出，气缸内压力下降缓慢，不能实现充分排气，而且在活塞向上止点回行时会形成较大的反压力，增加排气行程所消耗的功。为此，排气门必须在下止点前开启（图3-1中b`点），这时气缸废气压力较高，可利用废气自身的压力自行排出。从图3-1中可见，此阶段气缸内压力大于排气管压力两倍以上，排气的流动处于超临界状态，读者参考工程热学气体的流动和压缩章节）此时通过排气门口的废气流速，等于该状态下的音速，废气流量只与气缸内的气体状态及气门最小开启截面积有关，而与排气管内压力 p 无关。并且因排气流甚高，在排气过程中伴有刺耳的噪声，所以排气系统必须装有消声器。 随着废气大量排出及活塞向下止点移动，气缸内压力迅速下降，当缸内压力与排气管内压力之比下降到2以下时，排气流动转入亚临界状态，废气流速降低，产生的噪声较小。此时排出的废气量由缸内及排气管内的压力差来决定。压力差越大排出废气越多。当到某一时刻缸内与排气管内压力相等，自由排气阶段结束（一般下止点后10°～30°曲轴转角）。此阶段虽然历程很短，但因排气流速甚高，排出废气量达60%以上。
中华玉米网：内燃机的基本工作原理是什么？ 内燃机的基本工作原理是利用燃料在气缸内燃烧产生的热能，通过受气体膨胀推动活塞移动，再经过；连杆传递到曲轴使其旋转做功。 内燃机在实际工作时，有热能到机械能的转变是无数次的连续转变，而每次能量转变，都必须经历进气、压缩、做功和排气四个过程。每进行一次进气、压缩、做功，排气叫做一个工作循环。若曲轴旋转两周，活塞经四个冲程完成一个工作循环的叫做四冲程内燃机；若曲轴转一圈，活塞只经过两个冲程就完成一个工作循环叫做二冲程内燃机。 1)四冲程柴油机的工作过程 四冲程柴油机的工作过程 (1)进气行程 进气行程是实现吸进新鲜空气的过程。靠飞轮旋转惯性的作用转动曲轴，将活塞由上止点位置逐渐拉向下止点。这时通过配气机构开启进气门、关闭排气门，随着活塞向下移动，气缸内的容积逐渐增大，产生真空吸力，新鲜空气不断地被吸入气缸。为了进气充足，进气门在上止点前开启，越过下止点后关闭。 (2)压缩行程 在飞轮带动下，曲轴继续旋转推动活塞由下止点向上止点运动，这时进、排气门都关闭。在活塞移动中气缸内的容积之间减小，而气体的压力和温度逐渐升高。当活塞移动到上止点时，气体压力可达2.9-4.4MPa，温度可达500-700℃，至此活塞移动了第二个行程，曲轴累计回转了一周，压缩行程终了。 (3)做功行程 当压缩行程接近终了时，进、排气门都继续关闭，喷油器开始向气缸内喷油。雾状柴油与高温高压空气混合形成可燃混合气而迅速自行着火燃烧，放出大量热能，使气缸内的气体受热发生猛烈膨胀，气体压力迅速增到5.9-8.8MPa温度可达1500-2000℃，从而产生很大的推力，迫使活塞从上止点向下止点运动，并通过连杆使曲轴旋转，向外输出功率。随着活塞向下止点运动，气缸内气体的压力和温度下降。至活塞移动到下止点，曲轴累计回转了一圈半，做功行程结束。 (4)排气行程 由飞轮带动，曲轴继续旋转，活塞由下止点移向上止点，通过配气机构开启开启排气门，气缸中燃烧的废气被向上运动的活塞挤压，经排气门排出气缸，排气温度可达300-500℃，压力为0.10-0.12MPa。活塞到达上止点时，排气行程结束。为减少排气阻力，并使废气排得干净，排气门在下止点前来气，上止点后关闭。 上述四个行程完成后，即完成一个工作循环。当活塞再次从上止点移向下止点时，又开始了第二个工作循环，这样周而复始，柴油机连续运转，不断向外输出动力，在一个工作循环中曲轴回转了两圈，活塞经过了四个行程，所以称这种柴油机为四冲程柴油机。 2)二冲程汽油机工作过程 二冲程汽油机的工作循环，是活塞在气缸内上、下止点间运行两次，曲轴旋转一周的时间内完成的。二冲程汽油机的工作循环虽然包括：进气、压缩、做功、排气等过程，但不像四冲程柴油机那样界线分明地截然分开，而是在两个行程中交替出现这些过程的。 一般二冲程汽油机没有前面所介绍的那样进、排气门，而是在气缸壁上开有进气口、排气口和扫气口。它们随着活塞上下移动在一定时刻没被遮蔽或露出，以进行进气和排气，此外曲轴箱是封闭的。在了解它的工作过程时，不但注意气缸内的工作情况，同时要注意曲轴箱的工作情况。 第一行程。活塞由下止点移动，在关闭扫气口和排气口后，气缸内可燃混合气受到压缩。与此同时，曲轴箱内由于产生真空，当进气口被打开时，从进气口吸入混合气，活塞继续上