3.5内燃机的超膨胀循环 杜常清发动机原理A,武汉理工大学,汽车学院

③ 在小型单缸柴油机，大 型机车、船舶与固定式 柴油机上采用。
特点：每缸一泵、缩短
高压油管长度，增加整
个系统的液力刚度。
第8页/共16页
泵-管-嘴系统的喷油 过程
传统泵-管-嘴系统的喷油过程
第9页/共16页
几何供油规律和喷油 规律
几何供油规律是指从几何关系上求出 的单位 凸轮转 角（或 单位时 间）内 喷油泵 供入高 压油路 中的燃 油量即 供油率 随凸轮 转角（ 或时间 ）的变 化关系 。
柴油机燃料供给系统的分类与发展杜常 清发动机原理A内燃机燃料供给与调节武 汉理工大学车用动力系
会计学
1
柴油机燃料供给与调节系统的基本要求
1) 快速形成混合气：能产生足够高的喷油压 力，以保证燃料良好的雾化、混合气形成 与燃烧，燃料油束应与燃烧室形状及缸内 气流运动相匹配。
2) 喷油及时准确：尽可能保持最佳的喷油时 刻、喷油持续时间与喷油规律，以保证良 好的燃烧并取得优 第1页/共16页 良的综合性能。
喷油规律受供油规律的影响 ，喷油始点迟于供油始点，喷油第11页/共16页 持续时间大干供油持续时间，喷 油速率的峰值小于供油速率的峰
喷油泵的速度特性
油泵的 速度特 性导致 传统的 泵管嘴 系统柴 油机的 转矩特 性不能 适应工
第12页/共16页
发动机转速
泵管嘴系统的缺陷
1. 喷射压力较低，燃油雾化混合差，发动机PM排放高； 2. 泵油和喷油过程无法分离，泵油过程影响喷油过程，难以实现理想喷油规律； 3. 喷雾质量受工况的影响较大，低速性能差； 4. 喷油提前角调节能力较差，难以在各个工况下实现最佳喷射提前角控制； 5. 喷油泵存在速度特性，转矩适应性差，需要安装调速器；
特点： 凸轮驱动泵油 脉动供油 供油过程影响喷油

汽油机一般希望增大φa 来提高经济性，但是受到混合气着火 性能和排放处理等的限制：
高速柴油机 ： φa＝1.2～1.5
增压柴油机 ： φa＝ 1.7～2.2
汽油机：
φa＝0.85～1.1
2、过量空气系数φa
• 实际发动机的φa可由废气分析法求得。对于
非增压的四冲程内燃机，也可由耗油量及耗 气量按下式求得
s
ps RTs
代入，
用进气压力和温度表示进气密度
若以ps (MPa)、Ts (K )、Hu (kJ / kg燃料)代入，则pme (MPa)为
pme
3.485 cet Hu ps al0Ts
谢谢观看！ 2020
式中，gb为每循环燃料供给量，kg；
lo为1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量，称为化学计量空燃比。 柴油l0≈14.3，汽油l0≈14.8 。
2、过量空气系数φa
φa是反映混合气形成和燃烧完善程度及整机性能的一个指标
柴油机应力求减小φa，来提高容积利用率和动力性，减小φa 在小型高速柴油机中主要受燃烧完善程度的限制，在大型及增压 柴油机中主要受热负荷的限制；
1、充量系数φc
c
m1 msh
M1 M sh
V1 Vs
式中，m1，M1，V1分别为实际进入气缸的新鲜空气的质量、千摩尔 值、在进气管状态（ps，Ts）下所占有的体积；msh，Msh，Vs分别为 在进气管状态下能充满气缸工作容积的空气质量、千摩尔值及气缸工
作容积。
2、过量空气系数φa
a
m1 gbl0
燃空比1/
燃料质量流量 空气质量流量
pme与进气量、混合气浓度及热效率的关系推导
pme
Wi Vs
m

3)燃烧方面的限制
若压缩比定得过高，汽油机将会产生爆燃、表面点火等不正 常燃烧的现象。 对于柴油机而言，过高的压缩比将使压缩终了的气缸容积变
得很小，对制造工艺的要求极为苛刻，燃烧室设计的难度增
加，也不利于燃烧的高效进行。单纯增加循环供油量，导致 不完全燃烧，动力性下降、效率降低。
4)排放方面的限制
内燃机实际工作条件的约束和限制
1)结构强度的限制
尽管从理论循环的分析可知，提高压缩比εc和压力升高比λ p时 提高循环热效率η t起着有利的作用，但εc 和λ p增加将导致最高循 环压力pz和压力升高比dp/dφ 的升高，使发动机的负荷水平、振 动噪声大大增加，因此受到发动机结构及强度的限制。
2)机械效率的限制
内燃机的理论循环
建立内燃机的理论循环 目的：便于分析影响内燃机循环热效率的因素，用简单的公式 来阐明内燃机工作过程中各基本热力参数间的关系，为提高能 量利用率指明方向。 措施：将实际循环进行若干简化，忽略一些次要的影响因素，
并对其中变化复杂、难于进行细致分析的物理、化学过程〔如
可燃混合气的准备与燃烧过程等〕进行简化处理，从而得到便 于进行定量分析的假想循环或简化循环
加热过程在等压 的条件下完成， 负荷的增加造成 热效率的下降
加热过程在等容 和等压条件下完 成，热效率介于 上述两者之间
t 1
1

k 1 c

p 1 K ( 1) K ( 1) p ptm a t p 1 K p 0 1 1 K 1
内燃机的理论循环
根据使用燃料、混合气形成方式、缸内燃烧过程（加热方
式），火花点火发动机的实际循环简化为等容加热循环

2. 轴承的摩擦损失
主轴承
连杆轴承
活塞销
影响因素：
流体润滑状态 轴径圆周速度 轴心轨迹
凸轮轴轴承
其他各种轴承
3. 流体摩擦损失
连杆等往复运动件与空气、油雾等之间的摩擦损失。 曲轴等旋转运动件与空气、油雾等之间的摩擦损失。
特点: 数值较小。
4. 驱动附件机构的功率消耗
配气机构 冷却水泵、机油泵、燃油泵 喷油泵、调速器 正时齿轮 发电机、空压机、空调压缩机 冷却风扇
5. 驱动扫气泵及增压器的损失
扫气泵功耗：Βιβλιοθήκη 二行程发动机机械增压发动机
内燃机机械损失小结
1、活塞与活塞环的摩擦损失
2、轴承的摩擦损失
3、驱动附件机构的功率消耗 4、流体摩擦损失
摩擦损失Pf
5、驱动扫气泵及增压器的损失 6、通常还需要考虑泵气消功耗Pp
扫气功耗PB
P m P f P B P p
Pm为机械损失功率(kW)；Vs为工作容积(L)；n为转速(r／min)。
机械损失的构成
1. 活塞及活塞环的摩擦 45%~65%
2. 整个摩擦损失
3. 驱动气门机构功耗
60%~70%
2%~3%
4. 驱动附件机构的功耗 10%~20%
5. 泵气损失
10%~20%
1. 缸套与活塞及环组的摩擦损失
活塞裙部及环岸与气缸套之间的摩擦损失 活塞环组与气缸套之间的摩擦损失 影响因素： 活塞运动速度：Cm 润滑状态：液体润滑、边界润滑、干摩擦 缸内压力：活塞侧推力、环间压力 活塞形状及表面特性 润滑油
机械效率与机械损失
机械效率
气缸压力
指示测量