1、第六章第六章發(fā)動(dòng)機(jī)的特性發(fā)動(dòng)機(jī)的特性第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)工況2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理3發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況n發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況（簡(jiǎn)稱工況）是以其發(fā)出的功率P Pe e和轉(zhuǎn)速n n來(lái)表示；n只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩與工作機(jī)械消耗的轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，兩者才能在一定轉(zhuǎn)速下按一定功率穩(wěn)定工作（A點(diǎn)）；n當(dāng)工作機(jī)械阻力矩增加(TR)，若發(fā)動(dòng)機(jī)油量控制機(jī)構(gòu)不變，則其轉(zhuǎn)速就要降低，直至B點(diǎn)達(dá)到新的平衡，發(fā)動(dòng)機(jī)再次穩(wěn)定工作；n由于發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作必須滿足轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩與工作機(jī)械阻力矩相等工作機(jī)械阻力矩相等的條件，因而發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化規(guī)律與所帶動(dòng)的工作機(jī)械的工作情況有關(guān)。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理4發(fā)動(dòng)機(jī)的使用條件根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的用途，其

2、使用條件大致可分為：n恒速工作恒速工作( (曲線曲線1,1,線工況線工況) )。如帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作；n流體阻力負(fù)荷流體阻力負(fù)荷( (曲線曲線2 2，螺旋槳，螺旋槳工況工況) )。發(fā)動(dòng)機(jī)功率與轉(zhuǎn)速成一定函數(shù)關(guān)系，如帶動(dòng)螺旋槳工作的船用主機(jī)；n陸上運(yùn)輸陸上運(yùn)輸( (曲線曲線3 3，面工況，面工況) )。發(fā)動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速都獨(dú)立地在很大范圍內(nèi)變化，它們之間沒(méi)有特定的關(guān)系。如驅(qū)動(dòng)汽車等陸上運(yùn)輸車輛。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理5發(fā)動(dòng)機(jī)的特性n發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨調(diào)整情況及運(yùn)轉(zhuǎn)工況而變化的關(guān)系稱為發(fā)動(dòng)機(jī)特性發(fā)動(dòng)機(jī)特性； n隨調(diào)整情況而變化的又稱調(diào)整特性，如柴油機(jī)供油提前角調(diào)整特性、汽油機(jī)點(diǎn)火提前角調(diào)整特性、化油器

3、調(diào)整特性等；n性能指標(biāo)隨運(yùn)行工況而變化的又稱性能特性；n特性用曲線表示稱為特性曲線，它是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一種簡(jiǎn)單、方便、必不可少的形式。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理6發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo) n平均有效壓力：vmimeKpn有效功率：nKpimve1n有效轉(zhuǎn)矩：imvtqKT2n有效燃油消耗率：imeKb13n每小時(shí)耗油量：nKBv4第二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理8一、臺(tái)架試驗(yàn)裝置 n試驗(yàn)臺(tái)架n輔助系統(tǒng)n各種測(cè)量?jī)x器、儀表及操縱臺(tái)2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理92022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理92022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理10三、耗油率的測(cè)量耗油率的測(cè)量可分容積法和質(zhì)量法：n容積法：通過(guò)測(cè)定消耗

4、一定容積的燃油所需的時(shí)間，通常用于汽油機(jī)的油耗測(cè)量；n計(jì)算公式：n質(zhì)量法：通過(guò)測(cè)量消耗一定質(zhì)量的燃油所花費(fèi)的時(shí)間，通常用于柴油機(jī)的油耗測(cè)量；n計(jì)算公式：10006 . 3eefTpBbtVB10006 . 3eepBbtmB2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理11 容積法 n試驗(yàn)時(shí)操作如下： 打開(kāi)油箱開(kāi)關(guān)，三通閥處于位置A； 測(cè)量前將三通閥旋至位置B，油箱同時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)和量瓶供油，直到量瓶油面高于選定圓球容積的刻線，將三通閥仍置于位置A等待測(cè)量； 測(cè)量時(shí)，將三通閥旋至位置C，發(fā)動(dòng)機(jī)直接由量瓶供油，量瓶油面下降，記錄燃油流過(guò)所選圓球上下部刻線間容積VT所用時(shí)間t，同時(shí)測(cè)量功率Pe ； 將量瓶再次充滿燃油（三

5、通閥旋至位置B）后準(zhǔn)備下一次測(cè)量。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理12 質(zhì)量法 n試驗(yàn)時(shí)操作如下： 打開(kāi)油箱開(kāi)關(guān)，三通閥處于位置A； 測(cè)量前將三通閥旋至位置B，油箱同時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)和量杯供油，直到天平接近平衡，將三通閥仍置于位置A等待測(cè)量； 將天平調(diào)平衡； 測(cè)量時(shí)，拿去質(zhì)量為m m的砝碼。將三通閥旋至位置C，發(fā)動(dòng)機(jī)直接由量杯供油，并開(kāi)始計(jì)時(shí)； 量杯油面下降，直至天平再次平衡。記錄所用時(shí)間t，同時(shí)測(cè)量功率Pe 。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理13四、臺(tái)架試驗(yàn)綜述 n臺(tái)架試驗(yàn)內(nèi)容十分廣泛，我國(guó)規(guī)定有統(tǒng)一的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)： 1984年頒布了機(jī)械工業(yè)部汽車發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)（JB374384） 1987年制定了內(nèi)燃機(jī)臺(tái)

6、架試驗(yàn)方法（GB1105.11105.387）n發(fā)動(dòng)機(jī)使用中的最大功率與下列外界因素有關(guān)： 發(fā)出相應(yīng)功率的持續(xù)時(shí)間 測(cè)定時(shí)的大氣狀況 發(fā)動(dòng)機(jī)所帶附件 進(jìn)氣管和空氣濾清器阻力、排氣背壓等n各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上述問(wèn)題都作了嚴(yán)格規(guī)定，并且對(duì)測(cè)量?jī)x器的精度、重要參數(shù)的測(cè)量精度等也有規(guī)定。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理14功率標(biāo)定 n在發(fā)動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)定的功率，均為使用中允許的最大功率。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1105.187）規(guī)定，按用途和使用特點(diǎn)，功率可分為以下四種： 15min功率：可用于汽車、摩托車、摩托艇等發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定； 1h功率：可用于拖拉機(jī)、工程機(jī)械、船舶等發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定； 12h功率：可用于拖拉機(jī)、農(nóng)業(yè)排

7、灌、電站等發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定； 持續(xù)功率：可用于農(nóng)業(yè)排灌、電站、船舶、鐵路牽引等發(fā)動(dòng)機(jī)的功率標(biāo)定。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理15大氣修正 n大氣狀況是指發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的環(huán)境大氣壓力、大氣溫度和相對(duì)濕度；n同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)由于在不同大氣狀況下使用，其性能差別很大。需要規(guī)定一種標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況，并且還應(yīng)有一種辦法，把在不同大氣狀況下試驗(yàn)所得的結(jié)果，換算成標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況下的數(shù)值；n國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1105.187）規(guī)定了一般用途的往復(fù)活塞式柴油機(jī)和汽油機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀況是：大氣壓p0=100kPa，相對(duì)濕度0=30，環(huán)境溫度T T0 0=298K=298K或2525（Page132）。第三節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性202

8、2-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理17發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性 n負(fù)荷特性是指發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，其經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)隨負(fù)荷而變化的關(guān)系；n以曲線表示，則稱為負(fù)荷特性曲線；n當(dāng)汽車以一定的速度沿阻力變化的道路行駛時(shí)，就是這種情況。此時(shí)必須改變發(fā)動(dòng)機(jī)油門來(lái)調(diào)整有效轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)外界阻力矩的變化，保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變；n當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，有效功率P Pe e與有效轉(zhuǎn)矩T Ttqtq、平均有效壓力p pmeme互為正比，因此負(fù)荷特性橫坐標(biāo)負(fù)荷可用P Pe e、T Ttqtq或p pmeme表示；n縱坐標(biāo)主要是每小時(shí)燃料消耗量B B 或燃料消耗率b be e。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理18一、汽油機(jī)負(fù)荷特性 n汽油機(jī)保持某一轉(zhuǎn)速不變，而逐漸改

9、變節(jié)氣門開(kāi)度（同時(shí)調(diào)節(jié)測(cè)功器負(fù)荷，以保持轉(zhuǎn)速不變），每小時(shí)耗油量B B 和耗油率b be e隨功率P Pe e（或轉(zhuǎn)矩T Ttqtq、平均有效壓力p pmeme）變化的關(guān)系稱為汽油機(jī)負(fù)荷特性；n測(cè)取前應(yīng)將化油器、點(diǎn)火提前角調(diào)整完好；n測(cè)取時(shí)應(yīng)按規(guī)定保持冷卻水溫、潤(rùn)滑油溫度在最佳狀態(tài)； n由于汽油機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)是靠改變節(jié)氣門開(kāi)度來(lái)直接改變進(jìn)入氣缸的混合氣量，變化不大，故這種負(fù)荷調(diào)節(jié)方法稱為“量調(diào)節(jié)” 。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理19汽油機(jī)負(fù)荷特性曲線 nb be e的變化取決于m m 和i i的變化；imeKb13n隨著負(fù)荷增加，m m 和i i的變化如右圖；n逐漸增大節(jié)氣門開(kāi)度（負(fù)荷增加），b b

10、e e迅速下降。當(dāng)節(jié)氣門開(kāi)度增至全開(kāi)度的80左右，為了保證最大功率，供給=0.80.9的濃混合氣，燃燒不完全，使b be e又重新上升；n汽油機(jī)負(fù)荷特性實(shí)例如右圖。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理20二、柴油機(jī)負(fù)荷特性 n柴油機(jī)保持某一轉(zhuǎn)速不變，而移動(dòng)噴油泵齒條或拉桿位置，改變每循環(huán)供油量bb時(shí)，每小時(shí)耗油量B B 和耗油率b be e隨功率P Pe e（或轉(zhuǎn)矩T Ttqtq、平均有效壓力p pmeme）變化的關(guān)系稱為柴油機(jī)負(fù)荷特性；n測(cè)取時(shí)，應(yīng)將柴油機(jī)的供油提前角、冷卻水溫度、潤(rùn)滑油溫度等調(diào)整到最佳狀態(tài)； n由于柴油機(jī)只是改變循環(huán)供油量（空氣量變化不大）來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷，因此，也改變了缸內(nèi)混合氣的濃度，

11、即過(guò)量空氣系數(shù)，這種負(fù)荷調(diào)節(jié)方法稱為“質(zhì)調(diào)節(jié)”。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理21柴油機(jī)負(fù)荷特性曲線 nbe的變化取決于m 和i的變化；imeKb13n隨著負(fù)荷增加，m 和i的變化如右圖；n逐漸增加供油量，由于m迅速上升，be下降；再繼續(xù)增加供油量時(shí)，由于過(guò)量空氣系數(shù)的減少，燃燒惡化，不完全燃燒及補(bǔ)燃增加，致使be升高；n柴油機(jī)負(fù)荷特性實(shí)例如右圖。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理22三、汽、柴油機(jī)負(fù)荷特性比較 n負(fù)荷特性是發(fā)動(dòng)機(jī)的基本特性，用以評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的經(jīng)濟(jì)性；n由負(fù)荷特性可以看出： 由于柴油機(jī)i 較高，be 較汽油機(jī)低； 汽油機(jī)在低負(fù)荷區(qū)曲線變化得更快一些，汽油機(jī)曲線變化比柴油機(jī)陡。即柴油機(jī)曲線

12、變化較平坦，經(jīng)濟(jì)區(qū)較寬；第四節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理24發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性 n發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為速度特性 ；n以曲線表示，則稱為速度特性曲線；n若駕駛員將油門踏板位置保持一定，由于道路阻力不同，汽車行駛速度也會(huì)改變，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)即沿速度特性工作；n發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作為速度特性橫坐標(biāo)；n縱坐標(biāo)主要有效功率Pe、轉(zhuǎn)矩Ttq、耗油率be、每小時(shí)耗油量B 等 。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理25一、汽油機(jī)速度特性 n汽油機(jī)節(jié)氣門（油門）開(kāi)度固定不動(dòng)，其有效功率Pe、轉(zhuǎn)矩Ttq、耗油率be、每小時(shí)耗油量B 等隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為汽油機(jī)速度特性；n此時(shí)是通過(guò)調(diào)整測(cè)功器，如逐漸改變水力

13、測(cè)功器水量，來(lái)改變汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速；n測(cè)取前，應(yīng)將點(diǎn)火提前角、化油器調(diào)整完好；n測(cè)取時(shí)，應(yīng)按規(guī)定保持冷卻水溫度、潤(rùn)滑油溫度在最佳狀態(tài)； n節(jié)氣門保持全開(kāi)，所測(cè)得的速度特性稱為外特性外特性；節(jié)氣門部分開(kāi)啟時(shí)所測(cè)得的速度特性稱部分速度特性部分速度特性。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理26汽油機(jī)外特性曲線 nTtq的變化取決于m、i和v /隨n的變化；nbe的變化取決于m 和i的變化；nPe的的變化受Ttq和n n 的共同影響；n隨著轉(zhuǎn)速增加，m 、i和v的變化如右圖；n汽油機(jī)速度外特性實(shí)例如右圖；n汽油機(jī)速度外特性是在節(jié)氣門全開(kāi)時(shí)測(cè)得，曲線上每一點(diǎn)表示它在此轉(zhuǎn)速下的最大功率及轉(zhuǎn)矩，代表發(fā)動(dòng)機(jī)最高動(dòng)力性能。i

14、meKb13nKpimve1imvtqKT22022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理27汽油機(jī)部分速度特性曲線 n汽車大部分時(shí)間是在部分負(fù)荷下工作；n隨著節(jié)氣門關(guān)小，節(jié)流損失增大，進(jìn)氣終了的壓力pa下降，從而引起v下降；n隨著轉(zhuǎn)速提高，v下降的速度更快；n節(jié)氣門開(kāi)度愈小，轉(zhuǎn)矩Ttq隨轉(zhuǎn)速增加而下降得愈快，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)及最大功率點(diǎn)均向低轉(zhuǎn)速方向移動(dòng)。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理28二、柴油機(jī)速度特性 n噴油泵的油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（油門拉桿或齒條）位置固定不動(dòng)，柴油機(jī)性能指標(biāo)（主要是有效功率Pe、轉(zhuǎn)矩Ttq、耗油率be、每小時(shí)耗油量B 等）隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系稱為柴油機(jī)速度特性；n測(cè)取時(shí)，應(yīng)將供油提前角、冷卻水溫、潤(rùn)滑油溫度

15、等調(diào)整在最佳狀態(tài)；n當(dāng)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在標(biāo)定（或稱額定）功率循環(huán)供油量位置時(shí)，測(cè)得的速度特性為標(biāo)定功率速度特性，習(xí)慣上亦稱外特性外特性；n當(dāng)油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在小于標(biāo)定功率循環(huán)供油量各個(gè)位置時(shí)，所測(cè)得的速度特性稱為部分速度特性。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理29柴油機(jī)標(biāo)定功率速度特性曲線 nTtq的變化取決于m、i和b隨n的變化；nbe的變化取決于m 和i的變化；nPe的的變化受Ttq和n n 的共同影響；n隨著轉(zhuǎn)速增加，m 、i和v的變化如右圖；n柴油機(jī)速度外特性實(shí)例如右圖；n標(biāo)定功率速度特性代表該機(jī)在使用中允許達(dá)到的最高性能 。2tqmiTKbimeKb13nKBv42022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理3

16、0柴油機(jī)部分速度特性曲線 n隨著油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定位置的減小，循環(huán)供油量減小，但b隨n的變化趨勢(shì)基本相似；n柴油機(jī)部分特性Ttq的變化基本與外特性上Ttq平行，即Ttq隨轉(zhuǎn)速變化不大；n對(duì)于經(jīng)常在部分負(fù)荷下工作的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，還應(yīng)作負(fù)荷為90、75、50、25的部分負(fù)荷速度特性或作萬(wàn)有特性 。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理31三、轉(zhuǎn)矩特性 n汽車拖拉機(jī)經(jīng)常會(huì)遇到像爬坡這樣阻力突然增大的情況，為減少換檔次數(shù)，要求發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的降低而增加；n要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩有適應(yīng)這種變化的能力，衡量指標(biāo)包括： 轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù) 轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù) n由于油泵速度特性，柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線平坦，難以滿足汽車拖拉

17、機(jī)的工作需要，應(yīng)予以校正。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理32轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù) n充分表明發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，引入轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)和適應(yīng)性系數(shù)和適應(yīng)性系數(shù)K的概念：nTtqmax外特性曲線上的最大轉(zhuǎn)矩（N Nm m）；nTtq標(biāo)定工況（或最大功率）時(shí)的轉(zhuǎn)矩（N Nm m）；）； n或K值大，表明兩轉(zhuǎn)矩之差值大，即隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)矩Ttq增加較快，從而在不換檔的情況下，爬坡能力、克服短期超載能力強(qiáng)；n汽油機(jī)的值在1030范圍，K值達(dá)1.21.4，可以滿足汽車的使用要求；n柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線平坦，若不予以校正，則值在510范圍，K值只有1.05左右，難以滿足汽車拖拉機(jī)的工作需要。 %100maxtqtq

18、tqTTTtqtqTTKmax2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理33轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù) n標(biāo)定工況（或最大功率）時(shí)的轉(zhuǎn)速n1與最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速n2之比稱轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)；n轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)的大小也影響到克服阻力的潛力； n例如，有A、B兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，它們的轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)和最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速n1相同，但最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速n2不等，如右圖所示； n發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由于外界阻力的增加而下降；n發(fā)動(dòng)機(jī)B可以克服外部阻力矩TR2；n發(fā)動(dòng)機(jī)A可以克服外部阻力矩TR3；n發(fā)動(dòng)機(jī)A比B克服障礙的潛力大； n轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)（n1/n2）愈大，在不換檔情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)克服阻力的潛力愈強(qiáng)；n汽油機(jī)轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)為1.151.152.O2.O，

19、柴油機(jī)在2.0范圍。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理34柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩校正 n為了防止柴油機(jī)的負(fù)荷超過(guò)冒煙限值，在噴油泵的油量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上均有一觸止裝置，限制每循環(huán)的最大供油量；n這個(gè)最大供油量的調(diào)整，必須在最大工作轉(zhuǎn)速工況下進(jìn)行。如右圖的A點(diǎn)，以避免在其它轉(zhuǎn)速下超過(guò)冒煙界限供油量；n由于油泵速度特性的影響，未校正的柴油機(jī)在轉(zhuǎn)速降低時(shí)空氣得不到充分利用；n為適應(yīng)汽車拖拉機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備的要求，應(yīng)采用油量校正裝置來(lái)改造外特性轉(zhuǎn)矩曲線；n常用校正方法： 出油閥式校正機(jī)構(gòu) 附加在調(diào)速器上的彈簧校正機(jī)構(gòu) 第七節(jié) 萬(wàn)有特性2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理36發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性 n負(fù)荷特性和速度特性只能表示某一轉(zhuǎn)

20、速或某一齒條位置（或節(jié)氣門開(kāi)度）時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)間的變化規(guī)律；n汽車、拖拉機(jī)的工況變化范圍很廣，要分析各種工況下的性能就需要許多張負(fù)荷特性或速度特性圖，這樣做極不方便；n為了能在一張圖上較全面地表示發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，經(jīng)常應(yīng)用多參數(shù)的特性曲線，稱為萬(wàn)有特性；n萬(wàn)有特性萬(wàn)有特性是以轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，以平均有效壓力（或轉(zhuǎn)矩）為縱坐標(biāo)，在圖上畫出許多等耗油率曲線和等功率曲線，根據(jù)需要還可以畫出等過(guò)量空氣系數(shù)曲線、等進(jìn)氣管真空度曲線、冒煙極限等。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理37典型萬(wàn)有特性2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理38萬(wàn)有特性等耗油率曲線的制取 n將不同轉(zhuǎn)速的負(fù)荷特性以pme為縱坐標(biāo)，be為橫坐標(biāo)，用同一比例尺畫在一

21、張坐標(biāo)圖上；n在萬(wàn)有特性圖的橫坐標(biāo)軸上，以一定比例標(biāo)出轉(zhuǎn)速數(shù)值。縱坐標(biāo)pme的比例應(yīng)與負(fù)荷特性pme的比例相同；n將負(fù)荷特性圖橫放在萬(wàn)有特性圖左方，并將與負(fù)荷特性曲線上耗油率be相等的各點(diǎn)移至萬(wàn)有特性圖中，標(biāo)上記號(hào)，再將be值相等的各點(diǎn)連成光滑曲線，即等耗油率線；2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理39汽、柴油機(jī)萬(wàn)有特性(經(jīng)濟(jì)性)比較 n柴油機(jī)的最低油耗值較小，而且經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍較寬（負(fù)荷特性）；n汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)區(qū)偏上(v 特性)，處于較高負(fù)荷區(qū)；n經(jīng)濟(jì)區(qū)在萬(wàn)有特性圖的移動(dòng)。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理40萬(wàn)有特性的對(duì)比n首先，汽油機(jī)的燃油消耗率比柴油機(jī)高汽油機(jī)的燃油消耗率比柴油機(jī)高；n其次，汽油機(jī)的最經(jīng)濟(jì)區(qū)域處

22、在汽油機(jī)的最經(jīng)濟(jì)區(qū)域處在偏上的位置，即高負(fù)荷區(qū)高負(fù)荷區(qū)，隨負(fù)荷降低，油耗增加較快，而柴油機(jī)的最經(jīng)濟(jì)區(qū)則比較適中柴油機(jī)的最經(jīng)濟(jì)區(qū)則比較適中，負(fù)荷改變時(shí)經(jīng)濟(jì)性能變化不大。n由于車用汽油機(jī)常在較低負(fù)荷下工作，燃油消耗率較大，故其使用經(jīng)濟(jì)性能不佳。n對(duì)于車用柴油機(jī)而言，由于多數(shù)用于載貨汽車、工程機(jī)械、礦山車輛等場(chǎng)合，負(fù)荷率高，從萬(wàn)有特性上可以看出其使用經(jīng)濟(jì)性較好。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理41萬(wàn)有特性的應(yīng)用n在萬(wàn)有特性圖上，最內(nèi)層的等燃油消耗率曲線相當(dāng)于內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最經(jīng)濟(jì)區(qū)域，等值曲線越向外，經(jīng)濟(jì)性越差。n等燃油消耗率曲線的形狀與位置對(duì)內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際使用經(jīng)濟(jì)性能有重要的影響。n如果該曲線的形狀在橫向上

23、較長(zhǎng)，則表示內(nèi)燃機(jī)在如果該曲線的形狀在橫向上較長(zhǎng)，則表示內(nèi)燃機(jī)在負(fù)荷變化不大而轉(zhuǎn)速變化較大的情況下工作時(shí)，燃負(fù)荷變化不大而轉(zhuǎn)速變化較大的情況下工作時(shí)，燃油消耗率變化較小。油消耗率變化較小。n如果曲線形狀在縱向較長(zhǎng)，則表示內(nèi)燃機(jī)在負(fù)荷變?nèi)绻€形狀在縱向較長(zhǎng)，則表示內(nèi)燃機(jī)在負(fù)荷變化較大而轉(zhuǎn)速變化不大的情況下工作時(shí)，油耗率變化較大而轉(zhuǎn)速變化不大的情況下工作時(shí)，油耗率變化較小。化較小。第九章第九章 排氣污染與控制排氣污染與控制 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理44環(huán)保與節(jié)能環(huán)保與節(jié)能n環(huán)境保護(hù)與節(jié)能是當(dāng)今車用動(dòng)力技術(shù)發(fā)展的兩個(gè)主題。n以發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的汽車是城市大氣污染的主要來(lái)源。據(jù)

24、世界一些主要大城市的統(tǒng)計(jì)表明，在未治理前，汽車排放中的主要有害成分占城市大氣該污染物總量中的比例是很高的。n此外，還有微粒、硫化物、鉛、磷及醛等污染。COHCNOX88-99%63-95%31-53%2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理45CO排放nCO主要是在缺氧環(huán)境缺氧環(huán)境下的不完全燃燒產(chǎn)物，是一種無(wú)色無(wú)臭無(wú)味的氣體，它和血液中輸送氧的載體血紅蛋白的親和力是氧的240倍，人體吸入微量，將破壞造血功能，呈中毒癥狀；吸入含體積濃度0.3的CO氣體，則可在30min內(nèi)使人致命。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理46HC排放nHC包括未燃和未完全燃燒未燃和未完全燃燒的燃油、潤(rùn)滑油及其裂解產(chǎn)物裂解產(chǎn)物和部分氧化產(chǎn)物氧

25、化產(chǎn)物。HC中的大部分對(duì)人體健康不產(chǎn)生直接影響，但其中的某些醛類和多環(huán)芳香烴對(duì)人體有嚴(yán)重危害。nHC可在陽(yáng)光作用下與NOX進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，形成一種毒性較大的光化學(xué)煙霧。其中最主要的生成物是臭氧O3，它具有很強(qiáng)的氧化力和特殊的臭味。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理47NOX排放nNOX主要是指NO和NO2，一般用NOX表示。發(fā)生在與燃料燃燒反應(yīng)相伴的高溫與富氧高溫與富氧的環(huán)境中。nNO的毒性比NO2小，但NO在大氣中緩慢氧化形成NO2。nNO2是褐色有刺激性的氣體，對(duì)肺和心肌有很強(qiáng)的毒害作用。nNOX是在地面附近形成光化煙霧的主要因素之一。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理48微粒（PM）排放n排氣中的微粒是

26、指經(jīng)空氣稀釋后的排氣，它是在低于52溫度下，在涂有聚四氟乙烯的玻璃纖維濾紙上沉積的除水以外的物質(zhì)，如柴油機(jī)的碳煙粒子，汽油機(jī)的鉛及硫酸鹽等。第二節(jié)第二節(jié) 汽油機(jī)有害排放物的汽油機(jī)有害排放物的生成機(jī)理和影響因素生成機(jī)理和影響因素2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理50一、一、CO的生成機(jī)理n一氧化碳（CO）是碳?xì)淙剂显谌紵^(guò)程中生成的重要的中間產(chǎn)物。CO生成的機(jī)理比較復(fù)雜，但一般認(rèn)為，燃料分子（RH）經(jīng)高溫氧化生成CO要經(jīng)歷如下步驟：nRHRRO2RCHORCOCOn這里R代表碳?xì)涓?。CO在火焰中及火焰后，以緩慢的速率氧化成CO2。nCO的生成受混合氣濃度的影響。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理51二、二、HC

27、的生成機(jī)理n未燃碳?xì)浠衔铮℉C）的生成與排出有三個(gè)渠道：n發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排出：占6O以上n曲軸箱竄氣：占25n從油箱、化油器等處油的蒸汽泄漏：占1520左右2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理52燃燒過(guò)程中燃燒過(guò)程中HC生成的主要途徑生成的主要途徑n1）縫隙效應(yīng)（主要來(lái)源）n2）壁面激冷與淬熄n3）潤(rùn)滑油膜吸附n4）減速及怠速工況2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理53三、三、NOX的生成機(jī)理n發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氮氧化物（NOX）主要是NO，NO2排出量較少。nNO的產(chǎn)生：可以認(rèn)為，氮的氧化反應(yīng)發(fā)生在燃料燃燒反應(yīng)所形成的環(huán)境中，其主導(dǎo)反應(yīng)過(guò)程是：nON2 NONnNO2 NOO2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理54促使促使NOX

28、生成的因素生成的因素n（1）高溫n（2）富氧n（3）充足的反應(yīng)時(shí)間2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理55 汽油機(jī)是一種預(yù)混燃燒，它靠電火花進(jìn)行外源點(diǎn)火，火核形成以后，以火焰?zhèn)鞑樘卣?，其可燃混合氣濃度范圍比較窄，混合氣成分是混合氣成分是影響排放的最主要的因影響排放的最主要的因素素。 四、影響因素四、影響因素-混合氣成分混合氣成分2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理56影響因素影響因素-點(diǎn)火正時(shí)點(diǎn)火正時(shí)2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理57影響因素影響因素-點(diǎn)火正時(shí)點(diǎn)火正時(shí)2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理58 EGR可以抑制燃燒的最高溫度，有利于抑制NO的生成。但燃燒的有效性降低，動(dòng)力性變差。影響因素影響因素-吸入廢氣量吸入廢

29、氣量(EGR)(EGR)2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理59影響因素影響因素-工況工況n從汽油機(jī)排放特性圖看出，對(duì)于不同的運(yùn)行工況，各種有害排放物的差異很大。n怠速與減速工況，是HC生成的主要工況。在怠速工況下，燃燒環(huán)境溫度比較低，缸內(nèi)殘余廢氣量比較大，混合氣比較濃，致使燃燒惡化，HC排放濃度增加；在減速工況下，很高的進(jìn)氣管真空度使進(jìn)氣管內(nèi)沉積的燃料油膜大量蒸發(fā)，這是HC增加的重要原因。第三節(jié)第三節(jié) 汽油機(jī)有害排放物汽油機(jī)有害排放物控制技術(shù)控制技術(shù)2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理61控制措施分類控制措施分類n1）以降低排放為目標(biāo)，通過(guò)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程為主的機(jī)內(nèi)處理方法機(jī)內(nèi)處理方法。n2）對(duì)燃燒排出的有害

30、物，在排氣系統(tǒng)等處進(jìn)行后處理。n3）對(duì)曲軸箱竄氣或油蒸氣部分進(jìn)行處理。2）、3）又稱為機(jī)外處理方法機(jī)外處理方法。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理62汽油機(jī)凈化系統(tǒng)基本構(gòu)成汽油機(jī)凈化系統(tǒng)基本構(gòu)成2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理63 從空氣濾清器引出一股新鮮空氣進(jìn)入曲軸箱，再經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥（PCV閥）把竄入曲軸箱的氣體和空氣的混合氣一起吸入氣缸燒掉。 當(dāng)竄缸氣體量大于閥門的流通能力時(shí)，曲軸箱中過(guò)量的竄氣量將通過(guò)空氣濾清器連接管2進(jìn)入空氣濾清器，進(jìn)入氣缸再次燃燒。 一、曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)（一、曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)（PCV系統(tǒng)）系統(tǒng)）2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理64 系統(tǒng)的主要組成有止回閥、凈化控制閥、活性炭罐等。 如

31、燃料箱中壓力變高時(shí)，止回閥開(kāi)啟，蒸發(fā)燃料被活性炭吸附。當(dāng)由吸氣壓力控制的凈化控制閥打開(kāi)時(shí)，被吸附在活性炭上的燃料蒸氣和經(jīng)過(guò)活性炭罐的空氣濾清器的空氣一起被吸入進(jìn)氣系統(tǒng)，再進(jìn)入氣缸燃燒。 二、燃油蒸發(fā)凈化裝置二、燃油蒸發(fā)凈化裝置2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理65 三、廢氣再循環(huán)裝置（三、廢氣再循環(huán)裝置（EGR）2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理66四、汽油機(jī)三效催化轉(zhuǎn)化器四、汽油機(jī)三效催化轉(zhuǎn)化器2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理67222NOHCONOxHCCOTWC1、工作原理2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理682、催化器性能評(píng)價(jià)參數(shù)n（1）轉(zhuǎn)換效率%1001%催化器入口濃度催化器出口濃度）轉(zhuǎn)換效率（n催化器出、入口濃

32、度分別代表有害氣體（HC、CO、NOx）的濃度?？梢?jiàn)，轉(zhuǎn)換效率表示把HC、CO、NOx等有害氣體轉(zhuǎn)換成無(wú)害氣體的百分率。轉(zhuǎn)換效率的測(cè)定一般在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)或裝車試驗(yàn)中進(jìn)行。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理69）催化器體積（）量（催化器排出氣體體積流331/)(dmhdmhSVnSV簡(jiǎn)稱空速，主要用于評(píng)價(jià)催化器的安裝占用空間的程度。顯然，在同樣的排氣流量下，排氣催化轉(zhuǎn)化器所允許的空速SV越大，催化器的體積就越小?；蛘哒f(shuō)，SV越小，在同樣的排氣流量下，反應(yīng)氣體在催化器中的停留時(shí)間越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換效率越高。n（2）空間速度催化器性能評(píng)價(jià)參數(shù)2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理70（1）空燃比條件2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理7

33、1n一般稱轉(zhuǎn)化效率為50所對(duì)應(yīng)的溫度為催化劑的起燃（Light-off）溫度。n一般三效催化劑對(duì)各種污染物的起燃溫度在起燃溫度在220220一一270270之間。之間。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)與暖機(jī)時(shí)，催化劑溫度很低，凈化效能很差。用美國(guó)FTP-75測(cè)試循環(huán)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，CO和HC的5080是在冷起動(dòng)后1min內(nèi)排放的。為緩解這個(gè)問(wèn)題，正在研究用電加熱催化劑加速它在冷起動(dòng)后的起燃或采用緊耦型催化器。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理724、車用三效催化劑的要求n起燃溫度低；n有較高的儲(chǔ)氧能力，以補(bǔ)償空燃比的波動(dòng)；n耐高溫，不易熱老化；n對(duì)雜質(zhì)不敏感，不易中毒；n盡量不產(chǎn)生H2S、NH3等物質(zhì)；n成本合理。 20

34、22-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理73n第一代：陶瓷顆粒式n第二代：陶瓷蜂窩式（整體式，超薄壁多目化，1200目/in2）n第三代：金屬蜂窩式n第四代：熱管式（快速起燃）5、催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理74 催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)（整體式與顆粒式）2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理75催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)（圓形） 外殼外殼減振密封墊減振密封墊載體與催化劑載體與催化劑2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理76催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)（橢圓形） 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理77不銹鋼外殼催化轉(zhuǎn)化器2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理78載體與催化劑貴金屬Pt,Rh,Pd氧化鋁助催化劑催化劑涂層載體2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理79 n載體：由于汽車

35、尾氣凈化用的催化劑價(jià)格比較昂貴，故催化劑一般都涂抹在稱之為載體的物體上，使催化劑成為具有保持有催化作用的催化劑層。n陶瓷載體：堇青石n金屬載體：一般用厚度不超過(guò)0.1mm的極薄不銹鋼帶，一層帶波紋一層不帶波紋地交替疊合，卷成螺線形或S形，焊裝在金屬圓筒內(nèi)。載體技術(shù)2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理80載體技術(shù)金屬載體n優(yōu)點(diǎn)：n結(jié)構(gòu)緊湊，熱容量小，有利于提高內(nèi)燃機(jī)冷起動(dòng)時(shí)的凈化效果；n機(jī)械強(qiáng)度和熱強(qiáng)度高，工作可靠；n和排出氣體的接觸幾何表面積大，有利于催化反應(yīng)；n流通阻力小，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響?。籲缺點(diǎn)：n質(zhì)量大，成本高，涂敷活性層困難。n一般做成小的，安裝在陶瓷主催化轉(zhuǎn)化器前，用來(lái)改善冷起動(dòng)凈化性能，

36、或用于振動(dòng)較大的場(chǎng)合，如摩托車。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理81催化劑n三效催化劑的主要活性材料是貴金屬鉑Pt和銠Rh。Pt主要催化CO和HC的氧化反應(yīng)，Rh催化NOx的還原反應(yīng)。一般貴金屬的用量為每升載體1g，Pt/Rh比為5:1左右。由于Pt很貴，也有研究用鈀Pd部分或全部代替Pt。Pd的氧化活性不錯(cuò)，但其晶體結(jié)構(gòu)容易容納雜質(zhì)，易受雜質(zhì)中毒。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理82n汽車催化轉(zhuǎn)化器的應(yīng)用加劇了對(duì)貴金屬鉑、銠、鈀的需求。已探明的貴金屬資源主要集中在南非和俄羅斯，中國(guó)大陸已探明儲(chǔ)量?jī)H331噸，占世界總儲(chǔ)量的0.3%。n近年來(lái)貴金屬市場(chǎng)價(jià)格上漲很快，進(jìn)一步刺激了車用催化劑企業(yè)改進(jìn)配方，降低

37、催化器貴金屬含量和成本的需求。催化劑2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理83近三年來(lái)國(guó)內(nèi)貴金屬價(jià)格變動(dòng)情況2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理84助催化劑n為進(jìn)一步降低成本，正在大力研究用鈣鈦礦型稀土催化劑(或加上過(guò)渡金屬氧化物催化劑)代替貴金屬的可能性，但尚未大量用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。n為了改善三效催化劑的性能，除了氧化鋁和貴金屬外，三效催化劑中還可能含有各種各樣的添加劑或助催化劑，如鎳Ni、鈰Ce、鑭La、鋇Ba、鋯Zr、鐵Fe和硅Si等。它們起多種多樣的作用，如加強(qiáng)催化活性、穩(wěn)定載體以及防止貴金屬燒結(jié)等。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理856、催化器的壽命與失效n催化轉(zhuǎn)換器一般要求壽命在10萬(wàn)km以上。貴金屬催化劑報(bào)

38、廢后，貴金屬可以回收再用。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理86催化轉(zhuǎn)化器老化失效形式化學(xué)老化化學(xué)老化熱老化熱老化積垢老化積垢老化機(jī)械老化機(jī)械老化中毒：不可逆吸附或發(fā)生表面反應(yīng)抑制：毒物的競(jìng)爭(zhēng)可逆吸附毒物導(dǎo)致催化劑表面重構(gòu)發(fā)生載體孔結(jié)構(gòu)的阻塞 活性組分的燒結(jié)形成合金載體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化貴金屬-賤金屬的相互作用貴金屬表面重組貴金屬揮發(fā)碳沉積（結(jié)碳）熱沖擊磨損機(jī)械破壞 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理877、汽油機(jī)排氣后處理之未來(lái)2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理88快速起燃技術(shù)電加熱催化轉(zhuǎn)化器（EHC）2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理89快速起燃技術(shù)緊耦合型催化轉(zhuǎn)化器（CCC）2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理90作業(yè)三n1、名詞解

39、釋：（1）點(diǎn)火提前角調(diào)整特性；（2）負(fù)荷特性；（3）轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)；（4）機(jī)械效率；（5）轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備系數(shù)。 n2、汽油機(jī)燃燒室一般應(yīng)滿足哪些要求？n3、分析比較柴油機(jī)半開(kāi)式燃燒室和渦流室燃燒室的性能特點(diǎn)。n4、在一張圖上畫出汽油機(jī)HC、CO和NOX的排放量和與過(guò)量空氣系數(shù)（或空燃比A/F）之間的關(guān)系，并進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。 第四節(jié)第四節(jié) 柴油機(jī)有害排放物的柴油機(jī)有害排放物的生成機(jī)理和影響因素生成機(jī)理和影響因素2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理92一、柴油機(jī)中的主要污染物n1、主要成分：柴油機(jī)排氣的有害成分主要有CO、HC、NOX 、硫化物以及顆粒物（或稱微粒物）等。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理93n2、特性：由于

40、柴油機(jī)使用的混合氣的平均空燃比較理論空燃比大，所以：n（1）CO及HC排放明顯低于汽油機(jī)n（2）柴油機(jī)NO的排放幾乎與汽油機(jī)相當(dāng)n（3）顆粒物排量遠(yuǎn)高于汽油機(jī)n（4）柴油機(jī)的排放特性與燃燒室的形式等有很大關(guān)系，特別是直噴式與間接噴射式柴油機(jī)的排放有較大的不同。渦流燃燒室柴油機(jī)的NO、CO、HC和煙度普遍低于直噴式柴油機(jī)，特別是NOX排放濃度一般比直噴式柴油機(jī)的低1312。但是，渦流室柴油機(jī)的燃油消耗率比直噴柴油機(jī)的高 ，冷起動(dòng)性差，工作平穩(wěn)，噪聲小。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理94二、二、CO的生成機(jī)理n柴油機(jī)總是在稀混合氣下運(yùn)轉(zhuǎn)(指平均過(guò)量空氣系數(shù)大于1)，CO排放量要比點(diǎn)燃機(jī)低得多，只有在負(fù)

41、荷很大接近冒煙界限時(shí)才急劇增加。n低負(fù)荷時(shí)，缸內(nèi)溫度低，部分燃油難以氧化形成CO2，主要在稀燃火焰熄滅區(qū)及稀燃火焰區(qū)的交界面上生成CO；高負(fù)荷時(shí)，在油束心部、油束尾部及后噴部，因局部缺氧而產(chǎn)生CO。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理95 n柴油機(jī)與汽油機(jī)相比燃油中含有高沸點(diǎn)（高相對(duì)分子含有高沸點(diǎn)（高相對(duì)分子質(zhì)量）的碳?xì)浠衔锍煞仲|(zhì)量）的碳?xì)浠衔锍煞?。n由于在燃燒過(guò)程油注中大量的燃油化合物發(fā)生高溫分解，因此柴油機(jī)排出的碳?xì)浠衔锏某煞忠绕蜋C(jī)中的復(fù)雜。n在柴油機(jī)中，燃燒進(jìn)行的同時(shí)，發(fā)生著燃油的蒸發(fā)，燃料與空氣、燃燒產(chǎn)物與未燃?xì)怏w的混合，這就使HC化合物的產(chǎn)生變得非常復(fù)雜。n一般認(rèn)為柴油機(jī)中HC排放物

42、的產(chǎn)生主要有兩種途徑：n（1）低負(fù)荷時(shí)，由于混合氣過(guò)稀以致在燃燒室內(nèi)不能滿足自燃及擴(kuò)散火焰?zhèn)鞑サ臈l件；n（2）高負(fù)荷時(shí)，燃油空氣混合氣過(guò)濃而不能著火及燃燒。三、三、HC的生成機(jī)理2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理962022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理97 nNOx在燃燒完全、供氧充分及溫度較高的稀燃火焰區(qū)及油束心部產(chǎn)生較多。四、四、 NO的生成機(jī)理2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理982022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理99n圖中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)取自直噴式柴油機(jī)（缸徑95mm、沖程110mm）活塞頂邊緣附近測(cè)量結(jié)果。n在燃燒開(kāi)始以后，測(cè)量點(diǎn)的NO含量開(kāi)始上升，當(dāng)燃?xì)猱?dāng)量比由富油轉(zhuǎn)變?yōu)樨氂停ù藭r(shí)CO濃度達(dá)最大值），NO含量達(dá)到最高點(diǎn)。

43、n當(dāng)活塞頂燃燒室里NO含量達(dá)最大值時(shí)（上止點(diǎn)后15o CA），火焰已傳播到燃燒室內(nèi)大部分空間，隨后燃?xì)庖蚺c過(guò)量空氣混合而變稀，NO含量也隨著稀釋作用的發(fā)生，形成速度變緩而下降。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理100五、微粒的生成機(jī)理n柴油機(jī)排氣中微粒的主要成分是碳煙粒子。n首先燃料分子在高溫中裂解或氧化裂解，生成乙炔，接著形成碳煙核心，以上為成核階段成核階段，成核后同時(shí)經(jīng)歷表面增長(zhǎng)和凝聚兩個(gè)過(guò)程。當(dāng)碳煙粒子長(zhǎng)大到某一尺寸時(shí)，增長(zhǎng)速度急劇下降。以后便以集聚方式形成鏈狀結(jié)構(gòu)物。從核的萌發(fā)到成長(zhǎng)、集聚這一系列生成過(guò)程，都伴隨著碳煙的氧化。因此，排氣管排出的碳煙濃度是碳煙生成和氧化相競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。2022-5

44、-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理101六、影響因素-混合氣成分n從宏觀上講，柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中總有一定數(shù)量的過(guò)量空氣，加上柴油蒸發(fā)性比汽油小，因此柴油機(jī)柴油機(jī)的的 HCHC及及COCO排放濃度一般比汽油機(jī)排放濃度一般比汽油機(jī)低得多低得多（圖89）。但在接近滿負(fù)荷時(shí)（AF減?。?，CO濃度驟增。n如圖所示，NONO生成率最高處仍出生成率最高處仍出現(xiàn)在油量較大的高負(fù)荷工況現(xiàn)在油量較大的高負(fù)荷工況。與汽油機(jī)不同的是，柴油機(jī)NO2的生成濃度較高。NO2濃度隨 AF增加而減少。n柴油機(jī)排氣中有碳煙排出排氣中有碳煙排出，隨著混合氣變濃，排煙濃度增多。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理102影響因素-噴油時(shí)刻n延遲噴油是降低NOx的主要措

45、施之一。n為了在延遲噴油以后燃燒不致惡化，加強(qiáng)缸內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)、促進(jìn)混合氣形成、提高噴油速率以及改善噴霧質(zhì)量是很有必要的。n延遲噴油的同時(shí)提高噴油速率，要比單純延遲噴油定時(shí)的效果好。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理103影響因素-燃燒室類型2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理1042022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理1052022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理106n由排放特性可知：分隔式燃燒室生成的分隔式燃燒室生成的NONOx x、COCO、HCHC和和碳煙的排放濃度均低于直噴式的碳煙的排放濃度均低于直噴式的，特別是NOx排放濃度一般比直噴式燃燒室的低50左右。n原因：這種燃燒室的燃燒及排放物的生成分兩個(gè)階段燃燒室的燃燒及排放物的生

46、成分兩個(gè)階段進(jìn)行進(jìn)行。在噴油開(kāi)始和燃燒初期，副燃燒室的空燃比較小，氧濃度較低，燃料不可能燃燒完全，從而形成較多的CO及未燃烴。副燃燒室在著火后溫度較高，但氧濃度低，對(duì)生成NOx仍有不利的影響。主燃燒室內(nèi)有充足的新鮮空氣，使來(lái)自副燃燒室的CO及HC進(jìn)一步氧化。高溫燃?xì)膺M(jìn)入主燃燒室后，溫度有所下降，抑制了NOx的生成。第五節(jié)第五節(jié) 柴油機(jī)有害排放物柴油機(jī)有害排放物控制技術(shù)控制技術(shù)2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理108一、柴油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化措施 n燃燒過(guò)程的優(yōu)化措施n優(yōu)化增壓和增壓中冷 n降低機(jī)油消耗量 n優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻 n低含硫燃油 n減少噴嘴壓力室容積 n預(yù)噴射燃油 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理109 n1

47、 1、燃燒過(guò)程的優(yōu)化措施、燃燒過(guò)程的優(yōu)化措施 n采用可變定時(shí)的高效燃油噴射系統(tǒng) n低渦流燃燒過(guò)程n可變渦流的4氣門機(jī)構(gòu)n優(yōu)化噴油規(guī)律n排氣再循環(huán)（EGR）n噴水2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理110 n2 2、優(yōu)化增壓和增壓中冷、優(yōu)化增壓和增壓中冷 n除了優(yōu)化燃燒的措施外，為滿足現(xiàn)代載重汽車的排放要求，采用增壓系統(tǒng)也是很重要的。很早人們就得知采用提高充氣效率的增壓措施，結(jié)合有效的增壓空氣中冷，可達(dá)到節(jié)省燃油耗，同時(shí)降低有害物排放的目的。因而近年的柴油機(jī)幾乎全部采用增壓中冷，這就是一個(gè)明顯的例證。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理111n3 3、降低機(jī)油消耗量、降低機(jī)油消耗量 n除了上述優(yōu)化燃燒過(guò)程以降低顆

48、粒排放和氮氧化物排放措施外，降低機(jī)油耗對(duì)滿足低顆粒排放限值也降低機(jī)油耗對(duì)滿足低顆粒排放限值也是很重要的。是很重要的。若對(duì)滿足美國(guó)1991年排放限值發(fā)動(dòng)機(jī)總的顆粒排放進(jìn)行分析，則可發(fā)現(xiàn)總的顆粒排放量中，約有25來(lái)自機(jī)油，含硫部分占15。n自1994年起美國(guó)燃油含硫量降低到0.05 ，因此含硫量顯著下降，顯然顆粒排放控制的重點(diǎn)必須放在降低機(jī)油顆粒上。為滿足美國(guó)94年法規(guī)限值，顆粒物排放中機(jī)油顆粒約為0.014g/（kWh）。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理112 n4 4、優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻、優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻 n為滿足低氮氧化物排放限值的另一個(gè)不可忽視的方面就是優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體和缸蓋的冷卻邊界條件。這方面的試驗(yàn)

49、表明：在不改變?nèi)紵倪吔鐥l件下，優(yōu)在不改變?nèi)紵倪吔鐥l件下，優(yōu)化冷卻后，氮氧化物排放下降化冷卻后，氮氧化物排放下降15，其中絕大部分是由于加強(qiáng)缸套冷卻所得到的（下降約占10），而缸蓋溫度下降只能使氮氧化物下降 5。 n圖433所示為噴油定時(shí)、增壓空氣溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)零件溫度變化對(duì)顆粒和氮氧化物排放的影響?？梢?jiàn)顆粒和氮氧化物排放性能相互矛盾，零件溫度變化和增壓空氣溫度變化所產(chǎn)生的影響基本一致?？傊?，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻對(duì)降低排放具有明顯的意義。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理1132022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理114 n5 5、低含硫燃油、低含硫燃油n確保顆粒排放降低的基本前提是采用高十六烷采用高十六烷值和低含

50、硫量的燃油值和低含硫量的燃油。特別是采用氧化催化器在高負(fù)荷工況進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，低含硫量的燃油對(duì)降低排放更具有關(guān)鍵的意義 。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理115 n6 6、減少噴嘴壓力室容積、減少噴嘴壓力室容積n噴嘴壓力室容積中的燃油在燃燒后期，受熱膨脹后，有可能滴漏入燃燒室中，此時(shí)油滴不能完全燃燒，HC排放量會(huì)增加，因此應(yīng)盡可能減少這一容積。n圖4-35a所示為通常的壓力室容積，圖4-35b所示的是減小容積的噴嘴結(jié)構(gòu)。底特律柴油機(jī)公司的試驗(yàn)表明，壓力室容積愈小，HC排放濃度愈低。n圖4-36為HC的排放濃度隨壓力室室容積的變化，曲線1、2、3、4依次表示壓力室容積3.5mm3、0.7mm3、0.5mm

51、3和無(wú)壓力室容積時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。圖a的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為2100rmin，圖b的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為1200rmin?？梢?jiàn)，當(dāng)壓力室容積由3.5mm3減少到0.5mm3時(shí)，HC含量可降低75以上。另外，對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性、排煙及NO也沒(méi)有不良的影響。 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理1162022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理117 n7 7、預(yù)噴射燃油、預(yù)噴射燃油 n里卡圖公司在單缸形燃燒室柴油機(jī)上，采用雙泵噴射系統(tǒng)的試驗(yàn)表明，在上止點(diǎn)前45預(yù)噴1015的循環(huán)供油量，能較好地降低 NO量。向進(jìn)氣管預(yù)噴部分輕質(zhì)油或柴油，亦可降低排氣煙度及NO排放量n圖4-37所示的為在直噴柴油機(jī)上向進(jìn)氣管預(yù)噴柴油的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)表明，要嚴(yán)格控制噴量及預(yù)

52、噴時(shí)間，方能取得降低排放的效果?？梢?jiàn)，缸內(nèi)預(yù)噴燃油的排放比進(jìn)氣管預(yù)噴燃油時(shí)的排放高，但發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效壓力較高 2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理118n不同國(guó)家不同排放標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)于柴油機(jī)的應(yīng)對(duì)措施 n柴油機(jī)排放綜合控制技術(shù)（DPF+SCR）FUEL TIMELINE2005: EU ULSD 50ppm S2005: Japan ULSD 50ppm S2006: EPA/CARB ULSD 15ppm S2007: US Non-road LSD 500ppm S2009: EU SULSD 10ppm S2010: US Non-road ULSD 15ppm S(2000)(2005)(2008

53、)China 2010China 2007Nothing, orDOC to control odorDOC+DPF+FBC, orDOC+CDPF, orDOC, SCRDOC+CDPFDOC+CDPF+ SCR2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理119三、柴油機(jī)排氣微粒捕集器（DPF）nDPFDPF主要用于凈化柴油機(jī)排氣中的微粒主要用于凈化柴油機(jī)排氣中的微粒。n目前正在開(kāi)發(fā)的DPF有體積型和表面型兩大類，前者被捕集的微粒沉積在過(guò)濾材料體內(nèi)，后者則大部分沉積在表面上。n體積型DPF的濾芯用泡沫陶瓷、鋼絲棉或陶瓷纖維筒等較疏松的材料制成。它們受熱均勻，在熱再生過(guò)程中不易損壞，但捕集效率不高，一般在50一

54、70之間，特別在氣流速度較高時(shí)效率下降；另一個(gè)缺點(diǎn)是阻力大，因而緊湊性不好。n表面型DPF主要用與汽油機(jī)三效催化劑整體蜂窩陶瓷載體類似的堇青石蜂窩陶瓷塊作為濾芯。n柴油機(jī)微粒再生技術(shù)是DPF應(yīng)用的關(guān)鍵。2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理120主要內(nèi)容n1、微粒捕集器的結(jié)構(gòu)原理n2、微粒捕集器的再生方法n3、柴油機(jī)排氣后處理之未來(lái)2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理1211、微粒捕集器的結(jié)構(gòu)原理-體積型2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理122微粒捕集器的結(jié)構(gòu)原理-表面型2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理1232022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理124典型的微粒捕集裝置OutletSectionFilterSectionCatalyst S

55、ectionInlet SectionV-Clamps2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理125微粒捕集系統(tǒng)車載安裝圖2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理126試驗(yàn)后的微粒捕集器進(jìn)口進(jìn)口出口出口2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理127試驗(yàn)后微粒捕集器外殼進(jìn)口部分進(jìn)口部分出口部分出口部分2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理128l噴油助燃再生l電加熱再生l微波加熱再生l催化再生l連續(xù)再生l添加劑再生l進(jìn)氣節(jié)流再生l排氣節(jié)流再生l后燃再生l逆向噴氣再生l機(jī)械振動(dòng)再生利用外部熱源再生（主動(dòng)再生）降低微粒活化能再生（被動(dòng)再生）利用發(fā)動(dòng)機(jī)熱能再生（主動(dòng)再生）非加熱機(jī)械式再生（主動(dòng)再生）再生方法2、微粒捕集器的再生方法2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理129陶瓷纖維纏繞微粒捕集及催化再生過(guò)程2022-5-8發(fā)動(dòng)機(jī)原理1