1、一、二沖程汽油機(jī)工作原理，天津內(nèi)燃機(jī)研究所第一研究室2011年6月28日，二，主要內(nèi)容，汽油機(jī)工作原理及其主要部件汽油機(jī)主要污染物生成機(jī)理，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)排放特性和主要影響因素二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)排放路徑的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理及其主要部件，4，內(nèi)燃機(jī)的分類，5，發(fā)動(dòng)機(jī)基本術(shù)語(1)，基本術(shù)語的上死點(diǎn)Top Dead Center，TDC下死點(diǎn)，Bottom Dead Center，BDC，6，發(fā)動(dòng)機(jī)基本術(shù)語(2)，壓縮比，Compression ratio 發(fā)動(dòng)機(jī)基本術(shù)語(3)、曲軸箱壓縮比k k=(Vk Vs)/Vk Vk是活塞位于下死點(diǎn)時(shí)的曲軸箱容積Vk Vs (工作容積)是活塞位于上死點(diǎn)時(shí)的曲軸箱

2、容積。8、4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)和2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、9、4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理、4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)：活塞往返4沖程完成1個(gè)循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)。 4沖程：進(jìn)氣沖程壓縮沖程工作沖程排氣沖程、4沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程、10、4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程、活塞、活塞、進(jìn)氣、壓縮、工作、排氣、11、2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)主體的基本結(jié)構(gòu)、12、2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、13、2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)、14、2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程、2沖程內(nèi)燃機(jī)也具有進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣的過程，這些過程僅由兩個(gè)活塞行程完成，其差異最大的是換氣過程。 在膨脹行程末期，活塞下降，首先打開排氣口開始排氣，然后打開掃氣口，使一定壓力的新鮮填充量從掃氣口流入人的氣缸，強(qiáng)制使排氣從

3、排氣口流出，交換填充量，活塞到達(dá)下止點(diǎn)后又上升，壓縮行程開始時(shí)，掃氣口和排氣新鮮充填量由掃氣泵供給，掃氣泵的作用是壓縮新鮮充填量，提高壓力后再進(jìn)入氣缸。 15、進(jìn)氣過程、進(jìn)氣方式：用對稱進(jìn)氣i1=i2活塞閥控制曲軸箱進(jìn)氣； 曲軸箱進(jìn)氣口的打開角和關(guān)閉角在上死點(diǎn)對稱的非對稱進(jìn)氣i1 i2簧片閥式、對稱進(jìn)氣相位圖、16、簧片閥進(jìn)氣方式、進(jìn)氣道單向簧片閥、17、1e40f-6發(fā)動(dòng)機(jī)、18、簧片閥進(jìn)氣特性、i1 中低速下不發(fā)生逆噴流，穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性好。 在進(jìn)氣道上安裝簧片閥有阻力，高速填充量比活塞閥式低，結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜。 19、進(jìn)氣過程的測量指標(biāo)、進(jìn)氣比以曲軸箱進(jìn)氣過程的主要指標(biāo)為進(jìn)氣比。 也稱為掃氣過剩

4、空氣系數(shù)。 =在每個(gè)循環(huán)供給的新氣的質(zhì)量/大氣狀態(tài)下，氣缸工作容積Vs所占的空氣的質(zhì)量，測量進(jìn)入曲軸箱的新氣的量，因此越大，動(dòng)力性越好。 20、影響通風(fēng)的零件及其參數(shù)，影響通風(fēng)過程的零件及其參數(shù)主要表示端口尺寸形狀掃氣泵形式曲軸箱壓縮比，21、端口尺寸、a曲線表示端口尺寸過大，進(jìn)氣逆流。 由于從IO到上死點(diǎn)曲軸箱的壓力馬上到達(dá)大氣壓線(虛線)，所以，活塞從上死點(diǎn)向下時(shí)，曲軸箱被壓縮，因端口過大而不能關(guān)閉，所以曲軸箱向進(jìn)氣管逆流，IC點(diǎn)pk變低，掃氣口剛打開后曲線(b )表示端口尺寸在該轉(zhuǎn)速下是適度的。 IC點(diǎn)pk高，SC點(diǎn)pk低，最大。 曲線(c )表示端口尺寸太小。 IC的尺寸太小，所以pk

5、的上升很慢，直到IC為止pk都很低。 在掃氣期間，其壓力的降低也慢，在掃氣口關(guān)閉(SC )之前，壓力pk高，因此，供氣比也小。 22、端口形狀，相同端口面積，高度小，寬度寬的端口大。 相反，如果高度大，寬度小，則所有的旋轉(zhuǎn)速度都變低。 一個(gè)氣口尺寸只對應(yīng)最佳轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速過高時(shí)，進(jìn)氣比會(huì)降低。因此，選擇端口尺寸時(shí)，請根據(jù)該發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行選擇。23、2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的氣泵、2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的通風(fēng)過程的特點(diǎn)是，吸排氣過程幾乎同時(shí)進(jìn)行，利用新鮮填充量清潔廢氣，新鮮填充量和廢氣混合，廢氣排出不完全，容易失去新鮮填充量。 根據(jù)曲柄角計(jì)算，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程短，130150曲柄角，約為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程的三

6、分之一左右。 因此，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)通風(fēng)過程的組織比較困難，其中重要的環(huán)節(jié)是掃氣泵和掃氣形式。 為了利用新鮮填充量清潔廢氣，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)必須設(shè)置掃氣泵，使新鮮填充量的壓力高于氣缸內(nèi)廢氣的壓力。24、掃氣泵形式(1)、曲軸箱作為掃氣泵關(guān)閉曲軸箱，利用活塞運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)曲軸箱的進(jìn)氣過程，壓縮曲軸箱內(nèi)的氣體，提高其壓力，起到掃氣泵的作用。 曲軸箱內(nèi)的最高壓力與曲軸箱的壓縮比有關(guān)。 由于曲軸箱的容積大，壓縮比低(e k=1.3 1.55 )，該掃氣泵的空氣填充效率低，掃氣壓力pk低，約108 k Pa。 25、掃氣泵形式(2)、設(shè)置專用掃氣泵的結(jié)構(gòu)的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的掃氣壓力pk適中，pk=109 150 k Pa

7、，不想為了驅(qū)動(dòng)掃氣泵而消耗大量的電力，因此不施加高的掃氣壓力。 因?yàn)閽邭獾膿p失大，所以多用于二沖程柴油機(jī)。 帶掃氣泵的柴油機(jī)、26、掃氣泵形式(3)、將排氣渦輪增壓器作為掃氣泵的結(jié)構(gòu)的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，在驅(qū)動(dòng)掃氣泵時(shí)不消耗多馀的電力，與排氣渦輪增壓技術(shù)結(jié)合，因此掃氣壓力高，pk=140200 k Pa 用于二沖程柴油機(jī)。 27、曲軸箱的壓縮比，k高的話，高速變大。 k低時(shí)，低速變大。 這是因?yàn)閗大，曲軸箱的壓力變化大，各端口的前后差壓大，氣流運(yùn)動(dòng)快，k大，max偏向高速。 k大而低速小是因?yàn)椴顗捍笠鸬臏u電流損失大，能量消耗大。 增加曲軸箱的壓縮比不是結(jié)構(gòu)約束，但通常處于k=1.251.4之間。2

8、8、二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程、二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣過程為三個(gè)階段的自由排氣階段的追加排氣階段、29、自由排氣階段、自由排氣階段的排氣口打開到新鮮的填充量，進(jìn)入氣缸，進(jìn)入自由排氣階段。 排氣口一般在下死點(diǎn)前60 75(CA )打開，排氣口剛打開后氣缸壓力高，約300 600 kPa，壓力比p/pr超過1.9，是超臨界排氣。 在這個(gè)階段，排氣流量與排氣管內(nèi)的氣體狀態(tài)無關(guān)，取決于缸內(nèi)氣體的狀態(tài)和排氣口流通截面的大小。 自由排氣階段是二沖程內(nèi)燃機(jī)換氣過程中最重要的階段，包括超臨界排氣和亞臨界排氣，排放約70% 80%的排氣。 30、掃氣階段、掃氣階段活塞下行和排氣急速流出，缸內(nèi)氣體壓力急劇下降，可形成高真

9、空，此時(shí)，掃氣口的開度也變大，新鮮填充量迅速流入氣缸。 之后，掃氣口和排氣口的開度都很大，掃氣流通過掃氣口進(jìn)入汽缸，把汽缸內(nèi)的廢氣從排氣口推壓到排氣管上實(shí)現(xiàn)掃氣。 31、追加排氣階段、追加排氣階段的掃氣口到排氣口關(guān)閉為止，成為追加排氣階段。 在結(jié)構(gòu)上，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)掃氣口關(guān)閉的時(shí)機(jī)比排氣口早。 在這個(gè)階段，由于活塞上的推開和廢氣的流動(dòng)慣性，廢氣的一部分和新鮮的混合氣體持續(xù)排出，直到排氣口關(guān)閉為止。 掃氣口關(guān)閉的時(shí)間比排氣口慢的發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠得到新鮮的填充量的追加加入，所以這個(gè)階段被稱為后空氣流動(dòng)階段。 32、理想的掃氣模式、完全掃氣也被稱為掃氣或全掃氣。 掃氣用的新鮮氣體進(jìn)入氣缸后，不與排氣混合，

10、排氣向前方排出，排氣從排氣口排出時(shí)，新氣體到達(dá)了排氣口。 理想情況是，流入汽缸的新空氣的體積等于排出的廢氣的體積。在=l時(shí)，s=100%，成為在掃氣曲線上傾斜45度的直線。 33、完全混合掃氣掃氣用新氣一進(jìn)入氣缸，就立即與氣缸內(nèi)的排氣均勻混合，從排氣口排出與進(jìn)氣量相等量的混合氣。 該掃氣也稱為稀釋掃氣，如圖2所示，因?yàn)樾職怏w不斷流入，混合氣體不斷排出，汽缸的混合氣體中的廢氣濃度逐漸被稀釋。 34、短路掃氣掃氣空氣在沒有掃氣作用的情況下從排氣口排出。 在掃氣曲線上s等于零的橫線曲線3。 35、實(shí)際掃氣方式，上述三種標(biāo)準(zhǔn)掃氣方式都是理想的，在實(shí)際的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)中，三種形式交替存在于一臺機(jī)器附近。

11、36、掃氣形式、廢氣和新鮮填充量流入氣缸的方式稱為掃氣形式，對換氣過程的效果也起著重要的作用。 掃氣形式有幾種基本的類型。 橫流風(fēng)扇使掃氣回流的直流掃氣，37、橫流風(fēng)扇，掃氣口和排氣口沿著氣缸的圓周配置，分別在相反側(cè)，掃氣口沿著圓周和氣缸的中心線具有傾斜角，控制氣流的方向，提高換氣質(zhì)量。 排氣、掃氣的時(shí)機(jī)關(guān)于下止點(diǎn)對稱，掃氣口比排氣口先關(guān)閉，有多馀的排氣階段。 在氣缸的死角(圖中a的區(qū)域)容易積蓄廢氣，新鮮的充電量容易短路，即新鮮的充電量直接從掃氣口流向排氣口，圖中b的路徑。38、逆流掃氣、掃氣口不正對排氣口，兩者總是位于氣缸的同一側(cè)。 掃氣口有傾斜角，控制氣流的方向。 掃描、排氣時(shí)機(jī)對稱，會(huì)

12、產(chǎn)生多馀的排氣。 克服橫流換氣使新鮮充電量短路的現(xiàn)象，比橫流換氣掃氣效果高。 39、直流掃氣、掃氣口沿切線方向排列形成氣墊，沿氣缸軸線運(yùn)動(dòng)，將排氣從氣缸中排出。 實(shí)現(xiàn)非對稱通風(fēng)，快速關(guān)閉排氣閥，實(shí)現(xiàn)售后護(hù)理。 掃氣效果最高。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 氣門口式、40、掃氣效果評價(jià)參數(shù)、掃氣系數(shù)是換氣后氣缸內(nèi)殘留的新鮮氣體的質(zhì)量是換氣后氣缸內(nèi)殘留的氣體的總質(zhì)量、41、關(guān)鍵部件及其參數(shù)對掃氣的影響、S/D的影響：不改變其他條件的情況下，S/D增加掃氣效率降低的掃氣壓力的影響：掃氣壓力的增壓容易引起新氣和排氣的混合，降低掃氣效率的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n: n增加，掃氣壓力增加，氣流的紊亂變得劇烈，新氣和排氣混合，掃氣效率s

13、降低的掃氣道仰角: 水平角度和焦距：掃氣通路的形狀：沒有氣流分離，例如漸進(jìn)型氣道。 42、2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)通風(fēng)過程的特點(diǎn)，通風(fēng)時(shí)間短，通風(fēng)質(zhì)量差。 在掃氣期間，很多新鮮填充量通過排氣口直接流入排氣管，新鮮填充量的消耗量增加了。 吸排氣過程同時(shí)進(jìn)行，新鮮填充量和廢氣容易混合，殘留廢氣系數(shù)大。 掃氣消耗電力大，加上掃氣損失，顯示熱效率明顯比4沖程內(nèi)燃機(jī)低，所以耗油量高。 排氣量高，在氣化器式二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于掃氣期間很多新鮮的充電量短路，直接流入排氣管，因此未燃HC的排氣量高。43、2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)，曲軸旋轉(zhuǎn)一周是一個(gè)循環(huán)，壓縮和進(jìn)氣(新鮮混合氣進(jìn)入曲軸箱)是一個(gè)循環(huán)，燃燒和排氣是一個(gè)循環(huán)

14、，理論上，兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的功率是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的功率的這個(gè)數(shù)值約為1.51.7倍左右，沒有單獨(dú)的換氣過程，利用掃氣排出燃燒廢氣，新鮮混合氣體的損失不可避免，未燃HC的排放量高。44、其他主要部件及其對發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響、散熱片數(shù)量、形狀和分布直接影響冷卻效果，并且影響進(jìn)氣密度和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的冷卻空氣通過時(shí)，空氣阻力要求小，制造散熱片的材料需要良好的導(dǎo)熱性，散熱片需要一定的機(jī)械強(qiáng)度，如CAE等現(xiàn)代化油器的空燃比影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、排氣性和熱負(fù)荷，需要有一定的折中，根據(jù)情況進(jìn)行空燃比調(diào)整匹配。 45、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)排出的污染物質(zhì)的生成機(jī)制、46、主要的污染物質(zhì)、47、CO的生成機(jī)制、CO在燃燒過程中作為燃料

15、生成的中間產(chǎn)物的燃料燃燒中的局部空間和瞬間存在以下條件中的任一個(gè)時(shí)，CO可以繼續(xù)燃燒生成CO2， 反應(yīng)的氣體溫度突然過低，和排出到機(jī)外的反應(yīng)的氣體，氧化劑突然不足的反應(yīng)物停留在適合反應(yīng)條件(溫度和濃度等)的時(shí)間太短； 48、NOx的生成機(jī)理，空氣中的N2，在燃燒室內(nèi)因高溫的氧化反應(yīng)產(chǎn)生NO和NO2，總稱氮氧化物(NOx )，排氣中的NO2濃度比遠(yuǎn)低于NO，約占5%的熱NO (發(fā)動(dòng)機(jī)NO排出的主要原因) :燃燒中空氣中的O2與N2反應(yīng)，NO(Zeldovich連鎖反應(yīng)機(jī)構(gòu)) o22o、N2onon、o22o、ohnoh主要在燃燒溫度混合氣體濃度(氧含量)高溫下滯留時(shí)間快的NO(5% ) :空氣中

16、的N2通過兩階段反應(yīng)生成NO(Fenimore )。 n2chhcn，n2NOo燃料類型NO :燃料中的氮氧化物生成NO，49，HC生成機(jī)理和排出、排氣：在缸內(nèi)工作中生成并與排氣一起排出，被稱為HC的排氣排出物主要是燃燒中趕不上燃燒的燃料和潤滑油。 壁面淬火間隙效應(yīng)對潤滑油膜燃燒室中堆積物的吸附和解吸的影響曲軸箱：從燃燒室通過活塞和氣缸之間的間隙泄漏到曲軸箱的竄漏氣體含有大量的HC。 蒸發(fā)：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和其他輕質(zhì)液體燃料點(diǎn)火機(jī)的燃料系統(tǒng)，即燃料箱、化油器、燃料管接頭等，停車后從氣管中的油膜蒸發(fā)的燃料蒸汽，一旦進(jìn)入大氣，同樣構(gòu)成HC排出物，稱為蒸發(fā)排出物。 換氣過程(二沖程發(fā)動(dòng)機(jī))、50、硫氧化物

17、的生成機(jī)制、燃料中硫的約95%排放到空氣中，5%作為硫酸鹽存在于灰分和粒子中。 燃料so 2so 2s O3 so 2s O3 so 2so 3s O3 so 3s O3 so 2so 3、51，主要污染物生成影響因素，燃燒室結(jié)構(gòu)過?？諝庀禂?shù)點(diǎn)火提前角，52，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的排放特征和主要影響因素，53，小通機(jī)分類和排放限制，EPA 3階段排放限制值，EPA發(fā)動(dòng)機(jī)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)多用于手持式通機(jī)產(chǎn)品，CO能滿足排放限制要求的HC NOX是主要的控制對象，54，2沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要污染物， NOx的比例小：使用濃混合氣的HC比例高：掃氣中新鮮混合氣和廢氣混合，未燃混合氣直接排出二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制要點(diǎn)是UHC，55，2沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)UHC的主要來源，燃燒產(chǎn)生的UHC 二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的UHC約為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的310倍。 56、通風(fēng)