长安大学内燃机原理电子教案长安大学

发动机原理绪论发动机的能量转换:燃料的化学能一热能一机械能机械能、电能等一高级能源;热能一低级能源《发动机原理》课研究:热能一机械能(转换效率:理论上小于100%)。机械能一热能(转换效率：理论上可达100%)。发动机:内燃机和外燃机车用发动机：间歇工作式发动机四个冲程中只有一个冲程做功,做功不连续。燃气轮机:连续工作式发动机—分类(-)种类1往复活塞式(普遍)2转子式ー汪克尔式(TheWankelEngine)早在19世纪,就有人设想过,但泄漏问题是这种发动机发展的致命弱点。它结构紧凑,运转平稳,是高速车用发动机的发展方向之一。1956年德国工程师汪克尔制造出样机。目前日本已用于小轿车上,时速200km/h左右。但光泄漏损失就要占30%以上。目前我国苏杭等地已经生产出了样机。与往复式比较应特别注意的一点是,往复式活塞在上下止点都稍有短暂的停留,与一般认为的观点相反,运动方向的这些改变并不影响它的效率:也就是说,在这个过程中,并没有什么固有的损失。旋转式比往复式的优越之处主要是几何形状上的紧凑性及由此而引起的ー些优越之处,并非直接在气体动力学和热力学方面有何优越之处。摆动活塞式(RoekingPistonEngine)1979年日内瓦发动机展览会上,展出了瑞士索罗图恩的萨尔茨曼(W.Salemann)设计部门的摆动活塞式发动机。斯特林(TheStirlingEngine)1816年由罗伯特ー斯特林设想在气缸外部燃烧的ー种热カ发动机(外燃机)，是现代发动机引人注目的一种。自由活塞式(FreePistonEngine)只相当于涡轮发动机的燃气发生器。(-)往复活塞式发动机的分类我们这门课主要研究目前汽车上广泛应用的往复式活塞发动机。1按用途分类

（1）灌溉（抽水）用:点エ况。（2）电站用:〃=const.,线エ况,固定式柴油机或机组。（3）船舶用:Ne=ん〃コ（螺旋桨曲线）,线エ况,大型、低速柴油机。（4）汽车、拖拉机用:变エ况一面エ况,中小型、高速柴油机。（5）内燃机车:大型高速柴油机组。（6）工程机械（矿山机械、建筑、石油钻探）:多变型。（7）坦克:V型、多缸机。（8）飞机:星型（径向式）,已基本不用。n=const2按燃油种类分类汽油机、柴油机。3按点火方式分类自行着火（压燃式）、外源点火（点燃式）。4按工作循环分类四冲程、二冲程。5按冷却方式分类水冷、风冷。6按气缸排列分类直列式、卧式、V型、星型（径向式）。7按气缸数目分类单缸机、多缸机（2、3、4、5、6、8、10、12、14、16缸…）。8按转速分类（1）低速:n<500[r/min]o（2）中速：500r/min<n<1500[r/min]o（3）高速:n>1500[r/min]〇但没有明确的界限。9按增压分类增压、非增压10按能源分类（代用燃料）压缩天然气、液化天然气、液化石油气、甲醇、乙醇、二甲醛、氢气、植

物油、电瓶、太阳能。二优缺点（―）优点1有效热效率咼蒸汽机11〜16%,蒸汽轮机30%,汽油机30%,柴油机40%,增压柴油机46%以上。2功率范围广Ne=0.6〜35000[kW]o3比重量小,升功率大（体积小、重量轻）比重量:柴油机3.7[kg/kW],车用汽油机1.37[kg/kW]。4起动性好可很快达到全负荷。（-）缺点!对燃料要求高:石油紧张,汽油、柴油价格高,要求一定的标号。2噪声、排污。3结构较复杂。三现代发动机的发展60年代以前:动力性,可靠性,耐久性。7〇〜80年代:经济性,动カ性。90年代口号：清洁,经济,安全。1相关学科日益增多,学科之间相互渗透。2标准化,系列化,通用化（三化）。3新材料,新エ艺,新产品。4使用计算机设计、计算零部件及其配合,精密、准确、优化。5设计、零部件生产商：分散ー集中一分散。由分散的小公司到集中的大型脱拉斯,如今又分散到小公司,其主要原因是优化产品,节省开支,降低成本。甚至象丰田、宝马这样的超级企业有时也6电控应用日益增,,混合气制备更加完善。7检测设备与手段先进。8低排放的代用燃料发动机正在普及,零排放的正在开发并进入实用。四本课程的研究对象和任务（一）对象本课程以性能指标作为研究对象。深入到工作过程的各个阶段,分析影响性能指标的各种因素,找出规律,研究提高性能指标的措施与途径。（二）性能指标1动カ性指标：功率、扭矩、转速。2经济性指标：燃料和润滑油的消耗量及消耗率。3运转性指标：冷起动性、噪声和排气品质。衡量发动机的质量,还要考虑可靠性,耐久性,加工容易,操纵维修方便,成本核算等,全面综合评定。（三）工作过程发动机冲程（四个）:吸气・>压缩f做功一排气。热カ过程（五个）:吸气->压缩・>燃烧一膨胀つ排气。燃烧・膨胀:能量转换过程。（四）任务研究热カ过程,热カ循环,整机性能。明确基本概念,基本技能。培养综合分析问题的能力。（五）单位制我国的法定计量单位。第一章发动机工作循环及性能指标§1-1发动机理想循环概述ー实际循环向理想循环的简化（-）实际循环（以车用柴油机为例）如图所示为车用柴油机的实际工作循环,它由5个过程组成。其中：〃〇为环境大气压カ。1进气过程0-1:p>PoTp<Po。2压缩过程1-2：pf,Tto初期：エ质吸热;后期：エ质放热。3燃烧过程2-3-4：pM,rtto4膨胀过程4-5：〃レハし初期：エ质放热;后期:エ质吸热。5排气过程5-0:〃>Po。（二）实际循环的简化1忽略进、排气过程。2压缩、膨胀过程（复杂的多变过程）简化为可逆绝热（定病）过程。3燃烧过程简化为定容加热过程（2-3）和定压加热过程（3-4）。4排气放热简化为定容放热过程。5假定工质为定比热容的理想气体。二理想循环及其分析比较（-）混合加热循环一车用柴油机的理想循环1循环特征参数（1）压缩比叱（2）压カ升高比ハ也Pi（3）预胀比2热效率n-W。=1夕2=1 q2Vq、%りiv+%p计算得:,13ー17?=] “£k-X（スー1）+攵/1（ター1）3分析（1）£为定值君一＞必;pf-仏1。p=1一＞クt=c0〃sr.（汽油机,定容加热循环）。（2）箇ーク1;当£=20左右时,£—＞ク1不大。柴油机£=12〜22。提高压缩比&可以提高循环平均吸热温度,降低循环平均放热温度,扩大循环温差,增大膨胀比,所以可以提高发动机的热效率グ。クtTfNeT,gス。

巾!热效率因为:预胀比タ=』=1,巧所以:热效率ワ=1ーーと。2分析p=\f1=const.〇eTf/T;当£=io左右时,eTf/T不大。且汽油机容易爆燃,因此,汽油机ど=6〜12。（三）定压加热循环（笛塞尔Diesel循环）一船舶用柴油机的理想循环

!热效率因为:压カ升高比丸=3=1,!热效率因为:压カ升高比丸=3=1,P2!メ一1所以:热效率ワ=1ー1は片1;。£女(ター1)2分析£为定值p\—>Jr〇0为定值/T。(四)三种理想循环热效率的比较1 V 2!初态1相同,压缩比£相同,加热量ク相同り3>1Km>7,p2初态1相同,最高压カPmax、最高温度エnax相同，放热量/相同り3<7,m<7,p§1-2发动机实际循环发动机理想循环加上各项损失后,即可分析发动机的实际循环。Vーエ质改变损失(―)エ质性质理论上:理想气体,双原子气体。实际上:燃烧前:燃料+空气;燃烧后:燃烧产物。(二)比热容理论上：定比热容。实际上:温度か一比热容€!。(三)高温分解例:C+07CO+热量[+0]-CO2+热量式中：CO为中间产物,C02为最终产物。若遇高温,则会发生复分解反应,即高温分解:CO2CO+0-热量这部分热量虽然在膨胀过程中还可能会释放出来,但由于活塞已接近下止点,做功效果变差,热效率下降。二传热、流动损失(-)传热损失理论上：压缩、膨胀过程为绝热过程。实际上:大量热量通过气缸壁传给冷却水或空气。传热损失是发动机中的最大损失,占总损失量的30%以上。因此,许多研究者致カ于开发绝热发动机。(-)流动损失理论上:闭口系统,没有气体流动损失。实际上:进、排气节流沿程损失,缸内进气、挤压、燃烧涡流损失。三换气损失理论上:忽略进、排气过程。实际上:进、排气门提前开启,迟后关闭。而且有流动阻カ。换气损失中逆向循环所包围的面积为泵气损失。泵气损失包含在换气损失之中。四时间损失理论上:定容加热瞬间完成,定压加热速度与活塞运行速度密切配合。实际上:燃烧需要时间。五补燃损失理论上:加热瞬间停止,膨胀过程无加热。实际上：虽然大部分(80%以上)燃料在燃烧过程中燃烧掉,但仍有小部分燃料会拖到膨胀线上オ燃烧,做功效果变差,热效率下降。六泄漏损失理论上:闭口系统,无泄漏。实际上:活塞气环不会100%严密密封,总会有些气体窜到曲轴箱中,造成损失。§1-3热平衡总热量： Qt=Gthu 分别转化为一有效功的热量QeQe=3.6x103と卬ル](1[kW/h]=3.6xlO3[kJ])只有这部分热量做了功,是有用的,所以希望越大越好。一般,柴油机:3〇〜40%;汽油机:2〇〜30%。令二传递给冷却介质的热量2sQ.s=GsCs(らーム)qs=—式中：Gs为发动机冷却介质的每小时流量[kg/h],Cs为冷却介质比热容[kJ/kg℃],小み为冷却介质的进、出口温度[℃]〇三废气带走的热量QrQr=(Gr+Gk)(Cp/2-Cph)分二至Qe式中：G为燃料量[kg/h],Gk为空气量[kg/h],じ典为废气比热容[kJ/kg•℃],Cp为空气比热容[kJ/kg•℃],小う为进、排气温度[℃]〇四燃料不完全燃烧的热损失。b=4（1ー办）％=釜式中:ス为燃料效率。五其它热量损失QlQl=Qt~（Qe+Qs+Qr+Qb）り/=%一（4e+4s+%•+qい）发动机热平衡方程式:りe+りs+りr+りb+り/=1§1-4指示指标发动机性能指标:指不指标,有效指标。指示指标:以工质在气缸内对活塞做功为基础,评价工作循环的质量。有效指标:以曲轴上得到的净功率为基础,评价整机性能。示功图:发动机缸内压カハ随气缸容积V（P-ヅ图）或曲轴转角。（P-0图）变化的图示。一指示功和平均指示压カ（-）指示功叱ー个循环エ质对活塞所做的有用功。

四冲程非増压 四冲程增压应该:非增压:耳二ん一名;增压:耳=片+エ。因为:尸2不容易测量,实际将げZ归到机械损失中考虑。所以:月二写。唄二E・。メ式中:a,。为横、纵座标比例尺。指示功大,说明:①气缸工作容积大;②热功转换有效程度大。为突出后者,比较不同大小发动机的热功转换有效程度,引入平均有效压カ的概念。（-）平均指示压カ单位气缸工作容积所做的指示功。它是ー个假想的动カ性参数:阴P；=—式中：匕为每缸工作容积。—指小功率Nj单位时间所做的指示功。

若:n[r/min]缸数，,每缸工作容积％若:n[r/min]缸数，,每缸工作容积％[mス冲程数7,平均指示压カ[Pa],（[rpm]）〇则:转速ツ小£=曙=PiVflinXio_3[kW]若:30て若:每缸工作容积匕[L],平均指示压カPi[bar]〇则:N：=ユノー[kW]

z300r三指示比油耗和指示热效率（-）指示比油耗gj单位指示功率的耗油量。=-^xl03[g/kWh]*式中:Gア为每小时耗油量[kg/h]。（-）指示热效率ワ勿ール“ーg式中：0为做W；•指示功所消耗的热量。3.6xlO677,= Sihu式中:し为燃料的低热值。%柴=0.43〜0.5°,も柴=17〇〜200[g/kW•h]oク,.汽=0.25〜0.4〇,gj汽二23〇〜340[g/kw,h]o§1-5有效指标一有效功率和机械损失功率（一）有效功率Np单位时间所做的有效功。N=PeレイれxIO-3[kW]

e30r式中:Pe为平均有效压カ。（"）机械损失功率N,1

发动机内部损耗的功率。机械损失包括:发动机内部摩擦损失;驱动附件损耗,如:机油泵、燃油泵、扫气泵、冷却水泵、风扇、配气机构;和泵气损失等。N=.空x10~3[kW]n30rNe=Ni-Nm式中:P机为平均机械损失压カ。二有效扭矩“e2%7?.2%7?.——W60277?=Me=Mp ?=Me=Mp ?[kW]e60xl03na一J[kW]

9550三平均有效压カタ。单位气缸工作容积所做的有效功。由于：N= x10-3[kW]e30rNPi.，れメio-3[kW]

，30r所以:ん二”PiNiPe=Pi-PmPe=3.14-£t-[kPa]VパPe0cMep„柴二588〜883[kPa],p,汽=588〜981[kPa]〇四升功率和比重量（一）升功率N/单位气缸工作容积所发出的功率。N上=SxlO_3[kw/L]30r（—）比重量Gp发动机净重量G与所发出有效功率Ne的比值。Ge=-[kg/kW]N,T,GN-»发动机强化程度高。车柴=11~26[kW/L],Ge车柴=4~9[kg/kW]〇2,拖柴=9-15[kW/L],Ge施柴=5.5-16[kg/kW]〇NI汽=22-55[kW/L],G°汽=1.35-4[kg/kw]〇可见,汽油机的强化程度要比柴油机的高。五有效比油耗和有效热效率（―）有效比油耗ge单位有效功率的耗油量。=-^xlO3[g/kW-h]Ne式中:Gア为每小时耗油量[kg/h]。（-）有效热效率ス叱

"”ほ式中:。,为做叱,有效功所消耗的热量。3.6x106gehケ柴=0.30-0.40,gる柴二218-285[g/kW•h]oワ,汽=0.20—0.30,ge汽=285—380[g/kW,h]o由此可见,柴油机的热效率比汽油机的高,经济性比汽油机好。§1-6机械损失ー机械效率",“对于不同类型的发动机,绝对损失大的,其相对损失却不一定也大。必须有一个衡量标准,故引进机械效率的概念。有效功率与指示功率的比值。

"ヽー必二*Pt"ヽー必二*Pt]_厶Piとコメ.7nへ性能好,所以应尽量提高ク”。%,柴=0フ〜0•85,し,汽=0.7〜09。二机械损失的测定(一)倒拖法一只能在电カ测功机上试验在压缩比不很高的汽油机上得到广泛应用。发动机与电カ测功机相连。起动发动机,冷却水温度、机油温度达正常值。然后使发动机在给定工况下稳定运转。切断发动机的供油(/=O,Pj=0)。将电カ测功机转换为电动机使用,在给定转速下倒拖发动机,并维持冷却水温度和机油温度不变。由于此时N,"=-Ne,因此从电カ测功机上所测得的倒拖功率Ne即为发动机在该エ况下的机械损失功率N,"。(-)灭缸法一仅适用于多缸机当发动机调整到以给定工况稳定运转后,先测出整个发动机的有效功率Ne。之后,在柴油机油门拉杆或齿条位置、或汽油机节气门开度固定不动的情况下,停止向某ー气缸供油或点火。调整测功机,使发动机恢复到原来的转速,重新测定有效功率Ne,1(其余五个气缸的有效功率)，N,,］必然小于Ne(ー缸熄火),两者之强即为灭掉缸的指示功率NiA=Ne-N<7。因为=N「Ng=(Ne+Nm)-(Ne,i+N心)=必ーNe［〇逐次灭缸,则整台发动机的指示功率为Nj=エ(Ne-Nei)x，其中％为总缸数。Z=1如果各缸负荷均匀,则仅测ー个缸,即灭火一次即可,Nj=X(Ne-Nej)。这样,整个发动机的机械损失功率为N,"=M-Ne,机械效±为“m=NeINj〇其它还有示功图法,油耗线法等。三影响机械效率的因素(-)转速其中:J为活塞平均运行速度。0”与j几乎呈直线关系;ク山与〃似呈二次方关系。〃T->惯性カTつ活塞对缸壁的侧压カ轴承负荷T；ー各摩擦副相对速度摩擦损失T；ー泵气损失T,驱动附件损耗T。若要提高转速来强化发动机,则ル”将成为主要障碍之一。（-）负荷发动机的负荷一柴油机:油门拉杆或齿条位置;汽油机:节气门开度。转速〃一定,负荷（时,发动机燃烧剧烈程度，平均指示压カ01;而由于转速不变,平均机械损失压カアm基本保持不变。则ワm=1ーんし，机械效pN率下降。当发动机怠速运转时,有效功率Ne=0,指示功率Nj全部用来克服机械损失功率N,“。即Nj=N团,因此,ヮ团=0。由于车用柴油机普遍在高转速、较低负荷下工作,机械效率下降严重。因此,机械效率对于车用柴油机尤为重要。（三）润滑油品质和冷却水温度润滑油粘度影响润滑效果,润滑油温度影响润滑油粘度,冷却水温度影响润滑油温度,即冷却水、润滑油温度通过润滑油粘度间接影响润滑效果。水冷发动机的冷却水温应保持在80-95℃0!润滑油粘度（牌号）し冷却水温度Tー润滑油温度Tf润滑油粘度润滑效果Tf摩擦IfNm，ク/。2润滑油粘度（牌号）JL冷却水温度TTつ润滑油温度TTつ润滑油粘度11一油膜破裂趋势摩擦廿->ル团,"m・。3润滑油中杂质T.摩擦T.Nメ〃,/->クメ。要求:定期保养、清洗机油滤清器,5000〜10000公里换机油。§1-7燃烧热化学

-燃料的完全燃烧（-）理论空气量厶。1目的:1kg燃料完全燃烧所需要的空气量。。2已知条件:1kg燃料中所含gckg碳,gHkg氢气,g0kg氧气。汽油:gc=0.855[kg/kg],gH=0.145[kg/kg],g。=0[kg/kg]o柴油:gc=0.87[kg/kg],gH=0.126[kgkg],go=0.004[kg/kg]o3化学反应方程式C+O2tco2H2+;。2TH2O4需要总的〇？量C+ °2f。。2”2 +万。2Tル。1kmol1kmol1kmol1kmol—kmol1kmol211111kg——kmol——kmol1kg—kmol—kmol121242gckgScレ] kmol—kmolgHkggHレ1kmolgHレkm1212425燃料中所含的。2量go[kg]=芻[kmol]6所需空气中的。2量=总的。2量一燃料中所含的。2量?所需空气量（目的）1）kmol空气中氧气成分约占21%,所以:い出:;十上&ゆ。13（2）kg空气的折合分子量为28.95,即1kmol空气=28.95kg空气,所以:28.95N。

0.21’1228.95N。

0.21’12gH4[kg/kg]3続噌3続噌+豐啜）面/kg]（-）过量空气系数和空燃比La=——ん。燃烧!kg燃料实际供给的空气量完全燃烧1kg燃料理论上所需要的空气量表示混合气的浓稀程度。a大->混合气稀;a小->混合气浓。一般,柴油机:a>1;汽油机:a<1〇2空燃比A/FA/F=aLo空气量ニ燃料量表示混合气的浓稀程度。A/F大一混合气稀,4/F小—混合气浓。（三）分子变更系数1理论分子变更系数"〇燃烧后工质的摩尔数燃烧前工质的摩尔数〃oT一容积变化大一膨胀做功好f〃ノ。（1）完全燃烧g，丄go

g，丄go

1 Ao=1+—32aLo（2）不完全燃烧Ao=IAo=I0.21(1—a)厶o+お・aLq2实际分子变更系数"一%+%_〃〇+广+Mr1+r式中：为1kg燃料燃烧后残余废气的摩尔数,r=。ム〇为残余废气系数。

二燃料的不完全燃烧（一）a<1一汽油机1假设燃料中的。燃烧全部生成了。。和。。2。其中。。是中间产物,即不完全燃烧产物。。。,是最终产物,即完全燃烧产物。8c=Sco+Sco22化学反应方程式。+丄。2-。。。+。2T。。2H2+丄。2fル。3需要总的。2量C+!。2—。。 。+。2fC0228cokg皿kmol24°kmol128co2kg込kmol1212kmol8cokg8c~8co224kmol kmol12H2+丄。2.h2ogHkg kmol kmol4燃料中所含的。,量8o[kg]=--[kmol]5空气中的。2量=总的。2量一燃料中所含的。2量021aL〇=（屹ー且幽）+て+半ー既。21u=喑+・。21u=喑+・芻）一条警心一柒竇[い(8c,8h8o02112 4 32)]所以:gC02=gc-24x0.214(1-a)geo=24x021。。ーa)

gc=geo+gco26分析(1)当ム=。时,a=l,A丨F=L〇geo=0，gco2=gcaJfgco>0, gCO1<gc使gc=geo时geo,=0，。全部生成。。。此时的过量空气系数称为临界a值。记为な”。所以:“ 24xO.21Lo<acr此时理论上gc<gco,析出炭粒。一般柴油机的。”=0.6〜0.72。(二)a>1—柴油机混合气混合不均匀,局部过浓或过稀,造成燃烧不完全。缸内情况十分复杂。三燃料和可燃混合气的热值(-)燃料的热值1kg燃料完全燃烧所产生的热量[kJ]。高热值:加入水的汽化潜热的热值。低热值九,:不加入水的汽化潜热的热值。发动机缸内高温,水只能以气态存在,故应取不加入水的汽化潜热的热值,即低热值。汽油:hu=44100[kJ/kg],柴油：hu=42500[kJ/kg]。(-)可燃混合气的热值=-y-[kJ/kmol]Mx§1-8发动机混合气的着火和燃烧方式一混合气的着火(-)柴油机ー低温多级自燃1れ阶段ー混合阶段在压缩过程终了时,燃料喷入气缸内形成可燃混合气。燃料遇到温度较高的空气,开始氧化,但速度缓慢,示功图上的压缩线没有明显的变化。混合阶段,为着火做准备。2ち阶段一第一级反应燃烧的实质是燃料的氧化反应,当反应速度很快时,火焰就会出现。经过ん时间后,反应加剧,出现冷火焰,缸内压カ超过压缩压カ。在这ー阶段,反应生成醛类、过氧化物和一氧化碳等中间产物。要求混合气较浓,a=0.4〜0.5。3ん阶段ー第二级反应温度、压カ升高较大,产生许多化学反应的活性中心,出现蓝火焰。混合气稀得多,a略小于1。4ム+ら+ら时间后ー第三级反应活性中心剧增,化学反应加速,热积累剧烈,发生爆炸,出现热火焰。混合气更稀,a乏1。ム+ち+13一着火延迟期。（二）汽油机一高温单级点燃!压缩的是燃料与空气的混合气体,在此过程中,已经进行了一些化学反应。2火花点火,局部温度高达20000C以上,该处燃料分子直接分裂成大量的自由原子与自由基,迅速反应出现热火焰,瞬间扩大到整个燃烧室内。所以,汽油机着火过程:压缩混合气一点火（经短暂着火延迟期）f热火焰。三燃烧方式（-）同时爆炸燃烧取某一部分为系统,着火前后整个系统各个部分的相完全均匀一致。即相只随（（时间）座标变化,而不随％（位移）座标变化,为单相系,均匀系。柴油机上,由于混合气分配不均匀,总有某一部分混合气最先着火（一般在喷油嘴附近）,取这一部分为系统,则系统内实现的就是同时爆炸燃烧。汽油机上,由于火焰有传播速度（虽然很快,但相对同时爆炸燃烧却很小），传播逐次进行,故显然不是同时爆炸燃烧。但火花塞间隙处的少量混合气在电火花作用下,可实现同时爆炸燃烧,从而形成火焰中心。（-）逐渐爆炸燃烧汽油机:火焰传播。两相系:混合气相（未燃区）、燃烧产物相（已燃区）。

火花塞◎火花塞◎已燃区、火焰前锋面.）j?i/未燃区加热从火花塞开始,紧靠火花塞的那一部分混合气首先被加热,使氧化或活性中心增多,发生燃烧。燃烧又加热下ー层…,ー层ー层传播。燃烧主要在火焰前锋面内进行。火焰前锋面前方的未燃区中是混合气,火焰前锋面后方的已燃区中为燃烧产物和一小部分在火焰前锋面中没有燃烧掉的燃料继续燃烧。（三）扩散燃烧柴油机的燃烧方式,三相一燃料相、空气相、燃烧产物相。柴油燃点比汽油低,但在日常生活中汽油却比柴油易燃,原因就在于汽油的挥发性好,油与空气形成混合气较快,物理准备过程已经就绪,一点即燃。柴油机中燃烧的快慢却主要取决于物理准备过程进行的快慢。油滴遇热蒸发形成燃料蒸汽,然后才能燃烧,并非油滴与空气接触就可燃烧。为防止燃烧产物将油滴与空气隔开,将组织空气相对于油滴的气流运动,将燃烧产物抛在后面。油滴运动方向油滴运动方向第二章发动机的换气过程燃烧是做功之本,燃烧需要空气与燃料。重量比 体积比燃料: 1 1液态空气: 15 1000 气态燃料受机械控制,容易加入。而气缸容积就那么大,要想多加空气就要困难得多。因此,对发动机换气过程的研究就显得尤为重要了。§2-I四冲程发动机的换气过程上止点与工程热力学中介绍的不同,进排气门的开启、关闭也需要时间,故:在下止点前排气ー排气提前角40。〜80。;在上止点后关闭一排气迟闭角10。〜35。:在上止点前吸气ー进气提前角。。〜40。;在下止点后关闭ー进气迟闭角40。〜80。；进气提前角+排气迟闭角一气门叠开角。二换气过程（一）排气过程!自由排气阶段A靠缸内压カ将气体挤出气缸。排开:p»p'fp=p'。式中:p为缸内压カ,p'为排气管内压カ。2强制排气阶段B靠活塞上行将废气挤出气缸。p=p'->排闭3超临界排气C排开:p»p'->p=X.9p'在气阀最小截面处,气体流速等于该地音速a=y[kRT[m/s]0其流量与压差（p-p'）无关,只决定于排气阀开启面积和气体状态。4亚临界排气Dp=1.9p'->拝闭其流量取决于压差（p-p'）。（-）进气过程和气门叠开角由于节流作用,缸内产生负压;（Po-"）使新鲜介质进入缸内。1气阀叠开角（1）非增压:2〇。〜60。CA。太大（引起）•废气回流进气道;太小->扫气作用不明显。（2）增压:11〇。〜140。CA。进气管压カ色扫气明显,气阀叠开角可以增大很多。如6135型柴油机:非增压:40°,增压:124〇〇2扫气的作用（1）清除废气,增加气缸内的新鲜充量。（2）降低排气温度。（3）降低热负荷最严重处（如气阀、活塞等）的温度。三换气损失理论循环换气功与实际循环换气功之差。如图:换气损失功一X+（Y+W）,其中（W+Y）。为排气损失功,X为进气损失功。（-）排气损失功丫W是因排气门提前开启而损失的膨胀功,称为自由排气损失。Y是活塞作用在废气上的推出功,称为强制排气损失功。排气提前角TfwT,丫ル〇综合效果,要求（Y+W）1,故（W+Y）有一个最佳值（W+Y）min〇对应排气提前角亦有一个最佳值,〃Tf（W+Y）m,nt〇（二）进气损失功X进气损失功小于排气损失功,即X<Y。（三）泵气损失功（X+Y.D）在实际示功图中,把（W+d）归到指示功中考虑,而把泵气损失功（X+Y-d）归到机械损失中考虑。§2-2四冲程发动机的充气效率一充气效率（-）定义为比较不同大小、不同类型发动机的充气品质和换气过程的完善程度,不受气缸工作容积片的影响,引入充气效率ル的概念。由于有进气阻カ等因素的影响,实际进入气缸中的新鲜充量必然小于理论上进气状态下充满工作容积的新鲜充量。二者之比称为充气效率ワ「即:二 实际进入气缸的新鲜充量んー进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量AG 匕AG。△恤カ式中:AG,△m,％为实际充量的重量、质量和体积:△Go,Aル〇,匕为理论充量的重量、质量和体积。进气状态非增压:空气滤清器后进气管内的气体状态,通常取为当地的大气状态。增压:增压器出口状态。严格地说,充气效率应为:实际进入气缸的新鲜充量ス以标准大气状态充满气缸工作容积的新鲜充量更合理。这样,在后面将要讲到的大气修正中,不同的压カ和温度下进气量的比值就等于其充气效率之比。否则,按照前头的定义式,大气温度越高,充气效率反而会越高,讲起来似乎无法接受。而且也不具备可比性。（-）实际测量匕’实际流量理论流量式中:匕为实际测量流量[m3/h]oV/=ヒ囚./.-.60=0.03V,in[m3/h]1000 2 厶L」充气效率是衡量换气过程进行得完善程度的重要指标。柴油机:0.75〜〇.90,汽油机:0.7〇〜0.850二充气效率的分析式充入气缸的新鲜充量=缸内气体的总质量一缸内残余废气质量（-）进气门关闭时缸内气体的总质量て=（匕+匕:は式中:も为余隙容积,匕为进气门关闭时缸内工作容积,2°为进气终了缸内气体密度（-）排气门关闭时缸内残余废气的质量m.=V.p.式中：も为排气门关闭时缸内容积,夕,.为排气门关闭时缸内残余废气密度。（三）充入气缸的新鲜充量ク「匕ユ=（匕+匕）々ーVイ.式中:タ〇为大气状态下气体密度。（四）充气效率的分析式_Amー化+りは一匕タ,△/ VhPoTOC\o"1-5"\h\zVc+V； vr亠/Pu-±Pr式中:ど为压缩比,f=1+—;2为有效压缩比,£=1+—<£,一般V eVc ce久二（0.8〜0.9）ど;Vr«Vc〇若假设久=ど,有:带入理想气体状态方程式,得:

ス，=1Tス，=1T0LPaPr と £-式中:Po,ち为大气压カ和温度,p・ル为进气终了时缸内的压力和温度,Pr,7;为排气终了时残余废气的压カ和温度。p",7VT;PrJ,7；Tf%T。へ的分析式为定性分析ス,的影响因素提供了依据。§2-3影响充气效率的各种因素ー进气终了压カP。（一）进气阻カ△paPa=P0-^PaA2/-＞Paし-＞ル（。へPa对P”的影响最大。进气系统的沿程阻カ和局部阻力均会使ハP〃增大。（二）转速APaTf—＞Pa1—＞クリl。（三）负荷汽油机:负荷节气们开度T（质调节）fApqJfPqTース1；柴油机:负荷Tt•循环供油量T（量调节）（与APa无关）-，・クI，J（不大）。二进气终了温度7；厶TfPaJf%J。（-）转速负荷ー'定:＞ム（一＞小T；综合ア。、ル的影响,〃Tfル1。（-）负荷转速一定:负荷T-＞热负荷クメ。柴油机:进、排气管分置。避免排气管对进气管加热,使スナ。汽油机:进、排气管同置。虽然7；Tーヘ，但燃油受热增发快,可以改善混合气形成。三排气终了压カ以ムT-残余废气量Tf7,1。〃产排气门处的阻力Xガ,所以:龍T—PrTf77Vl（影响较小）。四排气终了温度?；%T。五压缩比£ス,公式仅为定性分析用的,是粗略的。还有许多因素未予考虑。如：压カ升高比4,绝热指数れ进气马赫数Ma,热传输和过量空气系数a等。§2-4提高充气效率的措施减小进气系统阻カ。沿程阻力,局部阻カ（节流阻カ）。汽油机：空气滤清器-化油器一进气管一进气道一进气门。柴油机:空气滤清器ー进气管一进气道一进气门。ー减小流动阻カ（-）进气门1进气门直径d进一般:进气门流通面积ハ”ハホ一般:—.——=u.zu~U.zj

活塞顶面积d进T-ークイ（影晌大），d排T—（影晌小）。一般:メ进＞"排。四气门流通面积ハ比二气门增大40%左右。ル廿ー（可达30%）,geい。气门升程カホ,时面值TfクリT。阀顶过渡圆角R/?TT—＞fj4--＞ム1；r]]-＞流动阻カf-＞ク1,10R应适中。（二）进气管表面光洁度和流通面积表面光洁度T,流通面积Tつ沿程阻カ）-＞へ九转弯和节流阻カ转弯半径rT,截面突变）一スナ。截面形状考虑汽油机的雾化,蒸发,贝リ:管壁面积Tー沉积蒸发1一混合气分配不均匀。TOC\o"1-5"\h\z截面形状 圆形 矩形 D形流动阻カ 小 大 中底部蒸发 小 中 大柴油瓦不存在底部蒸发问题,故多采用流动阻カ小的圆形进气管。（三）进气道转弯半径Rf,表面光洁度T,各管口与垫片孔口对中一流动阻カスナ。设计时还要考虑组织进气涡流。（四）空气滤清器通道面积T,除尘效果T-流动阻カ（一%T。经常清洗,更换纸芯。（五）化油器喉口截面积』一流动阻カ%』,但雾化效果T。解决这对矛盾,采用双喉口。小喉口:雾化;大喉口:进气。二合理选择配气定时（-）配气定时的综合评定1良好的充气效率以保证发动机的动力性能。2合适的充气效率以适应发动机的扭矩特性。3较小的换气损失以适应发动机的经济性能。4必要的燃烧室扫气以保证高温零件的热负荷得以适当降低,达到可靠运行。5合适的排气温度。调整：1、2f进气迟闭角,3f排气提前角,4、5f气门叠开角。（-）进气迟闭角セ!转速れ一定时,总有一个进气迟闭角化.使得充气效率ス为最大。2れル1f气流惯性」一缸内气体易倒流进气管-77yレつ一部分气体来不及进入气缸ークy丄。3もTf对应人,max的グ。所以,高速反动机转速大,要获得好的充气效率和动カ性,进气迟闭角应大一些。4/f%,最佳グ。（三）排气提前角0,,（PeJ—fクvT。式中:b为后期膨胀比。考虑经济性,在排气损失最小的前提下,尽量减小排气提前角。（四）气门叠开角外e”eMf缸内气体易倒流进气管;已，‘fPル，ム『f"メ。增压发动机气门叠开角应大一些。§2-5进气管内的动态效应ー现象气体在进排气管中有压力波动现象,有效组织、利用压カ波动,可以提高充气效率。£=300[mm] L=1140[mm]195柴汕机,L为进气管长度进气门开闭时:。"f夕け―77-T；排气门开闭时:クい。动态效应与进排气管的长度和直径有关。二波的动态机理膨胀波~\压缩波・闭ロ波的动态机理闭口端:同型波;同型波。异型波;同型波;同型波。异型波;异型波。进入:膨胀波—反射:膨胀波一开口端：进入：压缩波ー反射:膨胀波ー进入：膨胀波—反射:压缩波ー三进气动态效应（一）惯性效应ノ/ノ/ノ之阶段:进气门开-进气门闭。ー膨胀波-＞压缩波（进气门闭）（二）波动效应阶段：进气门闭-下ー循环进气门开。一压缩波-＞膨胀波

一膨胀波f压缩波（进气门开）压カ波动是周期性的。压力波固有频率:4L式中:。为进气管内声速。发动机吸气频率:60x2120fl60x2120令:厶30り当り=l,2,3…时,进气门开,则ハ。（-＞ル]:当り=1?,2；,3く…时,进气门开,则四结论1惯性效应（本循环）,振幅大,衰减小;波动效应（两循环）,振幅小,衰减大。2高速发动机,进气管短;低速发动机,进气管长。3进气管直径1』一流动阻カTー压カ波强度し进气管直径压力波振幅1ー压カ波强度】。4多缸机上,进气管应分支，且等长。5避免急转弯,则压カ波振幅不会衰减太大。6排气管需要膨胀波,则ア，一扫气作用スナ。§2-6单位时间充气量与循环充气量单位时间充气量G[kgた],循环充气量AG[kg],则:G=AG-1-60[kg/h]〃T-＞gT,但〃T.p〃1-＞ag1。GT-＞单位时间供油量gT—・与功率Ne有关;△Gf-＞循环供油量与扭矩Me有关。图中虚线为不考虑进气损失的GネロAG曲线;实际的GネロAG曲线如图中实线所示。第三章汽油机混合气形成和燃烧§3-1汽油机混合气形成ー混合气形成过程!喉口流速Tfpiー雾化效果し2节气门开度喉口真空度Ap〃色进气管真空度Apル。从Aア〃くA0到Ap〃>'Pt。3节气门开度一定,〃Ap〃色Ap"。4节气门开度】,〃T->Ap〃ヤー蒸发性T。进气温度T->蒸发性T。二理想化油器特性与供油系校正（-）理想化油器特性

负荷百分率（％）各种エ况下满足最佳性能要求的理想混合比ー负荷百分率（％）各种エ况下满足最佳性能要求的理想混合比ー试验结果。1影响因素（1）转速〃ー影响较小。（2）负荷ー影响大。2空燃比AlF=交ヽ质『燃料质量经济混合气A/F=17；功率混合气A/F=12~14；怠速混合气A/F=10~12.4o（1）常用工况一中等负荷要求提供经济混合气。（2）负荷>90%以及怠速,低速下ー加浓。（-）简单化油器特性单纯依靠喉口真空度△p〃决定供油量的化油器。节气门开度变化ーA/F变化。—混合气浓。与理想化油器有差异,不能满足汽油机要求。（三）主供油系校正1渗入空气法be,人dthr-dmA原因:ApnT—> > 〇dtdt改善措施:Aア〃Tt•協ド1,mAT（主要方法）。2加入泡沫管开始工作时:简单化油器。之后,泡沫孔起作用。第一排孔:应ドTfA/ドル；第二排孔:%(fA/ドT。(四)满负荷加浓与怠速加浓经主供油系统校正后,负荷T->AP〃Tf4/ドT。满负荷时:要求4/F，怠速时:要求4/ドう。1满负荷加浓加浓装置:机械省油装置和真空省油装置。节气门开度80〜85%, 〃ル一定程度开始起作用。2怠速加浓怠速加浓系统一可使怠速〃し三化油器变エ况运行1加速过程(1)急加速节气门突然开大:包〉皿。dtdt油量增大滞后,导致aT,混合气变稀,A/e反而下降,不能满足车用。因此加设加速系统:加速泵,瞬间向缸内额外喷油。(2)稳定加速:加速泵不起作用。2急减速过程节气门突然关闭f24,混合气瞬间变浓。设置节气门缓冲器,以减慢节气门关闭速度。3起动过程起动需浓混合气,但此时リJfAp”し,可能吸不出油,加之喉口速度し,雾化差,油滴沉积严重,使aT,混合气稀。起动需す0.4〜0.5,A/ド=3〜9的浓混合气。设置阻风门:关闭主油系,怠速油系,加速油系同时供油一混合气变浓。4多喉口与多腔化油器多重喉口,多腔化油器:主副腔。小喉口:雾化好;大喉口:保证进气。主腔:小流量;主、副腔:大流量。四大气条件对化油器使用的影响海拔高度Tf2空气JfaL海拔高度T1000m^«；5.6%o大气温度T-＞大气温度T-＞夕Jfalー经济性，排放多。五汽油喷射（-）化油器式发动机的不足之处1部分负荷时节流损失大。2不可能在各种エ况下均提供最佳混合比。3对大气条件和环境适应性差。4仅提供均质混合气。5油膜流动:各缸混合气分配不均匀。（-）分类!缸内喷射喷咀开启压カ3〜5[MPa]。进气过程上止之后3〇〜50。,开始喷油。压缩冲程上止点,停止喷油。喷油持续近2冲程,火花点火,火焰传播。2进气管内喷射（1）单点喷射大喷咀位于节气门之前的化油器位置,安装空气计量装置和电子控制喷油装置,可以克服1〜4的不足,但5仍存在。（2）多点喷射亠小喷嘴安装于各个进气歧管之中,可克服1〜5的不足,但结构复杂,成本咼。§3-2汽油机燃烧过程一汽油机的正常燃烧电火花点燃均匀的可燃混合气,形成火焰中心,并且火焰从此中心按一定的速率（一般为2〇〜60m/s）连续地传播到整个燃烧室空间,在此期间火焰传播速率,火焰前锋形状均没有急剧的变化,称之为正常燃烧。正常燃烧分三个阶段。（—）着火延迟期勺（或着火延迟角化）1—2从电火花跳火一形成火焰中心。1点以前为压缩过程,缸内压カ升高不大。!ー火花塞跳火。2-缸内压カ脱离压缩线开始急骤增高。点火提前角。:1点-»上止点的曲轴转角。为什么要提前:因为要使着火在上止点附近完成,压カ最高点出现在上止占后某一角度。火花塞在L点跳火之后,并不马上形成火焰中心（虽然此时着火的物理准备过程已比较充分,但化学准备:氧化反应尚需一定的时间,哪怕这ー时间再短）。根据高速摄影表明在L点出现第一次亮点后（火花）,到2’点出第二次亮点（火焰中心已形成,但缸内压カ并不是在此时急骤升高）,这一段占整个燃烧过程的15%左右〇但一般我们是按气缸内的压カ线开始与压缩压カ线分离的2点来计算的。2’和2点相差甚微,并且和底片的感光性能与测压仪的灵敏度有关（与测试手段的精密度有关）。所以,我们把2‘点看做与2点重合,即在2点オ形成火焰中心,并立即使压カ脱离压缩线急骤升高。（-）火焰传播期（急燃期）2—3这ー阶段为燃烧过程的主要阶段。在此时间内,火焰迅速传遍整个燃烧室,混合气的绝大部分在此时期内完成燃烧（80%以上）,燃料的热能绝大部分在此时间内放出（这与柴油机不同,柴油机随喷随燃,在上止点以后还在向缸内喷入燃料）。缸内压カ、温度迅速升高，包=0.2〜0.4[MPa/degCA]»纹代表工作粗暴的程度,它与火焰传播速率ム有关。空TTfPmaxTTf工作粗暴,噪声T。A *111CIAト（p但ム不正常燃烧趋势ル。气流运动Tールグ。所以,在汽油机中,火焰传播速率是ー个重要参数,它直接影响不正常燃烧的抑制,从而影响发动机的功率、效率和使用寿命。3点为Pmax点,3‘点为なが，往往3'点与3点重合。若取放热效率骤然下降的时刻作为急燃期的终点则更合理（3点稍后一点），但这一点不易确定,故我们通常以使Pmax的3点作为急燃期的终点。3点的到来时刻非常重要,太早,则压缩负功Tfルレ太迟,则热量利用

J->り]Ja因为汽油机的燃烧与柴油机不同,可以人为控制,故可用调整点火提前角的方法来调整3点的到达时刻。注意:示功图的上下止点不容易测,目前全世界尚无ー准确、标准、权威的测量方法。(三)补燃期3—43点一燃料基本燃烧完的4点。3点过后,燃烧速度下降,活塞下行,使pi,在3点过后的燃烧主要为:1在火焰传播期火焰前锋面没有燃烧掉的燃料继续燃烧。2粘附在缸壁上的混合气层继续燃烧。3由于汽油机燃烧温度高,高温分解严重。产生的“2、。2、CO,在补燃期内,由于温度降低,重新燃烧生成。。2、ダ2。,放出热量。补燃TつグL热负荷T,经济性]。希望补燃期(。但汽油机不象柴油机随喷随燃,燃料在Pmax以后还有喷入，补燃情况要小得多。总结:为了保证汽油机工作柔和,动カ性好,一般应使2点处于上止点前12。〜15。,3点处于上止点后12。〜15。。—=0.175-0.25[MPa/degCA]0N(p二汽油机的不正常燃烧(-)爆震燃烧1爆震燃烧汽油机在运转过程中有时会听到气缸内有明显的金属敲击声。这种声音如果持续较长时间以后,会引起发动机的功率(,冲击载荷T,摩擦T,热负荷T,使用寿命し,排气冒烟,经济性』。根据对发动机理想循环的分析,我们知道7T。但小,则爆震倾向T,限制了ド的提高。所以,克服爆燃现象,是汽油机的重要议题之ー。2产生的原因ー终端混合气自燃电火花点火后,火焰以正常的传播速度20〜60m向前推进,未燃混合气受到强烈的压缩和热幅射。处于最后燃烧位置上的那部分终燃混合气(Endgas),

由于热幅射作用,促使先期反应加速进行,并放出部分热量,又使本身的温度不断升高,以致在正常火焰尚未到达时,终端混合气最适于发火的部位已经形成了一个或几个火焰中心。以远大于正常燃烧火焰前锋面推进的速度向周围传播。轻微爆燃:wv=100-300[m/s]；强烈爆燃:=800-2000[m/s]〇爆燃使终端混合气迅速燃烧完毕。由于爆燃使局部压カ突然增加,而形成强烈的压カ冲击波：冲击波撞击到燃烧室壁面上就会发生金属敲击声。强烈时会引起发动机振动。若自燃区占整个燃烧室容积的5%,则为强烈爆燃。3示功图的比较（1）正常燃烧与爆震燃烧的比较（a）正常燃烧 8）爆震燃烧1）包・在上止点附近为最高,过上止点后,压カ升高慢（由于V?）,虽然セ•>0,d（p d（p但驾<0（曲线向下）,到了3点,Pmax，—=〇〇d（p d（p2） 已高于正常燃烧的アmax，在3点后,〃波动很大,使化忽正忽负。破d（p坏了正常的示功图,使心』。（2）汽油机爆燃与柴油机工作粗暴性的比较汽油机的爆燃现象就是终端混合气的自燃现象,它与柴油机的工作粗暴性,在燃烧本质上是一致的,均是可燃混合气自燃的结果。但两者发生的部位不ー致。柴油机工作粗暴发生在急燃期的始点,使也TTfPmaxT.。而汽油机的爆a(p就这一点而言,优良的柴油,十六烷值自燃性T-2•と一包4,pmaJ,d(p但对汽油机:由于初期燃烧不剧烈,使人J-»爆燃趋向T;优良的汽油,使〃sTf爆燃趋向】,对柴油机"T,PmaxT。acp所以,对汽油机而言的优良燃料,对柴油机就是最差的,反之亦然。4造成的危害爆燃出现后,使正常规则的火焰前锋面发生急骤的扭曲。(1)压カ脉冲正常:包=0.2〜0.4[MPa/degCA]△(p(dp、爆燃:丄=0.2[MPa/degCA]ゝ丿max可见压カ波动之巨。压カ的突变产生在容积的某一局部,气缸内压カ来不及平衡,也就是说这时的化学反应速率远远大于气体膨胀的速率,从而形成强烈的压カ脉冲,并以极高的速度(1000m/s左右)向周围推进。1)噪声压カ脉冲在气缸壁面、活塞顶面及缸盖底面之间来回反射,强迫气缸壁等零件振动而产生高频噪声,其频率在5000Hz以上。2)零件寿命J爆燃使缸内压力增加,活塞,气缸壁,气缸盖等各零件机械荷T,若爆燃时间长,则零件寿命よ。压カ脉冲破坏了壁面上的层流边界层。层流边界层有隔热作用,缸内温度可达2000°。(爆燃时,ア会更高),而壁面温度只有20〇〜300℃,之所以如此,主要是层流边界层在起作用。但层流边界层被破坏,使导热量TT,则热应カTt•零件寿命（。热损失1メ。冷却水,机油温度TT-润滑!）一零件磨损TT。磨耗量可达正常燃烧的27倍。¢2）高沪今解按提高循环热效率的热力学观点看,爆燃接近于等容燃烧,热利用好,是人们所希望的,事实上也是如此,当轻微爆燃,发动机的热效率可以有所提高,平均有效压カ亦有所增长。但在强烈爆燃时,会使局部温度TT,出现高温分解,生成CO、”2、。2、NO,等,严重时析出游离炭粒,这就是爆震时可能排气冒烟的原因。使油耗TT,且热效率反而会下降。产生出的炭粒又会形成累积,破坏活塞,活塞环,火花塞和气阀的正常工作。爆燃还会促使表面点火的发生。（―）表面点火在火花点火式发动机中,凡是不依靠电火花点火,而是由于炽热表面（如过热的绝缘体电极、排气阀,尤其是燃烧室表面炽热的沉积物）点燃混合气的不正常燃烧现象,均称为表面点火或炽热点火。这类表面点火现象较多在出现在£29的强化汽油机上,目前由于控制排放等要求,汽油机£大都降到9以下,因此对表面点火的重视程度已下降。1非爆燃性表面点火（1）后火在火花塞点燃混合气以后,炽热表面オ点燃混合气的现象。形成火焰中心,但火焰传播速度正常,虽有时可使补燃T,但影响不大,发动机后火,则在断火的下,仍继续运转。（2）早火发生在火花塞点火以前,火焰传播速度很高,拿TT,PmaxTt（颇似柴油d（p机工作粗暴）。早火太早,则使压缩末期负功增大,热效率』,功率损失T,功率』。单缸早火，往往会导致停车。多缸早火,会使N,.』,工作粗暴,寿命』。非爆燃性表面点火,大体是在发动机按高速、高负荷长时间运转以后,火花塞绝缘体,电极或排气阀高温所引起（不包括积炭）。2爆燃性表面点火（激爆）早火积炭引起,往往是多点早火,危害很大,セ可比正常值高5倍,Pmaxd（p可比正常高150%。总结:由上所述,爆燃与表面点火是两种完全不同的不正常燃烧现象,爆燃是在电火花点火以后,终端混合气的自燃现象,而表面点火则是炽热表面点燃混合气所致。然而,它们之间存在着某种互相促进的内在关系。

爆燃促使以后循环的炽热表面易点火,而表面点火亦促使循环的爆燃倾向增加。(1)早火,包(1)早火,包4,d(pPmax(2)正常。(3)后火Pmax，且出现晚、补燃T(三)续走发动机在断火和节气门关闭后仍继续运转。断火、并关闭节气门后,〃し进气少,废气回流使”。怠速时,冷却水又冷却不良,使缸内从而使混合气自燃。三种不正常燃烧,主要是爆震燃烧。三使用因素对燃烧过程的影响(一)点火提前角。点火提前角。的有效调整可以使我们获得较为完美的示功图,。对燃烧过程影响很大,可以通过人为进行控制。p-e图,在节气门全开,标定转速,混合气成份不变时,调整。,得到三条曲线。在。1下得曲线1;在。2下得曲线2;在。3下得曲线3。1夕=，,较大。这时,点火提前较多。Pmax出现在上止点附近。压缩负功Tー损失ワメ。压缩负功损失TTー单缸汽油机易熄火。初期放热Pmax 零件机械负荷れd（p由于此时缸内P、ア较高,使其终端混合气较为具备着火条件,到ー定程度时,爆燃出现,所以:タ』一爆燃趋势1。2。二名,较小。点火提前少。化网值出现较晚。~^1—>PJ—>N¢1—>膨胀功损失T—>小1。d（p补燃グメ,热负荷T,排放差。所以,有一最佳タ值。3。=。3,合适。实践证明,当。3=12°〜15°,包=0.07〜0.24MPa/degCA时,p出dtp现在上止点后0=12。〜18。时,〃ー〇图曲线下的面积最大,有用功最多。（二）混合气浓度（过量空气系数メ直）a对/的影响（1）不同燃料:不同曲线曲线1：加铅芳香族,抗爆性好,り长。曲线2：加铅烷族,抗爆性较好,「较长。曲线3:正庚烷,抗爆性差,る短。汽油的辛烷值越大,则其抗爆性越好。（2）同一种燃料：一条曲线a对示功图的影响

这是不同。下的最佳示功图。!一a=0.84；2-a=0.65；3—a-1.01；4-a=1.180可以看出,a=0.84的示功图曲线下的面最大。af,aJつ燃烧剧烈程度爆燃趋势，a对火焰传播速度us的影响a=0.85〜0.95—＞ム.何;ホ,aJ—＞ムし。4a值的范围a=0.4〜0.5—冷起动混合气;ニ=0.85〜0.95—功率混合气；a=1.05〜1.15ー经济混合气。（三）转速1，#-紊流T-混合气混合好ーら（ ヽ^散热Jfハ、〃イ・7と ＞/下降不明显。ハT一易吹散已形成的火焰中心一ルT /每循环所用时间し心相对于缩短了的循环时间下降不明显。2バー离心式点火提前角调节装置使。し3，介一紊流强度TームTー爆燃趋势れ（四）负荷!负荷节气门开度し一进入气缸的混合气J；-＞废气的比例相对ナ-＞每循环时间Tー传热损失しr,T（必须）-＞6T。2负荷缸内pレT¢ー爆燃趋势れ（五）大气状况!タ〇（--＞经济性し动カ性J。但爆燃趋势レ

2GTfAGiー经济性（,动力性（。易发生气阻。爆燃趋势』。§3-3汽油机燃烧室一按气门布置分类（一）顶置一楔型、半球型、浴盆型结构紧凑,面容比小,火焰传播距离短,不易爆燃,但结构较复杂。（-）侧置一L型结构简单,易维修保养,但火焰传播距离长,易爆燃,故压缩比小。（三）顶侧置一F型充气性好,但结构复杂。二常用典型燃烧室（-）L型里卡多（Ricardo）公司研制,在老解放车上及某些风冷汽油机上应用。（二）楔型应用较多,性能稳定。燃烧室侧剖面为楔型。安排激冷区,防止爆燃。燃烧速度高,但噪声、振动大,工作易粗暴。L型（三）倒盆型（浴盆型）性能稳定,应用较多。挤气面积不能小于30%〇倒盆型 半球型 蓬型（四）半球型或蓬型1半球型应用于高速汽油机中。流动阻カ小,面容比小,散热损失少。激冷区小,HC排放低。

2蓬型比半球型高度低。气流运动强,高速性能更好。可安排四气门机构,充气效率更高。压缩比、空燃比大,£=7〜13,A/F=16~22.5,可实现稀薄燃烧。（五）福特CVH型福特CVH福特CVH型堤岸型活塞顶,产生压缩涡流,挤气面积为16%。切向进气道,产生进气涡流。充气效率较高。激冷区小,使HC排放下降。使用90号汽油时,压缩比可达8.5。功率、扭矩较大。三采用均质混合气的燃烧室（-）射流型天津大学刘友均教授研制。挤气面积大,方可实现强射流,促使主室内紊流增强。着火后,混合气和火焰从射流孔高速喷向活塞顶部。形成双重火焰区,减小爆燃,压缩比可达9.8〜11.2。（二）碗型燃烧室位于活塞顶部。挤气紊流11。火焰传播距离】一爆燃趋势1,可采用稀混气体。汽油机还可采用主、副燃烧室分层燃烧,其主要目的是提高燃料经济性,降低有害物排放量。第四章柴油机混合气形成和燃烧柴油机与汽油机相比主要有如下特点:

1点燃式。1点燃式。2和•影响小。3进入气缸的是混合气,混合时间长。4Gax高,热负荷大。5压缩比低,£=6〜12。6有爆燃问题。7组织气流运动的目的是为了加速火焰传播,防止爆燃。§4-1柴油机混合气形成压燃式。「影响大。进入气缸的是新鲜空气,混合时间短。Pmax高，机械负荷大。压竟比高,£=12〜22。有工作粗暴问题。组织气流运动的目的是为了促进燃油与空气更好地混合。ー两种基本形式（一）空间雾化将燃料喷在燃烧室空间使之成为雾状,再利用空气运动达到充分混合。特点:1对燃料喷雾要求高（采用多孔喷嘴）ー燃烧易于完全,经济性好。2对气流要求不高一后期燃料易被早期燃烧产物包围,高温裂解一排气冒烟。3但初期空间分布燃料多,燃烧迅速・Pmaxf一工作粗暴。（-）油膜蒸发（M过程）空间雾化型混合气蒸发方式要求将燃料尽量喷在燃烧室空间,而油膜蒸发型混合气蒸发方式则有意将燃料喷在燃烧室壁面上,使之成为薄薄的ー层油膜附着在燃烧室壁面上,只有一小部分燃料分布在燃烧室空间。经燃烧室壁面和燃烧加热,边蒸发,边混合,边燃烧。初期蒸发、燃烧慢,后期蒸发、燃烧迅速（先缓后急）。特点:1对燃料喷雾要求不高（采用单、双孔喷嘴）,对空气运动要求高。2放热先缓后急一纪，/^axルー工作柔和,噪声小,经济性较好。ト（P3但低速性能不好,冷起动困难。对进气道、燃料供给系统和燃烧室结构参数之间的配合要求很高,制造工艺要求严格。二燃料的喷雾（一）喷雾的作用只有当燃料与空气充分接触,形成可燃混合气时,才有可能燃烧。接触面积越大,可燃混合气越多,燃烧越完善。1[ml]油滴:!个,d=9.7[mm],5=245[mm2]

雾化:2.99xl（）7个,d=40[卩m],5=1.5x106[mm2]面积增大5090倍,燃烧反应机会大大增加。（二）喷雾的形成1油束燃油喷射一高压、ー级雾化:气缸中空气的动力作用将油束撕裂成片、带、泡或大颗粒的油滴。二级雾化:空气动力作用将片、带、泡或大颗粒的油滴再粉碎成细小的油滴。油束中央速度高,但浓度也高,油滴集中,颗粒大。边上油滴松散,颗粒小。但也有说法正好相反,中央油滴速度高,颗粒小,边上颗粒大。2着火条件浓度、温度为着火的必要条件中间油粒大,浓度偏高。外侧混合气形成快,物理准备快,但初期温度不高,化学准备没有跟上。等温度适合于着火了,油粒又过分发散,也不会着火。要控制好浓度与温度的进程,使之正好配合,方可着火。（三）喷雾特性1油束射程L并不一定越大越好,这要根据混合气形成的机理与燃烧室形状具体分析。lTTf燃料喷到壁面上多一空间混合气太稀;厶（It•燃料集中t・混合气分布不均匀,空气利用】。2喷雾锥角タ反映油束的紧密程度。孔式喷嘴ー油束松散,粒细;轴针式喷嘴一风一油束紧密,粒粗。3雾化质量（雾化特性）细微度一油滴平均直径 细:雾化好均匀度ー油滴最大直径一油滴平均直径匀:雾化好粒细ー均匀度好,粒粗—均匀度差。

（四）喷油规律单位时间（或曲轴转角）的喷油量随时间（或曲轴转角）的变化规律。喷油规律影响放热规律,放热规律影响动カ性、经济性和排放。喷油延迟角喷油提前角。—开始喷油一上止点的曲轴转角。ダ-上止点一停止喷油的曲轴转角。喷油延迟角丨。丨+|ダ丨一开始喷油.停止喷油的曲轴转角。喷油延迟角对性能的影响。+ダ喷油持续时间长,工作柔和,但油耗增大,排放变差。0+0' 喷油持续时间短,油耗下降,排放好,但工作粗暴。喷油延迟角的比较（1）I61+1ダル（t油耗，排放好,但工作粗暴。（2）先急后缓eJf工作粗暴。1油耗T,排放差。（3）先缓后急0T.工作柔和。ダ）一油耗，排放好,尽量采用,但很难做到。（五）喷油嘴1孔式喷嘴主要用于直喷式燃烧室中。孔数:1〜6个,。=0.25〜0.8mm。雾化好,但易阻塞。孔数越多,孔径越小,雾化越好,但也易阻塞。2轴针式喷嘴主要用于分隔式燃烧室中。mm〇0=l~3mm,通道间隙5=0.025〜0.05雾化差,但有自洁作用,不易mm〇三气流运动对混合气形成的影响（-）气流运动的作用

无气流运动,油束紧密。 有气流运动,油束松散。(-)气流运动组织气流运动,加速混合气形成。!进气涡流使进气气流相对于气缸中心产生一个カ,形成涡流。(1)切向气道特点:气道母线与气缸相切。优点:结构简单,气流阻カ小-＞明イ。缺点:涡流强度对进气口位置敏感。¢2)螺旋气道特点:进气道呈螺旋型。优点:能产生强烈的进气涡流。缺点:エ艺要求高,制造、调试难度较高。2挤气涡流活塞上行：将活塞顶隙的气体挤出流向燃烧室中,形成挤气涡流。活塞下行:燃烧室中的气体流向活塞顶隙处,形成反涡流。挤气涡流反涡流挤气涡流反涡流挤气间隙』一挤气涡流强度T0挤气面积挤气涡流强度し

挤气涡流虽然不如进气涡流强,但它的形成正好处于压缩冲程终了,此时进气涡流已经衰减得很弱,所以挤气涡流就显得相当重要了。3燃烧涡流燃烧在燃烧室中产生压力差,形成燃烧涡流。尤其是分隔式的涡流室型燃烧室,气缸盖内的副燃烧室中的燃料燃烧后,高压混合气流和火焰高速喷向活塞顶部的主燃烧室中,由于主燃烧室的导向作用,形成燃烧涡流,或称二次涡流。（三）热混合作用1刚性涡流涡流中心质点速度为零,越向边缘速度越大。2势涡流涡流中心质点速度最大,压カ最小。越向边缘速度越小,压カ越大,壁面处速度为零。一般认为涡流为势涡流。3热混合作用（主要在涡流室型燃烧室的涡流室中产生）涡流中的质点受两个力作用,离心力使质点向外运动,压差カ使质点向中心运动。若〃为质点密度,タ为空气密度。当「'=タ时,质点作圆周运动。当タ,>タ时,离心力为主,质点呈螺旋形向外运动。当「‘<タ时,压差カ为主,质点呈螺旋形向中心运动。液体油、燃油蒸汽:“>4002,向外运动。燃烧产物:夕’<0.3夕,向中心运动。燃烧产物将新鲜空气挤向外围与燃油混合,并使混合气与燃烧产物分开,火焰呈螺旋形向中心运动,这就是热混合作用。§4-2柴油机燃烧过程-燃烧过程的特点和柴油机燃烧的主要研究方向（-）燃烧过程的特点1高压喷油在气缸内部形成可燃混合气。2压缩自燃。（-）柴油机燃烧的主要研究方向1喷油雾化2喷油规律3气流运动4燃烧室结构配合要好。二燃烧过程p-（p示功图曲线下的面积表示有用功的大小。（-）着火延迟期却或称滞燃期1-2（着火延迟角セ）—喷油嘴针阀打开向缸高压喷油。此时,缸内温度虽已远远超过柴油的自燃温度（可达400〜800℃）,但并不马上着火。燃烧需要:物理准备ー雾化、吸热、蒸发、扩散、混合。化学准备一分解、氧化（焰前反应）。-缸内压カ脱离压缩线开始急骤增高。一般:り=0.0007〜0.003回;对应的曲轴转角称为着火延迟角セ。尽管着火延迟期ら很短,但却对燃烧过程、尤其是柴油机的燃烧过程影响很大,因此十分重要。（-）速燃期2-32点，开始着火,压カ急骤增高,接近等容燃烧。持续喷油,即随喷随燃。ー最高压力点。=Pmax。为表示2—3阶段压カ升高的急骤程度,引入概念:压カ升高率:—~— [kpa/degCA]ジ3ー。2"fT，PmaxTTf冲击载荷T，工作粗暴，柴油机寿命JN（p9"）レPmaxJJf做功不利，柴油机性能J卜（p（三）缓燃期3—4—最高温度点,T4=〃ax=1700~2000℃,放热量达フ〇〜80%。喷油在这ー阶段停止。Vt,〃し接近等压燃烧。废气量T,氧气、燃油量燃烧1。（四）补燃期4-55—放热量达95〜97%。补燃期在膨胀过程中。补燃期ヮメ,geT，动カ性】，冷却水温度色排气温度色排放差。所以,应尽量减少补燃。柴油机由于随喷随燃,混合时间短,补燃要比汽油机严重。三影响着火延迟期る的因素（一）压缩温度7;和压カPc—直接影响因素pj,如】。IInr,-11->r,4o（"）压缩比ど（三）喷油提前角e—影响最大的因素。】】•虽然喷油时的压カ较高,但着火时刻推迟,使燃烧】fPc】，厶】T・りT；

，TTfPc（,.）ー7ル。所以,有一个使和为最小的。。高速时:4min=l0〜15[degCA]o低速时:Qmin=5〜10[degCA];一般:。=5〜10[degCA]〇（四）转速nnTf漏气、散热损失Tfpj,（1;ー喷油压カT一雾化T;气流运动T-＞蒸发T；一混合气形成好转ーり，但nTf着火延迟角化T。（五）十六烷值十六烷值Tつ柴油的自然性缸内P,ア大时,影响不大;缸内p,ア小时T・/1。（六）增压增压-»Pc，/7ー专1。四着火延迟期和对柴油机性能的影响り期间喷入缸内的燃料量着火前可燃混合气量T△ハ个 个Tー卜ー'9PmaxI°トヤりTTf "maxTTf冲击载荷色工作粗暴,柴油机寿命】。, \（pmax々口一混合气形成欠佳一柴油机性能（。五放热规律燃烧放热率AQ/A。随曲轴转角産化的关系。由喷油规律和实测示功图,经计算机计算而得。AQ/A。（P（一）放热规律!阶段一在速燃期内,约占3degCA。AQ/AeTT。I!阶段ー放热量约80%,约占40degCA。AQ/A。）。III阶段一在膨胀过程内,放热量约20%。（"）燃烧过程三要素1放热开始时刻;2放热规律;3放热持续时间。（三）希望一先缓后急工作柔和,经济性、动カ性好,排放少,补燃少。§4-3柴油机供油系统的工作特性一燃油喷射（-）供油系统的组成油箱—输油泵一滤油器-低压油管一喷油泵一高压油管一喷油器（喷油嘴）（-）喷油过程普遍采用柱塞式喷油泵。柱塞上行,使喷油泵内压カ升高,当压カ升高到ー定值时,克服喷油泵上方出油阀弹簧预紧カ和高压油管内的残余油压,顶开出油阀,通过高压油管向喷油器供油。上行2点过了4点之后,打开回油口,使泵内油压下降。当泵内油压小于出油阀弹簧预紧カ和高压油管内的残余油压カ时,出油阀落座,喷油停止。下行2点过了4点之后,回油停止,重新进油。（三）喷油延迟时间从喷汕泵内燃油顶开出油阀进入高压油管至汕压压开喷油嘴针阀的时间。原因一高压油管中燃油压缩+节流作用。（四）几何供油规律从几何关系求出的油泵凸轮每转一度（或每秒）喷油泵供入高压油管的燃油量[ml/degCA或ml/s]随曲轴转角。（或时间『）的变化关系。dg~j-=fpWp[ml/s]at——=fpり[ml/degCA]a（p式中:/p为柱塞面积[mm?]:卬「为柱塞速度[ml/degCA]o几何供油规律与喷油规律不同。二喷油泵速度特性及其校正（-）节流作用1理论上（不存在节流）上行:当3点与5点重合时,オ开始供油。当2点与4点重合时,既开始回油,停止供油。2实际上（存在节流）上行:当3点不到5点时,由于通道小,节流,已经开始供油。关闭进油口时ー供油提前。当2点过了4点以后,通道小,节流,オ开始回油,停止供油。开启回油口时ー供油持续。所以,实际供油比理论供油时间长,供油量大。（二）喷油泵速度特性每循环供油量随转速n的变化关系。ホー节流作用Tー循环供油时间Tー循环供油量Agf。（三）车用的适应性车用：希望〃TfAgifMel（例如：低速大负荷エ况）。喷油泵速度特性:nT->Ag?-»Meto因此,喷油泵速度特性不适合于车用,必须进行校正。（四）校正!出油阀校正可变减压容积和可变减压作用。ホ-＞节流作用TfAgifMeJ。可使循环供油量曲线变得较平坦,但若要适合于车用,还需进行调速器校正。即使经过出汕阀校正,柴油机的扭矩Me曲线仍比汽油机的平缓。2调速器校正在第六章发动机特性中介绍。三不正常喷射现象（-）二次喷射高压油管内压カ波引起。喷射时间Tー雾化不良,燃烧不完全,补燃严重,排污T,炭烟色零件过热。（二）断续喷射进入喷油嘴燃油量不稳定,压カ波动引起。喷汕时间正常,但针阀运动次数T,喷汕嘴易磨损。（三）隔次喷射低速、尤其是怠速时,油压不足,压不开针阀。下ー循环时油压聚足,压开针阀喷射。怠速运转不稳定。（喷射时间拉长）§4-4柴油机燃烧室ー燃烧室的分类(-)直喷式结构特点:位于活童顶部,具有统一空间的燃烧室。!开式:中、大型,中、低速船舶、发电用柴油机不组织进气涡流,空间雾化型混合气蒸发方式。2半开式:中、小型,中、高速车用柴油机(1)CD型(2)球型(3)复合式(U型)(~)分隔式1涡流室型：小型高速车用柴油机。2预燃室型：小、中、大型,中、高速车用柴油机。二直喷半开式燃烧室(一)(D型!应用：黄河JN151,6135Q柴油机;日野ED100,6128柴油机等。2混合气形成方式：空间雾化。3主要结构参数(1)ム=0.4〜0.6D式中：ム为燃烧室喉口直径;ハ为气缸直径。厶TT,油束射程燃油喷在燃烧室局部空间,空气利用率1。D厶油束射程TT,气流运动1ー燃油喷在燃烧室壁面上,雾化差。D(2)丄=0.75〜0.85匕式中：