长安大发动机原理讲义

《发动机原理》能量转换：发动机－燃料的化学能→热能→机械能机械能、电能等－高级能源；热能－低级能源《发动机原理》课研究：热能→机械能（转换效率：理论上小于100%）机械能→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1往复活塞式（普遍）2转子式－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一些优越之处，并非直接在气体动力学和热力学方面有何优3摆动活塞式（ROCKINGPISTONENGINE）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。4斯特林（THESTIRLINGENGINE）是现代发动机引人注目的一种。5自由活塞式（FREEPISTONENGINE）只相当于涡轮发动机的燃气发生器。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）用点工况《发动机原理》（2）电站用n=const.线工况固定式柴油机或机组（3）船舶用Ne=kn3（螺旋桨曲线）线工况大型、低速柴油机（4）汽车、拖拉机用变工况-面工况中小型、高速柴油机（5）发动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2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按汽缸排列分类直列式，卧式，V型，星型（径向式）7按汽缸数目分类8按转速分类（1）低速:n<500r/min（2）中速:500r/min<n<1500r/min（3）高速:n>1500r/min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，氢气，甲醇，乙醇，二甲醚，植物油，电瓶，太阳能1有效热效率高蒸汽机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=0.6～35000kw3比重量小，升功率大（体积小、重量轻）比重量:柴油机3.7kg/kw，车用汽油机1.37kg/kw4起动性好可很快达到全负荷1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60年代以前:动力性，可靠性，耐久性70～80年代:经济性，动力性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，新工艺，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→集中→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《发动机原理》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需合作开发新产品。6电控应用日益增多，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。1动力性指标（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。发动机冲程（四个）:吸气→压缩→做功→排气热力过程（五个）:吸气→压缩→燃烧→膨胀→排气燃烧→膨胀为能量转换过程研究热力过程，热力循环，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。我国的法定计量单位《发动机原理》第一章发动机工作循环及性能指标1进气过程:0～1（p>p0→p<p0）初期:工质吸热；后期:工质放热。3燃烧过程:2～3～4（p↑↑,T↑↑)4膨胀过程:4～5（p↓,T↓)初期:工质放热；后期:工质吸热。5排气过程:5～0（p>p0）1忽略进、排气过程2压缩、膨胀过程（复杂的多变过程）简化为绝热过程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假定工质为定比热的理想气体-车用柴油机的理想循环1循环特征参数（1）压缩比（2）压力升高比p22热效率《发动机原理》计算得（2）ε↑→ηt↑；当ε=20左右时，ε↑→ηt↑不大柴油机ε=12～22-汽油机的理想循环因为:预胀比所以:热效率2分析ε↑→ηt↑；当ε=10左右时，ε↑→ηt↑不大且汽油机容易爆燃，因此，汽油机ε=6～10-船舶用大型低速柴油机的理想循环因为:压力升高比所以:热效率《发动机原理》2分析（1）ε为定值ρ↑→ηt↓（2）ρ为定值ε↑→ηt↑1初态1相同，压缩比ε相同，加热量q1相同2初态1相同，最高压力pmax、最高温度Tmax相同，放热量q2相同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。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。理论上:定比热实际上:温度T↑→比热C↑其中CO为中间产物，CO2为最终产物。若遇高温，则会发生复分解反应，即高温分解:《发动机原理》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。理论上:压缩、膨胀过程为绝热过程。实际上:大量热量通过汽缸壁传给冷却水或空气。究者致力于开发绝热发动机。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。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。而且有流动阻力。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才燃烧，做功效果变差，热效率下降。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，造总热量:QT=GThu分别转化为3kJ）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:30～40%；汽油机:20～30%。令qeScS(t2-t1)qs=QSQT其中Gs－发动机冷却介质的每小时流量[kg/h]，t2－冷却介质的进、出口温度[℃]k)(cprt2-cpt1)qr=QGk－空气量[kg/h]，t2－进、排气温度[℃]T(1-ηr)qb=QBQT其中ηr－燃料效率p-V图p-φ图《发动机原理》发动机性能指标:指示指标，有效指标指示指标:以工质在汽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:发动机缸内压力p随汽缸容积V（p-V图）或曲轴转角φ（p-φ图）变化的图示。（一）指示功Wi一个循环工质对活塞所做的有用功。因为:F2不容易测量,实际将F2归到机械损失中考虑。W指示功大，说明○汽缸工作容积大○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，引入平均有效压力的概念。（二）平均指示压力pi单位汽缸工作容积所做的指示功。pi（假想参数）其中Vh－每缸工作容积。pi,柴=686～981[kpa]pi,汽=784～1180[kpa]二指示功率Ni《发动机原理》单位时间所做的指示功。转速n[r/min]。则若:每缸工作容积Vh[L]，平均指示压力pi[bar]。则（一）指示比油耗giGT－每小时耗油量[kg/h]Qi－做Wi指示功所消耗的热量。hu－燃料的低热值。ηi,汽=0.25～0.40gi,汽=230～340[g/kw·h]（一）有效功率Ne单位时间所做的有效功。其中pe－平均有效压力。《发动机原理》（二）机械损失功率Nm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、燃油扫气泵、冷却水泵、风扇、配气机构；和泵气损失等。N=其中pm－平均机械损失压力。二有效扭矩Me功率输出轴输出的扭矩。三平均有效压力pe单位汽缸工作容积所做的有效功。由于Ne所以pe=pi_pmpe∝Mepe,柴=588～883[kpa]pe,汽=588～981[kpa]（一）升功率Nl单位汽缸工作容积所发出的功率。发动机净重量G与所发出有效功率Ne的比值。Nl↑,Ge↓→发动机强化程度高。Nl,车柴=11～26[kw/l]Ge,车柴=4～9[kg/Nl,拖柴=9～15[kw/l]Ge,拖柴=5.5～16[kg/kw]可见，汽油机的强化程度要比柴油机的高。（一）有效比油耗geGT－每小时耗油量[kg/h]（二）有效热效率ηeQe－做We有效功所消耗的热量。ηe,汽=0.20～0.30ge,汽=285～380[g/kw·h]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。一机械效率ηm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《发动机原理》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。Ne→Ni→ηm↑性能好，所以应尽量提高ηm。在压缩比不很高的汽油机上得到广泛应用。然后使发动机在给定工况下稳定运转。切断发动机的供油（Ni=0,pi=0）。将电力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Nm=_Ne，因此从电力测功机上所测得的倒拖功率Ne即为发动机在该工况下的机械损失功率Nm。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，停止向某一汽缸供油或点火。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（其余五个汽缸的有效功率），Ne,1必然小于Ne（一缸熄火），两者之差即为灭掉缸的指示功率Ni,1=Ne_Ne,1。因为整台发动机的指示功率为NiNe_Ne,i)x，其中x为总缸数。如果各缸负荷均匀，则仅测一个缸，即灭火一次即可，Ni=x(Ne_Ne,1)。这样，整个发动机的机械损失功率为Nm=Ni_Ne，机械效率为ηm=Ne/Ni。其它还有示功图法，油耗线法等。其中cm－活塞平均运行速度。pm与cm几乎呈直线关系。ηm与n似呈二次方关系。n↑→□惯性力↑→活塞对缸壁的侧压力↑→轴承负荷↑□各摩擦副相对速度↑→摩擦损失↑□泵气损失↑,驱动附件损耗↑《发动机原理》→pm↑→ηm↓若要提高转速来强化发动机，则ηm将成为主要障碍之一。发动机的负荷□柴油机:油门拉杆或齿条位置□汽油机:节气门开度转速n一定，负荷↓时，发动机燃烧剧烈程度↓,平均指示压力pi↓；而由于转速不变，平均机械损失压力pm基本保持不变。则↓,机械效当发动机怠速运转时，有效功率Ne=0，指示功率Ni全部用来克服机械损失功率Nm。即Ni=Nm，因此，ηm=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。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。1润滑油粘度（牌号）↓；冷却水温度↑→润滑油温度↑→润滑油粘度↓→润滑效果↑→摩擦↓→Nm,pm↓→ηm↑2润滑油粘度（牌号）↓↓；冷却水温度↑↑→润滑油温度↑↑→润滑油粘度↓↓油膜破裂趋势↑↑→摩擦↑↑→Nm,pm↑↑→ηm↓↓3润滑油中杂质↑→摩擦↑→Nm,pm↑→ηm↓要求:定期保养、清洗机油滤清器，5000～10000公里换机油。（一）理论空气量L01目的:1kg燃料完全燃烧所需要的空气量L02已知条件:1kg燃料中所含gCkg碳，gHkg氢气，gOkg氧气3化学反应方程式4需要总的O2量1H2O221kgkmolkmol1kgkmolkmolgCkgkmolkmolgHkgkmolkmol5燃料中所含的O2量6所需空气中的O2量=总的O2量－燃料中所含的O2量7所需空气量（目的）空气中氧气成分约占21%，所以Lkmol/kg]空气的折合分子量为28.95，即1kmol空气=28.95kg空气，所以1kmol空气=22.4m3空气，所以1过量空气系数αLL0 燃烧1kg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。α大→混合气2空燃比A/F空气量燃料量表示混合气的浓稀程度。A/F大→混合气稀；A/F小→混合气浓（三）分子变更系数1理论分子变更系数μ022μ0=M燃烧后工质的摩尔数燃烧前工质的摩尔数μ0↑→容积变化大→膨胀做功好→ηt↑（1）完全燃烧:（2）不完全燃烧:2实际分子变更系数μ其中Mr－1kg燃料燃烧后残余废气的摩尔数。r=Mr/αL0－残余废1假设燃料中的C燃烧全部生成了CO和CO2。其中CO是中间产物，即不完全燃烧产物。CO2是最终产物，即完全燃烧产物。2化学反应方程式12gCOkgkmolkmolgCO2kgkmolkmolgCOkgkmolkmol《发动机原理》H2O2→H2OgHkggHkmolgHkmol 4燃料中所含的O2量5空气中的O2量=总的O2量－燃料中所含的O2量（3）α↓→使gC=gCO时所以此时理论上gC<gCO，析出炭粒。一般柴油机的αcr=0.6～0.72。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《发动机原理》1kg燃料完全燃烧所产生的热量[kJ]。加入水的汽化潜热的热值－高热值不加入水的汽化潜热的热值－低热值hu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，汽油:hu=44100[kJ/kg]；柴油:1t1阶段－混合阶段在压缩过程终了时，燃料喷入汽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。2t2阶段－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t1时间后，反应加剧，出现冷火焰，缸内压力超过压缩压力。在这一阶段，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，α=0.4～0.5。3t3阶段－第二级反应温度、压力升高较大，产生许多化学反应的活性中心，出现蓝火焰。混合活性中心剧增，化学反应加速，热积累剧烈，发生爆炸，出现热火焰。混23－着火延迟期1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20000℃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,汽油机压缩混合气→点火（经短暂着火延迟期）→热火焰《发动机原理》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t（时间）座标变化,而不随x（位移）座标变化,为单相系,均匀系。柴油机上,由于混合气分配不是十分均匀,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。汽油机－火焰传播。两相系－混合气相（未燃区），燃烧产物相（已燃加热从火花塞开始，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。燃烧又加热下一层……,一层一层传播。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。柴油机的燃烧方式,三相－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。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。重量比容积比燃料受机械控制，容易加入。而汽缸容积就那么大，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。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－排气提前角40°~80°在上止点后关闭－排气迟闭角10°~35°在上止点前吸气－进气提前角0°~40°在下止点后关闭－进气迟闭角40°~80°进气提前角+排气迟闭角－气门叠开角1自由排气阶段A排开p>>p’→p=p’靠缸内压力将气体挤出气缸，其中p－缸内压力,p’－排气管内压力。2强制排气阶段Bp=p’→p≤p’靠活塞上行将废气挤出气缸。3超临界排气C排开→p=1.9p’在气阀最小截面处,气体流速等于该地音速a=kRTm/s。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D其流量取决于压差（p-p’）。《发动机原理》由于节流作用,缸内产生负压p0一p）使新鲜介质进入缸内。气阀叠开角：非增压：20°~60°CA。太大（引起）→废气回流进气道。太小→扫气作用不明显。增压：110°~140°CA。进气管p↑,扫气明显,气阀叠开角可以增大很多。如6135型高柴：非增压：40°,增压：124°。1清除废气,增加气缸内的新鲜充量。3降低热负荷最严重处（如气阀、活塞等）的温理论循环换气功与实际循环换气功之差。为排气损失功，X为进气损失功。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↑→W↑,Y↓。综合效果,要求（Y+W）↓,故（W+Y）有一个最佳值（W+Y）min。对应排气提前角亦有一个最佳值,n↑→（W+Y）min↑。进气损失功小于排气损失功，即X<Y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。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Vh的影响,引入充气效率ηv的概念。由于有进气阻力等因素的影响,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ηv,即《发动机原理》ηv=实际进入汽缸的新鲜充量进气状态下充满汽缸工作容积的新鲜充量进气状态：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增压：增压器出口状态。严格地说，充气效率应为ηv=实际进入汽缸的新鲜充量以标准大气状态充满汽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，不同的压力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。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0.75～0.90汽油机0.70～0.85充入汽缸的新鲜充量=缸内气体的总质量－缸内残余废气质量其中Vc－余隙容积；Vh'－进气门关闭时缸内工作容积；a－进气终了缸内气体密度。ρr其中Vr－排气门关闭时缸内容积；ρr－排气门关闭时缸内残余废气密度。《发动机原理》（三）充入汽缸的新鲜充量_Vrρr其中ρ0－大气状态下气体密度。；－ε,有带入理想气体状态方程式，得其中p0,T0－大气压力和温度；pa,Ta－进气终了时缸内的压力和温度；pr,Tr－排气终了时残余废气的压力和温度。pa↑,Ta↓→ηv↑；pr↓,Tr↑→ηv↑。ηv的分析式为定性分析ηv的影响因素提供了依据。一进气终了压力papa=p0_ΔpaΔpa↑→pa↓→ηv↓Δpa对pa的影响最大。进气系统的沿程阻力和局部阻力均会使Δpa增大。n↑→Δpa↑↑→pa↓→ηv↓汽油机：负荷↑→节气们开度↑（质调节）→Δpa↓→pa↑→ηv↑《发动机原理》柴油机：负荷↑→循环供油量↑（量调节与Δpa无关）→热负荷↑→Ta↑→ηv↓（不大）T↑→ρa↓→ηv↓负荷一定：n↑→Ta↓→ηv↑综合pa、Ta的影响，n↑→ηv↓。转速一定：负荷↑→热负荷↑→Ta↑→ηv↓柴油机：进、排气管分置。避免排气管对进气管加热，使Ta↓→ηv↑汽油机：进、排气管同置。虽然Ta↑→ηv↓,但燃油受热增发快，可以改善混合气形成。三排气终了压力prpr↑→残余废气量↑→ηv↓pr∞排气门处的阻力∞n2，所以n↑→pr↑→ηv↓（影响较小）Tr↑→ηv↑ε↑→ηv↑ηv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：压力升高比λ,绝热指数k，进气马赫数Ma，热传输和过量空气系数α等。减小进气系统阻力。沿程阻力，局部阻力（节流阻力）。汽油机：空气滤清器→化油器→进气管→进气道→进气门柴油机：空气滤清器→进气管→进气道→进气门1进气门直径d进进气门流通面积一般:=0.20～0.25活塞顶面积d进↑→pa↑→ηv↑（影响大）d排↑→pr↓→ηv↑（影响小）一般：d进>d排2四气门流通面积J1↑40%左右。但结构复杂，造价较高。J1↑↑→ηv↑↑→Ne↑↑（可达30%），ge↓↓3气门升程hh↑,时面值↑→ηv↑4阀顶过渡圆角RR↑↑→J1↓→ηv↓R↓↓→流动阻力↑→ηv↓1表面光洁度和流通面积表面光洁度↑,流通面积↑→沿程阻力↓→ηv↑2转弯和节流阻力转弯半径R↑,截面突变↓→ηv↑3截面形状考虑汽油机的雾化，蒸发，则管壁面积↑→沉积↑→蒸发↓→混合气分配不均匀截面形状圆形矩形D形流动阻力小大中柴油机不存在底部蒸发问题，故多采用流动阻力小的圆形进气管。转弯半径R↑,表面光洁度↑,各管口与垫片孔口对中→流动阻力↓→ηv↑设计时还要考虑组织进气涡流。通道面积↑,除尘效果↑→流动阻力↓→ηv↑经常清洗，更换纸芯。喉口截面积↓→流动阻力↑→ηv↓,但雾化效果↑。解决这对矛盾，采用双喉口。小喉口：雾化；大喉口：进气。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：1，2－进气迟闭角；3－排气提前角；4，5－气门叠开角1转速n一定时，总有一个进气迟闭角φi使得充气效率ηv为最大。2n↓↓→气流惯性↓→缸内气体易倒流进气管→ηv↓n↑↑→一部分气体来不及进入汽缸→ηv↓3φi↑→对应ηv,max的n↑所以，高速发动机转速大，要获得好的充气效率和动力性，进气迟闭角应大4n↑→φi,最佳↑o↓→δ↑→ηv↑,其中δ-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。增压发动机气门叠开角应大一些。195柴油机：进气管长度L=300mmL=1140mm气体在进排气管中有压力波动现象，有效组织、利用压力波动，可以提高充进气门开闭时：pi'↑→pa↑→ηv↑排气门开闭时：po'↓→pr↓→ηv↑动态效应与进排气管的长度和直径有关。闭口端：进：压缩波→反射:压缩波－同型波进：膨胀波→反射:膨胀波－同型波开口端：进：压缩波→反射:膨胀波－异型波进：膨胀波→反射:压缩波－异型波阶段：进气门开→进气门闭←膨胀波→压缩波（进气门闭）阶段：进气门闭→下一循环进气门开←压缩波→膨胀波←膨胀波→压缩波（进气门开）压力波动是周期性的。压力波固有频率：J[1/s]其中a－进气管内声速。发动机吸气频率：J当q=1，2，3…时，进气门开，则pa↓→ηv↓。当q时，进气门开，则pa↑→ηv↑。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↓↓→流动阻力↑→压力波强度↓进气管直径↑↑→压力波振幅↓→压力波强度↓4多缸机上，进气管应分支，且等长。5避免急转弯，则压力波振幅不会衰减太大。6排气管需要膨胀波，则pr↓→扫气作用↑→ηv↑单位时间充气量G[kg/h]，循环充气量ΔG[kg]，则n↑→G↑,但n↑→pa↓→ΔG↓G↑→单位时间供油量g↑→与功率Ne有关。ΔG↑→循环供油量Δg↑→与扭矩Me有关。图中虚线为不考虑进气损失的G和ΔG曲线；实际的G和ΔG曲线如图中实线所示。《发动机原理》第三章柴油机混合气形成和燃烧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）→燃烧易于完全，经济性好。2对空气运动要求不高→后期燃料易被早期燃烧产物包围，高温裂解3但初期空间分布燃料多，燃烧迅速→↑,pmax↑→工作粗暴。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，使之成为薄薄的一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。Δφ2放热先缓后急→↓,pmaxΔφ3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。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。1ml油滴:1个，d=9.7mm，S=245mm2面积增大5090倍，燃烧反应机会大大增加。燃油喷射－高压、高速。一级雾化－汽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。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。L↑↑→燃料喷到壁面上多→空间混合气太稀。L↓↓→燃料集中→混合气分布不均匀，空气利用↓。2喷雾锥角β反映油束的紧密程度。孔式喷嘴—β↑→油束松散，粒细。轴针式喷嘴—β↓→油束紧密，粒粗。3雾化质量（雾化特性）细微度—油滴平均直径细：雾化好均匀度—油滴最大直径-油滴平均直径匀：雾化好粒细→均匀度好，粒粗→均匀度差。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，放热规律影响动力性、经济性和排放。1喷油延迟角喷油提前角θ—开始喷油→上止点的曲轴转角。θ’—上止点→停止喷油的曲轴转角。喷油延迟角|θ|+|θ’|—开始喷油→停止喷油的曲轴转角。2喷油延迟角对性能的影响|θ|+|θ’|↑↑→喷油持续时间长,工作柔和，但油耗增大,排放变差。|θ|+|θ’|↓↓→喷油持续时间短,油耗下降,排放好，但工作粗暴。3喷油延迟角的比较a.|θ|+|θ’|↓↓→油耗↓,排放好，但工作粗暴。b.先急后缓θ’↑→油耗↑,排放差。c.先缓后急θ’↓→油耗↓,排放好,尽量采用，但很难做到。1孔式喷嘴主要用于直喷式燃烧室中。孔数:1～5个，φ=0.25～0.8mm。雾化好，但易阻塞。孔数越少，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。φ=1～3mm，通道间隙δ=0.025～0.05mm。雾化差，但有自洁作用，不易阻塞。组织气流运动，加速混合气形成。1进气涡流使进气气流相对于汽缸中心产生一个力，形成涡流。（1）切向气道特点:气道母线与汽缸相切。优点:结构简单，气流阻力小→ηv↑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:工艺要求高，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。挤气间隙↓→挤气涡流强度↑挤气面积↑→挤气涡流强度↑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，汽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。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，压力最小。越向边缘速度越小，压力越大，壁面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，压差力使质点向中当p’>p时，—离心力为主，质点呈螺旋形向外运动。当p’<p时，—压差力为主，质点呈螺旋形向中心运动。液体油、燃油蒸汽:p’>400p，向外运动。燃烧产物:p’<0.3p，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。1高压喷油在汽缸内部形成可燃混合气。2压缩自燃。2喷油规律3气流运动4燃烧室结构p-φ示功图曲线下的面积表示有用功的大小。（着火延迟角φi）1—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—雾化、吸热、蒸发、扩散、混合化学准备—分解、氧化（焰前反应）2—缸内压力脱离压缩线开始急骤增高。一般:τi=0.0007～0.003[s]；对应的曲轴转角称为着火延迟角φi。尽管着火延迟期τi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。2点开始着火，压力急骤增高，接近等容燃烧。持续喷油，即随喷随燃。3—最高压力点。p3=pmax。为表示2－3阶段压力升高的急骤程度，引入概念压力升高率:[kpa/degCA]↓↓,pmax↓↓→做功不利，柴油机性能↓↑↑,p↓↓,pmax↓↓→做功不利，柴油机性能↓喷油在这一阶段停止。V↑,p↓,接近等压燃烧。废气量↑,氧气、燃油量↓→燃烧↓。5—放热量达95～97%。补燃期在膨胀过程中。补燃期↑→ηt↓,ge↑,动力性↓,冷却水温度↑,排气温度↑,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，补燃要比汽三影响着火延迟期τi的因素（一）压缩温度Tc和压力pc—直接影响因素|lnτi|↑→τi↓ε↑→pc↑,Tc↑→τi↓θ↓↓→虽然喷油时的压力较高，但着火时刻推迟，使燃烧↓θ↑↑→pc↓,Tc↓→τi↑所以，有一个使τi为最小的θ。高速时:θτimin=10～15[degCA]低速时:θτimin=5～10[degCA]n↑→漏气、散热损失↑→pc↑,Tc↑;喷油压力↑→雾化↑；气流运动↑→蒸发↑→混合气形成好转→τi↓。但n↑→着火延迟角φi↑十六烷值↑→柴油的自然性↑→缸内p，T大时，影响不大；缸内p，T小时→τi↓。四着火延迟期τi对柴油机性能的影响τi↑→τi期间喷入缸内的燃料量↑→着火前可燃混合气量↑τi↑↑→↑↑,pmax↑↑→冲击载荷↑,工作粗暴，柴油机寿命↓。τi↓↓→混合气形成欠佳→柴油机性能↓燃烧放热率ΔQ/Δφ随曲轴转角φ变化的关系。由喷油规律和实测示功图，经计算机计算而得。1放热开始时刻2放热规律3放热持续时间工作柔和，经济性、动力性好，排放少，补燃少。上止点油箱→输油泵→滤油器→低压油管→喷油泵→高压油管→喷油器（喷油嘴）普遍采用柱塞式喷油泵。柱塞上行，使喷油泵内压力升高，当压力升高到一定值时，克服喷油泵上方出油阀弹簧预紧力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力和高压油管内的残余油压力时，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。从喷油泵内燃油顶开出油阀进入高压油管至油压压开喷油嘴针阀的时间。原因—高压油管中燃油压缩+节流作用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/degPA或ml/s]随曲轴转角φ（或时间t）其中Jp—柱塞面积[mm2]；wp—柱塞速度[ml/degPA]。几何供油规律与喷油规律不同。1理论上（不存在节流）上行—当3点与5点重合时，才开始供油。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—供油提前。当2点过了4点以后，通道小，节流，才开始回油，停止供油。开启回油口时—供油持续。所以，实际供油比理论供油时间长，供油量大。每循环供油量随转速n的变化关系。n↑→节流作用↑→循环供油时间↑→循环供油量Δg↑车用—希望n↑→Δg↓→Me↓（例如:低速大负荷工况）喷油泵速度特性—n↑→Δg↑→Me↑可变减压容积和可变减压作用。n↑→节流作用↑→Δg↓→Me↓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2调速器校正n↑→Δg↓↓→Me↓↓在第六章发动机特性中介绍。《发动机原理》高压油管内压力波引起。喷射时间↑→雾化不良，燃烧不完全，补燃严重，排污↑,炭烟↑,零件过热。进入喷油嘴燃油量不稳定，压力波动引起。喷油时间正常，但针阀运动次数↑,喷油嘴易磨损。低速、尤其是怠速时，油压不足，压不开针阀。下一循环时油压聚足，压开针阀喷射。怠速运转不稳定。1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1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《发动机原理》其中dk—燃烧室喉口直径；D—汽缸直径。dk↑↑,油束射程↓↓→燃油喷在燃烧室局部空间，空气利用率↓。Ddk↓↓,油束射程↑↑,气流运动↓→燃油喷在燃烧室壁面上，雾化差。D其中Vk—燃烧室容积；Vc—活塞位于上止点时的压缩容积。↑→空气利用率↑,散热面积↓→燃烧好。所以，希望Vk尽可能大。cVc4主要特点（1）长型多孔（3～5个）喷嘴，孔径d=0.25～0.4[mm]。（2）τi↑→工作粗暴。→空气停留时间↑→NOx↑（4）结构简单，散热面积↓,冷起动性好，经济性好。日本五十铃公司研制。主要特点:（1）四孔喷油嘴，燃油在四角之前喷射。（2）油束沿气流方向下游燃料分布多，上游燃料分布少，使整个燃烧室内2挤流口型英国泼金斯公司研制。主要特点:挤气面积↑→挤流强度↑→“↓1应用:黄河JN150，6120Q-1型柴油机等。2混合气形成方式:油膜蒸发（M过程）3主要结构参数《发动机原理》对球型燃烧室的影响可参阅⑴型燃烧室。4主要特点（1）螺旋进气道，进气涡流强。（2）采用单孔喷嘴Φ=0.5～0.7mm，或双孔喷嘴Φ=0.3～0.4mm。喷嘴与汽缸盖平面成70。夹角，沿顺气流方向喷射。（3）由于油膜的隔热作用，缸壁温度合适，200～350℃。（4）α值较小，α=1.1左右，空气利用率↑。（5）↓,p（6）冷起动性和低速性差，排污严重。（7）限制缸径D不可太大，一般在140mm之内。D↑↑→Δg↑→油膜厚度↑→蒸发不完全，燃烧恶化。天津大学史绍熙研制。1应用:新105系列，延安6130柴油机等。2混合气形成方式:空间雾化+油膜蒸发4主要特点（1）喷油基本垂直于气流方向（顺7。）→雾化好。（2）采用螺旋进气道，轴针式喷油嘴。（3）低速时，气流弱—空间分布燃料多→改善了冷起动性和低速性。高速时，气流强—壁面分布燃料多→↓,pmax↓,工作柔和、平稳，气流运动起重要作用。（4）高速性能较差，对增压适应性差。（5）喉口热负荷高。对进气道、挤气间隙S0敏感。主要用于高速柴油机。结构特点:整个燃烧室分隔成两个空间，主燃烧室设于活塞顶部，副燃烧室位于汽缸盖内，中间用通道连接。1应用:BJ130，495Q型柴油机等。2混合气形成方式:热混合《发动机原理》3主要结构参数燃烧室容积Vc通道与涡流室相切，产生压缩涡流。喷油器安装在涡流室中，顺气流方向4工作原理压缩过程—活塞压迫空气经过通道流入涡流室，在涡流室中形成强烈的、有组织的压缩涡流，涡流流速随转速的提高而增高。燃烧过程—涡流室中喷油后，由于离心力作用，燃油被带到燃烧室外围，部分燃油附着在壁面上，在通道口附近首先着火。在强烈的涡流作鲜空气挤向涡流室外围，形成良好的热混合。涡流室中混合气着火焰一起经过通道高速喷向主燃烧室，壁面附近的浓混合气首先从涡流室中喷出。在活塞顶部开有浅的导流槽，形成强烈的燃烧涡流，即二次涡流，加速混合气的形成与燃烧。5主要特点（1）采用轴针式喷嘴Φ=1mm，针阀开启压力9.8～12[Mpa]。（2）涡流强→空气利用率↑→α↓(α=1.1～1（3）n↑→涡流强度↑→高速性↑（4）压缩涡流、燃烧涡流使后期放热大→工作柔和、平稳，噪声小。（5）相对散热面积↑,节流损失↑→经济性↓,冷起动性↓。1应用:195-2型柴油机等。2主要结构参数 通道个数多，截面积小，产生压缩紊流。喷油器安装在预流室中，燃油逆进入预流室的气流方向喷射。3工作原理压缩过程—活塞压迫空气经过通道流入预燃室，在预燃室中形成强烈的压缩紊流，转速越高，紊流越强。燃烧过程—压缩紊流将一部分小颗粒的燃油吹向预燃室上部，并在那里首先预热的燃油、空气、混合气和火焰一起经过通道高速喷向主燃烧在主燃烧室中形成强烈的燃烧紊流，加速燃油的雾化和混合气的低速时经通道进入预燃室的气流不足以将燃油吹起，一部分燃油穿透气流喷向主燃烧室，使主燃烧室中初期燃烧的油量增多，压力升高率增大，工作粗暴，噪声增大。4主要特点（1）采用轴针式喷嘴，针阀开启压力7.8～12.8[Mpa]。（2）紊流强→混合气形成改善→α↓↓。（3）节流作用大→高速时，工作更加柔和、平稳，噪声更小。（4）低速性时易工作粗暴，噪声大。（5）相对散热面积↑↑,节流损失↑↑→经济性↓↓。《发动机原理》第四章汽油机混合气形成和燃烧汽油机与柴油机相比主要有如下特点:汽油机柴油机2τi影响小。τi影响大。3进入汽缸的是混合气，混合时间长。进入汽缸的是新鲜空气，混合时间短。4Tmax高，热负荷大。pmax高，机械负荷大。6有爆燃问题。有工作粗暴问题。7组织气流运动的目的是为了组织气流运动的目的是为了加速火焰传播，防止爆燃。促进燃油与空气更好地混合。1喉口流速↑→P↓→雾化效果↑2节气门开度↑→喉口真空度Δpn↑,进气管真空度Δpi↓→从Δpn<Δpi到Δpn>Δpi3.节气门开度一定,n↑→Δpn↑,Δpi↑4.节气门开度↓,n↑→Δpn↑→蒸发性↑进气温度↑→蒸发性↑各种工况下满足最佳性能要求的理想混合比—试验结果。1影响因素（1）转速n—影响较小。2空燃比A/F=经济混合气A/F=17功率混合气A/F=12～14怠速混合气A/F=10～12.4（1）常用工况—中等负荷要求提供经济混合（2）负荷>90%以及怠速,低速下—加浓。《发动机原理》单纯依靠喉口真空度Δpn决定供油量的化油器。节气门开度变化→A/F变化Δpn↑→A/F↓—混合气浓与理想化油器有差异,不能满足汽油机要求。原因：Δpn↑→改善措施:Δpn↑→mF↓,mA↑（主要方法）加入泡沫管/F↓/F↑开始工作时—简单化油器。之后,Δpn↑→泡沫孔起作用。第一排孔—/F↓/F↑第二排孔—mF↓→A经主供油系统校正后,负荷↑→Δpn↑→A/F↑。满负荷时—要求A/F↓怠速时—要求A/F↓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%，Δpn↓一定程度开始起作用。2怠速加浓怠速加浓系统→可使怠速n↓在一定节气门开度和一定转速下,有效功率Ne、有效比油耗ge随发动机燃料消耗量GT或过空气系数“的变化关系。1调节：化油器主量孔针阀位置或浮子室真空度以改变化油器的供油量。2记录：GT和Ne、ge。3得：Ne=f(GT),ge=f(GT)曲线（1）节气门全开A—功率混合气B—经济混合气（2）节气门部分开启A做出不同节气门开度下的Ne=f1(GT),ge=f2(GT)曲线。B做两组曲线的包络线—理想负荷特性5主量孔、空气量孔的调节和确定作不同主量孔及空气量孔尺寸的负荷特性试验,选择与理想负荷特性曲线拟合最好的作为主量孔和空气量孔的定型尺寸（配剂尺寸）。P115图4-12。但转速不同,该配剂尺寸很难保证化油器在所有转速下均与理想负荷特性拟合好,这是化油器式发动机不能很好地与车用性能匹配的关键所在。1加速过程节气门突然开大→油量增大滞后,导致“↑,混合气变稀，Me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→“↓,混合气瞬间变浓。设置节气门缓冲器,以减慢节气3起动过程起动需浓混合气,但此时v↓→Δpn↓,可能吸不出油,加之喉口速度↓,雾化差,油滴沉积严重,使“↑,混合气稀。起动需“=0.4～0.5，A/F=3～9的浓混合气。设置阻风门—关闭→Δpn↑→主油系,怠速油系,加速油系同时供油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—大流量海拔高度↑→p空气↓→α↓。海拔高度↑1000m→α↓5.6%。大气温度↑→p空气↓→α↓→经济性↓,排放多。（一）化油器式发动机的不足之处:1部分负荷时节流损失大2不可能在各种工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1缸内喷射喷咀开启压力3～5[Mpa]进气过程上止之后30～50o—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。小喷咀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20～60m/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。（一）着火延迟期τi（或着火延迟角φi从电火花跳火→形成火焰中心。1点以前为压缩过程,缸内压力升高不大。2—缸内压力脱离压缩线开始急骤增高。点火提前角θ—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,压力最高点出现在上止点后某一角度。火花塞在1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,哪怕这一时间再短）。根据高速摄影表明在1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,但缸内压力并不是在此时急骤升高）,这一段占整个燃烧过程的15%左右。但一般我们是按气缸内的压力线开始与压缩压力线分离的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点才形成火焰中心,并立即使压力脱离压缩线急骤升高。这一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）。缸内压力、温度迅速升高Mpa/degCA,代表工作粗暴的程度,它与火焰传播速率us有关。↑↑→pmax↑↑→工作粗暴，噪声↑。但us↑→不正常燃烧趋势↓。气流运动↑→us↑所以,在汽油机中,火焰传播速率是一个重要参数,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Tmax,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↑→ηt↓。太迟,则热量利用↓→ηt↓。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,目前全世界尚无一准确、标准、权威的3点→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p↓,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H2,O2,CO,在补燃期内,由于温度降低,重新燃烧生成CO2,H2O,放出热量。补燃↑→ηt↓,T排↑,热负荷↑,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,动力性好,一般应使2点处于上止点前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↑,摩擦↑,热负荷↑,使用寿命↓,排气冒烟,经济性↓。根据对发动机理想循环的分析,我们知道ε↑→ηt↑。但ε↑,则爆震倾向↑,所以,克服爆燃现象,是汽油机的重要议题之一。2产生的原因—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《发动机原理》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—us=100~300[m/s]强烈爆燃—us=800~2000[m/s]爆燃使终端混合气迅速燃烧完毕。由于爆燃使局部压力突然增加,而形成强烈的压力冲击波：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adp在上止点附近为最高,过上止点后,压力升高慢（由于V↑),dφdpbpmax已高于正常燃烧的pmax,在dpbpmax已高于正常燃烧的pmax,在3点后,p波动很大,使忽正忽负。（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一柴油机工作粗暴发生在急燃期的始点,《发动机原理》使↑↑→pmax↑↑。而汽油机的爆燃是发生在急燃期的终点,故pmax↑不是非常大。气缸内压力有冲击现象。就这一点而言,A优良的柴油,十六烷值↑→自燃性↑→τi↓→↓,pmax↓,但对汽油机：由于初期燃烧不剧烈,使us↓→爆燃趋向↑,B优良的汽油,使us↑→爆燃趋向↓,dp对柴油机↑,pmaxdp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）压力脉冲正常可见压力波动之巨。压力的突变产生在容积的某一局部,汽缸内压力来不及平衡,也就是说这时的化学反应速率远远大于气体膨胀的速率,从而形成强烈的压力脉冲,并以极高的速度（1000m/s左右）向周围推进。A噪声压力脉冲在汽缸壁面、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。B零件寿命↓爆燃使缸内压力增加,活塞,气缸壁,气缸盖等各零件机械荷↑,若爆燃时间长,则零件寿命↓。压力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,T会更高）,而壁面温度只有200～300℃,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↑↑,则热应力↑→零件寿命↓热损失↑→ηt↓冷却水,机油温度↑↑→润滑↓↓→零件磨损↑↑磨耗量可达正常燃烧的27倍。（2）高温分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,平均有效压力亦有所增长。但在强烈爆燃时,会使局部温度↑↑,出现高温分解,生成CO,H2,O2,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↑↑,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。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ε≥9的强化汽油机上,目前由于控制排放等要求,汽油机ε大都降到9以下,因此对表面点火的重视程度已下降。1非爆燃性表面点火在火花塞点燃混合气以后,炽热表面才点燃混合气的现象。形成火焰中心,但火焰传播速度正常,虽有时可使补燃↑,但影响不大,发动机后火,则在断火的下,仍继续运转。dp发生在火花塞点火以前,火焰传播速度很高,↑↑,pmax↑↑dp油机工作粗暴）。早火太早,则使压缩末期负功增大,热效率↓,功率损失↑,功率↓。单缸早火,往往会导致停车。多缸早火,会使Ne↓,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）dp早火积炭引起,往往是多点早火,危害很大,可比正常值高5倍,dp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《发动机原理》1早火,dp↑,pmax2正常3后火pmax↓,且出现晚、补燃↑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,n↓,进气少,废气回流使T↑。怠速时,冷却水又冷却不良,使缸内T↑,从而使混合气自三种不正常燃烧,主要是爆震燃烧。点火提前角θ的有效调整可以使我们获得较为完美的示功图,θ对燃烧过程影响很大,可以通过人为进行控制。p-φ图,在节气门全开,标定转速,混合气成份不变时,调整θ,得到三条曲线。在θ1下得曲线1在θ2下得曲线2在θ3下得曲线3出现在上止点附近。压缩负功↑→损失↑