發(fā)動(dòng)機(jī)原理-教（學(xué)）案

【發(fā)動(dòng)機(jī)原理】教案教材：《汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)原理》

志沛主編

海運(yùn)學(xué)院長(zhǎng)安大學(xué)

汽車(chē)學(xué)院機(jī)電與動(dòng)力研究所

緒論第一章 發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)及性能指1標(biāo)5述5環(huán)7衡§11發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)概§12發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí) 際 循§1—3熱平—§1-4指示指8標(biāo)—§1-—5有效指9標(biāo)一§1—6機(jī)1械損1失一§1-7燃燒1熱化3學(xué)1第§ 1-8二 章發(fā)動(dòng)發(fā)機(jī)動(dòng)混合機(jī)氣的的著火和換 氣燃燒方過(guò)6式20程2§2-1四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)2程22率23素25施27§2-2四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效§ 2 - 3影響充氣效率的各種因§ 2 -4提高充氣效率的措

§ 25進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)29量30燒32成32程36響，9室41燒46成46程49室57染60治60治63性§ 2-6單位時(shí)間充氣量與循環(huán)充氣第三章柴油機(jī)混合氣;形成和燃§3-1柴油機(jī)混合氣形§3-2柴油機(jī)的燃燒過(guò)§3-§-33柴油；機(jī)供4油系統(tǒng)的柴工作油特性及機(jī)其對(duì)的燃;曉過(guò)燃程的影3燒第四章汽油機(jī)混合氣；形成和燃§4-1汽油機(jī)混合氣形§4-2汽油機(jī)的燃燒過(guò)§4-3汽油機(jī)的燃燒第五章發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及排放污§51發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲污染及防§52發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染及防第六*發(fā)動(dòng)機(jī)特—一§ 6—1發(fā)動(dòng)機(jī)X況和性能指標(biāo)6分析6式66性66性70性72§6-2發(fā)動(dòng)機(jī)速度向§6—3發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特§6-4發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有行§65發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速特性73正§6—6大氣修第七章發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)7架試7驗(yàn)—§71測(cè)量與計(jì)7算參9數(shù)79蜃§72參數(shù)的測(cè)7§7-3測(cè)取方9法第八章車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣渦8輪增壓概3述85緒論能量轉(zhuǎn)換：發(fā)動(dòng)機(jī)一燃料的化學(xué)能f熱能f機(jī)械能機(jī)械能、電能等一高級(jí)能源；熱能一低級(jí)能源《發(fā)動(dòng)機(jī)原理》課研究：熱能一機(jī)械能（轉(zhuǎn)換效率：理論上小于100%）機(jī)械能f熱能（轉(zhuǎn)換效率：理論上可達(dá)100%）發(fā)動(dòng)機(jī)：燃機(jī)和外燃機(jī)車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)：間歇工作式發(fā)動(dòng)機(jī)四個(gè)沖程中只有一個(gè)沖程做功，做功不連續(xù)。燃?xì)廨啓C(jī)：連續(xù)工作式發(fā)動(dòng)機(jī)一分類(lèi)（-）種類(lèi)1往復(fù)活塞式（普遍）轉(zhuǎn)子式一汪克爾式（THEWANKELENGINE）早在19世紀(jì)，就有人設(shè)想過(guò)，但泄漏問(wèn)題是這種發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的致命弱點(diǎn)。它結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，是高速車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向之一。1956年德國(guó)工程師汪克爾制造出樣機(jī)。目前日本已用于小轎車(chē)上，時(shí)速200km/h左右。但光泄漏損失就要占30%以上。目前我國(guó)蘇杭等地已經(jīng)生產(chǎn)出了樣機(jī)。與往復(fù)式比較應(yīng)特別注意的一點(diǎn)是，往復(fù)式活塞在上下止點(diǎn)都稍有短暫的停留，與一般認(rèn)為的觀點(diǎn)相反，運(yùn)動(dòng)方向的這些改變并不影響它的效率；也就是說(shuō)，在這個(gè)過(guò)程中，并沒(méi)有什么固有的損失。旋轉(zhuǎn)式比往復(fù)式的優(yōu)越之處主要是幾何形狀上的緊湊性及由此而引起的一些優(yōu)越之處，并非直接在氣體動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)方面有何優(yōu)越之處。擺動(dòng)活塞式(ROCKINGPISTONENGINE)1979年日瓦發(fā)動(dòng)機(jī)展覽會(huì)上，展出了瑞士索羅圖恩的薩爾茨曼(W.Salemann)設(shè)計(jì)部門(mén)的擺動(dòng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。斯特林(THESTIRLINGENGINE)1816年由羅伯特?斯特林設(shè)想在氣缸外部燃燒的一種熱力發(fā)動(dòng)機(jī)(外燃機(jī))，是現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)引人注目的一種。自由活塞式(FREEPISTONENGINE)只相當(dāng)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)獍l(fā)生器。(二)往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)我們這門(mén)課主要研究目前汽車(chē)上廣泛應(yīng)用的往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。1按用途分類(lèi)(1)灌溉(抽水)用點(diǎn)工況(2)電站用n=const.線(xiàn)工況固定式柴油機(jī)或機(jī)組(3)船舶用Ne=kn3(螺旋槳曲線(xiàn))線(xiàn)工況大型、低速柴油機(jī)(4)汽車(chē)、拖拉機(jī)用變工況-面工況 中小型、高速柴油機(jī)(5)發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)大型高速柴油機(jī)組(6)工程機(jī)械(礦山機(jī)械、建筑、石油鉆探)多變型(7)坦克V型、多缸機(jī)(8)飛機(jī)星型(徑向式)已基本不用2按燃油種類(lèi)分類(lèi)汽油機(jī)，柴油機(jī)3按點(diǎn)火方式分類(lèi)自行著火(壓燃式)，外源點(diǎn)火(點(diǎn)燃式)4按工作循環(huán)分類(lèi)四沖程，二沖程5按冷卻方式分類(lèi)水冷，風(fēng)冷6按汽缸排列分類(lèi)直列式，臥式，V型，星型(徑向式)7按汽缸數(shù)目分類(lèi)單缸機(jī)，多缸機(jī)(2,3,4,5,6,8,10,12,14,16缸…)8按轉(zhuǎn)速分類(lèi)(1)低速：n<500r/min中速：500r/min<n<1500r/min高速：n>1500r/min但沒(méi)有明確的界限。9按增壓分類(lèi)增壓，非增壓10按能源分類(lèi)(代用燃料)壓縮天然氣，液化天然氣，液化石油氣，氫氣，甲醇，乙醇，二甲醛，植物油，電瓶，太陽(yáng)能二優(yōu)缺點(diǎn)(―)優(yōu)點(diǎn)1有效熱效率高蒸汽機(jī)11?16%,蒸汽輪機(jī)30%,汽油機(jī)30%,柴油機(jī)40%,增壓柴油機(jī)46%以上2功率圍廣Ne=0.6?35000kw3比重量小，升功率大(體積小、重量輕)比重量：柴油機(jī)3.7kg/kw,車(chē)用汽油機(jī)1.37kg/kw4起動(dòng)性好可很快達(dá)到全負(fù)荷（二）缺點(diǎn)1對(duì)燃料要求高石油緊，汽油、柴油價(jià)格高；要求一定的標(biāo)號(hào)。2噪聲、排污3結(jié)構(gòu)較復(fù)雜三現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展60年代以前：動(dòng)力性，可靠性，耐久性70?80年代：經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)力性90年代口號(hào)：清潔，經(jīng)濟(jì)，安全1相關(guān)學(xué)科日益增多，學(xué)科之間相互滲透2標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，通用化（三化）3新材料，新工藝，新產(chǎn)品4使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、計(jì)算零部件及其配合，精密、準(zhǔn)確、優(yōu)化5設(shè)計(jì)、零部件生產(chǎn)商分散f集中f分散由分散的小公司到集中的大型脫拉斯，如今又分散到小公司，其主要原因是優(yōu)化產(chǎn)品，節(jié)省開(kāi)支，降低成本。甚至象豐田、寶馬這樣的超級(jí)企業(yè)有時(shí)也需合作開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。6電控應(yīng)用日益增多，混合氣制備更加完善7檢測(cè)設(shè)備與手段先進(jìn)8低排放的代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)正在普及，零排放的正在開(kāi)發(fā)并進(jìn)入實(shí)用四本課程的研究對(duì)象和任務(wù)（一）對(duì)象本課程以性能指標(biāo)作為研究對(duì)象深入到工作過(guò)程的各個(gè)階段，分析影響性能指標(biāo)的各種因素，找出規(guī)律，研究提高性能指標(biāo)的措施與途徑。（二）性能指標(biāo)1動(dòng)力性指標(biāo)（功率、扭矩、轉(zhuǎn)速）2經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)（燃料和潤(rùn)滑油的消耗量及消耗率）3運(yùn)轉(zhuǎn)性指標(biāo)（冷起動(dòng)性、噪聲和排氣品質(zhì)）衡量發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，還要考慮可靠性，耐久性，加工容易，操縱維修方便，成本核算等,全面綜合評(píng)定。（三）工作過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)沖程（四個(gè)）：吸氣T壓縮T做功->排氣熱力過(guò)程（五個(gè)）：吸氣-壓縮-燃燒一膨脹一排氣燃燒f膨脹為能量轉(zhuǎn)換過(guò)程

（四）任務(wù)研究熱力過(guò)程，熱力循環(huán)，整機(jī)性能明確基本概念，基本技能。培養(yǎng)綜合分析問(wèn)題的能力。（五）單位制我國(guó)的法定計(jì)量單位第一章發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)及性能指標(biāo)§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)概述一實(shí)際循環(huán)向理想循環(huán)的簡(jiǎn)化（-）實(shí)際循環(huán)（以車(chē)用柴油機(jī)為例）1進(jìn)氣過(guò)程：0?1(2壓縮過(guò)程：1?2(初期：工質(zhì)吸熱;3燃燒過(guò)程：2?3?44膨脹過(guò)程：4?5(初期：工質(zhì)放熱;5排氣過(guò)程：5?0(p>p0^p<p0)PT,tT)后期：工質(zhì)放熱。(pTT,tTT)pLtJ)后期：工質(zhì)吸熱。P>Po)(二)實(shí)際循環(huán)的簡(jiǎn)化1忽略進(jìn)、排氣過(guò)程2壓縮、膨脹過(guò)程(復(fù)雜的多變過(guò)程)簡(jiǎn)化為絕熱過(guò)程3燃燒過(guò)程簡(jiǎn)化為定容加熱過(guò)程(2?3)和定壓加熱過(guò)程(3?4)4排氣放熱簡(jiǎn)化為定容放熱過(guò)程5假定工質(zhì)為定比熱的理想氣體二理想循環(huán)及其分析比較(-)混合加熱循環(huán)一車(chē)用柴油機(jī)的理想循環(huán)1循環(huán)特征參數(shù)(1)壓縮比V)C* 1O-—嶺(2)壓力升高比Pl(3)預(yù)脹比V4P=~2熱效率“出"_"二1__J0 / %v+91p1A.pk—1計(jì)算得：rj=1 —?- - ' ￡k~}(4一1)+左4(夕一1)3分析(1)￡為定值ttn(汽油機(jī)，定容加熱循環(huán))pT—>qtop=1—>qt=coi；當(dāng)￡=20左右時(shí)，￡?^ntttn(汽油機(jī)，定容加熱循環(huán))不大不大（二）定容加熱循環(huán)（奧托OTTO循環(huán)）-汽油機(jī)的理想循環(huán)1熱效率因?yàn)椋侯A(yù)脹比p=—=1叱,1所以：熱效率=1———2分析p=1-r|t=const.eTT|tT;當(dāng)￡=10左右時(shí)，eTT|tT且汽油機(jī)容易爆燃，因此，汽油機(jī)￡=6-10（三）定壓加熱循環(huán)（狄賽爾DIESEL循環(huán)）一船舶用大型低速柴油機(jī)的理想循環(huán)1熱效率因?yàn)椋簤毫ι弑?=—=1〃21pk—1所以：熱效率T].=1 -j—r' "-女（夕-1）2分析￡為定值pTfT|tJP為定值eT->T]t?（四）三種理想循環(huán)熱效率的比較1初態(tài)1相同，壓縮比￡相同，加熱量ql相同

>7,m>7,p2初態(tài)1相同，最高壓力”max、最高溫度Znax相同，放熱量q2相同〃小<7M<3A5補(bǔ)燃損失補(bǔ)燃損失1 v§1-2發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)加上各項(xiàng)損失后，即可分析發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)。-工質(zhì)改變損失（）工質(zhì)性質(zhì)理論上：理想氣體，雙原子氣體。實(shí)際上：燃燒前：燃料+空氣；燃燒后：燃燒產(chǎn)物。（二）比熱理論上：定比熱實(shí)際上：溫度tTf比熱cT（三）高溫分解例C+0-CO+熱量［+0\fC02+熱量其中CO為中間產(chǎn)物，C02為最終產(chǎn)物。若遇高溫，則會(huì)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，即高溫分解：C02fCO+0-熱量這部分熱量雖然在膨脹過(guò)程中還可能會(huì)釋放出來(lái)，但由于活塞已接近下止點(diǎn)，做功效果變差，熱效率下降。二傳熱、流動(dòng)損失（-）傳熱損失理論上：壓縮、膨脹過(guò)程為絕熱過(guò)程。實(shí)際上：大量熱量通過(guò)汽缸壁傳給冷卻水或空氣。傳熱損失是發(fā)動(dòng)機(jī)中的最大損失，占總損失量的30%以上。因此，許多研究者致力于開(kāi)發(fā)絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)。(二)流動(dòng)損失理論上：閉口系統(tǒng)，沒(méi)有氣體流動(dòng)損失。實(shí)際上：進(jìn)、排氣節(jié)流沿程損失，缸進(jìn)氣、擠壓、燃燒渦流損失。三換氣損失理論上：忽略進(jìn)、排氣過(guò)程。實(shí)際上：進(jìn)、排氣門(mén)提前開(kāi)啟，遲后關(guān)閉。而且有流動(dòng)阻力。換氣損失中逆向循環(huán)所包圍的面積為泵氣損失。泵氣損失包含在換氣損失之中。四時(shí)間損失理論上：定容加熱瞬間完成，定壓加熱速度與活塞運(yùn)行速度密切配合。實(shí)際上：燃燒需要時(shí)間。五補(bǔ)燃損失理論上：加熱瞬間停止，膨脹過(guò)程無(wú)加熱。實(shí)際上：雖然大部分(80%以上)燃料在燃燒過(guò)程中燃燒掉，但仍有小部分燃料會(huì)拖到膨脹線(xiàn)上才燃燒，做功效果變差，熱效率下降。六泄漏損失理論上：閉口系統(tǒng)，無(wú)泄漏。實(shí)際上：活塞氣環(huán)不會(huì)100%嚴(yán)密密封，總會(huì)有些氣體竄到曲軸箱中，造成損失。§1-3熱平衡總熱量： QT=GThu 分別轉(zhuǎn)化為-有效功的熱量QEQe=3.6X1()3Ne[kJ/h] (1kw/h=3.6XIO3kJ)只有這部分熱量做了功，是有用的，所以希望越大越好。一般柴油機(jī)：30?40%；汽油機(jī)：20~30%?令Qe=

Qt二傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量QSQs=GSCS(t2~t0%=￡~Qt其中Gs—發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻介質(zhì)的每小時(shí)流量[kg/h]cs—冷卻介質(zhì)比熱[kJ/kg,℃]tl,￡2—冷卻介質(zhì)的進(jìn)、出口溫度[℃]三廢氣帶走的熱量QRQr=（Gr+Gk）（Cp/2-Cpt［）分=目其中Gr—燃料量［kg/h］而一空氣量［kg/h］cpi^一廢氣比熱［kJ/kg,℃］cp—空氣比熱［kJ/kg,℃］tl,t2一進(jìn)、排氣溫度［℃］四燃料不完全燃燒的熱損失QB=。7（1-%）其中77r—燃料效率五其它熱量損失aQl=Qt~（Qe+Qs+Qr+Qb^4/=d-（隨+0S+分+%）發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡方程式：Qe+Qs+Qr+Qb+（il=1§1-4指示指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)：指示指標(biāo)，有效指標(biāo)指示指標(biāo)：以工質(zhì)在汽缸對(duì)活塞做功為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)工作循環(huán)的質(zhì)量。有效指標(biāo)：以曲軸上得到的凈功率為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)整機(jī)性能。示功圖：發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓力p隨汽缸容積V（p-V圖）或曲軸轉(zhuǎn)角（|）（pR圖）變化的圖示?！甘竟推骄甘緣毫Γㄒ唬┲甘竟骋粋€(gè)循環(huán)工質(zhì)對(duì)活塞所做的有用功。四沖程非增壓四沖程增壓 二沖程2=史—2=史—叩t 30r應(yīng)該：非增壓：Fj=F、-F2增壓：Fj=F[+F?因?yàn)椋汉蟛蝗菀诇y(cè)量，實(shí)際將B歸到機(jī)械損失中考慮。所以：耳=F、W^Frab其中a—橫、縱座標(biāo)比例尺指示功大，說(shuō)明。汽缸工作容積大。熱功轉(zhuǎn)換有效程度大。為突出后者，比較不同大小發(fā)動(dòng)機(jī)的熱功轉(zhuǎn)換有效程度，引入平均有效壓力的概念。（二）平均指示壓力單位汽缸工作容積所做的指示功。WP；=—（假想?yún)?shù)）Vh其中%—每缸工作容積。P,柴=686-981[kpa]Pi汽=784-1180[kpa]二指不功率Nj單位時(shí)間所做的指示功。若：缸數(shù)i,每缸工作容積v〃[轉(zhuǎn)速n[r/min]o則N：=W：'i ，z6030rz\10-3[kw]若：每缸工作容積V人[L],平均指示壓力PZ[bar]o則z 300rz 300r[kw]三指示比油耗和指示熱效率（―）指示比油耗單位指示功率的耗油量。2：=——X1（）3[g/kw?h]

?G7一每小時(shí)耗油量[kg/h]（二）指示熱效率z。，.一做叱指示功所消耗的熱量。3.6xlO6"i= "gihU兒一燃料的低熱值。TJi柴=0.43?0.50 gj柴=170?200[g/kw?h]1/i汽=0.25?0.40 gj汽=230?340[g/kw?h]§1-5有效指標(biāo)一有效功率和機(jī)械損失功率（一）有效功率單位時(shí)間所做的有效功。N=PeYhJ±xjq-31kw】’ 30r其中一平均有效壓力。（二）機(jī)械損失功率發(fā)動(dòng)機(jī)部損耗的功率。機(jī)械損失包括：發(fā)動(dòng)機(jī)部摩擦損失；驅(qū)動(dòng)附件損耗，如：機(jī)油泵、燃油泵、掃氣泵、冷卻水泵、風(fēng)扇、配氣；和泵氣損失等。N—PmVhi幾y[rj-3r,Ns= XiuLkw」m30rN=N--N1e im其中〃機(jī)一平均機(jī)械損失壓力。二有效扭矩Mg功率輸出軸輸出的扭矩。Ne=Me [w],60x103Menr、

~ [kw]9550三平均有效壓力pe單位汽缸工作容積所做的有效功。由干 Z—Pe"h'八乂1n-3「心n由于 N。= xJULkwJ' 30rNPi'hx|Q-3[kw]' 30rpeNe所以—=T7-Pe=Pi-PmPiNiMTpe—3.14 [kpa]VhiPe0cMe柴=588?883[kpa] 汽=588-981[kpa]四升功率和比重量（-）升功率N/單位汽缸工作容積所發(fā)出的功率。N]=--=X10一°[kw/1]

30r（二）比重量Ge發(fā)動(dòng)機(jī)凈重量G與所發(fā)出有效功率Ng的比值。G'G'二[kg/kw]NJ,G4f發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度高。N/車(chē)柴=11~26[kw/1] Ge車(chē)柴=4?9[kg/kw]N/拖柴=9?15[kw/1] Ge拖柴=5.5?16[kg/kw]Ni汽=22~55[kw/1] Ge汽=L35~4[kg/kw]可見(jiàn)，汽油機(jī)的強(qiáng)化程度要比柴油機(jī)的高。五有效比油耗和有效熱效率（一）有效比油耗且6單位有效功率的耗油量。ge=xio3[g/kw?h]G7—每小時(shí)耗油量[kg/h]（二）有效熱效率〃e_暝。6一做也有效功所消耗的熱量。3.6xlO6“二 ；一8ehu%,柴=0.30?0.40 ge,柴=218?285[g/kw-h]%,汽=0.20?0.30 ge,汽=285?380[g/kw-h]由此可見(jiàn)，柴油機(jī)的熱效率比汽油機(jī)的高，經(jīng)濟(jì)性比汽油機(jī)好。§1-6機(jī)械損失一機(jī)械效率r1m對(duì)于不同類(lèi)型一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)有效功率與指的發(fā)動(dòng)機(jī)，絕對(duì)損失大的，其相對(duì)損失卻不一定也大。必須有,故引進(jìn)機(jī)械效率的概念。示功率的比值。_Ne_Pe_]_N團(tuán)__PmLnJPi~n「PlNe=>N,一7>〃〃7T性能好，所以應(yīng)盡量提高〃〃?。孫柴=0.7?0.85〃科汽=0.7?0.9二機(jī)械損失的測(cè)定（一）倒拖法一只能在電力測(cè)功機(jī)上試驗(yàn)在壓縮比不很高的汽油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。發(fā)動(dòng)機(jī)與電力測(cè)功機(jī)相連。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，冷卻水溫度、機(jī)油溫度達(dá)正常值。然后使發(fā)動(dòng)機(jī)在給定工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的供油（Nj=0,Pi=0）o將電力測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)使用，在給定轉(zhuǎn)速下倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)，并維持冷卻水溫度和機(jī)油溫度不變。由于此時(shí)N〃？=—Ne，因此從電力測(cè)功機(jī)上所測(cè)得的倒拖功率Ne即為發(fā)動(dòng)機(jī)在該工況下的機(jī)械損失功率（二）滅缸法一僅適用于多缸機(jī)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整到以給定工況穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后，先測(cè)出整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率Ne。之后，在柴油機(jī)油門(mén)拉桿或齒條位置、或汽油機(jī)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度固定不動(dòng)的情況下，停止向某一汽缸供油或點(diǎn)火。調(diào)整測(cè)功機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)到原來(lái)的轉(zhuǎn)速，重新測(cè)定有效功率Ne,［（其余五個(gè)汽缸的有效功率），N）必然小于Ne（一缸熄火），兩者之差即為滅掉缸的指示功率Np=Ne-Ney因?yàn)镹q=Ni—N*i=（M+2”）—（M』+n如）=乂— 逐次滅缸，則整X臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率為Nj=X（Ne-Nei）x,其中X為總缸數(shù)。1=1如果各缸負(fù)荷均勻，則僅測(cè)一個(gè)缸，即滅火一次即可，Ni=x（Ne-Nei）o這樣,整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失功率為Nm=N,-Ne,機(jī)械效率為rjm=Ne/Nio其它還有示功圖法，油耗線(xiàn)法等。三影響機(jī)械效率的因素（一）轉(zhuǎn)速其中。加一活塞平均運(yùn)行速度。與幾乎呈直線(xiàn)關(guān)系。〃加與n似呈二次方關(guān)系。nT->□慣性力T-?活塞對(duì)缸壁的側(cè)壓力T->軸承負(fù)荷T□各摩擦副相對(duì)速度Tt摩擦損失T□泵氣損失T,驅(qū)動(dòng)附件損耗T-

（二）負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷口柴油機(jī)：油門(mén)拉桿或齒條位置機(jī)：節(jié)氣門(mén)開(kāi)度轉(zhuǎn)速n一定，負(fù)荷J時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒劇烈程度J,平均指示壓力〃*；而由于轉(zhuǎn)速不變,平均機(jī)械損失壓力基本保持不變。則〃m=l— 機(jī)械效率下降。pN當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有效功率=0,指示功率Nj全部用來(lái)克服機(jī)械損失功率即=N,〃，因此，77,7=0.l?l' ， fit- ■ftL由于車(chē)用柴油機(jī)普遍在高轉(zhuǎn)速、較低負(fù)荷下工作，機(jī)械效率下降嚴(yán)重。因此，機(jī)械效率對(duì)于車(chē)用柴油機(jī)尤為重要。（三）潤(rùn)滑油品質(zhì)和冷卻水溫度潤(rùn)滑油粘度影響潤(rùn)滑效果潤(rùn)滑油溫度影響潤(rùn)滑油粘度冷卻水溫度影響潤(rùn)滑油溫度即冷卻水、潤(rùn)滑油溫度通過(guò)潤(rùn)滑油粘度間接影響潤(rùn)滑效果。1潤(rùn)滑油粘度（牌號(hào)）J；冷卻水溫度TT潤(rùn)滑油溫度TT潤(rùn)滑油粘度J—>潤(rùn)滑效果T—>摩擦J—>Nm,p2潤(rùn)滑油粘度（牌號(hào)）J1；冷卻水溫度TTt潤(rùn)滑油溫度TTt潤(rùn)滑油粘度油膜破裂趨勢(shì)TTt摩擦MtNm,pmnt7]mU3潤(rùn)滑油中雜質(zhì)fT摩擦TTNm，p,/T〃,小要求：定期保養(yǎng)、清洗機(jī)油濾清器，5000?10000公里換機(jī)油。§1-7燃燒熱化學(xué)一燃料的完全燃燒（一）理論空氣量41目的：1kg燃料完全燃燒所需要的空氣量與2已知條件：1kg燃料中所含gckg碳，gHkg氫氣，g0kg氧氣汽油：gc=0.855[kg/kg],gH=0.145[kg/kg],go=0[kg/kg]柴油：gc=0.87[kg/kg],gH=0.126[kgkg],go=0.004[kg/kg]3化學(xué)反應(yīng)方程式c+~>co,H2+-O2f”2。4需要總的。2量C+ 。2 -。。2%+］。2fH2O1kmol 1kmol1kmol1kmol1一kmol21kmol11kg —kmol121—kmol121kg1-kmol41一kmol2, 8c,igckg -kmolSc kmol12gHkg8h.ikmol4gH,?kmol25燃料中所含的。2量go[kg]=M[kmol]

J，6所需空氣中的4量=總的。2l藐料中所含的。2量7所需空氣量（目的）kmol空氣中氧氣成分約占21%,所以

r_1 ,8h,So\r.-IiL(\= ( 1 1 )[kmol/kg]TOC\o"1-5"\h\z0.2112 4 32(2)(3)kg(2)(3)空氣的折合分子量為28.95,即1kmol空氣=28.95kg空氣，所以[kg/kg]J_28.95gcgH,Lf)= \ 1 1-[kg/kg]0.2112 4m31kmol空氣=22.4m3空氣，所以t22.4g。 g” g。r3,1Ln= ( 1 1 )Cm/kg]°0.2112 4 32（二）過(guò)量空氣系數(shù)和空燃比1過(guò)量空氣系數(shù)aLa=一L。燃燒1依燃料實(shí)際供給的空氣量一完全燃燒1依燃料理論上所需要的空氣量表示混合氣的濃稀程度。a大->混合氣??；a小->混合氣濃一般，柴油機(jī)：a>1；汽油機(jī)：a41。2空燃比A/FA/F=aL^空氣量一燃料量:表示混合氣的濃稀程度。A/F大->混合氣?。籄/F小T混合氣濃（三）分子變更系數(shù)1理論分子變更系數(shù)〃o"o=二燃燒后工質(zhì)的摩爾數(shù)一燃燒前工質(zhì)的摩爾數(shù)〃0個(gè)T容積變化大T膨脹做功好f（1）完全燃燒：

(2)不完全燃燒:+(2)不完全燃燒:+SoZ32

aL。0.21(1-。)\+彗+4o=]+ -aL。2實(shí)際分子變更系數(shù)4M2+Mr〃o+-4二 M}+Mr1+rr=Mr/a"—r=Mr/a"—?dú)堄鄰U氣系數(shù)。二燃料的不完全燃燒第五章發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及排放污染噪聲：汽車(chē)的主要噪聲源一發(fā)動(dòng)機(jī)。汽油機(jī)的主要噪聲源一風(fēng)扇噪聲和配氣噪聲。柴油機(jī)的主要噪聲源一燃燒噪聲。柴油機(jī)的噪聲比汽油機(jī)的大。排放：汽油機(jī)的CO、NO、.和排放比柴油機(jī)的多，柴油機(jī)的炭粒排放比汽油機(jī)的多?！?-1發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲污染及防治GB規(guī)定：城市噪聲聲壓級(jí)白天一￡〃W42[dB],夜間一Lp<37[dB]。一噪聲的評(píng)價(jià)指標(biāo)（一）噪聲的物理參數(shù)1聲壓p聲波通過(guò)介質(zhì)時(shí)，波峰處的壓力升高量[pa]o2聲壓級(jí)Lp-無(wú)因次參數(shù)L,-20lg-^-[dB]Po其中〃0—1000[Hz]時(shí)的基準(zhǔn)聲壓，即聽(tīng)閥聲壓，Po=2X10-5[paL人耳能聽(tīng)到的聽(tīng)閥聲壓=2x10—5[pa],產(chǎn)生疼痛的痛閥聲壓=20[pa]0相差100萬(wàn)倍左右。3聲強(qiáng)I單位時(shí)間、單位面積上通過(guò)的聲能[W/m2]o4聲強(qiáng)級(jí)Lj-無(wú)因次參數(shù)L[=101g [dB]【0其中，0—1000[Hz]時(shí)的基準(zhǔn)聲強(qiáng)，￡0=10-12[w/m2]o5聲功率W聲源在單位時(shí)間所輻射的總能量[W卬二￡?lnds其中S—包圍聲源的封閉面面積；In-聲強(qiáng)在微元面積ds法線(xiàn)方向的分量。（1）在自由場(chǎng)中，聲波球面輻射，則4萬(wàn)尸（2）在開(kāi)闊地面上，聲波半球面輻射，則,W2/半球=二一21W/m]271r6聲功率級(jí)Lw-無(wú)因次參數(shù)Lw=101g [dB]其中％—基準(zhǔn)聲功率，Wo=10-12[w]。聲壓級(jí)Lp,聲強(qiáng)級(jí)。和聲功率級(jí)4〃的圍均為0~120[dB]o7頻率與頻帶人耳能聽(tīng)到的聲音頻率圍為20?20,000[Hz]。將其分為若干個(gè)頻率段一頻帶或頻程。常用倍頻程和1/3頻程。倍頻程的中心頻率—31.5,63,125,250,500,1000,2000,4000,8000,16000--中心頻率/1中，上限頻率/上和下限頻率/下的關(guān)系為拄=&/中；/下二―中；九=2/下。頻譜圖一橫坐標(biāo)：頻率（頻帶），縱坐標(biāo)：聲壓級(jí)￡夕，聲強(qiáng)級(jí)乙或聲功率級(jí)Lw0（二）主觀評(píng)價(jià)一響度級(jí)即使聲壓級(jí)相同，而頻率不同，人耳所感受到的聲音響度就會(huì)不同，主觀評(píng)價(jià)參數(shù)一響度級(jí)[方]（[phon]）o以1000[Hz]的純音為基準(zhǔn)聲音，當(dāng)某噪聲的響度與某聲壓級(jí)的純音響度相同時(shí)，則該純音的聲壓級(jí)[dB]即為該噪聲的響度級(jí)[phon]。頻率如圖的ISO等響曲線(xiàn)由大量試驗(yàn)得出1100Hz以下的噪聲，雖然聲壓級(jí)［dB］較高，但響度級(jí)［phon］卻低，人耳不敏感。低頻、低聲壓級(jí)［dB］的噪聲，人耳聽(tīng)不到。2同一聲壓級(jí)［dB］下，人耳對(duì)頻率為3000?4000Hz的噪聲（波谷）最為敏感，其響度級(jí)［phon］最高。3聲壓級(jí)高于100LdB］時(shí)，等響曲線(xiàn)平緩，響度級(jí)［phon］僅與聲壓級(jí)［dB］有關(guān)，而與頻率［Hz］幾乎無(wú)關(guān)。說(shuō)明對(duì)于高［dB］的噪聲，人耳已分辨不出高、低頻了。二發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲分析（一）車(chē)輛噪聲源1與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n有關(guān)的噪聲源進(jìn)、排氣噪聲；旋轉(zhuǎn)件噪聲一風(fēng)扇，空氣壓縮機(jī)，發(fā)電機(jī)和空調(diào)等。2與車(chē)速有關(guān)的噪聲源傳動(dòng)噪聲一變速器，傳動(dòng)軸等；空氣動(dòng)力噪聲一輪胎噪聲，車(chē)體噪聲等。（二）發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲源一主要噪聲源1直接傳向大氣的噪聲源進(jìn)、排氣噪聲和風(fēng)扇噪聲等一屬于空氣動(dòng)力噪聲。2發(fā)動(dòng)機(jī)表面輻射噪聲源由發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的機(jī)械振動(dòng)引起。（1）燃燒噪聲 -T,pmaxT,還與發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的強(qiáng)度、剛度有關(guān)。kep（2）機(jī)械噪聲一發(fā)動(dòng)機(jī)零部件之間的間隙撞擊和零部件彈性變形，導(dǎo)致零部件振動(dòng)引起。三發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的防治（一）降低燃燒噪聲Ap, ,1采用油膜蒸發(fā)型混合氣形成方式一M過(guò)程一二~，〃皿作』。2盡量使噴油先緩后急一推遲噴油開(kāi)始時(shí)刻T42，"max）。a /niaA\（p3使用十六烷值高的燃料-r,4o（二）加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度加固主軸承，多加和加固加強(qiáng)筋。（三）采用隔聲罩殼材料：鋼板、玻璃纖維和其它消聲材料。部位：曲軸箱側(cè)壁和排氣總管。（四）采用排氣消聲器排氣消聲器一聲濾波器，隨頻率變化。1阻性消聲器一主要用于小轎車(chē)聲學(xué)性能主要取決于聲吸收構(gòu)造和材料的流動(dòng)阻力。降低噪聲的頻帶較廣。2抗性消聲器一主要用于載貨汽車(chē)聲學(xué)性能主要取決于消聲器的幾何形狀，造成排氣聲能阻抗失配。阻抗失配使部分聲能在消聲器來(lái)回反射震阻礙向外輻射。3阻抗復(fù)合式消聲器一用于各種汽車(chē)以抗性消聲器為基礎(chǔ)，同時(shí)采用吸聲材料，可使排氣噪聲大幅度降低。（五）低噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足基本性能的前提下，按降聲原理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)?！?-2發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染及防治一發(fā)動(dòng)機(jī)的污染源（一）排氣污染一占發(fā)動(dòng)機(jī)總污染量的65?85%1一氧化碳CO2氮氧化合物NOX3碳?xì)浠衔颒C4燃料液滴和炭粒5各類(lèi)鉛、硫化合物（二）曲軸箱通風(fēng)污染一占發(fā)動(dòng)機(jī)總污染量的20%左右主要是碳?xì)浠衔颒CO（三）汽油箱通風(fēng)污染一占發(fā)動(dòng)機(jī)總污染量的5%左右主要是碳?xì)浠衔颒Co（四）化油器浮子室及油泵接頭處的泄漏污染一占發(fā)動(dòng)機(jī)總污染量的5-10%主要是碳?xì)浠衔颒Co(五)含鉛、磷汽油所形成的鉛、磷污染本課程只討論第一項(xiàng)一發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣污染。二發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的形成、危害和防治(一)一氧化碳co1形成C+0CO[+0]->co2[中間產(chǎn)物]產(chǎn)生的原因是缺氧。汽油機(jī)上一a<1的濃混合氣；柴油機(jī)上一a>1,但局部過(guò)濃的混合氣。2危害煤氣中毒一人體血液中的血紅素對(duì)CO的親和力比對(duì)。2的高，引起含CO的血紅素所占比例增高，造成人體缺氧窒息。3防治(1)稀薄燃燒與高能點(diǎn)火使混合氣的af,而又能夠正常燃燒。(2)縮小燃燒室的激冷區(qū)激冷區(qū)一燃燒室中由兩個(gè)以上冷表面構(gòu)成的狹窄空間，如擠氣間隙。激冷效應(yīng)一靠近激冷區(qū)的可燃混合氣，熱損失過(guò)多而不能著火?？s小燃燒室的激冷區(qū)T燃燒易于完全TC0L(二)氮氧化合物NOX1形成(1)燃燒溫度高(2)高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)(3)火焰前鋒面中氧氣的濃度高產(chǎn)生的原因是高溫。2危害(1)與肺中的水蒸汽粘合而形成稀硝酸，引起肺水腫和肺氣流阻力明顯上升。(2)與HC反應(yīng)生成光化學(xué)過(guò)氧化物，是光化學(xué)煙霧的主要成分。3防治(1)降低壓縮比sT缸溫度JTNOd。(2)減小點(diǎn)火提前角0T缸溫度JTNO、1。(3)廢氣再循環(huán)，缸噴水，采用乳化油，al或aT->缸溫度JTNO~。(4)分層燃燒f降低混合氣的均勻性T缸溫度JTNOx'。(5)加強(qiáng)燃燒室氣流運(yùn)動(dòng)—混合氣混合、燃燒迅速-高溫持續(xù)時(shí)間Jf(三)碳?xì)浠衔颒C1形成(1)局部混合氣過(guò)濃或過(guò)稀使氧化反應(yīng)減慢，熱損失相對(duì)增加，不能著火。(2)某微小單元的混合氣面容比大，熱損失大，不能著火。(3)激冷效應(yīng)。2危害(1)3.4苯并茂—致癌物質(zhì)。(2)苯甲醛和丙烯醛一強(qiáng)烈刺激眼睛和呼吸器官。(3)光化學(xué)煙霧的主要成分。3防治(1)降低壓縮比sT膨脹沖程中燃燒室壁面溫度和排氣溫度f(wàn)fHCJ。(2)改善燃燒室形狀，降低面容比T散熱損失］-?HC］。(3)稀薄燃燒與高能點(diǎn)火T燃燒完全程度TTHCio(4)減小點(diǎn)火提前角。fHC在膨脹和排氣沖程中燃燒掉。(5)縮小燃燒室的激冷區(qū)T燃燒易于完全THCJ。(6)加強(qiáng)燃燒室氣流運(yùn)動(dòng)T混合氣混合、燃燒完全THCJ。(7)曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)HC-空氣濾清器->進(jìn)氣管T缸再燃燒。(四)燃料液滴和炭粒1燃料液滴柴油機(jī)冷起動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)冒藍(lán)、白煙。藍(lán)、白煙之間沒(méi)有嚴(yán)格的成分差異，均為燃料液滴或水蒸汽，只是微粒的直徑不同而對(duì)光線(xiàn)的反射不同而已。2炭粒柴油機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)冒黑煙。(1)形成缺氧，致使燃燒中間產(chǎn)物C-C,H-C裂化，再聚合成炭粒。柴油機(jī)緩燃期中形成最多。(2)危害A燃燒不完全->經(jīng)濟(jì)性J,動(dòng)力性B污染大氣。C炭粒沉積在活塞、燃燒室和排氣門(mén)等零件表面，使運(yùn)動(dòng)件摩擦損失增大，甚至卡死。(3)防治A稀薄燃燒與高能點(diǎn)火T燃燒完全程度f(wàn)T炭粒B改善霧化質(zhì)量->混合氣混合、燃燒完全T炭粒C加強(qiáng)燃燒室氣流運(yùn)動(dòng)T混合氣混合、燃燒完全T炭粒J。D改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用，加速混合氣形成，提高燃燒速率。E采用乳化油T缸溫度JT中間產(chǎn)物的熱裂反應(yīng)明顯減少。

F加入消煙添加劑一鋼鹽，但有毒。G后期處理小顆粒的炭粒經(jīng)過(guò)靜電、過(guò)飽和水蒸汽、超聲波而聚合成較大顆粒的炭粒，再通過(guò)除塵過(guò)濾器予以?xún)艋?。（一）a〈l一汽油機(jī)1假設(shè)燃料中的。燃燒全部生成了CO和CQ。其中CO是中間產(chǎn)物，即不完全燃燒產(chǎn)物。CQ是最終產(chǎn)物，即完全燃燒產(chǎn)物。8c=8co+gcs2化學(xué)反應(yīng)方程式。+^。2-C+-CO2H2+-O2f"2。需要總的。2量8cokg-O222geo~24kmol8cokg-O222geo~24kmolCO池kmol128c（）2kg°2-C°28CO2gCS kmol kmol1212SeoShkggoSeoShkggo32kmol]TOC\o"1-5"\h\z8c~8cc>2 gco kmol kmol24 12g02T“2。也kmol固且kmol4 24燃料中所含的O2量5空氣中的Q量=總的。2量一燃料中所含的Q量°.2104":屹一3）+箸+”碧

⑼“喈++分卷+警-021L- C—rL-」—心+一氏■)]一°以24+24 3021(12+432“所以gco=24x0214(l-a)所以gCO2=gc—24x0.214)(l—。)8c=8co+8CO26分析（1）當(dāng)￡=4時(shí)，a=i,AlF=8co=°， Scc>2=gcaJ-gco>0, Sc（）2<gcaJ—>使gc=SCO時(shí)gco=0,。全部生成ca此時(shí)的過(guò)量空氣系數(shù)稱(chēng)為臨界a值。記為。行。所以acr所以acrgc24x021、(4)此時(shí)理論上gc<gco，析出炭粒。一般柴油機(jī)的=0.6~0.72o（二）a>1一柴油機(jī)混合氣混合不均勻，局部過(guò)濃或過(guò)稀，造成燃燒不完全。缸情況十分復(fù)雜。三燃料和可燃混合氣的熱值（-）燃料的熱值kg燃料完全燃燒所產(chǎn)生的熱量[kJ]。加入水的汽化潛熱的熱值一高熱值不加入水的汽化潛熱的熱值一低熱值hu發(fā)動(dòng)機(jī)缸高溫，水只能以氣態(tài)存在，故應(yīng)取不加入水的汽化潛熱的熱值,即低熱值。汽油：hu=44100[kJ/kg]；柴油：hlt=42500[kJ/kg]（二）可燃混合氣的熱值hH..=——[kJ/kmol]§1-8發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的著火和燃燒方式P一混合氣的著火（一）柴油機(jī)一低溫多級(jí)自燃16階段一混合階段在壓縮過(guò)程終了時(shí)，燃料噴入汽缸形成可燃混合氣。燃料遇到溫度較高的空氣，開(kāi)始氧化，但速度緩慢，示功圖上的壓縮線(xiàn)沒(méi)有明顯的變化?；旌想A段，為著火做準(zhǔn)備。22階段—第一級(jí)反應(yīng)燃燒的實(shí)質(zhì)是燃料的氧化反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)速度很快時(shí)，火焰就會(huì)出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)八時(shí)間后，反應(yīng)加劇，出現(xiàn)冷火焰，缸壓力超過(guò)壓縮壓力。在這一階段，反應(yīng)生成醛類(lèi)、過(guò)氧化物和一氧化碳等中間產(chǎn)物。要求混合氣較濃，a=0.4?0.5。33階段一第二級(jí)反應(yīng)溫度、壓力升高較大，產(chǎn)生許多化學(xué)反應(yīng)的活性中心，出現(xiàn)藍(lán)火焰?；旌蠚庀〉枚?，a略小于lo4，］++,3時(shí)間后—第三級(jí)反應(yīng)活性中心劇增，化學(xué)反應(yīng)加速，熱積累劇烈，發(fā)生爆炸，出現(xiàn)熱火焰?；旌蠚飧?，a?lotx+，2+%3—著火延遲期（二）汽油機(jī)一高溫單級(jí)點(diǎn)燃1壓縮的是燃料與空氣的混合氣體，在此過(guò)程中，已經(jīng)進(jìn)行了一些化學(xué)反應(yīng)。2火花點(diǎn)火，局部溫度高達(dá)2000CTC以上，該處燃料分子直接分裂成大量的自由原子與自由基，迅速反應(yīng)出現(xiàn)熱火焰，瞬間擴(kuò)大到整個(gè)燃燒室。所以，汽油機(jī)著火過(guò)程：壓縮混合氣T點(diǎn)火（經(jīng)短暫著火延遲期）T熱火焰三燃燒方式（-）同時(shí)爆炸燃燒取某一部分為系統(tǒng)，著火前后整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)部分的相完全均勻一致。即相只隨t（時(shí)間）座標(biāo)變化，而不隨x（位移）座標(biāo)變化，為單相系，均勻系。柴油機(jī)上，由于混合氣分配不是十分均勻，總有某一部分混合氣最先著火（一般在噴油嘴附近），取這一部分為系統(tǒng)，則系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的就是同時(shí)爆炸燃燒。汽油機(jī)上，由于火焰有傳播速度（雖然很快，但相對(duì)同時(shí)爆炸燃燒卻很?。?，傳播逐次進(jìn)行，故顯然不是同時(shí)爆炸燃燒。但火花塞間隙處的少量混合氣在電火花作用下，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)爆炸燃燒，從而形成火焰中心。（二）逐漸爆炸燃燒

汽油機(jī)一火焰?zhèn)鞑?。兩相系一混合氣相（未燃區(qū)），燃燒產(chǎn)物相（已燃區(qū)）。火焰前鋒面火花塞◎加熱從火花塞開(kāi)始，緊靠火花塞的那一部分混合氣首先被加熱，使氧化或活性中心增多,發(fā)生燃燒。燃燒又加熱下一層……，一層一層傳播。燃燒主要在火焰前鋒面進(jìn)行?；鹧媲颁h面前方的未燃區(qū)中是混合氣，火焰前鋒面后方的已燃區(qū)中為燃燒產(chǎn)物和一小部分在火焰前鋒面中沒(méi)有燃燒掉的燃料繼續(xù)燃燒。（三）擴(kuò)散燃燒柴油機(jī)的燃燒方式，三相一燃料相，空氣相，燃燒產(chǎn)物相。燃燒產(chǎn)物油滴運(yùn)動(dòng)方向柴油燃點(diǎn)比汽油低，但在日常生活中汽油卻比柴油易燃，原因就在于汽油的揮發(fā)性好，油與空氣形成混合氣較快，物理準(zhǔn)備過(guò)程已經(jīng)就緒，一點(diǎn)即燃。柴油機(jī)中燃燒的快慢卻主要取決于物理準(zhǔn)備過(guò)程進(jìn)行的快慢。油滴遇熱蒸發(fā)形成燃料蒸汽，然后才能燃燒，并非油滴與空氣接觸就可燃燒。為防止燃燒產(chǎn)物將油滴與空氣隔開(kāi)，將組織空氣相對(duì)于油滴的氣流運(yùn)動(dòng)，將燃燒產(chǎn)物拋在后面。燃燒產(chǎn)物油滴運(yùn)動(dòng)方向燃燒是做功之本。燃燒需要空氣與燃料。重量比燃料燃燒是做功之本。燃燒需要空氣與燃料。重量比燃料1空氣15容積比1 液態(tài)1000 氣態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程燃料受機(jī)械控制，容易加入。而汽缸容積就那么大，要想多加空氣就要困難得多。因此,使新鮮介質(zhì)進(jìn)入缸。使新鮮介質(zhì)進(jìn)入缸。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程的研究就顯得尤為重要了?！?-1四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程一配氣定時(shí)與工程熱力學(xué)中介紹的不同，進(jìn)排氣門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉也需要時(shí)間，故在下止點(diǎn)前排氣一排氣提前角40。?80。在上止點(diǎn)后關(guān)閉一排氣遲閉角10。?35。在上止點(diǎn)前吸氣一進(jìn)氣提前角0。?40。在下止點(diǎn)后關(guān)閉一進(jìn)氣遲閉角40°~80°進(jìn)氣提前角+排氣遲閉角一氣門(mén)疊開(kāi)角二換氣過(guò)程（一）排氣過(guò)程1自由排氣階段A排開(kāi)p>〉p' ->p=p'靠缸壓力將氣體擠出氣缸，其中p一缸壓力，p'—排氣管壓力。2強(qiáng)制排氣階段Bp=p'fp4p'靠活塞上行將廢氣擠出氣缸。3超臨界排氣C排開(kāi)-?p=1.9p'在氣閥最小截面處,氣體流速等于該地音速a=不kRTm/so其流量與壓差（p-p,）無(wú)關(guān)，只決定于排氣閥開(kāi)啟面積和氣體狀態(tài)。4亞臨界排氣Dp=1.9p'->排閉。其流量取決于壓差（p-p'）。（二）進(jìn)氣過(guò)程和氣門(mén)疊開(kāi)角由于節(jié)流作用，缸產(chǎn)生負(fù)壓；—?dú)忾y疊開(kāi)角：非增壓：20。?60。CA。太大（引起）T廢氣回流進(jìn)氣道。太小->掃氣作用不明顯。增壓：110°~140°CAO進(jìn)氣管pf,掃氣明顯，氣閥疊開(kāi)角可以增大很多。如6135型高柴：非增壓：40°,增壓：124%掃氣的作用:

1清除廢氣，增加氣缸的新鮮充量。2降低排氣溫度。3降低熱負(fù)荷最嚴(yán)重處(如氣閥、活塞等)的溫度。三換氣損失理論循環(huán)換氣功與實(shí)際循環(huán)換氣功之差。如圖：換氣損失功-X+(Y+W),其中(W+Y)為排氣損失功，X為進(jìn)氣損失功。(一)排氣損失功丫W(wǎng)是因排氣門(mén)提前開(kāi)啟而損失的膨脹功，稱(chēng)為自由排氣損失。丫是活塞作用在廢氣上的推出功，稱(chēng)為強(qiáng)制排氣損失功。排氣提前角T—wT,YJ。綜合效果，要求(Y+W)故(W+Y)有一個(gè)最佳值(W+Y)min。對(duì)應(yīng)排氣提前角亦有一個(gè)最佳值，nTf(W+Y)min?。(二)進(jìn)氣損失功X進(jìn)氣損失功小于排氣損失功，即X〈丫(三)泵氣損失功(X+Y-D)在實(shí)際示功圖中，把(W+d)歸到指示功中考慮。而把泵氣損失功(X+Y-d)歸到機(jī)械損失中考慮?！?-2四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率一充氣效率(―)定義為比較不同大小、不同類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣品質(zhì)和換氣過(guò)程的完善程度，不受氣缸工作容積Vh的影響，引入充氣效率77y的概念。由于有進(jìn)氣阻力等因素的影響，實(shí)際進(jìn)入氣缸中的新鮮充量必然小于理論上進(jìn)氣狀態(tài)下充滿(mǎn)工作容積的新鮮充量。二者之比稱(chēng)為充氣效率"y,即二 實(shí)際進(jìn)入汽缸的新鮮充量”一進(jìn)氣狀態(tài)下充滿(mǎn)汽缸工作容積的新鮮充量△G 匕n- = x--AG。Vh其中：△G,872,V[—實(shí)際充量的重量，質(zhì)量和體積；△G。，△〃《，匕一理論充量的重量，質(zhì)量和體積；進(jìn)氣狀態(tài)：非增壓：空氣濾清器后進(jìn)氣管的氣體狀態(tài)，通常取為當(dāng)?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)。增壓：增壓器出口狀態(tài)。嚴(yán)格地說(shuō)，充氣效率應(yīng)為= 實(shí)際進(jìn)入汽缸的新鮮充量 ”一以標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)充滿(mǎn)汽缸工作容積的新鮮充量更合理。這樣，在后面將要講到的大氣修正中，不同的壓力和溫度下進(jìn)氣量的比值就等于其充氣效率之比。否則，按照前頭的定義式，大氣溫度越高，充氣效率反而會(huì)越高，講起來(lái)似乎無(wú)法接受。而且也不具備可比性。（二）實(shí)際測(cè)量實(shí)際流量=理論流量其中：V；一實(shí)際測(cè)量[m3/h]；=Vh[L].,上,60=0.03匕in[m3/h]h1000 2 h充氣效率是衡量換氣過(guò)程進(jìn)行得完善程度的重要指標(biāo)。柴油機(jī)0.75?0.90汽油機(jī)0.70~0.85二充氣效率的分析式充入汽缸的新鮮充量=缸氣體的總質(zhì)量一缸殘余廢氣質(zhì)量（一）進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸氣體的總質(zhì)量ma=（匕+匕）4其中匕一余隙容積；匕一進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸工作容積；夕。一進(jìn)氣終了缸氣體密度。（二）排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸殘余廢氣的質(zhì)量其中匕.一排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸容積；夕/一排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)缸殘余廢氣密度。（三）充入汽缸的新鮮充量%％夕0=K+匕；）Pa-VrPr其中夕°一大氣狀態(tài)下氣體密度。（四）充氣效率的分析式Am（Vc+Vh）pa-Vrpr

n- = A恤丫小

PrVc+vhpPrVcTOC\o"1-5"\h\zVz V，其中In =￡—壓縮比；Id ~=兔<￡—有效壓縮比；V^VroV V e rcvc c一般￡e=（0?8?0?9）￡。若假設(shè)￡e=￡，有￡P(guān)a-Pr

（￡—1）0）帶入理想氣體狀態(tài)方程式，得1磯義P-?IPol〃L其中P0,4）一大氣壓力和溫度；Pa,7；—進(jìn)氣終了時(shí)缸的壓力和溫度;Prq一排氣終了時(shí)殘余廢氣的壓力和溫度。PqT,〃J-7,T；PrMqT->〃yT。的分析式為定性分析7/□的影響因素提供了依據(jù)?！?-3影響充氣效率的各種因素一進(jìn)氣終了壓力p”（-）進(jìn)氣阻力Pa=P0~^Pa△P/fPa，一對(duì)Pa的影響最大。進(jìn)氣系統(tǒng)的沿程阻力和局部阻力均會(huì)使增大。（二）轉(zhuǎn)速nT->Ap/T-> %J（三）負(fù)荷汽油機(jī)：負(fù)荷Tf節(jié)氣們開(kāi)度T（質(zhì)調(diào)節(jié)）TTPa^T"J柴油機(jī)：負(fù)荷Tf循環(huán)供油量T（量調(diào)節(jié)）（與無(wú)關(guān)）T熱負(fù)荷?-7；T一%］（不大）二進(jìn)氣終了溫度7；（I->/Jf J（一）轉(zhuǎn)速負(fù)荷一定:綜合外、4的影響，n?-?（二）負(fù)荷轉(zhuǎn)速一定：負(fù)荷T->熱負(fù)荷T->T^T-77J柴油機(jī)：進(jìn)、排氣管分置。避免排氣管對(duì)進(jìn)氣管加熱，使7；』一汽油機(jī)：進(jìn)、排氣管同置。雖然々T-7-J,但燃油受熱增發(fā)快，可以改善混合氣形成。三排氣終了壓力pr〃力T殘余廢氣量Tf"yjproc排氣門(mén)處的阻力0C〃2,所以n?TptAT77/（影響較小）四排氣終了溫度7；五壓縮比￡eT77J77V公式僅為定性分析用的，是粗略的。還有許多因素未予考慮。如：壓力升高比九，絕熱指數(shù)k,進(jìn)氣馬赫數(shù)Ma,熱傳輸和過(guò)量空氣系數(shù)a等。§2-4提高充氣效率的措施減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力。

沿程阻力，局部阻力（節(jié)流阻力）。汽油機(jī)：空氣濾清器T化油器T進(jìn)氣管T進(jìn)氣道T進(jìn)氣門(mén)柴油機(jī)：空氣濾清器T進(jìn)氣管T進(jìn)氣道T進(jìn)氣門(mén)一減小流動(dòng)阻力（一）進(jìn)氣門(mén)1進(jìn)氣門(mén)直徑d進(jìn)一般:進(jìn)氣門(mén)流通面積

活塞頂面積=0.20~0.一般:進(jìn)氣門(mén)流通面積

活塞頂面積=0.20~0.25d進(jìn)T—>paT—>Tjvd進(jìn)T—>paT—>TjvT（影響大）d排Ttprlt（影響小）2四氣門(mén)流通面積力T40%左右。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。力廿t/廿-N/T（可達(dá)30%）,geU3氣門(mén)升程hhT,時(shí)面值f->T/yf4閥頂過(guò)渡圓角RrTT->力，->—>流動(dòng)阻力T—>TjvR應(yīng)適中。（二）進(jìn)氣管1表面光潔度和流通面積表面光潔度T,流通面積TT沿程阻力JTrjv^2轉(zhuǎn)彎和節(jié)流阻力轉(zhuǎn)彎半徑RT,截面突變JT3截面形狀考慮汽油機(jī)的霧化，蒸發(fā)，則管壁面積T-沉積Tf蒸發(fā)Jt混合氣分配不均勻截面形狀 圓形 矩形 D形流動(dòng)阻力 小 大 中底部蒸發(fā) 小 中 大柴油機(jī)不存在底部蒸發(fā)問(wèn)題，故多采用流動(dòng)阻力小的圓形進(jìn)氣管。（三）進(jìn)氣道轉(zhuǎn)彎半徑rT,轉(zhuǎn)彎半徑rT,表面光潔度T,各管口與墊片孔口對(duì)中T流動(dòng)阻力JT〃丫子設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮組織進(jìn)氣渦流。（四）空氣濾清器通道面積T,除塵效果Tt流動(dòng)阻力J->7J經(jīng)常清洗，更換紙芯。（五）化油器喉口截面積JT流動(dòng)阻力TT 但霧化效果T0解決這對(duì)矛盾，采用雙喉□。小喉口：霧化；大喉□:進(jìn)氣。二合理選擇配氣定時(shí)（一）配氣定時(shí)的綜合評(píng)定1良好的充氣效率以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。2合適的充氣效率以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性。3較小的換氣損失以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能。4必要的燃燒室掃氣以保證高溫零件的熱負(fù)荷得以適當(dāng)降低，達(dá)到可靠運(yùn)行。5合適的排氣溫度。調(diào)整：1,2一進(jìn)氣遲閉角；3一排氣提前角；4,5一氣門(mén)疊開(kāi)角（二）進(jìn)氣遲閉角0,1轉(zhuǎn)速n一定時(shí)，總有一個(gè)進(jìn)氣遲閉角0，.使得充氣效率77y為最大。nJJT氣流慣性J->缸氣體易倒流進(jìn)氣管fnTTT一部分氣體來(lái)不及進(jìn)入汽缸->7/yJ。力一對(duì)應(yīng)人,max的/所以，高速發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大，要獲得好的充氣效率和動(dòng)力性，進(jìn)氣遲閉角應(yīng)大一些。nf.%,最佳T（p. mmnalbn（三）排氣提前角0。（P（）? 8T—> T，3――-——其中3—后期膨脹比。%P考慮經(jīng)濟(jì)性，在排氣損失最小的前提下，盡量減小排氣提前角。

（四）氣門(mén)疊開(kāi)角。乙。（PhonT缸氣體易倒流進(jìn)氣管；口?皿T〃/,Z,T-7/J增壓發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)疊開(kāi)角應(yīng)大一些?！?-5進(jìn)氣管的動(dòng)態(tài)效應(yīng)一現(xiàn)象195柴油機(jī)：進(jìn)氣管長(zhǎng)度L=300mm L=1140mm氣體在進(jìn)排氣管中有壓力波動(dòng)現(xiàn)象，有效組織、利用壓力波動(dòng)，可以提高充氣效率。進(jìn)氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)：p1->paTT排氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)：P。J->prJf〃i，T動(dòng)態(tài)效應(yīng)與進(jìn)排氣管的長(zhǎng)度和直徑有關(guān)。二波的動(dòng)態(tài)機(jī)理膨脹波一~\壓縮波"膨脹波一~\壓縮波"閉口開(kāi)口閉口端：進(jìn)進(jìn)開(kāi)口端：進(jìn)進(jìn)壓縮波T閉口端：進(jìn)進(jìn)開(kāi)口端：進(jìn)進(jìn)壓縮波T反射:膨脹波T反射:壓縮波T反射:膨脹波T反射:壓縮波一同型波膨脹波一同型波膨脹波一異型波壓縮波一異型波三進(jìn)氣動(dòng)態(tài)效應(yīng)（一）慣性效應(yīng)階段：進(jìn)氣門(mén)開(kāi)一進(jìn)氣門(mén)閉<-膨脹波T壓縮波（進(jìn)氣門(mén)閉）（二）波動(dòng)效應(yīng)階段：進(jìn)氣門(mén)閉-下一循環(huán)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)<—壓縮波T膨脹波一膨脹波T壓縮波（進(jìn)氣門(mén)開(kāi)）壓力波動(dòng)是周期性的。壓力波固有頻率：力=/-[1/S]其中a一進(jìn)氣管聲速。4L.nn發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣頻率：/2= =一〔Us〕60x212030a令：q=——二 flnL當(dāng)q=1,2,3-時(shí)，進(jìn)氣門(mén)開(kāi)，則pa(fc1 J 木 A當(dāng)4=1—,2—,3—???時(shí)，進(jìn)氣門(mén)開(kāi)，則paT—>77vTo2 2 2四結(jié)論1慣性效應(yīng)（本循環(huán)），振幅大，衰減小。波動(dòng)效應(yīng)（兩循環(huán)），振幅小，衰減大。2高速發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣管短；低速發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣管長(zhǎng)。3進(jìn)氣管直徑T流動(dòng)阻力TT壓力波強(qiáng)度J進(jìn)氣管直徑Tft壓力波振幅J->壓力波強(qiáng)度J4多缸機(jī)上，進(jìn)氣管應(yīng)分支，且等長(zhǎng)。5避免急轉(zhuǎn)彎，則壓力波振幅不會(huì)衰減太大。6排氣管需要膨脹波，則prJT掃氣作用TT§2-6單位時(shí)間充氣量與循環(huán)充氣量單位時(shí)間充氣量G[kg/h],循環(huán)充氣量AG[kgL則G=AG—i,60[kg/h]2nT—>GT,但nT—>paJ-?AG）gTt單位時(shí)間供油量gfT與功率Ne有關(guān)。AGt->循環(huán)供油量AgTT與扭矩Me有關(guān)。圖中虛線(xiàn)為不考慮進(jìn)氣損失的G和AG曲線(xiàn)；實(shí)際的G和AG曲線(xiàn)如圖中實(shí)線(xiàn)所示。第三章柴油機(jī)混合氣形成和燃燒§3-1柴油機(jī)混合氣形成一兩種基本形式（一）空間霧化將燃料噴在燃燒室空間使之成為霧狀，再利用空氣運(yùn)動(dòng)達(dá)到充分混合。

特點(diǎn)：1對(duì)燃料噴霧要求高（采用多孔噴嘴）一燃燒易于完全，經(jīng)濟(jì)性好。2對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)要求不高―后期燃料易被早期燃燒產(chǎn)物包圍，高溫裂解-?排氣冒煙。3但初期空間分布燃料多，燃燒迅速T—T,〃maxTT工作粗暴。a /mdA（二）油膜蒸發(fā)（M過(guò)程）空間霧化型混合氣蒸發(fā)方式要求將燃料盡量噴在燃燒室空間，而油膜蒸發(fā)型混合氣蒸發(fā)方式則有意將燃料噴在燃燒室壁面上，使之成為薄薄的一層油膜附著在燃燒室壁面上，只有一小部分燃料分布在燃燒室空間。經(jīng)燃燒室壁面和燃燒加熱，邊蒸發(fā)，邊混合，邊燃燒。初期蒸發(fā)、燃燒慢，后期蒸發(fā)、燃燒迅速（先緩后急）。特點(diǎn)：1對(duì)燃料噴霧要求不高（采用單、雙孔噴嘴），對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)要求高。2放熱先緩后急T-amax』T工作柔和，噪聲小，經(jīng)濟(jì)性較好。A *IIldA\（p3但低速性能不好，冷起動(dòng)困難。對(duì)進(jìn)氣道、燃料供給系統(tǒng)和燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的配合要求很高，制造工藝要求嚴(yán)格。二燃料的噴霧（一）噴霧的作用只有當(dāng)燃料與空氣充分接觸，形成可燃混合氣時(shí)，才有可能燃燒。接觸面積越大，可燃混合氣越多，燃燒越完善。1混合氣越多，燃燒越完善。1ml油滴：1個(gè)，2d=9.7mm,S=245mm霧化：2.99X霧化：2.99XIO,個(gè)，d=40S=15x106mm2面積增大5090倍，燃燒反應(yīng)機(jī)會(huì)大大增加。（二）噴霧的形成1油束燃油噴射一高壓、高速。一級(jí)霧化一汽缸中空氣的動(dòng)力作用將油束撕裂成片、帶、泡或大顆粒的油滴。二級(jí)霧化一空氣動(dòng)力作用將片、帶、泡或大顆粒的油滴再粉碎成細(xì)小的油滴。油束中央速度高，但濃度也高，油滴集中，顆粒大。邊上油滴松散，顆粒小。但也有說(shuō)法正好相反，中央油滴速度高，顆粒小，邊上顆粒大。2著火條件濃度、溫度為著火的必要條件中間油粒大，濃度偏高。外側(cè)混合氣形成快，物理準(zhǔn)備快，但初期溫度不高，化學(xué)準(zhǔn)備沒(méi)有跟上。等溫度適合于著火了，油粒又過(guò)分發(fā)散，也不會(huì)著火。要控制好濃度與溫度的進(jìn)程，使之正好配合，方可著火。（三）噴霧特性1油束射程L并不一定越大越好，這要根據(jù)混合氣形成的機(jī)理與燃燒室形狀具體分析。lTTf燃料噴到壁面上多t空間混合氣太稀。Lf燃料集中T混合氣分布不均勻，空氣利用L2噴霧錐角B反映油束的緊密程度?？资絿娮煲?Tf油束松散，粒細(xì)。軸針式噴嘴一pJ->油束緊密，粒粗。3霧化質(zhì)量（霧化特性）細(xì)微度一油滴平均直徑 細(xì)：霧化好均勻度一油滴最大直徑-油滴平均直徑勻：霧化好粒細(xì)—均勻度好，粒粗—均勻度差。（四）噴油規(guī)律單位時(shí)間（或曲軸轉(zhuǎn)角）的噴油量隨時(shí)間（或曲軸轉(zhuǎn)角）的變化規(guī)律。噴油規(guī)律影響放熱規(guī)律，放熱規(guī)律影響動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放。1噴油延遲角噴油提前角0—開(kāi)始噴油->上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角。0'—上止點(diǎn)->停止噴油的曲軸轉(zhuǎn)角。噴油延遲角lol+l?！疘—開(kāi)始噴油T停止噴油的曲軸轉(zhuǎn)角。2噴油延遲角對(duì)性能的影響+IM.噴油持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，工作柔和，但油耗增大，排放變差。|e|+|o，.噴油持續(xù)時(shí)間短，油耗下降，排放好，但工作粗暴。

a.|e|+|o'|口t油耗L排放好，但工作粗暴。b.先急后緩0」一工作粗暴。Tf油耗T,排放差。C.先緩后急0?T工作柔和。O'J-＞油耗J,排放好，盡量采用，但很難做到。（五）噴油嘴1孔式噴嘴主要用于直噴式燃燒室中。孔數(shù)：1?5個(gè)，（j）=0.25~0.8mmo霧化好，但易阻塞?？讛?shù)越少，霧化越好，但也易阻塞。2軸針式噴嘴主要用于分隔式燃燒室中。（］）=1?3mm,通道間隙8=0.025?0.05mmo霧化差，但有自潔作用，不易阻塞。三氣流運(yùn)動(dòng)對(duì)混合氣形成的影響（一）氣流運(yùn)動(dòng)的作用無(wú)氣流運(yùn)動(dòng)，油束緊密。 有氣流運(yùn)動(dòng)，油束松散。（二）氣流運(yùn)動(dòng)組織氣流運(yùn)動(dòng)，加速混合氣形成。1進(jìn)氣渦流使進(jìn)氣氣流相對(duì)于汽缸中心產(chǎn)生一個(gè)力，形成渦流。（1）切向氣道特點(diǎn)：氣道母線(xiàn)與汽缸相切。TOC\o"1-5"\h\z優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣流阻力小T"yT "1"、缺點(diǎn)：渦流強(qiáng)度對(duì)進(jìn)氣口位置敏感。 f r-（2）螺旋氣道 / a特點(diǎn)：進(jìn)氣道呈螺旋型。 \ o

優(yōu)點(diǎn)：能產(chǎn)生強(qiáng)烈的進(jìn)氣渦流。缺點(diǎn)：工藝要求高，制造、調(diào)試難度較高2擠氣渦流活塞上行：將活塞頂隙的氣體擠出流向燃燒室中，形成擠氣渦流?；钊滦校喝紵抑械臍怏w流向活塞頂隙處，形成反渦流。擠氣間隙J-＞擠氣渦流強(qiáng)度T擠氣間隙J-＞擠氣渦流強(qiáng)度T擠氣面積Tt擠氣渦流強(qiáng)度T擠氣渦流雖然不如進(jìn)氣渦流強(qiáng)，但它的形成正好處于壓縮沖程終了，此時(shí)進(jìn)氣渦流已經(jīng)衰減得很弱，所以擠氣渦流就顯得相當(dāng)重要了。3燃燒渦流燃燒在燃燒室中產(chǎn)生壓力差，形成燃燒渦流。尤其是分隔式的渦流室型燃燒室，汽缸蓋的副燃燒室中的燃料燃燒后，高壓混合氣流和火焰高速?lài)娤蚧钊敳康闹魅紵抑?，由于主燃燒室的?dǎo)向作用，形成燃燒渦流，或稱(chēng)二次渦流。（三）熱混合作用1剛性渦流渦流中心質(zhì)點(diǎn)速度為零，越向邊緣速度越大。2勢(shì)渦流渦流中心質(zhì)點(diǎn)速度最大，壓力最小。越向邊緣速度越小，壓力越大，壁面處速度為零。一般認(rèn)為渦流為勢(shì)渦流。3熱混合作用（主要在渦流室型燃燒室的渦流室中產(chǎn)生）渦流中的質(zhì)點(diǎn)受兩個(gè)力作用，離心力使質(zhì)點(diǎn)向外運(yùn)動(dòng)，壓差力使質(zhì)點(diǎn)向中心運(yùn)動(dòng)。（可達(dá)400~800（可達(dá)400~800℃），但若p'一質(zhì)點(diǎn)密度，P-空氣密度。當(dāng)p'=P時(shí)，一質(zhì)點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)p'〉P時(shí)，一離心力為主，質(zhì)點(diǎn)呈螺旋形向外運(yùn)動(dòng)。當(dāng)p'<P時(shí)，一壓差力為主，質(zhì)點(diǎn)呈螺旋形向中心運(yùn)動(dòng)。液體油、燃油蒸汽：p'>400p,向外運(yùn)動(dòng)。燃燒產(chǎn)物：p'<0.3p,向中心運(yùn)動(dòng)。燃燒產(chǎn)物將新鮮空氣擠向外圍與燃油混合，并使混合氣與燃燒產(chǎn)物分開(kāi)，火焰呈螺旋形向中心運(yùn)動(dòng)，這就是熱混合作用?！?-2柴油機(jī)的燃燒過(guò)程一燃燒過(guò)程的特點(diǎn)和柴油機(jī)燃燒的主要研究方向（一）燃燒過(guò)程的特點(diǎn)1高壓噴油在汽缸部形成可燃混合氣。2壓縮自燃。（二）柴油機(jī)燃燒的主要研究方向1噴油霧化2噴油規(guī)律3氣流運(yùn)動(dòng)4燃燒室結(jié)構(gòu)配合要好。二燃燒過(guò)程p-（p示功圖曲線(xiàn)下的面積表示有用功的大小。（一）著火延遲期勺或稱(chēng)滯燃期1―2（著火延遲角—噴油嘴針閥打開(kāi)向缸高壓噴油。此時(shí)，缸溫度雖已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)柴油的自燃溫度并不馬上著火。燃燒需要：物理準(zhǔn)備一霧化、吸熱、蒸發(fā)、擴(kuò)散、混合化學(xué)準(zhǔn)備一分解、氧化（焰前反應(yīng)）-缸壓力脫離壓縮線(xiàn)開(kāi)始急驟增高。一般：町=0.0007-0.003[s]；對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱(chēng)為著火延遲角0小盡管著火延遲期勺很短，但卻對(duì)燃燒過(guò)程、尤其是柴油機(jī)的燃燒過(guò)程影響很大，因此十分重要。（二）速燃期2—32點(diǎn)開(kāi)始著火，壓力急驟增高，接近等容燃燒。持續(xù)噴油，即隨噴隨燃?！「邏毫c(diǎn)。P3=Pmax。為表示2—3階段壓力升高的急驟程度，引入概念

, App4-P）壓力升高率： 二-' [kpa/degCA]△夕。3-。2—PmaxTTT沖擊載荷T,工作粗暴，柴油機(jī)壽命JA 廠IIldA\（pAp—U,nXU一做功不利，柴油機(jī)性能JA 1IIIdA、（p（三）緩燃期3—44—最高溫度點(diǎn)。n=4ax=1700~2000℃。放熱量達(dá)70?80沆噴油在這一階段停止。vT,pl,接近等壓燃燒。廢氣量T,氧氣、燃油量Jf燃燒L（四）補(bǔ)燃期4-55—放熱量達(dá)95?9796。補(bǔ)燃期在膨脹過(guò)程中。補(bǔ)燃期TT7J,ge^,動(dòng)力性L(fǎng)冷卻水溫度T,排氣溫度T,排放差。所以，應(yīng)盡量減少補(bǔ)燃。柴油機(jī)由于隨噴隨燃，混合時(shí)間短，補(bǔ)燃要比汽油機(jī)嚴(yán)重。三影響著火延遲期々的因素（一）壓縮溫度7；和壓力Pc一直接影響因素〃/，4TT盯】I1nZ"j|T—>7"jJ（二）壓縮比￡（三）噴油提前角。-影響最大的因素oJJf雖然噴油時(shí)的壓力較高，但著火時(shí)刻推遲，使燃燒JfPc^'KafBeTTtPcJ,（JtrzT所以，有一個(gè)使盯為最小的0。高速時(shí)：8盯min=10?15[degCA]低速時(shí)：。盯min=5?10[degCA]一般：。=5?10[degCA]（四）轉(zhuǎn)速nnt=>漏氣、散熱損失TTpj,（T；噴油壓力Tf霧化T；氣流運(yùn)動(dòng)Tt蒸發(fā)Tn混合氣形成好轉(zhuǎn)->r,4o但nTn著火延遲角仍T（五）十六烷值十六烷值Tn柴油的自然性Tt缸P，T大時(shí)，影響不大;缸p,T小時(shí)TTjlo（六）增壓增壓tpj，（T-々J四著火延遲期勺對(duì)柴油機(jī)性能的影響々TT盯期間噴入缸的燃料量Tt著火前可燃混合氣量T△，個(gè) 個(gè)f~Ka）'"max10->"rr?maxttf沖擊載荷t,工作粗暴，柴油機(jī)壽命上\（p‘maxTjUT混合氣形成欠佳T柴油機(jī)性能J五放熱規(guī)律燃燒放熱率AQ/Ae隨曲軸轉(zhuǎn)角<p變化的關(guān)系。由噴油規(guī)律和實(shí)測(cè)示功圖，經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算而得。（一）放熱規(guī)律I階段一在速燃期，約占3degCAoAfi/A^TToII階段一放熱量約80悅約占40degCAoAQ/AeJ。III階段一在膨脹過(guò)程，放熱量約20%。（二）燃燒過(guò)程三要素1放熱開(kāi)始時(shí)刻2放熱規(guī)律3放熱持續(xù)時(shí)間（三）希望一先緩后急§3-3柴油機(jī)供油系統(tǒng)的工作特性及其對(duì)燃燒過(guò)程的影響—燃油噴射（一）供油系統(tǒng)的組成油箱->輸油泵-?濾油器T低壓油管->噴油泵—高壓油管T噴油器（噴油嘴）（二）噴油過(guò)程普遍采用柱塞式噴油泵。柱塞上行，使噴油泵壓力升高，當(dāng)壓力升高到一定值時(shí)，克服噴油泵上方出油閥彈簧預(yù)緊力和高壓油管的殘余油壓，頂開(kāi)出油閥，通過(guò)高壓油管向噴油器供油。上行2點(diǎn)過(guò)了4點(diǎn)之后，打開(kāi)回油口，使泵油壓下降。當(dāng)泵油壓小于出油閥彈簧預(yù)緊力和高壓油管的殘余油壓力時(shí)，出油閥落座，噴油停止。下行2點(diǎn)過(guò)了4點(diǎn)之后，回油停止，重新進(jìn)油。（三）噴油延遲時(shí)間從噴油泵燃油頂開(kāi)出油閥進(jìn)入高壓油管至油壓壓開(kāi)噴油嘴針閥的時(shí)間。原因一高壓油管中燃油壓縮+節(jié)流作用（四）幾何供油規(guī)律從幾何關(guān)系求出的油泵凸輪每轉(zhuǎn)一度（或每秒）噴油泵供入高壓油管的燃油量［ml/degPA或ml/s］隨曲軸轉(zhuǎn)角<p（或時(shí)間t）的變化關(guān)系。dg =/n^n［ml/S］dgp

d(p=fpwP[ml/degPA]dtPPdgp

d(p=fpwP[ml/degPA]其中fp—柱塞面積［mm2］；Wp一柱塞速度［ml/degPA幾何供油規(guī)律與噴油規(guī)律不同。二噴油泵速度特性及其校正（一）節(jié)流作用1理論上（不存在節(jié)流）上行一當(dāng)3點(diǎn)與5點(diǎn)重合時(shí)，才開(kāi)始供油。當(dāng)2點(diǎn)與4點(diǎn)重合時(shí)，既開(kāi)始回油，停止供油。2實(shí)際上（存在節(jié)流）上行一當(dāng)3點(diǎn)不到5點(diǎn)時(shí)，由于通道小，節(jié)流，已經(jīng)開(kāi)始供油。

關(guān)閉進(jìn)油口時(shí)一供油提前。當(dāng)2點(diǎn)過(guò)了4點(diǎn)以后，通道小，節(jié)流，才開(kāi)始回油，停止供油。開(kāi)啟回油口時(shí)一供油持續(xù)。所以，實(shí)際供油比理論供油時(shí)間長(zhǎng)，供油量大。（二）噴油泵速度特性每循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速n的變化關(guān)系。nTT節(jié)流作用TT循環(huán)供油時(shí)間T->循環(huán)供油量AgT（三）車(chē)用的適應(yīng)性車(chē)用一希望nT—>AgJ—>MeJ（例如：低速大負(fù)荷工況）噴油泵速度特性一nTfAgf—>Mef因此，噴油泵速度特性不適合于車(chē)用，必須進(jìn)行校正。（四）校正1出油閥校正可變減壓容積和可變減壓作用。nT節(jié)流作用T—>Ag（—>MeJ可使循環(huán)供油量曲線(xiàn)變得較平坦，但若要適合于車(chē)用，還需進(jìn)行調(diào)速器校正。2調(diào)速器校正nTTAgJJTMeJJ在第六章發(fā)動(dòng)機(jī)特性中介紹。三不正常噴射現(xiàn)象（一）二次噴射高壓油管壓力波引起。噴射時(shí)間Tf霧化不良，燃燒不完全，補(bǔ)燃嚴(yán)重，排污T,炭煙T,零件過(guò)熱。（二）斷續(xù)噴射進(jìn)入噴油嘴燃油量不穩(wěn)定，壓力波動(dòng)引起。噴油時(shí)間正常，但針閥運(yùn)動(dòng)次數(shù)T,噴油嘴易磨損。（三）隔次噴射低速、尤其是怠速時(shí)，油壓不足，壓不開(kāi)針閥。下一循環(huán)時(shí)油壓聚足，壓開(kāi)針閥噴射。怠速運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。(噴射時(shí)間拉長(zhǎng))§3-4柴油機(jī)的燃燒室一燃燒室的分類(lèi)(一)直噴式1開(kāi)式一中、大型，中、低速船舶、發(fā)電用柴油機(jī)不組織進(jìn)氣渦流，空間霧化型混合氣蒸發(fā)方式。2半開(kāi)式一中、小型，中、高速車(chē)用柴油機(jī)(1)co型(2)球型(3)復(fù)合式(U型)(二)分隔式1渦流室型一小型高速車(chē)用柴油機(jī)2預(yù)燃室型一小、中、大型，中、高速車(chē)用柴油機(jī)二直噴半開(kāi)式燃燒室(一)3型1應(yīng)用：黃河JN151,6135Q柴油機(jī)；日野ED100,6128柴油機(jī)等。2混合氣形成方式：空間霧化。3主要結(jié)構(gòu)參數(shù)d卜=0.4~0.6D其中4t一燃燒室喉口直徑；D一汽缸直徑?！猲,油束射程jjf燃油噴在燃燒室局部空間，空氣利用率D—U,油束射程TT,氣流運(yùn)動(dòng)Jt燃油噴在燃燒室壁面上，霧化差。DVk=0.75~0.85

其中匕-燃燒室容積；匕-活塞位于上止點(diǎn)時(shí)的壓縮容積?！猅T空氣利用率T,散熱面積JT燃燒好。所以，希望上盡可能大。匕4主要特點(diǎn)(1)長(zhǎng)型多孔(3?5個(gè))噴嘴，孔徑d=0.25?0.4[mm]。針閥開(kāi)啟壓力19.6[Mpa],噴霧夾角140?160。。rzTt工作粗暴。a>1.3,a大一空氣利用率Jf空氣停留時(shí)間TTNOG(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱面積J,冷起動(dòng)性好，經(jīng)濟(jì)性好。(二)3的改進(jìn)型1四角型日本五十鈴公司研制。主要特點(diǎn)：(1)四孔噴油嘴，燃油在四角之前噴射。(2)油束沿氣流方向下游燃料分布多，上游燃料分布少，使整個(gè)燃燒室霧化均勻。2擠流□型英國(guó)潑金斯公司研制。主要特點(diǎn)：擠氣面積Tf擠流強(qiáng)度TfaJ(三)球型1應(yīng)用：黃河JN150,6120QT型柴油機(jī)等。2混合氣形成方式：油膜蒸發(fā)(M過(guò)程)3主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)球型燃燒室的影響可參閱co型燃燒室。9 八J々J、jt.乃公/7U王HJ J鄉(xiāng)PHIVJ±./7U王O對(duì)球型燃燒室的影響可參閱co型燃燒室。DVc4主要特點(diǎn)(1)螺旋進(jìn)氣道，進(jìn)氣渦流強(qiáng)。(2)采用單孔噴嘴①=0.5~0.7mm,或雙孔噴嘴①=0.3~0.4mm。噴嘴與汽缸蓋平面成70。夾角，沿順氣流方向噴射。(3)由于油膜的隔熱作用，缸壁溫度合適，200?350。(2。a值較小，a=1.1左右，空氣利用率T。

Ap—“max，工作柔和、平穩(wěn)，噪聲小。經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性較好。a ，mdA卜（p（6）冷起動(dòng)性和低速性差，排污嚴(yán)重。（7）限制缸徑D不可太大，一般在140mm之。D?T->Ag?T油膜厚度TT蒸發(fā)不完全，燃燒惡化。（四）復(fù)合式（U型）天津大學(xué)史紹熙研制。1應(yīng)用：新105系列，6130柴油機(jī)等。2混合氣形成方式：空間霧化+油膜蒸發(fā)3主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：參閱（0型燃燒室。4主要特點(diǎn)（1）噴油基本垂直于氣流方向（順7。）T霧化好。（2）采用螺旋進(jìn)氣道，軸針式噴油嘴。（3）低速時(shí)，氣流弱一空間分布燃料多-改善了冷起動(dòng)性和低速性。高速時(shí)，氣流強(qiáng)一壁面分布燃料多->—'max），工作柔和、平穩(wěn),噪聲小。氣流運(yùn)動(dòng)起重要作用。（4）高速性能較差，對(duì)增壓適應(yīng)性差。（5）喉口熱負(fù)荷高。對(duì)進(jìn)氣道、擠氣間隙與敏感。三分隔式燃燒室主要用于高速柴油機(jī)。整個(gè)燃燒室分隔成兩個(gè)空間,結(jié)構(gòu)特點(diǎn):主燃燒室設(shè)于活塞頂部，副燃燒室位于汽缸蓋，中間用通道連接。整個(gè)燃燒室分隔成兩個(gè)空間,（一）渦流室型1應(yīng)用：BJ130,495Q型柴油機(jī)等。2混合氣形成方式：熱混合3主要結(jié)構(gòu)參數(shù)渦流室容積以

燃燒室容積九=50渦流室容積以

燃燒室容積九=50?80%通道截面積，。“活塞頂面積一??./0通道與渦流室相切，產(chǎn)生壓縮渦流。噴油器安裝在渦流室中，順氣流方向噴射。4工作原理壓縮過(guò)程一活塞壓迫空氣經(jīng)過(guò)通道流入渦流室，在渦流室中形成強(qiáng)烈的、有

組織的壓縮渦流，渦流流速隨轉(zhuǎn)速的提高而增高。燃燒過(guò)程一渦流室中噴油后，由于離心力作用，燃油被帶到燃燒室外圍，部分燃油附著在壁面上，在通道口附近首先著火。在強(qiáng)烈的渦流作用下，燃燒產(chǎn)物(密度小于空氣)被卷向渦流室中央，將新鮮空氣擠向渦流室外圍，形成良好的熱混合。渦流室中混合氣著火后，渦流室中的壓力、溫度迅速升高，燃油、空氣、混合氣和火焰一起經(jīng)過(guò)通道高速?lài)娤蛑魅紵遥诿娓浇臐饣旌蠚馐紫葟臏u流室中噴出。在活塞頂部開(kāi)有淺的導(dǎo)流槽，形成強(qiáng)烈的燃燒渦流，即二次渦流，加速混合氣的形成與燃燒。5主要特點(diǎn)(1)采用軸針式噴嘴①=1mm,針閥開(kāi)啟壓力9.8~12[Mpa]。(2)渦流強(qiáng)t空氣利用率Tfai(a=1.1-1.3)o(3)ntT渦流強(qiáng)度T-＞高速性T(4)壓縮渦流、燃燒渦流使后期放熱大-工作柔和、平穩(wěn)，噪聲小。(二)預(yù)燃室型1應(yīng)用：195-2型柴油機(jī)等。=20-40%(5)相對(duì)散熱面積T,節(jié)流損失(二)預(yù)燃室型1應(yīng)用：195-2型柴油機(jī)等。=20-40%通道截面積

活塞頂面積=0.25~0.7%2主要結(jié)構(gòu)參數(shù)通道截面積

活塞頂面積=0.25~0.7%通道個(gè)數(shù)多，截面積小，產(chǎn)生壓縮紊流。噴油器安裝在預(yù)流室中，燃油逆進(jìn)入預(yù)流室的氣流方向噴射。3工作原理壓縮過(guò)程一活塞壓迫空氣經(jīng)過(guò)通道流入預(yù)燃室，在預(yù)燃室中形成強(qiáng)烈的壓縮紊流，轉(zhuǎn)速越高，紊流越強(qiáng)。燃燒過(guò)程一壓縮紊流將一部分小顆粒的燃油吹向預(yù)燃室上部，并在那里首先著火?；旌蠚庵鸷?，預(yù)燃室中的壓力、溫度迅速升高。下部已預(yù)熱的燃油、空氣、混合氣和火焰一起經(jīng)過(guò)通道高速?lài)娤蛑魅紵?。在主燃燒室中形成?qiáng)烈的燃燒紊流，加速燃油的霧化和混合氣的形成與燃燒。低速時(shí)經(jīng)通道進(jìn)入預(yù)燃室的氣流不足以將燃油吹起，一部分燃油穿透氣流噴向主燃燒室，使主燃燒室中初期燃燒的油量增多，壓力升高率增大，工作粗暴，噪聲增大。4主要特點(diǎn)(1)采用軸針式噴嘴，針閥開(kāi)啟壓力7.8?12.8[Mpa]o

(2)紊流強(qiáng)t混合氣形成改善taJJ。(3)節(jié)流作用大一高速時(shí)，工作更加柔和、平穩(wěn)，噪聲更小。(4)低速性時(shí)易工作粗暴，噪聲大。(5)相對(duì)散熱面積TT,節(jié)流損失TTt經(jīng)濟(jì)性第六章發(fā)動(dòng)機(jī)特性§6-1發(fā)動(dòng)機(jī)工況和性能指標(biāo)分析式一發(fā)動(dòng)機(jī)工況在緒論中我們已經(jīng)介紹過(guò)工況的概念。有效功率Ne和轉(zhuǎn)速n決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作運(yùn)行情況。工況一Ne,轉(zhuǎn)速n0發(fā)動(dòng)機(jī)