發(fā)動機原理教程

《發(fā)動機原理》長安大學汽車學院曹建明

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緒論

能量轉換：發(fā)動機－燃料的化學能熱能機械能

機械能、電能等－高級能源；熱能－低級能源

《發(fā)動機原理》課研究：熱能機械能（轉換效率：理論上小于100%）

機械能熱能（轉換效率：理論上可達100%）

發(fā)動機：內燃機和外燃機

車用發(fā)動機：間歇工作式發(fā)動機

四個沖程中只有一個沖程做功，做功不連續(xù)。

燃氣輪機：連續(xù)工作式發(fā)動機

一分類

（一）種類

1往復活塞式（普遍）

2轉子式－汪克爾式（TheWankelEngine）

早在19世紀,就有人設想過,但泄漏問題是這種發(fā)動機發(fā)展的致命弱點。它結構緊湊，運轉平穩(wěn)，是高速車用發(fā)動機的發(fā)展方向之一。1956年德國工程師汪克爾制造出樣機。目前日本已用于小轎車上，時速200km/h左右。但光泄漏損失就要占30%以上。目前我國蘇杭等地已經生產出了樣機。與往復式比較應特別注意的一點是，往復式活塞在上下止點都稍有短暫的停留，與一般認為的觀點相反，運動方向的這些改變并不影響它的效率；也就是說，在這個過程中，并沒有什么固有的損失。旋轉式比往復式的優(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，并非直接在氣體動力學和熱力學方面有何優(yōu)越之處。

3擺動活塞式（RockingPistonengine）

1979年日內瓦發(fā)動機展覽會上，展出了瑞士索羅圖恩的薩爾茨曼（W.Salemann）設計部門的擺動活塞式發(fā)動機。

4斯特林（TheStirlingEngine）

1816年由羅伯特·斯特林設想在氣缸外部燃燒的一種熱力發(fā)動機（外燃機），是現代發(fā)動機引人注目的一種。

5自由活塞式（FreePistonEngine）

只相當于渦輪發(fā)動機的燃氣發(fā)生器。

（二）往復活塞式發(fā)動機的分類

我們這門課主要研究目前汽車上廣泛應用的往復式活塞發(fā)動機。

1按用途分類

（1）灌溉（抽水）用點工況

（2）電站用n=const.線工況固定式柴油機或機組

（3）船舶用Ne=kn（螺旋槳曲線）線工況大型、低速柴油機

（4）汽車、拖拉機用變工況-面工況中小型、高速柴油機

（5）發(fā)動機車大型高速柴油機組

（6）工程機械（礦山機械、建筑、石油鉆探）多變型

（7）坦克V型、多缸機

（8）飛機星型（徑向式）已基本不用

2按燃油種類分類

汽油機，柴油機

3按點火方式分類

自行著火（壓燃式），外源點火（點燃式）

4按工作循環(huán)分類

四沖程，二沖程

5按冷卻方式分類

水冷，風冷

6按汽缸排列分類

直列式，臥式，V型，星型（徑向式）

7按汽缸數目分類

單缸機，多缸機（2，3，4，5，6，8，10，12，14，16缸…）

8按轉速分類

（1）低速:n<500r/min

（2）中速:500r/min<n<1500r/min

（3）高速:n>1500r/min

但沒有明確的界限。

9按增壓分類

增壓，非增壓

10按能源分類（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，二甲醚，植物油，

電瓶，太陽能

二優(yōu)缺點

（一）優(yōu)點

1有效熱效率高

蒸汽機11～16%，蒸汽輪機30%，

汽油機30%，柴油機40%，增壓柴油機46%以上

2功率范圍廣

Ne=0.6～35000kw

3比重量小，升功率大（體積小、重量輕）

比重量:柴油機3.7kg/kw，車用汽油機1.37kg/kw

4起動性好

可很快達到全負荷

（二）缺點

1對燃料要求高

石油緊張，汽油、柴油價格高；要求一定的標號。

2噪聲、排污

3結構較復雜

三現代發(fā)動機的發(fā)展

60年代以前:動力性，可靠性，耐久性

70～80年代:經濟性，動力性

90年代口號:清潔，經濟，安全

1相關學科日益增多，學科之間相互滲透

2標準化，系列化，通用化（三化）

3新材料，新工藝，新產品

4使用計算機設計、計算零部件及其配合，精密、準確、優(yōu)化

5設計、零部件生產商分散集中分散

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)

化產品，節(jié)省開支，降低成本。甚至象豐田、寶馬這樣的超級企業(yè)有時也需合

作開發(fā)新產品。

6電控應用日益增多，混合氣制備更加完善

7檢測設備與手段先進

8低排放的代用燃料發(fā)動機正在普及，零排放的正在開發(fā)并進入實用

四本課程的研究對象和任務

（一）對象

本課程以性能指標作為研究對象

深入到工作過程的各個階段，分析影響性能指標的各種因素，找出規(guī)律，研究提高性能指標的措施與途徑。

（二）性能指標

1動力性指標（功率、扭矩、轉速）

2經濟性指標（燃料和潤滑油的消耗量及消耗率）

3運轉性指標（冷起動性、噪聲和排氣品質）

衡量發(fā)動機的質量，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，全面綜合評定。

（三）工作過程

發(fā)動機沖程（四個）:吸氣壓縮做功排氣

熱力過程（五個）:吸氣壓縮燃燒膨脹排氣

燃燒膨脹為能量轉換過程

（四）任務

研究熱力過程，熱力循環(huán)，整機性能

明確基本概念，基本技能。培養(yǎng)綜合分析問題的能力。

（五）單位制

我國的法定計量單位

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第一章發(fā)動機工作循環(huán)及性能指標

§1-1發(fā)動機理想循環(huán)概述

一實際循環(huán)向理想循環(huán)的簡化

（一）實際循環(huán)（以車用柴油機為例）

1進氣過程:0～1（p>pp<p）

2壓縮過程:1～2（p，T）

初期:工質吸熱；后期:工質放熱。

3燃燒過程:2～3～4（p，T）

4膨脹過程:4～5（p，T）

初期:工質放熱；后期:工質吸熱。

5排氣過程:5～0（p>p）

（二）實際循環(huán)的簡化

1忽略進、排氣過程

2壓縮、膨脹過程（復雜的多變過程）簡化為絕熱過程

3燃燒過程簡化為定容加熱過程（2～3）和定壓加熱過程（3～4）

4排氣放熱簡化為定容放熱過程

5假定工質為定比熱的理想氣體

二理想循環(huán)及其分析比較

（一）混合加熱循環(huán)

－車用柴油機的理想循環(huán)

1循環(huán)特征參數

（1）壓縮比

（2）壓力升高比

（3）預脹比

2熱效率

計算得:

3分析

（1）為定值

t；t。=1t=const.（汽油機，定容加熱循環(huán)）

（2）t；當=20左右時，t不大

柴油機=12～22

（二）定容加熱循環(huán)（奧托Otto循環(huán)）

－汽油機的理想循環(huán)

1熱效率

因為:預脹比

所以:熱效率

2分析

=1t=const.

t；當=10左右時，t不大

且汽油機容易爆燃，因此，汽油機=6～10

（三）定壓加熱循環(huán)（狄賽爾diesel循環(huán)）

－船舶用大型低速柴油機的理想循環(huán)

1熱效率

因為:壓力升高比

所以:熱效率

2分析

（1）為定值t

（2）為定值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q1相同

2初態(tài)1相同，最高壓力、最高溫度相同，放熱量q2相同

§1-2發(fā)動機實際循環(huán)

發(fā)動機理想循環(huán)加上各項損失后，

即可分析發(fā)動機的實際循環(huán)。

一工質改變損失

（一）工質性質

理論上:理想氣體，雙原子氣體。

實際上:燃燒前:燃料+空氣；

燃燒后:燃燒產物。

（二）比熱

理論上:定比熱

實際上:溫度T比熱C

（三）高溫分解

例C+OCO+熱量[+O]CO2+熱量

其中CO為中間產物，CO2為最終產物。若遇高溫，則會發(fā)生復分解反

應，即高溫分解:

CO2CO+O-熱量

這部分熱量雖然在膨脹過程中還可能會釋放出來，但由于活塞已接近下止

點，做功效果變差，熱效率下降。

二傳熱、流動損失

（一）傳熱損失

理論上:壓縮、膨脹過程為絕熱過程。

實際上:大量熱量通過汽缸壁傳給冷卻水或空氣。

傳熱損失是發(fā)動機中的最大損失，占總損失量的30%以上。因此，許多研

究者致力于開發(fā)絕熱發(fā)動機。

（二）流動損失

理論上:閉口系統(tǒng)，沒有氣體流動損失。

實際上:進、排氣節(jié)流沿程損失，缸內進氣、擠壓、燃燒渦流損失。

三換氣損失

理論上:忽略進、排氣過程。

實際上:進、排氣門提前開啟，遲后關閉。而且有流動阻力。

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。

四時間損失

理論上:定容加熱瞬間完成，定壓加熱速度與活塞運行速度密切配合。

實際上:燃燒需要時間。

五補燃損失

理論上:加熱瞬間停止，膨脹過程無加熱。

實際上:雖然大部分（80%以上）燃料在燃燒過程中燃燒掉，但仍有小部分燃

料會拖到膨脹線上才燃燒，做功效果變差，熱效率下降。

六泄漏損失

理論上:閉口系統(tǒng)，無泄漏。

實際上:活塞氣環(huán)不會100%嚴密密封，總會有些氣體竄到曲軸箱中，造

成損失。

§1-3熱平衡

總熱量:QT=GThu分別轉化為

一有效功的熱量QE

[kJ/h]（1kw/h=kJ）

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:30～40%；汽油機:20～30%。

令

二傳遞給冷卻介質的熱量QS

其中Gs－發(fā)動機冷卻介質的每小時流量[kg/h]

cs－冷卻介質比熱[kJ/kg·℃]

t1，t2－冷卻介質的進、出口溫度[℃]

三廢氣帶走的熱量Qr

其中Gr－燃料量[kg/h]

Gk－空氣量[kg/h]

cpr－廢氣比熱[kJ/kg·℃]

cp－空氣比熱[kJ/kg·℃]

t1，t2－進、排氣溫度[℃]

四燃料不完全燃燒的熱損失QB

其中r－燃料效率

五其它熱量損失QL

發(fā)動機熱平衡方程式:

§1-4指示指標

p-V圖p-φ圖

發(fā)動機性能指標:指示指標，有效指標

指示指標:以工質在汽缸內對活塞做功為基礎，評價工作循環(huán)的質量。

有效指標:以曲軸上得到的凈功率為基礎，評價整機性能。

示功圖:發(fā)動機缸內壓力p隨汽缸容積V（p-V圖）或曲軸轉角（p-圖）變化的圖示。

一指示功和平均指示壓力

（一）指示功

一個循環(huán)工質對活塞所做的有用功。

應該：非增壓：增壓：

因為:不容易測量,實際將歸到機械損失中考慮。

所以:

其中－橫、縱座標比例尺

指示功大，說明○汽缸工作容積大○熱功轉換有效程度大。為突出后

者，比較不同大小發(fā)動機的熱功轉換有效程度，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。

（假想參數）

其中－每缸工作容積。

686～981[kpa]

784～1180[kpa]

二指示功率

單位時間所做的指示功。

若:缸數i，每缸工作容積V[m]，沖程數，平均指示壓力p[p]，

轉速n[r/min]。則

[w]

[kw]

若:每缸工作容積V[L]，平均指示壓力p[bar]。則

[kw]

三指示比油耗和指示熱效率

（一）指示比油耗

單位指示功率的耗油量。

[g/kw·h]

－每小時耗油量[kg/h]

（二）指示熱效率

－做指示功所消耗的熱量。

－燃料的低熱值。

0.43～0.50=170～200[g/kw·h]

0.25～0.40=230～340[g/kw·h]

§1-5有效指標

一有效功率和機械損失功率

（一）有效功率

單位時間所做的有效功。

[kw]

其中－平均有效壓力。

（二）機械損失功率

發(fā)動機內部損耗的功率。

機械損失包括:發(fā)動機內部摩擦損失；驅動附件損耗，如:機油泵、燃油泵、

掃氣泵、冷卻水泵、風扇、配氣機構；和泵氣損失等。

[kw]

其中－平均機械損失壓力。

二有效扭矩

功率輸出軸輸出的扭矩。

[w]

[kw]

[kw]

三平均有效壓力

單位汽缸工作容積所做的有效功。

由于[kw]

[kw]

所以

[kpa]

588～883[kpa]588～981[kpa]

四升功率和比重量

（一）升功率

單位汽缸工作容積所發(fā)出的功率。

[kw/l]

（二）比重量

發(fā)動機凈重量G與所發(fā)出有效功率的比值。

[kg/kw]

，發(fā)動機強化程度高。

11～26[kw/l]4～9[kg/kw]

9～15[kw/l]5.5～16[kg/kw]

22～55[kw/l]1.35～4[kg/kw]

可見，汽油機的強化程度要比柴油機的高。

五有效比油耗和有效熱效率

（一）有效比油耗

單位有效功率的耗油量。

[g/kw·h]

－每小時耗油量[kg/h]

（二）有效熱效率

－做有效功所消耗的熱量。

0.30～0.40=218～285[g/kw·h]

0.20～0.30=285～380[g/kw·h]

由此可見，柴油機的熱效率比汽油機的高，經濟性比汽油機好。

§1-6機械損失

一機械效率

對于不同類型的發(fā)動機，絕對損失大的，其相對損失卻不一定也大。必須有

一個衡量標準，故引進機械效率的概念。

有效功率與指示功率的比值。

性能好，所以應盡量提高。

0.7～0.850.7～0.9

二機械損失的測定

（一）倒拖法－只能在電力測功機上試驗

在壓縮比不很高的汽油機上得到廣泛應用。

發(fā)動機與電力測功機相連。起動發(fā)動機，冷卻水溫度、機油溫度達正常值。然后使發(fā)動機在給定工況下穩(wěn)定運轉。切斷發(fā)動機的供油（）。

將電力測功機轉換為電動機使用，在給定轉速下倒拖發(fā)動機，并維持冷卻水溫度和機油溫度不變。由于此時，因此從電力測功機上所測得的倒拖功率即為發(fā)動機在該工況下的機械損失功率。

（二）滅缸法－僅適用于多缸機

當發(fā)動機調整到以給定工況穩(wěn)定運轉后，先測出整個發(fā)動機的有效功率。之后，在柴油機油門拉桿或齒條位置、或汽油機節(jié)氣門開度固定不動的情況下，停止向某一汽缸供油或點火。調整測功機，使發(fā)動機恢復到原來的轉速，重新測定有效功率（其余五個汽缸的有效功率），必然小于（一缸熄火），兩者之差即為滅掉缸的指示功率。因為。逐次滅缸，則整臺發(fā)動機的指示功率為，其中x為總缸數。

如果各缸負荷均勻，則僅測一個缸，即滅火一次即可，。這樣，整個發(fā)動機的機械損失功率為，機械效率為。

其它還有示功圖法，油耗線法等。

三影響機械效率的因素

轉速

其中－活塞平均運行速度。

與幾乎呈直線關系。與n似呈二次方關系。

n□慣性力活塞對缸壁的側壓力軸承負荷

□各摩擦副相對速度摩擦損失

□泵氣損失，驅動附件損耗

若要提高轉速來強化發(fā)動機，則將成為主要障礙之一。

（二）負荷

發(fā)動機的負荷□柴油機:油門拉桿或齒條位置

□汽油機:節(jié)氣門開度

轉速n一定，負荷時，發(fā)動機燃燒劇烈程度，平均指示壓力；而由于轉速不變，平均機械損失壓力基本保持不變。則，機械效率下降。

當發(fā)動機怠速運轉時，有效功率，指示功率全部用來克服機械損失功率。即，因此，。

由于車用柴油機普遍在高轉速、較低負荷下工作，機械效率下降嚴重。因此，機械效率對于車用柴油機尤為重要。

（三）潤滑油品質和冷卻水溫度

潤滑油粘度影響潤滑效果

潤滑油溫度影響潤滑油粘度

冷卻水溫度影響潤滑油溫度

即冷卻水、潤滑油溫度通過潤滑油粘度間接影響潤滑效果。

1潤滑油粘度（牌號）；冷卻水溫度潤滑油溫度潤滑油粘度

潤滑效果摩擦

2潤滑油粘度（牌號）；冷卻水溫度潤滑油溫度潤滑油粘度

油膜破裂趨勢摩擦

3潤滑油中雜質摩擦

要求:定期保養(yǎng)、清洗機油濾清器，5000～10000公里換機油。

§1-7燃燒熱化學

一燃料的完全燃燒

（一）理論空氣量

1目的:1kg燃料完全燃燒所需要的空氣量

2已知條件:1kg燃料中所含kg碳，kg氫氣，kg氧氣

汽油:[kg/kg]，[kg/kg]，[kg/kg]

柴油:[kg/kg]，[kgkg]，[kg/kg]

3化學反應方程式

4需要總的量

1kmol1kmol1kmol1kmolkmol1kmol

1kgkmolkmol1kgkmolkmol

kgkmolkmolkgkmolkmol

5燃料中所含的量

[kg]=[kmol]

6所需空氣中的量=總的量－燃料中所含的量

7所需空氣量（目的）

（1）kmol

空氣中氧氣成分約占21%，所以

[kmol/kg]

（2）kg

空氣的折合分子量為28.95，即1kmol空氣=28.95kg空氣，所以

[kg/kg]

（3）

1kmol空氣=22.4空氣，所以

[/kg]

（二）過量空氣系數和空燃比

1過量空氣系數

表示混合氣的濃稀程度。大混合氣?。恍』旌蠚鉂?/p>

一般，柴油機:>1；汽油機:1。

2空燃比A/F

表示混合氣的濃稀程度。A/F大混合氣稀；A/F小混合氣濃

（三）分子變更系數

1理論分子變更系數

容積變化大膨脹做功好

（1）完全燃燒:

（2）不完全燃燒:

2實際分子變更系數

其中－1kg燃料燃燒后殘余廢氣的摩爾數。－殘余廢氣系數。

二燃料的不完全燃燒

（一）1－汽油機

1假設燃料中的C燃燒全部生成了和。其中是中間產物，即不完

全燃燒產物。是最終產物，即完全燃燒產物。

2化學反應方程式

3需要總的量

kgkmolkmolkgkmolkmol

kgkmolkmol

kgkmolkmol

4燃料中所含的量

[kg]=[kmol]

5空氣中的量=總的量－燃料中所含的量

所以

6分析

（1）當時，=1，

（2）

（3）使時

，C全部生成CO。此時的過量空氣系數稱為臨界值。記為。

所以

（4）

此時理論上，析出炭粒。

一般柴油機的0.6～0.72。

（二）>1－柴油機

混合氣混合不均勻，局部過濃或過稀，造成燃燒不完全。缸內情況十分復雜。

三燃料和可燃混合氣的熱值

（一）燃料的熱值

1kg燃料完全燃燒所產生的熱量[kJ]。

加入水的汽化潛熱的熱值－高熱值

不加入水的汽化潛熱的熱值－低熱值

發(fā)動機缸內高溫，水只能以氣態(tài)存在，故應取不加入水的汽化潛熱的熱值，

即低熱值。

汽油:44100[kJ/kg]；柴油:42500[kJ/kg]

（二）可燃混合氣的熱值

[kJ/kmol]

§1-8發(fā)動機混合氣的著火和燃燒方式p

一混合氣的著火

（一）柴油機－低溫多級自燃

1階段－混合階段

在壓縮過程終了時，燃料噴入汽缸內形成

可燃混合氣。燃料遇到溫度較高的空氣，開始

氧化，但速度緩慢，示功圖上的壓縮線沒有明

顯的變化?；旌想A段，為著火做準備。

2階段－第一級反應

燃燒的實質是燃料的氧化反應，當反應速

度很快時，火焰就會出現。經過時間后，反

應加劇，出現冷火焰，缸內壓力超過壓縮壓力。在這一階段，反應生成醛類、過氧化物和一氧化碳等中間產物。要求混合氣較濃，=0.4～0.5。

3階段－第二級反應

溫度、壓力升高較大，產生許多化學反應的活性中心，出現藍火焰?；旌蠚庀〉枚?，略小于1。

4時間后－第三級反應

活性中心劇增，化學反應加速，熱積累劇烈，發(fā)生爆炸，出現熱火焰?；旌蠚飧。?。

－著火延遲期

（二）汽油機－高溫單級點燃

1壓縮的是燃料與空氣的混合氣體,在此過程中,已經進行了一些化學反應。

2火花點火,局部溫度高達20000℃以上,該處燃料分子直接分裂成大量的自由原子與自由基,迅速反應出現熱火焰,瞬間擴大到整個燃燒室內。所以,汽油機著火過程：

壓縮混合氣點火（經短暫著火延遲期）熱火焰

三燃燒方式

（一）同時爆炸燃燒

取某一部分為系統(tǒng),著火前后整個系統(tǒng)各個部分的相完全均勻一致。即相只隨t（時間）座標變化,而不隨x（位移）座標變化,為單相系,均勻系。

柴油機上,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)內實現的就是同時爆炸燃燒。

汽油機上,由于火焰有傳播速度（雖然很快,但相對同時爆炸燃燒卻很?。?傳播逐次進行,故顯然不是同時爆炸燃燒。但火花塞間隙處的少量混合氣在電火花作用下,可實現同時爆炸燃燒，從而形成火焰中心。

（二）逐漸爆炸燃燒

汽油機－火焰?zhèn)鞑ァ上嘞担旌蠚庀啵ㄎ慈紖^(qū)），燃燒產物相（已燃區(qū)）。

加熱從火花塞開始，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內進行?；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)中為燃燒產物和一小部分在火焰前鋒面中沒有燃燒掉的燃料繼續(xù)燃燒。

（三）擴散燃燒

柴油機的燃燒方式,三相－燃料相,空氣相,燃燒產物相。

柴油燃點比汽油低,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,物理準備過程已經就緒,一點即燃。柴油機中燃燒的快慢卻主要取決于物理準備過程進行的快慢。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。為防止燃燒產物將油滴與空氣隔開,將組織空氣相對于油滴的氣流運動,將燃燒產物拋在后面。

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第二章發(fā)動機的換氣過程

燃燒是做功之本。

燃燒需要空氣與燃料。重量比容積比

燃料11液態(tài)

空氣151000氣態(tài)

燃料受機械控制，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，對發(fā)動機換氣過程的研究就顯得尤為重要了。

§2-1四沖程發(fā)動機的換氣過程

一配氣定時

與工程熱力學中介紹的不同,進排

氣門的開啟、關閉也需要時間,故

在下止點前排氣－排氣提前角40～80

在上止點后關閉－排氣遲閉角10～35

在上止點前吸氣－進氣提前角0～40

在下止點后關閉－進氣遲閉角40～80

進氣提前角+排氣遲閉角－氣門疊開角

二換氣過程

（一）排氣過程

1自由排氣階段A

排開p>>p’p=p’

靠缸內壓力將氣體擠出氣缸，其中

p－缸內壓力,p’－排氣管內壓力。

2強制排氣階段B

p=p’pp’

靠活塞上行將廢氣擠出氣缸。

3超臨界排氣C

排開p=1.9p’

在氣閥最小截面處,氣體流速等于該地音速m/s。其流量與壓差（p-p’）無關,只決定于排氣閥開啟面積和氣體狀態(tài)。

4亞臨界排氣D

p=1.9p’排閉。

其流量取決于壓差（p-p’）。

（二）進氣過程和氣門疊開角

由于節(jié)流作用,缸內產生負壓；（）使新鮮介質進入缸內。

氣閥疊開角：非增壓：20～60CA。

太大（引起）廢氣回流進氣道。

太小掃氣作用不明顯。

增壓：110～140CA。

進氣管p,掃氣明顯,氣閥疊開角可以增大很多。如6135

型高柴：非增壓：40,增壓：124。

掃氣的作用：

1清除廢氣,增加氣缸內的新鮮充量。

2降低排氣溫度。

3降低熱負荷最嚴重處（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為進氣損失功。

（一）排氣損失功Y

W是因排氣門提前開啟而損失的膨脹功,

稱為自由排氣損失。Y是活塞作用在廢氣上的推出功,稱為強制排氣損失功。

排氣提前角W，Y。

綜合效果,要求（Y+W）,故（W+Y）有一個最佳值（W+Y）min。對應排氣提前角亦有一個最佳值,n（W+Y）min。

（二）進氣損失功X

進氣損失功小于排氣損失功，即X<Y

（三）泵氣損失功（X+Y-d）

在實際示功圖中,把（W+d）歸到指示功中考慮。而把泵氣損失功（X+Y-d）歸到機械損失中考慮。

§2-2四沖程發(fā)動機的充氣效率

一充氣效率

（一）定義

為比較不同大小、不同類型發(fā)動機的充氣品質和換氣過程的完善程度,不受氣缸工作容積Vh的影響,引入充氣效率的概念。

由于有進氣阻力等因素的影響,實際進入氣缸中的新鮮充量必然小于理論上進氣狀態(tài)下充滿工作容積的新鮮充量。二者之比稱為充氣效率,即

其中：－實際充量的重量，質量和體積；

－理論充量的重量，質量和體積；

進氣狀態(tài)：非增壓：空氣濾清器后進氣管內的氣體狀態(tài),通常取為當地的大氣

狀態(tài)。

增壓：增壓器出口狀態(tài)。

嚴格地說，充氣效率應為

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，充氣效率反而會越高，講起來似乎無法接受。而且也不具備可比性。

（二）實際測量

其中：－實際測量[/h]

充氣效率是衡量換氣過程進行得完善程度的重要指標。

柴油機0.75～0.90

汽油機0.70～0.85

二充氣效率的分析式

充入汽缸的新鮮充量=缸內氣體的總質量－缸內殘余廢氣質量

（一）進氣門關閉時缸內氣體的總質量

其中－余隙容積；－進氣門關閉時缸內工作容積；

－進氣終了缸內氣體密度。

（二）排氣門關閉時缸內殘余廢氣的質量

其中－排氣門關閉時缸內容積；－排氣門關閉時缸內殘余廢氣密度。

（三）充入汽缸的新鮮充量

其中－大氣狀態(tài)下氣體密度。

（四）充氣效率的分析式

其中－壓縮比；－有效壓縮比；。

一般～。若假設，有

帶入理想氣體狀態(tài)方程式，得

其中－大氣壓力和溫度；－進氣終了時缸內的壓力和溫度；

－排氣終了時殘余廢氣的壓力和溫度。

；。

的分析式為定性分析的影響因素提供了依據。

§2-3影響充氣效率的各種因素

一進氣終了壓力

（一）進氣阻力

對的影響最大。進氣系統(tǒng)的沿程阻力和局部阻力均會使增大。

（二）轉速

n

（三）負荷

汽油機：負荷節(jié)氣們開度（質調節(jié)）

柴油機：負荷循環(huán)供油量（量調節(jié)）（與無關）

熱負荷（不大）

二進氣終了溫度

（一）轉速

負荷一定：n

綜合、的影響，n。

（二）負荷

轉速一定：負荷熱負荷

柴油機：進、排氣管分置。

避免排氣管對進氣管加熱，使

汽油機：進、排氣管同置。

雖然，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

殘余廢氣量

排氣門處的阻力，所以

n（影響較?。?/p>

四排氣終了溫度

五壓縮比

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，絕熱指數k，進氣馬赫數Ma，熱傳輸和過量空氣系數等。

§2-4提高充氣效率的措施

減小進氣系統(tǒng)阻力。

沿程阻力，局部阻力（節(jié)流阻力）。

汽油機：空氣濾清器化油器進氣管進氣道進氣門

柴油機：空氣濾清器進氣管進氣道進氣門

一減小流動阻力

（一）進氣門

1進氣門直徑

一般:0.20～0.25

（影響大）

（影響?。?/p>

一般：>

2四氣門

流通面積40%左右。但結構復雜，造價較高。

（可達30%），

3氣門升程h

h，時面值

4閥頂過渡圓角R

R

R流動阻力

R應適中。

（二）進氣管

1表面光潔度和流通面積

表面光潔度，流通面積沿程阻力

2轉彎和節(jié)流阻力

轉彎半徑R，截面突變

3截面形狀

考慮汽油機的霧化，蒸發(fā)，則

管壁面積沉積蒸發(fā)混合氣分配不均勻

截面形狀圓形矩形D形

流動阻力小大中

底部蒸發(fā)小中大

柴油機不存在底部蒸發(fā)問題，故多采用流動阻力小的圓形進氣管。

（三）進氣道

轉彎半徑R，表面光潔度，各管口與墊片孔口對中流動阻力

設計時還要考慮組織進氣渦流。

（四）空氣濾清器

通道面積，除塵效果流動阻力

經常清洗，更換紙芯。

（五）化油器

喉口截面積流動阻力，但霧化效果。

解決這對矛盾，采用雙喉口。小喉口：霧化；大喉口：進氣。

二合理選擇配氣定時

（一）配氣定時的綜合評定

1良好的充氣效率以保證發(fā)動機的動力性能。

2合適的充氣效率以適應發(fā)動機的扭矩特性。

3較小的換氣損失以適應發(fā)動機的經濟性能。

4必要的燃燒室掃氣以保證高溫零件的熱負荷得以適當降低，達到可靠運行。

5合適的排氣溫度。

調整：1，2－進氣遲閉角；3－排氣提前角；4，5－氣門疊開角

（二）進氣遲閉角

1轉速n一定時，總有一個進氣遲閉角使得充氣效率為最大。

2n氣流慣性缸內氣體易倒流進氣管

n一部分氣體來不及進入汽缸

3對應的n

所以，高速發(fā)動機轉速大，要獲得好的充氣效率和動力性，進氣遲閉角應大

一些。

4n

（三）排氣提前角

，其中－后期膨脹比。

考慮經濟性，在排氣損失最小的前提下，盡量減小排氣提前角。

（四）氣門疊開角

缸內氣體易倒流進氣管；，

增壓發(fā)動機氣門疊開角應大一些。

§2-5進氣管內的動態(tài)效應

一現象

195柴油機：進氣管長度L=300mmL=1140mm

氣體在進排氣管中有壓力波動現象，有效組織、利用壓力波動，可以提高充

氣效率。

進氣門開閉時：pa

排氣門開閉時：pr

動態(tài)效應與進排氣管的長度和直徑有關。

二波的動態(tài)機理

閉口端：進：壓縮波反射:壓縮波－同型波

進：膨脹波反射:膨脹波－同型波

開口端：進：壓縮波反射:膨脹波－異型波

進：膨脹波反射:壓縮波－異型波

三進氣動態(tài)效應

（一）慣性效應

階段：進氣門開進氣門閉

膨脹波

壓縮波（進氣門閉）

（二）波動效應

階段：進氣門閉下一循環(huán)進氣門開

壓縮波

膨脹波

膨脹波

壓縮波（進氣門開）

壓力波動是周期性的。

壓力波固有頻率：[1/s]其中a－進氣管內聲速。

發(fā)動機吸氣頻率：[1/s]

令：

當q=1，2，3…時，進氣門開，則pa。

當q=…時，進氣門開，則pa。

四結論

1慣性效應（本循環(huán)），振幅大，衰減小。

波動效應（兩循環(huán)），振幅小，衰減大。

2高速發(fā)動機，進氣管短；低速發(fā)動機，進氣管長。

3進氣管直徑流動阻力壓力波強度

進氣管直徑壓力波振幅壓力波強度

4多缸機上，進氣管應分支，且等長。

5避免急轉彎，則壓力波振幅不會衰減太大。

6排氣管需要膨脹波，則pr掃氣作用

§2-6單位時間充氣量與循環(huán)充氣量

單位時間充氣量G[kg/h]，

循環(huán)充氣量G[kg]，則

[kg/h]

nG，但npaG

G單位時間供油量g與功率有關。

G循環(huán)供油量g與扭矩有關。

圖中虛線為不考慮進氣損失的G和G曲線；

實際的G和G曲線如圖中實線所示。

《發(fā)動機原理》長安大學汽車學院曹建明

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第三章柴油機混合氣形成和燃燒

§3-1柴油機混合氣形成

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，再利用空氣運動達到充分混合。

特點:

1對燃料噴霧要求高（采用多孔噴嘴）燃燒易于完全，經濟性好。

2對空氣運動要求不高后期燃料易被早期燃燒產物包圍，高溫裂解

排氣冒煙。

3但初期空間分布燃料多，燃燒迅速，工作粗暴。

（二）油膜蒸發(fā)（M過程）

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:

1對燃料噴霧要求不高（采用單、雙孔噴嘴），對空氣運動要求高。

2放熱先緩后急，工作柔和，噪聲小，經濟性較好。

3但低速性能不好，冷起動困難。對進氣道、燃料供給系統(tǒng)和燃燒室結構參數

之間的配合要求很高，制造工藝要求嚴格。

二燃料的噴霧

（一）噴霧的作用

只有當燃料與空氣充分接觸，形成可燃混合氣時，才有可能燃燒。接觸面積越大，可燃混合氣越多，燃燒越完善。

1ml油滴:1個，d=9.7mm，S=245mm

霧化:個，d=40m，S=mm

面積增大5090倍，燃燒反應機會大大增加。

（二）噴霧的形成

1油束

燃油噴射－高壓、高速。

一級霧化－汽缸中空氣的動力作用將油束撕

裂成片、帶、泡或大顆粒的油滴。

二級霧化－空氣動力作用將片、帶、泡或大

顆粒的油滴再粉碎成細小的油滴。

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。

外側混合氣形成快，物理準備快，但初期溫度不

高，化學準備沒有跟上。等溫度適合于著火了，油粒

又過分發(fā)散，也不會著火。要控制好濃度與溫度的進

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，這要根據混合氣形成的機理與燃燒室形狀具體分析。

L燃料噴到壁面上多空間混合氣太稀。

L燃料集中混合氣分布不均勻，空氣利用。

2噴霧錐角

反映油束的緊密程度。

孔式噴嘴—油束松散，粒細。

軸針式噴嘴—油束緊密，粒粗。

3霧化質量（霧化特性）

細微度—油滴平均直徑細：霧化好

均勻度—油滴最大直徑-油滴平均直徑勻：霧化好

粒細均勻度好，粒粗均勻度差。

（四）噴油規(guī)律

單位時間（或曲軸轉角）的噴油量隨時間（或曲軸轉角）的變化規(guī)律。

噴油規(guī)律影響放熱規(guī)律，放熱規(guī)律影響動力性、經濟性和排放。

1噴油延遲角

噴油提前角—開始噴油上止點的曲軸轉角。

’—上止點停止噴油的曲軸轉角。

噴油延遲角’—開始噴油停止噴油的曲軸轉角。

2噴油延遲角對性能的影響

’噴油持續(xù)時間長,工作柔和，但油耗增大,排放變差。

’噴油持續(xù)時間短,油耗下降,排放好，但工作粗暴。

3噴油延遲角的比較

a.’油耗,排放好，但工作粗暴。

b.先急后緩

工作粗暴。

’油耗,排放差。

c.先緩后急

工作柔和。

’油耗,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:1～5個，=0.25～0.8mm。

霧化好，但易阻塞?？讛翟缴?，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=0.025～0.05mm。

霧化差，但有自潔作用，不易阻塞。

三氣流運動對混合氣形成的影響

（一）氣流運動的作用

（二）氣流運動

組織氣流運動，加速混合氣形成。

1進氣渦流

使進氣氣流相對于汽缸中心產生一個力，形成渦流。

（1）切向氣道

特點:氣道母線與汽缸相切。

優(yōu)點:結構簡單，氣流阻力小

缺點:渦流強度對進氣口位置敏感。

（2）螺旋氣道

特點:進氣道呈螺旋型。

優(yōu)點:能產生強烈的進氣渦流。

缺點:工藝要求高，制造、調試難度較高

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。

活塞下行:燃燒室中的氣體流向活塞頂隙處，形成反渦流。

擠氣間隙擠氣渦流強度

擠氣面積擠氣渦流強度

擠氣渦流雖然不如進氣渦流強，但它的形成正好處于壓縮沖程終了，此時進氣渦流已經衰減得很弱，所以擠氣渦流就顯得相當重要了。

3燃燒渦流

燃燒在燃燒室中產生壓力差，形成燃燒渦流。

尤其是分隔式的渦流室型燃燒室，汽缸蓋內的

副燃燒室中的燃料燃燒后，高壓混合氣流和火焰高

速噴向活塞頂部的主燃燒室中，由于主燃燒室的導

向作用，形成燃燒渦流，或稱二次渦流。

（三）熱混合作用

1剛性渦流

渦流中心質點速度為零，越向邊緣速度越大。

2勢渦流

渦流中心質點速度最大，壓力最小。越向邊緣速度越小，壓力越大，壁面處速度為零。

一般認為渦流為勢渦流。

3熱混合作用（主要在渦流室型燃燒室的渦流室中產生）

渦流中的質點受兩個力作用，離心力使質點向外運動，壓差力使質點向中心運動。

若’—質點密度，—空氣密度。

當’=時，—質點作圓周運動。

當’>時，—離心力為主，質點呈螺旋形向外運動。

當’<時，—壓差力為主，質點呈螺旋形向中心運動。

液體油、燃油蒸汽:’>400，向外運動。

燃燒產物:’<0.3，向中心運動。

燃燒產物將新鮮空氣擠向外圍與燃油混合，并使混合氣與燃燒產物分開，火焰呈螺旋形向中心運動，這就是熱混合作用。

§3-2柴油機的燃燒過程

一燃燒過程的特點和柴油機燃燒的主要研究方向

（一）燃燒過程的特點

1高壓噴油在汽缸內部形成可燃混合氣。

2壓縮自燃。

（二）柴油機燃燒的主要研究方向

1噴油霧化

2噴油規(guī)律

3氣流運動

4燃燒室結構

配合要好。

二燃燒過程

p－示功圖曲線下的面積表示有用功的大小。

（一）著火延遲期或稱滯燃期1－2

（著火延遲角）

1—噴油嘴針閥打開向缸高壓噴油。

此時，缸內溫度雖已遠遠超過柴油的自燃溫度（可達400～800℃），但

并不馬上著火。

燃燒需要:

物理準備—霧化、吸熱、蒸發(fā)、擴散、混合

化學準備—分解、氧化（焰前反應）

2—缸內壓力脫離壓縮線開始急驟增高。

一般:=0.0007～0.003[s]；對應的曲軸轉角稱為著火延遲角。

盡管著火延遲期很短，但卻對燃燒過程、尤其是柴油機的燃燒過程影響很大，因此十分重要。

（二）速燃期2－3

2點開始著火，壓力急驟增高，接近等容燃燒。持續(xù)噴油，即隨噴隨燃。

3—最高壓力點。。

為表示2－3階段壓力升高的急驟程度，引入概念

壓力升高率:[kpa/degCA]

，沖擊載荷，工作粗暴，柴油機壽命

，做功不利，柴油機性能

（三）緩燃期3－4

4—最高溫度點。1700～2000℃。放熱量達70～80%。

噴油在這一階段停止。

V，p，接近等壓燃燒。廢氣量，氧氣、燃油量燃燒。

（四）補燃期4－5

5—放熱量達95～97%。

補燃期在膨脹過程中。

補燃期，，動力性，冷卻水溫度，排氣溫度，排放差。

所以，應盡量減少補燃。柴油機由于隨噴隨燃，混合時間短，補燃要比汽油機嚴重。

三影響著火延遲期的因素

（一）壓縮溫度和壓力—直接影響因素

，

ln

（二）壓縮比

，

（三）噴油提前角—影響最大的因素

雖然噴油時的壓力較高，但著火時刻推遲，使燃燒

，

，

所以，有一個使為最小的。

高速時:10～15[degCA]

低速時:5～10[degCA]

一般:=5～10[degCA]

（四）轉速n

n漏氣、散熱損失，；

噴油壓力霧化；氣流運動蒸發(fā)

混合氣形成好轉。

但n著火延遲角

（五）十六烷值

十六烷值柴油的自然性

缸內p，T大時，影響不大；

缸內p，T小時。

（六）增壓

增壓，

四著火延遲期對柴油機性能的影響

期間噴入缸內的燃料量著火前可燃混合氣量

，。

，沖擊載荷，工作粗暴，柴油機壽命。

混合氣形成欠佳柴油機性能

五放熱規(guī)律

燃燒放熱率隨曲軸轉角變化的關系。

由噴油規(guī)律和實測示功圖，經計算機計算而得。

（一）放熱規(guī)律

階段—在速燃期內，約占3degCA。。

階段—放熱量約80%，約占40degCA。。

階段—在膨脹過程內，放熱量約20%。

（二）燃燒過程三要素

1放熱開始時刻

2放熱規(guī)律

3放熱持續(xù)時間

（三）希望—先緩后急

工作柔和，經濟性、動力性好，排放少，補燃少。上止點

§3-3柴油機供油系統(tǒng)的工作特性及其對燃燒過程的影響

一燃油噴射

（一）供油系統(tǒng)的組成

油箱輸油泵濾油器低壓油管

噴油泵高壓油管噴油器（噴油嘴）

（二）噴油過程

普遍采用柱塞式噴油泵。

柱塞上行，使噴油泵內壓力升高，當壓力升高

到一定值時，克服噴油泵上方出油閥彈簧預緊力和

高壓油管內的殘余油壓，頂開出油閥，通過高壓油

管向噴油器供油。

上行2點過了4點之后，打開回油口，使泵內

油壓下降。當泵內油壓小于出油閥彈簧預緊力和高

壓油管內的殘余油壓力時，出油閥落座，噴油停止。

下行2點過了4點之后，回油停止，重新進油。

（三）噴油延遲時間

從噴油泵內燃油頂開出油閥進入高壓油管至油壓壓開噴油嘴針閥的時間。

原因—高壓油管中燃油壓縮+節(jié)流作用

（四）幾何供油規(guī)律

從幾何關系求出的油泵凸輪每轉一度（或每秒）噴油泵供入高壓油管的燃油量[ml/degPA或ml/s]隨曲軸轉角（或時間t）的變化關系。

[ml/s]

[ml/degPA]

其中—柱塞面積[mm]；

—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—當3點與5點重合時，才開始供油。

當2點與4點重合時，既開始回油，停止供油。

2實際上（存在節(jié)流）

上行—當3點不到5點時，由于通道小，節(jié)流，已經開始供油。

關閉進油口時—供油提前。

當2點過了4點以后，通道小，節(jié)流，才開始回油，停止供油。

開啟回油口時—供油持續(xù)。

所以，實際供油比理論供油時間長，供油量大。

（二）噴油泵速度特性

每循環(huán)供油量隨轉速n的變化關系。

n節(jié)流作用循環(huán)供油時間

循環(huán)供油量g

（三）車用的適應性

車用—希望ngMe

（例如:低速大負荷工況）

噴油泵速度特性—ngMe

因此，噴油泵速度特性不適合于車用，必須進行校正。

（四）校正

1出油閥校正

可變減壓容積和可變減壓作用。

n節(jié)流作用gMe

可使循環(huán)供油量曲線變得較平坦，但若要適合于車用，還需進行調速器

校正。

2調速器校正

ngMe

在第六章發(fā)動機特性中介紹。

三不正常噴射現象

（一）二次噴射

高壓油管內壓力波引起。

噴射時間霧化不良，燃燒不完全，補燃嚴重，排污，炭煙，零件過熱。

（二）斷續(xù)噴射

進入噴油嘴燃油量不穩(wěn)定，壓力波動引起。

噴油時間正常，但針閥運動次數，噴油嘴易磨損。

（三）隔次噴射

低速、尤其是怠速時，油壓不足，壓不開針閥。下一循環(huán)時油壓聚足，壓開針閥噴射。

怠速運轉不穩(wěn)定。

§3-4柴油機的燃燒室

一燃燒室的分類

（一）直噴式

1開式—中、大型，中、低速船舶、發(fā)電用柴油機

不組織進氣渦流，空間霧化型混合氣蒸發(fā)方式。

2半開式—中、小型，中、高速車用柴油機

（1）型

（2）球型

（3）復合式（U型）

（二）分隔式

1渦流室型—小型高速車用柴油機

2預燃室型—小、中、大型，中、高速車用柴油機

二直噴半開式燃燒室

（一）型

1應用:黃河JN151，6135Q柴油機；日野ED100，6128柴油機等。

2混合氣形成方式:空間霧化。

3主要結構參數

（1）0.4～0.6

其中—燃燒室喉口直徑；D—汽缸直徑。

，油束射程燃油噴在燃燒室局部空間，空氣利用率。

，油束射程，氣流運動燃油噴在燃燒室壁面上，霧化差。

（2）0.75～0.85

其中—燃燒室容積；—活塞位于上止點時的壓縮容積。

空氣利用率，散熱面積燃燒好。

所以，希望盡可能大。

4主要特點

（1）長型多孔（3～5個）噴嘴，孔徑d=0.25～0.4[mm]。

針閥開啟壓力19.6[Mpa]，噴霧夾角140～160。

（2）工作粗暴。

（3）>1.3，大空氣利用率

空氣停留時間

（4）結構簡單，散熱面積，冷起動性好，經濟性好。

（二）的改進型

1四角型

日本五十鈴公司研制。

主要特點:

（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，使整個燃燒室內

霧化均勻。

2擠流口型

英國潑金斯公司研制。

主要特點:

擠氣面積擠流強度

（三）球型

1應用:黃河JN150，6120Q-1型柴油機等。

2混合氣形成方式:油膜蒸發(fā)（M過程）

3主要結構參數

，對球型燃燒室的影響可參閱型燃燒室。

4主要特點

（1）螺旋進氣道，進氣渦流強。

（2）采用單孔噴嘴=0.5～0.7mm，或雙孔噴嘴=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℃。

（4）值較小，=1.1左右，空氣利用率。

（5），，工作柔和、平穩(wěn)，噪聲小。經濟性、動力性較好。

（6）冷起動性和低速性差，排污嚴重。

（7）限制缸徑D不可太大，一般在140mm之內。

Dg油膜厚度蒸發(fā)不完全，燃燒惡化。

（四）復合式（U型）

天津大學史紹熙研制。

1應用:新105系列，延安6130柴油機等。

2混合氣形成方式:空間霧化+油膜蒸發(fā)

3主要結構參數:參閱型燃燒室。

4主要特點

（1）噴油基本垂直于氣流方向（順7）霧化好。

（2）采用螺旋進氣道，軸針式噴油嘴。

（3）低速時，氣流弱—空間分布燃料多改善了冷起動性和低速性。

高速時，氣流強—壁面分布燃料多，，工作柔和、平穩(wěn)，

噪聲小。

氣流運動起重要作用。

（4）高速性能較差，對增壓適應性差。

（5）喉口熱負荷高。對進氣道、擠氣間隙敏感。

三分隔式燃燒室

主要用于高速柴油機。

結構特點:

整個燃燒室分隔成兩個空間，

主燃燒室設于活塞頂部，副燃燒室

位于汽缸蓋內，中間用通道連接。

（一）渦流室型

1應用:BJ130，495Q型柴油機等。

2混合氣形成方式:熱混合

3主要結構參數

50～80%

1～3.5%

通道與渦流室相切，產生壓縮渦流。噴油器安裝在渦流室中，順氣流方向噴射。

4工作原理

壓縮過程—活塞壓迫空氣經過通道流入渦流室，在渦流室中形成強烈的、有

組織的壓縮渦流，渦流流速隨轉速的提高而增高。

燃燒過程—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。在強烈的渦流作

用下，燃燒產物（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

火焰一起經過通道高速噴向主燃燒室，壁面附近的濃混合氣首先

從渦流室中噴出。

在活塞頂部開有淺的導流槽，形成強烈的燃燒渦流，即二次渦

流，加速混合氣的形成與燃燒。

5主要特點

（1）采用軸針式噴嘴=1mm，針閥開啟壓力9.8～12[Mpa]。

（2）渦流強空氣利用率（=1.1～1.3）。

（3）n渦流強度高速性

（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。

（5）相對散熱面積，節(jié)流損失經濟性，冷起動性。

（二）預燃室型

1應用:195-2型柴油機等。

2主要結構參數

20～40%

0.25～0.7%

通道個數多，截面積小，產生壓縮紊流。噴油器安裝在預流室中，燃油逆進入預流室的氣流方向噴射。

3工作原理

壓縮過程—活塞壓迫空氣經過通道流入預燃室，在預燃室中形成強烈的壓縮

紊流，轉速越高，紊流越強。

燃燒過程—壓縮紊流將一部分小顆粒的燃油吹向預燃室上部，并在那里首先

著火?；旌蠚庵鸷螅A燃室中的壓力、溫度迅速升高。下部已

預熱的燃油、空氣、混合氣和火焰一起經過通道高速噴向主燃燒

室。

在主燃燒室中形成強烈的燃燒紊流，加速燃油的霧化和混合氣的

形成與燃燒。

低速時經通道進入預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

（1）采用軸針式噴嘴，針閥開啟壓力7.8～12.8[Mpa]。

（2）紊流強混合氣形成改善。

（3）節(jié)流作用大高速時，工作更加柔和、平穩(wěn)，噪聲更小。

（4）低速性時易工作粗暴，噪聲大。

（5）相對散熱面積，節(jié)流損失經濟性。

第四章汽油機混合氣形成和燃燒

汽油機與柴油機相比主要有如下特點:

汽油機柴油機

1點燃式。壓燃式。

2影響小。影響大。

3進入汽缸的是混合氣，混合時間長。進入汽缸的是新鮮空氣，混合時間短。

4高，熱負荷大。高，機械負荷大。

5壓縮比低，=6～10。壓縮比高，=12～22。

6有爆燃問題。有工作粗暴問題。

7組織氣流運動的目的是為了組織氣流運動的目的是為了

加速火焰?zhèn)鞑?，防止爆燃。促進燃油與空氣更好地混合。

§4-1汽油機混合氣形成

一、混合氣形成過程

1喉口流速P霧化效果

2節(jié)氣門開度喉口真空度,進氣管真空度

從到

3.節(jié)氣門開度一定,n,

4.節(jié)氣門開度，n蒸發(fā)性

進氣溫度蒸發(fā)性

二、理想化油器特性與供油系校正

（一）理想化油器特性

各種工況下滿足最佳性能要求的理想混合比—試驗結果。

1影響因素

（1）轉速n—影響較小。

（2）負荷—影響大。

2空燃比

經濟混合氣A/F=17

功率混合氣A/F=12～14

怠速混合氣A/F=10～12.4

（1）常用工況—中等負荷要求提供經濟混合氣。

（2）負荷>90%以及怠速,低速下—加濃。

（二）簡單化油器特性

單純依靠喉口真空度決定供