汽车发动机原理

1、汽车发动机原理第一章 发动机的性能第一节 发动机理论循环 实际工作过程的抽象。 寻找提高发动机性能的基本方向。 简化条件：1、理想气体。 2、闭口系统，封闭循环。 3、绝热压缩，绝热膨胀。 4、定容加热，定压加热，定容放热。一、 定容加热循环：a-c 绝热压缩。c-z 定容加热。z-b 绝热膨胀。b-a 定容放热。：压缩比；VaVh+Vc= =Vc VcVa 气缸总容积。Vc 气缸压缩容积Vh 气缸工作容积。 压力升高比； Pz= Pck 绝热指数； 1循环热效率：T=1- k-1 k Pa循环平均压力：Pt= (-1) T-1 k-1二、 定压加热循环：a- z1 绝热压缩；z1-z2 定压

2、加热；z2-b 绝热膨胀；b-a 定容放热；循环热效率。循环平均压力。三、 混合加热循环:a- c绝热压缩；c-z1 定容加热；z1-z2 定压加热；z2-b 绝热膨胀；b-a 定容放热； 预膨胀比； Vz = Vz1 后膨胀比；Vb = Vz四、理论循环的分析：1、 压缩比：压缩比提高循环热效率，循环平均压力都能提高。当压缩比大于12时，循环热效率上升得缓慢。当压缩比提高时，最大爆发压力增加，汽油机全发生不正常燃烧，压缩比只能在611之间。2、 绝热指数K：K提高循环热效率提高。空气K=1.4。浓混合气K下降，T下降。稀混合气K上降，T上降。3、 加热量Q1： 定容加热循环加热量增加，则压力

3、升高比增加，当压缩比一定时，放热量同时增加，Q2/Q1不变，因此，循环热效率不变。 但是，实际发动机当负荷增加时，每循环所消耗的燃料增大，即加热量增高，而气体的K值随温度的增高而减少，使热效率降低。只有在负荷一定的一定范围内，热效率的变化不大。加热量增加，压力升高比增加，循环平均压力增加。定压加热循环：加热量增加，预膨胀比增加。当压缩比一定时，预膨胀比增加，循环热效率下降，循环平均压力增加。加热量越多，循环所做的功越多。但是，最后所加的部分热量的时间距上止点越远，该加热量作功的机会越少，即膨胀比越小，因而循环热效率减少。实际柴油机在重负荷时内部热效率减低，除了随预膨胀比的关系外，还有K随温度而

4、变化的影响。温度增加，K值下降，循环热效率下降。混合加热循环：加热量对热效率的影响比较复杂。循环热效率的高低决定于加热后工质膨胀比的大小，膨胀比越大，即工质膨胀越充分，则热效率越高。而压缩比高只不过是提高膨胀比的一个条件。混合加热循环中，总的加热量一定，而定容加热和定压加热的比例不同时，则热效率不同。当总的加热量一定时，定容加热部分越大，即压力升高比越大，则循环热效率越高。结论：1、 增加压缩比，可以提高工质的最高温度，扩了循环的温度梯度，达到了发动机较大膨胀比，因而提高了循环热效率，但是，循环热效率的提高随压缩比的增加而逐渐降低。2、 增大压力升高率，可以增加混合循环中等容部分的加热量，提高

5、了热量的利润率，因而也提高了循环热效率。 3、压缩比和压力升高率的增长，将伴随着最高循环压力的急剧上升。 4、增大预膨胀比，可以提高循规蹈矩环平均压力，但是由于等压部分加热量增加，而这部分加热量是在膨胀比孤低的情况下加入的，因而循环热效率随之降低。3、 指数K越大则循环热效率越高。4、 现有水平：柴油机：=1222，Pz=514Mpa，=1.32.2。汽油机：=611，Pz=38.5Mpa，=2.04.0。第二节 四冲程发动机的实际循环四冲程发动机示功图。一、 进气过程进气终点压力Pa，排气终点压力Pr。汽油机： Pa=（0.80.9）P0 , Ta=340380k 。柴油机：Pa=（0.85

6、0.95）P0 , Ta=300340k 。增压柴油机： Pa=（0.91.0）P K ， Ta=320380k 。 PK=（1.31.6）P0 。进气终了时的进气温度Ta高于大气温度。进气压力越高，进气温度越低，表示进入气缸的空气越多。燃烧过程可能放出的热量也越多，发动机的动力性越好。二、 压缩过程增大工作过程的温差，获得最大限度的膨胀比，提高热效率，为燃烧过程创造有利的条件。多变指数n1： 汽油机：1.321.38。 高速柴油机:1.381.40。 增压柴油机： 1.351.37。多变指数n1主要受到与气缸壁热交换及工质泄露情况的影响。气缸壁温度越低n1越低。转速越高，n1越高。漏气越严重

7、，n1越低。Pc=Pa*n1 Tc=Ta*n1-1 。 Pc（Kpa） Tc（k） 汽 油 机 800 - 2000 600 750 6 - 10柴 油 机 3000 - 5000 750 1000 14 - 22增压柴油机 5000 - 8000 900 1100 12 - 15密封问题。 起动问题。三、 燃烧过程 Pz（kpa） Tz（k）汽 油 机 30006500 22002800柴 油 机 45009000 18002200增压柴油机 900013000四、 膨胀过程多变指数n2： 汽油机：1.231.28。 柴油机:1.151.28。多变指数的影响因素：补燃的多少，工质与缸壁间的热

8、交换及漏气。转速高，补燃增多，温度和漏气减少，n2下降。燃烧不良，补燃增多，n2下降。漏气增多，n2上升。缸径下降，相对散热表面积增加，传热增加，n2上升。汽油机：柴油机： ：后膨胀比。 Pb（kpa） Tb（k）汽 油 机 300600 12001500柴 油 机 200500 10001200五、排气过程汽油机和柴油机： Pc=（1.051.20）P0 (kpa)废气涡轮增压柴油机： Pr =（1.051.20）Pk (kpa)汽油机： Tr=9001100 k （627827 c）柴油机： Tr=700900 k （427627 c）排气温度用来检查发动机工作状态。正功，负功，泵气损失。

9、增压机都是正功。第三节 实际循环的评定指示指标以工质在气缸内对活塞做功为基础。一、 平均有效压力Pmi指示功Wi ：实际循环工质对活塞所做的有用功。Pmi：发动机单位气缸工作容积的批示功。 A：活塞面积。S：活塞冲程。汽油机：7001300 （kpa）柴油机：6501100 （kpa）增压柴油机：9002500（kpa）二、 指标功率发动机单位时间所做的指标功。 ：冲程数，四冲程为4，二冲程为2。三、 指标热效率i和指标燃油消耗率bi 汽油机：i 0.25 -0.40 bi 205-320(g/kw.h)柴油机: i 0.40-0.50 bi 170-205(g/kw.h)第三节 发

10、动机经济性和动力性的评定有效指标:以曲轴对外输出的功率为基础.一、 动力性能1、 有效功率 PePe=Pi-Pm （Pm 机械损失功率）2、 有效扭矩 TiqPe=0.1047Tiq*n*10 -3 3、 平均有效压力 Pmi单位气缸工作容积输出的有效功。平均有效压力是发动机动力性的重要指标。标志着发动机的工作过程组织及工艺的完善程度。汽油机： 6501200 （kpa）柴油机： 600900 （kpa）增压柴油机： 8002200 （kpa）汽车用通常为： 9001300 （kpa）4、 转速n和活塞平均速度Cm Sn Cm= （m/s） 30汽油机： 15 m/s 柴油机：13 m/sn、

11、Cm、S/D值的范围： n Cm S/D小客车汽油机 50008000 1218 0.71.0载重车汽油机 36004500 1015 0.81.2汽车柴油机 20005000 915 0.751.2增压柴油机 15004000 812 0.91.3二、 发动机经济性能1、 有效热效率 Wee= Q12、 有效燃油消耗率bi（g/kw.h） e bi汽油机： 0.250.3 270325柴油机: 0.30.4 214285增压柴油机 0.40.45 1902183、 发动机强化指标升功率PL（kw/L）和比重量me（kg/kw）强化系数 Pme*Cm（MpaM/S）第五节 发动机其它性能评定第

12、六节 机械效率Pm占Pi1030%.一、 机械效率 Pe Pme Pm Pmmm= = =1 =1 Pi Pmi Pi Pmi汽油机： 0.70.9柴油机： 0.70.85二、 机械损失的测定1、 倒拖法1）、发动机与电力测功机相连；2）、稳定运转，转速稳定，冷却水温度，机油温度正常；3）、熄火，电力测功机转化成电动机；4）、拖动发动机，维持冷却水和机油温度不变；5）、测拖动功率，（各种转速）；测量条件现着火运转条件不同。精度较高。可测各种转速的机械效率。可测各种附件的机械损失。汽油机误差±5%。柴油机误差较大。2、 灭缸法仅适用于多缸机。1）、发动机稳定工况运转；2）、测发动机功率

13、；3）、停一缸；4）、恢复转速；5）、测Pe1；6）、依次停某缸，重复3）以后的工作。Pi1=PePe1Pi2=PePe2 Pi=Pi1+Pi2+ =iPe(Pe1+Pe2+)则：Pm=( i 1)Pe (Pe1+Pe2+)柴油机精度较高,误差±5% 。汽油机进气影响较大。3、 油耗线法发动机转速不变，测负荷特性。误差大，仅适用于柴油机。三、 影响机械损失的因素1、 气缸内的最高燃烧压力。环，环背压，侧压力，轴承负荷；零件加大，惯性力增加；凡是导致爆发压力上升的因素都将增加机械损失，压缩比、燃烧规律、喷油规律、点火提前角、喷油提前角等。2、 转速和活塞平均速度转速增加，磨擦损失增加，

14、惯性力增加，侧压力增加，轴承负荷增加。泵气损失增加，附件损失增加。3、 负荷转速一定时，负荷减小，Pmi下降而Pmm变化很小，所以机械效率下降。车用发动机经常在高转速低负荷下工作，因此，提高其机械效率尤其重要。4、 气缸尺寸和数目当发动机的活塞平均速度保持不变量，机械损失随缸径加大而减少。多缸机附件损失小，机械效率较高。5、 润滑油品质和冷却水温度粘度对磨擦损失有重大影响。粘度大，磨擦损失大。润滑油应保证良好的润滑状态。冷却水温度8095 O C。第七节 热平衡一、 实际循环热平衡图119。提高实际循环热效率的途径：1提高压缩比。汽油机提高压缩比受爆燃的限制。柴油机提高压缩比受最大爆发压力和加

15、工精度的限制。2、组织良好的燃烧过程，减少燃烧不完全。汽油机的技术障碍是稀燃。柴油机的技术障碍是混合气的形成和组织燃烧良好的燃烧过程。二、 发动机的热平衡表13。形 式 qe qs qr qb qt汽 油 机 2530 1227 3050 04.5 310柴 油 机 3040 1535 2545 05 25 增压柴油机 3545 1025 2540 05 25第二章 发动机的换气过程一、 换气过程410480OCA。自由排气，强制排气，进气，燃烧室扫气。自由排气阶段的划分。从排气门打开到缸内压力与管内压力相等到时。自由排气阶段的特点：1、 自由排气阶段前期，至P/Pr=1893时为排气过程的超

16、临界状态。2、 超临界排气时期，废气流量与排气管内压力无关，只决定于气缸内气体的状态和气门有效开启面积。3、 排气速度很高，当排气温度为7001100k时，可达500700s/m。4、 废气排出时在60%以上。强制排气阶段：强制排气需要消耗功。排气提前角（3080OCA），排气迟闭角（1035OCA）。进气过程：进气提前角（040OCA），进气迟闭角（4070OCA）。气门重叠：利用燃烧室扫气，防止废气倒流。配气定时：图2-2。二、 换气损失 图2-3。1、 排气损失自由排气损失（w），强制排气损失（y）。降低排气损失的方法：减少排气系统的阻力。减少排气门处的流动损失。2、进气损失面积X。进气

17、系统的阻力，进气过程中气缸压力低于进气管压力。泵气损失。图中x+yd。第二节 四冲程发动机的充气效率一、 充气效率V充气效率是评价不同发动机换气过程组织的完善程度的指标。实际进入气缸的新鲜充量与进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充量的比值。进气状态：非增压机是当时当地的大气状态。增压机是增压器出口状态。 m V1 V= = ms VsV1：测量发动机每小时的实际充气量。（m3/h）。Vs=Vh/1000*i*n/2*60 Vh：工作容积。n：转速。i：缸数。 柴油机： 0.750.9 汽油机: 0.700.85二、 影响充气效率的因素残余废气系数：进气过程结束时气缸内残余废气量与气缸中新鲜充量的

18、比值。1、 进气终点压力PaPa高V大。Pa=Ps-Pa Pa=*V2/2Pa：进气系统阻力引起的压力降。：阻力系数。V：流速。、V2增大，Pa增加，Pa下降。汽车发动机工况的变化包括转速变化和负荷变化。节气门开度一定而转速增大时，Pa下降。当车速一定（发动机转速一定），外界负荷变化时，由于柴油机和汽油机负荷调节方式不同，因而对充气效率的影响不同。柴油机负荷调节方式是质调节。空气量不变，改变喷油量。当转速不变，进气无节流，Pa基本不变，Pa基本不变，V基本不变。 汽油机负荷调节方式是量调节。改变节气门的开度调节进入气缸内混合气的量的多少。节气门开度小，虽然转速一定，但节流损失加大，Pa下降，V

19、下降迅速。2、 进气终点温度TaTa增高，V下降。3、 残余废气系数增多，V下降。燃烧恶化，对经济性排放指标的影响。压缩比上升，残余废气系数下降。增压柴油机： 000003非增压柴油机： 003006 汽油机: 006016Pr高, 上升, V下降。Pr决定于排气系统阻力。汽油机低负荷，大大增加。4、 配气定时选择最佳的配气定时。进气迟闭角影响最大。5、 压缩比压缩比增加，残余废气减少，充气效率有所增加。6、 进气状态进气温度Ts（T0）增高，新鲜充量加热少，充气效率增大。进气压力Ps下降，若进气阻力不变，进气终点压力Pa下降，Pa/Ps比值基本不变，对充气效率影响不大。实际上Ts（T0）上升

20、，Ps（P0）下降，实际进气量减少。这是由于定义中的同一进气状态下引起的。第三节 减少进气系统阻力一、 进气门处的流动损失1、 时面值时面值为： fdt=1/6*nfd气体流量为：m=Vmfdt=Vm *1/6*nfd2、 进气马赫数M进气门处气流平均速度Vm与该处音速之比。 VmM= a Vm：实际进入气缸的新鲜充量与进气门处的效时面值之比。 vVSVm= F（t）F（t）=mFm（t）（C）mFm（t）（O）/6/n经推导： D CmM（ ）2d am（O）D：活塞直径。D：气门直径。、O：气门关和开的角度。充气效率与平均马赫数的关系：当M为0.5左右时急剧下降。3、 加大进气门直径。控制

21、气门处进气流速(6570m/s)，轿车 75m/s。进气门大排气门小。排气流速 100m/s。多气门结构。4、 适当增加气门升程，设计良好的配气凸轮型线。适宜的配气相位。二、 进气道和进气管敏感区。进气涡流。流通面积，流动阻力。汽油机燃料的蒸发与雾化，分配。进气管的形状对充气效率有影响。三、 空气滤清器的阻力滤清效果与原始阻力的矛盾。四、 化油器的阻力雾化与阻力的矛盾。第四节 合理选择配气定时进气迟闭角对v影响最大。1、 充气效率与转速间的关系。某一转速充气效率的最大值，在这一转速，能够充分利用惯性充气，高之，惯性增加，但气门已关，不能进入，同时流动阻力增加，充气效率下降。低之，惯性减小，充气

22、效率下降。2、 不同的进气迟闭角对发动机动力性的影响。加大进气迟闭角，高转速充气效率增加，最大功率增加，但中低速动力性能下降。减小进气迟闭角，最大扭矩提高，而且向低转速移动，但牺牲了最大功率。调整进气迟闭角可以调整充气效率与转速间的关系，从而调整发动机不同转速时的动力性能。高速机进气迟闭角加大，提高发动机的高速性能。高速柴油机加大进气迟闭角，会引进压缩终点的温度降低，影响发动机的起动性能。3、 排气提前角的选择。保证排气损失最小，排气门尽量晚开，加大膨胀比，提高热效率。自由排气时间不宜太长（1030O）。以减少泵气损失。高速机同样的自由排气时间（以S计），所相当的曲轴转角大，应加大排气提前角。

23、4、 气门重叠角的选择非增压机：2060O。增压机： 80160O。高速机应加大气门重叠角。车用发动机低速小负荷时进气管真空度大，为防止废气倒流，改善低速性能和怠速稳定性，气门重叠角小。车用增压发动机为利用燃烧室扫气加在气门重叠角，提高充气效率以提高发动机的高速性能。然而，为保证发动机的低速性能，宜采用较小的气门重叠角。5、 可变配气相位问题。第五节 进气管动态效应利用进排气管中发生的压力波动，是提高高转速时的充气系数的有力手段之一。进气管越长，由于进气阻力增大，充气系数理应下降，但是，实际上情况并非如此，适当的管长，在特定转速下充气效率会提高。一、 惯性效应气门初开 缸内产生负压 进气管内产

24、生很大的负压 气缸内产生膨胀波 传到开口，形成反射压缩波。当压缩波反射到气缸后，使气缸内压力上升。如果管长适当，使膨胀波发出到期压缩波回到气缸处所经历的时间正好与进气管从开启到关闭所需的时间配合，使压缩波到达气缸时，进气门正好处于关闭前夕，从而提高了进气压力，达到增压的目的。二、 波动效应进气门关 进气管内产生压缩波（正） 传到管口 反射膨胀波（负）（由于边界条件开口型） 又向进气门处反射，若气门尚未打开，则边界条件为封闭型，反射膨胀波（负） 传到管口 反射压缩波（正） 再向气门处反射，周而复始，气波在进气管中来回传播，进气门处的压力时高时低。如果正压力波与下一循环的进乞过程重 合，就能使进气

25、终了时压力增高，因而提高充气效率。三、 转速与管长四、 排气管动态效应排气门打开初期，在排气门处产生正压缩波并向管口端传播，在出口端又返回负膨胀波，若能在排气过程后期，特别是气门重叠期，使排气门端形成稳定的负压，便可减少缸内残余废气和泵气损失，并有利于新气进入气缸。排气压力波传播速度快，在适用范围内，需要配以长的管路。五、 实用问题1、 单缸机好用。2、 多缸机的干涉现象。3、 特定转速作用大。第六节 可变技术第七节 二行程发动机的换气过程一、 二行程发动机的换气过程特点：1、 换气过程仅有130150OCA。为四行程的1/31/4。2、 用新鲜充量扫除废气。3、 换气过程组织比较困难。扫气泵

26、类型：1、 曲轴箱扫气。曲轴箱压缩比1.31.55。充气效率0.60.7。Pb=108kpa左右。2、 扫气泵 Pk=109150kpa。3、 废气涡轮增压。 Pk=140200kpa二、 换气系统的基本型式1、 横流扫气。2、 回流扫气3、 直流扫气第三章 燃料与燃烧第一节 发动机的燃料第二节 燃料的使用一、 柴油：1、 低温流动性和雾化性：1）、凝点我国轻柴油是根据凝点编号的。2）、粘度粘度大，流动困难，泵油不可靠，燃料除气困难，雾化变差，导致燃料与空气混合不均匀，降低功率和经济性。粘度低，润滑不良，漏油增加，贯穿度下降。2、 蒸发性和发大性1）、馏程喷入燃烧室中的燃料是在汽化以后着火燃烧

27、的，从燃料喷入燃烧室到开始燃烧的着火落后期中燃料的蒸发速度和蒸发量与燃料的蒸发性有很大的关系，而蒸发速度对柴油机混合气形成速度影响很大。高速柴油机混合气形式时间极短，对燃料的蒸发性要求极高。馏分组成过重的燃料不易蒸发完全，不能极时形成均匀的工作混合气补燃增多，且未蒸发的燃料在高温下发生热分解，形成难于燃烧的碳粒，结果发动机排气温度增高，热损失增加，积炭严重，排气冒烟。馏分过轻，发火性差，着火落后期中蒸发量大。当火焰出现时，所有已喷出的轻馏分都几乎瞬时参加燃烧，结果压力升高率增大，柴油机工作粗暴。预燃室涡流室可以用较重馏分柴油，直喷式反之。2）、自燃性 （发火性）柴油机要求自燃性好的，即着火落后

28、期短的燃料。十六烷值，评定自燃性指标。低十六烷值柴油滞燃期长，压力升高比大，引起工作粗暴，加速机件的磨损。高十六烷值柴油，馏分重，燃料的蒸发性差，易裂化，以致排烟，同时燃料消耗率增加。高速机：4050。3、 柴油的品种和规格二、 汽油：1、 汽油的蒸发性10%馏出温度越低，低温起动性越有利，但抗汽阻能力差。50%馏出温度越低，暖机，加速性，分配性越好。进气管内有一半左右燃料蒸发。90%馏出温度越低，燃烧好积炭少。90%馏出温度越高，易稀释机油，充气系数降低，有效功率降低，爆燃倾向加强，蒸发潜热增加。2、 汽油的抗爆性抗爆性指标：辛烷值。（66#、70#、74#、76#、80#、85#、90#、

29、93#等）。抗爆剂：四乙铅。汽油的规格。3、 代用燃料：甲醇，乙醇等。第三节 燃料热化学一、 1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量： 1 g C g H g O L0 = （ + - ）kmol/kg fuel021 12 4 32 1 8 L 0 = ( g C +8g H-g O ) kmol/kg fuel0.23 3二、 过量空气系数 L 燃烧一公斤燃料实际提供的空气量= = L0 理论上所需空气量汽油机：=0.81.2柴油机: =1.21.6 (车用) =1.82.2 (增压)空燃比: A/F=空气量/燃料量 汽油: =1时, A/F=14.9三、>1时完全燃烧的产物： g H

30、g O 1汽油机： M= + - kmol/kg fuel 4 32 M T g H g O 柴油机： M= + kmol/kg fuel4 321、 液体燃料燃烧后分子数目增加了M。2、 >1时，M仅与燃料中含H和O数量有关，与和C的含量无关。3、 <1，只在汽油机中存在，此时空气不足以将燃料完全燃烧。一般假定燃烧时氧气先将H氧化，后将C氧化成CO，再有氧气则进一步把CO氧化成CO2。因此不完全燃烧主要表现在燃烧产物中存在CO。实际上，发动机中的情况不完全是这样的。在燃烧产物中总有H2，HC化合物以及C烟存在，甚至>1时也不能绝对完全燃烧.第四节 燃烧的基本知识在高速内燃机

31、中，燃烧过程的持续时间是非常短暂的。例如，曲轴转速3000 r/min，每转达1/50秒的时间，假定燃烧过程从上止点前300结束，即占CA600，那么一共只有1/300秒。燃烧过程必须在这样短的时间内完成。如果燃烧不完全，就引起化学损失，燃料中的一部分化学能不能被利用，同时使排气中出现不完全燃烧产物。如果燃烧迟缓，不能保证燃料在上止点附近烧完，那么就使燃烧过程的最高压力和温度下降，排气温度上升，引起热力学损失，降低循环的热效率。同时这时与燃气接触的冷却面积增大，增加了散热损失。因此，要求使燃烧过程在活塞位于上止点附近短时间内进行完全，以保证发动机有良好的动力性。一、 着火：烃燃料低温多阶段着火

32、。1：冷焰诱导期，2：冷焰，3：兰焰。烃燃料高温单阶段着火。1：二、预混合气中的火焰传播：1、 层流火焰传播：0405 m/s2、 紊流火焰传播：火焰前锋有皱折。二、 油滴与喷雾燃烧：非预混的，不均匀的扩散型燃烧。第四章 汽油机混合气的形成与燃烧燃烧过程是将燃料的化学能转变成热能的过程。燃烧过程影响：动力性，经济性，排气污染，噪声，振动，起动性，使用寿命。第一节 汽油机燃烧过程一、 正常燃烧：（一）、正常燃烧过程着火延迟期：12点。影响着火延迟期的因素：1、 燃料本身的分子结构和物理化学性能。2、 开始点火时气缸内气体的温度和压力，这和压缩比有关，压缩比大，则延时期短。3、 过量空气系数=0.

33、80.9时最短。4、 残余废气系数增大，则使延时增加。5、 气缸内混合气运动愈强，则稍有增长。6、 火花能量的大小。着火时间可用控制点火提前角的办法来达到。着火延时期对汽油机工作的影响不大，这与柴油机不同。明显燃烧期，23点。3点是最高压力点。 dP压力升高率： ， d代表发动机工作粗暴程度，振动和噪声水平。3点的位置对发动机功率，经济性有很大的影响。明显燃烧期短，越靠近上止点，动力性越好，但PZ值大，压力升高率大，振动和噪声加大。排放性能差。明显燃烧期20O30O。3点在上止点后12O15O较好。dP 值175250 kpa。d后燃期：3点以后。过后燃烧时燃烧速度下降，缸内压力下降。（二）、

34、燃烧速度与火焰传播速度：燃烧速度是指单位时间内燃烧的混合气量。dm =TVTATdtT：末燃混合气密度，VT： 火焰传播速度，AT： 火焰前锋面积。火焰传播速度：火焰前锋相对于管壁的绝对速度。处决于层流火焰传播速度和混合气紊流脉动速度 。层流火焰速度一般很小。例如：n=4500 r/min 燃烧持续时间为1.5*10-3 S,距离80mm,要求VT为53 m/s 。为层流速度的30 余倍。图4-20，正常燃烧时火焰前锋位置。影响紊流火焰传播速度的因素：1、 发动机转速。转速提高，缸内紊流增加，火焰传播速度几乎于转速正比于转速。2、 过量空气系数：=0.85-0.95 火焰传播速度最大，功率混合

35、比。=1.03-1.1 火焰传播速度下降不多，经济混合比。=1.3-1.4 火焰传播下限。=0.4-0.5 火焰传播上限。3、 进气压力进气压力增加，火焰传播速度增加。4、 进气温度进气温度越高，火焰传播速度有所增加。5、燃烧室型式燃烧室表面积与容积比越小，则散热面积越小，火焰传播速度越高。6、火花塞位置一般装在较冷的区域，或燃烧室中央。7、 混合气中的废气量增加，火焰传播速度下降。（三）、不规则燃烧： 1、 循环间的变动：循环间的变动反映了不同循环间的压力变化，同时也反映了不同循环间的平均指示压力和最大爆发压力变化。 图4-7。影响循环变动的因素：1） 值。=0.8-0.9，变动最小。稀燃的

36、障碍。2） 负荷低负荷变动大。值加大，燃烧情况不好。3） 加强紊流，提高转速，变动量小。4） 点火系统的差异点火能量，多点点火。次级线圈的电压升高率。火花塞间隙，电极形状。点火时刻，点火位置。2、 各缸间的差异：主要原因是燃料料分配不均，进气量，进气速度，扰动强度，燃烧室已何条件（压缩比，形状，火花塞位置），进气管形状，制造差异，流动差异。（四）、燃烧室壁面熄火作用：HC的主要来源。减少燃烧室面容比（F/V）。二、 不正常燃烧（一）、爆燃：特征：缸内特殊的金属撞击声，冷却水过热，严重时功率下降，油耗上升。原因： 1、 未端混合气。受压和热幅射。2、 形成新的火焰中心。3、 高速压力波。轻微爆燃

37、，100-300 m/s，强烈爆燃，800-1000 m/s。影响爆燃的因素：爆燃的发生完全处决于末端混合气的温度，压力，时间。1、 燃料的性质。辛烷值。2、 末端混合气的压力和温度。末端混合气的压力和温度高，爆燃倾向大，压缩比大，缸内压力和温度高易爆燃。铝缸盖末端混合气的压力和温度低，爆燃倾向小。3、 火焰前锋传播到末端混合气的时间。提高火焰传播速度，缩短火焰传播距离，有利于降低爆燃倾向。大缸径发动机火焰传播距离大，易爆燃。（二）、表面点火：燃烧室炽热表面点燃混合气。早燃。 没有冲击波，敲缸声比较沉闷。图4-12。三、 使用因素对燃烧的影响：1、 混合气浓度。=0.8-0.9,功率混合气。=

38、1.03-1.1，经济混合气。=0.8-0.9,火焰传播速度快，但混合气着火落后期短，爆燃倾向大。2、 点火提前角。点火提前角调整特性。当汽油机保持节气门开度，转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率以及耗油率随点火提前角改变而变化的关系。最佳点火提前角增加，最大爆发压力增加，温度增加，爆燃倾向增加。最佳点火提前角减少，后燃增加最大爆发压力下降，最大爆发温度下降，排气温度增加，热效率下降，爆燃倾向小。3、 转速。转速增加，紊流强度增加，火焰传播速度增大，爆燃倾向小。转速增加应该加大点火提前角，采用离心调节器。4、 负荷。量调节。负荷减小，残余废气不变，火焰传播速度下降，燃烧恶化。采用真空调节器。负

39、荷小，最大爆发压力增加，温度增加，爆燃倾向小。5、 大气状况。大气压力低，充量减少，混合气浓，动力性经济性差。大气温度高，充量减少，混合气浓，动力性经济性差。易发生气阻，应加强冷却。第二节 汽油机混合气的形成汽油机混合气形成的方式：1、化油器式。2、汽油喷射式。量调节。采用节流阀开闭来调节混合气的数量。一、 化油器混合气的形成。（一）、怎样实现理想化油器特性。1、 理想化油器特性全负荷，节气门全开，浓混合气，A/F=1214，=0.8-0.94。中等负荷，节气门部分开，稀混合气，随负荷增加逐渐变稀，50%开度后变化不大。A/F=17左右，=1。14左右。怠速，节气门接近全闭，浓混气，A/F=1

40、0-12.4，=0.67-0.83。2、 真空度。喉管真空度。进气管真空度。节气门开度一定，转速升高，二者均增加。；图4-18。节气门关闭时，进气管真空度大，喉管真空度接近于是0。节气门开启时喉管真空度加大，进气管真空度下降。随着节气门开大，两者接近，最后，喉管真空度可超过进气管真空度。图4-19。3、 简单化油器特性。简单化油器，图4-20。简单化油器特性，图4-21。空气流量 =afaVaa=afaÖ2Pnn 燃油流量：Mf=fffVff=fffÖ2(Pn -gHf ) f 空燃比：A/F=Ma/ Mf=afa/fffÖPn/(Pn -gHf) /Ö

41、 a/f 当Pn< gHf时，燃油未流出。当Pn稍大于gHf时，燃油被吸出，但ÖPn/(Pn -gHf) 值极大，A/F极浓。随着Pn加大，ÖPn/(Pn -gHf) 值下降，并逐渐趋向1，A/F随Pn增大而变浓。理想化油器特性与简单化油器特性比较，小负荷太稀，大负荷太浓。4、 主供油系的校正。渗入空气法校正系统，图4-22。泡沫管，渗入空气。图4-23。进入油井的空气使主量孔两端的压差减小。促进雾化。空气量孔的作用：改变了简单化油器燃料流出单纯受喉管真空度限制的状况。5、 满负荷加浓与怠速加浓。图4-25，4-26。6、 调整试验。燃烧调整特性：在一定节气门开度和一

42、定转速下，发动机功率的燃油消耗率随燃料消耗量或过量空气系数而变化的曲线。Pe=f（GT），be=f（GT）。1、 最佳点火提前角。2、 由浓至稀到不能稳定工作。 A点，最大功率点 鱼钩曲线，包络线，理想负荷 B点，最低油耗点 曲线，选择不同的主量孔和空 空气量孔。（二、 ）化油器的运行工况。1、 加速。加速泵。2、 急减速降低HC。节气门缓冲器。3、 起动。起动加浓。阻风门。二、 汽油喷射系统（一）、系统简介系统的组成：1、 空气系统。2、燃料系统。3、控制系统。图4-35。（二）、空气系统：根据空气流量检测方式可分成：1、 L方式，直接通过空气流量传感器检测空气流量。2、 D方式，通过进气管

43、真空度间节测量空气流量。常用的传感器有：叶片式，热线风速式，卡门涡街式。节流阀。调节负荷。节气门开启位置的转角信号送入计算机。空气阀。并联。冷起动时增加旁路空气，提高怠速转速，加快暖机过程。有双金属型，石腊型。（三）、燃料系统电动汽油泵，喷咀，压力调节器。多点喷射，单点喷射。（四）、控制系统1、 控制系统的组成：图4-43。各类传感器，电器和电控单元（ECU）组成。图4-44。汽油喷射按时间方式分类：同时喷射，分组喷射，顺序喷射。2、 油量的计量与控制控制系统的任务在于根据测得空气流量，转速及其它信号计量供油量，保证该工况所需的空燃比。由于喷油量与喷油时间成正比，因而控制系统也可以看成是对喷油

44、时间的计量和控制。图4-45。喷射时间： TR=TP+ TM + TV （p86-88）。 TP：基本喷油时间。 TM ：修正喷射时间。 TV ：电压修正时间。氧传感器，对理论空燃比进行反馈控制。图4-53。三、两种混合气形成方式的比较汽油喷射系统的优点：1、 精确。2、 雾化好。3、 加速性和排放性能好。4、 各缸分配均匀性好。5、 提高了充气效率，有利于改善整机的动力性。第三节 燃 烧 室一、对燃烧室的基本要求1、 结构紧凑面容比，F/V 。F/V 小，1）、火焰传播距离小，不易发生爆燃，可提高压缩比。2）、相对热损失小，热效率高。3）、熄火面积小，HC排量小。2、 具有良好的充气性能。注

45、意进排气门布置，与气道的配合。3、 火花塞位置要安排适当。新鲜气扫除火花塞周围的废气。排气门附近。传播火焰面合理。距离短。4、 燃烧室形状合理分布。 dP 与 有关。 d 与V 有关。5、 要有适当的紊流运动。火焰传播速度增大，冷却未端混合气，减少循环变动，减少HC。进气涡流：进气道形状决定，影响充气效率。进气涡流对缩短着火延迟期，加速初始火焰传播，提高点火可靠性有好处。但涡流不强，（0.51）圈，对明显燃烧时期影响较小。受负荷影响，小负荷时，进气涡流不强。挤流：压缩上止点利用挤气间隙，将混合气挤入燃烧室形成涡流。提高明显燃烧时期火焰传播速度，缩短燃烧时间。HC生成问题比较复杂。6、 未端混合

46、气要有适当的冷却，防止爆燃和早燃。三、 典型燃烧室：1、 浴盆形F/V较大，火焰传播距离较大，故压缩比不高，燃烧时间拖长。 dp 小，动力性，经济性不高。HC多NOX 。 d工艺性好。2、楔形燃烧室紧凑。充气效率较高，动力性经济性较好。低速性能稳定。（火花塞在高处，进排气门之间）。dp 高，NOX高，HC亦较高。d3、半球型紧凑，F/V最小，火焰传播距离最小。充气效率高，动力性经济性好，HC少，高速性好。压力升高率大。配气机构复杂。工艺复杂。四、 新型燃烧室火球型，碗型，TGP，双火花塞，德士古，CVCC等。第五章 柴油机混合气形成和燃烧第一节 柴油机燃烧过程一、 燃烧过程：1、 着火延迟期。0.00070.001S。 为了降低爆发压力和燃烧燥声,以及改善冷起动性,应适当缩短着火延迟期。影响因素：压缩温度，压力，喷油提前角，燃料性质（十六烷值高，蒸发性好的小）。2、 速燃期。 dp压力升高比， , d 300500 kpa/ OCA3、 缓燃期。最高压力点4，上止点后2035O,燃烧完成7080%。4、 补燃期。终点，燃烧完成9597%二、 对燃烧过程的要求。1、 应在较小的过量空气系数下，燃油完全而 迅速地燃烧，应保证经济性和动力。非增压柴油机提高平均有效压力主要靠提高充气效率和空气利用率（即降低，=1.21.