《汽车发动机构造与维修2》课件第1章

第1章发动机的工作原理1.1工程热力学基础知识1.2发动机总体结构与基本原理1.3发动机的工作循环和性能指标1.4发动机的换气过程1.5汽油机的燃烧过程1.6柴油机的燃烧过程实训1发动机的总体结构认识 1.1工程热力学基础知识

1.1.1工质的热力状态

1.工质的基本状态参数

表述工质所处状态的物理量叫做工质的状态参数。在工程热力学中，压力、比容、温度这三个可测状态参数叫做工质的基本状态参数。发动机工作时，通过工质状态参数的变化把热能转变为机械能。

1)压力

工质在容壁单位面积上作用的垂直力称为工质的压力，也叫绝对压力，用p表示。绝对压力的单位有帕(Pa)、千帕(kPa)、兆帕(MPa)等。在一些特殊场合，压力也有用巴(bar)作单位的，1 bar =100kPa。绝对压力p不能测量，只能通过换算得出。

气体的绝对压力p与大气压力p0之差，称为表压力。高于大气压力的压力可以用压力表测量，设测出的压力为pb，则此时气体的绝对压力为：p =p0+

pb低于大气压力的压力可以用真空表测量，测出的表压力称为真空度pc。真空度表示气体压力低于大气压力的值。此时气体的绝对压力为：p =p0-

pc

2)比容

单位质量的工质所占有的容积称为比容，用v表示：式中：V——mkg质量的工质占有的总容积，单位为m3；

m——工质的总质量，单位为kg。

3)温度

温度表示气体分子运动强弱的程度。气体温度愈高，其分子运动速度愈高；气体分子运动速度愈高，其温度也愈高。常用的温标是开氏温标，开氏温标的温度用T表示，它与摄氏温标的温度t之间的关系为：T = t+273.15

2.理想气体状态方程

理想气体是分子不占体积、分子之间没有吸引力的假想气体。一些实际中的气体，由于分子体积很小，分子之间的距离比分子直径大很多，因此分子间的吸引力可以忽略不计，通常都可以按理想气体对待。汽车发动机用的工质可以看成是理想气体。

对于1kg质量的理想气体，其状态方程为：pv = RT

对mkg质量的理想气体，其状态方程为：pV =mRT

式中：R——气体常数，单位为kJ/(kg·K)。

3.热力过程功量

工质由某一初态变化到另一终态所经历的全部状态过程的总和称为热力过程。热力过程中外界对工质或工质对外界所做的功称为热力过程功量，用W表示。

4.工质的比热容

1kg的工质，温度增加1K所需加入的热量，称为该工质的比热容c。工质的比热容有比定容热容cV和比定压热容cp，且cp＞cV。

比定压热容和比定容热容之比称为质量热容比γ：

5.工质的内能

工质内部具有的总能称为工质的内能，用U表示。理想气体的内能是温度的单值函数，它只与温度有关，而与所进行的热力过程无关。mkg的理想气体从某初态1开始，无论经历什么热力过程到达终态2，其内能的变化只取决于温度的变化。此时：U2-

U1=

mcV(T2-

T1)对于1kg的工质，则：u2-u1=

cV(T2-T1)或du

=

cVdT1.1.2热力学基本定律

1．热力学第一定律

热力学第一定律是能量守恒定律在热力学上的应用，即热可以转变为功，功可以转变为热，转变前后的能量保持不变。

设Q表示转变为功的那部分热量，W表示转换得到的功，热量和功的单位都是千焦耳，则：Q=U2

-

U1+

W对质量为1kg的工质，则有：q=u2- u1+w或dq=cVdT+pdV

3.热力学第二定律

实践证明：通过摩擦作用可以将机械能全部转变为热，而发动机却不可能把全部吸收的热连续地转变为机械能。

热力学第二定律指出：不可能创造出只从热源吸收热量做功而不向冷源放出热量的发动机，即内燃机的热效率不可能达到100%。

工质经历一个工作循环，转变为功的热量与所加入热量之比称为循环的热效率，用η表示。设工质经历一个循环从热源吸收的热量为Q1千焦耳，对外做功为W千焦耳，放给冷源的热量为Q2千焦耳，则：1.1.3气体的基本热力过程

1.等容过程

气体容积保持不变的过程称为等容过程，过程曲线如图1-1所示。在此过程中，由于比容v不变，根据理想气体的状态方程pv=RT，可得：

2.等压过程

气体压力保持不变的过程称为等压过程，过程曲线如图1-2所示。在此过程中，由于压力p不变，根据理想气体的状态方程pv=RT，可得：图1-1等容过程图1-2等压过程

3.等温过程

气体温度保持不变的过程称为等温过程，过程曲线如图1-3所示。在此过程中，由于温度T不变，根据理想气体的状态方程pv=RT，可得：图1-3等温过程

4.绝热过程

工质与外界没有热交换的过程称为绝热过程，过程曲线如图1-4所示。在此过程中，由于工质与外界没有发生热交换，根据热力学第一定律推导可得：pvγ

= 常数图1-4绝热过程

5.多变过程

比较以上四种典型的热力过程方程式，可以看出这些方程式可用一个通用方程式来表示：

pvn

= 常数式中，指数n可以为任何一个常数，称为多变指数。此方程称为“多变过程方程式”。当n

=

0时，pv0

=

p

=

常数，即等压过程；当n

=

l时，pv1

=

pv

=

常数，即等温过程；当n

=

γ时，pvγ

=

常数，即绝热过程；当n

=

∞时，v

=

常数，即等容过程；图1-5多变过程1.1.4卡诺循环和卡诺定理

1.卡诺循环

卡诺循环是最理想的循环方案，是由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程交错组成的，如图1-6所示。现将四个过程介绍如下：

(1)等温膨胀过程(a→b)：工质由状态a在等温下从恒温热源(或高温热源)吸收热量q1而变化至状态b。

(2)绝热膨胀过程(b→c)：工质由状态b进行绝热膨胀到状态c，此时温度由T1下降到T2。

(3)等温压缩过程(c→d)：工质由状态c进行等温压缩，并向恒温冷源(或低温热源)放出热量q2，从而达到状态d。图1-6卡诺循环

(4)绝热压缩过程(d→a)：工质由状态d通过绝热压缩回复到状态a，此时温度T2上升到T1，完成了一个循环。

通过对卡诺循环的分析，可以得出在一定条件下热能的最大利用率，因而具有很大的理论价值。

经理论推导，得到卡诺循环的热效率：结论：

(1)卡诺循环的热效率仅取决于高温热源及低温热源的温度。

(2)由于T1不可能为无限大，T2不可能为零，因此卡诺循环的热效率不可能达到1。

(3)当T1

=

T2时，ηtc=0，即不可能由单一热源吸热而循环做功。

2.卡诺定理

卡诺定理指出：

(1)在相同的高温热源与相同的低温热源之间，一切按卡诺循环工作的热机的热效率都相等，与工作物质无关。

(2)在相同的高温热源与相同的低温热源之间，一切不可逆热机的热效率都不能大于按卡诺循环工作的热机的热效率。 1.2发动机总体结构与基本原理

1.2.1发动机的分类

车用发动机根据将热能转变为机械能的主要构件的形式不同，可分为活塞式发动机和燃气轮机两大类。前者又可按活塞运动方式分为往复活塞式发动机和旋转活塞式发动机，往复活塞式发动机在汽车上的应用最为广泛。

汽车发动机(主要指车用往复活塞式发动机)分类方法很多，按照不同的分类方法可以把汽车发动机分成不同的类型，下面介绍其分类情况。

1.按照所用燃料分类

汽车发动机按照所使用燃料的不同可以分为汽油发动机和柴油发动机，如图1-7所示。使用汽油为燃料的发动机称为汽油发动机；使用柴油为燃料的发动机称为柴油发动机。图1-7汽油发动机及柴油发动机

(a)汽油发动机；(b)柴油发动机

2.按照行程分类

发动机按照完成一个工作循环所需的行程数可分为四行程发动机和二行程发动机，如图1-8所示。我们把曲轴转两圈(720°)，活塞在汽缸内上下往复运动四个行程，完成一个工作循环的发动机称为四行程发动机；而把曲轴转一圈(360°)，活塞在汽缸内上下往复运动两个行程，完成一个工作循环的发动机称为二行程发动机。汽车发动机较广泛使用四行程发动机。图1-8四行程及二行程发动机

(a)四行程发动机；(b)二行程发动机

3．按照冷却方式分类

发动机按照冷却方式的不同可以分为水冷发动机和风冷发动机，如图1-9所示。水冷发动机是利用在汽缸体和汽缸盖冷却液套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却的；而风冷发动机是利用流动于汽缸体与汽缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却的。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛地应用于现代车用发动机。图1-9水冷及风冷发动机

(a)水冷发动机；(b)风冷发动机

4.按照汽缸数目分类

发动机按照汽缸数目的不同可以分为单缸发动机和多缸发动机，如图1-10所示。仅有一个汽缸的发动机称为单缸发动机；有两个以上汽缸的发动机称为多缸发动机，如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。图1-10单缸及多缸发动机

(a)单缸发动机；(b)多缸发动机

5.按照汽缸排列方式分类

发动机按照汽缸排列方式的不同可以分为单列式发动机和双列式发动机，如图1-11所示。单列式发动机的各个汽缸排成一列，一般是垂直布置的，称为直列发动机，但为了降低高度，有时也把汽缸布置成倾斜的甚至水平的；双列式发动机把汽缸排成两列，两列之间的夹角小于180°(一般为90°)，也称为V型发动机，若两列之间的夹角等于180°则称为对置式发动机。

图1-11直列式及双列式发动机

(a)直列发动机；(b) V型发动机

6.按照进气系统是否采用增压方式分类

发动机按照进气系统是否采用增压方式可以分为自然吸气(非增压)式发动机和强制进气(增压式)发动机，如图1-12所示。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率而采用增压式。图1-12自然吸气式及增压式发动机

(a)自然吸气式发动机；(b)增压式发动机1.2.2发动机的总体构造

1.曲柄连杆机构

曲柄连杆机构是发动机实现工作循环、完成能量转换的主要运动零件，它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成，如图1-13所示。在做功行程中，活塞承受燃气压力在汽缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力；而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量，又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。图1-13曲柄连杆机构

2.配气机构

配气机构的作用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入汽缸，并使废气从汽缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组和气门传动组组成，如图1-14所示。图1-14配气机构

3.燃油供给系统

汽油机燃油供给系统的作用是根据发动机的要求，配制出一定量和浓度的混合气，供入汽缸，并将燃烧后的废气从汽缸内排出到大气中去；柴油机燃油供给系统的作用是把柴油和空气分别供入汽缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。燃油供给系统的基本结构如图1-15所示。图1-15燃油供给系统

4.润滑系统润滑系统的作用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，从而减小摩擦阻力，减轻机件的磨损，并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系统通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和阀门等组成，如图1-16所示。图1-16润滑系统

5.冷却系统

冷却系统的作用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系统通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成，如图1-17所示。图1-17冷却系统

6.点火系统

在汽油机中，汽缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的汽缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系统，点火系统通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成，如图1-18所示。图1-18点火系统

7.起动系统

要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，汽缸内的可燃混合气燃烧膨胀做功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系统。起动系统主要由起动机及其控制电路组成，如图1-19所示。图1-19起动系统

1.2.3发动机的基本工作原理

1.发动机的基本术语

发动机的基本术语有上止点(TDC)、下止点(BDC)、活塞行程(S)、汽缸直径(D)、汽缸工作容积(Vh)、燃烧室容积(Vc)、汽缸总容积(Va)和压缩比(ε)等，如图1-20所示。图1-20发动机基本术语上止点TDC(TopDeadCenter)：活塞在汽缸里作往复直线运动时，活塞向上运动到最高位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最远的极限位置，称为上止点。

下止点BDC(BottomDeadCenter)：活塞在汽缸里作往复直线运动时，活塞向下运动到最低位置，即活塞顶部距离曲轴旋转中心最近的极限位置，称为下止点。

活塞行程S：活塞从一个止点到另一个止点移动的距离，即上、下止点之间的距离称为活塞行程，一般用S表示。对应一个活塞行程，曲轴旋转180°。曲柄半径R：曲轴旋转中心到曲柄销中心之间的距离称为曲柄半径，一般用R表示。通常活塞行程为曲柄半径的两倍，即S=2R

。

汽缸工作容积Vh：活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为汽缸工作容积，一般用Vh表示。式中：D——汽缸直径，单位为mm；

S——活塞行程，单位为mm。燃烧室容积Vc：活塞位于上止点时，其顶部与汽缸盖之间的容积称为燃烧室容积，一般用Vc表示。

通常汽油机的压缩比为6～10，柴油机的压缩比较高，一般为16～22。

2.四行程发动机的工作原理

1)四行程汽油机的工作原理

四行程汽油机的运转是按进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程的顺序不断循环反复的，如图1-21所示。图1-21四行程汽油机

(a)进气行程；(b)压缩行程；(c)做功行程；(d)排气行程

(1)进气行程。由于曲轴的旋转，活塞从上止点向下止点运动，这时排气门关闭，进气门打开。进气过程开始时，活塞位于上止点，汽缸内残存有上一循环未排净的废气，因此，汽缸内的压力稍高于大气压力。随着活塞下移，汽缸内容积增大，压力减小，当压力低于大气压力时，在汽缸内产生真空吸力，空气经空气滤清器并与化油器供给的汽油混合成可燃混合气，通过进气门被吸入汽缸，直至活塞向下运动到下止点，如图1-22所示。在进气过程中，受空气滤清器、化油器、进气管道、进气门等阻力的影响，进气结束时，汽缸内的气体压力略低于大气压力，约为0.075～0.09MPa，同时受到残余废气和高温机件加热的影响，温度达到370～400K。实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开，并且延迟到下止点之后关闭，以便吸入更多的可燃混合气。

(2)压缩行程。曲轴继续旋转，活塞从下止点向上止点运动，这时进气门和排气门都关闭，汽缸内成为封闭容积，可燃混合气受到压缩，压力和温度不断升高，当活塞到达上止点时压缩行程结束，如图1-23所示。此时气体的压力和温度主要随压缩比的大小而定，可燃混合气压力可达0.6～1.2MPa，温度可达600～700K。压缩比越大，压缩结束时汽缸内的压力和温度越高，则燃烧速度越快，发动机功率也越大。图1-22进气行程

图1-23压缩行程

(3)做功行程。做功行程包括燃烧过程和膨胀过程，在这一行程中，进气门和排气门仍然保持关闭。当活塞位于压缩行程接近上止点(即点火提前角)位置时，火花塞产生电火花点燃可燃混合气，可燃混合气燃烧后放出大量的热使汽缸内的气体温度和压力急剧升高，最高压力可达3～5MPa，最高温度可达2200～2800K。高温高压气体膨胀，推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械功，除了用于维持发动机本身继续运转外，其余用于对外做功。随着活塞向下运动，汽缸内容积增加，气体压力和温度降低，当活塞运动到下止点时，做功行程结束，气体压力降低到0.3～0.5MPa，气体温度降低到1300～1600K，如图1-24所示。

(4)排气行程。可燃混合气在汽缸内燃烧后生成的废气必须从汽缸中排出去，以便进行下一个进气行程。当做功接近结束时，排气门开启，进气门仍然关闭，靠废气的压力先进行自由排气，活塞到达下止点再向上止点运动时，继续把废气强制排出到大气中去，活塞越过上止点后，排气门关闭，排气行程结束，如图1-25所示。实际汽油机的排气行程也是排气门提前打开，延迟关闭，以便排出更多的废气。由于燃烧室容积的存在，不可能将废气全部排出汽缸。受排气阻力的影响，排气结束时，气体压力仍高于大气压力，约为0.105～0.115MPa，温度约为900～1200K。图1-24做功行程图1-25排气行程

2)四行程柴油机的工作原理

四行程柴油机( 图1-26)和四行程汽油机的工作过程相同，每一个工作循环同样包括进气、压缩、做功和排气四个行程，但由于柴油机使用的燃料是柴油，柴油与汽油有较大的差别，柴油粘度大、不易蒸发、自燃温度低，故可燃混合气的形成、着火方式、燃烧过程以及气体温度和压力的变化都和汽油机不同，下面主要分析柴油机和汽油机在工作过程中的不同点。图1-26四行程柴油机

(a)进气行程；(b)压缩行程；(c)做功行程；(d)排气行程四行程柴油机在进气行程中，柴油机吸入汽缸的是纯空气而不是可燃混合气，在进气通道中没有化油器，进气阻力小，进气结束时气体压力略高于汽油机而气体温度略低于汽油机，即气体压力约为0.0785～0.0932MPa，气体温度约为300～370K。

压缩行程压缩的也是纯空气，在压缩行程接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，柴油和空气在汽缸内形成可燃混合气并着火燃烧。柴油机的压缩比比汽油机的压缩比大很多(一般为16～22)，压缩结束时气体温度和压力都比汽油机高，气体压力约为3.5～4.5MPa，气体温度约为750～1000K，大大超过了柴油机的自燃温度。柴油机是压缩后自燃着火的，不需要点火，故柴油机又称为压燃机。柴油喷入汽缸后，在很短的时间内与空气混合便立即着火燃烧，柴油机的可燃混合气是在汽缸内部形成的，而不像汽油机那样，混合气主要是在汽缸外部的化油器中形成的。柴油机燃烧过程中汽缸内出现的最高压力要比汽油机高得多，可高达6～9MPa，最高温度也可高达2000～2500K。做功结束时，气体压力约为0.2～0.4MPa，气体温度约为1200～1500K。

柴油机的排气行程和汽油机一样，废气同样经排气管排入到大气中去，排气结束时，汽缸内的气体压力约为0.105～0.125MPa，气体温度约为800～1000K。柴油机与汽油机比较，柴油机的压缩比高，热效率高，燃油消耗率低，同时柴油价格较低，因此，柴油机的燃料经济性能好，而且柴油机的排气污染少，排放性能较好。但它的主要缺点是转速低、质量大、噪声大、振动大、制造和维修费用高。在其发展过程中，柴油机不断发扬其优点，克服缺点，提高速度，有望得到更广泛的应用。

3)二行程汽油机的工作原理

二行程汽油机的工作循环也是由进气、压缩、燃烧膨胀、排气过程组成的，但它是在曲轴旋转一圈(360°)、活塞上下往复运动的两个行程内完成的。因此，二行程发动机与四行程发动机的工作原理不同，结构也不一样。例如曲轴箱换气式二行程汽油机，汽缸上有三排孔，利用这三排孔分别在一定时刻被活塞打开或关闭进行进气、换气和排气。工作原理如下：图1-27(a)表示活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩；当活塞继续上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱，如图1-27(b)所示；活塞接近上止点时，火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩，如图1-27(c)所示；当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动，换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入汽缸内，并排除废气，如图1-27(d)所示。图1-27曲轴箱换气式二行程汽油机工作原理图

(a)压缩；(b)进气；(c)燃烧；(d)排气第一行程：活塞从下止点向上止点运动，事先已充满活塞上方汽缸内的混合气被压缩，新的可燃混合气又从化油器被吸入活塞下方的曲轴箱内。

第二行程：活塞从上止点向下止点运动，活塞上方进行做功过程和换气过程，而活塞下方则进行可燃混合气的预压缩。

4)二行程柴油机的工作原理

二行程柴油机和二行程汽油机工作类似，所不同的是，柴油机进入汽缸的不是可燃混合气，而是纯空气。例如带有扫气泵的二行程柴油机工作过程如图1-28所示。图1-28二行程柴油机工作原理图

(a)扫气过程；(b)压缩过程；(c)燃烧过程；(d)换气过程第一行程：活塞从下止点向上止点运动，行程开始前不久，进气孔和排气门均已开启，利用从扫气泵流出的空气使汽缸换气。当活塞继续向上运动时，进气孔被关闭，排气门也关闭，空气受到压缩，当活塞接近上止点时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，燃油和空气混合后燃烧，使汽缸内压力增大。

第二行程：活塞从上止点向下止点运动，开始时气体膨胀，推动活塞向下运动，对外做功，当活塞下行到大约2/3行程时，排气门开启，排出废气，汽缸内压力降低，进气孔开启，进行换气，换气一直延续到活塞向上运动1/3行程且进气孔关闭时结束。

5)多缸发动机的工作原理

前面介绍的是单缸发动机的工作过程，而现代汽车发动机都是多缸四行程发动机，那么，多缸四行程发动机与单缸四行程发动机的工作过程有什么区别呢？就能量转换过程来看，多缸发动机的每一个汽缸和单缸发动机的工作过程是完全一样的，都要经过进气、压缩、做功和排气四个行程。但是单缸发动机的四个行程中只有一个行程做功，其余三个行程都不做功，即曲轴转两圈，只有半圈做功，因此运转功率越大，平稳性就越差。为了使运转平稳，单缸发动机一般都装有一个大飞轮。而多缸发动机的做功行程是分开的，按照工作顺序做功，即曲轴转两圈交替做功，因此运转平稳且振动小。缸数越多，做功间隔角越小，同时参与做功的汽缸越多，发动机运转越平稳。多缸发动机使用最多的有四缸发动机、六缸发动机和八缸发动机。 1.3发动机的工作循环和性能指标

1.3.1发动机的工作循环和热平衡

1.发动机的理论循环

发动机的理论循环是实际工作循环合理简化的结果，通过对理论循环的分析，可以指出提高发动机动力性和经济性的方向。柴油机的理论循环是混合加热循环，汽油机的理论循环是等容加热循环。图1-29混合加热循环p-V图图1-30等容加热循环p-V图

2.发动机的实际循环

四行程发动机实际循环的示功图如图1-31所示。

1)实际循环的进行情况

(1)进气过程rr′a。进气过程中进气门开启，排气门关闭。在排气行程终止时，燃烧室容积Vc内仍有残余废气，其压力pr高于大气压力p0。活塞下行，首先是残余废气膨胀，压力由pr下降到低于大气压力的pr′。在压力差p0-pr′的作用下，新气充量随活塞下行进入汽缸，直到活塞到达下止点为止，进气行程结束。图1-31四行程发动机实际循环的示功图

(2)压缩行程ac′。压缩过程中进、排气门均关闭。活塞上行，新气充量被压缩，其压力和温度不断增高。压缩过程存在工质与缸壁之间复杂的热交换：压缩过程初期，缸壁温度高于进气终止时工质的温度，工质从缸壁吸热；压缩过程的后期，由于工质被压缩，其温度高于缸壁温度，因此工质向缸壁放热。为了便于进行理论分析，可以把实际的压缩过程简化为绝热压缩过程。

(3)燃烧过程c′z。燃烧过程中进、排气门均关闭。当压缩过程进行到c′点时，汽油机的火花塞产生电火花(柴油机的喷油嘴喷入柴油)，因而开始燃烧。在燃烧过程中，工质的性质发生了变化，由混合气或空气变成燃气。对于汽油机，燃烧过程的容积变化很小，在简化的理论分析中可以看成是等容加热过程。对于柴油机，在燃烧开始阶段，燃烧进行得很快，容积变化很小，该过程可以看成是等容加热过程；接着是一面喷油一面燃烧，且活塞向下移动，汽缸容积加大，结果使压力变化不大而温度继续上升，示功图中z点附近的圆角较大，在简化分析中可以看成是等压加热过程。

(4)膨胀过程zb′。膨胀过程中进、排气门均关闭。当活塞下行时，高温高压燃气进行膨胀。膨胀过程的初期存在部分燃料的补燃现象，燃气与缸壁也有复杂的热交换。在简化的理论分析中，忽略补燃和热交换的影响，把燃气的膨胀过程看成是绝热膨胀过程。

(5)排气过程b′br。排气过程中进气门关闭，排气门打开。当膨胀过程进行到b′点时，排气门开始开启，活塞继续下行至下止点，这一阶段依靠燃气的压力排气，此后活塞上行，将废气推出缸外。由于排气阻力的影响，当活塞到达排气行程的上止点时，汽缸内残余废气的压力高于大气压力。

2)循环的指示功

进气、压缩、燃烧(膨胀)、排气这四个过程连续、周而复始地进行，形成发动机的实际循环。每完成一个工作循环，曲轴转了两圈，活塞就进行了吸气、压缩、做功、排气四个行程。

在图1-31中，循环的整个示功图可看成由两个封闭曲线czb′bb″c′c及rr′ab″r所组成。对于封闭曲线czb′bb″c′c的czb′b过程，容积增加，工质对活塞做功，其功量用czb′b曲线、横坐标及区间Vb所包围的面积来表示。在bb″c′c过程中，容积缩小，活塞对工质做功，其功量用曲线bb″c′c、横坐标及区间Vb所包围的面积来表示。由于容积增加的过程线处于容积缩小的过程线之上，工质对活塞做的功大于活塞对工质做的功。因此，封闭曲线czb′bb″c′c所包围的面积代表了工质对活塞所做的功。对于该示功图上的另一封闭曲线rr′ab″r，容积增加的过程线rr′a处于容积缩小的过程线ab″r之下，工质对活塞做的功小于活塞对工质做的功。因此，封闭曲线rr′ab″r所包围的面积代表了活塞对工质做的功。

显然，面积czb′bb″c′c与rr′ab″r之差，表示完成—个循环工质对活塞所做的净功。面积rr′ab″r代表的功，是进/排气过程中的能量损失，称为泵气损失。

3.实际循环与理论循环的比较

图1-32实际循环与理论循环的比较图

(a)柴油机；(b)汽油机

1)实际工质影响

理论循环中假设工质的比热容是定值，而实际气体的比热容随温度的增长而上升，而且燃烧后生成CO2、H2O等多原子气体，这些气体的比热容又大于空气，从而使循环的最高温度降低。由于实际循环还存在泄漏，使工质数量减少，这意味着同样的加热量，在实际循环中所引起的压力和温度的升高要比理论循环低得多，其结果是循环热效率降低，循环所做的功减少，如图1-32中的Wk所示。

2)换气损失

燃烧废气的排出和新鲜空气的吸入是使循环重复进行所必不可少的过程，由此而消耗的功称为换气损失。由于进排气系统中的流动阻力而产生的损失，如图1-32中的Wr所示。换气过程中因排气门在下止点前必要的提前开启而产生的损失，如图1-32中的W所示。

3)燃烧损失

由于燃烧需要一定时间，点火或喷油必须在上止点之前，且燃烧延续到膨胀行程初期所产生的损失，称为非瞬时燃烧和补燃损失，如图1-32中的Wz所示。

4)传热损失

实际循环中，汽缸壁(包括汽缸套、汽缸盖、活塞、活塞环、气门、喷油器等)和工质之间自始至终存在着热交换，由此造成的损失如图1-32中的Wb所示。

因此，实际循环的指示功要小于理论循环的指示功，实际循环的热效率要小于理论循环的热效率。

4.发动机的热平衡

在汽车发动机中，燃油燃烧所放出的热量，只有25%～40%转变为有效功，其余大部分热量随着废气和冷却液等从发动机中排出。热平衡用来表示这些热量的分配情况。

燃油燃烧放出的热量Q1大致分配如下：

1)转化为有效功的热量Qe

Qe越大，转变为有效功的热量越多，发动机的性能也越好。Qe/Q1值：汽油机为

20%～30%；柴油机为30%～40%。

2)传给冷却介质的热量Qs

Qs包括：工质向缸壁及燃烧室散发的热量；废气在排气道内散失的热量；摩擦发热所散失的热量；从润滑油中散失的热量。Qs/Q1值：汽油机为25%～30%；柴油机为20%～25%。因为柴油机的压缩比较高，燃气能充分膨胀，所以该比值相对下降。

3)废气带走的热量Qr

Qr/Q1值：汽油机为40%～50%；柴油机为35%～40%。因为柴油机的燃气膨胀充分，排气温度比汽油机低，所以该值较小。

4)其他热损失QL

除上述三项以外的热损失，都包括在其他热损失QL之内。例如，燃油不完全燃烧的热损失及其他没有计及的热损失等。QL/Q1值，对汽油机及柴油机约为5%。1.3.2发动机的性能指标

1.指示指标

发动机的指示指标主要有循环指示功、平均指示压力、指示功率、指示燃油消耗率和指示热效率等。

1)循环的指示功Wi和平均指示压力pi

汽缸内完成一个实际循环，工质对活塞所做的有用功称为循环指示功Wi。循环指示功Wi与汽缸工作容积Vh之比称为平均指示压力pi。

2)指示功率Pi

发动机单位时间(每秒)内所做的循环指示功称为指示功率Pi。

3)指示燃油消耗率gi

单位指示功(1kW·h)所消耗的燃油量(g)称为指示燃油消耗率gi。指示燃油消耗率是评定发动机实际循环经济性的指标。

4)指示热效率ηi

发动机实际循环的指示功与所消耗的燃料热量之比称为指示热效率ηi。

发动机的指示指标见表1-1所示。表1-1发动机的指示指标

2.有效指标

1)发动机动力性指标

(1)有效功率Pe：发动机曲轴所输出的功率称为有效功率Pe。

(2)有效转矩Me：发动机曲轴所输出的转矩称为有效转矩Me。

(3)平均有效压力pe：发动机单位汽缸工作容积输出的有效功称为平均有效压力pe。

(4)转速n和活塞平均速度cm：提高转速能增加单位时间做功的次数，这对于一定容积和质量的发动机来说，动力性得以提高。但提高n就会使活塞的平均速度增大，因此就增加了由惯性力引起的载荷，使磨损加剧。

2)发动机经济性指标

(1)有效热效率ηe：循环的有效功与所消耗燃料的热量之比称为有效热效率ηe。

(2)有效燃料消耗率ge:单位有效功所消耗燃油的量称为有效燃油消耗率ge。

3)发动机强化程度

(1)升功率PL：发动机每升汽缸工作容积所发出的有效功率称为升功率PL。

(2)比重量Ge：发功机的净重G与标定工况下有效功率Pe之比称为发动机的比重量Ge。

(3)强化系数：发动机的强化系数用平均有效压力与活塞平均速度的乘积(即pe·cm)表示，强化系数越大，则发动机的强化程度越高，即发动机所能承受的机械负荷和热负荷越高。表1-2发动机的有效指标

4)发动机其他性能指标

(1)排放性。

(2)噪声。

(3)低温起动性。1.3.3发动机的机械损失

发动机的功率在内部传递过程中存在各种损失，这些损失称为机械损失，它主要包括以下三个方面：

(1)发动机内部运动机件的摩擦损失：如活塞环及活塞与壁间的摩擦、轴承与轴颈间的摩擦、气门传动机构的摩擦、油封处的摩擦等。这部分损失占总机械损失的60%～75%。

(2)驱动附件机构的损失：如驱动冷却液泵、风扇、机油泵、点火装置或喷油泵的损失。它约占总机械损失的10%～20%。

(3)泵气损失：泵气损失约占总机械损失的10%～20%。

1.机械效率ηm

有效功率Pe与指示功率Pi的比值称为发动机的机械效率ηm。机械效率ηm的一般范围：汽油机为0.7～0.9；柴油机为0.7～0.85。

2.影响机械效率的主要因素

(1)转速：转速提高，机械效率下降，机械损失的功率大致与转速成正比。

(2)负荷：转速一定而负荷减少(发动机的阻力矩减少，相应地减少油门开度)时，发动机的机械效率下降。当有效功率为零时，机械效率ηm为零。

(3)机油的品质：发动机用机油的牌号应根据说明书的规定来选购，并按规定的运行周期更换机油，否则会导致机械效率下降。

(4)冷却液温度：实践证明，运行中使冷却液温保持在80～95℃范围内，可以使机械损失的功率减少，发动机的机械效率提高。 1.4发动机的换气过程

1.4.1四行程发动机的换气过程

1.自由排气阶段

排气门开始开启到汽缸内压力接近于排气管内压力的时期称为自由排气阶段。此阶段一般在下止点前开始，为了减小排气所消耗的功与当排气行程开始时排气门已有较大的开度，排气门应提前开启，一般提前40°～80°的曲轴转角开启，即排气门提前角，用ψp1表示。在排气门开始开启的初期，汽缸内压力大于排气管压力2倍以上的排气状态，称为超临界流动状态。此时，通过排气门口的废气流速达到该状态下的声速，当排气温度为600～900℃时，可达50～60m/s，即废气以声速流过排气门口后突然膨胀，产生特殊的噪声。因此，排气系统必须装有消声器。

当汽缸内压力与排气管压力之比下降到2倍以下时，称为亚临界状态。此阶段废气流过排气门口的速度低，不会产生特殊的噪声。在全负荷、高转速情况下，需要排出的废气量大，排气的时间更短，为使缸内压力及时减小，减小排气阻力，要求高转速下排气门的提前开启度较大。因此，高转速发动机总是比低转速发动机的排气门提前开启度要大。

2.强制排气阶段

上行的活塞将废气强制排出的阶段称为强制排气阶段。如果排气门在活塞到达上止点时关闭，在活塞接近上止点时排气门的开度已经很小，这会增大排气阻力，使汽缸内的残余废气量增加，且增加排气所消耗的功。因此，排气门一般迟关10°～35°的曲轴转角，即排气迟后角，用ψp2表示。整个过程的持续时间相当于转角230°～290°。

3.进气阶段

在强制排气的后期，活塞处于上止点前某一曲轴转角时，进气门就开始打开，当活塞到达上止点进气行程开始时，进气门已有较大的开启面积，可使新鲜气体顺利充入汽缸。从进气门打开到上止点这段曲轴转角称为进气提前角ψj1，一般为10°～30°。当进气行程结束，活塞到达下止点后某一曲轴转角时，进气门才关闭，进气迟闭角ψj2为40°～80°。其目的是利用气流的惯性与压力差继续向汽缸内充气，增加充气量。整个进气过程持续时间相当于曲轴转角230°～290°。由于排气门迟后关闭，进气门提前开启而存在着进、排气门同时开启的现象，这称为气门叠开。气门叠开期间进气管、汽缸、排气管连通起来，可以利用气流压力差和惯性来清除缸内废气，增加进气量。非增压发动机的气门叠开角为20°～60°曲轴转角。若气门叠开角过大，可能会引起废气倒流入进气管的现象。

将进气门、排气门的实际开闭时刻用相对于上、下止点位置的曲轴转角的环形图表示，称为配气相位图，如图1-33所示。图1-33非增压式发动机的配气相位图1.4.2四行程发动机的充气效率

1.充气效率ηV

实际进入汽缸的新鲜空气量ΔG与大气状态下充满汽缸工作容积的新鲜空气量ΔG0之比，称为充气效率ηV，即：充气效率ηV是评价发动机换气过程完善程度的指标，它不受汽缸容积的影响。充气效率ηV的一般范围：汽油机为0.75～0.8；柴油机为0.75～0.9。充气效率与有效功率的关系，从下面的计算式可以看出：ηV升高，则发动机的功率与转矩可以增加。有效功率：有效转矩：式中：k1、k2为每种发动机的常数；α为过量空气系数。

2.影响充气效率的主要因素及提高充气效率的措施

1)转速和配气相位

图1-34所示为进气门迟闭角对充气效率和有效功率的影响。图中的实线为进气门迟闭角为40°时的情况，虚线为迟闭角改为60°时的情况。图1-34进气门迟闭角对充气效率和有效功率的影响

2)负荷

汽油机在一定转速下，负荷(阻力矩)减少，节气门开度相应减少，进气流动的阻力增大，使充气效率下降；反之，负荷增大，进气流动的阻力减小，充气效率增大。

柴油机在一定转速下，负荷减少，充气效率基本不变，只是循环喷入燃烧室内的燃油量相应减少。

因此，对于汽油机而言，为了获得较大的充气效率，需要增大发动机的负荷(节气门开度)。

3)进排气系统

进排气系统应该顺畅无堵塞。为了获得较大的充气效率，进气管要有足够的通道断面，拐弯处应有较大的圆角，管内表面应光滑(无积炭)，安装时进/排气接口垫应对准；空气滤清器应经常维护，使滤清效果好又不使进气阻力过大；尽量减少进/排气通道部分元件的节流作用，如化油器的喉管、三元催化转换器等；尽量减少对进气管的加热，使进/排气歧管分置发动机两侧。

4)压缩比

提高压缩比，燃烧室容积相对减小，残余废气量相对下降，吸气开始时废气膨胀占有的体积减小，废气对新气的加热相对减少，从而使充气效率提高。 1.5汽油机的燃烧过程

1.5.1汽油的性能指标

1.汽油的蒸发性

汽油应该是快速地、无杂质地蒸发，衡量指标是10%、50%和90%蒸发温度。

10%蒸发温度标志汽油的起动性。在10%蒸发温度下，起动性好，但太低了容易引起气阻、在油箱和化油器中蒸发损失增加；该温度太高，则冷起动困难。

50%蒸发温度标志汽油的平均蒸发性。该温度较低时，可以缩短暖车时间，但太低了则会导致化油器结冰；该温度太高，则汽油机冷机的过渡特性变差。

90%蒸发温度标志汽油中含有难以蒸发的重质成分，若该温度太高，则在燃烧室内易形成杂质，并稀释润滑油。

2.汽油的抗爆性

抗爆性是指汽油在燃烧室内燃烧时抵抗爆燃的能力，其评定指标是辛烷值。汽油辛烷值越高，抗爆性越强，就能承受发动机采用较高压缩比而不发生爆燃，有利于提高汽油机的经济性。1.5.2汽油机的燃烧过程

1.汽油机的着火

汽油和空气形成的可燃混合气必须经过着火阶段才能进行燃烧。着火是指混合气的氧化反应加速、温度升高，以致引起空间某一位置最终出现火焰的过程。汽油机采用电火花点火的方式使可燃混合气着火。

点火能否成功，与火花点火放出的热量大小和混合气的浓度高低有关。火花点火放出的热量太小，混合气的浓度过浓或过稀，点火均不能成功。

2.正常的燃烧过程

为了提高汽油机的动力性和经济性，充入汽缸的可燃混合气燃烧必须完全、及时和正常。因为只有完全燃烧，才能充分利用燃油的热能；只有及时燃烧，即在上止点后12°～18°

曲轴转角内燃烧完毕，才能使燃气具有更高的温度和压力，对活塞的推力较大，使热能更多地转变为机械功；只有正常燃烧，才能保持发动机稳定、可靠地工作。

图1-35所示为汽油机工作过程中缸内压力的变化关系。其中虚线表示不点火时的情况，实线表示点火时的情况。根据压力变化的特征，把燃烧过程分为三个阶段：着火延迟期、急燃期和补燃期。

1)着火延迟期

汽缸内的混合气，随着压缩过程使其压力和温度进一步提高，加速了氧化反应的速度。但是，由于汽油机的压缩比较低和混合气的自燃温度比较高，因此不容易自燃。在压缩到接近上止点的时候，火花塞电极间跳过火花(θ为点火提前角)，火花能量使电极附近的混合气氧化反应加快，所放出的热量使该局部混合气温度迅速升高，这又会使局部氧化进一步加快。这种反应进行到一定程度就出现发火区，形成火焰中心。从火花塞电极间跳过火花(点1)起，到形成火焰中心(点2)为止的这段时间，称为着火延迟期。图中用Ⅰ阶段表示，由于只是在火焰中心附近的局部范围内有剧烈的氧化反应，因而图中的压力线没有明显地偏离压缩线，即没有明显的压力升高现象。

2)急燃期

从火焰中心形成起，火焰前锋以20～30m/s的速度按近似球面的形状向未燃混合气推进，直到火焰掠过整个燃烧室，主要部分混合气燃烧完毕，直到出现最高压力(点3)为止，这段时间称为急燃期，图中用Ⅱ阶段表示。

急燃期是燃烧过程的主要阶段，它对发动机性能的影响很大。实践证明，以曲轴转角计算的压力升高率为170～240kPa/( °)，且当火焰中心形成在上止点前12°～25°曲轴转角，最高压力出现在上止点后12°～18°曲轴转角时，示功图的面积最大，循环功最多。这时对应的点火提前角θ，称为最佳点火提前角。

3)补燃期

混合气中的汽油蒸发不良及与空气混合不均匀时，部分颗粒较大的燃油在火焰前锋掠过，这时只是表层燃油被燃烧，未燃烧的部分需要继续燃烧。此外，燃烧产物CO2和H2O中，有少部分在高温的作用下会分解为H2、O2和CO等产物，这称为热分解现象。在膨胀过程中，因工质温度下降，热分解产物又可继续燃烧、放热，这就形成了补燃期。图中用Ⅲ 阶段表示。

补燃是在活塞下行中进行的，这时汽缸容积已明显扩大，故补燃产生的热量不能有效地转变为功，反而使排气温度增加，热效率下降。因此，希望尽可能地减少补燃。

3.不正常燃烧

汽油机的不正常燃烧包括爆震燃烧和表面点火。

1)爆震燃烧(简称爆燃)

汽油机燃烧过程中，燃烧室内有明显的火焰前锋在推进，火焰前方的未燃混合气受到已燃混合气强烈的压缩和热辐射作用，其压力和温度都急剧增高。如果火焰前锋到达以前，未燃混合气已达到它的自燃温度而自行着火，就会形成新的火焰中心，产生新的火焰传播，这种现象称为爆燃。高速摄影的观察表明：爆燃时，爆燃形成的火焰中心向外传播的速度达100～300m/s，使未燃混合气瞬间燃烧完毕，气体的容积来不及膨胀，局部温度和压力会猛烈增加并和周围的气体压力由于不平衡而产生冲击波。这种冲击波以超音速传播，撞击燃烧室壁，发出频率达3000～5000Hz的尖锐金属敲击声。因此，汽油机的爆燃现象就是燃烧室内末端混合气的自燃现象。

虽然爆燃时的最高压力很高，但它是以冲击波的形式出现，不是以均匀压力推动活塞，而像用榔头不断敲击活塞似的，不能使燃气对活塞做更多的功。汽车在低速上坡时，允许有很轻微的短时间的爆燃。因为轻微的爆燃可以使燃烧过程缩短，有利于提高有效功率；但是不允许严重的爆燃，严重的爆燃会导致机件过载损坏、机件烧损和发动机性能指标下降等。试验表明，严重爆燃时汽缸的磨损量比正常燃烧时大27倍左右。预防发动机产生爆燃的措施主要有：使用抗爆性强的汽油可以避免爆燃的产生；在汽油中加入少量抗爆添加剂，可提高汽油的辛烷值，使其抗爆性增强；也可以采用改变结构因素(如减小压缩比、采用双火花塞等)以及改变运行因素(如负荷、转速等)措施。

2)表面点火

不靠火花塞点火而由燃烧室内炽热物点燃混合气的燃烧现象称为表面点火。它是由燃烧室内炽热物作为点火源而形成的新的着火现象，是一种不正常的燃烧现象。燃烧室内炽热物有：过热的火花塞电极、热的排气门、热的燃烧表面沉积物等。由表面点火产生的新的火焰前锋也以正常的速度传播。正常火花塞点火前的表面点火称为“早火”，正常火花塞点火后的表面点火称为“后火”。表面点火的结果会使得缸内压力急剧升高，噪声加强，向活塞、缸壁的传热增加，活塞缸套间结焦；“早火”相当于将点火提前角提前；“后火”虽有可能加快燃烧速度，但是，表面点火的最大问题是点火的无规律性，这将导致燃烧过程的不稳定与工作过程的粗暴，使动力性、经济性都受到影响。避免表面点火的有效措施是采用低馏程的燃料与不易结焦的润滑油。

表面点火不同于爆燃，表面点火是由于热表面点燃混合气，而爆燃则是由于燃烧室内末端混合气的自燃产生的。爆燃与表面点火之间又存在着相互影响，表面点火会促使爆燃的产生。

4.使用因素对燃烧过程的影响

(1)进气初始态p1和T1：降低进气初始态p1和T1，可以避免爆燃和表面点火产生。

(2)点火提前角：点火提前角增大时，缸内最高压力、温度增加，终燃混合气受到挤压和热辐射的影响增强，其自行着火所需的时间减少，这个作用比缸内压力和温度上升所引起的火焰速度的加快要明显。因而，为避免爆震，要减小点火提前角。

(3)混合气浓度：混合气浓度增加时，爆燃倾向加强。

(4)转速：发动机转速增加时，火焰传播速度和燃烧速度加快，爆燃趋势减弱。

(5)负荷：发动机负荷减小时，由于残余废气的稀释作用增大，火焰传播速度下降，同时燃烧的最高温度与压力下降，综合效果使爆燃倾向减小。

(6)燃烧沉淀物的影响：附着在燃烧室壁面的沉淀物相当于一个热源，对终燃混合气起到加热作用，因此可能会使爆燃和表面点火的倾向增强。1.5.3汽油机的排气污染

汽车排气污染的来源有三方面：排气管排出的废气，主要有害成分是HC、CO、NO×、SO2以及铅化物、碳烟等；曲轴箱窜气，其主要成分是HC，还有少量的CO、NO×等；从油箱、化油器浮子室以及油管接头等处蒸发的汽油蒸气，成分是HC。

对于汽油机而言，这些排气污染中，HC、CO和NO×是主要污染物质，其主要的生成机理如下。

1.一氧化碳(CO)的形成

CO是在碳的氧化反应过程中，因氧气不足而生成的产物。其生成量主要取决于混合气的浓度和燃烧气体的温度。当混合气较浓时，因氧气相对不足，生成的CO较多。另外，如果燃烧后的温度很高，生成的CO2也会分解生成CO和O2。

2.碳氢化合物(HC)的形成

HC是燃料没有燃烧或不完全燃烧的产物，也有一些是高温下分解的产物。汽车排出的HC还有一部分是来自曲轴箱窜气和燃料的蒸发。曲轴箱窜出的气体大部分是未燃烧气体；燃料蒸发所形成的HC是由于燃料饱和蒸气的扩散，且温度越高，蒸发量越大。

3.氮氧化物(NO×)的形成

NO×是由空气中的氮和氧在燃烧室高温高压作用下反应生成的。NO×的产生条件是高温富氧。 1.6柴油机的燃烧过程

1.6.1柴油的性能指标

1.着火性

柴油的着火性是指柴油的自燃能力，其评定指标是十六烷值。十六烷值越高，着火性越好。着火性好的柴油，喷入汽缸后能及时着火燃烧，柴油机工作柔和，冷起动性能也随之改善；若着火性能差，则燃烧前所需的物理、化学准备时间较长，着火后压力升高率过高，导致柴油机工作粗暴。一般柴油的十六烷值限制在65以下，十六烷值太高，容易裂化，导致排气冒黑烟，经济性下降。

2.蒸发性

柴油的蒸发性用馏程表示，将柴油加热，分别测定蒸发出50%、90%和95%的馏分温度。50%馏分温度说明这种柴油轻馏分多，蒸发性好，有利于混合气的形成和燃烧。但若轻馏分过多，则着火前蒸发油气过多，会使柴油机工作粗暴。90%和95%馏分温度标志柴油中包含难于蒸发的重馏分。重馏分过多，在汽缸中不易蒸发，与空气混合不均匀，则燃烧不完全，易产生冒烟和积炭。

3.粘度

柴油的粘度用来表示柴油的雾化性。粘度较低，容易形成混合气。若粘度过低，则会加剧喷油泵及喷油器之间的精密偶件表面之间的磨损；若粘度过高，则流动阻力增加，柴油从喷油器喷出时的雾化性差，不易形成均匀的混合气。因而柴油应具有适中的粘度。

4.凝点

柴油的凝点用来表示柴油的低温流动性，它是指柴油冷却到开始失去流动性时的温度。国产轻柴油的牌号是按凝点编定的，如0号柴油的凝点为0℃。好的柴油应具有低的凝点，若凝点过高，则不利于燃烧的正常供给，尤其在低温条件下工作可能造成油路堵塞。选用柴油时，—般要求其凝点比最低工作环境温度低3～5℃以上。1.6.2柴油机的燃烧过程

柴油机的燃烧过程，是从压缩行程上止点前喷油开始到做功行程燃烧结束为止，整个过程所占时间约为50°～70°曲轴转角，高速柴油机只有0.003～0.006s。

1.柴油机的着火

柴油机利用柴油化学安定性差且易自燃的特点，采用压缩自燃的方式使可燃混合气着火。在压缩行程末期将柴油喷入汽缸，形成可燃混合气，它的着火需要具备以下两个条件：

(1)合适的混合气浓度。着火是混合气浓度在合适的区域首先着火，着火区通过燃料的蒸发来补充，高浓度和高温度区在缺氧的情况下通过脱氧、裂化、聚合、凝结及聚集而形成碳烟。

(2)合理的混合气温度。混合气的温度必须高于不用外部点燃而自行着火的最低温度，即自燃温度。混合气温度越高，燃烧速度和燃烧范围越大。

2.柴油机的燃烧过程

柴油机的燃烧过程可分为四个阶段：着火延迟期、速燃期、缓燃期和补燃期，如图1-36所示。图1-36柴油机的燃烧过程

1)着火延迟期

从喷油开始(点1)到压力脱离压缩线急剧上升(点2)为止，这一阶段称为着火延迟期。

喷入汽缸中的雾状柴油并不能马上着火燃烧，汽缸中的气体温度，虽然已高于柴油的自燃点，但柴油的温度不能马上升高到自燃点，要经过一段物理和化学的准备过程。也就是说，柴油在高温空气的影响下，吸收热量，温度升高，逐层蒸发而形成油气，向四周扩散并与空气均匀混合(物理变化)。

随着柴油温度升高，少量的柴油分子首先分解，并与空气中的氧分子进行