內(nèi)燃機(jī)原理教材課件

1、【發(fā)動(dòng)機(jī)原理】教案 教材: 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理 張志沛 主編 大連海運(yùn)學(xué)院出版社長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院機(jī)電與動(dòng)力研究所曹建明目 錄緒 論 - 1第一章 發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)及性能指標(biāo) - 5 1-1 發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)概述 - 5 1-2 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán) - 7 1-3 熱平衡 - 8 1-4 指示指標(biāo) - 9 1-5 有效指標(biāo) - 11 1-6 機(jī)械損失 - 13 1-7 燃燒熱化學(xué) - 16 1-8 發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的著火和燃燒方式 - 20第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程 - 22 2-1 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程 - 22 2-2 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率 - 23 2-3 影響充氣效率的各種因素 - 25 2-4 提高

2、充氣效率的措施 - 27 2-5 進(jìn)氣管內(nèi)的動(dòng)態(tài)效應(yīng) - 29 2-6 單位時(shí)間充氣量與循環(huán)充氣量 - 30第三章 柴油機(jī)混合氣形成和燃燒 - 32 3-1 柴油機(jī)混合氣形成 - 32 3-2 柴油機(jī)的燃燒過(guò)程 - 36 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 - 39 3-4 柴油機(jī)的燃燒室 - 41第四章 汽油機(jī)混合氣形成和燃燒 - 46 4-1 汽油機(jī)混合氣形成 - 46 4-2 汽油機(jī)的燃燒過(guò)程 - 49 4-3 汽油機(jī)的燃燒室 - 57第五章 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及排放污染 - 60 5-1 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲污染及防治 - 60 5-2 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染及防治 - 63第六章 發(fā)動(dòng)機(jī)特性

3、 - 66 6-1 發(fā)動(dòng)機(jī)工況和性能指標(biāo)分析式 - 66 6-2 發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性 - 66 6-3 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性 - 70 6-4 發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性 - 72 6-5 發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速特性 - 73 6-6 大氣修正 - 77第七章 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn) - 79 7-1 測(cè)量與計(jì)算參數(shù) - 79 7-2 參數(shù)的測(cè)量 - 79 7-3 測(cè)取方法 - 83第八章 車用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣渦輪增壓概述 - 85緒緒 論論 第一臺(tái)實(shí)際使用過(guò)的內(nèi)燃機(jī)，是 1859 年法國(guó)工程師勒努瓦制造的。這是一臺(tái)煤氣機(jī)，效率很低。1876 年德國(guó)工程師奧托制成了按四沖程原理工作的煤氣機(jī)，稱為奧托循環(huán)機(jī)，這是內(nèi)燃機(jī)劃時(shí)代的進(jìn)步。1892

4、 年，德國(guó)工程師狄塞爾。提出了壓縮點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)原理，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和改進(jìn)，于 1897 年制成第一臺(tái)壓燃式內(nèi)燃機(jī)，使用液體燃料，熱效率比以前的內(nèi)燃機(jī)都高。內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明，使熱機(jī)的效率由蒸汽機(jī)的10左右，提高到內(nèi)燃機(jī)的 40左右。而且由于內(nèi)燃機(jī)輕巧，適于用在交通工具上，對(duì)促進(jìn)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展起了關(guān)鍵的作用。能量轉(zhuǎn)換：能量轉(zhuǎn)換：發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的化學(xué)能熱能機(jī)械能 機(jī)械能、電能等高級(jí)能源；熱能低級(jí)能源發(fā)動(dòng)機(jī)原理發(fā)動(dòng)機(jī)原理課研究：課研究：熱能機(jī)械能 （轉(zhuǎn)換效率：理論上小于 100%） 機(jī)械能熱能 （轉(zhuǎn)換效率：理論上可達(dá) 100%） 發(fā)動(dòng)機(jī)：發(fā)動(dòng)機(jī)：內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī) 車用發(fā)動(dòng)機(jī)：車用發(fā)動(dòng)機(jī)：間歇工作式發(fā)動(dòng)機(jī)

5、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)：燃?xì)廨啓C(jī)：連續(xù)工作式發(fā)動(dòng)機(jī) 一一 分分 類類（一）（一） 種種 類類1 往復(fù)活塞式 （普遍）2 轉(zhuǎn)子式汪克爾式 （THE WANKEL ENGINE） 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上，時(shí)速 200 km/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

6、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。3 擺動(dòng)活塞式 （ROCKING PISTON ENGINE） 1979 年日內(nèi)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)部門的擺動(dòng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。4 斯特林 （THE STIRLING ENGINE） 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。5 自由活塞式 （FREE PISTON ENGINE） 只相當(dāng)于渦輪發(fā)

7、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 我們這門課主要研究目前汽車上廣泛應(yīng)用的往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。1 按用途分類（1） 灌溉（抽水）用 點(diǎn)工況（2） 電站用 n = const. 線工況 固定式柴油機(jī)或機(jī)組（3） 船舶用 Ne = k n （螺旋槳曲線） 線工況 大型、低速柴油機(jī)3（4） 汽車、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 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 按燃油種類分類 汽油機(jī)，柴油機(jī)3 按點(diǎn)火方式分類 自行著火 （壓燃式），外源點(diǎn)火 （點(diǎn)燃式）

8、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(fēng)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(shù)目分類 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（1） 低速: n 500 r/min（2） 中速: 500 r/min n 1500 r/min 但沒(méi)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(yáng)能二二 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)（一） 優(yōu)點(diǎn)1 有效熱效率高 蒸汽機(jī) 1116%，蒸汽輪機(jī) 30%， 汽油機(jī) 30%，柴油機(jī)

9、 40%，增壓柴油機(jī) 46%以上2 功率范圍廣 Ne = 0.635000 kw3 比重量小，升功率大 （體積小、重量輕） 比重量: 柴油機(jī) 3.7 kg/kw，車用汽油機(jī) 1.37 kg/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 石油緊張，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)雜三三 現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展現(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 7080 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

10、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(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)用四四 本課程的研究對(duì)象和任務(wù)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

11、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 壓縮 做功 排氣 熱力過(guò)程 （五個(gè)）: 吸氣 壓縮 燃燒 膨脹 排氣 燃燒 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（一） 實(shí)際循環(huán) （以車用柴油機(jī)為例）1 進(jìn)氣過(guò)程: 01 （ p

12、 p p p ）0（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 （23） 和定壓加熱過(guò)程 （34）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（一） 混合加熱循環(huán) 車用柴油機(jī)的理想循環(huán)1 循環(huán)特征參數(shù)（1） 壓縮比 vv12（2） 壓力升高比 pp32（3） 預(yù)脹比 vv432 熱效率 tvvpwqqqqqq012121111 計(jì)算得: tkkk111111()()3 分析（1） 為定值 t ； t 。 = 1 t = const. （汽油機(jī)，定容加熱循環(huán)）（2） t ；當(dāng)

13、 = 20 左右時(shí)， t 不大 柴油機(jī) = 1222（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)? 預(yù)脹比 vv431 所以: 熱效率 tk1112 分析 = 1 t = const. t ；當(dāng) = 10 左右時(shí)， t 不大 且汽油機(jī)容易爆燃，因此，汽油機(jī) = 610（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(jī)的理想循環(huán)1 熱效率 因?yàn)? 壓力升高比 pp321 所以: 熱效率 tkkk11111()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

14、t vt mt p,2 初態(tài) 1 相同，最高壓力、最高溫度相同，放熱量 q2相同pmaxTmax t vt mt p,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)。 一 工質(zhì)改變損失（一） 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 T 比熱 C （三） 高溫分解 例 C + O CO + 熱量 + O CO2 + 熱量 其中 CO 為中間產(chǎn)物，CO2 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: CO2 CO + O - 熱量 這部分熱量雖然在膨

15、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（一） 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，缸內(nèi)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

16、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 = GT hu 分別轉(zhuǎn)化為一 有效功的熱量 QE kJ/h （ 1 kw/h = kJ ）QNee36103.36103. 只有這部分熱量做了功，是有用的，所以希望越大越

17、好。一般柴油機(jī): 3040% ； 汽油機(jī): 2030%。令 qQQeeT二 傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量 QSQG cttqQQSSSsST()21 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 t1 ，t2 冷卻介質(zhì)的進(jìn)、出口溫度 三 廢氣帶走的熱量 QRQGGc tc tqQQRrkprprRE()()21 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(jìn)、排氣溫度 四 燃料不完全燃燒的熱損失 QBQQqQQBTrbBT()1 其中r燃料效率五 其它熱量損失 QLQQQQQQqqqqqqLTES

18、RBltesrb()()發(fā)動(dòng)機(jī)熱平衡方程式: qqqqqesrbl 11-4 指示指標(biāo) p-V 圖 p- 圖發(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)在汽缸內(nèi)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)缸內(nèi)壓力 p 隨汽缸容積 V （p-V 圖） 或曲軸轉(zhuǎn)角 （p-圖） 變化的圖示。一 指示功和平均指示壓力（一） 指示功Wi 一個(gè)循環(huán)工質(zhì)對(duì)活塞所做的有用功。應(yīng)該：非增壓： 增壓：FFFi12FFFi12因?yàn)? 不容易測(cè)量, 實(shí)際將歸到機(jī)械損失中考慮。F2F2所以: FFi1 其中 橫、縱座標(biāo)比例尺WF a biia

19、b, 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pi 單位汽缸工作容積所做的指示功。 （假想?yún)?shù)）pWViih 其中每缸工作容積。Vh 686981 kpa pi,柴 7841180 kpa pi,汽二 指示功率Ni 單位時(shí)間所做的指示功。 若: 缸數(shù) i，每缸工作容積 V m ，沖程數(shù) ，平均指示壓力 p h3ip ，a 轉(zhuǎn)速 n r/min 。則 w NW inp V iniiih 60230 kw p V inih30103 若: 每缸工作容積 V L ，平均指示壓力 p bar 。則

20、hi kw Np V iniih300三 指示比油耗和指示熱效率（一） 指示比油耗gi 單位指示功率的耗油量。 g/kwh gGNiTi103 每小時(shí)耗油量 kg/h GT（二） 指示熱效率i iiiWQ 做指示功所消耗的熱量。QiWi iiug h36106. 燃料的低熱值。hu 0.430.50 =170200 g/kwh i,柴gi,柴 0.250.40 =230340 g/kwh i,汽gi,汽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Ne 單位時(shí)間所做的有效功。 kw Np V ineeh30103 其中 平均有效壓力。pe（二） 機(jī)械損失功率Nm 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損耗的功

21、率。 機(jī)械損失包括: 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)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、配氣機(jī)構(gòu)；和泵氣損失等。 kw Np V inmmh30103 NNNeim 其中 平均機(jī)械損失壓力。pm二 有效扭矩Me 功率輸出軸輸出的扭矩。 w NMnee260 kw Mne260103 kw M ne9550三 平均有效壓力pe 單位汽缸工作容積所做的有效功。 由于 kw Np V ineeh30103 kw Np V iniih30103 所以 ppNNeieipppeim kpa pMV ieeh 314. pMee 588883 kpa 588981 kpa pe,柴pe,汽

22、四 升功率和比重量（一） 升功率Nl 單位汽缸工作容積所發(fā)出的功率。 NNiVleh kw/l p ne30103（二） 比重量Ge 發(fā)動(dòng)機(jī)凈重量 G 與所發(fā)出有效功率的比值。Ne kg/kw GGNee ， 發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度高。NlGe 1126 kw/l 49 kg/kw Nl,車柴Ge,車柴 915 kw/l 5.516 kg/kw Nl,拖柴Ge,拖柴 2255 kw/l 1.354 kg/kw Nl,汽Ge,汽 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ge 單位有效功率的耗油量。 g/kwh gGNeTe103 每小時(shí)耗油量 kg/h GT（二

23、） 有效熱效率e eeeWQ 做有效功所消耗的熱量。QeWe eeug h36106. 0.300.40 =218285 g/kwh e,柴ge,柴 0.200.30 =285380 g/kwh e,汽ge,汽 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m 對(duì)于不同類型的發(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 一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)，故引進(jìn)機(jī)械效率的概念。 有效功率與指示功率的比值。 meieimimiNNppNNpp11 性能好，所以應(yīng)盡量提高。NNeimm 0.70.85 0.70.9m,柴m,汽二 機(jī)械損失的測(cè)定（一） 倒拖法只能在電力測(cè)功機(jī)

24、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 （） 。Npii00,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)，因此從電力測(cè)功機(jī)上所測(cè)得的倒拖功率即為發(fā)動(dòng)機(jī)在該工況下的機(jī)NNme Ne械損失功率。Nm（二） 滅缸法僅適用于多缸機(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。之后，在柴油Ne機(jī)油門拉桿或齒條位置、或汽油機(jī)節(jié)氣門開(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)

25、速，重新測(cè)定有效功率（其余五個(gè)汽缸的有效功率） ，Ne,1必然小于（一缸熄火） ，兩者之差即為滅掉缸的指示功率。因?yàn)镹e,1NeNNNiee,11。逐次滅缸，NNNNNNNNNiii xememee,()()11111則整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率為，其中 x 為總缸數(shù)。NNNiixee ix 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，。這樣，整Nx NNiee(),1個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失功率為，機(jī)械效率為。NNNmiemeiNN/ 其它還有示功圖法，油耗線法等。三 影響機(jī)械效率的因素(一) 轉(zhuǎn)速其中活塞平均運(yùn)行速度。cm 與幾乎呈直線關(guān)系。與 n 似呈二次方關(guān)系。pmcmm n 慣性力

26、 活塞對(duì)缸壁的側(cè)壓力 軸承負(fù)荷 各摩擦副相對(duì)速度 摩擦損失 泵氣損失，驅(qū)動(dòng)附件損耗 pmm 若要提高轉(zhuǎn)速來(lái)強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)，則將成為主要障礙之一。m（二） 負(fù)荷 發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷 柴油機(jī): 油門拉桿或齒條位置 汽油機(jī): 節(jié)氣門開(kāi)度 轉(zhuǎn)速 n 一定，負(fù)荷 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒劇烈程度，平均指示壓力；而由于轉(zhuǎn)速不變，平pi均機(jī)械損失壓力基本保持不變。則，機(jī)械效率下降。pmmmipp1 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有效功率，指示功率全部用來(lái)克服機(jī)械損失功率。Ne 0NiNm即，因此，。NNimm 0 由于車用柴油機(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)于車用柴油機(jī)尤為重要。（三） 潤(rùn)滑油品質(zhì)和冷卻

27、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)） ；冷卻水溫度 潤(rùn)滑油溫度 潤(rùn)滑油粘度 潤(rùn)滑效果 摩擦 Npmm,m2 潤(rùn)滑油粘度（牌號(hào)） ；冷卻水溫度 潤(rùn)滑油溫度 潤(rùn)滑油粘度 油膜破裂趨勢(shì) 摩擦 Npmm,m3 潤(rùn)滑油中雜質(zhì) 摩擦 Npmm,m 要求: 定期保養(yǎng)、清洗機(jī)油濾清器， 500010000 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L01 目的: 1 kg 燃料完全燃燒所需要的空氣量L02 已知條件: 1 kg 燃料中所含 kg 碳， kg 氫氣，

28、kg 氧氣gCgHgO 汽油: kg/kg ， kg/kg ， kg/kg gC 0855.gH 0145.gO 0 柴油: kg/kg ， kgkg ， kg/kg gC 087.gH 0126.gO 0004.3 化學(xué)反應(yīng)方程式 COCO22 HOH O222124 需要總的量O2 COCO22HOH O22212 1 kmol 1 kmol 1 kmol 1 kmol kmol 1 kmol12 1 kg kmol kmol 1 kg kmol kmol1121121412 kg kmol kmol kg kmol kmolgCgC12gC12gHgH4gH25 燃料中所含的量O2 kg

29、 = kmol gOgO326 所需空氣中的量 = 總的量燃料中所含的量O2O2O27 所需空氣量 （目的）（1） kmol 空氣中氧氣成分約占 21%，所以 kmol/kg LgggCHO01021 12432.()（2） kg 空氣的折合分子量為 28.95，即 1 kmol 空氣 = 28.95 kg 空氣，所以 kg/kg LgggCHO0289502112432.()（3） m3 1 kmol 空氣 = 22.4 空氣，所以m3 /kg LgggCHO0224021 12432.()m3（二） 過(guò)量空氣系數(shù)和空燃比1 過(guò)量空氣系數(shù) LL0 燃燒燃料實(shí)際供給的空氣量完全燃燒燃料理論上所

30、需要的空氣量11kgkg 表示混合氣的濃稀程度。 大 混合氣??； 小 混合氣濃 一般，柴油機(jī): 1；汽油機(jī): 1。2 空燃比 A/F A FL/0 空氣量燃料量 表示混合氣的濃稀程度。A/F 大 混合氣??；A/F 小 混合氣濃（三） 分子變更系數(shù)1 理論分子變更系數(shù) 0 021MM 燃燒后工質(zhì)的摩爾數(shù)燃燒前工質(zhì)的摩爾數(shù) 容積變化大 膨脹做功好 0t（1） 完全燃燒: 001432ggLHO（2） 不完全燃燒: 0001021 1432.()LggLHO2 實(shí)際分子變更系數(shù) MMMMrrrr2101 其中1 kg 燃料燃燒后殘余廢氣的摩爾數(shù)。殘MrrMLr/0余廢氣系數(shù)。二 燃料的不完全燃燒（一

31、） 1汽油機(jī)1 假設(shè)燃料中的 C 燃燒全部生成了和。其中是中間產(chǎn)物，即不完COCO2CO 全燃燒產(chǎn)物。是最終產(chǎn)物，即完全燃燒產(chǎn)物。CO2 gggCCOCO22 化學(xué)反應(yīng)方程式 COCO122 COCO22 HOH O222123 需要總的量O2 COCO122COCO22 kg kmol kmol kg kmol gCOgCO24gCO12gCO2gCO212gCO212kmolkg kmol kmolgCOggCCO224gCO12 HOH O22212 kg kmol kmolgHgH4gH24 燃料中所含的量O2 kg = kmol gOgO325 空氣中的量 = 總的量燃料中所含的量O

32、2O2O2 02112412432022.()LgggggCCOCOHO 02112432242402.()LgggggCHOCCO 02124241021 12432002.()LggLgggCCOCHO所以 gLCO2402110.() ggLCOC22402110.() gggCCOCO26 分析（1）當(dāng)時(shí)， = 1，LL0A FL/0 gggCOCOC02,（2） gggCOCOC02,（3） 使時(shí)ggCCO ，C 全部生成 CO。此時(shí)的過(guò)量空氣系數(shù)稱為臨界值。記為。gCO 0cr 所以 crCgL1240210.（4） cr 此時(shí)理論上，析出炭粒。ggCCO 一般柴油機(jī)的0.60.7

33、2。cr（二） 1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。缸內(nèi)情況十分復(fù)雜。三 燃料和可燃混合氣的熱值（一） 燃料的熱值 1 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高熱值 不加入水的汽化潛熱的熱值低熱值 hu 發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)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: 44100 kJ/kg ；柴油: 42500 kJ/kg huhu（二） 可燃混合氣的熱值 kJ/kmol HhMuu11-8 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)低溫多級(jí)自燃1 階段混合階段t1 在壓縮過(guò)程終了時(shí)，燃料噴入汽缸內(nèi)形

34、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，示功圖上的壓縮線沒(méi)有明顯的變化?；旌想A段，為著火做準(zhǔn)備。2 階段第一級(jí)反應(yīng)t2 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)時(shí)間后，反t1應(yīng)加劇，出現(xiàn)冷火焰，缸內(nèi)壓力超過(guò)壓縮壓力。在這一階段，反應(yīng)生成醛類、過(guò)氧化物和一氧化碳等中間產(chǎn)物。要求混合氣較濃， = 0.40.5。3 階段第二級(jí)反應(yīng)t3 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〉枚啵孕∮?。4 時(shí)間后第三級(jí)反應(yīng)ttt123 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?， 1。 著火延遲期ttt123（

35、二） 汽油機(jī)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) 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(yīng)出現(xiàn)熱火焰, 瞬間擴(kuò)大到整個(gè)燃燒室內(nèi)。所以, 汽油機(jī)著火過(guò)程： 壓縮混合氣 點(diǎn)火 （經(jīng)短暫著火延遲期） 熱火焰三 燃燒方式（一） 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

36、統(tǒng), 則系統(tǒng)內(nèi)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)火焰?zhèn)鞑?。兩相系混合氣?（未燃區(qū)），燃燒產(chǎn)物相 （已燃區(qū)）。 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內(nèi)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

37、。（三） 擴(kuò)散燃燒 柴油機(jī)的燃燒方式, 三相燃料相, 空氣相, 燃燒產(chǎn)物相。 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。第二章 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)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 1 1 液態(tài) 空氣 15 1000 氣態(tài) 燃料受機(jī)械控制，容易加入。而汽缸容積

38、就那么大，要想多加空氣就要困難得多。因此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程的研究就顯得尤為重要了。2-1 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)排氣門的開(kāi)啟、關(guān)閉也需要時(shí)間, 故在下止點(diǎn)前排氣排氣提前角 4080 在上止點(diǎn)后關(guān)閉排氣遲閉角 1035在上止點(diǎn)前吸氣進(jìn)氣提前角 040在下止點(diǎn)后關(guān)閉進(jìn)氣遲閉角 4080進(jìn)氣提前角+排氣遲閉角氣門疊開(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 靠缸內(nèi)壓力將氣體擠出氣缸，其中p缸內(nèi)壓力, p排氣管內(nèi)壓力。2 強(qiáng)制排氣階段 B p = p p p靠活塞上行將廢氣擠出氣缸。3 超臨界排氣 C 排開(kāi) p = 1.9

39、 p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）akRT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 D p = 1.9 p 排閉。 其流量取決于壓差 （p - p） 。（二） 進(jìn)氣過(guò)程和氣門疊開(kāi)角 由于節(jié)流作用, 缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓；（）使新鮮介質(zhì)進(jìn)入缸內(nèi)。pp0氣閥疊開(kāi)角：非增壓：2060 CA。 太大（引起） 廢氣回流進(jìn)氣道。 太小 掃氣作用不明顯。 增壓：110140 CA。 進(jìn)氣管 p, 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, 增加氣缸內(nèi)的新鮮充量。2 降低排氣溫度。

40、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 Y W 是因排氣門提前開(kāi)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(qiáng)制排氣損失功。 排氣提前角排氣提前角 W ，Y 。 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, n （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 d進(jìn)d排2 四氣門 流通面積 40%左右。但結(jié)

41、構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。f1 （可達(dá) 30%）， f1vNege3 氣門升程 h h，時(shí)面值 v4 閥頂過(guò)渡圓角 R R f1v R 流動(dòng)阻力 v R 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，流通面積 沿程阻力 v2 轉(zhuǎn)彎和節(jié)流阻力 轉(zhuǎn)彎半徑 R，截面突變 v3 截面形狀 考慮汽油機(jī)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(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 R，表面光潔度，各管口與墊片孔口對(duì)中 流動(dòng)阻力 v 設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮組織進(jìn)氣渦流。（四）

42、 空氣濾清器 通道面積，除塵效果 流動(dòng)阻力 v 經(jīng)常清洗，更換紙芯。（五） 化油器 喉口截面積 流動(dòng)阻力 ，但霧化效果 。v 解決這對(duì)矛盾，采用雙喉口。小喉口：霧化；大喉口：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進(jìn)氣遲閉角；3排氣提前角；4，5氣門疊開(kāi)角（二） 進(jìn)氣遲閉角i1 轉(zhuǎn)速 n 一定時(shí)，總有一個(gè)進(jìn)氣遲閉角使得充氣效率為最大。iv2 n 氣流慣性

43、缸內(nèi)氣體易倒流進(jìn)氣管 v n 一部分氣體來(lái)不及進(jìn)入汽缸 v3 對(duì)應(yīng)的 niv,max 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。4 n i,最佳 （三） 排氣提前角o ， 其中后期膨脹比。ovVV14 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） 氣門疊開(kāi)角i o, 缸內(nèi)氣體易倒流進(jìn)氣管； ， i o,i o,prTav 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)氣門疊開(kāi)角應(yīng)大一些。2-5 進(jìn)氣管內(nèi)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 = 300 mm L = 1140 mm 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)氣門開(kāi)

44、閉時(shí)： pa piv 排氣門開(kāi)閉時(shí)： pr pov 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 閉口端：進(jìn)：壓縮波 反射: 壓縮波 同型波 進(jìn)：膨脹波 反射: 膨脹波 同型波 開(kāi)口端：進(jìn)：壓縮波 反射: 膨脹波 異型波 進(jìn)：膨脹波 反射: 壓縮波 異型波三 進(jìn)氣動(dòng)態(tài)效應(yīng)（一） 慣性效應(yīng) 階段：進(jìn)氣門開(kāi) 進(jìn)氣門閉 膨脹波 壓縮波 （進(jìn)氣門閉）（二） 波動(dòng)效應(yīng) 階段：進(jìn)氣門閉 下一循環(huán)進(jìn)氣門開(kāi) 壓縮波 膨脹波 膨脹波 壓縮波 （進(jìn)氣門開(kāi)） 壓力波動(dòng)是周期性的。 壓力波固有頻率： 1/s 其中 a進(jìn)氣管內(nèi)聲速。faL14 發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣頻率： 1/s fnn2602120 令：qffanL12

45、30 當(dāng) q = 1，2，3 時(shí)，進(jìn)氣門開(kāi)，則 pa 。v 當(dāng) q = 時(shí)，進(jìn)氣門開(kāi)，則 pa 。112212312,v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 流動(dòng)阻力 壓力波強(qiáng)度 進(jìn)氣管直徑 壓力波振幅 壓力波強(qiáng)度4 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 pr 掃氣作用 v2-6 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 G kg ，則 kg/h GGni 260 n G，但 n pa

46、 G G 單位時(shí)間供油量 g 與功率有關(guān)。Ne G 循環(huán)供油量g 與扭矩有關(guān)。Me 圖中虛線為不考慮進(jìn)氣損失的 G 和G 曲線；實(shí)際的 G 和G 曲線如圖中實(shí)線所示。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） 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 ， 工作粗暴。ppmax（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

47、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 ， 工作柔和，噪聲小，經(jīng)濟(jì)性較好。ppmax3 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

48、合氣越多，燃燒越完善。 1 ml 油滴: 1 個(gè)， d = 9.7 mm，S = 245 mm2 霧化: 個(gè)，d = 40 m，S = mm299107.15106. 2 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 高壓、高速。 一級(jí)霧化汽缸中空氣的動(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。

49、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。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?？资絿娮?油束松散，粒細(xì)。軸針式噴嘴 油束緊密，粒粗。3 霧化質(zhì)量（霧化特性）細(xì)微度 油滴平均直徑 細(xì)：霧化好均勻度 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

50、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 開(kāi)始噴油 上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角。 上止點(diǎn) 停止噴油的曲軸轉(zhuǎn)角。 噴油延遲角 開(kāi)始噴油 停止噴油的曲軸轉(zhuǎn)角。2 噴油延遲角對(duì)性能的影響 噴油持續(xù)時(shí)間長(zhǎng), 工作柔和，但油耗增大, 排放變差。 噴油持續(xù)時(shí)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(shù): 15 個(gè)， = 0

51、.250.8 mm。 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。 = 13 mm，通道間隙 = 0.0250.05 mm。 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（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): 氣道母線與汽缸相切。 優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣流阻力小 v 缺點(diǎn): 渦流強(qiáng)度對(duì)進(jìn)氣口位置敏感。（2） 螺旋氣道 特點(diǎn): 進(jìn)氣道呈螺旋型。 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

52、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(qiáng)度 擠氣面積 擠氣渦流強(qiáng)度 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，汽缸蓋內(nèi)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(dǎo)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(zhì)點(diǎn)速度為零，越向邊緣速度越大。2 勢(shì)渦流 渦流

53、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)。 若 質(zhì)點(diǎn)密度， 空氣密度。 當(dāng) = 時(shí)， 質(zhì)點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)。 當(dāng) 時(shí)， 離心力為主，質(zhì)點(diǎn)呈螺旋形向外運(yùn)動(dòng)。 當(dāng) 400 ，向外運(yùn)動(dòng)。 燃燒產(chǎn)物: 1.3， 大 空氣利用率 空氣停留時(shí)間 NOx（4） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱面積，冷起動(dòng)性好，經(jīng)濟(jì)性好。（二） 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

54、多， 上游燃料分布少，使整個(gè)燃燒室內(nèi) 霧化均勻。2 擠流口型 英國(guó)潑金斯公司研制。 主要特點(diǎn): 擠氣面積 擠流強(qiáng)度 （三） 球型1 應(yīng)用: 黃河 JN150，6120Q-1 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 型燃燒室。dDkVVkc4 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 = 0.50.7 mm，或雙孔噴嘴 = 0.30.4 mm。 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，200350。（4） 值較小， = 1.1 左右，空氣利用率。（5） ，工作

55、柔和、平穩(wěn)，噪聲小。經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性較好。ppmax（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 140 mm 之內(nèi)。 D g 油膜厚度 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，延安 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 型燃燒室。4 主要特點(diǎn)（1） 噴油基本垂直于氣流方向 （ 順 7 ） 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 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) 壁面分布燃料多 ，工作柔和、ppm

56、ax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、擠氣間隙敏感。S0三 分隔式燃燒室 主要用于高速柴油機(jī)。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn):整個(gè)燃燒室分隔成兩個(gè)空間，主燃燒室設(shè)于活塞頂部，副燃燒室位于汽缸蓋內(nèi)，中間用通道連接。（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) 5080 %渦流室容積燃燒室容積VVkc 13.5 %通道截面積活塞頂面積 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 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

57、 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 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(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 mm，針閥開(kāi)啟壓力 9.812 Mpa 。（2） 渦流

58、強(qiáng) 空氣利用率 （ = 1.11.3 ）。（3） n 渦流強(qiáng)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(duì)散熱面積，節(jié)流損失 經(jīng)濟(jì)性，冷起動(dòng)性。（二） 預(yù)燃室型1 應(yīng)用: 195-2 型柴油機(jī)等。2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 2040 %渦流室容積燃燒室容積VVkc 0.250.7 %通道截面積活塞頂面積 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 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 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

59、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)通道高速噴向主燃燒 室。 在主燃燒室中形成強(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 7.812.8 Mpa 。（2） 紊流強(qiáng) 混合氣形成改善 。（3） 節(jié)流作用大 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，節(jié)流損失 經(jīng)濟(jì)性。第四章

60、汽油機(jī)混合氣形成和燃燒 汽油機(jī)與柴油機(jī)相比主要有如下特點(diǎn): 汽油機(jī) 柴油機(jī)1 點(diǎn)燃式。 壓燃式。2 影響小。 影響大。ii3 進(jìn)入汽缸的是混合氣，混合時(shí)間長(zhǎng)。 進(jìn)入汽缸的是新鮮空氣，混合時(shí)間短。4 高，熱負(fù)荷大。 高，機(jī)械負(fù)荷大。Tmaxpmax5 壓縮比低， = 610。 壓縮比高， = 1222。6 有爆燃問(wèn)題。 有工作粗暴問(wèn)題。7 組織氣流運(yùn)動(dòng)的目的是為了 組織氣流運(yùn)動(dòng)的目的是為了 加速火焰?zhèn)鞑?，防止爆燃?促進(jìn)燃油與空氣更好地混合。4-1 汽油機(jī)混合氣形成一、混合氣形成過(guò)程1 喉口流速 P 霧化效果2 節(jié)氣門開(kāi)度 喉口真空度, 進(jìn)氣管真空度 pn pi 從到ppni ppni3. 節(jié)氣