項目一發(fā)動機(jī)總體構(gòu)造 2

1、項目一項目一 發(fā)動機(jī)總論發(fā)動機(jī)總論知識目標(biāo)：知識目標(biāo)：1.掌握發(fā)動機(jī)的作用、類型和型號編制規(guī)則；2.了解發(fā)動機(jī)的主要性能指標(biāo)；3.了解發(fā)動機(jī)的燃燒過程；4.掌握發(fā)動機(jī)的基本術(shù)語和作原理。 發(fā)動機(jī)是將其他形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)械裝置。汽車所采用的發(fā)動機(jī)是內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)是燃料在發(fā)動機(jī)內(nèi)部燃燒的一種熱力機(jī)。內(nèi)燃機(jī)每實現(xiàn)一次熱功轉(zhuǎn)換，都要經(jīng)歷一系列連續(xù)的工作過程，構(gòu)成一個循環(huán)，否則，就不能實現(xiàn)熱功的轉(zhuǎn)換。 本項目主要介紹四沖程往復(fù)活塞式汽油發(fā)動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)的總體構(gòu)造、基本術(shù)語、工作原理、發(fā)動機(jī)基本理論，發(fā)動機(jī)總成從汽車上拆卸和安裝及發(fā)動機(jī)主要性能指標(biāo)等內(nèi)容。一、發(fā)動機(jī)類型一、發(fā)動機(jī)類型 發(fā)動

2、機(jī)是將某種能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。它是汽車的心臟，是汽車的動力源?，F(xiàn)代汽車用發(fā)動機(jī)主要采用的是往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。它是將燃料在氣缸內(nèi)燃燒，使熱能直接轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的機(jī)器。活動一活動一 發(fā)動機(jī)總體構(gòu)造發(fā)動機(jī)總體構(gòu)造汽車用發(fā)動機(jī)可以根據(jù)不同的特征來分類。 1.按活塞的運動方式分類 按活塞運動方式的不同，活塞式內(nèi)燃機(jī)可分為往復(fù)活塞式和旋轉(zhuǎn)活塞式兩種。前者活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)直線運動，后者活塞在氣缸內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動。 2.按所用的燃料種類分類 根據(jù)所用的燃料不同，發(fā)動機(jī)主要分為汽油發(fā)動機(jī)（簡稱汽油機(jī)）、柴油發(fā)動機(jī)（簡稱柴油機(jī)）和氣體燃料發(fā)動機(jī)3類。汽油機(jī)以汽油為燃料，柴油機(jī)以柴油為燃料，而使用天然氣、液化石

3、油氣和其他氣體燃料的發(fā)動機(jī)稱為氣體燃料發(fā)動機(jī)。 3.按點火方式分類 根據(jù)點火方式不同，發(fā)動機(jī)可分為點燃式和壓燃式2種。點燃式發(fā)動機(jī)利用電火花使可燃混合氣著火，如汽油機(jī)。壓燃式發(fā)動機(jī)則是通過噴油泵和噴油器，將燃油直接噴入氣缸，使其與在氣缸內(nèi)經(jīng)壓縮后升溫的空氣混合，使之在高溫下自燃，如柴油機(jī)。 4.按冷卻方式分類 根據(jù)冷卻方式不同，發(fā)動機(jī)可分為水冷式和風(fēng)冷式2種。水冷式發(fā)動機(jī)以水或冷卻液為冷卻介質(zhì)，而風(fēng)冷式發(fā)動機(jī)以空氣為冷卻介質(zhì)。汽車發(fā)動機(jī)多采用水冷式。 5.按活塞行程數(shù)分類 在發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)進(jìn)行的每一次將燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的一系列連續(xù)過程（進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣）稱發(fā)動機(jī)的一個工作循環(huán)。對

4、于往復(fù)活塞式發(fā)動機(jī)，可以根據(jù)每一個工作循環(huán)所需的活塞行程數(shù)來分類。凡活塞往復(fù)4個單程完成一個工作循環(huán)的稱為四沖程發(fā)動機(jī)；活塞往復(fù)兩個單程即完成一個工作循環(huán)的則稱為二沖程發(fā)動機(jī)。汽車發(fā)動機(jī)多為四沖程發(fā)動機(jī)。 目前，應(yīng)用最廣、數(shù)量最多的汽車發(fā)動機(jī)為水冷式四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。其中，汽油機(jī)用于轎車和輕型客、貨車上，而大客車和中、重型貨車發(fā)動機(jī)多為柴油機(jī)。不少轎車和輕型客、貨車發(fā)動機(jī)也用柴油機(jī)作動力，但以風(fēng)冷或二沖程活塞式內(nèi)燃機(jī)為動力的汽車為數(shù)不多。 圖圖1-1 1-1 發(fā)動機(jī)整體結(jié)構(gòu)發(fā)動機(jī)整體結(jié)構(gòu) 二、發(fā)動機(jī)總體構(gòu)造二、發(fā)動機(jī)總體構(gòu)造 發(fā)動機(jī)是一部由許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成的復(fù)雜的機(jī)器，其結(jié)構(gòu)形式很多。

5、由于發(fā)動機(jī)的基本原理相似，故基本構(gòu)造也大同小異。傳統(tǒng)汽油機(jī)通常由兩大機(jī)構(gòu)、五大系組成，而柴油機(jī)由兩大機(jī)構(gòu)、四大系組成。兩大機(jī)構(gòu)是指曲柄連桿機(jī)構(gòu)和配氣機(jī)構(gòu)，五大系是指燃料供給系、冷卻系、潤滑系、點火系（柴油機(jī)無此系）和起動系。圖1-1所示為發(fā)動機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，圖1-2所示為發(fā)動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖圖1-2 1-2 發(fā)動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) （一）兩大機(jī)構(gòu)（一）兩大機(jī)構(gòu) 1曲柄連桿機(jī)構(gòu) 曲柄連桿機(jī)構(gòu)包括機(jī)體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組。該機(jī)構(gòu)是發(fā)動機(jī)借以產(chǎn)生動力，并將活塞的直線往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動而輸出動力的機(jī)構(gòu)。 2配氣機(jī)構(gòu) 配氣機(jī)構(gòu)包括氣門組和氣門傳動組。其作用是使可燃混合氣及時進(jìn)入氣缸，并

6、在燃燒后及時將廢氣從氣缸中排出。 （二）五大系（二）五大系 1燃料供給系 汽油機(jī)的燃料供給系由汽油箱、汽油濾清器、汽油泵、化油器（節(jié)氣門體）、噴油器、供油管（燃油噴射式發(fā)動機(jī)）、空氣濾清器和進(jìn)氣歧管等組成。其作用是向氣缸內(nèi)供給已配好的可燃混合氣（缸內(nèi)噴射式發(fā)動機(jī)為空氣），并控制進(jìn)入氣缸內(nèi)的可燃混合氣的數(shù)量，以調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)速，最后將燃燒后的廢氣排出氣缸。柴油機(jī)燃料供給系由柴油箱、輸油泵、噴油泵、柴油濾清器、噴油器、進(jìn)排氣管和排氣消聲器等組成。其作用是定時向氣缸內(nèi)噴入一定數(shù)量和一定壓力的柴油，以調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)輸出的功率和轉(zhuǎn)速，最后將燃燒后的廢氣排出氣缸。 2冷卻系 冷卻系有水冷和風(fēng)冷2種，

7、現(xiàn)代汽車一般都采用水冷式。由水泵、散熱器、風(fēng)扇、節(jié)溫器、水套等組成。其作用是利用冷卻水冷卻高溫零件，并通過散熱器將熱量散發(fā)到大氣中去，從而保證發(fā)動機(jī)在最適宜的溫度范圍內(nèi)工作。 3潤滑系 潤滑系由機(jī)油泵、集濾器、濾清器、油道、油底殼、調(diào)壓閥和安全閥等組成。其作用是將潤滑油分送至各個摩擦零件的摩擦面，以減小摩擦力，減緩機(jī)件磨損，并清洗、冷卻摩擦表面，從而延長發(fā)動機(jī)使用壽命。 4點火系 汽油機(jī)傳統(tǒng)點火系包括電源（蓄電池和發(fā)電機(jī)）、分電器、點火線圈和火花塞等。其作用是按一定時刻向氣缸內(nèi)提供電火花，以點燃缸內(nèi)的可燃混合氣。 5起動系 由起動機(jī)及附屬設(shè)備組成。其作用是帶動飛輪旋轉(zhuǎn)以獲得必要的動能和起動轉(zhuǎn)速

8、，使靜止的發(fā)動機(jī)起動并轉(zhuǎn)入自行運轉(zhuǎn)狀態(tài)。三、發(fā)動機(jī)基本術(shù)語三、發(fā)動機(jī)基本術(shù)語 發(fā)動機(jī)的基本術(shù)語如圖1-3所示。圖圖1-31-3發(fā)動機(jī)基本術(shù)語發(fā)動機(jī)基本術(shù)語 1.上止點 上止點是指活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)處，即活塞的最高位置?；钊谏现裹c處，運動速度為零。 2.下止點 下止點是指活塞離曲軸回轉(zhuǎn)中心最近處，即活塞的最低位置?；钊谙轮裹c處，運動速度為零。 3.活塞行程 上、下止點間的距離S稱活塞行程。 4.曲柄半徑 曲軸與連桿下端的連接中心至曲軸中心的距離R（即曲軸的回轉(zhuǎn)半徑）稱曲柄半徑。曲軸每回轉(zhuǎn)一周，活塞移動2個活塞行程。對于氣缸中心線通過曲軸回轉(zhuǎn)中心的發(fā)動機(jī)，S2R。 5.活塞沖程 活塞由一個

9、止點到另一個止點運動一次的過程稱活塞沖程。 6.氣缸工作容積 氣缸工作容積是指活塞上、下止點間的容積，也稱氣缸排量，以Vh表示。 7.發(fā)動機(jī)工作容積 發(fā)動機(jī)工作容積是指各氣缸工作容積的總和，也稱發(fā)動機(jī)排量，以VL表示。 VL Vhi D /4 10S（L） 式中D氣缸直徑（mm）； S活塞行程（mm）； i氣缸數(shù)。 8.燃燒室容積 燃燒室容積是指活塞在上止點時，活塞頂上面的空間容積以Vc表示。 9.氣缸總?cè)莘e 氣缸總?cè)莘e是指活塞在下止點時，活塞頂以上的空間容積以Va表示。 VaVhVc 10.壓縮比 氣缸總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比，以表示。 Va /Vc(V Vc)/ Vc1Vh /Vc

10、 壓縮比表示活塞由下止點移動到上止點時，氣缸內(nèi)氣體被壓縮的程度。壓縮比愈大，壓縮終了時氣缸內(nèi)的壓力和溫度就愈高。目前，一般車用汽油機(jī)的壓縮比約為712，柴油機(jī)的壓縮比一般為1622。 11.工作循環(huán) 發(fā)動機(jī)將熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的過程，是通過進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣4個連續(xù)過程組成的封閉過程來實現(xiàn)的。周而復(fù)始地進(jìn)行這4個過程，發(fā)動機(jī)才能持續(xù)做功。 在發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)進(jìn)行的每一次將燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的一系列連續(xù)過程（進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣）稱發(fā)動機(jī)的一個工作循環(huán)?；顒佣顒佣?發(fā)動機(jī)工作原理發(fā)動機(jī)工作原理 四沖程發(fā)動機(jī)的一個工作循環(huán)包括4個活塞行程，即進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣。四沖程發(fā)動機(jī)的每個氣缸

11、都進(jìn)行這種循環(huán)，但進(jìn)行的時間不同。各缸做功行程錯開，可使發(fā)動機(jī)輸出功率連續(xù)平穩(wěn)。一、四沖程汽油機(jī)的工作原理一、四沖程汽油機(jī)的工作原理 （一）工作原理（一）工作原理 1進(jìn)氣行程 為使發(fā)動機(jī)做功，必須將汽油和空氣混合形成可燃混合氣，而后吸入氣缸，這就需要一個進(jìn)氣行程。 在進(jìn)氣行程中，進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉?；钊汕S帶動從上止點向下止點運動，如圖1-4所示。由于活塞下移，活塞上方的空間容積增大，氣缸內(nèi)的氣體壓力降至大氣壓力以下，形成一定的真空度。在真空吸力的作用下，可燃混合氣經(jīng)進(jìn)氣門被吸入氣缸，至活塞運動到下止點時，進(jìn)氣門關(guān)閉，停止進(jìn)氣，進(jìn)氣行程結(jié)束。由于進(jìn)氣系統(tǒng)有阻力，進(jìn)氣終了時氣缸內(nèi)壓力比大氣

12、壓力要低，約為0.080.09MPa，且氣缸壁、活塞等高溫機(jī)件的傳導(dǎo)及殘留高溫廢氣的加熱，氣體溫度有所升高，氣體溫度約為320380K。圖圖1-41-4進(jìn)氣行程進(jìn)氣行程 圖圖1-51-5壓縮行程壓縮行程 2壓縮行程 為了使吸入氣缸的可燃混合氣能迅速燃燒，產(chǎn)生較大的壓力，從而使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生較大的功率，在燃燒前將可燃混合氣壓縮，使其體積縮小、密度加大、溫度升高，即要有壓縮過程。在壓縮行程中，進(jìn)、排氣門全部關(guān)閉，活塞在曲軸帶動下，由下止點向上止點運動，如圖1-5所示。隨著活塞的上移，活塞上方的空間容積不斷減小，混合氣被壓縮，至活塞到達(dá)上止點時壓縮行程結(jié)束。壓縮終了時氣缸內(nèi)的氣體壓力約為0.81.5MP

13、a，溫度約為600750K。 3做功行程 壓縮行程末，火花塞產(chǎn)生電火花，點燃?xì)飧變?nèi)的可燃混合氣。此時，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉，活塞剛開始下移，燃燒著的氣體不能及時充分地膨脹，其壓力和溫度都迅速地升高，達(dá)到的最高壓力約為3.05.0MPa，相應(yīng)的溫度可達(dá)22002800K。缸內(nèi)的高壓氣體推動活塞向下移動，通過連桿驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)而做功，如圖1-6所示。至活塞到達(dá)下止點時，做功行程結(jié)束。做功終了時，氣缸內(nèi)氣體壓力約為0.350.5MPa，溫度約為12001500K。圖圖1-61-6做功行程做功行程 圖圖1-71-7排氣行程排氣行程 4排氣行程 可燃混合氣燃燒做功后變成廢氣。為使發(fā)動機(jī)能繼續(xù)工作必須把廢氣排出

14、氣缸，以便為下一個進(jìn)氣行程做準(zhǔn)備，這就需要一個排氣行程。在排氣行程中，排氣門打開，進(jìn)氣門關(guān)閉?；钊谇S的帶動下，由下止點向上止點運動，廢氣在自身的剩余壓力和活塞的驅(qū)趕下，經(jīng)排氣門排出氣缸，如圖1-7所示。至活塞到達(dá)上止點時，排氣門關(guān)閉，排氣行程結(jié)束。排氣終了時，由于燃燒室容積的存在，氣缸內(nèi)還存在少量廢氣，稱殘余廢氣。氣體壓力也因排氣系統(tǒng)有阻力而高于大氣壓。此時，氣缸內(nèi)氣體壓力約為0.1050.12MPa，溫度約為9001100K。 排氣行程結(jié)束后，進(jìn)氣門再次開啟，又開始下一個工作循環(huán)。如此周而復(fù)始，發(fā)動機(jī)就連續(xù)運轉(zhuǎn)。 （二）工作循環(huán)的特點（二）工作循環(huán)的特點 由上述四沖程汽油機(jī)的工作原理可知

15、，四沖程汽油機(jī)工作循環(huán)具有以下特點： 1發(fā)動機(jī)每完成一個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)2圈（720），進(jìn)、排氣門各開啟1次，活塞在上、下止點間移動4次，每一行程曲軸旋轉(zhuǎn)半圈（180）。 2在4個行程中，只有做功行程產(chǎn)生動力，其余3個行程則是為做功行程作準(zhǔn)備的輔助行程，還消耗一定能量?？梢?，曲軸的轉(zhuǎn)速是不均勻的，即發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)是不平穩(wěn)的。 3混合氣是利用電火花點燃的。 4發(fā)動機(jī)起動時必須有外力將曲軸帶動。 （三）多缸發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點（三）多缸發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點 由于單缸發(fā)動機(jī)功率小，轉(zhuǎn)速不均勻，工作時振動大，現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)基本上不用單缸發(fā)動機(jī)，都采用多缸發(fā)動機(jī)，用得最多的是四缸、六缸和八缸等發(fā)動機(jī)。 多缸四沖程發(fā)

16、動機(jī)則是在曲軸轉(zhuǎn)角720內(nèi)，各缸都要像單缸發(fā)動機(jī)一樣完成一個工作循環(huán)。如六缸發(fā)動機(jī)，曲軸每轉(zhuǎn)120就有一個缸做功；四缸發(fā)動機(jī)，曲軸每轉(zhuǎn)180就有一個缸做功。這樣，發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)就比單缸發(fā)動機(jī)平穩(wěn)得多。多缸發(fā)動機(jī)各缸做功行程發(fā)生的順序，稱為發(fā)動機(jī)的工作順序或發(fā)火順序，如國產(chǎn)直列六缸發(fā)動機(jī)的工作順序為1-5-3-6-2-4；直列四缸發(fā)動機(jī)的工作順序為1-3-4-2或1-2-4-3。多缸發(fā)動機(jī)是由多個結(jié)構(gòu)相同的氣缸組成的，它們一般共用一個機(jī)體、一根曲軸。曲軸的曲柄布置應(yīng)該使各缸做功行程均勻分布在720曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)。如直列四缸發(fā)動機(jī)曲軸相鄰工作缸的曲柄夾角為180，曲軸每轉(zhuǎn)180便有一個氣缸做功；直列六缸

17、發(fā)動機(jī)曲軸每轉(zhuǎn)120便有一個氣缸在做功。氣缸數(shù)越多，發(fā)動機(jī)工作越平穩(wěn)，但結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。圖圖1-81-8單缸四沖程柴油機(jī)工作原理單缸四沖程柴油機(jī)工作原理二、四沖程柴油機(jī)的工作原理二、四沖程柴油機(jī)的工作原理 四沖程柴油機(jī)和四沖程汽油機(jī)一樣，每個工作循環(huán)也是由進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣4個行程組成。但柴油和汽油性質(zhì)不同，柴油機(jī)在可燃混合氣的形成、著火方式等方面與汽油機(jī)有著較大的區(qū)別。這里主要介紹柴油機(jī)與汽油機(jī)工作原理的不同之處。圖1-8所示為單缸四沖程柴油機(jī)工作原理示意圖。 （1）進(jìn)氣行程 活塞由曲軸帶動從上止點向下止點運動，吸入氣缸的是純空氣，而不是混合氣。進(jìn)氣終了時，氣缸內(nèi)氣體壓力約為0.0850.

18、095MPa，溫度約為310340K。 （2）壓縮行程 活塞在曲軸的帶動下由下止點向上止點運動純空氣被壓縮。由于柴油機(jī)壓縮比大，壓縮終了時的溫度和壓力都比汽油機(jī)高，其壓力可達(dá)35MPa、溫度可達(dá)7501000K。 （3）做功行程 此行程與汽油機(jī)有很大的不同。壓縮行程末噴油泵泵出的高壓柴油經(jīng)噴油器呈霧狀噴入氣缸內(nèi)的高溫空氣中，迅速汽化并與空氣形成可燃混合氣。由于此時氣缸內(nèi)的溫度遠(yuǎn)高于柴油的自燃溫度（約360左右），柴油混合氣自行著火燃燒，且以后的一段時間內(nèi)柴油邊噴射邊燃燒，使氣缸內(nèi)的溫度、壓力急劇升高，推動活塞下行做功。此行程中，瞬時壓力可達(dá)69MPa，瞬時溫度可達(dá)18002200K。做功終了時

19、壓力約為0.20.5MPa，溫度約為10001200K。 （4）排氣行程 此行程與汽油機(jī)基本相同。排氣終了時，氣缸內(nèi)殘余廢氣的壓力約為0.1050.12Mpa，溫度約為700900K。比較項目汽油機(jī)柴油機(jī)燃料汽油柴油混合氣形成多為缸外缸內(nèi)點火方式點燃式壓燃式熱效率30左右40左右燃油消耗率高低升功率大小轉(zhuǎn)速高低工作平穩(wěn)性柔和粗暴起動性易難排放CO、CH多、NOX、黑煙少CO、CH少、NOX、黑煙多結(jié)構(gòu)緊湊欠緊湊制造成本低高使用壽命短長三、汽油機(jī)與柴油機(jī)的比較三、汽油機(jī)與柴油機(jī)的比較 由上述四沖程汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作原理可知，汽油機(jī)與柴油機(jī)比較，各有優(yōu)缺點，見表1-3。表表1-31-3汽油機(jī)與柴

20、油機(jī)比較汽油機(jī)與柴油機(jī)比較四、內(nèi)燃機(jī)型號四、內(nèi)燃機(jī)型號 1內(nèi)燃機(jī)型號 為了便于內(nèi)燃機(jī)的生產(chǎn)管理、使用與維修，我國對內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品名稱和型號編制規(guī)則重新審定并頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/725-1991。該標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容如下： （1）內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品名稱均按所采用的燃料命名，如汽油機(jī)、柴油機(jī)等。 （2）內(nèi)燃機(jī)型號由阿拉伯?dāng)?shù)字、漢語拼音字母和GB1883中關(guān)于氣缸布置所規(guī)定的象形字符號表示。 （3）內(nèi)燃機(jī)型號由下列4部分組成： 首部 包括產(chǎn)品系列代號、換代符號和地方、企業(yè)代號，由制造廠根據(jù)需要自選字母表示，但需經(jīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化歸口單位核準(zhǔn)、備案。 中部 由缸數(shù)符號、氣缸布置形式符號、沖程符號和缸徑符號組成。 后部 由結(jié)

21、構(gòu)特征符號和用途特征符號組成。 尾部 為區(qū)分符號。同一系列產(chǎn)品因改進(jìn)等原因需要區(qū)分時，由制造廠選用適當(dāng)符號表示。后部與尾部可用“”分隔。 我國內(nèi)燃機(jī)型號表示方法及其含義如圖1-9所示。圖圖1-91-9內(nèi)燃機(jī)型號表示方法及其含義內(nèi)燃機(jī)型號表示方法及其含義 2內(nèi)燃機(jī)型號示例 （1）汽油機(jī) 462Q四缸、直列、四沖程、缸徑62mm、水冷、汽車用。 1E65F單缸、二沖程、缸徑65mm、風(fēng)冷、通用型。 EQ6100-1六缸、直列、四沖程、缸徑100mm、水冷，區(qū)分符號1表示第一種變形產(chǎn)品（EQ為第二汽車制造廠代號）。 （2）柴油機(jī) YZ6102Q六缸、直列、四沖程、缸徑102mm、水冷、汽車用（YZ為

22、揚州柴油機(jī)廠代號）。 12V135Z十二缸、形、四沖程、缸徑135mm、水冷、增壓、通用型。 12VE23OZCZ十二缸、形、二沖程、缸徑230mm、水冷、增壓、船用主機(jī)、左機(jī)基本型?；顒尤顒尤?發(fā)動機(jī)基本理論發(fā)動機(jī)基本理論一、發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)一、發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo) 發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)包括指示性能指標(biāo)、有效性能指標(biāo)及標(biāo)定性能指標(biāo)。 （一）指示性能指標(biāo)（一）指示性能指標(biāo) 指示性能指標(biāo)是指以可燃混合氣(工質(zhì))對活塞做功為基礎(chǔ)建立的指標(biāo)，常用指示功和指示熱效率表示，是用以評定發(fā)動機(jī)工作循環(huán)優(yōu)劣的指標(biāo)。 1.指示功Wi 在發(fā)動機(jī)示功圖(圖1-10)的封閉曲線分別構(gòu)成兩個封閉的面積，面積bczb的大小表示

23、發(fā)動機(jī)內(nèi)可燃混合氣(工質(zhì))對活塞做功的多少，此時發(fā)動機(jī)做的功是正功，稱為循環(huán)的指示功Wi。brab是進(jìn)、排氣沖程所消耗的能量，此時發(fā)動機(jī)做的功是負(fù)功，或稱為泵氣損失。圖圖1-10 1-10 四沖程發(fā)動機(jī)示功圖四沖程發(fā)動機(jī)示功圖 2.循環(huán)熱效率i 進(jìn)入氣缸的可燃混合氣在壓縮沖程上止點附近開始著火燃燒，放出熱量，使混合氣的溫度、壓力急劇升高，混合氣膨脹，推動活塞移動而轉(zhuǎn)換成機(jī)械功。在膨脹結(jié)束時，混合氣的溫度、壓力仍高于大氣的溫度、壓力。這樣，就有相當(dāng)數(shù)量的熱量通過排氣沖程排放到大氣中去，另一方面，在發(fā)動機(jī)做功循環(huán)中，還有一部分熱量通過氣缸壁傳給冷卻系統(tǒng)。所以，在整個實際循環(huán)中，混合氣所放出的熱量Q

24、不可能全部轉(zhuǎn)換為指示功。熱能轉(zhuǎn)換的百分率，稱為發(fā)動機(jī)實際循環(huán)的熱效率或指示熱效率，即 i=Wi/Q。 式中，Wi-發(fā)動機(jī)工作循環(huán)的指示功，單位為kJ； Q-為得到指示功所消耗的燃料的熱量，單位為kJ。 上式熱效率稱為循環(huán)熱效率。實際情況表明，發(fā)動機(jī)的熱效率均不高，大致范圍如下： 汽油機(jī)i約為0.250.40，柴油機(jī)i約為0.40.5。 （二）有效性能指標(biāo)（二）有效性能指標(biāo) 發(fā)動機(jī)有效性能指標(biāo)主要有有效功率Pe、有效轉(zhuǎn)矩Me、平均有效壓力Pe、有效燃料消耗率ge。它是以發(fā)動機(jī)曲軸輸出的凈功率建立的指標(biāo)，同時它綜合反映了發(fā)動機(jī)的工作情況，對描述發(fā)動機(jī)的性能特點，比較、檢測發(fā)動機(jī)性能，有著重要的指導(dǎo)

25、意義。 1.有效功率Pe 有效功率是指發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時由曲軸輸出的功率，用Pe表示。其值可由發(fā)動機(jī)測功機(jī)實際測得。 2.有效轉(zhuǎn)矩Me 轉(zhuǎn)矩是指發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時由曲軸輸出給傳動系的有效旋轉(zhuǎn)力矩，用Me表示。由試驗測得，轉(zhuǎn)矩Me、功率Pe、轉(zhuǎn)速n三者的關(guān)系可用下式表示，即 Me=9550Pe/n 式中，Me-有效轉(zhuǎn)矩，單位為Nm； Pe-有效功率，單位為kW， n-發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 3平均有效壓力P 發(fā)動機(jī)在單位氣缸容積中所做的有效功，稱為有效壓力P。平均有效壓力可由下式計算： P=30Pe/iVhn103式中，P-平均有效壓力，單位為kPa。 -發(fā)動機(jī)沖程數(shù)； i-氣缸數(shù)； Pe-有效功率

26、，單位為kW； n-發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min。 平均有效壓力越高，表示發(fā)動機(jī)單位氣缸工作容積中所做的有效功越大。因此，可用平均有效壓力來比較各種不同排量發(fā)動機(jī)的動力性。P的大致范圍是：汽油機(jī)P約為588981kPa；柴油機(jī)P約為588883kPa。 4有效燃油消耗率ge。 單位有效功的燃油消耗量稱為有效燃油消耗率或有效耗油率，用ge表示，即 Ge=GT/Pe103 式中，GT一發(fā)動機(jī)單位時間內(nèi)的實際耗油量，單位為kg/h； Pe-發(fā)動機(jī)的有效功率，單位為kW。 ge越小，表示發(fā)動機(jī)曲軸輸出的凈功率所消耗的燃料越少。發(fā)動機(jī)產(chǎn)品說明書中通常給出發(fā)動機(jī)的最低燃油消耗率。ge實際上隨發(fā)動機(jī)的工作狀

27、況的改變而發(fā)生變化。ge值的大致范圍：汽油機(jī)ge約為270410g/(kWh)，柴油機(jī)ge約為215285g/(kWh)。 （三）標(biāo)定性能指標(biāo)（三）標(biāo)定性能指標(biāo) 發(fā)動機(jī)銘牌上標(biāo)示的有效功率、有效轉(zhuǎn)矩、有效燃油消耗率等性能指標(biāo)即為標(biāo)定指標(biāo)。 銘牌上所給出的有效功率和有效轉(zhuǎn)矩都是最大值，有效燃油消耗率則為最小值。 在標(biāo)定發(fā)動機(jī)的有效功率時，考慮到發(fā)動機(jī)運用場合，通常給出兩種或兩種以上的標(biāo)定功率，如15min功率、1h功率、12h功率及24h功率等，分別表示發(fā)動機(jī)連續(xù)工作15min、1h、12h和24h，允許發(fā)動機(jī)發(fā)出的最大功率。 根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在標(biāo)定的有效功率和有效轉(zhuǎn)矩時，應(yīng)同時注明相應(yīng)轉(zhuǎn)

28、速。二、四沖程發(fā)動機(jī)的充氣效率二、四沖程發(fā)動機(jī)的充氣效率 換氣過程常用的評價指標(biāo)有：循環(huán)充量，充氣效率和單位時間充量。 （一）循環(huán)充量（一）循環(huán)充量G G 每循環(huán)實際進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮充量的質(zhì)量，稱為循環(huán)充量G。循環(huán)新氣充量大，才可能性使循環(huán)的最高壓力提高，作用于活塞的推力增大，從而使發(fā)動機(jī)獲得大的輸出轉(zhuǎn)矩。所以，循環(huán)新氣充量大，是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩大的必要條件。但是，循環(huán)充量不能用來評定不同工作容積發(fā)動機(jī)換氣過程的好壞；只能在相同工作容積下進(jìn)行比較，即兩臺發(fā)動機(jī)工作容積相同，若其中一臺在相應(yīng)轉(zhuǎn)速下的循環(huán)充量大，則該發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計得好。 （二）充氣效率（充氣系數(shù)）（二）充氣效率（充氣系數(shù)）VV 實

29、際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣量G與大氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮空氣量GO之比，稱為充氣故障V： V=G/GO 所謂進(jìn)氣狀態(tài)是指當(dāng)前、當(dāng)?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)（非增壓機(jī)型）和增壓器壓氣機(jī)出口的氣體狀態(tài)（增壓機(jī)型）。 充氣效率V是評價發(fā)動機(jī)換氣過程完善程度的指標(biāo)，它不受氣缸容積的影響。 在發(fā)動機(jī)試驗臺上，測出某工況時空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)的流量G(kg/s)，計算出大氣狀態(tài)下該工況時能充入發(fā)動機(jī)的空氣量GO G0=iVhn/260 式中：-空氣密度，kg/m3。 則充氣效率：V=G/GO 充氣效率V的一般范圍：汽油機(jī)：0.750.85； 柴油機(jī)：0.750.9。 從式中可見，大氣狀態(tài)下能充入氣缸工作容積的空氣量GO是常

30、數(shù)，與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此，充氣效率V隨轉(zhuǎn)速n變化的趨勢與循環(huán)充量G隨轉(zhuǎn)速n變化的趨勢相同。 （三）單位時間充量（三）單位時間充量G G 單位時間內(nèi)進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮充量的質(zhì)量，稱為單位時間充量G。單位時間充入的新氣量與發(fā)動機(jī)有效功率緊密相關(guān)。汽油機(jī)單位時間充量愈大，單位時間內(nèi)燃燒的氣體數(shù)量愈多，單位時間內(nèi)做的功愈多，因而功率愈大；柴油機(jī)單位時間充量愈大，單位時間內(nèi)噴入氣缸的柴油量可以相應(yīng)增加，因而功率也可以提高。顯然，發(fā)動機(jī)的功率首先取決于單位時間充量的大小。 單位時間充量G的表達(dá)式： G=Gni/260，kg/s 式中：i缸數(shù)。 單位時間充量G及循環(huán)充量G隨轉(zhuǎn)速n變化的趨勢如圖1-11示。

31、圖圖1-11 1-11 單位時間充量及循環(huán)充量隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢單位時間充量及循環(huán)充量隨轉(zhuǎn)速的變化趨勢 從圖中可見，在較低的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，循環(huán)充量G也增加，從上式可見使單位時間充量增加很快。當(dāng)循環(huán)充量G達(dá)到最大值后，轉(zhuǎn)速增加，循環(huán)充量有所下降，致使單位時間充量的增長減慢。此后，轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，單位時間充量逐漸接近于一個極限值。這是因為進(jìn)氣通過氣門口的流速達(dá)到聲速時，單位時間充量G（流量）達(dá)到了極限。 充氣效率與有效功率的關(guān)系，從下面的計算式可進(jìn)一步看出，V高，則發(fā)動機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩可以增加。（證明從略） 有效功率：Pe=k1n/vim，kw 轉(zhuǎn)矩：Me=(k2/)vim，Nm 式中：k

32、1 ,k2每種發(fā)動機(jī)的常數(shù)； 過量空氣系數(shù)。 上兩式表明：采用較濃混合氣(1)，轉(zhuǎn)速高，循環(huán)充量大(充氣效率大)，循環(huán)熱轉(zhuǎn)換為指示功的效率高，發(fā)動機(jī)機(jī)械損失小，才能使發(fā)動機(jī)的有效功率大；同樣，采用較濃的混合氣，充氣效率、指示效率、機(jī)械效率的乘積大，才能使發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩大。 （四）影響充氣效率的主要因素（四）影響充氣效率的主要因素 充氣效率增大，使發(fā)動機(jī)的功率及轉(zhuǎn)矩增大，分析影響充氣效率的因素，具有重要的意義。 影響的因素主要有以下幾個方面： 1轉(zhuǎn)速和配氣相應(yīng)的影響 圖1-12示為進(jìn)氣門遲閉角對充氣效率和有效功率的影響。圖中的實線為進(jìn)氣門遲閉角為40時的情況，虛線為遲閉角改為60時的情況?？梢?在

33、低轉(zhuǎn)速時,由于v在60遲閉角時下降了，所以有效功率較低；高轉(zhuǎn)速時，由于v增加，所以有效功率提高。圖圖1-12 1-12 進(jìn)氣門遲閉角對充氣效率和有效功率的影響進(jìn)氣門遲閉角對充氣效率和有效功率的影響 2負(fù)荷的影響 汽油機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷(阻力矩)減少，節(jié)氣門開度要相應(yīng)減少，進(jìn)氣流動的阻力增大，使循環(huán)充量、充氣效率及單位時間充量均下降。柴油機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷減少，循環(huán)充量、充量效率、單位時間充量基本不變，只是循環(huán)噴入燃燒室內(nèi)的燃油量相應(yīng)減少。 3空氣濾清器的影響 裝空氣濾清器是為了減少進(jìn)入氣缸的灰塵，減少發(fā)動機(jī)氣缸的磨損。因而空氣濾清器應(yīng)經(jīng)常維護(hù)，使濾清效果好又不使進(jìn)氣阻力過大，否則充氣性能會

34、大為下降，使發(fā)動機(jī)的功率及轉(zhuǎn)矩下降，并使油耗增加。 4壓縮比的影響 提高壓縮比，燃燒室相對減少，殘余廢氣量相對下降，吸氣開始時廢氣膨脹占有的體積小，廢氣對新氣的加熱相對減少，從而使充氣效率提高。 5進(jìn)氣管的影響 進(jìn)氣管要有足夠的通道斷面，拐彎處應(yīng)有較大的圓角，管內(nèi)表面應(yīng)光滑而無積炭，安裝時進(jìn)、排氣接口墊應(yīng)對準(zhǔn)，這有利于提高充氣效率。 6進(jìn)氣加熱的影響 汽油機(jī)的進(jìn)、排氣管常鑄成一體，以利用排氣管加熱進(jìn)氣管，這對汽油的蒸發(fā)有利。但加熱過多又會使空氣的密度下降較大，使充氣系數(shù)降低。有的汽油機(jī)在排氣管內(nèi)裝有閥，用來調(diào)節(jié)對進(jìn)氣管的加熱程度。 柴油機(jī)的進(jìn)氣管內(nèi)沒有燃油的蒸發(fā)問題，不需要進(jìn)氣加熱，進(jìn)氣口常設(shè)

35、在發(fā)動機(jī)罩之外。 （五）提高發(fā)動機(jī)充氣效率的措施（五）提高發(fā)動機(jī)充氣效率的措施 提高發(fā)動機(jī)充氣效率，主要從以下幾個方面著手： 1降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力損失，提高進(jìn)氣終了的壓力具體的措施有： （1）減小空氣濾清器阻力； （2）減小進(jìn)氣管的沿程阻力和局部阻力；如加大通道面積、減小進(jìn)氣管和截面突變，保持管道內(nèi)表面光滑； （3）減小進(jìn)氣道阻力； （4）減小進(jìn)氣門處的流動阻力。如加大進(jìn)氣直徑以增加流通能力；增加氣門數(shù)以增加流通截面，如三氣門、四氣門、五氣門，如圖1-13所示； （5）改進(jìn)凸輪的廓線設(shè)計，加大進(jìn)氣門開啟時間與截面。 (a)三氣門 (b)四氣門 (c)五氣門圖圖1-13 1-13 多氣門內(nèi)燃機(jī)多

36、氣門內(nèi)燃機(jī) 2降低排氣系統(tǒng)的阻力損失，減少缸內(nèi)殘余廢氣，主要減小氣門、 排氣道與排氣管的阻力。 3減少高溫零件在進(jìn)氣過程中對工質(zhì)的加熱主要維持發(fā)動機(jī)冷卻系技術(shù)狀況良好，分置進(jìn)、排氣管。 4合理利用換氣過程的動態(tài)效應(yīng)，在壓縮波到達(dá)進(jìn)氣門處時關(guān)閉進(jìn)氣門，在膨脹波到達(dá)排氣門處時關(guān)閉排氣門。 5合理選擇配氣相位。 6采用可變配氣相位與可變進(jìn)氣系統(tǒng)，以提高氣門的流通能力。如利用波動效應(yīng)、慣性效應(yīng)與通過旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動來改變進(jìn)氣管長度和容積的可變進(jìn)氣系統(tǒng)。如慣性增壓式電控可變進(jìn)氣機(jī)構(gòu)的充氣效率的改進(jìn)。三、汽油機(jī)的燃燒過程三、汽油機(jī)的燃燒過程 將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^程，稱為發(fā)動機(jī)的燃燒過程。它是發(fā)動機(jī)整個

37、工作循環(huán)的主要過程。在此介紹汽油的組成與主要性能指標(biāo)，討論傳統(tǒng)的汽油機(jī)燃燒形式，即均勻混合氣的燃燒過程。 汽油機(jī)燃燒過程的特點： 1燃料與空氣借助于化油器或噴射裝置，在缸外進(jìn)行混合，混合時間長，混合均勻； 2壓縮終了前通過外源(火花塞)點火，著火時間、地點一定； 3著火后火焰擴(kuò)散，適當(dāng)?shù)臏u流運動可以加速火焰?zhèn)鞑ィ?4通過改變混合氣的數(shù)量來調(diào)節(jié)負(fù)荷。 （一）汽油性能指標(biāo)（一）汽油性能指標(biāo) 汽油的使用性能指標(biāo)主要有蒸發(fā)性和抗爆性，這兩個指標(biāo)對發(fā)動機(jī)性能影響很大。 1.汽油的蒸發(fā)性 汽油應(yīng)該是快速地、無雜質(zhì)地蒸發(fā)，衡量指標(biāo)是10、50、90蒸發(fā)溫度。10蒸發(fā)溫度標(biāo)志汽油的起動性。10蒸發(fā)溫度低，起動

38、性好，但太低了容易引起氣阻、在油箱和化油器中蒸發(fā)損失增加。該溫度太高，則冷起動困難。 50蒸發(fā)溫度標(biāo)志汽油的平均蒸發(fā)性。該溫度低，可以縮短暖車時間，但太低了則會導(dǎo)致化油器結(jié)冰；太高，則汽油機(jī)冷機(jī)的過渡特性差。 90蒸發(fā)溫度標(biāo)志中含有難以蒸發(fā)的重質(zhì)成分，該溫度太高，在燃燒室內(nèi)易形成雜質(zhì)，并稀釋潤滑油。 2.汽油抗爆性 抗爆性是指汽油在燃燒室內(nèi)燃燒時抵抗爆燃的能力，其評定指標(biāo)是辛烷值。在汽油機(jī)燃燒過程中，隨著壓縮比及氣缸內(nèi)氣體溫度提高，可能出現(xiàn)一種不正常的自燃現(xiàn)象，稱為爆震燃燒，簡稱爆燃。汽油辛烷值越高，抗爆性越強(qiáng)，就能承受發(fā)動機(jī)采用較高壓縮比而不發(fā)生爆燃，有利于提高汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。 燃料的品質(zhì)是

39、影響爆燃的重要因素。為提高汽油的辛烷值，過去常在汽油中添加少量的四乙基鉛抗爆劑，能產(chǎn)生顯著的抗爆效應(yīng)。但四乙基鉛有毒，一方面會產(chǎn)生鉛毒排入大氣，直接危害環(huán)境，另一方面會導(dǎo)致排氣催化凈化器迅速失效，因此目前已嚴(yán)格限制使用。為了便于識別，含四乙基鉛的汽油加有染色劑，使之成紅棕色或藍(lán)色。這種汽油不能吸吮，也不能用來洗手。 3.國產(chǎn)汽油規(guī)格 據(jù)1989年頒布的標(biāo)準(zhǔn)，我國車用汽油有90號、93號(北京92號)、97號三種牌號，牌號數(shù)字表示研究法(RON)測定的辛烷值。 （二）汽油機(jī)混合氣的形成（二）汽油機(jī)混合氣的形成 汽油機(jī)的混合氣形成有兩種方式：一種是化油器式，即利用化油器在氣缸外部形成大體均勻的可燃

40、混合氣，靠控制節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)混合氣數(shù)量?，F(xiàn)在化油器式發(fā)動機(jī)基本被淘汰。另一種汽油直接噴射式，即利用噴油器在一定壓力下直接向進(jìn)氣管、進(jìn)氣道或氣缸內(nèi)噴射汽油，與吸入的空氣相混合形成可燃混合氣，汽油噴射大多數(shù)是靠機(jī)械或電腦根據(jù)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量或進(jìn)氣管壓力等參數(shù)來控制。 汽油直接噴射系統(tǒng)混合氣的形成是在進(jìn)氣管或氣缸中進(jìn)行的。噴油器將來自供油系統(tǒng)具有一定壓力的汽油噴到各缸進(jìn)氣道的進(jìn)氣門前(多點噴射)或噴到節(jié)氣門前方的進(jìn)氣管內(nèi)(單點噴射)或直接噴入氣缸(缸內(nèi)噴射)，與來自空氣供給系統(tǒng)的新鮮空氣在缸外(進(jìn)氣管噴射)或缸內(nèi)(缸內(nèi)噴射)相混合形成可燃混合氣。 （三）汽油機(jī)的燃燒過程（三）汽油機(jī)的燃燒過程 汽油機(jī)的燃

41、燒過程包括著火和燃燒兩部分。從壓縮行程上止點前火花塞點火開始到膨脹行程燃料基本上燒完為止，燃燒持續(xù)較短(約占2540曲軸轉(zhuǎn)角)，其燃燒過程接近于定容燃燒。 1燃燒簡介 燃燒是燃油中的碳原子和氫原子與空氣的氧原子劇烈氧化反應(yīng)的過程，并伴有發(fā)熱、發(fā)光的現(xiàn)象。假設(shè)氮在燃燒前后不參加化學(xué)反應(yīng)，則完全燃燒的最終產(chǎn)物只有C02、H20和N2。 發(fā)動機(jī)工作時，實際供給的空氣量不一定等于理論空氣量(1kg燃料實際完全燃燒理論上所需的空氣量）。燃燒1kg燃料提供的空氣量L與理論上所需空氣量L0之比，稱為過量空氣系數(shù)，那=L/L0。它是我國通用的可燃混合氣成分指標(biāo)。 歐美各國及日本一般都直接以混合氣所含空氣質(zhì)量A

42、與燃料質(zhì)量F之比 空燃比A/F來表示可燃混合氣成分。理論上，1kg汽油完全燃燒所需要的最少空氣量約為14.7kg，被稱為理論空氣量。 把過量空氣系數(shù)=1，空燃比A/F=14.7的可燃混合氣叫做理論混合氣；1，A/F1，A/F14.7的可燃混合氣叫做稀混合氣。 2汽油機(jī)的著火 汽油和空氣形成的可燃混合氣必須經(jīng)過著火階段才能進(jìn)行燃燒。而著火，是指混合氣的氧化反應(yīng)加速、溫度升高、以致引起空間某一位置最終有某個火焰出現(xiàn)的過程。汽油機(jī)采用電火花點火的方式使可燃混合氣著火。 在火花塞點火之前，氣缸內(nèi)已形成了均勻混合氣，混合氣受到缸壁和殘余廢氣的加熱，被壓縮后壓力與溫度升高，并產(chǎn)生緩慢的分解和氧化，處于容易

43、著火狀態(tài)。當(dāng)火花塞電極間跳火，經(jīng)歷了高溫著火后，在已燃?xì)怏w與未燃的工質(zhì)之間的一個很窄的范圍(火焰前鋒)內(nèi)通過活化分子的傳熱和對流而燃燒放熱。在燃燒室造型沒有很大偏差及工質(zhì)基本處于靜止?fàn)顟B(tài)下，火焰基本上以球形的形狀向外擴(kuò)展。但實際上，燃燒室的形狀影響工質(zhì)的渦流運動，從而影響火焰擴(kuò)散，改變火焰前鋒的形狀。 點火能否成功，與火花點火放出的熱量大小和混合氣的濃度有關(guān)?；鸹c火放出的熱量太小，混合氣的濃度過濃或過稀，火焰均不能傳播，汽油機(jī)混合氣濃度的著火界限，一般為=0.51.3之間。 3正常燃燒過程 為了提高汽油機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性，充入氣缸的可燃混合氣燃燒要完全、及時和正常。因為：只有完全燃燒，才能喜

44、充分利用燃油的熱能；只有及時燃燒，在上止點后1218曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)燃燒完畢，才能使燃?xì)饩哂懈叩臏囟群蛪毫Γ瑢钊耐屏Υ?，使熱能更多的轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功；只有正常燃燒，才能保持發(fā)動機(jī)穩(wěn)定、可靠的工作。 圖1-14所示為汽油機(jī)工作過程中缸內(nèi)壓力的變化關(guān)系。其中的虛線表示不點火時的情況，實線為點火時情況。根據(jù)壓力變化的特征，把燃燒過程分為三個階段：著火延遲期、急燃期、補(bǔ)燃期。 圖圖1-14 1-14 汽油機(jī)工作過程中缸內(nèi)壓力的變化關(guān)系汽油機(jī)工作過程中缸內(nèi)壓力的變化關(guān)系 （1）著火延遲期 氣缸內(nèi)的混合氣，隨著壓縮過程使其壓力和溫度進(jìn)一步提高，加速了氧化反應(yīng)的速度。但是，由于汽油機(jī)的壓縮比較低和混合氣的自燃溫

45、度比較高，不容易自燃。在壓縮到接近上止點的時候，火花塞電極間跳過火花(為點火提前角)，火花能量使電極附近的混合氣氧化反應(yīng)加快，所放出的熱量使該局部混合氣溫度迅速升高，這又會使局部氧化進(jìn)一步加快。這種反應(yīng)進(jìn)行到一定程度，就出現(xiàn)發(fā)火區(qū)，形成火焰中心。從火花塞電極間跳過火花(點1)起，到形成火焰中心(點2)為止的這段時間，稱為著火延遲期。圖中用I階段表示，由于只是在火焰中心附近的局部范圍內(nèi)有劇烈的氧化反應(yīng)，因而圖中的壓力線沒有明顯地偏離壓縮線，即沒有明顯的壓力升高現(xiàn)象。 （2）急燃期 從火焰中心形成起，火焰前鋒以20m/s30m/s的速度，按近似球面的形狀向未燃混合氣推進(jìn)，直到火焰掠過整個燃燒室，主

46、要部分混合氣燃燒完畢，因而出現(xiàn)最高壓力(點3)為止。這段時間稱為急燃期，圖中用II階段表示。 急燃期是燃燒過程的主要階段，它對發(fā)動機(jī)性能影響很大。實踐證明，以曲軸轉(zhuǎn)角計算的壓力升高率為170kPa/()240kPa/()，且火焰中心形成在上止點前1215曲軸轉(zhuǎn)角，最高壓力出現(xiàn)在上止點后1218曲軸轉(zhuǎn)角時，示功圖有最大面積，循環(huán)功最多。這時對應(yīng)的點火提前角，稱為最佳點火提前角。 （3）補(bǔ)燃期 混合氣中汽油蒸發(fā)不良及與空氣混合不均勻時，部分顆粒較大的燃油在火焰前鋒掠過時，只是表層燃油被燃燒，未燃燒的部分需要在補(bǔ)燃期內(nèi)燃燒。此外，燃燒產(chǎn)物C02、H20中，有少部分在高溫的作用下會分解為H2，O2，C

47、O等產(chǎn)物，這稱為熱分解現(xiàn)象。在膨脹過程中，因工質(zhì)溫度下降，熱分解產(chǎn)物又可繼續(xù)燃燒、放熱。這就形成了補(bǔ)燃期。圖中用階段表示。 補(bǔ)燃是在活塞下行中進(jìn)行的,這時氣缸容積已明顯擴(kuò)大，故補(bǔ)燃產(chǎn)生的熱量不能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γ炊古艢鉁囟仍黾?熱效率下降。因此，希望盡可能減少補(bǔ)燃。 4不正常燃燒 汽油機(jī)的不正常燃燒，包括爆震燃燒和表面點火。 （1）爆震燃燒（簡稱爆燃） 現(xiàn)象與危害 汽油機(jī)燃燒過程中，燃燒室內(nèi)有明顯的火焰前鋒在推進(jìn)。在火焰前方的未燃混合氣受到已燃混合氣強(qiáng)烈的壓縮和熱輻射作用，其壓力和溫度都急劇增高。如果火焰前鋒到達(dá)以前，未燃混合氣已達(dá)到它的自燃溫度而自行著火，形成新的火焰中心，產(chǎn)生新的火焰?zhèn)鞑?/p>

48、，這種現(xiàn)象稱為爆燃。高速攝影的觀察表明：爆燃時，爆燃形成的火焰中心向外傳播的速度達(dá)100m/s300m/s，使未燃混合氣瞬間燃燒完畢，氣體的容積來不及膨脹，局部溫度和壓力猛烈增加，和周圍的氣體壓力不平衡而產(chǎn)生沖擊波。這種沖擊波以超音速傳播，撞擊燃燒室壁，發(fā)出頻率達(dá)3000Hz5000Hz的尖銳的金屬敲擊聲。 因而，汽油機(jī)的爆燃現(xiàn)象就是燃燒室內(nèi)末端混合氣的自燃現(xiàn)象 雖然爆燃時的最高壓力很高，但它是以沖擊波的形式出現(xiàn)，不是以均勻壓力推動活塞，而像用榔頭不斷敲擊活塞似的，不能使燃?xì)鈱钊鞴Ω?。汽車在低速上坡時，允許有很輕微的短時間的爆燃。因為輕微的爆燃可以使燃燒過程縮短，有利于提高有效功率，但是

49、不允許嚴(yán)重的爆燃，嚴(yán)重的爆燃會有下列危害： a.機(jī)件過載 強(qiáng)烈爆燃時的沖擊波使缸壁、缸蓋、活塞、連桿、曲軸等機(jī)件過載，使機(jī)件變形，甚至使機(jī)件損壞。 b.機(jī)件燒損 爆燃時，汽油機(jī)燃燒終了的溫度可達(dá)20002500，而活塞頂、燃燒室壁及氣缸壁的溫度僅為200300。除了冷卻水的作用外，能夠維持這樣低溫度的原因，是在這些壁面上形成了氣體的附面層，它起了隔熱的作用。強(qiáng)烈爆燃的沖擊波會破壞這一附面層，使機(jī)件直接與高溫燃?xì)饨佑|，而嚴(yán)重爆燃時局部燃?xì)鉁囟瓤蛇_(dá)到4000以上，使活塞頭部和氣門等機(jī)件燒損。 c.性能指標(biāo)下降 嚴(yán)重爆燃時的局部高溫，產(chǎn)生嚴(yán)重的熱分解現(xiàn)象，燃燒產(chǎn)物分解為CO、H2、02、NO及游離碳

50、的現(xiàn)象增多。游離碳已不能再燃燒，形成排氣冒煙。CO、H2、02等在膨脹過程中重新燃燒，使補(bǔ)燃增加，排氣溫度增高，附面層破壞，向缸壁散出的熱量增加，發(fā)動機(jī)過熱，有效功率降低，有效耗油率增加。 嚴(yán)重爆燃時，即使機(jī)件沒有損壞，其壽命也會降低。試驗表明，嚴(yán)重爆燃時氣缸的磨損量比正常燃燒時大27倍左右。 在發(fā)動機(jī)的設(shè)計和使用中，應(yīng)采取各種措施來防止爆燃的產(chǎn)生。 預(yù)防措施 預(yù)防發(fā)動機(jī)產(chǎn)生爆燃的措施，主要有：使用抗爆性強(qiáng)的汽油可以避免爆燃的產(chǎn)生；在汽油中加入少量抗爆添加劑，可提高汽油的辛烷值，使其抗爆性增強(qiáng)，但現(xiàn)在已嚴(yán)格控制加鉛汽油的使用；使用中應(yīng)根據(jù)發(fā)動機(jī)的壓縮比選用相應(yīng)牌號的汽油。另外，也可以通過改變結(jié)

51、構(gòu)因素如減小壓縮比、采用雙火塞等以及改變運行因素如負(fù)荷、轉(zhuǎn)速等措施。 （2）表面點火 不靠火花塞點火而由燃燒室內(nèi)熾熱物點燃混合氣的燃燒現(xiàn)象，稱為表面點火。它是由燃燒室內(nèi)熾熱物作為點火源而形成的新的著火現(xiàn)象，是一種不正常的燃燒現(xiàn)象。燃燒室內(nèi)熾熱物如：過熱的火花塞電極、熱的排氣門、熱的燃燒表面沉積物等。由表面點火產(chǎn)生的新的火焰前鋒也以正常的速度傳播。 在正常火花塞點火前的表面點火稱為“早火”，正常火花塞點火后的表面點火稱為“后火”。 表面點火的結(jié)果是使得缸內(nèi)壓力急劇升高，噪聲加強(qiáng)，向活塞、缸壁的傳熱增加，活塞缸套間結(jié)焦，“早火”相當(dāng)于將點火提前角提前，“后火”雖有可能加快燃燒速度，但是，表面點火的

52、最大問題是點火的無規(guī)律性，這將導(dǎo)致燃燒過程的不穩(wěn)定與工作過程的粗暴，使動力性、經(jīng)濟(jì)性都受到影響。避免表面點火的有效措施是采用低餾程的燃料與不易結(jié)焦的潤滑油。 表面點火不同于爆燃，表面點火是由于熱表面點燃混合氣，而爆燃則是由于燃燒室內(nèi)末端混合氣的自燃產(chǎn)生的。爆燃與表面點火之間又存在相互影響，表面點火會促使爆燃的產(chǎn)生。 5使用因素對燃燒過程的影響 （1）進(jìn)氣初始態(tài)壓力、溫度 降低進(jìn)氣初始態(tài)壓力、溫度，可以避免爆燃與表面點火時產(chǎn)生。從這一點來看，汽油機(jī)實現(xiàn)增壓的難度比柴油機(jī)要大。 （2）點火提前角 將點火提前角增大，缸內(nèi)最高壓力、溫度增加，終燃混合氣受到擠壓和熱輻射的影響增強(qiáng)，其自行著火所需的時間減

53、少，這個作用比由于缸內(nèi)壓力和溫度的升高所引起的火焰速度的加快要明顯，故爆燃傾向增加。因而，為避免爆燃時產(chǎn)生，往往減小點火提前角。 （3）(混合氣濃度)的影響 混合氣濃度為a=0.80.9時，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲?，但終燃混合氣的著火延遲期也最短。 （4）轉(zhuǎn)速 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增加時，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌欤紵俣燃涌?，易產(chǎn)生爆燃的部位在自燃準(zhǔn)備尚未完成時，火焰前鋒已經(jīng)到達(dá)，爆燃趨勢減弱。 （5）負(fù)荷 發(fā)動機(jī)負(fù)荷減小時，由于殘余廢氣的稀釋作用增大，火焰?zhèn)鞑ニ俣认陆?，燃燒的最高溫度與壓力下降，使爆燃的傾向減小。 （6）燃燒沉積物的影響 附于燃燒室壁面的沉積物相當(dāng)于一個熱源，對終燃混合氣起到加熱作用，因此可能會使爆

54、燃和表面點火的傾向增大。 （四）汽油機(jī)的燃燒室（四）汽油機(jī)的燃燒室 根據(jù)配氣機(jī)構(gòu)的布置，燃燒室可以分為側(cè)置氣門式和頂置氣門式兩種。側(cè)置氣門式燃燒室已不大采用。目前多采用頂置氣門式燃燒室。頂置氣門式燃燒室歸納起來有碗形燃燒室、楔形燃燒室、浴盆形燃燒室、半球形燃燒室等幾種，如圖1-15所示。 浴盆形燃燒室 楔形燃燒室 半球形燃燒室 碗形燃燒室圖圖1-15 1-15 燃燒室形狀燃燒室形狀四、柴油機(jī)的燃燒過程四、柴油機(jī)的燃燒過程 同汽油機(jī)一樣，柴油機(jī)的燃燒過程也將直接影響發(fā)動機(jī)的性能指標(biāo)。但柴油機(jī)的工作過程又不同于汽油機(jī)，其工作過程的特點： 1吸入氣缸的是新鮮空氣，被壓縮的是新鮮空氣； 2柴油通過高壓

55、噴入氣缸，在缸內(nèi)形成可燃混合氣； 3柴油和空氣混合時間極短； 4缸內(nèi)混合氣成分不均勻，且不斷變化； 5沒有外源點火，只是靠壓縮自燃； 6混合與燃燒重疊進(jìn)行； 7質(zhì)調(diào)節(jié)，即負(fù)荷和轉(zhuǎn)速不是通過進(jìn)氣節(jié)流，而是通過燃料量來調(diào)節(jié)； 對柴油機(jī)燃燒的基本要求： 1燃燒及時。這將影響作功的質(zhì)量、放熱量的有效利用； 2燃燒完全。這會影響到放熱量、作功和排放。 因此，對于柴油機(jī)來說，及時形成可燃混合氣最為重要。 （一）柴油的主要性能指標(biāo)（一）柴油的主要性能指標(biāo) 柴油是柴油機(jī)的主要燃料，它分重柴油和輕柴油兩類。重柴油多用于轉(zhuǎn)速1000r/min以下的中、低速柴油機(jī)；輕柴油多用于轉(zhuǎn)速1000r/min以上的高速、中高

56、速大功率柴油機(jī)。柴油的物理化學(xué)性質(zhì)對柴油機(jī)的著火和燃燒影響很大。 1著火性 柴油的著火性是指柴油的自燃能力，其評定指標(biāo)是十六烷值，十六烷值越高著火性越好。 著火性好的柴油，噴人氣缸后能及時著火燃燒，柴油機(jī)工作柔和，冷起動性能也隨之改善；若著火性能差，燃燒前所需的物理、化學(xué)準(zhǔn)備時間長，著火后壓力升高率過高，導(dǎo)致柴油機(jī)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，導(dǎo)致排氣冒黑煙，經(jīng)濟(jì)性下降。 2蒸發(fā)性 柴油的蒸發(fā)性用餾程表示。將柴油加熱，分別測定蒸發(fā)出50、90和95的餾分溫度。 餾出50的溫度低，說明這種燃燒輕餾分多，蒸發(fā)性好，有利于混合氣的形成和燃燒。但若輕餾分過多，著

57、火前蒸發(fā)油氣過多，會使柴油機(jī)工作粗暴。90和95餾出溫度標(biāo)志柴油中所含難于蒸發(fā)的重餾分。重餾分過多，在氣缸中不易蒸發(fā)，與空氣混合不均勻，則燃燒不完全，易產(chǎn)生冒煙和積炭。 3粘度 柴油的粘度用來表示柴油的霧化性。粘度低，則容易形成混合氣。若粘度過低，會加劇噴油泵及噴油器之間的精密偶件表面之間的磨損；若粘度過高，流動阻力增加，柴油從噴油器噴出時的霧化性差，不易形成均勻的混合氣。因而，柴油應(yīng)具有適中的粘度。 4凝點 柴油的凝點用來表示柴油的低溫流動性。它是指柴油冷卻到開始失去流動性的溫度。國產(chǎn)輕柴油的牌號是按凝點編定的，如O號柴油的凝點為O。好的柴油應(yīng)具有低的凝點。若疑點過高，不利于燃燒的正常供給，

58、尤其在低溫條件下工作。可能造成油路堵塞。選用柴油時，一般要求其凝點比最低工作環(huán)境溫度低35以上。 （二）柴油機(jī)混合氣的形成（二）柴油機(jī)混合氣的形成 柴油機(jī)混合氣的形成，是指燃料自噴入氣缸至著火及燃燒的整個階級中所發(fā)生的破碎、霧化、汽化并與空氣之間相互滲透和擴(kuò)散的過程，它直接決定著燃燒質(zhì)量。由于柴油的蒸發(fā)性差，因此柴油機(jī)采用高壓噴射的方法，即在壓縮行程接近終了時，借助噴油器將柴油噴入燃燒室，與氣缸中高溫、高壓的空氣混合形成可燃混合氣。經(jīng)過一系列物理化學(xué)準(zhǔn)備后，著火燃燒；隨后，混合氣的形成與燃燒便重疊進(jìn)行，即一邊噴油、混合和一邊燃燒。 柴油機(jī)的混合氣形成與汽油機(jī)相比有兩個最顯著的特點：混合氣形成在氣缸內(nèi)部；混合氣形成時間較短。柴油機(jī)混合氣形成的理想過程應(yīng)該是燃料噴人燃燒室后在盡可能短的時間內(nèi)與周圍空氣均勻霧化、混合，形成可燃混合氣；著火后繼續(xù)噴入的燃料應(yīng)及時得到足夠的空氣和混合能量，以便迅速混合，力求避免燃料直接進(jìn)入高溫缺氧區(qū)域，引起裂化。 柴油機(jī)混合氣形成依靠兩方面作用：燃料噴霧；組織空氣運動。空氣運動可以促使柴油很快在整個燃料室空間得以均勻分布，加速混合氣形成。 1形成混合氣的兩種基本方式 按混合氣形成的原理分，柴油機(jī)可燃混合氣的形成方式有兩種：空間霧化混合和油膜蒸發(fā)混合。 （1）空間霧化混合方式 直接將柴油噴射到燃燒室空間，經(jīng)霧