發(fā)動(dòng)機(jī)原理―教案

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)安高校汽車學(xué)院機(jī)電與動(dòng)力探討所目 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)志向循環(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)的換氣過程 - 22 2-1 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程 - 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 進(jìn)步充氣效

2、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 論 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)原理課探討：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)：內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)

4、 車用發(fā)動(dòng)機(jī)：間歇工作式發(fā)動(dòng)機(jī) 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)：連續(xù)工作式發(fā)動(dòng)機(jī) 一 分 類（一） 種 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, 但泄漏問題是這種發(fā)動(dòng)機(jī)開展的致命弱點(diǎn)。它構(gòu)造緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，是高速車用發(fā)動(dòng)機(jī)的開展方向之一。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)消費(fèi)出了樣機(jī)。與往復(fù)式比擬應(yīng)特殊留意的一點(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)方向的這些變

5、更并不影響它的效率；也就是說，在這個(gè)過程中，并沒有什么固有的損失。旋轉(zhuǎn)式比往復(fù)式的優(yōu)越之處主要是幾何形態(tài)上的緊湊性及由此而引起的一些優(yōu)越之處，并非干脆在氣體動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)方面有何優(yōu)越之處。3 搖擺活塞式 （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)部門的搖擺活塞式發(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)動(dòng)機(jī)的

6、燃?xì)獍l(fā)生器。（二）往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的分類 我們這門課主要探討目前汽車上廣泛應(yīng)用的往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。1 按用處分類（1） 澆灌（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)（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） 已根本不用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）4 按工作循

7、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） 壓縮自然氣，液化自然氣，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(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) 40%，增壓柴油機(jī) 4

8、6%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 可很快到達(dá)全負(fù)荷（二） 缺點(diǎn)1 對(duì)燃料要求高 石油驚慌，汽油、柴油價(jià)格高；要求肯定的標(biāo)號(hào)。2 噪聲、排污3 構(gòu)造較困難三 現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的開展 60 年頭以前: 動(dòng)力性，牢靠性，耐久性 7080年頭: 經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)力性 90 年頭口號(hào): 清潔，經(jīng)濟(jì)，平安1 相關(guān)學(xué)科日益增多，學(xué)科之間互相浸透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 運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、計(jì)算零部件及其協(xié)作，精細(xì)、準(zhǔn)確、優(yōu)化5 設(shè)計(jì)、零

9、部件消費(fèi)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，其主要緣由是優(yōu) 化產(chǎn)品，節(jié)約開支，降低本錢。甚至象豐田、寶馬這樣的超級(jí)企業(yè)有時(shí)也需合 作開發(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，零排放的正在開發(fā)并進(jìn)入好用四 本課程的探討對(duì)象和任務(wù)（一） 對(duì)象 本課程以性能指標(biāo)作為探討對(duì)象 深化到工作過程的各個(gè)階段，分析影響性能指標(biāo)的各種因素，找出規(guī)律，探討進(jìn)步性能指標(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)性指標(biāo) （燃料和光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

10、和排氣品質(zhì)） 衡量發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，還要考慮牢靠性，耐久性，加工簡(jiǎn)潔，操縱修理便利，本錢核算等，全面綜合評(píng)定。（三） 工作過程 發(fā)動(dòng)機(jī)沖程 （四個(gè)）: 吸氣 壓縮 做功 排氣 熱力過程 （五個(gè)）: 吸氣 壓縮 燃燒 膨脹 排氣 燃燒 膨脹 為能量轉(zhuǎn)換過程（四） 任務(wù) 探討熱力過程，熱力循環(huán)，整機(jī)性能 明確根本概念，根本技能。培育綜合分析問題的實(shí)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)志向循環(huán)概述一 實(shí)際循環(huán)向志向循環(huán)的簡(jiǎn)化（一） 實(shí)際循環(huán) （以車用柴油機(jī)為例）1 進(jìn)氣過程: 01 （ p pp p ）（二） 實(shí)際循環(huán)的簡(jiǎn)化1 忽視進(jìn)、排氣過程2 壓縮、膨

11、脹過程 （困難的多變過程） 簡(jiǎn)化為絕熱過程3 燃燒過程簡(jiǎn)化為定容加熱過程 （23） 和定壓加熱過程 （34）4 排氣放熱簡(jiǎn)化為定容放熱過程5 假定工質(zhì)為定比熱的志向氣體二 志向循環(huán)及其分析比擬（一） 混合加熱循環(huán) 車用柴油機(jī)的志向循環(huán)1 循環(huán)特征參數(shù)（1） 壓縮比 （2） 壓力上升比 （3） 預(yù)脹比 2 熱效率 計(jì)算得: 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) = 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)的志向循環(huán)1 熱效率 因?yàn)? 預(yù)脹比 所以: 熱效率 2 分析

12、= 1 t = const. t ；當(dāng) = 10 左右時(shí)， t 不大 且汽油機(jī)簡(jiǎn)潔爆燃，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)的志向循環(huán)1 熱效率 因?yàn)? 壓力上升比 所以: 熱效率 2 分析（1） 為定值 t （2） 為定值 t （四） 三種志向循環(huán)熱效率的比擬1 初態(tài)1一樣，壓縮比一樣，加熱量q1一樣 2 初態(tài)1一樣，最高壓力、最高溫度一樣，放熱量q2一樣 1-2 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán) 發(fā)動(dòng)機(jī)志向循環(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)變更損失（一） 工質(zhì)性質(zhì) 理論上: 志向氣體，雙原子氣體。 事實(shí)上: 燃燒前: 燃料+空

13、氣； 燃燒后: 燃燒產(chǎn)物。（二） 比熱 理論上: 定比熱 事實(shí)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脹過程中還可能會(huì)釋放出來，但由于活塞已接近下止 點(diǎn)，做成效果變差，熱效率下降。二 傳熱、流淌損失（一） 傳熱損失 理論上: 壓縮、膨脹過程為絕熱過程。 事實(shí)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(dòng)機(jī)中的最大損失，占總損失量的30%以上。因此，很多研 究者致力于開發(fā)絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)。（二）

14、 流淌損失 理論上: 閉口系統(tǒng)，沒有氣體流淌損失。 事實(shí)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: 忽視進(jìn)、排氣過程。 事實(shí)上: 進(jìn)、排氣門提早開啟，遲后關(guān)閉。而且有流淌阻力。 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)行速度親密協(xié)作。 事實(shí)上: 燃燒須要時(shí)間。五 補(bǔ)燃損失 理論上: 加熱瞬間停頓，膨脹過程無加熱。 事實(shí)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(huì)拖到膨脹線上才燃燒，做成效果變差，熱效率下降。六 泄漏損失 理論上: 閉口

15、系統(tǒng)，無泄漏。 事實(shí)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 ） 只有這部分熱量做了功，是有用的，所以盼望越大越好。一般柴油機(jī): 3040% ； 汽油機(jī): 2030%。令 二 傳遞給冷卻介質(zhì)的熱量 QS 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

16、 ，t2 進(jìn)、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(dòng)機(jī)熱平衡方程式: 1-4 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)活塞做功為根底，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根底，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） 變更的圖示。一 指示功和平均指示壓力（一） 指示功 一個(gè)循環(huán)工質(zhì)對(duì)活塞所做的有用功。應(yīng)當(dāng)：非增壓： 增壓：因?yàn)? 不簡(jiǎn)潔測(cè)量, 實(shí)際將歸到機(jī)械損失中考慮。所以: 其中 橫、縱座標(biāo)比例尺 指示功大，說明 汽缸工作容積大 熱

17、功轉(zhuǎn)換有效程度大。為突出后者，比擬不同大小發(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 單位汽缸工作容積所做的指示功。 （假想?yún)?shù)） 其中每缸工作容積。 686981 kpa 7841180 kpa 二 指示功率 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 p ， 轉(zhuǎn)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/kwh 每小時(shí)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

18、值。 0.430.50 =170200 g/kwh 0.250.40 =230340 g/kwh 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 單位時(shí)間所做的有效功。 kw 其中 平均有效壓力。（二） 機(jī)械損失功率 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部損耗的功率。 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 其中 平均機(jī)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 588883 kpa 588981 kpa 四 升功率和

19、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(dòng)機(jī)凈重量G與所發(fā)出有效功率的比值。 kg/kw ， 發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度高。 1126 kw/l 49 kg/kw 915 kw/l 5.516 kg/kw 2255 kw/l 1.354 kg/kw 可見，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 單位有效功率的耗油量。 g/kwh 每小時(shí)耗油量 kg/h （二） 有效熱效率 做有效功所消耗的熱量。 0.300.40 =218285 g/kwh 0.200.30 =285380 g/kwh 由此可見，柴油機(jī)的熱效率比汽油機(jī)的高，經(jīng)

20、濟(jì)性比汽油機(jī)好。1-6 機(jī)械損失一 機(jī)械效率 對(duì)于不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，肯定損失大的，其相對(duì)損失卻不肯定也大。必需有 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。 性能好，所以應(yīng)盡量進(jìn)步。 0.70.85 0.70.9二 機(jī)械損失的測(cè)定（一） 倒拖法只能在電力測(cè)功機(jī)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 （）。將電力測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)運(yùn)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

21、況下的機(jī)械損失功率。（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，在柴油機(jī)油門拉桿或齒條位置、或汽油機(jī)節(jié)氣門開度固定不動(dòng)的狀況下，停頓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)復(fù)原到原來的轉(zhuǎn)速，重新測(cè)定有效功率（其余五個(gè)汽缸的有效功率），必定小于（一缸熄火），兩者之差即為滅掉缸的指示功率。因?yàn)椤Ｖ鸫螠绺?，則整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功率為，其中x為總缸數(shù)。 假如各缸負(fù)荷勻稱，則僅測(cè)一個(gè)缸，即滅火一次即可，。這樣，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失功率為，機(jī)械效率為。 其它還有示功圖法，油耗線法等。三 影響機(jī)械效率的因素轉(zhuǎn)速其中活塞平均運(yùn)行速度。 與幾乎呈直線關(guān)系。

22、與n似呈二次方關(guān)系。 n 慣性力 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 若要進(jìn)步轉(zhuǎn)速來強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)，則將成為主要障礙之一。（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)氣門開度 轉(zhuǎn)速n肯定，負(fù)荷 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒猛烈程度，平均指示壓力；而由于轉(zhuǎn)速不變，平均機(jī)械損失壓力根本保持不變。則，機(jī)械效率下降。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有效功率，指示功率全部用來克制機(jī)械損失功率。即，因此，。 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)峻。因此，機(jī)械效率對(duì)于車用柴油機(jī)尤為重要。（三） 光滑油品質(zhì)和冷卻水溫度 光滑油粘度影響光滑效果

23、光滑油溫度影響光滑油粘度 冷卻水溫度影響光滑油溫度 即冷卻水、光滑油溫度通過光滑油粘度間接影響光滑效果。1 光滑油粘度（牌號(hào)） ；冷卻水溫度 光滑油溫度 光滑油粘度 光滑效果 摩擦 2 光滑油粘度（牌號(hào)） ；冷卻水溫度 光滑油溫度 光滑油粘度 油膜裂開趨勢(shì) 摩擦 3 光滑油中雜質(zhì) 摩擦 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1 目的: 1 kg燃料完全燃燒所須要的空氣量2 已知條件: 1 kg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 ，

24、 kgkg ， kg/kg 3 化學(xué)反響方程式 4 須要總的量 1 kmol 1 kmol 1 kmol 1 kmol kmol 1 kmol 1 kg kmol kmol 1 kg kmol kmol kg kmol kmol kg kmol kmol5 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 1 kmol 空氣 = 28.95 kg 空氣，所以 kg/kg （3） 1 kmol 空氣 = 22.4 空氣，所以 /k

25、g （二） 過量空氣系數(shù)和空燃比1 過量空氣系數(shù) 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 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(shù)1 理論分子變更系數(shù) 容積變更大 膨脹做功好 （1） 完全燃燒: （2） 不完全燃燒: 2 實(shí)際分子變更系數(shù) 其中1 kg 燃料燃燒后剩余廢氣的摩爾數(shù)。剩余廢氣系數(shù)。二 燃料的不完全燃燒第五章 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及排放污染 噪聲: 汽車的主要噪聲源 發(fā)動(dòng)機(jī)。 汽油機(jī)的主要噪聲源 風(fēng)扇噪聲和配氣機(jī)構(gòu)噪聲。 柴油機(jī)的主要噪聲源 燃燒噪聲。 柴油機(jī)的噪聲比汽油機(jī)的大。

26、排放: 汽油機(jī)的、和排放比柴油機(jī)的多， 柴油機(jī)的炭粒排放比汽油機(jī)的多。5-1 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲污染及防治 GB規(guī)定: 城市噪聲聲壓級(jí)白天 42 dB ，夜間 37 dB 。一 噪聲的評(píng)價(jià)指標(biāo)（一） 噪聲的物理參數(shù)1 聲壓 p 聲波通過介質(zhì)時(shí)，波峰處的壓力上升量 pa 。2 聲壓級(jí) 無因次參數(shù) dB 其中 1000 Hz 時(shí)的基準(zhǔn)聲壓，即聽閥聲壓， pa 。 人耳能聽到的聽閥聲壓 pa ， 產(chǎn)生難受的痛閥聲壓 = 20 pa 。相差100萬倍左右。3 聲強(qiáng) I 單位時(shí)間、單位面積上通過的聲能 W/m 。4 聲強(qiáng)級(jí) 無因次參數(shù) dB 其中 1000 Hz 時(shí)的基準(zhǔn)聲強(qiáng)， W/m 。5 聲功率 W 聲源在

27、單位時(shí)間內(nèi)所輻射的總能量 W 。 其中S 包圍聲源的封閉面面積； 聲強(qiáng)在微元面積ds法線方向的重量。（1） 在自由場(chǎng)中，聲波球面輻射，則 W/m （2） 在開闊地面上，聲波半球面輻射，則 W/m 6 聲功率級(jí) 無因次參數(shù) dB 其中 基準(zhǔn)聲功率， W 。 聲壓級(jí) ，聲強(qiáng)級(jí) 和聲功率級(jí) 的范圍均為 0120 dB 。7 頻率與頻帶 人耳能聽到的聲音頻率范圍為2020,000 Hz 。 將其分為若干個(gè)頻率段 頻帶或頻程。 常用倍頻程和1/3頻程。 倍頻程的中心頻率 31.5，63，125，250，500，1000，2000，4000，8000，16000 中心頻率，上限頻率和下限頻率的關(guān)系為 ；

28、； 。 頻譜圖 橫坐標(biāo): 頻率 （ 頻帶 ），縱坐標(biāo): 聲壓級(jí) ，聲強(qiáng)級(jí) 或聲功率級(jí) 。（二） 主觀評(píng)價(jià) 響度級(jí) 即使聲壓級(jí)一樣，而頻率不同，人耳所感受到的聲音響度就會(huì)不同，主觀評(píng)價(jià)參數(shù) 響度級(jí) 方 （ phon ） 。以1000 Hz 的純音為基準(zhǔn)聲音，當(dāng)某噪聲的響度與某聲壓級(jí)的純音響度一樣時(shí)，則該純音的聲壓級(jí) dB 即為該噪聲的響度級(jí) phon 。 如圖的ISO等響曲線由大量試驗(yàn)得出1 100 Hz以下的噪聲， 雖然聲壓級(jí) dB 較高，但響度級(jí) phon 卻低，人耳不敏感。 低頻、低聲壓級(jí) dB 的噪聲，人耳聽不到。2 同一聲壓級(jí) dB 下，人耳對(duì)頻率為30004000 Hz的噪聲（波谷）

29、 最為敏感， 其響度級(jí) phon 最高。3 聲壓級(jí)高于100 dB 時(shí)，等響曲線平緩，響度級(jí) phon 僅與聲壓級(jí) dB 有關(guān)，而與頻率 Hz 幾乎無關(guān)。說明對(duì)于高 dB 的噪聲，人耳已辨別不 出高、低頻了。二 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲分析（一） 車輛噪聲源1 與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n有關(guān)的噪聲源 進(jìn)、排氣噪聲；旋轉(zhuǎn)件噪聲 風(fēng)扇，空氣壓縮機(jī)，發(fā)電機(jī)和空調(diào)等。2 與車速有關(guān)的噪聲源 傳動(dòng)噪聲 變速器，傳動(dòng)軸等；空氣動(dòng)力噪聲 輪胎噪聲，車體噪聲等。（二） 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲源 主要噪聲源1 干脆傳向大氣的噪聲源 進(jìn)、排氣噪聲和風(fēng)扇噪聲等 屬于空氣動(dòng)力噪聲。2 發(fā)動(dòng)機(jī)外表輻射噪聲源 由發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的機(jī)械振動(dòng)引起。（1） 燃燒噪聲

30、，還與發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的強(qiáng)度、剛度有關(guān)。（2） 機(jī)械噪聲 發(fā)動(dòng)機(jī)零部件之間的間隙撞擊和零部件彈性變形，導(dǎo)致零部件振動(dòng)引起。三 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的防治（一） 降低燃燒噪聲1 采納油膜蒸發(fā)型混合氣形成方式 M過程 ，。2 盡量使噴油先緩后急 推延噴油開場(chǎng)時(shí)刻 ，。3 運(yùn)用十六烷值高的燃料 。（二） 加強(qiáng)構(gòu)造強(qiáng)度 加固主軸承，多加和加固加強(qiáng)筋。（三） 采納隔聲罩殼 材料: 鋼板、玻璃纖維和其它消聲材料。 部位: 曲軸箱側(cè)壁和排氣總管。（四） 采納排氣消聲器 排氣消聲器 聲濾波器，隨頻率變更。1 阻性消聲器 主要用于小轎車 聲學(xué)性能主要取決于聲汲取構(gòu)造和材料的流淌阻力。降低噪聲的頻帶較廣。2 抗性消聲器 主要用

31、于載貨汽車 聲學(xué)性能主要取決于消聲器的幾何形態(tài)，造成排氣聲能阻抗失配。阻抗失配使部分聲能在消聲器內(nèi)來回反射震阻礙向外輻射。3 阻抗復(fù)合式消聲器 用于各種汽車 以抗性消聲器為根底，同時(shí)采納吸聲材料，可使排氣噪聲大幅度降低。（五） 低噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 在滿意根本性能的前提下，按降聲原理設(shè)計(jì)構(gòu)造參數(shù)。5-2 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染及防治一 發(fā)動(dòng)機(jī)的污染源（一） 排氣污染 占發(fā)動(dòng)機(jī)總污染量的6585%1 一氧化碳 CO2 氮氧化合物 3 碳?xì)浠衔?HC4 燃料液滴和炭粒5 各類鉛、硫化合物（二） 曲軸箱通風(fēng)污染 占發(fā)動(dòng)機(jī)總污染量的20%左右 主要是碳?xì)浠衔?HC。（三） 汽油箱通風(fēng)污染 占發(fā)動(dòng)機(jī)總污染量的5

32、%左右 主要是碳?xì)浠衔?HC。（四） 化油器浮子室及油泵接頭處的泄漏污染 占發(fā)動(dòng)機(jī)總污染量的 510% 主要是碳?xì)浠衔?HC。（五） 含鉛、磷汽油所形成的鉛、磷污染 本課程只探討第一項(xiàng) 發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣污染。二 發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的形成、危害和防治（一） 一氧化碳 CO1 形成 C + O CO + O CO 中間產(chǎn)物 產(chǎn)生的緣由是缺氧。 汽油機(jī)上 1，但部分過濃的混合氣。2 危害 煤氣中毒 人體血液中的血紅素對(duì)CO的親和力比對(duì)O的高，引起含CO的血紅素所占比例增高，造成人體缺氧窒息。3 防治（1） 淡薄燃燒與高能點(diǎn)火 使混合氣的 ，而又可以正常燃燒。（2） 縮小燃燒室的激冷區(qū) 激冷區(qū) 燃燒室中

33、由兩個(gè)以上冷外表構(gòu)成的狹窄空間，如擠氣間隙。 激冷效應(yīng) 靠近激冷區(qū)的可燃混合氣，熱損失過多而不能著火。 縮小燃燒室的激冷區(qū) 燃燒易于完全 CO。（二） 氮氧化合物 1 形成（1） 燃燒溫度高（2） 高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)（3） 火焰前鋒面中氧氣的濃度高 產(chǎn)生的緣由是高溫。2 危害（1） 與肺中的水蒸汽粘合而形成稀硝酸，引起肺水腫和肺氣流阻力明顯上升。（2） 與HC反響生成光化學(xué)過氧化物，是光化學(xué)煙霧的主要成分。3 防治（1）降低壓縮比 缸內(nèi)溫度 。（2）減小點(diǎn)火提早角 缸內(nèi)溫度 。（3） 廢氣再循環(huán)，缸內(nèi)噴水，采納乳化油， 或 缸內(nèi)溫度 。（4）分層燃燒 降低混合氣的勻稱性 缸內(nèi)溫度 。（5）加強(qiáng)燃燒

34、室內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng)混合氣混合、燃燒快速高溫持續(xù)時(shí)間。（三） 碳?xì)浠衔?HC1 形成（1） 部分混合氣過濃或過稀使氧化反響減慢，熱損失相對(duì)增加，不能著火。（2） 某微小單元的混合氣面容比大，熱損失大，不能著火。（3） 激冷效應(yīng)。2 危害（1） 3.4苯并芘 致癌物質(zhì)。（2） 苯甲醛和丙烯醛 猛烈刺激眼睛和呼吸器官。（3） 光化學(xué)煙霧的主要成分。3 防治（1） 降低壓縮比 膨脹沖程中燃燒室壁面溫度和排氣溫度 HC。（2） 改善燃燒室形態(tài)，降低面容比 散熱損失 HC。（3） 淡薄燃燒與高能點(diǎn)火 燃燒完全程度 HC。（4） 減小點(diǎn)火提早角 HC在膨脹和排氣沖程中燃燒掉。（5） 縮小燃燒室的激冷區(qū) 燃燒易于

35、完全 HC。（6） 加強(qiáng)燃燒室內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng) 混合氣混合、燃燒完全 HC。（7） 曲軸箱強(qiáng)迫通風(fēng) HC 空氣濾清器 進(jìn)氣管 缸內(nèi)再燃燒。（四） 燃料液滴和炭粒1 燃料液滴 柴油機(jī)冷起動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)冒藍(lán)、白煙。藍(lán)、白煙之間沒有嚴(yán)格的成分差異，均為燃料液滴或水蒸汽，只是微粒的直徑不同而對(duì)光線的反射不同而已。2 炭粒 柴油機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)冒黑煙。（1） 形成 缺氧，致使燃燒中間產(chǎn)物C-C，H-C裂化，再聚合成炭粒。 柴油機(jī)緩燃期中形成最多。（2） 危害A 燃燒不完全 經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)力性。B 污染大氣。C 炭粒沉積在活塞、燃燒室和排氣門等零件外表，使運(yùn)動(dòng)件摩擦損失增大，甚 至卡死。（3） 防治A 淡薄燃燒與高

36、能點(diǎn)火 燃燒完全程度 炭粒。B 改善霧化質(zhì)量 混合氣混合、燃燒完全 炭粒。C 加強(qiáng)燃燒室內(nèi)氣流運(yùn)動(dòng) 混合氣混合、燃燒完全 炭粒。D 改良發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造和運(yùn)用，加速混合氣形成，進(jìn)步燃燒速率。E 采納乳化油 缸內(nèi)溫度 中間產(chǎn)物的熱裂反響明顯削減。F 參加消煙添加劑 鋇鹽，但有毒。G 后期處理小顆粒的炭粒經(jīng)過靜電、過飽和水蒸汽、超聲波而聚合成較大顆粒的炭粒，再通過除塵過濾器予以凈化。（一） 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 全燃燒產(chǎn)物。是最終產(chǎn)物，即完全燃燒產(chǎn)物。 2 化學(xué)反響方程式 3 須要總的量 kg kmol kmol kg kmol kmolkg kmol

37、kmol kg kmol kmol4 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(dāng)時(shí)， = 1， （2） （3） 使時(shí) ，C全部生成CO。此時(shí)的過量空氣系數(shù)稱為臨界值。記為。 所以 （4） 此時(shí)理論上，析出炭粒。 一般柴油機(jī)的0.60.72。（二） 1柴油機(jī) 混合氣混合不勻稱，部分過濃或過稀，造成燃燒不完全。缸內(nèi)狀況特別困難。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 。 參加水的汽化潛熱的熱值高熱值 不參加水的汽化潛熱的熱值低熱值 發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)高溫，水只能以氣態(tài)存在，故應(yīng)取不參加水的汽化潛熱的熱

38、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(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 在壓縮過程終了時(shí)，燃料噴入汽缸內(nèi)形成可燃混合氣。燃料遇到溫度較高的空氣，開場(chǎng)氧化，但速度緩慢，示功圖上的壓縮線沒有明顯的變更?；旌想A段，為著火做打算。2 階段第一級(jí)反響 燃燒的本質(zhì)是燃料的氧化反響，當(dāng)反響速度很快時(shí)，火焰就會(huì)出現(xiàn)。經(jīng)過時(shí)間后，反應(yīng)加劇，出現(xiàn)冷火焰，缸內(nèi)壓力超過壓縮壓力。在這一階段，反響生成醛類、過氧化物和一氧化碳等中間產(chǎn)物。要求混合氣較濃， = 0.40.

39、5。3 階段第二級(jí)反響 溫度、壓力上升較大，產(chǎn)生很多化學(xué)反響的活性中心，出現(xiàn)藍(lán)火焰?；旌蠚庀〉枚?，略小于1。4 時(shí)間后第三級(jí)反響 活性中心劇增，化學(xué)反響加速，熱積累猛烈，發(fā)生爆炸，出現(xiàn)熱火焰。混合氣更稀， 1。 著火延遲期（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, 在此過程中, 已經(jīng)進(jìn)展了一些化學(xué)反響。2 火花點(diǎn)火, 部分溫度高達(dá)20000以上, 該處燃料分子干脆分裂成大量的自由原子與自由基, 快速反響出現(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)

40、系統(tǒng)各個(gè)部分的相完全勻稱一樣。即相只隨 t（時(shí)間）座標(biāo)變更, 而不隨 x （位移）座標(biāo)變更, 為單相系, 勻稱系。 柴油機(jī)上, 由于混合氣安排不是特別勻稱, 總有某一部分混合氣最先著火（一般在噴油嘴旁邊）, 取這一部分為系統(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)展, 故明顯不是同時(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） 漸漸爆炸燃燒 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)）。 加熱從火花塞開場(chǎng)， 緊靠火花塞的那一部分混合氣首先

41、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)展?；鹧媲颁h面前方的未燃區(qū)中是混合氣，火焰前鋒面前方的已燃區(qū)中為燃燒產(chǎn)物和一小部分在火焰前鋒面中沒有燃燒掉的燃料接著燃燒。（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, 緣由就在于汽油的揮發(fā)性好, 油與空氣形成混合氣較快, 物理打算過程已經(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打算過程進(jìn)展的快慢。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,

42、 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。 發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程 燃燒是做功之本。 燃燒須要空氣與燃料。 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)械限制，簡(jiǎn)潔參加。而汽缸容積就那么大，要想多加空氣就要困難得多。因此，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過程的探討就顯得尤為重要了。2-1 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程一 配氣定時(shí) 與工程熱力學(xué)中介紹的不同, 進(jìn)排氣門的開啟、關(guān)閉也須要時(shí)間, 故在下止點(diǎn)前排氣排氣提早角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)氣提早角 040在下止點(diǎn)后關(guān)閉進(jìn)氣遲閉角4080進(jìn)氣提早角+排氣遲閉角氣門疊開角二 換氣過程（一） 排氣過程1

43、自由排氣階段 A 排開 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)迫排氣階段 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 p = 1.9 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）無關(guān), 只確定于排氣閥開啟面積和氣體狀態(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)氣過程和氣門疊開角 由于節(jié)流作用, 缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓；（）使簇新介質(zhì)進(jìn)入缸內(nèi)。氣閥疊開角：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：

44、110140 CA。 進(jìn)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 去除廢氣, 增加氣缸內(nèi)的簇新充量。2 降低排氣溫度。 3 降低熱負(fù)荷最嚴(yán)峻處（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是因排氣門提早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(qiáng)迫排氣損失功。 排氣提早角 W，Y 。 綜合效果, 要求（Y+W）, 故（W+Y）有一個(gè)最佳值（W+Y）min 。

45、對(duì)應(yīng)排氣提早角亦有一個(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 2 四氣門 流通面積 40%左右。但構(gòu)造困難，造價(jià)較高。 （可達(dá)30%）， 3 氣門升程h h，時(shí)面值 4 閥頂過渡圓角R R R 流淌阻力 R應(yīng)適中。（二） 進(jìn)氣管1 外表光滑度和流通面積 外表光滑度，流通面積 沿程阻力 2 轉(zhuǎn)彎和節(jié)流阻力 轉(zhuǎn)彎半徑R，截面突變 3 截面形態(tài) 考慮汽油機(jī)的霧化，蒸發(fā)，則 管壁面積 沉積 蒸發(fā) 混合氣安排不勻稱 截面形態(tài) 圓形 矩形 D形 流淌阻力 小 大 中 底部蒸發(fā) 小 中 大 柴油機(jī)不存在底部蒸發(fā)問題，故多采納流淌阻力小的圓形進(jìn)氣管。（三） 進(jìn)氣

46、道 轉(zhuǎn)彎半徑R，外表光滑度，各管口與墊片孔口對(duì)中 流淌阻力 設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮組織進(jìn)氣渦流。（四） 空氣濾清器 通道面積，除塵效果 流淌阻力 常常清洗，更換紙芯。（五） 化油器 喉口截面積 流淌阻力 ，但霧化效果 。 解決這對(duì)沖突，采納雙喉口。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 適宜的充氣效率以適應(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，到達(dá)牢靠運(yùn)行。5 適宜的排氣溫度。 調(diào)整：1，2進(jìn)氣遲閉角；3排氣提早角；4，5氣門疊開角（二） 進(jìn)氣遲

47、閉角1 轉(zhuǎn)速n肯定時(shí)，總有一個(gè)進(jìn)氣遲閉角使得充氣效率為最大。2 n 氣流慣性 缸內(nèi)氣體易倒流進(jìn)氣管 n 一部分氣體來不及進(jìn)入汽缸 3 對(duì)應(yīng)的n 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 （三） 排氣提早角 ， 其中后期膨脹比。 考慮經(jīng)濟(jì)性，在排氣損失最小的前提下，盡量減小排氣提早角。（四） 氣門疊開角 缸內(nèi)氣體易倒流進(jìn)氣管； ， 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)氣門疊開角應(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)，可以進(jìn)步充 氣效率。 進(jìn)氣門開閉時(shí)：

48、 pa 排氣門開閉時(shí)： pr 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 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 壓縮波 膨脹波 膨脹波 壓縮波 （進(jìn)氣門開） 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。 發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣頻率： 1/s 令： 當(dāng)q = 1，2，3 時(shí)，進(jìn)氣門開，則pa 。 當(dāng)q = 時(shí)，進(jìn)氣門開

49、，則pa 。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 流淌阻力 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 避開急轉(zhuǎn)彎，則壓力波振幅不會(huì)衰減太大。6 排氣管須要膨脹波，則pr 掃氣作用 2-6 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 n G，但n pa G G 單位時(shí)間供油量g 與功率有關(guān)。 G 循環(huán)供油量g 與扭矩有關(guān)。 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

50、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 兩種根本形式（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)到達(dá)充分混合。 特點(diǎn):1 對(duì)燃料噴霧要求高 （采納多孔噴嘴） 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，燃燒快速 ， 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(jīng)燃燒室壁面和燃燒加熱，邊

51、蒸發(fā)，邊混合，邊燃燒。初期蒸發(fā)、燃燒慢，后期蒸發(fā)、燃燒快速 （先緩后急）。 特點(diǎn):1 對(duì)燃料噴霧要求不高 （采納單、雙孔噴嘴） ，對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)要求高。2 放熱先緩后急 ， 工作柔軟，噪聲小，經(jīng)濟(jì)性較好。3 但低速性能不好，冷起動(dòng)困難。對(duì)進(jìn)氣道、燃料供應(yīng)系統(tǒng)和燃燒室構(gòu)造參數(shù) 之間的協(xié)作要求很高，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，可燃混合氣越多，燃燒越完善。 1 ml 油滴: 1 個(gè)， d = 9.7 mm，S = 245 mm 霧化: 個(gè)，d = 40 m，S = mm 面積增大 5090 倍，燃燒反響時(shí)機(jī)大

52、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(cè)混合氣形成快，物理打算快，但初期溫度不高，化學(xué)打算沒有跟上。等溫度合適于著火了，油粒又過分發(fā)散，也不會(huì)著火。要限制好濃度與溫度的進(jìn)程，使之正好協(xié)作，方可著火。（三） 噴霧特性1 油束射程L并不肯定越大越好，

53、這要根據(jù)混合氣形成的機(jī)理與燃燒室形態(tài)詳細(xì)分析。L 燃料噴到壁面上多 空間混合氣太稀。L 燃料集中 混合氣分布不勻稱，空氣利用。2 噴霧錐角反映油束的嚴(yán)密程度?？资絿娮?油束松散，粒細(xì)。軸針式噴嘴 油束嚴(yán)密，粒粗。3 霧化質(zhì)量（霧化特性）微小度 油滴平均直徑 細(xì)：霧化好勻稱度 油滴最大直徑 - 油滴平均直徑勻：霧化好粒細(xì)勻稱度好，粒粗勻稱度差。（四） 噴油規(guī)律單位時(shí)間（或曲軸轉(zhuǎn)角）的噴油量隨時(shí)間（或曲軸轉(zhuǎn)角）的變更規(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 噴油延遲角噴油提早角 開場(chǎng)噴油 上止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角。 上止點(diǎn) 停頓噴油的曲軸轉(zhuǎn)角。 噴油延遲角 開場(chǎng)噴油 停頓噴油的曲軸

54、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), 工作柔軟，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 噴油延遲角的比擬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 工作柔軟。 油耗 , 排放好, 盡量采納，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)， = 0.250.8 mm。 霧化好，但易堵塞。孔數(shù)越少，霧化越好，但也易堵塞。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，不易堵塞。三 氣流運(yùn)

55、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): 構(gòu)造簡(jiǎn)潔，氣流阻力小 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)生猛烈的進(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

56、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

57、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 （4） 構(gòu)造簡(jiǎn)潔，散熱面積，冷起動(dòng)性好，經(jīng)濟(jì)性好。（二） 的改良型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多， 上游燃料分布少，使整個(gè)燃燒室內(nèi) 霧化勻稱。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過程

58、 ）3 主要構(gòu)造參數(shù) ， 對(duì)球型燃燒室的影響可參閱 型燃燒室。4 主要特點(diǎn)（1） 螺旋進(jìn)氣道，進(jìn)氣渦流強(qiáng)。（2） 采納單孔噴嘴 = 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，缸壁溫度適宜，200350。（4） 值較小， = 1.1 左右，空氣利用率。（5） ，工作柔軟、平穩(wěn)，噪聲小。經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性較好。（6） 冷起動(dòng)性和低速性差，排污嚴(yán)峻。（7） 限制缸徑 D不行太大，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 ） 天津高校史紹熙研制。1 應(yīng)用: 新105系

59、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 主要構(gòu)造參數(shù): 參閱 型燃燒室。4 主要特點(diǎn)（1） 噴油根本垂直于氣流方向 （ 順7 ） 霧化好。（2） 采納螺旋進(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 ，工作柔軟、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。三 分隔式燃燒室 主要用于高速柴油機(jī)。 構(gòu)造特點(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)

60、用: BJ130，495Q型柴油機(jī)等。2 混合氣形成方式: 熱混合3 主要構(gòu)造參數(shù) 5080 % 13.5 % 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 壓縮過程 活塞壓迫空氣經(jīng)過通道流入渦流室，在渦流室中形成猛烈的、有 組織的壓縮渦流，渦流流速隨轉(zhuǎn)速的進(jìn)步而增高。 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，在通道口旁邊首先著火。在猛烈的渦流作用下，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、溫度快速上升，燃油、空氣、混