《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修2》課件第1章

第1章發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理1.1工程熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.2發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)與基本原理1.3發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)和性能指標(biāo)1.4發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程1.5汽油機(jī)的燃燒過(guò)程1.6柴油機(jī)的燃燒過(guò)程實(shí)訓(xùn)1發(fā)動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí) 1.1工程熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1.1.1工質(zhì)的熱力狀態(tài)

1.工質(zhì)的基本狀態(tài)參數(shù)

表述工質(zhì)所處狀態(tài)的物理量叫做工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。在工程熱力學(xué)中，壓力、比容、溫度這三個(gè)可測(cè)狀態(tài)參數(shù)叫做工質(zhì)的基本狀態(tài)參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通過(guò)工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的變化把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。

1)壓力

工質(zhì)在容壁單位面積上作用的垂直力稱為工質(zhì)的壓力，也叫絕對(duì)壓力，用p表示。絕對(duì)壓力的單位有帕(Pa)、千帕(kPa)、兆帕(MPa)等。在一些特殊場(chǎng)合，壓力也有用巴(bar)作單位的，1?bar?=100kPa。絕對(duì)壓力p不能測(cè)量，只能通過(guò)換算得出。

氣體的絕對(duì)壓力p與大氣壓力p0之差，稱為表壓力。高于大氣壓力的壓力可以用壓力表測(cè)量，設(shè)測(cè)出的壓力為pb，則此時(shí)氣體的絕對(duì)壓力為：p?=p0+

pb低于大氣壓力的壓力可以用真空表測(cè)量，測(cè)出的表壓力稱為真空度pc。真空度表示氣體壓力低于大氣壓力的值。此時(shí)氣體的絕對(duì)壓力為：p?=p0-

pc

2)比容

單位質(zhì)量的工質(zhì)所占有的容積稱為比容，用v表示：式中：V——mkg質(zhì)量的工質(zhì)占有的總?cè)莘e，單位為m3；

m——工質(zhì)的總質(zhì)量，單位為kg。

3)溫度

溫度表示氣體分子運(yùn)動(dòng)強(qiáng)弱的程度。氣體溫度愈高，其分子運(yùn)動(dòng)速度愈高；氣體分子運(yùn)動(dòng)速度愈高，其溫度也愈高。常用的溫標(biāo)是開氏溫標(biāo)，開氏溫標(biāo)的溫度用T表示，它與攝氏溫標(biāo)的溫度t之間的關(guān)系為：T?=?t+273.15

2.理想氣體狀態(tài)方程

理想氣體是分子不占體積、分子之間沒(méi)有吸引力的假想氣體。一些實(shí)際中的氣體，由于分子體積很小，分子之間的距離比分子直徑大很多，因此分子間的吸引力可以忽略不計(jì)，通常都可以按理想氣體對(duì)待。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用的工質(zhì)可以看成是理想氣體。

對(duì)于1kg質(zhì)量的理想氣體，其狀態(tài)方程為：pv?=?RT

對(duì)mkg質(zhì)量的理想氣體，其狀態(tài)方程為：pV?=mRT

式中：R——?dú)怏w常數(shù)，單位為kJ/(kg·K)。

3.熱力過(guò)程功量

工質(zhì)由某一初態(tài)變化到另一終態(tài)所經(jīng)歷的全部狀態(tài)過(guò)程的總和稱為熱力過(guò)程。熱力過(guò)程中外界對(duì)工質(zhì)或工質(zhì)對(duì)外界所做的功稱為熱力過(guò)程功量，用W表示。

4.工質(zhì)的比熱容

1kg的工質(zhì)，溫度增加1K所需加入的熱量，稱為該工質(zhì)的比熱容c。工質(zhì)的比熱容有比定容熱容cV和比定壓熱容cp，且cp＞cV。

比定壓熱容和比定容熱容之比稱為質(zhì)量熱容比γ：

5.工質(zhì)的內(nèi)能

工質(zhì)內(nèi)部具有的總能稱為工質(zhì)的內(nèi)能，用U表示。理想氣體的內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，它只與溫度有關(guān)，而與所進(jìn)行的熱力過(guò)程無(wú)關(guān)。mkg的理想氣體從某初態(tài)1開始，無(wú)論經(jīng)歷什么熱力過(guò)程到達(dá)終態(tài)2，其內(nèi)能的變化只取決于溫度的變化。此時(shí)：U2-

U1=

mcV(T2-

T1)對(duì)于1kg的工質(zhì)，則：u2-u1=

cV(T2-T1)或du

=

cVdT1.1.2熱力學(xué)基本定律

1．熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱力學(xué)上的應(yīng)用，即熱可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γ梢赞D(zhuǎn)變?yōu)闊?，轉(zhuǎn)變前后的能量保持不變。

設(shè)Q表示轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ哪遣糠譄崃?，W表示轉(zhuǎn)換得到的功，熱量和功的單位都是千焦耳，則：Q=U2

-

U1+

W對(duì)質(zhì)量為1kg的工質(zhì)，則有：q=u2-?u1+w或dq=cVdT+pdV

3.熱力學(xué)第二定律

實(shí)踐證明：通過(guò)摩擦作用可以將機(jī)械能全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，而發(fā)動(dòng)機(jī)卻不可能把全部吸收的熱連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。

熱力學(xué)第二定律指出：不可能創(chuàng)造出只從熱源吸收熱量做功而不向冷源放出熱量的發(fā)動(dòng)機(jī)，即內(nèi)燃機(jī)的熱效率不可能達(dá)到100%。

工質(zhì)經(jīng)歷一個(gè)工作循環(huán)，轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臒崃颗c所加入熱量之比稱為循環(huán)的熱效率，用η表示。設(shè)工質(zhì)經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)從熱源吸收的熱量為Q1千焦耳，對(duì)外做功為W千焦耳，放給冷源的熱量為Q2千焦耳，則：1.1.3氣體的基本熱力過(guò)程

1.等容過(guò)程

氣體容積保持不變的過(guò)程稱為等容過(guò)程，過(guò)程曲線如圖1-1所示。在此過(guò)程中，由于比容v不變，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程pv=RT，可得：

2.等壓過(guò)程

氣體壓力保持不變的過(guò)程稱為等壓過(guò)程，過(guò)程曲線如圖1-2所示。在此過(guò)程中，由于壓力p不變，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程pv=RT，可得：圖1-1等容過(guò)程圖1-2等壓過(guò)程

3.等溫過(guò)程

氣體溫度保持不變的過(guò)程稱為等溫過(guò)程，過(guò)程曲線如圖1-3所示。在此過(guò)程中，由于溫度T不變，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程pv=RT，可得：圖1-3等溫過(guò)程

4.絕熱過(guò)程

工質(zhì)與外界沒(méi)有熱交換的過(guò)程稱為絕熱過(guò)程，過(guò)程曲線如圖1-4所示。在此過(guò)程中，由于工質(zhì)與外界沒(méi)有發(fā)生熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)可得：pvγ

=?常數(shù)圖1-4絕熱過(guò)程

5.多變過(guò)程

比較以上四種典型的熱力過(guò)程方程式，可以看出這些方程式可用一個(gè)通用方程式來(lái)表示：

pvn

=?常數(shù)式中，指數(shù)n可以為任何一個(gè)常數(shù)，稱為多變指數(shù)。此方程稱為“多變過(guò)程方程式”。當(dāng)n

=

0時(shí)，pv0

=

p

=

常數(shù)，即等壓過(guò)程；當(dāng)n

=

l時(shí)，pv1

=

pv

=

常數(shù)，即等溫過(guò)程；當(dāng)n

=

γ時(shí)，pvγ

=

常數(shù)，即絕熱過(guò)程；當(dāng)n

=

∞時(shí)，v

=

常數(shù)，即等容過(guò)程；圖1-5多變過(guò)程1.1.4卡諾循環(huán)和卡諾定理

1.卡諾循環(huán)

卡諾循環(huán)是最理想的循環(huán)方案，是由兩個(gè)可逆等溫過(guò)程和兩個(gè)可逆絕熱過(guò)程交錯(cuò)組成的，如圖1-6所示?，F(xiàn)將四個(gè)過(guò)程介紹如下：

(1)等溫膨脹過(guò)程(a→b)：工質(zhì)由狀態(tài)a在等溫下從恒溫?zé)嵩?或高溫?zé)嵩?吸收熱量q1而變化至狀態(tài)b。

(2)絕熱膨脹過(guò)程(b→c)：工質(zhì)由狀態(tài)b進(jìn)行絕熱膨脹到狀態(tài)c，此時(shí)溫度由T1下降到T2。

(3)等溫壓縮過(guò)程(c→d)：工質(zhì)由狀態(tài)c進(jìn)行等溫壓縮，并向恒溫冷源(或低溫?zé)嵩?放出熱量q2，從而達(dá)到狀態(tài)d。圖1-6卡諾循環(huán)

(4)絕熱壓縮過(guò)程(d→a)：工質(zhì)由狀態(tài)d通過(guò)絕熱壓縮回復(fù)到狀態(tài)a，此時(shí)溫度T2上升到T1，完成了一個(gè)循環(huán)。

通過(guò)對(duì)卡諾循環(huán)的分析，可以得出在一定條件下熱能的最大利用率，因而具有很大的理論價(jià)值。

經(jīng)理論推導(dǎo)，得到卡諾循環(huán)的熱效率：結(jié)論：

(1)卡諾循環(huán)的熱效率僅取決于高溫?zé)嵩醇暗蜏責(zé)嵩吹臏囟取?/p>

(2)由于T1不可能為無(wú)限大，T2不可能為零，因此卡諾循環(huán)的熱效率不可能達(dá)到1。

(3)當(dāng)T1

=

T2時(shí)，ηtc=0，即不可能由單一熱源吸熱而循環(huán)做功。

2.卡諾定理

卡諾定理指出：

(1)在相同的高溫?zé)嵩磁c相同的低溫?zé)嵩粗g，一切按卡諾循環(huán)工作的熱機(jī)的熱效率都相等，與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)。

(2)在相同的高溫?zé)嵩磁c相同的低溫?zé)嵩粗g，一切不可逆熱機(jī)的熱效率都不能大于按卡諾循環(huán)工作的熱機(jī)的熱效率。 1.2發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)與基本原理

1.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)的分類

車用發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的主要構(gòu)件的形式不同，可分為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)兩大類。前者又可按活塞運(yùn)動(dòng)方式分為往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車上的應(yīng)用最為廣泛。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)(主要指車用往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī))分類方法很多，按照不同的分類方法可以把汽車發(fā)動(dòng)機(jī)分成不同的類型，下面介紹其分類情況。

1.按照所用燃料分類

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)按照所使用燃料的不同可以分為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1-7所示。使用汽油為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)；使用柴油為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。圖1-7汽油發(fā)動(dòng)機(jī)及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)

(a)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)；(b)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)

2.按照行程分類

發(fā)動(dòng)機(jī)按照完成一個(gè)工作循環(huán)所需的行程數(shù)可分為四行程發(fā)動(dòng)機(jī)和二行程發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1-8所示。我們把曲軸轉(zhuǎn)兩圈(720°)，活塞在汽缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)四個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為四行程發(fā)動(dòng)機(jī)；而把曲軸轉(zhuǎn)一圈(360°)，活塞在汽缸內(nèi)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩個(gè)行程，完成一個(gè)工作循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為二行程發(fā)動(dòng)機(jī)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)較廣泛使用四行程發(fā)動(dòng)機(jī)。圖1-8四行程及二行程發(fā)動(dòng)機(jī)

(a)四行程發(fā)動(dòng)機(jī)；(b)二行程發(fā)動(dòng)機(jī)

3．按照冷卻方式分類

發(fā)動(dòng)機(jī)按照冷卻方式的不同可以分為水冷發(fā)動(dòng)機(jī)和風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1-9所示。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)是利用在汽缸體和汽缸蓋冷卻液套中進(jìn)行循環(huán)的冷卻液作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的；而風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)是利用流動(dòng)于汽缸體與汽缸蓋外表面散熱片之間的空氣作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻的。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)。圖1-9水冷及風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)

(a)水冷發(fā)動(dòng)機(jī)；(b)風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)

4.按照汽缸數(shù)目分類

發(fā)動(dòng)機(jī)按照汽缸數(shù)目的不同可以分為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)和多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1-10所示。僅有一個(gè)汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為單缸發(fā)動(dòng)機(jī)；有兩個(gè)以上汽缸的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸發(fā)動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)代車用發(fā)動(dòng)機(jī)多采用四缸、六缸、八缸發(fā)動(dòng)機(jī)。圖1-10單缸及多缸發(fā)動(dòng)機(jī)

(a)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)；(b)多缸發(fā)動(dòng)機(jī)

5.按照汽缸排列方式分類

發(fā)動(dòng)機(jī)按照汽缸排列方式的不同可以分為單列式發(fā)動(dòng)機(jī)和雙列式發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1-11所示。單列式發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)汽缸排成一列，一般是垂直布置的，稱為直列發(fā)動(dòng)機(jī)，但為了降低高度，有時(shí)也把汽缸布置成傾斜的甚至水平的；雙列式發(fā)動(dòng)機(jī)把汽缸排成兩列，兩列之間的夾角小于180°(一般為90°)，也稱為V型發(fā)動(dòng)機(jī)，若兩列之間的夾角等于180°則稱為對(duì)置式發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖1-11直列式及雙列式發(fā)動(dòng)機(jī)

(a)直列發(fā)動(dòng)機(jī)；(b)?V型發(fā)動(dòng)機(jī)

6.按照進(jìn)氣系統(tǒng)是否采用增壓方式分類

發(fā)動(dòng)機(jī)按照進(jìn)氣系統(tǒng)是否采用增壓方式可以分為自然吸氣(非增壓)式發(fā)動(dòng)機(jī)和強(qiáng)制進(jìn)氣(增壓式)發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1-12所示。汽油機(jī)常采用自然吸氣式；柴油機(jī)為了提高功率而采用增壓式。圖1-12自然吸氣式及增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)

(a)自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)；(b)增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)1.2.2發(fā)動(dòng)機(jī)的總體構(gòu)造

1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)

曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)、完成能量轉(zhuǎn)換的主要運(yùn)動(dòng)零件，它由機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成，如圖1-13所示。在做功行程中，活塞承受燃?xì)鈮毫υ谄變?nèi)作直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并從曲軸對(duì)外輸出動(dòng)力；而在進(jìn)氣、壓縮和排氣行程中，飛輪釋放能量，又把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成活塞的直線運(yùn)動(dòng)。圖1-13曲柄連桿機(jī)構(gòu)

2.配氣機(jī)構(gòu)

配氣機(jī)構(gòu)的作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序和工作過(guò)程，定時(shí)開啟和關(guān)閉進(jìn)氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進(jìn)入汽缸，并使廢氣從汽缸內(nèi)排出，實(shí)現(xiàn)換氣過(guò)程。配氣機(jī)構(gòu)大多采用頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu)，一般由氣門組和氣門傳動(dòng)組組成，如圖1-14所示。圖1-14配氣機(jī)構(gòu)

3.燃油供給系統(tǒng)

汽油機(jī)燃油供給系統(tǒng)的作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，配制出一定量和濃度的混合氣，供入汽缸，并將燃燒后的廢氣從汽缸內(nèi)排出到大氣中去；柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)的作用是把柴油和空氣分別供入汽缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。燃油供給系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1-15所示。圖1-15燃油供給系統(tǒng)

4.潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)的作用是向作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面輸送定量的清潔潤(rùn)滑油，以實(shí)現(xiàn)液體摩擦，從而減小摩擦阻力，減輕機(jī)件的磨損，并對(duì)零件表面進(jìn)行清洗和冷卻。潤(rùn)滑系統(tǒng)通常由潤(rùn)滑油道、機(jī)油泵、機(jī)油濾清器和閥門等組成，如圖1-16所示。圖1-16潤(rùn)滑系統(tǒng)

5.冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)的作用是將受熱零件吸收的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)通常由冷卻水套、水泵、風(fēng)扇、水箱、節(jié)溫器等組成，如圖1-17所示。圖1-17冷卻系統(tǒng)

6.點(diǎn)火系統(tǒng)

在汽油機(jī)中，汽缸內(nèi)的可燃混合氣是靠電火花點(diǎn)燃的，為此在汽油機(jī)的汽缸蓋上裝有火花塞，火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)。能夠按時(shí)在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備稱為點(diǎn)火系統(tǒng)，點(diǎn)火系統(tǒng)通常由蓄電池、發(fā)電機(jī)、分電器、點(diǎn)火線圈和火花塞等組成，如圖1-18所示。圖1-18點(diǎn)火系統(tǒng)

7.起動(dòng)系統(tǒng)

要使發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)過(guò)渡到工作狀態(tài)，必須先用外力轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，使活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，汽缸內(nèi)的可燃混合氣燃燒膨脹做功，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)使曲軸旋轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)才能自行運(yùn)轉(zhuǎn)，工作循環(huán)才能自動(dòng)進(jìn)行。因此，曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動(dòng)到發(fā)動(dòng)機(jī)開始自動(dòng)地怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的全過(guò)程，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。完成起動(dòng)過(guò)程所需的裝置，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系統(tǒng)。起動(dòng)系統(tǒng)主要由起動(dòng)機(jī)及其控制電路組成，如圖1-19所示。圖1-19起動(dòng)系統(tǒng)

1.2.3發(fā)動(dòng)機(jī)的基本工作原理

1.發(fā)動(dòng)機(jī)的基本術(shù)語(yǔ)

發(fā)動(dòng)機(jī)的基本術(shù)語(yǔ)有上止點(diǎn)(TDC)、下止點(diǎn)(BDC)、活塞行程(S)、汽缸直徑(D)、汽缸工作容積(Vh)、燃燒室容積(Vc)、汽缸總?cè)莘e(Va)和壓縮比(ε)等，如圖1-20所示。圖1-20發(fā)動(dòng)機(jī)基本術(shù)語(yǔ)上止點(diǎn)TDC(TopDeadCenter)：活塞在汽缸里作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞向上運(yùn)動(dòng)到最高位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)的極限位置，稱為上止點(diǎn)。

下止點(diǎn)BDC(BottomDeadCenter)：活塞在汽缸里作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞向下運(yùn)動(dòng)到最低位置，即活塞頂部距離曲軸旋轉(zhuǎn)中心最近的極限位置，稱為下止點(diǎn)。

活塞行程S：活塞從一個(gè)止點(diǎn)到另一個(gè)止點(diǎn)移動(dòng)的距離，即上、下止點(diǎn)之間的距離稱為活塞行程，一般用S表示。對(duì)應(yīng)一個(gè)活塞行程，曲軸旋轉(zhuǎn)180°。曲柄半徑R：曲軸旋轉(zhuǎn)中心到曲柄銷中心之間的距離稱為曲柄半徑，一般用R表示。通常活塞行程為曲柄半徑的兩倍，即S=2R

。

汽缸工作容積Vh：活塞從一個(gè)止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)止點(diǎn)所掃過(guò)的容積，稱為汽缸工作容積，一般用Vh表示。式中：D——汽缸直徑，單位為mm；

S——活塞行程，單位為mm。燃燒室容積Vc：活塞位于上止點(diǎn)時(shí)，其頂部與汽缸蓋之間的容積稱為燃燒室容積，一般用Vc表示。

通常汽油機(jī)的壓縮比為6～10，柴油機(jī)的壓縮比較高，一般為16～22。

2.四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理

1)四行程汽油機(jī)的工作原理

四行程汽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是按進(jìn)氣行程、壓縮行程、做功行程和排氣行程的順序不斷循環(huán)反復(fù)的，如圖1-21所示。圖1-21四行程汽油機(jī)

(a)進(jìn)氣行程；(b)壓縮行程；(c)做功行程；(d)排氣行程

(1)進(jìn)氣行程。由于曲軸的旋轉(zhuǎn)，活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門打開。進(jìn)氣過(guò)程開始時(shí)，活塞位于上止點(diǎn)，汽缸內(nèi)殘存有上一循環(huán)未排凈的廢氣，因此，汽缸內(nèi)的壓力稍高于大氣壓力。隨著活塞下移，汽缸內(nèi)容積增大，壓力減小，當(dāng)壓力低于大氣壓力時(shí)，在汽缸內(nèi)產(chǎn)生真空吸力，空氣經(jīng)空氣濾清器并與化油器供給的汽油混合成可燃混合氣，通過(guò)進(jìn)氣門被吸入汽缸，直至活塞向下運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)，如圖1-22所示。在進(jìn)氣過(guò)程中，受空氣濾清器、化油器、進(jìn)氣管道、進(jìn)氣門等阻力的影響，進(jìn)氣結(jié)束時(shí)，汽缸內(nèi)的氣體壓力略低于大氣壓力，約為0.075～0.09MPa，同時(shí)受到殘余廢氣和高溫機(jī)件加熱的影響，溫度達(dá)到370～400K。實(shí)際汽油機(jī)的進(jìn)氣門是在活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前打開，并且延遲到下止點(diǎn)之后關(guān)閉，以便吸入更多的可燃混合氣。

(2)壓縮行程。曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，汽缸內(nèi)成為封閉容積，可燃混合氣受到壓縮，壓力和溫度不斷升高，當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)壓縮行程結(jié)束，如圖1-23所示。此時(shí)氣體的壓力和溫度主要隨壓縮比的大小而定，可燃混合氣壓力可達(dá)0.6～1.2MPa，溫度可達(dá)600～700K。壓縮比越大，壓縮結(jié)束時(shí)汽缸內(nèi)的壓力和溫度越高，則燃燒速度越快，發(fā)動(dòng)機(jī)功率也越大。圖1-22進(jìn)氣行程

圖1-23壓縮行程

(3)做功行程。做功行程包括燃燒過(guò)程和膨脹過(guò)程，在這一行程中，進(jìn)氣門和排氣門仍然保持關(guān)閉。當(dāng)活塞位于壓縮行程接近上止點(diǎn)(即點(diǎn)火提前角)位置時(shí)，火花塞產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃可燃混合氣，可燃混合氣燃燒后放出大量的熱使汽缸內(nèi)的氣體溫度和壓力急劇升高，最高壓力可達(dá)3～5MPa，最高溫度可達(dá)2200～2800K。高溫高壓氣體膨脹，推動(dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出機(jī)械功，除了用于維持發(fā)動(dòng)機(jī)本身繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)外，其余用于對(duì)外做功。隨著活塞向下運(yùn)動(dòng)，汽缸內(nèi)容積增加，氣體壓力和溫度降低，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)，做功行程結(jié)束，氣體壓力降低到0.3～0.5MPa，氣體溫度降低到1300～1600K，如圖1-24所示。

(4)排氣行程?？扇蓟旌蠚庠谄變?nèi)燃燒后生成的廢氣必須從汽缸中排出去，以便進(jìn)行下一個(gè)進(jìn)氣行程。當(dāng)做功接近結(jié)束時(shí)，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，靠廢氣的壓力先進(jìn)行自由排氣，活塞到達(dá)下止點(diǎn)再向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，繼續(xù)把廢氣強(qiáng)制排出到大氣中去，活塞越過(guò)上止點(diǎn)后，排氣門關(guān)閉，排氣行程結(jié)束，如圖1-25所示。實(shí)際汽油機(jī)的排氣行程也是排氣門提前打開，延遲關(guān)閉，以便排出更多的廢氣。由于燃燒室容積的存在，不可能將廢氣全部排出汽缸。受排氣阻力的影響，排氣結(jié)束時(shí)，氣體壓力仍高于大氣壓力，約為0.105～0.115MPa，溫度約為900～1200K。圖1-24做功行程圖1-25排氣行程

2)四行程柴油機(jī)的工作原理

四行程柴油機(jī)(?圖1-26)和四行程汽油機(jī)的工作過(guò)程相同，每一個(gè)工作循環(huán)同樣包括進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)行程，但由于柴油機(jī)使用的燃料是柴油，柴油與汽油有較大的差別，柴油粘度大、不易蒸發(fā)、自燃溫度低，故可燃混合氣的形成、著火方式、燃燒過(guò)程以及氣體溫度和壓力的變化都和汽油機(jī)不同，下面主要分析柴油機(jī)和汽油機(jī)在工作過(guò)程中的不同點(diǎn)。圖1-26四行程柴油機(jī)

(a)進(jìn)氣行程；(b)壓縮行程；(c)做功行程；(d)排氣行程四行程柴油機(jī)在進(jìn)氣行程中，柴油機(jī)吸入汽缸的是純空氣而不是可燃混合氣，在進(jìn)氣通道中沒(méi)有化油器，進(jìn)氣阻力小，進(jìn)氣結(jié)束時(shí)氣體壓力略高于汽油機(jī)而氣體溫度略低于汽油機(jī)，即氣體壓力約為0.0785～0.0932MPa，氣體溫度約為300～370K。

壓縮行程壓縮的也是純空氣，在壓縮行程接近上止點(diǎn)時(shí)，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，柴油和空氣在汽缸內(nèi)形成可燃混合氣并著火燃燒。柴油機(jī)的壓縮比比汽油機(jī)的壓縮比大很多(一般為16～22)，壓縮結(jié)束時(shí)氣體溫度和壓力都比汽油機(jī)高，氣體壓力約為3.5～4.5MPa，氣體溫度約為750～1000K，大大超過(guò)了柴油機(jī)的自燃溫度。柴油機(jī)是壓縮后自燃著火的，不需要點(diǎn)火，故柴油機(jī)又稱為壓燃機(jī)。柴油噴入汽缸后，在很短的時(shí)間內(nèi)與空氣混合便立即著火燃燒，柴油機(jī)的可燃混合氣是在汽缸內(nèi)部形成的，而不像汽油機(jī)那樣，混合氣主要是在汽缸外部的化油器中形成的。柴油機(jī)燃燒過(guò)程中汽缸內(nèi)出現(xiàn)的最高壓力要比汽油機(jī)高得多，可高達(dá)6～9MPa，最高溫度也可高達(dá)2000～2500K。做功結(jié)束時(shí)，氣體壓力約為0.2～0.4MPa，氣體溫度約為1200～1500K。

柴油機(jī)的排氣行程和汽油機(jī)一樣，廢氣同樣經(jīng)排氣管排入到大氣中去，排氣結(jié)束時(shí)，汽缸內(nèi)的氣體壓力約為0.105～0.125MPa，氣體溫度約為800～1000K。柴油機(jī)與汽油機(jī)比較，柴油機(jī)的壓縮比高，熱效率高，燃油消耗率低，同時(shí)柴油價(jià)格較低，因此，柴油機(jī)的燃料經(jīng)濟(jì)性能好，而且柴油機(jī)的排氣污染少，排放性能較好。但它的主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)速低、質(zhì)量大、噪聲大、振動(dòng)大、制造和維修費(fèi)用高。在其發(fā)展過(guò)程中，柴油機(jī)不斷發(fā)揚(yáng)其優(yōu)點(diǎn)，克服缺點(diǎn)，提高速度，有望得到更廣泛的應(yīng)用。

3)二行程汽油機(jī)的工作原理

二行程汽油機(jī)的工作循環(huán)也是由進(jìn)氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣過(guò)程組成的，但它是在曲軸旋轉(zhuǎn)一圈(360°)、活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)行程內(nèi)完成的。因此，二行程發(fā)動(dòng)機(jī)與四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理不同，結(jié)構(gòu)也不一樣。例如曲軸箱換氣式二行程汽油機(jī)，汽缸上有三排孔，利用這三排孔分別在一定時(shí)刻被活塞打開或關(guān)閉進(jìn)行進(jìn)氣、換氣和排氣。工作原理如下：圖1-27(a)表示活塞向上運(yùn)動(dòng)，將三排孔都關(guān)閉，活塞上部開始?jí)嚎s；當(dāng)活塞繼續(xù)上行時(shí)，活塞下方打開了進(jìn)氣孔，可燃混合氣進(jìn)入曲軸箱，如圖1-27(b)所示；活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，火花塞點(diǎn)燃混合氣，氣體燃燒膨脹，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣孔關(guān)閉，曲軸箱內(nèi)的混合氣受到壓縮，如圖1-27(c)所示；當(dāng)活塞接近下止點(diǎn)時(shí)，排氣孔打開，排出廢氣，活塞再向下運(yùn)動(dòng)，換氣孔打開，受到壓縮的混合氣便從曲軸箱經(jīng)進(jìn)氣孔流入汽缸內(nèi)，并排除廢氣，如圖1-27(d)所示。圖1-27曲軸箱換氣式二行程汽油機(jī)工作原理圖

(a)壓縮；(b)進(jìn)氣；(c)燃燒；(d)排氣第一行程：活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，事先已充滿活塞上方汽缸內(nèi)的混合氣被壓縮，新的可燃混合氣又從化油器被吸入活塞下方的曲軸箱內(nèi)。

第二行程：活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，活塞上方進(jìn)行做功過(guò)程和換氣過(guò)程，而活塞下方則進(jìn)行可燃混合氣的預(yù)壓縮。

4)二行程柴油機(jī)的工作原理

二行程柴油機(jī)和二行程汽油機(jī)工作類似，所不同的是，柴油機(jī)進(jìn)入汽缸的不是可燃混合氣，而是純空氣。例如帶有掃氣泵的二行程柴油機(jī)工作過(guò)程如圖1-28所示。圖1-28二行程柴油機(jī)工作原理圖

(a)掃氣過(guò)程；(b)壓縮過(guò)程；(c)燃燒過(guò)程；(d)換氣過(guò)程第一行程：活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，行程開始前不久，進(jìn)氣孔和排氣門均已開啟，利用從掃氣泵流出的空氣使汽缸換氣。當(dāng)活塞繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣孔被關(guān)閉，排氣門也關(guān)閉，空氣受到壓縮，當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，噴油器將高壓柴油以霧狀噴入燃燒室，燃油和空氣混合后燃燒，使汽缸內(nèi)壓力增大。

第二行程：活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，開始時(shí)氣體膨脹，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)外做功，當(dāng)活塞下行到大約2/3行程時(shí)，排氣門開啟，排出廢氣，汽缸內(nèi)壓力降低，進(jìn)氣孔開啟，進(jìn)行換氣，換氣一直延續(xù)到活塞向上運(yùn)動(dòng)1/3行程且進(jìn)氣孔關(guān)閉時(shí)結(jié)束。

5)多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理

前面介紹的是單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程，而現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都是多缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)，那么，多缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)與單缸四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程有什么區(qū)別呢？就能量轉(zhuǎn)換過(guò)程來(lái)看，多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的每一個(gè)汽缸和單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程是完全一樣的，都要經(jīng)過(guò)進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)行程。但是單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)行程中只有一個(gè)行程做功，其余三個(gè)行程都不做功，即曲軸轉(zhuǎn)兩圈，只有半圈做功，因此運(yùn)轉(zhuǎn)功率越大，平穩(wěn)性就越差。為了使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，單缸發(fā)動(dòng)機(jī)一般都裝有一個(gè)大飛輪。而多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的做功行程是分開的，按照工作順序做功，即曲軸轉(zhuǎn)兩圈交替做功，因此運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)且振動(dòng)小。缸數(shù)越多，做功間隔角越小，同時(shí)參與做功的汽缸越多，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)越平穩(wěn)。多缸發(fā)動(dòng)機(jī)使用最多的有四缸發(fā)動(dòng)機(jī)、六缸發(fā)動(dòng)機(jī)和八缸發(fā)動(dòng)機(jī)。 1.3發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)和性能指標(biāo)

1.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)和熱平衡

1.發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)

發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)是實(shí)際工作循環(huán)合理簡(jiǎn)化的結(jié)果，通過(guò)對(duì)理論循環(huán)的分析，可以指出提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的方向。柴油機(jī)的理論循環(huán)是混合加熱循環(huán)，汽油機(jī)的理論循環(huán)是等容加熱循環(huán)。圖1-29混合加熱循環(huán)p-V圖圖1-30等容加熱循環(huán)p-V圖

2.發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)

四行程發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)的示功圖如圖1-31所示。

1)實(shí)際循環(huán)的進(jìn)行情況

(1)進(jìn)氣過(guò)程rr′a。進(jìn)氣過(guò)程中進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉。在排氣行程終止時(shí)，燃燒室容積Vc內(nèi)仍有殘余廢氣，其壓力pr高于大氣壓力p0?；钊滦?，首先是殘余廢氣膨脹，壓力由pr下降到低于大氣壓力的pr′。在壓力差p0-pr′的作用下，新氣充量隨活塞下行進(jìn)入汽缸，直到活塞到達(dá)下止點(diǎn)為止，進(jìn)氣行程結(jié)束。圖1-31四行程發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)的示功圖

(2)壓縮行程ac′。壓縮過(guò)程中進(jìn)、排氣門均關(guān)閉?；钊闲?，新氣充量被壓縮，其壓力和溫度不斷增高。壓縮過(guò)程存在工質(zhì)與缸壁之間復(fù)雜的熱交換：壓縮過(guò)程初期，缸壁溫度高于進(jìn)氣終止時(shí)工質(zhì)的溫度，工質(zhì)從缸壁吸熱；壓縮過(guò)程的后期，由于工質(zhì)被壓縮，其溫度高于缸壁溫度，因此工質(zhì)向缸壁放熱。為了便于進(jìn)行理論分析，可以把實(shí)際的壓縮過(guò)程簡(jiǎn)化為絕熱壓縮過(guò)程。

(3)燃燒過(guò)程c′z。燃燒過(guò)程中進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。當(dāng)壓縮過(guò)程進(jìn)行到c′點(diǎn)時(shí)，汽油機(jī)的火花塞產(chǎn)生電火花(柴油機(jī)的噴油嘴噴入柴油)，因而開始燃燒。在燃燒過(guò)程中，工質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生了變化，由混合氣或空氣變成燃?xì)?。?duì)于汽油機(jī)，燃燒過(guò)程的容積變化很小，在簡(jiǎn)化的理論分析中可以看成是等容加熱過(guò)程。對(duì)于柴油機(jī)，在燃燒開始階段，燃燒進(jìn)行得很快，容積變化很小，該過(guò)程可以看成是等容加熱過(guò)程；接著是一面噴油一面燃燒，且活塞向下移動(dòng)，汽缸容積加大，結(jié)果使壓力變化不大而溫度繼續(xù)上升，示功圖中z點(diǎn)附近的圓角較大，在簡(jiǎn)化分析中可以看成是等壓加熱過(guò)程。

(4)膨脹過(guò)程zb′。膨脹過(guò)程中進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。當(dāng)活塞下行時(shí)，高溫高壓燃?xì)膺M(jìn)行膨脹。膨脹過(guò)程的初期存在部分燃料的補(bǔ)燃現(xiàn)象，燃?xì)馀c缸壁也有復(fù)雜的熱交換。在簡(jiǎn)化的理論分析中，忽略補(bǔ)燃和熱交換的影響，把燃?xì)獾呐蛎涍^(guò)程看成是絕熱膨脹過(guò)程。

(5)排氣過(guò)程b′br。排氣過(guò)程中進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開。當(dāng)膨脹過(guò)程進(jìn)行到b′點(diǎn)時(shí)，排氣門開始開啟，活塞繼續(xù)下行至下止點(diǎn)，這一階段依靠燃?xì)獾膲毫ε艢?，此后活塞上行，將廢氣推出缸外。由于排氣阻力的影響，當(dāng)活塞到達(dá)排氣行程的上止點(diǎn)時(shí)，汽缸內(nèi)殘余廢氣的壓力高于大氣壓力。

2)循環(huán)的指示功

進(jìn)氣、壓縮、燃燒(膨脹)、排氣這四個(gè)過(guò)程連續(xù)、周而復(fù)始地進(jìn)行，形成發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)。每完成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)了兩圈，活塞就進(jìn)行了吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)行程。

在圖1-31中，循環(huán)的整個(gè)示功圖可看成由兩個(gè)封閉曲線czb′bb″c′c及rr′ab″r所組成。對(duì)于封閉曲線czb′bb″c′c的czb′b過(guò)程，容積增加，工質(zhì)對(duì)活塞做功，其功量用czb′b曲線、橫坐標(biāo)及區(qū)間Vb所包圍的面積來(lái)表示。在bb″c′c過(guò)程中，容積縮小，活塞對(duì)工質(zhì)做功，其功量用曲線bb″c′c、橫坐標(biāo)及區(qū)間Vb所包圍的面積來(lái)表示。由于容積增加的過(guò)程線處于容積縮小的過(guò)程線之上，工質(zhì)對(duì)活塞做的功大于活塞對(duì)工質(zhì)做的功。因此，封閉曲線czb′bb″c′c所包圍的面積代表了工質(zhì)對(duì)活塞所做的功。對(duì)于該示功圖上的另一封閉曲線rr′ab″r，容積增加的過(guò)程線rr′a處于容積縮小的過(guò)程線ab″r之下，工質(zhì)對(duì)活塞做的功小于活塞對(duì)工質(zhì)做的功。因此，封閉曲線rr′ab″r所包圍的面積代表了活塞對(duì)工質(zhì)做的功。

顯然，面積czb′bb″c′c與rr′ab″r之差，表示完成—個(gè)循環(huán)工質(zhì)對(duì)活塞所做的凈功。面積rr′ab″r代表的功，是進(jìn)/排氣過(guò)程中的能量損失，稱為泵氣損失。

3.實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較

圖1-32實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較圖

(a)柴油機(jī)；(b)汽油機(jī)

1)實(shí)際工質(zhì)影響

理論循環(huán)中假設(shè)工質(zhì)的比熱容是定值，而實(shí)際氣體的比熱容隨溫度的增長(zhǎng)而上升，而且燃燒后生成CO2、H2O等多原子氣體，這些氣體的比熱容又大于空氣，從而使循環(huán)的最高溫度降低。由于實(shí)際循環(huán)還存在泄漏，使工質(zhì)數(shù)量減少，這意味著同樣的加熱量，在實(shí)際循環(huán)中所引起的壓力和溫度的升高要比理論循環(huán)低得多，其結(jié)果是循環(huán)熱效率降低，循環(huán)所做的功減少，如圖1-32中的Wk所示。

2)換氣損失

燃燒廢氣的排出和新鮮空氣的吸入是使循環(huán)重復(fù)進(jìn)行所必不可少的過(guò)程，由此而消耗的功稱為換氣損失。由于進(jìn)排氣系統(tǒng)中的流動(dòng)阻力而產(chǎn)生的損失，如圖1-32中的Wr所示。換氣過(guò)程中因排氣門在下止點(diǎn)前必要的提前開啟而產(chǎn)生的損失，如圖1-32中的W所示。

3)燃燒損失

由于燃燒需要一定時(shí)間，點(diǎn)火或噴油必須在上止點(diǎn)之前，且燃燒延續(xù)到膨脹行程初期所產(chǎn)生的損失，稱為非瞬時(shí)燃燒和補(bǔ)燃損失，如圖1-32中的Wz所示。

4)傳熱損失

實(shí)際循環(huán)中，汽缸壁(包括汽缸套、汽缸蓋、活塞、活塞環(huán)、氣門、噴油器等)和工質(zhì)之間自始至終存在著熱交換，由此造成的損失如圖1-32中的Wb所示。

因此，實(shí)際循環(huán)的指示功要小于理論循環(huán)的指示功，實(shí)際循環(huán)的熱效率要小于理論循環(huán)的熱效率。

4.發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃油燃燒所放出的熱量，只有25%～40%轉(zhuǎn)變?yōu)橛行Ч?，其余大部分熱量隨著廢氣和冷卻液等從發(fā)動(dòng)機(jī)中排出。熱平衡用來(lái)表示這些熱量的分配情況。

燃油燃燒放出的熱量Q1大致分配如下：

1)轉(zhuǎn)化為有效功的熱量Qe

Qe越大，轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒崃吭蕉啵l(fā)動(dòng)機(jī)的性能也越好。Qe/Q1值：汽油機(jī)為

20%～30%；柴油機(jī)為30%～40%。

2)傳給冷卻介質(zhì)的熱量Qs

Qs包括：工質(zhì)向缸壁及燃燒室散發(fā)的熱量；廢氣在排氣道內(nèi)散失的熱量；摩擦發(fā)熱所散失的熱量；從潤(rùn)滑油中散失的熱量。Qs/Q1值：汽油機(jī)為25%～30%；柴油機(jī)為20%～25%。因?yàn)椴裼蜋C(jī)的壓縮比較高，燃?xì)饽艹浞峙蛎洠栽摫戎迪鄬?duì)下降。

3)廢氣帶走的熱量Qr

Qr/Q1值：汽油機(jī)為40%～50%；柴油機(jī)為35%～40%。因?yàn)椴裼蜋C(jī)的燃?xì)馀蛎洺浞郑艢鉁囟缺绕蜋C(jī)低，所以該值較小。

4)其他熱損失QL

除上述三項(xiàng)以外的熱損失，都包括在其他熱損失QL之內(nèi)。例如，燃油不完全燃燒的熱損失及其他沒(méi)有計(jì)及的熱損失等。QL/Q1值，對(duì)汽油機(jī)及柴油機(jī)約為5%。1.3.2發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)

1.指示指標(biāo)

發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)主要有循環(huán)指示功、平均指示壓力、指示功率、指示燃油消耗率和指示熱效率等。

1)循環(huán)的指示功Wi和平均指示壓力pi

汽缸內(nèi)完成一個(gè)實(shí)際循環(huán)，工質(zhì)對(duì)活塞所做的有用功稱為循環(huán)指示功Wi。循環(huán)指示功Wi與汽缸工作容積Vh之比稱為平均指示壓力pi。

2)指示功率Pi

發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間(每秒)內(nèi)所做的循環(huán)指示功稱為指示功率Pi。

3)指示燃油消耗率gi

單位指示功(1kW·h)所消耗的燃油量(g)稱為指示燃油消耗率gi。指示燃油消耗率是評(píng)定發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。

4)指示熱效率ηi

發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)的指示功與所消耗的燃料熱量之比稱為指示熱效率ηi。

發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)見表1-1所示。表1-1發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)

2.有效指標(biāo)

1)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性指標(biāo)

(1)有效功率Pe：發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸所輸出的功率稱為有效功率Pe。

(2)有效轉(zhuǎn)矩Me：發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸所輸出的轉(zhuǎn)矩稱為有效轉(zhuǎn)矩Me。

(3)平均有效壓力pe：發(fā)動(dòng)機(jī)單位汽缸工作容積輸出的有效功稱為平均有效壓力pe。

(4)轉(zhuǎn)速n和活塞平均速度cm：提高轉(zhuǎn)速能增加單位時(shí)間做功的次數(shù)，這對(duì)于一定容積和質(zhì)量的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，動(dòng)力性得以提高。但提高n就會(huì)使活塞的平均速度增大，因此就增加了由慣性力引起的載荷，使磨損加劇。

2)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

(1)有效熱效率ηe：循環(huán)的有效功與所消耗燃料的熱量之比稱為有效熱效率ηe。

(2)有效燃料消耗率ge:單位有效功所消耗燃油的量稱為有效燃油消耗率ge。

3)發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度

(1)升功率PL：發(fā)動(dòng)機(jī)每升汽缸工作容積所發(fā)出的有效功率稱為升功率PL。

(2)比重量Ge：發(fā)功機(jī)的凈重G與標(biāo)定工況下有效功率Pe之比稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的比重量Ge。

(3)強(qiáng)化系數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化系數(shù)用平均有效壓力與活塞平均速度的乘積(即pe·cm)表示，強(qiáng)化系數(shù)越大，則發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度越高，即發(fā)動(dòng)機(jī)所能承受的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷越高。表1-2發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo)

4)發(fā)動(dòng)機(jī)其他性能指標(biāo)

(1)排放性。

(2)噪聲。

(3)低溫起動(dòng)性。1.3.3發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損失

發(fā)動(dòng)機(jī)的功率在內(nèi)部傳遞過(guò)程中存在各種損失，這些損失稱為機(jī)械損失，它主要包括以下三個(gè)方面：

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)機(jī)件的摩擦損失：如活塞環(huán)及活塞與壁間的摩擦、軸承與軸頸間的摩擦、氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦、油封處的摩擦等。這部分損失占總機(jī)械損失的60%～75%。

(2)驅(qū)動(dòng)附件機(jī)構(gòu)的損失：如驅(qū)動(dòng)冷卻液泵、風(fēng)扇、機(jī)油泵、點(diǎn)火裝置或噴油泵的損失。它約占總機(jī)械損失的10%～20%。

(3)泵氣損失：泵氣損失約占總機(jī)械損失的10%～20%。

1.機(jī)械效率ηm

有效功率Pe與指示功率Pi的比值稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率ηm。機(jī)械效率ηm的一般范圍：汽油機(jī)為0.7～0.9；柴油機(jī)為0.7～0.85。

2.影響機(jī)械效率的主要因素

(1)轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速提高，機(jī)械效率下降，機(jī)械損失的功率大致與轉(zhuǎn)速成正比。

(2)負(fù)荷：轉(zhuǎn)速一定而負(fù)荷減少(發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力矩減少，相應(yīng)地減少油門開度)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率下降。當(dāng)有效功率為零時(shí)，機(jī)械效率ηm為零。

(3)機(jī)油的品質(zhì)：發(fā)動(dòng)機(jī)用機(jī)油的牌號(hào)應(yīng)根據(jù)說(shuō)明書的規(guī)定來(lái)選購(gòu)，并按規(guī)定的運(yùn)行周期更換機(jī)油，否則會(huì)導(dǎo)致機(jī)械效率下降。

(4)冷卻液溫度：實(shí)踐證明，運(yùn)行中使冷卻液溫保持在80～95℃范圍內(nèi)，可以使機(jī)械損失的功率減少，發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率提高。 1.4發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程

1.4.1四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程

1.自由排氣階段

排氣門開始開啟到汽缸內(nèi)壓力接近于排氣管內(nèi)壓力的時(shí)期稱為自由排氣階段。此階段一般在下止點(diǎn)前開始，為了減小排氣所消耗的功與當(dāng)排氣行程開始時(shí)排氣門已有較大的開度，排氣門應(yīng)提前開啟，一般提前40°～80°的曲軸轉(zhuǎn)角開啟，即排氣門提前角，用ψp1表示。在排氣門開始開啟的初期，汽缸內(nèi)壓力大于排氣管壓力2倍以上的排氣狀態(tài)，稱為超臨界流動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)，通過(guò)排氣門口的廢氣流速達(dá)到該狀態(tài)下的聲速，當(dāng)排氣溫度為600～900℃時(shí)，可達(dá)50～60m/s，即廢氣以聲速流過(guò)排氣門口后突然膨脹，產(chǎn)生特殊的噪聲。因此，排氣系統(tǒng)必須裝有消聲器。

當(dāng)汽缸內(nèi)壓力與排氣管壓力之比下降到2倍以下時(shí)，稱為亞臨界狀態(tài)。此階段廢氣流過(guò)排氣門口的速度低，不會(huì)產(chǎn)生特殊的噪聲。在全負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速情況下，需要排出的廢氣量大，排氣的時(shí)間更短，為使缸內(nèi)壓力及時(shí)減小，減小排氣阻力，要求高轉(zhuǎn)速下排氣門的提前開啟度較大。因此，高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)總是比低轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門提前開啟度要大。

2.強(qiáng)制排氣階段

上行的活塞將廢氣強(qiáng)制排出的階段稱為強(qiáng)制排氣階段。如果排氣門在活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉，在活塞接近上止點(diǎn)時(shí)排氣門的開度已經(jīng)很小，這會(huì)增大排氣阻力，使汽缸內(nèi)的殘余廢氣量增加，且增加排氣所消耗的功。因此，排氣門一般遲關(guān)10°～35°的曲軸轉(zhuǎn)角，即排氣遲后角，用ψp2表示。整個(gè)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間相當(dāng)于轉(zhuǎn)角230°～290°。

3.進(jìn)氣階段

在強(qiáng)制排氣的后期，活塞處于上止點(diǎn)前某一曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)，進(jìn)氣門就開始打開，當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)進(jìn)氣行程開始時(shí)，進(jìn)氣門已有較大的開啟面積，可使新鮮氣體順利充入汽缸。從進(jìn)氣門打開到上止點(diǎn)這段曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣提前角ψj1，一般為10°～30°。當(dāng)進(jìn)氣行程結(jié)束，活塞到達(dá)下止點(diǎn)后某一曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)，進(jìn)氣門才關(guān)閉，進(jìn)氣遲閉角ψj2為40°～80°。其目的是利用氣流的慣性與壓力差繼續(xù)向汽缸內(nèi)充氣，增加充氣量。整個(gè)進(jìn)氣過(guò)程持續(xù)時(shí)間相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角230°～290°。由于排氣門遲后關(guān)閉，進(jìn)氣門提前開啟而存在著進(jìn)、排氣門同時(shí)開啟的現(xiàn)象，這稱為氣門疊開。氣門疊開期間進(jìn)氣管、汽缸、排氣管連通起來(lái)，可以利用氣流壓力差和慣性來(lái)清除缸內(nèi)廢氣，增加進(jìn)氣量。非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門疊開角為20°～60°曲軸轉(zhuǎn)角。若氣門疊開角過(guò)大，可能會(huì)引起廢氣倒流入進(jìn)氣管的現(xiàn)象。

將進(jìn)氣門、排氣門的實(shí)際開閉時(shí)刻用相對(duì)于上、下止點(diǎn)位置的曲軸轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖表示，稱為配氣相位圖，如圖1-33所示。圖1-33非增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位圖1.4.2四行程發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率

1.充氣效率ηV

實(shí)際進(jìn)入汽缸的新鮮空氣量ΔG與大氣狀態(tài)下充滿汽缸工作容積的新鮮空氣量ΔG0之比，稱為充氣效率ηV，即：充氣效率ηV是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程完善程度的指標(biāo)，它不受汽缸容積的影響。充氣效率ηV的一般范圍：汽油機(jī)為0.75～0.8；柴油機(jī)為0.75～0.9。充氣效率與有效功率的關(guān)系，從下面的計(jì)算式可以看出：ηV升高，則發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩可以增加。有效功率：有效轉(zhuǎn)矩：式中：k1、k2為每種發(fā)動(dòng)機(jī)的常數(shù)；α為過(guò)量空氣系數(shù)。

2.影響充氣效率的主要因素及提高充氣效率的措施

1)轉(zhuǎn)速和配氣相位

圖1-34所示為進(jìn)氣門遲閉角對(duì)充氣效率和有效功率的影響。圖中的實(shí)線為進(jìn)氣門遲閉角為40°時(shí)的情況，虛線為遲閉角改為60°時(shí)的情況。圖1-34進(jìn)氣門遲閉角對(duì)充氣效率和有效功率的影響

2)負(fù)荷

汽油機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷(阻力矩)減少，節(jié)氣門開度相應(yīng)減少，進(jìn)氣流動(dòng)的阻力增大，使充氣效率下降；反之，負(fù)荷增大，進(jìn)氣流動(dòng)的阻力減小，充氣效率增大。

柴油機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下，負(fù)荷減少，充氣效率基本不變，只是循環(huán)噴入燃燒室內(nèi)的燃油量相應(yīng)減少。

因此，對(duì)于汽油機(jī)而言，為了獲得較大的充氣效率，需要增大發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷(節(jié)氣門開度)。

3)進(jìn)排氣系統(tǒng)

進(jìn)排氣系統(tǒng)應(yīng)該順暢無(wú)堵塞。為了獲得較大的充氣效率，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(無(wú)積炭)，安裝時(shí)進(jìn)/排氣接口墊應(yīng)對(duì)準(zhǔn)；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(guò)大；盡量減少進(jìn)/排氣通道部分元件的節(jié)流作用，如化油器的喉管、三元催化轉(zhuǎn)換器等；盡量減少對(duì)進(jìn)氣管的加熱，使進(jìn)/排氣歧管分置發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)。

4)壓縮比

提高壓縮比，燃燒室容積相對(duì)減小，殘余廢氣量相對(duì)下降，吸氣開始時(shí)廢氣膨脹占有的體積減小，廢氣對(duì)新氣的加熱相對(duì)減少，從而使充氣效率提高。 1.5汽油機(jī)的燃燒過(guò)程

1.5.1汽油的性能指標(biāo)

1.汽油的蒸發(fā)性

汽油應(yīng)該是快速地、無(wú)雜質(zhì)地蒸發(fā)，衡量指標(biāo)是10%、50%和90%蒸發(fā)溫度。

10%蒸發(fā)溫度標(biāo)志汽油的起動(dòng)性。在10%蒸發(fā)溫度下，起動(dòng)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(dòng)困難。

50%蒸發(fā)溫度標(biāo)志汽油的平均蒸發(fā)性。該溫度較低時(shí)，可以縮短暖車時(shí)間，但太低了則會(huì)導(dǎo)致化油器結(jié)冰；該溫度太高，則汽油機(jī)冷機(jī)的過(guò)渡特性變差。

90%蒸發(fā)溫度標(biāo)志汽油中含有難以蒸發(fā)的重質(zhì)成分，若該溫度太高，則在燃燒室內(nèi)易形成雜質(zhì)，并稀釋潤(rùn)滑油。

2.汽油的抗爆性

抗爆性是指汽油在燃燒室內(nèi)燃燒時(shí)抵抗爆燃的能力，其評(píng)定指標(biāo)是辛烷值。汽油辛烷值越高，抗爆性越強(qiáng)，就能承受發(fā)動(dòng)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。1.5.2汽油機(jī)的燃燒過(guò)程

1.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(guò)著火階段才能進(jìn)行燃燒。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出現(xiàn)火焰的過(guò)程。汽油機(jī)采用電火花點(diǎn)火的方式使可燃混合氣著火。

點(diǎn)火能否成功，與火花點(diǎn)火放出的熱量大小和混合氣的濃度高低有關(guān)?；鸹c(diǎn)火放出的熱量太小，混合氣的濃度過(guò)濃或過(guò)稀，點(diǎn)火均不能成功。

2.正常的燃燒過(guò)程

為了提高汽油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，充入汽缸的可燃混合氣燃燒必須完全、及時(shí)和正常。因?yàn)橹挥型耆紵?，才能充分利用燃油的熱能；只有及時(shí)燃燒，即在上止點(diǎn)后12°～18°

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?，?duì)活塞的推力較大，使熱能更多地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功；只有正常燃燒，才能保持發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定、可靠地工作。

圖1-35所示為汽油機(jī)工作過(guò)程中缸內(nèi)壓力的變化關(guān)系。其中虛線表示不點(diǎn)火時(shí)的情況，實(shí)線表示點(diǎn)火時(shí)的情況。根據(jù)壓力變化的特征，把燃燒過(guò)程分為三個(gè)階段：著火延遲期、急燃期和補(bǔ)燃期。

1)著火延遲期

汽缸內(nèi)的混合氣，隨著壓縮過(guò)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度比較高，因此不容易自燃。在壓縮到接近上止點(diǎn)的時(shí)候，火花塞電極間跳過(guò)火花(θ為點(diǎn)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(huì)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(guò)火花(點(diǎn)1)起，到形成火焰中心(點(diǎn)2)為止的這段時(shí)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(méi)有明顯地偏離壓縮線，即沒(méi)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20～30m/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(guò)整個(gè)燃燒室，主要部分混合氣燃燒完畢，直到出現(xiàn)最高壓力(點(diǎn)3)為止，這段時(shí)間稱為急燃期，圖中用Ⅱ階段表示。

急燃期是燃燒過(guò)程的主要階段，它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響很大。實(shí)踐證明，以曲軸轉(zhuǎn)角計(jì)算的壓力升高率為170～240kPa/(?°)，且當(dāng)火焰中心形成在上止點(diǎn)前12°～25°曲軸轉(zhuǎn)角，最高壓力出現(xiàn)在上止點(diǎn)后12°～18°曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)，示功圖的面積最大，循環(huán)功最多。這時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火提前角θ，稱為最佳點(diǎn)火提前角。

3)補(bǔ)燃期

混合氣中的汽油蒸發(fā)不良及與空氣混合不均勻時(shí)，部分顆粒較大的燃油在火焰前鋒掠過(guò)，這時(shí)只是表層燃油被燃燒，未燃燒的部分需要繼續(xù)燃燒。此外，燃燒產(chǎn)物CO2和H2O中，有少部分在高溫的作用下會(huì)分解為H2、O2和CO等產(chǎn)物，這稱為熱分解現(xiàn)象。在膨脹過(guò)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Ⅲ?階段表示。

補(bǔ)燃是在活塞下行中進(jìn)行的，這時(shí)汽缸容積已明顯擴(kuò)大，故補(bǔ)燃產(chǎn)生的熱量不能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，反而使排氣溫度增加，熱效率下降。因此，希望盡可能地減少補(bǔ)燃。

3.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(diǎn)火。

1)爆震燃燒(簡(jiǎn)稱爆燃)

汽油機(jī)燃燒過(guò)程中，燃燒室內(nèi)有明顯的火焰前鋒在推進(jìn)，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，就會(huì)形成新的火焰中心，產(chǎn)生新的火焰?zhèn)鞑?，這種現(xiàn)象稱為爆燃。高速攝影的觀察表明：爆燃時(shí)，爆燃形成的火焰中心向外傳播的速度達(dá)100～300m/s，使未燃混合氣瞬間燃燒完畢，氣體的容積來(lái)不及膨脹，局部溫度和壓力會(huì)猛烈增加并和周圍的氣體壓力由于不平衡而產(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)3000～5000Hz的尖銳金屬敲擊聲。因此，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(shí)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(dòng)活塞，而像用榔頭不斷敲擊活塞似的，不能使燃?xì)鈱?duì)活塞做更多的功。汽車在低速上坡時(shí)，允許有很輕微的短時(shí)間的爆燃。因?yàn)檩p微的爆燃可以使燃燒過(guò)程縮短，有利于提高有效功率；但是不允許嚴(yán)重的爆燃，嚴(yán)重的爆燃會(huì)導(dǎo)致機(jī)件過(guò)載損壞、機(jī)件燒損和發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)下降等。試驗(yàn)表明，嚴(yán)重爆燃時(shí)汽缸的磨損量比正常燃燒時(shí)大27倍左右。預(yù)防發(fā)動(dòng)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)；也可以采用改變結(jié)構(gòu)因素(如減小壓縮比、采用雙火花塞等)以及改變運(yùn)行因素(如負(fù)荷、轉(zhuǎn)速等)措施。

2)表面點(diǎn)火

不靠火花塞點(diǎn)火而由燃燒室內(nèi)熾熱物點(diǎn)燃混合氣的燃燒現(xiàn)象稱為表面點(diǎn)火。它是由燃燒室內(nèi)熾熱物作為點(diǎn)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)熾熱物有：過(guò)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(diǎn)火產(chǎn)生的新的火焰前鋒也以正常的速度傳播。正?；鸹ㄈc(diǎn)火前的表面點(diǎn)火稱為“早火”，正?；鸹ㄈc(diǎn)火后的表面點(diǎn)火稱為“后火”。表面點(diǎn)火的結(jié)果會(huì)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(diǎn)火提前角提前；“后火”雖有可能加快燃燒速度，但是，表面點(diǎn)火的最大問(wèn)題是點(diǎn)火的無(wú)規(guī)律性，這將導(dǎo)致燃燒過(guò)程的不穩(wěn)定與工作過(guò)程的粗暴，使動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性都受到影響。避免表面點(diǎn)火的有效措施是采用低餾程的燃料與不易結(jié)焦的潤(rùn)滑油。

表面點(diǎn)火不同于爆燃，表面點(diǎn)火是由于熱表面點(diǎn)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(diǎn)火之間又存在著相互影響，表面點(diǎn)火會(huì)促使爆燃的產(chǎn)生。

4.使用因素對(duì)燃燒過(guò)程的影響

(1)進(jìn)氣初始態(tài)p1和T1：降低進(jìn)氣初始態(tài)p1和T1，可以避免爆燃和表面點(diǎn)火產(chǎn)生。

(2)點(diǎn)火提前角：點(diǎn)火提前角增大時(shí)，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(shí)間減少，這個(gè)作用比缸內(nèi)壓力和溫度上升所引起的火焰速度的加快要明顯。因而，為避免爆震，要減小點(diǎn)火提前角。

(3)混合氣濃度：混合氣濃度增加時(shí)，爆燃傾向加強(qiáng)。

(4)轉(zhuǎn)速：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣群腿紵俣燃涌?，爆燃趨?shì)減弱。

(5)負(fù)荷：發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷減小時(shí)，由于殘余廢氣的稀釋作用增大，火焰?zhèn)鞑ニ俣认陆?，同時(shí)燃燒的最高溫度與壓力下降，綜合效果使爆燃傾向減小。

(6)燃燒沉淀物的影響：附著在燃燒室壁面的沉淀物相當(dāng)于一個(gè)熱源，對(duì)終燃混合氣起到加熱作用，因此可能會(huì)使爆燃和表面點(diǎn)火的傾向增強(qiáng)。1.5.3汽油機(jī)的排氣污染

汽車排氣污染的來(lái)源有三方面：排氣管排出的廢氣，主要有害成分是HC、CO、NO×、SO2以及鉛化物、碳煙等；曲軸箱竄氣，其主要成分是HC，還有少量的CO、NO×等；從油箱、化油器浮子室以及油管接頭等處蒸發(fā)的汽油蒸氣，成分是HC。

對(duì)于汽油機(jī)而言，這些排氣污染中，HC、CO和NO×是主要污染物質(zhì)，其主要的生成機(jī)理如下。

1.一氧化碳(CO)的形成

CO是在碳的氧化反應(yīng)過(guò)程中，因氧氣不足而生成的產(chǎn)物。其生成量主要取決于混合氣的濃度和燃燒氣體的溫度。當(dāng)混合氣較濃時(shí)，因氧氣相對(duì)不足，生成的CO較多。另外，如果燃燒后的溫度很高，生成的CO2也會(huì)分解生成CO和O2。

2.碳?xì)浠衔?HC)的形成

HC是燃料沒(méi)有燃燒或不完全燃燒的產(chǎn)物，也有一些是高溫下分解的產(chǎn)物。汽車排出的HC還有一部分是來(lái)自曲軸箱竄氣和燃料的蒸發(fā)。曲軸箱竄出的氣體大部分是未燃燒氣體；燃料蒸發(fā)所形成的HC是由于燃料飽和蒸氣的擴(kuò)散，且溫度越高，蒸發(fā)量越大。

3.氮氧化物(NO×)的形成

NO×是由空氣中的氮和氧在燃燒室高溫高壓作用下反應(yīng)生成的。NO×的產(chǎn)生條件是高溫富氧。 1.6柴油機(jī)的燃燒過(guò)程

1.6.1柴油的性能指標(biāo)

1.著火性

柴油的著火性是指柴油的自燃能力，其評(píng)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，噴入汽缸后能及時(shí)著火燃燒，柴油機(jī)工作柔和，冷起動(dòng)性能也隨之改善；若著火性能差，則燃燒前所需的物理、化學(xué)準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，著火后壓力升高率過(guò)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(cè)定蒸發(fā)出50%、90%和95%的餾分溫度。50%餾分溫度說(shuō)明這種柴油輕餾分多，蒸發(fā)性好，有利于混合氣的形成和燃燒。但若輕餾分過(guò)多，則著火前蒸發(fā)油氣過(guò)多，會(huì)使柴油機(jī)工作粗暴。90%和95%餾分溫度標(biāo)志柴油中包含難于蒸發(fā)的重餾分。重餾分過(guò)多，在汽缸中不易蒸發(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(lái)表示柴油的霧化性。粘度較低，容易形成混合氣。若粘度過(guò)低，則會(huì)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(guò)高，則流動(dòng)阻力增加，柴油從噴油器噴出時(shí)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(diǎn)

柴油的凝點(diǎn)用來(lái)表示柴油的低溫流動(dòng)性，它是指柴油冷卻到開始失去流動(dòng)性時(shí)的溫度。國(guó)產(chǎn)輕柴油的牌號(hào)是按凝點(diǎn)編定的，如0號(hào)柴油的凝點(diǎn)為0℃。好的柴油應(yīng)具有低的凝點(diǎn)，若凝點(diǎn)過(guò)高，則不利于燃燒的正常供給，尤其在低溫條件下工作可能造成油路堵塞。選用柴油時(shí)，—般要求其凝點(diǎn)比最低工作環(huán)境溫度低3～5℃以上。1.6.2柴油機(jī)的燃燒過(guò)程

柴油機(jī)的燃燒過(guò)程，是從壓縮行程上止點(diǎn)前噴油開始到做功行程燃燒結(jié)束為止，整個(gè)過(guò)程所占時(shí)間約為50°～70°曲軸轉(zhuǎn)角，高速柴油機(jī)只有0.003～0.006s。

1.柴油機(jī)的著火

柴油機(jī)利用柴油化學(xué)安定性差且易自燃的特點(diǎn)，采用壓縮自燃的方式使可燃混合氣著火。在壓縮行程末期將柴油噴入汽缸，形成可燃混合氣，它的著火需要具備以下兩個(gè)條件：

(1)合適的混合氣濃度。著火是混合氣濃度在合適的區(qū)域首先著火，著火區(qū)通過(guò)燃料的蒸發(fā)來(lái)補(bǔ)充，高濃度和高溫度區(qū)在缺氧的情況下通過(guò)脫氧、裂化、聚合、凝結(jié)及聚集而形成碳煙。

(2)合理的混合氣溫度?；旌蠚獾臏囟缺仨毟哂诓挥猛獠奎c(diǎn)燃而自行著火的最低溫度，即自燃溫度。混合氣溫度越高，燃燒速度和燃燒范圍越大。

2.柴油機(jī)的燃燒過(guò)程

柴油機(jī)的燃燒過(guò)程可分為四個(gè)階段：著火延遲期、速燃期、緩燃期和補(bǔ)燃期，如圖1-36所示。圖1-36柴油機(jī)的燃燒過(guò)程

1)著火延遲期

從噴油開始(點(diǎn)1)到壓力脫離壓縮線急劇上升(點(diǎn)2)為止，這一階段稱為著火延遲期。

噴入汽缸中的霧狀柴油并不能馬上著火燃燒，汽缸中的氣體溫度，雖然已高于柴油的自燃點(diǎn)，但柴油的溫度不能馬上升高到自燃點(diǎn)，要經(jīng)過(guò)一段物理和化學(xué)的準(zhǔn)備過(guò)程。也就是說(shuō)，柴油在高溫空氣的影響下，吸收熱量，溫度升高，逐層蒸發(fā)而形成油氣，向四周擴(kuò)散并與空氣均勻混合(物理變化)。

隨著柴油溫度升高，少量的柴油分子首先分解，并與空氣中的氧分子進(jìn)行