汽車(chē)構(gòu)造課件 第一章 發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

第一章第一章 發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理本章的主要教學(xué)內(nèi)容：1.發(fā)動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)及工作原理2.工程熱力學(xué)基礎(chǔ)3.發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)和性能指標(biāo)4.發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程5.汽、柴油機(jī)的燃燒過(guò)程教學(xué)目的與要求掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)與工作原理；能以性能指標(biāo)為主線，深入到與性能指標(biāo)密切相關(guān)的工作過(guò)程（循環(huán)、進(jìn)氣、排氣、燃燒工程），分析影響性能指標(biāo)的主要因素，找出提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的基本規(guī)律和技術(shù)措施。第一節(jié)第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)及發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)及基本原理基本原理一、發(fā)動(dòng)機(jī)的定義一、發(fā)動(dòng)機(jī)的定義發(fā)動(dòng)機(jī)是將其它形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)器二、二、發(fā)動(dòng)機(jī)的分機(jī)的分類(lèi)1.按使用燃料分：汽油機(jī)、柴油機(jī)等。2.按工作循環(huán)分：四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)、二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。3.按氣門(mén)位置分：頂置氣門(mén)式發(fā)動(dòng)機(jī)、側(cè)置氣門(mén)式發(fā)動(dòng)機(jī)。4.按氣缸排列分：直列式發(fā)動(dòng)機(jī)、v型發(fā)動(dòng)機(jī)。5.按氣缸數(shù)分：?jiǎn)胃装l(fā)動(dòng)機(jī)、多缸發(fā)動(dòng)機(jī)。三、三、發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)的總體體結(jié)構(gòu)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)由“兩大機(jī)構(gòu)五大系統(tǒng)”組成1.兩大機(jī)構(gòu)：曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)。2.五大系統(tǒng)：冷卻系、潤(rùn)滑系、燃料供給系、點(diǎn)火系、起動(dòng)系1.曲柄連桿機(jī)構(gòu)作用：將燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊鶑?fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，再通過(guò)連桿將活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而對(duì)外輸出動(dòng)力。組成：由氣缸體和曲軸箱組、活塞連桿組、曲軸飛輪組組成2.配氣機(jī)構(gòu)作用：使可燃混合氣及時(shí)充入氣缸并及時(shí)從氣缸中排出廢氣。組成：它由進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)、挺桿、推桿、搖臂、凸輪軸、正時(shí)齒輪等組成3.冷卻系作用：把受熱零件的熱量散到大氣中去，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。組成：它由水泵、散熱器、風(fēng)扇、分水管、水套等組成。4.潤(rùn)滑系作用：潤(rùn)滑、冷卻、清洗、密封等。組成：由機(jī)油泵、濾清器、限壓閥、油道等組成。5.燃料供給系汽油機(jī)作用：按需要向氣缸內(nèi)供應(yīng)已配制好的可燃混合氣，燃燒后排出廢氣。組成：化油器式由燃油箱、汽油泵、化油器、進(jìn)、排氣管、濾清器等組成。直噴式由燃油箱、電動(dòng)汽油泵、油壓調(diào)節(jié)器、噴油器、進(jìn)、排氣管、濾清器等組成。柴油機(jī)供給系作用：向氣缸內(nèi)供應(yīng)純空氣并在規(guī)定時(shí)刻向氣缸內(nèi)噴入柴油，燃燒后排出廢氣。組成：由燃油箱、噴油泵、噴油器、進(jìn)、排氣管、濾清器等組成。6.點(diǎn)火系1.作用：按規(guī)定時(shí)刻及時(shí)點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的混合氣。2.組成：由蓄電池、分電器、點(diǎn)火線圈、火花塞等組成。7.起動(dòng)系1.作用：使靜止的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。2.組成：由起動(dòng)機(jī)及附屬裝置組成。五、四沖程汽油機(jī)工作原理、四沖程汽油機(jī)工作原理活塞往復(fù)四個(gè)沖程完成一個(gè)循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)稱(chēng)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。每個(gè)循環(huán)由進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)沖程組成六、六、四沖程柴油機(jī)工作原理四沖程柴油機(jī)工作原理每個(gè)循環(huán)也由進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)沖程組成。但由于柴油的性質(zhì)與汽油不同，其混合氣形成的方式、著火方式與汽油機(jī)也不同。下述不同點(diǎn)：1.進(jìn)氣沖程進(jìn)入氣缸的是純空氣；2.壓縮沖程壓縮比大，壓縮終了的壓力、溫度高。3.作功沖程壓縮沖程末，高壓柴油呈霧狀噴入氣缸內(nèi)，自行燃燒作功，最高壓力5-10Mpa；4.排氣沖程與汽油機(jī)基本相同。壓力0.105-0.125Mpa，溫度800-1000K。七、七、汽油機(jī)與柴油機(jī)的相同點(diǎn)汽油機(jī)與柴油機(jī)的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)與不同點(diǎn)相同點(diǎn):1.每個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩周，每一沖程曲軸轉(zhuǎn)半周，進(jìn)氣沖程進(jìn)氣門(mén)開(kāi)，排氣沖程排氣門(mén)開(kāi)，其余兩個(gè)沖程進(jìn)、排氣門(mén)均光。2.四個(gè)沖程中，只有作功沖程產(chǎn)生動(dòng)力，其余三個(gè)沖程消耗能量。3.必須用外力起動(dòng)。4.工作循環(huán)基本內(nèi)容相似，主要機(jī)件的運(yùn)動(dòng)相同，結(jié)構(gòu)基本相同。不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：1.混合氣的形成方式不同：混合氣的形成方式不同：汽油機(jī)是缸外混合；汽油機(jī)是缸外混合；柴油機(jī)是缸內(nèi)混合；柴油機(jī)是缸內(nèi)混合；2.著火方式不同：著火方式不同：汽油機(jī)點(diǎn)燃式；汽油機(jī)點(diǎn)燃式；柴油機(jī)是柴油機(jī)是壓燃式燃式八、二沖程汽油機(jī)工作原理八、二沖程汽油機(jī)工作原理二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)也包括進(jìn)氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)過(guò)程，但它是在活塞往復(fù)兩個(gè)沖程內(nèi)完成的。第一沖程活塞上方進(jìn)行換氣、壓縮，活塞下方進(jìn)氣當(dāng)關(guān)閉換氣孔和排氣孔時(shí)，混合氣開(kāi)始?jí)嚎s，直至上止點(diǎn)?；钊^續(xù)上行，進(jìn)氣孔打開(kāi)，混合氣被吸入曲軸箱內(nèi)。第二沖程活塞上方進(jìn)行作功、換氣，下方預(yù)壓縮點(diǎn)燃混合氣后，活塞下行，至開(kāi)閉進(jìn)氣孔，壓縮曲軸箱內(nèi)的混合氣。繼續(xù)下行，排氣空打開(kāi)，廢氣排出。換氣孔打開(kāi)，混合氣進(jìn)入并掃氣，直至換氣孔和排氣孔關(guān)閉。十、內(nèi)燃機(jī)十、內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品名稱(chēng)和型號(hào)品名稱(chēng)和型號(hào)編制制規(guī)則第二節(jié)第二節(jié)工程熱力學(xué)基礎(chǔ)工程熱力學(xué)基礎(chǔ)工程熱力學(xué)主要是研究熱能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的一門(mén)科學(xué)。從汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)分析氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)變化的規(guī)律，得到提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的途徑。整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率可分三部分，如下圖所示燃燒熱效率循環(huán)效率機(jī)械效率燃料熱能活塞功輸出功燃燒過(guò)程循環(huán)過(guò)程機(jī)械性能在工程熱力學(xué)中，把實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的工作物質(zhì)（氣缸內(nèi)的氣體）簡(jiǎn)稱(chēng)為工質(zhì)。一、工質(zhì)的熱力狀態(tài)一、工質(zhì)的熱力狀態(tài)（一）工質(zhì)的基本狀態(tài)參數(shù)工質(zhì)所處的宏觀狀態(tài)稱(chēng)為工質(zhì)的熱力狀態(tài)。說(shuō)明工質(zhì)所處的狀態(tài)的物理量叫做工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。其中壓力、比容、溫度是可測(cè)量的參數(shù)，稱(chēng)為工質(zhì)的基本狀態(tài)參數(shù)。1.壓力p：工質(zhì)在單位面積容器壁上作用的垂直力，單位Pa。絕對(duì)壓力p：氣體的真實(shí)壓力；表壓力pB：用氣壓表測(cè)出的壓力，pB=p-p0p0：大氣壓。真空度pC：表示氣體壓力低于大氣壓的值，用真空表測(cè)出，pC=p0p。3.溫度：溫度是物體冷熱程度的標(biāo)志。它反映了分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的程度，是大量分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的平均值的標(biāo)志。熱力學(xué)溫標(biāo)（國(guó)際單位制）：規(guī)定水的三相點(diǎn)的溫度為273.16K的溫度標(biāo)尺。攝氏溫標(biāo)：tT273.16二）理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體：分子本身不占體積，分子之間沒(méi)有吸引力的氣體。理想氣體的狀態(tài)方程：pvRTR為氣體常數(shù)任意給定兩個(gè)參數(shù)，第三個(gè)參數(shù)就確定。（三）工質(zhì)的比熱單位量的物質(zhì)溫度升高（或降低）1所吸收（或放出）的熱量，用c（kg/kg.k）表示。a)定容比熱cV：氣體在加熱過(guò)程中容積保持不變的比熱。b)定壓比熱cP：氣體在加熱過(guò)程中壓力保持不變的比熱。（四）工質(zhì)的內(nèi)能內(nèi)能就是工質(zhì)內(nèi)部分子和原子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子之間的位能的總和，記作u，它包括以下幾個(gè)方面：a)分子移動(dòng)動(dòng)能b)分子轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能c)分子振動(dòng)動(dòng)能d)分子間的位能而動(dòng)能與溫度有關(guān)，位能與比容有關(guān)，因此，一般氣體的u只與溫度與比容有關(guān)，即uf（T,V）理想氣體分子之間無(wú)吸引力，因此位能為0，故uf（T）即只要工質(zhì)的初、終態(tài)溫度T1,T2確定，不論經(jīng)過(guò)什么過(guò)程，其內(nèi)能的變化都相等uu2-u1=f(T2)-f(T1)二、熱力學(xué)第一定律1.熱力過(guò)程及其所作的功工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)的一系列變化過(guò)程，叫做熱力過(guò)程，可用pv圖表示，其所做的功為（1kg氣體）2.熱力學(xué)第一定律（能量轉(zhuǎn)換與守恒定律）熱可以轉(zhuǎn)換為功，功可以轉(zhuǎn)換為熱，轉(zhuǎn)變前后的能量保持不變。Q=W3.能量平衡方程設(shè)氣缸內(nèi)有1kg氣體，外界供給氣體的熱量為qkJ，該熱量中，一部分用來(lái)向外界輸出膨脹功（設(shè)為w），另一部分使氣體的內(nèi)能變化u，根據(jù)熱力學(xué)第一定律得能量平衡方程：quw氣體QU+W三、氣體的熱力過(guò)程三、氣體的熱力過(guò)程四、熱力學(xué)第二定律及卡諾循四、熱力學(xué)第二定律及卡諾循環(huán)環(huán)1.循環(huán)及熱效率工質(zhì)經(jīng)過(guò)一系列狀態(tài)的變化，重新恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)所完成的一個(gè)封閉過(guò)程，叫一個(gè)熱力循環(huán)。正循環(huán)正循環(huán)：循環(huán)安順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行（12341），輸出功。反循環(huán)反循環(huán)：循環(huán)安逆時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行（14321），消耗功。2.熱力學(xué)第二定律關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力學(xué)第二定律表達(dá)：不可能建造一種循環(huán)的機(jī)器，其作用只從單一取熱并全部轉(zhuǎn)變成功。即發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率不可能100%。關(guān)于熱轉(zhuǎn)遞的熱力學(xué)第二定律表達(dá)：不可能將熱量由低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化。從上式可知：1.卡諾循環(huán)的熱效率總是小于1。若等于1，則T1=或T2=0，這是不可能的。2.提高熱效率的途徑有兩條：一條是提高T1；另一條是降低T2。意義：卡諾循環(huán)至今難以實(shí)現(xiàn)，但是它對(duì)如何提高發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)熱效率從理論上指明了正確的方向：使發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)接近于卡諾循環(huán)，以使發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)接近于卡諾循環(huán)，以卡諾循環(huán)效率來(lái)評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)熱功轉(zhuǎn)換的程度卡諾循環(huán)效率來(lái)評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)熱功轉(zhuǎn)換的程度。第三節(jié)第三節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)與性發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)與性能指標(biāo)能指標(biāo)本節(jié)主要介紹四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的理論循環(huán)，實(shí)際循環(huán)，指示指標(biāo)，有效指標(biāo)及機(jī)械效率等知識(shí)。一、一、發(fā)動(dòng)機(jī)的理機(jī)的理論循循環(huán)對(duì)實(shí)際循環(huán)作以下假設(shè)可得理論循環(huán)；a.工質(zhì)是理想氣體，比熱視為定值；b.工質(zhì)與外界無(wú)熱量交換，不計(jì)進(jìn)、排氣過(guò)程及其流動(dòng)損失；c.工質(zhì)的壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程均為絕熱過(guò)程；d.燃燒過(guò)程為外界等容、等壓加熱過(guò)程，而排氣過(guò)程為等容放熱過(guò)程代替。由于高速柴油機(jī)先噴入氣缸的燃料迅速燃燒，加熱接近于等容，后噴入氣缸的燃料燃燒緩慢，加熱接近于等壓。因此，混合加熱循環(huán)是柴油機(jī)的理想循環(huán)2.理論循環(huán)分析1)壓縮比隨壓縮比增大，兩種循環(huán)的t和pt都將提高。這是因?yàn)樵诩訜崃縌1相同的情況下，提高壓縮比，可提高循環(huán)最高溫度及平均吸熱溫度，降低平均放熱溫度，擴(kuò)大溫差，增大膨脹比，使循環(huán)做功增多。（由于柴油機(jī)的壓縮比比汽油機(jī)的大，所以柴油機(jī)的熱效率比汽油機(jī)高）2)壓力升高比和預(yù)脹比在混合加熱循環(huán)中，若Q1和一定，增大時(shí)，相應(yīng)減少，即Q1增加而Q1減少，從而提高了能量利用率，使t和pt提高。（相同壓縮比和能量消耗的汽油機(jī)和柴油機(jī)，汽油機(jī)的熱效率比柴油機(jī)高）二、發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)二、發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際循環(huán)1.實(shí)際循環(huán)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈完成一個(gè)工作循環(huán)，分進(jìn)氣、壓縮、燃燒、膨脹和排氣五個(gè)過(guò)程，可用pv圖表示2.實(shí)際循環(huán)與理想循環(huán)的差異與理論循環(huán)相比，實(shí)際循環(huán)存在各類(lèi)能量損失。1)實(shí)際工質(zhì)的影響Wk2)換氣損失W和Wr3)燃燒損失Wz4)傳熱損失Wb三、發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)三、發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)（以下標(biāo)（以下標(biāo)i表示）表示）以工質(zhì)在氣缸內(nèi)對(duì)活塞所作的功為基礎(chǔ)的指標(biāo)稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)的指示指標(biāo)四、發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo)四、發(fā)動(dòng)機(jī)的有效指標(biāo)（以下標(biāo)（以下標(biāo)e表示）表示）以曲軸對(duì)外輸出的功率為基礎(chǔ)的性能指標(biāo)。用以評(píng)價(jià)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。3)強(qiáng)化系數(shù)peCm：平均有效壓力與活塞平均速度的乘積。其值越大，強(qiáng)化程度越高4.發(fā)動(dòng)機(jī)的其它性能指標(biāo)1)排氣品質(zhì)2)噪聲3)起動(dòng)性等五、發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡五、發(fā)動(dòng)機(jī)的熱平衡熱平衡就是加入發(fā)動(dòng)機(jī)的總熱量的分配情況，可表示為QT=QE+QS+QR+QB+QL式中：QT燃料完全燃燒放出的總熱量；QE轉(zhuǎn)化為有效功的熱量；汽20%-30%，柴30%-40%QS傳給冷卻介質(zhì)的熱量；汽25%-30%，柴20%-25%QR廢氣帶走的熱量；汽40%-45%，柴35%-40%QB不完全燃燒的熱量損失；QL其它損失；汽8%，柴10%。減少各種能量損失，即可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。1.滅缸法1)將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整到給定工況穩(wěn)定工作，測(cè)出Pe；2)停止第一缸的供油或點(diǎn)火，調(diào)整測(cè)功器，使發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)原轉(zhuǎn)速，測(cè)出Pe1?？傻玫谝桓椎闹甘竟β蔖i1=PePe1。3)依次使各缸熄火，可得Pe2,Pe3則Pi2=PePe2Pi3=Pe-Pe3整機(jī)的指示功率Pi=Pi1+Pi2+PePe1PePe2PePe3iPe（Pe1+Pe2+Pe3+）PmPi-PeiPe（Pe1+Pe2+Pe3+）Pe（i-1）Pe（Pe1+Pe2+Pe3+）2.倒拖法1)發(fā)動(dòng)機(jī)與測(cè)功機(jī)相連；2)使發(fā)動(dòng)機(jī)以給定的工況穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)水溫和油溫達(dá)到正常時(shí)，切斷供油或停止點(diǎn)火，同時(shí)將電力測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)，以給定轉(zhuǎn)速倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)；3)測(cè)定電力測(cè)功機(jī)的倒拖功率，該倒拖功率即為發(fā)動(dòng)機(jī)在該工況下的機(jī)械損失功率。3)潤(rùn)滑油的品質(zhì)和冷卻水溫粘度大，流動(dòng)性差，摩擦損失增加；粘度小，流動(dòng)性好，承載能力差，油膜易破裂。冷卻水溫影響機(jī)油的粘度。使用中降低機(jī)械損失要做到無(wú)機(jī)械故障，控制好轉(zhuǎn)速、水溫，保持機(jī)油清潔等。第四節(jié)第四節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程本節(jié)主要是要求學(xué)生了解換氣過(guò)程的進(jìn)行情況，分析影響充氣量的因素，找出減少換氣損失、提高充氣系數(shù)的因素。定義：發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣過(guò)程和進(jìn)氣過(guò)程統(tǒng)稱(chēng)為換氣過(guò)程。任務(wù)：盡可能將缸內(nèi)的廢氣排除干凈，并吸入更多的新鮮混合氣。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響：如果換氣充分，氣缸內(nèi)混合氣質(zhì)量較好（相對(duì)廢氣較小，新鮮混合氣較多）使燃燒過(guò)程加快，燃燒完全，因此可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性。一、四沖程一、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)的換氣氣過(guò)程程1.四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程：從排氣門(mén)打開(kāi)至進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉。1)自由排氣階段：排氣門(mén)打開(kāi)至氣缸壓力接近于排氣管壓力；2)強(qiáng)制排氣階段：活塞由上往下將缸內(nèi)廢氣強(qiáng)制排出；3)進(jìn)氣階段：進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)至關(guān)閉的過(guò)程。2.氣門(mén)疊開(kāi)：進(jìn)排氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟的現(xiàn)象合適：可掃氣，增加進(jìn)氣量；過(guò)大；廢氣倒流進(jìn)氣管。二、四沖程二、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣系數(shù)機(jī)的充氣系數(shù)1.充氣系數(shù)：每循環(huán)實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充氣量G與在進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充氣量G0的比值，即進(jìn)氣狀態(tài)：當(dāng)時(shí)的大氣狀態(tài)（非增壓）三、提高充氣系數(shù)的措施三、提高充氣系數(shù)的措施1.減少進(jìn)氣系統(tǒng)的流動(dòng)損失，提高進(jìn)氣終了的壓力1)減少空濾器阻力2)減少化油器流動(dòng)阻力3)減少進(jìn)氣管的沿程阻力和局部阻力4)減少進(jìn)氣道阻力5)減少節(jié)氣門(mén)處的流動(dòng)阻力6)改進(jìn)凸輪的廓線設(shè)計(jì)，加大進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)間與截面2.降低排氣系統(tǒng)的阻力損失，減少缸內(nèi)殘余廢氣3.減少高溫零件對(duì)氣體的加熱4.合理利用動(dòng)態(tài)效應(yīng)5.合理選擇配氣相位第五節(jié)第五節(jié)汽油機(jī)的燃燒過(guò)程汽油機(jī)的燃燒過(guò)程將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^(guò)程,稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程。它是發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)工作循環(huán)的主要過(guò)程。本節(jié)將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(guò)程。汽油機(jī)燃燒過(guò)程的特點(diǎn):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(shí)間長(zhǎng),混合均勻;2.壓縮終了前通過(guò)外源(火花塞)點(diǎn)火,著火時(shí)間、地點(diǎn)一定;3.著火后火焰擴(kuò)散,適當(dāng)?shù)臏u流運(yùn)動(dòng)可以加速火焰?zhèn)鞑?4.通過(guò)改變混合氣的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷。一、汽油的組成及主要性能指標(biāo)(-)燃油簡(jiǎn)介汽油與柴油都是用石油煉制的。石油主要包含了碳和氫兩種元素,是各種烴的混合物。加熱范圍為40-250餾出的油料稱(chēng)為汽油,汽油各種經(jīng)碳原子的個(gè)數(shù)為5-9個(gè)。直餾法；熱裂化法；催化裂化法。直留汽油和柴油的穩(wěn)定性好,儲(chǔ)存中不易產(chǎn)生膠質(zhì),但只能適用于壓縮比較低的發(fā)動(dòng)機(jī)。裂化汽油適用于高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)。催化裂化柴油性能較好,可作商品質(zhì)的柴油使用。(二)汽油的主要性能指標(biāo)1.汽油的蒸發(fā)性10蒸發(fā)溫度標(biāo)志汽油的起動(dòng)性。10%蒸發(fā)溫度低,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。該溫度低,可以縮短暖車(chē)時(shí)間,但太低了則會(huì)導(dǎo)致化油器結(jié)冰;太高,則汽油機(jī)冷機(jī)的過(guò)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(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)是辛燒值。在汽油機(jī)燃燒過(guò)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(chēng)為爆震燃燒,簡(jiǎn)稱(chēng)爆燃。汽油辛燒值越高,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。二、汽油機(jī)混合氣的形成液體燃料混合氣的形成過(guò)程,就是液體燃料在空氣中霧化、蒸發(fā)、擴(kuò)散并與空氣混合的過(guò)程。(一)化油器式汽油機(jī)的混合氣形成過(guò)程空氣經(jīng)空氣濾清器進(jìn)入化油器,在流經(jīng)喉管時(shí),流速增加,壓力降低,在喉管中形成一定的真空度,將汽油從浮子室經(jīng)主噴管吸出,被吸出來(lái)的汽油正好噴人流過(guò)喉管的空氣中,在高速空氣流的沖擊下被霧化成細(xì)小顆粒,并不斷蒸發(fā)、擴(kuò)散,與空氣混合成可燃混合氣。改變?cè)O(shè)置在喉管后的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度,即可改變進(jìn)入氣缸中的混合氣數(shù)量,也就改變了發(fā)動(dòng)機(jī)功率。(二)汽油直接噴射式的混合氣形成過(guò)程汽油直接噴射系統(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(lái)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(mén)前(多點(diǎn)噴射)或噴到節(jié)氣門(mén)前方的進(jìn)氣管內(nèi)(單點(diǎn)噴射)或直接噴人氣缸(缸內(nèi)噴射),與來(lái)自空氣供給系統(tǒng)的新鮮空氣在缸外(進(jìn)氣管?chē)娚?或缸內(nèi)(缸內(nèi)噴射)相混合形成可燃混合氣。三、汽油機(jī)混合氣燃燒過(guò)程汽油機(jī)的燃燒過(guò)程包括著火和燃燒兩部分。從壓縮行程上止點(diǎn)前火花塞點(diǎn)火開(kāi)始到膨脹行程燃料基本上燒完為止,燃燒持續(xù)較短(約占25-40曲軸轉(zhuǎn)角),其燃燒過(guò)程接近于定容燃燒。(一)燃燒簡(jiǎn)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(guò)程,并伴有發(fā)熱、發(fā)光的現(xiàn)象。把過(guò)量空氣系數(shù)a=1,空燃比A/F=14.7的可燃混合氣叫做理論混合氣;a1,A/F14.7的可燃混合氣叫做濃混合氣;a1,A/F14.7的可燃混合氣叫做稀混合氣。(二)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。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(gè)火焰出現(xiàn)的過(guò)程。在火花塞點(diǎn)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(gè)很窄的范圍(火焰前鋒)內(nèi)通過(guò)活化分子的傳熱和對(duì)流而燃燒放熱。火焰基本上以球形的形狀向外擴(kuò)展。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有關(guān)。火花點(diǎn)火放出的熱量太小.混合氣的濃度過(guò)濃或過(guò)稀.火焰均不能傳播.(三)正常燃燒過(guò)程為了提高汽泊機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性,充人氣缸的可燃混合氣燃燒要完全、及時(shí)和正常。因?yàn)?只有完全完全燃燒,才能充分利用燃油的熱能;只有及及時(shí)燃燒,最高壓力在上止點(diǎn)后1218，才能使燃?xì)饩哂懈叩臏囟群蛪毫?對(duì)活塞的推力大,使熱能更多的轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功;只有正常正常燃燒,才能保持發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定、可靠的工作。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、補(bǔ)燃期。1.著火延遲期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(chēng)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,主要部分混合氣燃燒完畢,因而出現(xiàn)最高壓力(點(diǎn)3)為止。這段時(shí)間稱(chēng)為急燃期,圖中用E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170kPa/()-240kPa/(),且最高壓力出現(xiàn)在上止點(diǎn)后12-18曲軸轉(zhuǎn)角時(shí),示功圖有最大面積,循環(huán)功最多。這時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火提前角,稱(chēng)為最佳點(diǎn)火提前角3.補(bǔ)燃期從最高壓力至燃燒基本完成混合氣中汽油蒸發(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)時(shí),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)物有少部分在高濕的作用下會(huì)分解。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。補(bǔ)燃是在活塞下行中進(jìn)行的,這時(shí)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?反而使排氣溫度增加,熱效率下降。因此,希望盡可能減少補(bǔ)燃。(四)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(chēng)爆燃)(1)現(xiàn)象與危害汽油機(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2.危害雖然爆燃時(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,而像用錦頭不斷敲擊活塞似的,不能使燃?xì)鈱?duì)活塞作功更多。汽車(chē)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)有下列危害:1)機(jī)件過(guò)載2)機(jī)件燒損3)性能指標(biāo)下降（3）預(yù)防措施主要有: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,使用中應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比選用相應(yīng)牌號(hào)的汽油?？梢酝ㄟ^(guò)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(chēng)為表面點(diǎn)火。燃燒室內(nèi)熾熱物如:過(guò)熱的火花塞電極、熱的排氣門(mén)、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。早火：在正?；鸹ㄈc(diǎn)火前的表面點(diǎn)火后火：正?；鸹ㄈc(diǎn)火后的表面點(diǎn)火表面點(diǎn)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(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)火與爆燃的關(guān)系表面點(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)火之間又存在相互影響,表面點(diǎn)火會(huì)促使爆燃的產(chǎn)生。(五)使用因素對(duì)燃燒過(guò)程的影響1.進(jìn)氣初始態(tài)p1,Tl降低進(jìn)氣初始態(tài)p1,T1,可以避免爆燃與表面點(diǎn)火時(shí)產(chǎn)生。2.點(diǎn)火提前角將點(diǎn)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),著火所需的時(shí)間減少，爆燃傾向增加；3.混合氣濃度混合氣濃度a0.8-0.9時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲螅鹧舆t期也最短，且明顯，爆燃傾向增加；4.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速增加時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌欤桩a(chǎn)生爆燃的部位在自燃準(zhǔn)備尚未完成時(shí)，火焰前鋒已到達(dá)，爆燃趨勢(shì)減弱；5.負(fù)荷負(fù)荷減少時(shí)，殘余廢氣增加，火焰?zhèn)鞑ニ俣认陆?，燃燒的最高溫度壓力下降，爆燃趨?shì)減弱；6.燃燒沉積物沉積物相當(dāng)與一個(gè)熱源，爆燃和表面點(diǎn)火傾向增加第六節(jié)第六節(jié)柴油機(jī)的燃燒過(guò)程柴油機(jī)的燃燒過(guò)程柴油機(jī)工作過(guò)程的特點(diǎn):1.吸人氣缸的是新鮮空氣,被壓縮的是新鮮空氣;2.柴油通過(guò)高壓噴人氣缸,缸內(nèi)形成可燃混合氣;3.柴油和空氣混合時(shí)間極短;4.缸內(nèi)混合氣成分不均勻,且不斷變化;5.沒(méi)有外源點(diǎn)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(guò)進(jìn)氣節(jié)流,而是通過(guò)燃料量來(lái)調(diào)節(jié);對(duì)柴油機(jī)燃燒的基本要求:1.燃燒及時(shí)。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(huì)影響到放熱量、作功和排放。因此,對(duì)于柴油機(jī)來(lái)說(shuō),及時(shí)形成可燃混合氣最為重要。本節(jié)將先介紹柴油的主要性能指標(biāo),再闡述柴油機(jī)的混合氣形成與燃燒過(guò)程,各種燃燒室特點(diǎn),發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染與控制。一、柴油的主要性能指標(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)是十六燒值,十六統(tǒng)值越高著火性越好。著火性好的柴油,噴人氣缸后能及時(shí)著火燃燒,柴油機(jī)工作柔和,冷起動(dòng)性能也隨之改善;若著火佳能差,燃燒前所需的物理、化學(xué)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng),著火后壓力升高率過(guò)高,導(dǎo)致柴油機(jī)工作粗暴2.蒸發(fā)性柴油的蒸發(fā)性用館程表示。將柴油加熱,分別測(cè)定蒸發(fā)出50%、90%和95%的餾出溫度。50%餾出的溫度低,說(shuō)明這種燃燒輕館分多,蒸發(fā)性好,有利于混合氣的形成和燃燒。但若輕館分過(guò)多,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%館出溫度標(biāo)志柴油中所含難于蒸發(fā)的重館分。重館分過(guò)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(lái)表示柴油的霧化性。粘度低,則容易形成混合氣。若粘度過(guò)低,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,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(kāi)始失去流動(dòng)性的溫度。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,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),一般要求其凝點(diǎn)比最低工作環(huán)境溫度低3-5以上。二、柴油機(jī)混合氣的形成柴油機(jī)混合氣的形成,是指燃料自噴人氣缸至著火及燃燒的整個(gè)階級(jí)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(guò)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(shí),借助噴油器將柴油噴人燃燒室,與氣缸中高溫、高壓的空氣混合形成可燃混合氣。經(jīng)過(guò)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(gè)最顯著的特點(diǎn):混合氣形成在氣缸內(nèi)部;混合氣形成時(shí)間較短。柴油機(jī)浪合氣形成的理想過(guò)程應(yīng)該是：燃料噴人燃燒室后在盡可能短的時(shí)間內(nèi)與周?chē)諝饩鶆蜢F化、混合,形成可燃混合氣;著火后繼續(xù)噴人的燃料應(yīng)及時(shí)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?jī)煞矫孀饔?燃料噴霧;組織空氣運(yùn)動(dòng)。(一)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)霧化、蒸發(fā)與空氣混合,形成霧狀混合物的方式,稱(chēng)為空間霧化混合方式?？臻g霧化混合方式的優(yōu)點(diǎn):混合氣形成速度快,燃燒過(guò)程比較穩(wěn)定,對(duì)轉(zhuǎn)速范圍的適應(yīng)性強(qiáng)。其缺點(diǎn):燃料在著火以前形成的混合氣較多,使燃燒過(guò)程較為粗暴,并生成較多的NOx。若油滴蒸發(fā)、霧化速度不及燃燒速度快,將產(chǎn)生不完全燃燒。2.油膜蒸發(fā)混合方式將柴油順著氣流的運(yùn)動(dòng)方式,涂到燃燒室壁面,形成油膜,油膜受熱蒸發(fā),并與空氣混合形成均勻混合氣的方式,稱(chēng)為油膜蒸發(fā)混合方式。燃燒室壁溫、油膜厚度和空氣與油膜的相對(duì)速度是混合氣形成的決定性因素。油膜蒸發(fā)混合方式的優(yōu)點(diǎn):完全是氣相混合,通過(guò)油膜的蒸發(fā)和吹拂氣流的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還可以實(shí)現(xiàn)分層燃燒,做到既無(wú)碳煙,又可控制燃燒速度,限制燃燒壓力的急劇升高,從而控制噪聲和傳動(dòng)裝置的機(jī)械負(fù)荷,通過(guò)軸針式噴油嘴的截面的控制可改善噪聲和減少NOx同時(shí)對(duì)噴油系統(tǒng)要求降低。其缺點(diǎn):油膜蒸發(fā)的速度受壁溫、油膜厚度和氣流運(yùn)動(dòng)的影響很大。因此,對(duì)供油、進(jìn)氣和燃燒室匹配要求較高,燃燒不及空間霧化穩(wěn)定,冷起動(dòng)性能差、怠速及低負(fù)荷時(shí)HC排放較高。(二)影響混合氣形成的主要因素影響混合氣形成的主要因素包括:燃料噴霧、氣流運(yùn)動(dòng)、燃燒室結(jié)構(gòu)等。1.燃料的噴霧對(duì)混合氣形成的影響利用噴油器將柴油噴散成細(xì)粒的過(guò)程,稱(chēng)為柴油的噴霧或霧化。（1）油束的形成經(jīng)高壓油管的燃油以高壓從噴油器的噴孔噴入氣缸,由于空氣阻力及高速流動(dòng)時(shí)的內(nèi)部擾動(dòng)而被粉碎成細(xì)小油漓,增加了空氣接觸氧化的機(jī)會(huì)在靜止的壓縮空氣中,從噴油嘴中噴人氣缸的油束形狀如圖所示,油束的外緣區(qū)油滴直徑細(xì)小且稀疏,油滴速度越向外越低。油束核心部分不能完全粉碎,油滴直徑較大,霧化不良,且很稠密。(2)衡量油束霧化質(zhì)量的三個(gè)參數(shù):1)油束的射程L2)霧化質(zhì)量霧3)油束的錐角（3）影響油束的特性因素1）噴油器的結(jié)構(gòu)噴油器結(jié)構(gòu)方面的主要影響因素是噴孔的大小和噴油器頭部的結(jié)構(gòu)形狀。減小噴孔直徑,霧化質(zhì)量得到改善,但容易引起噴孔堵塞。2)噴油壓力噴油器的噴油壓力越高,油束的速度越高,所受擾動(dòng)越大,霧化質(zhì)量越好,但這除了要消耗更多的能量外,高壓油管容易破裂,噴油器容易磨損。3)缸內(nèi)介質(zhì)反壓力氣缸內(nèi)介質(zhì)反壓力增大時(shí),射程減小,而油束錐角增大,總的來(lái)說(shuō),對(duì)霧化性能影響不大。4)噴油泵凸輪形狀噴油泵凸輪形狀曲線越陡,在高壓油管內(nèi)越容易建立高壓,噴油越迅速,霧化性能得到改善。5)轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加,相對(duì)噴油時(shí)間需要縮短,噴油速度加快,霧化質(zhì)量提高。6)燃油粘度燃油粘度越大,油滴越不易分散,霧化質(zhì)量越差。另外,對(duì)霧化質(zhì)量的要求要視各種燃燒室的結(jié)構(gòu)而有所不同。一般都是根據(jù)燃燒方式而尋求燃燒室形狀、空氣運(yùn)動(dòng)和噴油系統(tǒng)的最佳匹配。2.空氣運(yùn)動(dòng)對(duì)混合氣形成的影響為了更有效地形成可燃混合氣,改善燃燒過(guò)程,通常要組織空氣的運(yùn)動(dòng)。組織空氣運(yùn)動(dòng)的形式有:(1)進(jìn)氣渦流(2)擠氣渦流(3)燃燒渦流三、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(kāi)始到作功行程燃燒終了為止的整個(gè)過(guò)程。它所占時(shí)間很短(約為5070曲軸轉(zhuǎn)角,高速柴油機(jī)只有0.003s-0.006s)，整個(gè)過(guò)程非常復(fù)雜。(-)柴油機(jī)的著火柴油機(jī)利用柴油化學(xué)安定性差,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氣缸,形成可燃混合氣,它的著火需要具備兩個(gè)條件:1.合適的混合氣濃度。2.合理的混合氣溫度。（二）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補(bǔ)燃期1.著火延遲期(滯燃期)從噴油開(kāi)始(點(diǎn)1)到壓力脫離壓縮線開(kāi)始急劇上升(點(diǎn)2)止,這一階段稱(chēng)為著火延遲期。圖中的線12段所示。著火延遲期的長(zhǎng)短,主要取決于噴油時(shí)氣缸內(nèi)的溫度。受壓縮的空氣溫度愈高,著火延遲期愈短。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)、冷卻水控制的溫度過(guò)低、氣缸漏氣等情況下,著火延遲期都會(huì)加長(zhǎng)。發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),在著火延遲期內(nèi)噴人的柴油量約占循環(huán)供油量的30%-40%。由于并未著火,壓力沒(méi)有明顯地偏離壓縮線。2.速燃期(急燃期)從壓力偏離壓縮線的點(diǎn)2開(kāi)始到最高壓力點(diǎn)為3止,這一階段稱(chēng)為速燃期。圖中的線23段所示。缸內(nèi)的多個(gè)火焰中心一旦著火后,著火延遲期中已噴人缸內(nèi)的柴油幾乎一齊燃燒,在很短的時(shí)間內(nèi),產(chǎn)生很高的壓力,使缸內(nèi)的壓力升高率很大,而這個(gè)時(shí)間又很短,接近于等容燃燒。這階段的放熱量為循環(huán)放熱量的1/3左右,產(chǎn)生的最高壓力達(dá)5.4Mpa8.8MPa最高壓力約在壓縮行程后615的曲軸轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)3.緩燃期從最高壓力點(diǎn)3開(kāi)始到氣缸內(nèi)工質(zhì)溫度達(dá)到最高點(diǎn)4為止,這一階段稱(chēng)為緩燃期。圖中的線34段所示。這一階段內(nèi)有較多的柴油燃燒,同時(shí)氣缸的容權(quán)在不斷地增加,結(jié)果是氣缸內(nèi)溫度繼續(xù)增高,工質(zhì)的壓力幾乎不變、稍有上升或稍有下降,接近于等壓燃燒。這階段結(jié)束時(shí)的放熱量約占循環(huán)放熱量的70-80%,最高溫度為1970K-2270K,最高溫度點(diǎn)出現(xiàn)在上止后2035的曲軸轉(zhuǎn)角處。4.補(bǔ)燃期(后燃期)從出現(xiàn)最高溫度點(diǎn)4開(kāi)始到柴油基本燒完為止,這一階段稱(chēng)為補(bǔ)燃期。當(dāng)放熱量已達(dá)循環(huán)放熱量的9597%時(shí),即認(rèn)為補(bǔ)燃期結(jié)束。柴油機(jī)中柴油與空氣形成混合氣的時(shí)間很短,不容易充分蒸發(fā)和混合均勻?？傆幸恍┤加筒荒芗皶r(shí)燃燒,拖延到膨脹過(guò)程中繼續(xù)進(jìn)行,形成補(bǔ)燃。補(bǔ)燃的熱量是活塞已遠(yuǎn)離上止點(diǎn)才放出,作功的效果差,且使排氣溫度增高,耗油率加大。所以,使用中應(yīng)著重從保證噴霧質(zhì)量,保持壓縮終了的溫度和壓力方面采取措施,來(lái)減少補(bǔ)燃。四、影響柴油機(jī)燃燒過(guò)程的主要因素1.燃油性質(zhì)燃油的蒸發(fā)、著火性能過(guò)好,反而會(huì)容易導(dǎo)致工作粗暴。因而,一般高速柴油機(jī)用燃油的十六統(tǒng)值在4060之間,而對(duì)于揮發(fā)性而言,希望餾程范圍較窄,要求大部分燃油在250-350范圍內(nèi)揮發(fā),盡量減少其中過(guò)輕和過(guò)重的館分的比例2.噴油定時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油提前角減小,燃油噴人氣缸時(shí),缸內(nèi)的壓力和溫度相對(duì)提高,著火延遲期縮短,燃燒平穩(wěn)。但減小太多,同時(shí)會(huì)使燃燒過(guò)程拖后,導(dǎo)致熱效率下降。3.噴油規(guī)律噴油器不同的噴油規(guī)律對(duì)燃燒過(guò)程的影響很大。若噴油率“先急后緩”,則初期放熱率高,壓力升高率增大,工作粗暴,但熱效率升高。而噴油率“先緩后急”,則初期放熱量少,壓力升高率、缸內(nèi)最高燃燒壓力都下降,熱效率也下降。因此,在選用時(shí),應(yīng)根據(jù)具體要求綜合考慮。4.霧化質(zhì)量提高霧化質(zhì)量，可以加速可燃混合氣的形成，加快燃燒速度，縮短著火延遲期。5.燃燒室內(nèi)的工質(zhì)運(yùn)動(dòng)和換氣質(zhì)量適當(dāng)組織工質(zhì)的運(yùn)動(dòng),可以提高燃油的蒸發(fā)速度,促進(jìn)可燃混合氣的形成,空氣運(yùn)動(dòng)可以促使油束分散,增大混合的范圍,加快燃燒速率,改善經(jīng)濟(jì)性。但是,組織進(jìn)氣渦流要消耗能量,還會(huì)使充氣效率降低。擠氣渦流在工作過(guò)程中衰減較快,它的影響效果相對(duì)小些。另一方面,渦流過(guò)強(qiáng),散熱損失也會(huì)增加,當(dāng)燃燒室工作溫度較低時(shí),會(huì)導(dǎo)致著火延遲期的增長(zhǎng)。改善換氣過(guò)程,提高充氣效率,對(duì)于促進(jìn)可燃混合氣的形成、改善燃燒和排放都是有利的。6.燃燒室的熱力狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的熱力狀態(tài)主要取決于進(jìn)氣狀況、壓縮比、燃燒室及冷卻狀態(tài)等因素。增加缸內(nèi)的壓力和溫度，有利于可燃混合氣的形成和燃燒7.轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí),雖然由于工作溫度的升高而改善了燃燒,但因高壓油管內(nèi)燃油壓力波的傳播速度不變,所以,噴油角及噴油持續(xù)期將隨之增大,最終導(dǎo)致放熱率滯后,熱效率降低,排氣溫度升高,煙度增大。因此,隨著轉(zhuǎn)速的升高,應(yīng)將供油提前角增大。8.負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加,缸內(nèi)工作溫度升高,著火延遲期縮短,燃燒得到改善。當(dāng)負(fù)荷過(guò)高時(shí),空燃比減小,容易導(dǎo)致燃燒不完全并冒煙,由于在緩燃期中噴人的燃油隨負(fù)荷的增加而增加,因而易使補(bǔ)燃期增長(zhǎng)。五、柴油機(jī)的燃燒室由于柴油機(jī)的混合氣形成和燃燒都是在燃燒室內(nèi)進(jìn)行的,所占的時(shí)間又非常短促,因此要求燃燒室形狀、空氣運(yùn)動(dòng)和噴油系統(tǒng)之間的最佳匹配。燃燒室的造型和噴油器的布置確定了混合氣的形成方式,根據(jù)這兩個(gè)特性可以將燃燒室分為分隔式燃燒室和直噴式(統(tǒng)一式)燃燒室,這兩類(lèi)燃燒室造型的特性又可以進(jìn)一步區(qū)分。(一)分隔式燃燒室分隔式燃燒室的一般特征是:1.燃燒室至少分成兩個(gè)部分;2.由各室之間的空氣流動(dòng)形成可燃混合氣。分隔式柴油機(jī)的燃燒速度比直噴式柴油機(jī)慢,其運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn),但固有熱量與流動(dòng)損耗使得熱效率降低,為了追求高的熱效率,轎車(chē)用柴油機(jī)向直噴式燃燒室發(fā)展。(二)直噴式燃燒室(統(tǒng)一式燃燒室)直噴式燃燒室的一般特征是:1.燃燒室不分開(kāi),大都以凹坑形式出現(xiàn)在活塞或缸蓋上;2.通過(guò)噴射(油束)形成混合氣;3.在進(jìn)氣過(guò)程中通過(guò)切向氣道、螺旋氣道或?qū)馄廉a(chǎn)生的渦流運(yùn)動(dòng)促進(jìn)混合氣形成。六、發(fā)動(dòng)機(jī)的排放污染與控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)會(huì)排放一些對(duì)人體和環(huán)境有害的成分。主要有:一氧化碳C0；未燃燒的碳?xì)浠衔颒C；氮的氧化物N0 x；浮游的微小顆糙。（一）放污染物的形成與危害1.一氧化碳CO一氧化碳產(chǎn)生的原因,主要是由于燃燒時(shí)氧氣相對(duì)不足,燃油中的碳不能與足夠的氧結(jié)合、燃料燃燒不完全而產(chǎn)生的。當(dāng)CO的含量在百萬(wàn)分之一容積濃度以上時(shí),隨著濃度的增加,會(huì)引起頭痛、嘔吐、昏厥、甚至死亡。2.氧化氮NOx氧化氮NOx產(chǎn)生的原因,是由于在燃燒過(guò)程高溫高壓的作用下,空氣中的氧和氮可以生成NO和少量的NO2。NO在進(jìn)入大氣后又氧化成NO2,統(tǒng)稱(chēng)為NOx。壓縮比大時(shí),NOx含量增多。NOx可經(jīng)呼吸進(jìn)入人體肺部,與肺中的水汽結(jié)合生成稀硝酸,損害人體健康。此外HC加上NOx在陽(yáng)光照射下,會(huì)形成光化學(xué)煙霧,可剌激人的眼睛,引起肺炎、肺氣腫及致癌效應(yīng)。3.碳化氫HC碳化氫HC的產(chǎn)生,主要是未燃的燃料、裂解反應(yīng)的中間產(chǎn)物。試驗(yàn)證明,壓縮終了燃燒室壁面之間間隙很小的地方,如活塞與缸蓋的擠氣間隙處、第一道活塞環(huán)與活塞頂之間、火花塞絕緣瓷與邊電極之間,這些縫隙中的混合氣及燃燒室壁附面層的混合氣往往得不到燃燒。隨廢氣排出的部分,形成了對(duì)大氣的污染。此外,使用中混合氣過(guò)濃、過(guò)稀、霧化不良、斷火等產(chǎn)生的燃燒不良或不能燃燒,也會(huì)造成HC的增加。從浮子室油面通大氣處、油箱加油口處蒸發(fā)的汽油對(duì)污染的影響,試驗(yàn)證明,它約占汽油機(jī)總排放污染量的18左右。此外,從曲軸箱通風(fēng)口冒出的HC煙氣,也增加了排放污染。在柴油機(jī)上,因?yàn)椴裼偷恼舭l(fā)能力差,HC主要是由于燃燒不完全產(chǎn)生的。碳化氫有剌激性氣味,已經(jīng)證明HC在動(dòng)物身上有致癌效應(yīng)。此外,HC還是光化學(xué)煙霧的組成部分。4、微粒微粒的主要組成是直徑0.0001mm的碳粒,其他還有少量的硫酸鹽類(lèi)微校。柴油機(jī)燃燒過(guò)程的微粒排放比較嚴(yán)重。汽油機(jī)的碳粒排放很少。但是,用含鉛汽油時(shí),微粒中有鉛的化合物。(二)控制排氣污染的措施1.前處理對(duì)燃料和空氣在進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸前進(jìn)行處理的方式,稱(chēng)為前處理。2.機(jī)內(nèi)凈化為了減少排氣污染物,而改進(jìn)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)供給系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、點(diǎn)火或噴油系統(tǒng)等的方式,稱(chēng)為機(jī)內(nèi)凈化。3.后處理